直流电机启动与调速、制动

第二节他励直流电动机的起动一、他励直流电动机的起动方法aaaREUI如直接加额定电压起动，Ia可能突增到额定电流的十多倍特性图电路图二、他励直流电动机起动电阻的计算（一）图解解析法1．绘制固有机械特性2．选取起动过程中的最大电流I1与电阻切除时的切换电流I2（或T1与T2）3．画出分级起动特性图aaRRRRRΩ121TCCRnne2T0RCCTnnne2T0ΔheechehehcnnnnnheecannRR1hecaannRR2（二）解析法在b点22REUIb在c点11REUIcaRRRRII11221两级起动时推广到m级起动的一般情况ammmmRRRRRRRRII1122112121/II称为起动电流比mammmammaaRRRRRRRRRRR11212121mamRRlglgamRRm1Ω11Ω1Ω1Ω22Ω211ΩΩ1212Ω211)()1(RRRRRRRRRRRRRRRRRRRmmmmmmmmmmaaa[例9-2]一台他励直流电动机的铭牌数据为：kW29NPV440NUA76NIr/min1000Nn377.0aR试用解析法计算四级起动时的起动电阻值。解已知起动级数m=4A152A7622N1II选择Ω895.2Ω15244014IURRam664.1377.0895.2444aRR各分段电阻如下：250.0377.0627.011aRRR416.0627.0043.1122RRR693.0043.1736.1233RRR153.1736.1889.2344RRR则各级起动总电阻如下：627.0377.0664.11aRR043.1627.0664.112RR736.1043.1664.123RR889.2736.1664.134RR三、他励直流电动机起动的过渡过程在电力拖动系统中，一些电气参数（如电压、电阻等）与负载转矩的突然变化，会引起过渡过程，但由于惯性，这些变化却不能导致电动机的转速、电流、转矩及磁通等参量的突变，而必须是个连续变化的过程。电力拖动系统中一般存在以下三种惯性：1．机械惯性——反映在系统的飞轮惯量上，它使转速不能突变。2．电磁惯性——反映在电枢回路电感及励磁回路电感上，它们分别使电枢电流和励磁电流不能突变，从而使磁通不能突变。3．热惯性——它使电动机的温度不能突变。电力拖动的过渡过程一般分为两种：1）机械过渡过程——它只考虑机械惯性，忽略影响较小的电磁惯性。2）电气一机械过渡过程——它同时考虑机械与电磁两种惯性。第四节他励直流电动机的调速采用一定的方法来改变生产机械的工作速度，以满足生产的需要，这种方法通常称为调速。一、调速指标调速方法最主要的有两大指标：即技术指标与经济指标（一）调速的技术指标1.调速范围minmaxminmaxvvnnD不同生产机械要求的调速范围是不同的，例如车床D＝20～120，龙门刨床D＝10～40，机床的进给机构D＝5～200，轧钢机D＝3～120，造纸机D＝3～20等不同机械特性下的静差率2．静差率（或称相对稳定性）%100%100000nnnnnNN电动机的机械特性愈硬，则静差率愈小，相对稳定性就愈高。调速范围D与低速静差率%间的关系允许的转速降)Δ1(Δ0N0maxN0maxminmaxnnnnnnnnnD)1(Δ)1(ΔNmaxNmaxnnnn)1(ΔmaxNDnn3．平滑性在一定的调速范围内，调速的级数愈多则认为调速愈平滑。11iiiivvnn值愈接近于1，则平滑性愈好。时称为无级调速，即转速连续可调，级数接近无穷多，此时调速的平滑性最好。4．调速时的容许输出（或调速时的功率与转矩）容许输出是指电动机在得到充分利用的情况下，在调速过程中轴上所能输出的功率和转矩。（二）调速的经济指标调速的经济指标决定于调速系统的设备投资及运行费用，而运行费用又决定于调速过程的损耗，它可用设备的效率来说明。PPPΔ22r/min10000nr/min900Nn[例9-5]一直流调速系统采用改变电源电压调速，已知电动机的额定转速，高速机械特性的理想空载转速如果额定负载下低速机械特性的转速，而相应的理想空载转速。r/min100minnr/min200Nn（1）试求出电动机在额定负载下运行的调速范围D和静差率；（2）如果生产工艺要求静差率≤20%，则此时额定负载下能达到的调速范围是多少？还能否满足原有的要求？电枢串联电阻调速解（1）9100900minmaxnnD低速静差率%50%100200100200（2）25.2)2.01(1002.0900D不能满足原有调速范围的要求二、降低电枢端电压调速（一）电枢串联电阻分析电枢串接电阻调速的经济性：RIIEUIPaaaa21000111nnnnnPPP效率（二）降低电源电压降低电源电压的调速系统的机械特性方程式为TCCRRCUnTeae200晶闸管整流器供电的直流调速系统降低电源电压调速时的机械特性减弱磁通的人为机械特性三、弱磁调速弱磁调速电路示意图较大容量系统小容量系统弱磁调速时，机械特性方程式是：TCCRCUnTeae2弱磁调速的优点是，在功率较小的励磁电路中进行调节，控制方便，能量损耗小，调速的平滑性较高。由于调速范围不大，常和额定转速以下的降压调速配合应用，以扩大调整范围。减弱磁通时的电枢电流、转速、磁通变化曲线四、调速时的功率与转矩在调速过程中，只要在不同转速下电流不超过额定值，电动机长时运行，其发热不会超过容许的限度。对于他励直流电动机，转矩与功率的关系为：9550)60π2(10001000ΩTnnTTPICTaT降压调速时，从高速到低速，容许输出转矩是常数，称为恒转矩调速方式。而容许输出功率则正比于转速。nCnTPN19550式中9550/1NTC弱磁调速时的容许输出功率为常数，称为恒功率调速方式常数95009550955033CnnCTnP机械特性和容许输出转矩容许输出转矩和功率第三节他励直流电动机的制动1）电动运转状态——电动机转矩的方向与转速的方向相同，此时电网向电动机输入电能，并变为机械能以带动负载。2）制动运转状态——电动机转矩与转速的方向相反，此时，用电动机吸收机械能并转化为电能。一、能耗制动电动状态能耗制动能耗制动时机械特性和转速及电流变化曲线TCCRRnTeza2能耗制动机械特性方程式如果按最大制动电流不超过来选择NI2则电动机带位能负载时的能耗制动电路图tnCCRRGDnTezadd375)(222)(TezazCCRRT当时zTT2)(TezazzCCRRTn能耗制动时间为zzsttMTnnnTtlnzzsttMTIIITtlnzaRRNNNNIUIE22≥zRaNNRIU2≥二、反接制动电动机带位能负载时的能耗制动电路图反接制动可用两种方法实现，即转速反向（用于位能负载）与电枢反接（一般用于反作用负载）。（一）转速反向的反接制动转速反向的反接制动机械特性转速反向的反接制动特性方程式为电枢电路的电压平衡方程式变为aaaaEUEURRI)()(ΩTCCRRnnTea2Ω0aaaaaIEUIRRI)(Ω2上式表明，与两者之和消耗在电枢电路的电阻上。aUIaEIΩRRa（二）电枢反接的反接制动1K2K3K断开和，接通和4KΩΩRREURREUIaaaaa电枢反接的反接制动电路图tnGDTTzdd3752TCCRRnnTea2Ω0最大电流也不超过N2IΩRaRIUNN≥（三）电枢反接时的过渡过程电枢反接时的人为机械特性和转速及电流变化曲线1．反作用负载tnGDTTzdd3752反抗性负载终止在D点位能性负载终止在E点2．位能负载三、回馈制动（或称再生制动）（一）位能负载拖动电动机电动机回馈制动电路图(带位能负载)这时位能负载带动电动机，电枢将轴上输入的机械功率变为电磁功率后，大部分回馈给电网（），小部分变为电枢回路的铜耗。电动机变为一台与电网并联运行的发电机。aaIEaUI)(Ω2RRIaa（二）他励电动机改变电枢电压调速在降低电压的降速过程中，当突然降低电枢电压，感应电动势还来不及变化时，就会发生的情况，亦即出现了回馈制动状态。UEa他励电动机降压、减速过程中回馈制动特性[例9-4]一台他励直流电动机的数据如下：kW29NPV440NUA2.76NIr/min1050NnΩ393.0aR（1）电动机带动一个位能负载，在固有特性上作回馈制动下放，，求电动机反向下放转速。A60aI（2）电动机带动位能负载，作反接制动下放，时，转速，求串接在电枢电路中的电阻值、电网输入的功率、从轴上输入的功率及电枢电路电阻上消耗的功率。A50aIr/min600n（3）电动机带动反作用负载，从进行能耗制动，若其最大制动电流限制在100A，试计算串接在电枢电路中的电阻值。r/min500n解（1）NNNnRIUCae39.01050393.02.76440电动机反向下放转速NNNCRIUnar/min1190r/min39.0393.060440aeaInCURRRNΩ（2）电枢电路总电阻Ω48.13Ω50)600(39.0440Ω077.13Ω393.0Ω48.13ΩaRRR电枢串接电阻电网输入功率aIUPN1kW22W22000W50440RIPa2电枢电路电阻上消耗的功率kW7.33W33700W48.13502轴上功率（为负值，表示从轴上输入功率）aaaNaaIRIUIEP)(2kW7.11W11700W50)48.1350440(（3）能耗制动时最大电流出现在制动开始时，此时感应电动势为stestnCEV195V50039.0电枢电路总电阻Ω95.1Ω100195ΩststaIERRR电枢电路串接电阻Ω557.1Ω393.0Ω95.1ΩaRRR