直流电动机的电力拖动.ppt

第3章 直流电动机的电力拖动,3.1 直流电动机的起动 3.2 直流电动机的调速 3.3 直流电动机的制动 3.4 直流电动机的各种运行状态,3.1 直流电动机的起动,直流电动机的启动原则：在起动电流不超过允许值的情况下，获得尽可能大的起动转矩。 电动机拖动负载起动的基本要求是： 启动转矩大 启动电流小 启动设备简单 直流电动机的三种起动方式 直接起动 电枢回路串电阻起动 降压起动,3.1 直流电动机的起动,3.1.1 直接起动 一般的直流电机不允许直接起动，需要选择其他方式启动。 微型直流电机，因其功率小、电压低、电枢电流小，电枢电阻相对较大可以直接启动，操作简便。 3.1.2 电枢回路串电阻起动 在直流电动机的电枢回路中串入电阻减小启动电流。 为了保证较大的电磁转矩可以逐级减小电阻，起动完成后，所有电阻短接。（电枢回路串电阻启动图）,例题3-1,图3.1 电枢回路串电阻起动,此种方法设备简单操作方便，但起动过程中能量消耗大，不适合频繁起动的大、中型电动机。,3.1 直流电动机的起动,3.1.3 降压起动 降压起动的方式为：一开始采用低电压加在电枢端，伴随着转速的提升，逐级提升电压，直至提升至额定电压。 为了不影响励磁，应使用他励形式的电动机。 这种起动方法的优点是：起动平滑、能耗少。 这种起动方法的优点是：需要专门的可调压电源设备，投资大。 （降压起动图）,图3.2 降压起动,3.2 直流电动机的调速,根据直流电机的机械特性公式 可知，改变转速的办法有三：电枢串电阻调速、改变电枢电源电压调速、弱磁调速。 3.2.1 电枢串电阻调速（图3.3 电枢串电阻调速） 串入的电阻阻值越大，转速越低。 电动机运行于固有机械特性上的转速为基速，电枢回路串电阻的方法的调速范围为0转速和基速之间。 电动机拖动恒转矩负载采用串电阻的方法时，电枢电流不变但转速越低，在串入的电阻上损耗越大，电动机的效率越低。 优缺点：设备简单，运行调节方便；但调速效率过低，且机械特性变软，转速稳定性差。,图3.3 电枢串电阻调速,3.2 直流电动机的调速,3.2.2 改变电枢电源电压调速（图3.4 改变电枢电源电压调速） 改变电压时，只能由额定值向下改变，电压越小，转速越低。（在0转速和基速之间调整） 励磁绕组有另外电源供电，保持励磁电流不变（他励）。 若电动机拖动恒转矩负载，则电枢电流也不变。 优缺点：调速平滑性好，可实现无级调速，效率高，转速稳定性好（机械特性硬）；但可调压设备投资较高。,例题3-2,图3.4 改变电枢电源电压调速,3.2 直流电动机的调速(人为机械特性),3.2.3 弱磁调速（图3.5 弱磁调速） 弱磁调速是向上调速，调速范围在额定转速和电机所允许的最高转速之间（1.2nN左右，最高达到3nN，调速范围小）。 系统拖动恒转矩负载时，由于T=CTIa=TL，若磁通减小则电流要增大，容易引起过载。 系统拖动恒功率负载时，虽然转速升高，但转矩减小，电枢电流Ia=常数。故弱磁调速适合恒功率负载。 优缺点：设备简单，调节方便，运行效率高，适合恒功率负载；但励磁过弱时，机械特性斜率大，转速稳定性差，拖动恒功率负载时，有过流的危险。,例题 3-3,图3.5 弱磁调速,3.2 直流电动机的调速,3.2.4 调速的性能指标 1.调速范围： 在额定负载下调速的范围 2.净差率： 即转速变化率，指电机在额定负载时的转速降落与该机械特性的理想空载转速的比值： 净差率越小，转速的相对稳定性越好，且净差率与调速范围相互制约。,3.2 直流电动机的调速,3.调速的平滑性 指的是相邻两级转速的接近程度，越接近，平滑性越好（趋近无级调速）。 4.恒转矩调速方式与恒功率调速方式 恒转矩调速：保持Ia=IN，若电磁转矩不变，为恒转矩调速方式。（串电阻调速、改变电枢电压调速） 恒功率调速：保持Ia=IN，若电磁功率不变，为恒功率调速方式。（弱磁调速） 恒转矩（功率）负载配合恒转矩（功率）调速，称为匹配 通风机和泵类负载，无论采用哪种方式调速，都不能获得匹配 5.调速的经济性,例题3-4、例题3-5,3.3 直流电动机的制动,电动机的制动： 机械制动 电气制动 （使电磁转矩T与转速n的方向相反） 电气制动时可以为“制动过程”（快停，过渡过程）或“制动运行”（慢停，稳定运行） 电动机制动的方法：能耗制动、反接制动、倒拉反转制动、回馈制动。,制动是从某一稳定转速开始减速到停止或限制位能性负载下降速度的一种运转过程。,电动机工作时可工作在两种状态下：,电动状态：电磁转矩T与转速n同方向，电动机输入电能， 输出机械能。 制动状态：电磁转矩T与转速n反方向，电动机输入机械能，输出电能。,3.3.1 能耗制动,1.能耗制动的原理： 方法：将电动运行的电机从电网中断开，电枢通过电阻短接（见图） 他励电动机能耗制动电路特点： U = 0，电枢回路电阻 Ra + RH 使得电流反向。 制动过程中，电动机靠系统的动能发电， 转化成发电机工作状态，把动能变成电能， 能量消耗在电枢回路的电阻上，因此称为能耗制动 电枢电流的公式为：,3.3.1 能耗制动,2. 能耗制动的机械特性 能耗制动时机械特性方程如下： 可看出，这是一条过原点的直线。,能耗制动的原理图及机械特性曲线,能耗制动过程（B-0） 能耗制动运行（C点）,电动机带动位能负载时，可利用能耗制动实现等速下放,3.3.1 能耗制动,3. 能耗制动电阻RH的计算 电阻RH越小，机械特性越平，起始制动转矩T的绝对值越大，制动就越迅速，但电流也越大。 但RH不可过分小，以免使T太大、电流太大而损坏电动机。 一般限制T2.5TN，或Iamax2.5IN(教材P58-59),从能量的观点看，能耗制动的能量是由机械能转变为电能，再转变成热能。,能耗制动操作简单，电动机拖动反抗性负载能迅速停车， 但在转速降到较低时，制动效果就不太明显，此时或采用 分级切除制动电阻，或采用机械抱闸，以加快制动效果。,3.3.2 反接制动,1.反接制动原理 在电机为拖动状态下z开关闭合F开关打开； 制动时打开z开关闭合F开关，电机电路反接并串入电阻； 在制动转矩的作用下，电机逐渐停转； 在转速接近0时，切断反向电路。 反接制动时电源输入功率，电枢产生功率（由机械功率转换为电功率），所有的能量损耗在电阻上。,RF,3.3.2 反接制动,2. 反接制动的机械特性 反接制动的机械特性方程为：,3.3.2 反接制动,3. 反接制动电阻RF的计算 从机械特性曲线上分析可知， RF越小电枢电流Ia越大，制动转矩越大，制动越快。 但RF不能太小，否则电流超过最大允许电流。 电动机从电源吸收电功率P1= -UNIa 0，从轴上吸收机械功率P2=T20，然后全部消耗在电枢回路的总电阻上。,3.3.3 倒拉反转制动,1.倒拉反转制动原理 这种制动方法可用起重机重物下放的电路图来说明 位能负载倒拉电动机，转速 n 逆转矩 T 的方向旋转， 和正常电动状态时相比，E 的方向变反。,3.3.3 倒拉反转制动,2. 倒拉反转制动的机械特性（就是电枢回路串电阻的人为机械特性）,3.3.4 回馈制动（再生制动）,1.回馈制动原理 他励直流电动机运行时，若实际转速在外部条件作用下，变得高于其理想空载转速n0，致使电枢电势Ea高于电网电压U时，电动机即运行于回馈制动状态。 回馈制动时，电源输入的功率小于零，电磁功率小于零；表示整个系统把机械能转换为电能，回馈给电网。,3.3.4 回馈制动（再生制动）,2. 回馈制动的机械特性 快速降低电枢电压过程中会出现回馈制动,3.3.4 回馈制动（再生制动）,在弱磁调速向下调节转速时，会出现回馈制动，其作用是加快减速。 电动机拖动位能性负载而电枢电压反接时，电动机会处于反向回馈制动运行状态。,在A点上，nn0，则EaU，产生制动性转矩，电动机处于反向回馈制动的稳定运行状态，此回馈制动运行状态又称为发电运行状态,3.3.4 回馈制动（再生制动）,电车在下坡时，工作在正向回馈制动运行状态,各种制动时的能量关系,例题3-6 一台他励直流电动机的额定功率PN=110KW，额定电压UN=440V，额定电流IN=276A，额定转速nN=1500r/min，电枢回路总电阻Ra=0.0807。电动机拖动反抗性负载转矩运行于正向电动状态时，TL=0.85TN。,(1)采用能耗制动停车，并且要求制动开始时最大电磁转矩为1.9TN，电枢回路应串多大的电阻？ 解：,（2）采用反接制动停车，要求制动开始时最大电磁转矩不变，电枢回路应串多大的电阻？,（3）采用反接制动若转