ch3直流电机的工作原理及特性2.ppt

33 直流他励电动机的启动特性,一、启动特性,电动机的启动就是施电于电动机，使电动机转子转动起来，达到要求转速的这一过程。 对直流电动机而言，在未启动之前n=0 , E=0, 而Ra一般很小。当将电动机直接接入电网并施加额定电压时，启动电流为：,这个电流很大，一般情况下能达到其额定电流的（1020）倍。过大的启动电流危害很大：,（1） 对电动机本身的影响：, 使电动机在换向过程中产生危险的火花，烧坏整流子；, 过大的电枢电流产生过大的电动应力，可能引起绕组的损坏；,（2） 对机械系统的影响：,与启动电流成正比例的启动转矩使运动系统的动态转矩很大，过大的动态转矩会在机械系统和传动机构中产生过大的动态转矩冲击，使机械传动部件损坏；,（3）对供电电网的影响：,过大的启动电流将使保护装置动作，切断电源造成事故，或者引起电网电压的下降，影响其他负载的正常运行。,因此，直流电动机是不允许直接启动的，即在启动时必须设法限制电枢电流，例如普通的Z2型直流电动机，规定电枢的瞬时电流不得大于额定电流的1.52倍。,二、启动方法,限制直流电动机的启动电流，一般有降压启动和电枢回路串电阻启动两种方式。,1. 降压启动：,所谓降压启动即在启动瞬间，降低供电电源电压，随着转速的升高，反电势增大，再逐步提高供电电压，最后达到额定电压时，电动机达到所要求的转速。,2. 电枢回路串电阻启动,启动时，电枢回路串接启动电阻Rst,此时启动电流Ist=UN/(Ra+Rst)将受外加启动电阻的限制。随着转速的升高，反电势增大，再逐步切除外加电阻直到全部切除，电动机达到所要求的转速。,电枢回路串电阻启动时电动机电枢电路和启动特性如图所示：,直线1为电动机电枢回路串接启动电阻时的机械特性，直线2为电动机的固有机械特性。启动电阻的大小就是保证启动电流为额定值的两倍。,冲击电流仍很大,从图中不难看出：当电动机的工作点从a点切换到b点时，冲击电流仍很大，为了解决这种现象，通常采用逐级切除启动电阻的方法来实现。图所示为具有三段启动电阻的原理电路和启动特性。,图中：,尖峰（最大）转矩；,换接（最小）转矩,由上可见，启动级数愈多， T1、 T2愈与平均转矩,接近，启动过程快而平稳，但所需的控制设备也就愈多。我国生产的标准控制柜都是按快速启动原则设计的，一般启动电阻为（34）段。,多级启动时， T1、 T2的数值需按照电动机的具体启动条件决定，一般原则是保持每一级的最大转矩 T1（或最大电流I1 ）不超过电动机的允许值，而每次切换电阻时的 T2（或最小电流I2 ）也基本相同，一般选择：,34 直流他励电动机的调速特性,一、速度调节和速度变化,调速（又称速度调节）与速度变化是两个完全不同的概念,电动机的调速是在一定的负载条件下，人为地改变电动机的电路参数，以改变电动机的稳定转速，如图所示。,转速的变化是人为改变（或调节）电枢回路的电阻大小所造成的，故称调速或速度调节。,速度变化是指由于电动机的负载转矩发生变化（增大与减小）或其它不可预见因素引起电动机转速的变化（下降或上升），如图所示。,总之，速度变化是在某条机械特性上，由于负载改变而引起的；而速度调节则是在某一特定的负载下，靠人为改变机械特性而得到的。,二、调速方法,下面仅就他励直流电动机的调速方法作一般性的介绍。,从直流他励电动机机械特性方程式,可知：改变串入电枢回路的电阻Rad ；改变电枢供电电压U或主磁通，都可以得到不同的人为机械特性，从而在负载不变时可以改变电动机的转速，以达到速度调节的要求，故直流电动机调速的方法有以下三种。,1、改变电枢电路外串电阻,直流电动机电枢回路串接电阻后，可以得到如图所示的一簇机械特性。,存在问题:, 机械特性较软, 在空载或轻载时，调速范围不大；, 实现无级调速困难；, 在调速电阻上消耗大量电能等。,仅用于起重机、卷扬机,2改变电动机电枢供电电压U,如图所示特性为改变电枢供电电压U调速的特性：,从特性可看出，在一定的负载转矩TL下，电枢外加不同电压可以得到不同的转速。如在电压分别为 UN、 U1、 U2、 U3的情况下，可以分别得到稳定工作点a、b、c和d，对应的转速为na、 nb、 nc、 nd。即改变电枢电压可以达到调速的目的。,改变电枢外加电压调速有如下特点：,1）当电源电压连续变化时，转速可以平滑无级调节， 一般只能在额定转速以下调节；,2）调速特性与固有特性互相平行，机械特性硬度不变，调速的稳定度较高，调速范围较大；,3）调速时，因电枢电流与电压U无关，且= N，转矩 T=Kt N Ia不变。,调速过程中，电动机输出转矩不变的调速特性称为恒转矩调速。具有恒转矩调速特性的调速方法适合于对恒转矩型负载进行调速；,4）可以靠调节电枢电压来启动电机，而不用其他启动设备。,3改变电动机主磁通,如图所示曲线为改变电动机主磁通 调速的特性：,从特性可看出，在一定的负载功率PL下，不同的主磁通 N、 1、 2，可以得到不同的转速na、 nb、 nc。,即改变主磁通可以达到调速的目的。,改变电动机主磁通特点：,1）可以平滑无级调速，但只能弱磁调速，即在额定转速以上调节；,2）调速特性较软，且受电动机换向条件等的限制。,普通他励电动机的最高转速不得超过额定转速的1.2倍，所以，调速范围不大，若使用特殊制造的“调速电动机”，调速范围可以增加，但这种调速电动机的体积和所消耗的材料都比普通电动机大得多；,3）调速时维持电枢电压U和电枢电流Ia不变时，电动机的输出功率P=UIa电动机的1输出功率不变。,在调速过程中，输出功率不变的这种特性称为恒功率调速，这种调速适合于对恒功率型负载进行调速。,35 直流他励电动机的制动特性,1制动与启动,启动：施电于电动机使电动机速度从静止加速到某一稳定转速的一种运动状态；,制动：电动机速度是从某一稳定转速开始减速到停止或是限制位能负载下降速度的一种运转状态。,2. 制动与自然停车,1）自然停车：电动机脱离电网，靠很小的摩擦阻转矩消耗机械能使转速慢慢下降，直到转速为零而停车。这种停车过程需时较长，不能满足生产机械快速停车的要求；,2）制动：为了提高生产效率，保证产品质量，需要加快停车过程，实现准确停车等，要求电动机运行在制动状态，常简称为电动机的制动。,3. 电动机的两种工作状态,1) 电动状态：,为拖动转矩,为阻转矩,电动机的作用是将电能转换机械能。故称这种状态为电动状态。,2）制动状态：,为阻转矩,电动机的作用是吸收或消耗重物的机械能。故称电动机的这种工作状态为制动状态。,稳定的制动状态(n=C) 过渡的制动状态(n是变化的),一、反馈制动 (再生制动或发电制动),特点： nn0 Ia -Ia +TM-TM,1电车走下坡路时的反馈制动,设电车与地面的摩擦转矩为Tr ，阻转矩；下坡时电车所产生的位能转矩为Tp，拖动转矩；且 TpTr ，前进时速度n 为正。,电车由直流电动机拖动，机械特性如图所示：,匀速走平路时（a点）：输出转矩TM用来克服负载转矩Tr 。,在an0段：TM与n的方向相同，故为电动状态。,在n0b段：TM与n的方向相反，且工作速度大于理想空载转速，故电动机工作在反馈制动状态。,2电枢电压突然下降时的反馈制动,设当电动机的电枢外加电压为U1和U2，且 U1U2时的机械特性如图所示：,若电动机工作在A点时将电枢电压突然降低为U2，电动机的机械特性变为曲线2，由于机械惯性，工作点由A转换到B点。此时-TM-TL0 ，电动机的转速在TM、TL的共同的作用下沿着曲线2下降直到新的平衡点D。,在BC段，转速n与转矩TM的方向相反，运行速度大于空载转速n02，故为反馈制动状态。,3.下放重物时的反馈制动过程,下放 电动状态,下放制动状态,提升电动状态,a点b点 nEIa-TM ,制动矩,B点 C点 nn0 _-Ia=Ia -TMTM与n反方向制动 改变Rad改变下降的n Rad太大n很高不安全,二、反接制动,反接制动具有如下特点：,1）电动机的外加电枢电压U与感应电动势E的方向在外界的作用下由相反变为相同；,2）电动机的输出转矩TM与转速n的方向相反。,在反接制动中，把改变电枢电压U的方向所产生的反接制动称为电源反接制动；而把改变电枢电动势E的方向所产生的反接制动称为倒拉反接制动。,1电源反接制动,设电动机外加电枢电压的参考方向为图中所示。,当电压的实际方向与参考方向相同时，电动机的机械特性为,注意：反接时U与E相加，电流很大用Rad限流 应用：快停、经常正反转,反接电动,正向电动,反接制动,位能负载时制动,当电压的实际方向与参考方向相相反时，电动机的机械特性为,其特性曲线分别如图（b）中的曲线1和曲线2所示。,a点：当电动机稳速运行在第一象限中特性曲线1的a点时：,bc段：,n0，Tm0反接制动状态。,n0，Tm0电动,注意:由于在反接制动期间，电枢感应电动势和电源电压是串联相加的，因此，为了限制电枢电流 ，电动机的电枢电路中必须串接足够大的限流电阻。,电源反接制动一般应用在生产机械要求迅速减速、停车和反向的场合以及要求经常正反转的机械上。,2倒拉反接制动,电动机固有机械特性（1）和电枢回路串接电阻后机械特性（2）,现电动机驱动位能负载转矩，机械特性如图（b）中的曲线3所示。,注意：这里T没有反向 选用不同的Rad可改变下放速度但不能太小，交叉点必须在四象限,a点：重物匀速上升。 Tm0，n0，电动机工作在电动状态。,cd段：Tm0，n0，电动机工作在电动状态。 由于电动机的输出转矩小于负载转矩，转速沿着曲线2下降。,db段：当转速下降到0时，由于电动机的输出转矩TM仍然小于负载转矩TL，所以，在位能负载的作用下，电动机反向启动，直到平衡点b而稳定运行。电动机匀速下放重物。,电动机在db段： Tm0，n0，电动机工作在制动状态。 常称这种制动状态为倒拉制动状态。,优点：可以得到极低的下降速度,缺点：可能上升,硬度小,三、能耗制动,电阻越小，产生的反向电流越大，制动越快。,当切断电源接入电阻后，工作点由a点转到b点。,bo段：Tm0，能耗制动。,