直流电动机的启动调速.ppt

第十三学习单元 直流电动机的 启动、调速及制动,一、 直流电动机的启动,对直流电动机启动性能的基本要求 为使电动机启动性能达到最佳状态，要求： （1）必须产生足够大的启动转矩，（电动机方能迅速启动） （2）启动电流不能太大。 （3）启动时间要短（实际启动时间只有几秒至几十秒钟）。 （4）启动设备要简单，可靠，便于操作。 其中，最主要的是启动电流和启动转矩的矛盾。,1. 直接启动 2. 电枢回路串电阻起动 3. 降电压起动,直流电动机的启动种类,不采取任何限流措施，直接加额定电压的起动称直接起动 直接起动的优点:起动转矩很大，不需另加起动设备，操作简便。 缺点：起动电流很大，一般可达额定的1020倍。 n=0,Ea=Cen=0, Ia=(U-Ea)/Ra=U/Ra 结论：1)换向情况恶化，产生严重的火花,损坏换向器 2)过大转矩将损坏拖动系统的传动机构 3)因此在起动时，除低压、小容量外，直流电机一般不容许直接起动。必须设法限制电枢电流。 4）直流电机起动和运行中须保证励磁始终正常。,1. 直接起动,2. 电枢回路串电阻起动,最初起动电流：Ist=U/(Ra+Rst) 最初起动转矩：Tst=CTIst 为了在限定的电流Ist下获得较大的起动转矩Tst,应该使磁通尽可能大些，因此起动时串联在励磁回路的电阻应全部切除。 有了一定的转速n后，电势Ea不再为0，电流Ist会逐步减小，转矩Tst也会逐步减小。 为了在起动过程中始终保持足够大的起动转矩，一般将起动器设计为多级，随着转速n的增大，串在电枢回路的起动电阻Rst逐级切除，进入稳态后全部切除。 起动电阻Rst一般设计为短时运行方式，不容许长时间通过较大的电流。,分级起动时 可将每一级的 I1（或 T1）与 I2 (或 T2) 取得大小一致， 以使电动机有比较均匀的加速度， 这能改善电动机的换向情况， 缓和转矩对传动机构与工作机械的有害冲击,3. 降电压起动,对于他励直流电动机，可以采用专门设备降低电枢回路的电压以减小起动电流, 适用于电动机的直流电源是可调的,二、直流电动机的调速,调速指标： 评价调速性能的优劣，常通过调速指标来衡量。 1）调速范围D 2）调速的相对稳定性（静差率 %） 3）调速的平滑性（平滑系数） 4）调速的经济性,1.电枢串电阻调速,调节电阻Rp增大时，电动机机械特性的斜率增大，与负载机械特性的交点也会改变，达到调速目的。,优点：设备简单、操作简单。,缺点：只能降速，低转速时变化率较大，电枢电流较大，不易连续调速，有损耗。,2. 并（他）励直流电动机电枢串电阻调速,3. 改变电枢电源电压调速,因为，提高电动机电枢端电压受到绕组绝缘耐压的限制 所以，根据规定电枢电压只容许比额定电压提高 30 %， 实际上改变 Ua 应用在降压的方向，即从额定转速向下调速。 降低电枢电压时，电动机机械特性平行下移。负载不变时，交点也下移，速度也随之改变。,降低电源电压调速的特点。 平滑性好，可实现无级调速。 转速降n不变，n0变小，特性硬度大，稳定性好。 改变电源电压调速属于恒转矩调速。 损耗小，经济性好。 需专用的可变电源，价格较贵，目前多采用输出电压连续可调的晶闸管整流电路。,优点：调速后，转速稳定性不变、无级、平滑、损耗小。,缺点：只能下调，且专门设备，成本大。（可控硅调压调速系统）,电枢由晶闸管整流供电的直流调速,晶闸管装置调节发电机励磁的发电机-电动机机组调速,改变电枢电源电压调速,4. 弱磁调速,因为，一般电动机的额定磁通已设计得使铁心接近饱和， 所以，改变磁通一般应用在弱磁的方向，称为弱磁调速， 一般可以使转速从额定值向上调节,优点：对功率较小的励磁电路进行调节;控制方便; 能量损耗小;调速的平滑性较高。 常和额定转速以下的降压调速配合应用，以扩大调速范围,缺点：只能上调。,三、 直流电动机的制动,1. 能耗制动,1.1 能耗制动的原理,实现：U0，电枢回路串入电阻,电路特点 U = 0，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，消耗在电枢回路的电阻上，因此称为能耗制动,1. 2 能耗制动的机械特性,制动电阻 Rz 愈小，则机械特性愈平，T1 绝对值愈大，制动愈快,对于位能性负载，将实现反转，即能耗制动运行。,2. 反接制动,2.1 反接制动的原理,实现：电枢电压或电动势极性突然改变（励磁反向） 电枢电压和电动势顺极性串联；反接时必须采取限制电枢电流的措施。,功率平衡： 轴上机械功率通过电机转换为电磁功率后，连同电网输入功率全部消耗于电阻,2.2 反接制动的机械特性,反接制动适合要求频繁正、反转的系统。,3. 回馈制动（再生制动）,3. 1 回馈制动的原理,3.2 正向回馈制动,他励直流电动机通过降低电压来减速时，若电压下降幅度较大，会使得工作点经过第II象限，如图中的BC段，转速为正而电磁转矩为负，电动机运行于制动状态。在这一过程中，由于电源电压下降，使得EaU,电流方向改变，电能从电动机回馈到电源。,在电力机车下坡时，由于重力作用使得电动机转速高于原来的空载转速，Ea增大，超过U以后，电流也会反向，进入正向回馈制动状态。,3.3 反向回馈制动,他励电动机拖动位能性恒转矩负载运行。 反接电源电压并给电枢支路串入限流电阻。工作点将会稳定在第iv象限。在D点，电动机的转速高于理想空载转速