第二章_直流电动机的电力拖动

2019/10/10,1,第 二 章 直流电动机的电力拖动,2-2 生产机械的负载转矩特性,2-3 他励直流电动机的机械特性,2-4 他励直流电动机的起动,2-5 他励直流电动机的制动,2-6 他励直流电动机的调速,2-1 电力拖动系统的动力学,第 二 章 直流电动机的电力拖动,2-2 生产机械的负载转矩特性,2-3 他励直流电动机的机械特性,2-4 他励直流电动机的起动,2-5 他励直流电动机的制动,2-6 他励直流电动机的调速,2-1 电力拖动系统的动力学,本章主要介绍电力拖动系统的运动方程、负载转矩特性、直流电动机的机械特性、起动、调速、制动等方法和物理过程,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,2,电力拖动系统的动力学,本章基本要求,1. 掌握电力拖动系统的运动方程式，生产机械的负载转矩特性；电力系统稳定运行的条件。,2. 熟练掌握直流电动机的机械特性及机械特性的绘制。,3. 掌握电动机的起动、制动和调速方法。,4. 了解工作机构（力、飞轮距、质量、转矩）的折算和调速时的允许输出。,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,3,电力拖动系统的动力学,2-1 电力拖动系统的动力学,1. 运动方程的形式：,一、电力拖动系统的运动方程式,式中TZ-总阻转矩;,J-转动惯量;,-机械角速度;,运动方程的实用表达式：,GD2-飞轮矩，单位N.m2,所以,因为,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,4,电力拖动系统的动力学,2. 系统旋转运动的三种状态,当TMTZ或 时,系统处于减速运行状态，即处于动态。,当TM=TZ或 时，系统处于静止或恒转速运行状态，即处于稳态。,当 TMTZ 或 时,系统处于加速运行状态，即处于动态。,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,5,电力拖动系统的动力学,首先确定电动机处于电动状态时的旋转方向为转速的正方向，然后规定：,二、 运动方程式中转矩正、负号的规定,电磁转矩TM与转速n的正方向相同时为正，相反时为负。,负载转矩TZ与转速n的正方向相同时为负，相反时为正。,惯性转矩 的大小和正负号由TM和TZ的代数和决定。,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,6,电力拖动系统的动力学,三、工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算,以电动机轴为折算对象，需要折算的参量为： 工作机构转矩Tz ，系统中各轴（除电动机轴外）的转动惯量。 对于某些作直线运动的工作机构，还要把进行直线运动的质量及运动所需克服的阻力折算到电动机轴上去 。,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,7,电力拖动系统的动力学,1. 工作机构转矩Tz 的折算,折算的原则是系统的传送功率不变,式中， j电动机轴与工作机构轴间的转速比,如果传动机构为多级齿轮或皮带轮变速，则总的速比应为各级速比的乘积。,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,8,电力拖动系统的动力学,2. 工作机构直线作用力的折算,根据传送功率不变,3. 传动机构与工作机构飞轮矩的折算,根据折算前后动能不变的原则,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,9,电力拖动系统的动力学,4. 工作机构直线运动质量的折算,折算的原则是转动惯量Jz 中及质量mz中储存的动能相等，即,所以,因为,折算到电机轴上的飞轮矩为,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,10,电力拖动系统的动力学,例 刨床传动系统如图所示。若电动机M 的转速为n=420r/min，其转子（或电枢）的飞轮矩GDd2=110.5N.m2，工作台重G1=12050N，工件重G2=17650N，各齿轮齿数及飞轮矩见表。,齿轮8的节距t8=25.13mm 。求刨床拖动系统在电动机轴上总的飞轮矩。,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,11,电力拖动系统的动力学,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,12,电力拖动系统的动力学,齿轮8转速,2）直线运动部分,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,13,电力拖动系统的动力学,工作台速度,3）刨床拖动系统在电机轴上总的飞轮惯量,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,14,电力拖动系统的动力学,四、考虑传动机构损耗的简化方法,（一）工作机构转矩Tz的简化折算,1. 电动机工作在电动状态,2电动机工作在发电制动状态,使用多级传动时,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,15,电力拖动系统的动力学,（二）工作机构直线作用力的简化折算,1. 电动机工作在电动状态,2. 电动机工作在发电制动状态,在提升与下放时传动损耗相等的条件下，下放传动效率 与提升传动效率 之间有下列关系。,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,16,电力拖动系统的动力学,2-2 生产机械的负载转矩特性,1. 恒转矩负载,恒转矩负载特性是指生产机械的负载转矩Tz与转速n无关的特性。,一、按照负载转矩的大小与转速的变化规律分,2. 恒功率负载特性,恒功率负载特点是：负载转矩与转速的乘积为一常数，即TZ与n成反比，特性曲线为一条双曲线。,3. 通风机负载特性,Tz,n,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,17,电力拖动系统的动力学,1.反抗性恒转矩负载,2.位能性恒转矩负载,负载的转矩Tz基本上与转速n的平方成正比。负载特性为一条抛物线。,Tz,n,1,2,Tz0,二、按照负载转矩的方向是否随转速方向的变化分,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,18,2-3 他励直流电动机的机械特性,一、机械特性的方程式,直流电动机的机械特性是指电动机在电枢电压、励磁电流、电枢回路电阻为恒值的条件下，即电动机处于稳态运行时，电动机的转速与电磁转矩之间的关系：,由电动机的电势平衡方程式、电枢电势和电磁转矩的公式，得机械特性的表达式：,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,19,他励直流电动机的机械特性,n0称为理想空载转速。,实际空载转速,= n0 TM= n0n,特性曲线的斜率,转速降n,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,20,二、固有机械特性,当U=UN，=N，R=Ra 时的机械特性称为固有机械特性。,由于电枢电阻很小，特性曲线斜率很小，所以固有机械特性是硬特性。,他励直流电动机的机械特性,n0,N,nN,TN,N 点：额定状态。,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,21,他励直流电动机的机械特性,三、人为机械特性,当认为地改变电机参数或电枢电压得到的机械特性称为人为机械特性。,1. 电枢串接电阻时的人为特性,保持 U=UN，=N 不变，只在电枢回路中串入电阻Rpa的人为特性,Ra+Rpa,(RaRpa) , ,即机械特性变软。,特点：理想空载转速不变，斜率增加,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,22,他励直流电动机的机械特性,2. 降低电枢电压时的人为特性,保持 R=Ra，=N 不变，只改变电枢电压U的人为特性,Ua,n0,但不变,机械特性的硬度不变。,n01,U1,U1UN,特点：理想空载转速随电压变化，但曲线斜率不变，曲线是一组平行线。,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,23,他励直流电动机的机械特性,3. 减弱励磁磁通时的人为特性,特点：随着磁通的减弱，理想空载转速 增大；机械特性曲线的斜率也增大。,保持 R=Ra，U=UN 不变，只减少磁通的人为特性。,21N,If ,n0 , ,机械特性变软。,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,24,一般选择理想空载点（TM=0，n=n0），额定运行点（TM=TMN，n=nN）,四、机械特性绘制,1. 固有特性的绘制,步骤：,1）估算Ra,2）计算CeN和CTN,他励直流电动机的机械特性,CTN= 9.55CeN,他励电动机的固有机械特性为一条直线，所以只要求出直线上任意两点的数据就可以画出直线；,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,25,在固有机械特性方程n= n0TM的基础上：,4）计算额定工作点：,3）计算理想空载点：,他励直流电动机的机械特性,2. 人为机械特性的绘制,TMN=CTNIaN，n=nN,TM=0，,课本中44页例2-2说明了机械特性的绘制方法。,根据人为特性所对应的参数的变化和曲线的特点，重新计算理想空载转速和斜率，然后得到人为机械特性方程式。,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,26,他励直流电动机的机械特性,五、电力拖动系统稳定运行条件,处于某一转速下运行的电力拖动系统，由于受到某种扰动，导致系统的转速发生变化而离开原来的平衡状态，如果系统能在新的条件下达到新的平衡状态，或者当扰动消失后系统回到原来的转速下继续运行，则系统是稳定的，否则系统是不稳定的。,若扰动使负载转矩增加到TZ，则TMATZ，转速将降低，转速最终如何变化，与电动机的机械特性有关。,例如当电动机在A点运行，TMA=TZ，系统平衡。,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,27,扰动消失后，负载转矩恢复到TZ，则B点的电磁转矩TMBTZ，电机加速，加速到A点时，电磁转矩重新等于负载转矩，电机又稳定运行于A点。,同理，若扰动使负载转矩减少，电机将升速到C点。,所以A点是稳定运行点。,A,B,C,TZ,TZ,nB,nC,他励直流电动机的机械特性,扰动消失后，重新回到A点。,在下图中，转速由nA 降到nB ，此时 TMB=TZ ，电动机稳定运行与B点。,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,28,电力拖动系统稳定运行的充分必要条件：,若机械特性如图所示，在B 点，系统平衡，即 TM=TZ，n=C,当扰动使负载转矩减小，转速转速开始上升，电磁转矩也增加，使转速进一步加速，此时即使扰动消失，系统也将一直加速，不能回到B点运行。,他励直流电动机的机械特性,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,29,他励直流电动机的机械特性,或者说，在交点的转速以上存在TMTZ 。,TM=TZ,在交点 TM=TZ处满足,充分条件:,必要条件:,电动机的机械特性与负载转矩特性有交点，即,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,30,起动时由于转速为零，电枢电动势也为零，而且电枢电阻很小，所以起动电流将达很大值。,2-4 他励直流电动机的起动,电动机的起动是指电动机接通电源后，由静止状态加速到稳定运行状态的过程。,起动瞬间，起动转矩和起动电流分别为,过大的起动电流将引起电网电压下降、影响电网上其它用户的正常用电、使电动机的换向恶化；,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,31,他励直流电动机的起动,为了限制起动电流，他励直流电动机通常采用电枢回路串电阻或降低电枢电压起动。,同时过大的冲击转矩会损坏电枢绕组和传动机构。,起动过程,一、电枢回路串电阻起动,起动时电动机电枢电压为额定值，励磁电流不变。,两级电阻起动时电动机的电路原理图和机械特性为,一般直流电动机不允许直接起动。,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,32,T1 (I1),a1,a2, 串联 (Rst1+Rst2) 起动： R2 = RaRst1Rst2 起动转矩 (电流)：T1 (I1) = (1.5 2.0) TN (IaN) 切除 Rst2 ：R1 = RaRst1 切换转矩 (电流)： T2 (I2) = (1.1 1.2) TL (IL),b2,b1,他励直流电动机的起动,b,a,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,33, 切除 Rst1 ：R0 = Ra,他励直流电动机的起动,起动 a1 点,瞬间 n 不变,b1 点,c,c1,c2,p,c1 点,瞬间 n 不变,起动过程,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,34,电力拖动系统的动力学,二、降压起动,起动电流小，升速平稳，起动能耗小；,减压起动只有在电动机有专用电源时才能使用。,起动时，降低电源电压,电流随之减小；,起动后，逐步提高电源电压，使电磁转矩维持在一定数值，保证电机按需要的加速度升速；,设备投资大。,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,35,2-5 他励直流电动机的电气制动,一、能耗制动,在电动状态，电枢电流、电枢电动势、转速及驱动性质的电磁转矩如图所示。,需要制动时,电枢绕组去掉电源接上制动电阻即可。,当电磁转矩与电机转速的方向相同时，电机运行于电动机状态，当两者方向相反时，电机运行于制动状态。,电动状态,制动状态,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,36,他励直流电动机的制动,制动开始瞬间，由于惯性，电枢保持原来方向继续旋转，电动势方向不变。,制动运行时，电机靠生产机械的惯性力的拖动而发电，将生产机械储存的动能转换成电能，消耗在电阻上，直到电机停止转动。,2. 能耗制动时的机械特性为,1. 能耗制动的定义,由电势产生的电枢电流的方向与电动状态时的电流方向相反，对应的电磁转矩与电动机时方向相反，为制动性质，电机处于制动状态。,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,37,制动前：特性 1。 制动开始后： Ua = 0， n0 = 0 特性 2,制动过程,他励直流电动机的制动,b,a,(1) 能耗制动过程 迅速停机,na = nb，Ea = Eb,n,O 点,自动停车。,2,Ia= 0，T = 0，,n = 0，Ea = 0,制动开始,Ia 反向(Ia0),a 点b 点，,T 和 TZ的共同作用,T 反向 (T0 ) ，,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,38,制动效果（改变Rp的大小）,Rp ,b,Ia ,|Tb | ,制动快，停车迅速。, Iamax,切换点（b 点）,Rp 的选择,他励直流电动机的制动,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,39,(2) 能耗制动运行 下放重物,b,a,2,c,n 反向起动(n0),反向起动,制动过程,能耗制 动运行,E Ia ,他励直流电动机的制动,T = Tz (c 点)。,T , n ,T 再次反向 (T0)，, Ia再次反向 (Ia0),Ea反向(Ea0),a 点b 点O 点,T = 0， Tz0,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,40,制动过程,电动状态,反向起动,能耗制动运行,他励直流电动机的制动,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,41,制动效果,b,Rp 特性 2 斜率 下放速度 | nL | 。,Rp 的选择（各量取绝对值）,校验,(Rb大),（对切换点 b 点电流的限制）,他励直流电动机的制动,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,42,能耗制动操作简单，但随着转速下降，电动势减小,制动电流和制动转矩也随着减小，制动效果变差。若为了尽快停转电机，可在转速下降到一定程度时,切除一部分制动电阻，增大制动转矩。,他励直流电动机的制动,二、反接制动,反接制动电流很大。,1. 电枢（电压）反接制动,若电枢接正极电压，电机处于电动状态。若接上极性相反的电源电压，电机进行制动，并在回路串入制动电阻，电枢回路内产生反向电流。,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,43,电动状态,制动状态, Ua ,电枢反接时：,动能、电源电能均被电枢总电阻消耗掉。,作用？,限制 Iamax,Ia 的方向？,T 的方向？,他励直流电动机的制动,反向的电枢电流产生反向的电磁转矩，从而产生很强的制动作用，使电机迅速停车。,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,44,制动前：特性1,制动开始后：,特性2,制动过程,b,a,c,d,a 点b 点， Ia 反向(Ia0) T 和 TZ 的共同作用 n = 0，T 0，,na = nb，Ea = Eb， T 反向(T0) ， n 立刻断电， 未断电，反向起动,制动开始； c 点 停机。 d 点，反向电动运行。,立刻 断电,他励直流电动机的制动,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,45,制动瞬间 b 点的 E,制动效果,2 (Rp小),b,Rp 特性 2 斜率 制动转矩 制动快。,Rp 的选择 （各量取绝对值）,2 (Rp大),他励直流电动机的制动,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,46,2. 倒拉反接（电势反向）制动 下放重物,电动状态,制动状态,电枢接入 Rp 瞬间, Ia T,TTZ n ,n = 0，TTZ,反向起动 n0 | n |, | E | ,Ia,T T = TZ 。,Ia 的方向？,T 的方向？,他励直流电动机的制动,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,47,a,2,c,制动运 行状态,制动前：特性 1,制动开始后：,特性 2,b,d, Ia 和 T 始终没有改变方向。,他励直流电动机的制动,倒拉反转反接制动只适用于位能性负载。,分析,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,48,制动效果,Rp 特性 2 斜率 下放速度 。,2(Rp大),(Rp小),Rp 的选择 (各量取绝对值),他励直流电动机的制动,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,49,他励直流电动机的制动,倒拉反转反接制动时的机械特性方程就是电动状态时电枢串电阻时的人为特性方程。由于串入电阻很大，使转速降大于理想空载转速，所以转速为负值。,倒拉反转反接制动时的机械特性曲线就是电动状态时电枢串电阻时的人为特性在第四象限的部分。,倒拉反转反接制动时的能量关系和电压反接制动时相同。,三、回馈制动(再生制动),电动状态下运行的电动机，在某种条件下会出现nn0情况，此时EaU，电枢电流反向，电磁转矩反向，由驱动变为制动。,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,50,他励直流电动机的制动,回馈制动时的机械特性方程与电动状态时相同。,稳定运行有两种情况:,当电车下坡时，运行转速可能超过理想空载转速，进入第二象限；,电压反接制动带位能性负载进入第四象限；,发生在动态过程中的回馈制动过程有以下两种情况：,降压调速时产生回馈制动,增磁调速时产生回馈制动,从能量方向看，电机处于发电状态回馈制动状态。,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,51,平地或上坡行驶时工作在 a 点。 下坡行驶时 TZ 反向TZ2 nn0 EUa Ia0 TTZ2 b 点（TZ2 = T ）。, n n0 电动机处于发电状态， 动能转换为电能回馈电网。,回馈制动的特点,EUa,(1) 正向回馈制动 电车下坡,他励直流电动机的制动,n , n ,a,b,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,52,电动状态,下 坡,nEIa(T) n=n0, E=Ua, T=0,制动状态,n E (Ua) Ia(T)0|T|,他励直流电动机的制动,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,53,(2) 反向回馈制动 下放重物,他励直流电动机的制动,a,c,b,d,e,a 点,改变Ua极性 n不能跃变,c 点,b 点,反接制动,d 点,反向起动,e 点，T = TZ 。,电压反向反 接制动过程,反向起动过程,回馈制动过程,回馈制 动运行,T TZ 回馈制动,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,54,(2) 反向回馈制动 下放重物,电压反向,他励直流电动机的制动,电动状态,制动过程,反向起动,n n0 n EUa Ia (T) 反向,制动状态,Ia 的方向？,T 的方向？,作用？,限制 Iamax,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,55,他励直流电动机的制动,制动效果,下放速度 。,2(Rp小),(Rp大),Rp 的选择 （各量取绝对值）,Rp ,特性 2 斜率,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,56,校验 （各量取绝对值）,制动瞬间 b 点的 E,他励直流电动机的制动,电压反接后瞬间,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,57,在降低电枢电 压调速过程中,他励直流电动机的制动,a,c,b,d,回馈制 动过程,在增加励磁电 流调速过程中,a,c,b,d,工作点 跳到何处？,回馈制 动过程,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,58,他励电动机在四象限中的运行状态,1. 电动状态,他励直流电动机的制动,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,59,2. 制动状态,他励直流电动机的制动,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,60,2-6 他励直流电动机的调速,电力拖动系统的调速可以采用机械调、电气调速或二者配合调速。,改变电动机的参数就是人为地改变电动机的机械特性，使工作点发生变化，转速发生变化。,改变传动机构速比进行调速的方法称为机械调速；,改变电动机参数进行调速的方法称为电气调速。,如果机械特性不变，因负载变化而引起转速的变化，则不能称为调速。,调速前后，电动机工作在不同的机械特性上。,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,61,他励直流电动机的调速,他励直流电动机的转速为, 弱磁调速。,一、调速指标,1. 调速范围,生产机械要求的调速范围D代表机械可能进行的最大转速nman与最小转速nmin之比，或最大与最小线速度之比。,电气调速方法：, 调压调速；, 电枢串电阻调速；,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,62,他励直流电动机的调速,例车床D=20120，龙门刨床D=1040，机床的进给机构D=5200,轧钢机D=3120，造纸机D=320等 。,电动机的最高转速受电机的机械强度、换向等方面的限制。一般在额定转速的范围，是不能太高的。,不同的生产机械要求的调速范围是不同的， D是指生产机械总的调速范围。,要扩大调速范围，必须设法尽可能地提高最高转速与降低最低转速；,降低最低转速受低速运行时的相对稳定性限制。,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,63,他励直流电动机的调速,相对稳定性是指负载转矩变化时转速变化的程度，变化的越小，相对稳定性就越好，能得到最低转速越小，D也越高。,生产机械对机械特性相对稳定性的程度是有要求的，显然若低速时机械特性较软，相对稳定性较差，低速就不稳定，负载变化时，电动机的转速可能变的接近于零，甚至可能使生产机械停下来，因此必须设法得到低速硬特性的扩大调速范围。,2. 静差率（相对稳定性）,指负载变化时，转速变化的程度。 转速变化小，稳定性好。,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,64,他励直流电动机的调速,%越小，相对稳定性越好；%与机械特性硬度和n0有关。,D与%相互制约:越小,D越小，相对稳定性越好；,调速范围与静差率的关系,在保证一定的指标的前提，要扩大D，须减少n，即提高机械特性的硬度。,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,65,他励直流电动机的调速,3. 调速的平滑性,越接近1，平滑性越好，当=1时，称为无级调速，即转速可以连续调节。调速不连续时，级数有限，称为有级调速。,4. 调速的经济性,在一定的调速范围内，调速的级数越多，调速越平滑。相邻两级转速之比，为平滑系数：,主要指调速设备的投资、运行效率及维修费用等。,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,66,他励直流电动机的调速,二、他励直流电动机的调速,Ra RaRpa,b,c,n0,a,未串电阻时的工作点,串电阻Rpa后,工作点由abc,1. 改变电枢电阻调速,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,67,a,他励直流电动机的调速,b,c,b,c,a,(Ra + Rpa) n ，(Ra + Rpa) n 。, 低速的稳定性变差。, 调速范围：受稳定性影响，D 较小。, 调速的稳定性,(Ra + Rpa) , 调速方向：在 nN 以下 调节。,串电阻调速的特点：,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,68, 调速的平滑性,电枢电路总电阻,PCu = R Ia2 = Ua Ia E Ia = Ua Ia (1 E / Ua) = Ua Ia (1 n / n0), 低速效率低。, 调速的经济性 P1 = Ua Ia = E IaR Ia2,他励直流电动机的调速,取决于 Rpa 的调节方式，一般为有级调速。,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,69,他励直流电动机的调速,调速过程电流变化曲线调速前、后电流不变,调速过程转速变化曲线,t,t=t0,n2,n1,Ia1,ia,n,ia,n,他励电动机改变电枢回路电阻的调速过程中电流和转速的变化规律（设带恒转矩负载）,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,70,结论：,(1) 调速方法简单，控制设备不复杂。,他励直流电动机的调速,(2) 调速的经济性很差。,一般用于串励或复励直流电动机拖动的电车、炼钢车间的浇铸吊车等生产机械。,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,71,2. 减弱磁通调速,Tz,n不能跃变 E = Ce n,他励直流电动机的调速,2 1,b,c,a,n0“,If ,E ,Ia ,TM ,n ,连续调节Uf（或Rf）可实现无级调速。,E 下降至某一最小值后回升, Ia 和 T M上升至某一最大值后下降,T = Tz，n = nc 。, 调速方向,在 nN 以上（IfN 以下）调节。, 调速的平滑性,n0,减弱磁通调速的特点：,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,72, ,n ，n0 , 变化小，,稳定性较好。,他励直流电动机的调速,调节Uf 则需要专用直流电源。,调节Rf 比较经济；, 调速的经济性,普通 M ：D = 2，特殊设计的 M ：D = 4。,受机械强度（nmax）的限制，D 不大。, 调速范围, 调速的稳定性,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,73,他励直流电动机的调速,减弱磁通调速前、后转速变化曲线,减弱磁通前、后的电枢电流变化曲线,改变励磁电流调速时电流和转速的变化过程（设带恒转矩负载）,n1,n2,Ia1,Ia2,t=t0,t,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,74,应用 不经常逆转的重型机床； 如：国产C660、 C670 等机床； 重型龙门刨床的主传动在高速区的调速。,他励直流电动机的调速,结论：磁场越弱，转速越高。因此电机运行时励磁回路不能开路。,为了扩大调速范围，通常把降压和弱磁两种调速方法结合起来，在额定转速以上，采用弱磁调速，在额定转速以下采用降压调速。,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,75,3. 改变电枢电压调速,他励直流电动机的调速,Ua Ua“,b,c,n0 n0“,a,Ua n ，Ua n 。, 不变，,但 ,稳定性变差。, 调速方向：, 调速的经济性：需要专用直流电源。, 调速范围：D 不大（D8） 。,改变 Ua, 调速的稳定性：,连续调节 Ua ，可实现无级调速。, 调速的平滑性：,在 UN（或nN）以下调节。,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,76,他励直流电动机的调速,用他励发电机与他励电动机组成GM系统，如课本中图2-25所示。,（1）机械特性和调速特性,在电动机和发电机的电枢回路中，电动机的电枢电动势,在轧钢机，龙门刨和起重机设备中常用GM系统。,如果调节电动机的励磁电流和调节电枢电压相结合，则GM系统的调速范围可进一步扩大，速比可达25:1。,利用GM系统，调节发电机的励磁电流使能任意改变加于电动机电枢电压，因而能在极限的范围内平滑地调速。,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,77,他励直流电动机的调速,式中 Eaf 发电机的电枢电动势； Raf 发电机的电枢电阻； Rad 电动机的电枢电阻； d电动机的每极磁通。,所以，电动机的机械特性方程式为,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,78,他励直流电动机的调速,改变电动机的磁通调速,G-M系统机械特性,T,d1 d2 d3,d3,d2,d1,Eaf=常数,Eaf1= EafN,Eaf1 Eaf2Eaf3,d=常数,n,Eaf2,Eaf3,电动机的理想空载转速:,转速降:,G-M系统的调速方法：,改变发电机电动势调速,改变发电机的磁通即可改变发电机的电势。,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,79,他励直流电动机的调速, 起动,（2）起动和制动,要使电动机停转，只要将开关断开，电动机就能获得电气制动而迅速停下来。, 制动,发电机的感应电动势从零逐渐升高，不会发生起动电流过大造成对电动机的冲击，保证了电动机能平稳起动，而不需要在电枢电路中串接起动电阻。,首先必须使电动机励磁，并调节励磁电流达到额定值，然后再使发电机励磁。,2009年2月16日星期一,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作,80,他励直流电动机的调速,要实现电动机反转，只要将开关投到相反位置即可。,三、调速方式与负载类型的配合,电动机在额定负载转速下容许