第4章 直流电机拖动.ppt

4 2他励直流电动机的调速 机械调速 改变传动机构的传动比改变工作机构的速度 电气调速 人为改变电动机的参数 如端电压 励磁电流或电枢回路电阻 使同一机械负载得到不同转速 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 本节主要学习电气调速 4 2他励直流电动机的调速 电气调速 他励直流电动机的转速公式 他励直流电动机的调速方法 1 改变串入电枢回路的调节电阻 2 改变施加在电枢两端的电压U 3 改变励磁电流从而改变磁通 4 2 1他励直流电动机的调速方法 一 电枢回路串电阻调速 保持U UN且 N不变 电枢回路中串入调速电阻R 使同一个负载得到不同转速的方法 称为电枢串电阻调速 未串电阻时的工作点 串电阻后 工作点由A A B 4 2 1他励直流电动机的调速方法 一 电枢回路串电阻调速 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 结论 带恒转矩负载时 串电阻越大 转速越低 调速过程中电流和转速的变化情况 1 电机运行于固有机械特性上的转速称为基速 电枢回路串电阻调速的方法 只能从基速往下调 电枢串电阻调速的特点 2 由于电阻的不连续调节 因此速度调节不平滑 属有级调速 5 低速时 机械特性很软 当负载变化时 转速波动很大 静态稳定性差 3 轻载时调速范围小 4 2 1他励直流电动机的调速方法 4 损耗大 效率低 不经济 对恒转矩负载 调速前 后因增通不变而使电磁转矩和电枢电流不变 输入功率不变 输出功率却随转速的下降而下降 减少的部分被串联电阻消耗了 二 降低电源电压调速 保持电动机的 N不变且无外接电枢电阻 仅降低施加于电动机电枢两端电压U达到调速的目的 称为降压调速 调速压前工作点A 稳定后工作点 降压瞬间工作点 4 2 1他励直流电动机的调速方法 调压调速的优点 1 降压的人为特性是一簇与固有特性平行的直线 无论是满载 轻载还是空载都有明显的调速效果 2 由于人为特性硬度不变 低速时由于负载变化引起的转速波动不大 静态稳定性好 调速范围大 3 可平滑调节端电压 使转速平滑调节 实现无级调速 4 调节过程能量损耗小 需要一套电压可连续调节的直流电源 4 2 1他励直流电动机的调速方法 三 弱磁调速 弱磁调速 保持U UN R 0 仅减小电动机的励磁电流If使主磁通减小 达到调速目的 调节磁场前工作点 弱磁瞬间工作点A A 弱磁稳定后的工作点 减弱磁通后 理想空载转速上升 曲线的斜率值增大 4 2 1他励直流电动机的调速方法 弱磁调速的过程 If减小瞬间 4 2 1他励直流电动机的调速方法 对恒转矩负载 调速后的电枢电流比调速前的大 结论 磁场越弱 电枢电流越大 转速越高 因此电机运行时励磁回路不能开路 4 2 1他励直流电动机的调速方法 对恒转矩负载 优点 由于在电流较小的励磁回路中进行调节 因而控制方便 能量损耗小 设备简单 调速平滑性好 弱磁升速后电枢电流增大 电动机的输入功率增大 但由于转速升高 输出功率也增大 电动机的效率基本不变 因此经济性是比较好 2 转速的升高受到电动机换向能力和机械强度的限制 升速范围不可能很大 一般D 2 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 缺点 1 机械特性的斜率变大 特性变软 4 2 1他励直流电动机的调速方法 4 2 2恒转矩调速和恒功率调速 正确使用电动机 应当使电动机既满足负载的要求 又使其得到充分利用 充分利用 指在一定的转速下电动机的实际输出转矩和功率达到它的容许值 即电枢电流达到额定值 当电动机调速时 在不同的转速下 电枢电流能否总保持为额定值 即电动机能否在不同转速下都得到充分利用 这个问题与调速方式和负载类型的配合有关 以电机在不同转速都能得到充分利用为条件 他励直流电动机的调速可分为恒转矩调速和恒功率调速 容许输出 指电动机在某一转速下长期可靠工作时所能输出的最大转矩和功率 4 2 2恒转矩调速和恒功率调速 电动机的容许输出功率与转速成正比 而容许输出转矩为恒值 恒转矩调速 电枢串电阻调速和降压调速时 磁通保持不变 若在不同转速下保持电流不变 即电机得到充分利用 容许输出转矩和功率分别为 恒转矩调速 4 2 2恒转矩调速和恒功率调速 电动机的容许输出转矩与转速成反比 而容许输出功率为恒值 恒功率调速 减弱磁通调速时 磁通 是变化的 若在不同转速下保持电流不变 即电机得到充分利用 容许输出转矩和功率分别为 恒功率调速 4 2 2恒转矩调速和恒功率调速 为了使电动机得到充分利用 拖动恒转矩负载时 应采用恒转矩调速方式 拖动恒功率负载时 应采用恒功率调速方式 对风机类负载 三种方式都不是十分适合 但采用串电阻或降压调速比弱磁调速合适一些 他励电动机的降压调速属于恒转矩调速方式 因此只能拖动恒转矩负载 这种说法是否正确 为什么 4 2 3调速的性能指标 一 调速范围与静差率 1 调速范围 不同生产机械要求的调速范围是不同的 例如车床D 20 120 轧钢机D 3 120 机床的进给机构D 5 200 造纸机D 3 20等 最高转速受电动机的换向和机械强度的限制 最低转速受生产机械对转速相对稳定性要求的限制 4 2 2恒转矩调速和恒功率调速 2 静差率 或称相对稳定性 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 静差率 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 在保证一定的 指标的前提下 要扩大D 须减少 n 即提高机械特性的硬度 4 2 2恒转矩调速和恒功率调速 二 调速的平滑性 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 三 调速的经济指标 主要指调速设备的投资 运行效率及维修费用等 4 3他励直流电机的电动与制动运行 直流电动机的两种运转状态 1 电动运转状态 电动机的电磁转矩方向与旋转方向相同 此时电网向电动机输入电能 并转变为机械能带动负载 2 制动运转状态 电动机的电磁转矩方向与旋转方向相反 此时电动机吸收机械能转变为电能 电动机很快停车 或者由高速运行很快进入低速 要求制动运行 4 3 1电动运行 正向电动运行 反向电动运行 直流电动机的制动方式 断开电源 抱闸 能耗制动 反接制动 回馈制动 4 3 2能耗制动 4 3 2能耗制动 电动状态 如图所示 将开关S投向制动电阻RZ上即实现制动 过程 由于惯性 电枢保持原来方向继续旋转 电动势Ea方向不变 由Ea产生的电枢电流IaZ的方向与电动状态时的Ia方向相反 对应的电磁转矩TemZ与Tem方向相反 为制动性质 电机处于制动状态 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 一 能耗制动的方法和原理 4 3 2能耗制动 方法 保持励磁电流If的大小及方向不变 将开关接至RZ 电枢从电网脱离经制动电阻RZ闭合 参数特点 N U 0 电枢回路总电阻R Ra RZ 原理 实际上是一台他励直流发电机 轴上的机械能转化成电能 全部消耗于电枢回路的电阻上 所以称为能耗制动 与一般发电机的不同 1 没有原动机输入机械功率 2 电功率没有输出 而是消耗在电枢回路的总电阻Ra RZ上 电动机状态工作点 制动瞬间工作点 能耗制动过程工作段 电动机拖动反抗性负载 电机停转 若电动机带位能性负载 能耗制动运行稳定工作点 二 能耗制动时的机械特性 能耗制动时的机械特性 4 3 2能耗制动 三 能耗制动的特点 能耗制动的特点 1 操作简单 停车准确 2 能耗制动产生的冲击电流不会影响电网 3 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 4 动能大部分都消耗在制动电阻上 制动初瞬的最大电流 制动电阻 要根据允许通过的最大瞬时电流而定 一般为额定值的1 5 2倍 4 3 2能耗制动 4 3 3反接制动 反接制动 电压反接制动时接线如图所示 一 电压反接制动的方法 开关S投向 电动 侧时 电枢接正极电压 电机处于电动状态 进行制动时 开关投向 制动 侧 电枢回路串入制动电阻RZ后 接上极性相反的电源电压 电枢回路内产生反向电流 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 电压反接制动 4 3 3反接制动 二 电压反接制动时的机械特性 4 3 3反接制动 参数特点 NU UNR Ra RZ 电压反接制动时的机械特性为 第二象限BC段为反接制动特性 工作点变化为 反接制动过程 反向电动运行 4 3 3反接制动 三 电压反接制动时的能量关系 从电网吸收的电能和轴上输入的机械能都消耗在电枢回路的电阻上 比较 能耗制动 四 电枢反接的反接制动的特点 1 可以很快使机组停机 2 需要加入足够的电阻 限制电枢电流 3 转速至零时 需切断电源 4 3 4倒拉反转运行 转速反向的反接制动 倒拉反转反接制动运行 方法 If及端电压UN不变 仅在电枢回路串入足够大的制动电阻RZ 即可实现制动 电枢回路串入较大电阻R 后特性曲线 正向电动状态提升重物 A点 负载作用下电机反向旋转 下放重物 电机以稳定的转速下放重物D点 倒拉反转运行 工作点由A B C D CD段为制动段 只适用于位能性恒转矩负载 电压平衡式 n反向 Ea也反向 机械特性 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 4 3 4倒拉反转运行 能量关系 U及Ia的方向与电动状态相同 UIa表示由电网输入的功率 Ea的方向与电动状态时相反 EaIa表示输入的机械功率在电枢内变成电磁功率 UIa与EaIa两者之和消耗在电枢电路的电阻Ra RZ上 思考题 位能性以外的负载能否实现倒拉反转反接制动 倒拉反转反接制动只适用于位能性恒转矩负载 电压平衡式 4 3 4倒拉反转运行 4 3 5回馈制动运行 回馈制动 或称再生制动 电动状态下运行的电动机 在某种条件下会出现n n0情况 此时Ea U Ia反向 Tem反向 由驱动变为制动 从能量方向看 电机处于发电状态 回馈制动状态 正向回馈制动 反向回馈制动 1 电车下坡 2 降压运行 4 3 5回馈制动运行 一 正向回馈制动 如要继续保持回馈制动状态 必须不断降低电压 才可实现在回馈制动状态下减速 4 3 5回馈制动运行 二 反向回馈制动 条件 电压反接制动带位能性负载进入第四象限 CD段 反向电动 n 0 Ea U T 0 TZ拖动电机旋转 电机发电并向电源回馈 回馈制动 DE段 回馈制动 n n0 Ea U Ia反向 T 0 反向回馈制动 Ia与Ea方向一致 电