第7讲-第4章-他励直流电动机的运行-2

回顾1 直流电动机的启动方法 直接启动和降压启动2 电动机启动的基本要求 预习1 他励直流电动机的调速方法2 恒转矩调速与恒功率调速3 调速的性能指标 第7讲 第4章他励直流电动机的运行 电机及拖动基础 4 2他励直流电动机的调速 教学目的 掌握直流电动机调速方法熟悉调速方法与负载类型的匹配问题掌握调速的性能指标 调速 机械调速 电气调速 改变传动机构速比 改变电动机参数 人为地改变电动机的机械特性 从而使负载工作点发生变化 转速随之变化 由 得调速方法 降低电源电压U 减弱磁通 电枢回路串电阻 4 2他励直流电动机的调速 第4章他励直流电动机的运行 调速前后 电动机工作在不同的机械特性上 机构复杂 需停机 有级调速 n T TL Ra n0 nA A 0 C B nB Ra Rc1 Ra Rc1 Rc2 nC 保持U UN且 N不变 电枢回路中串入调速电阻Rc 使同一个负载得到不同转速 4 2 1他励直流电动机的调速方法 1 电枢回路串电阻调速 基速向下调 A 第4章他励直流电动机的运行 基速 双向调速 无级调速 有级调速 自然机械特性曲线上的工作点 串电阻RC后 工作点由A A B 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 Ia与n无关 Ia TL Ct N 转速越低 串电阻越大 损耗越大 Ia2Ra 串电阻越大 机械特性越软 低速运行时 当负载变动时 转速变化大 转速稳定性差 Ia大 R容量大 不易实现R值连续调节 图调速过程中电流和转速的变化情况 1 电枢回路串电阻调速 第4章他励直流电动机的运行 只适用于容量小 低速运行时间短 对调速要求不高的场合 1 实现简单 操作方便 2 低速时机械特性变软 相对稳定性变差 静差率增大 3 只能在基速以下调速 因而调速范围较小 一般D 2 4 由于串接电阻上要消耗电功率 因而经济性较差 而且转速越低 能耗越大 5 调速不够平滑 属于有级调速 第4章他励直流电动机的运行 1 电枢回路串电阻调速 电枢串电阻调速的特点 因此 电枢串电阻调速的方法多用于对调速性能要求不高的场合 如过去的起重机 电车等 现在已不多见 U n0 n 调速过程 a b c 降压较大时 会出现回馈制动 2 降低电源电压调速 第4章他励直流电动机的运行 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 同理降低电源电压调速如拖动恒转矩负载 Ia与n无关 降低U n0降低 Ia与Ra不变 损耗不变 机械特性硬度不变 优点 1 电源电压能够平滑调节 可实现无级调速 2 调速前后的机械特性的斜率不变 硬度较高 稳定性好 3 无论轻载还是负载 调速范围相同 一般可达D 2 5 12 4 电能损耗较小 缺点 需要一套电压可连续调节的直流电源 降压调速的性能好 目前被广泛用于自动控制系统中 如轧钢机 龙门刨床等 2 降低电源电压调速 第4章他励直流电动机的运行 在电动机励磁电路中 串接可调电阻Rf If n 调速过程 a b c 在突然增磁中 会出现回馈制动 3 弱磁调速 第4章他励直流电动机的运行 弱磁调速前 后的电枢电流和转速的变化情况 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 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 第4章他励直流电动机的运行 弱磁调速的特点 1 由于励磁电流If Ia 因而控制方便 能量损耗小 2 可连续调节电阻值 以实现无级调速 弱磁调速的调速范围小 所以很少单独使用 一般都与调压调速配合 以获得很宽范围的 高效 平滑而又经济的调速 3 在基速以上调速 由于受电机机械强度和换向火花的限制 转速不能太高 一般约为 1 2 1 5 nN 特殊设计的弱磁调速电动机 最高转速为 3 4 nN 因而调速范围窄 例4 4一台直流他励电动机 其额定数据为 N 100K N 511A N 220 nN 1500r min 电枢电路总电阻 a 0 04 电动机拖动额定恒转矩负载运行 由 且为额定恒转矩负载转矩 Ia IN 得 解 第4章他励直流电动机的运行 1 现用电枢串电阻的方法将转速调至600r min 应在电枢电路内串多大电阻 2 现在用调节电枢电压的方法调速 将电枢电压降低至额定电压的50 即U 110V求电动机的稳定转速是多少 解调速后 因负载转矩未变 磁通也未变 故电枢电流也未变 即Ia IN 由电动势平衡方程式 得电动机降压后的稳定转速 3 用弱磁的方法调速 磁通减小10 时 试求 调速瞬间的电枢电流 调速后的稳定电枢电流和转速 可见磁通减小10 的瞬间 电枢电流增大一倍 同时电磁转矩也增大 电动机加速 因为瞬间转速来不及变 即n 1500r min 磁通降为额定时的90 有 解 求调速瞬间的电枢电流 求调速后的稳定电枢电流和转速 因为调速前后的负载转矩不变 故调速前后的电磁转矩也不变 即 调速后的稳定转速为 从以上计算可知 弱磁调速后 电动机的转速提高 对于恒转矩负载来说 同时电枢电流比调速前大 第4章他励直流电动机的运行 例4 4一台直流他励电动机 其额定数据为 N 100K N 511A N 220 nN 1500r min 电枢电路总电阻 a 0 04 电动机拖动额定恒转矩负载运行 3 用弱磁的方法调速 磁通减小10 时 试求 调速瞬间的电枢电流 调速后的稳定电枢电流和转速 解 调速方式 4 2 2恒转矩调速与恒功率调速 第4章他励直流电动机的运行 额定运行是电机最佳运行方式 做到充分利用 电枢电流为额定值 在调速范围内保持电流Ia IN 如果电动机的T恒定不变 则称为恒转矩调速方式 如果电动机的电磁功率恒定 则称之为恒功率调速方式 电动机在调速时具备的负载能力 既要充分利用电机又要保证电机的使用寿命 4 2 2恒转矩调速与恒功率调速 1 恒转矩调速方式 第4章他励直流电动机的运行 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Ia IN不变 即电机得到充分利用 在整个调速范围电磁转矩为常数 2 恒功率调速方式 第4章他励直流电动机的运行 减弱磁通调速时 磁通是变化的 在不同转速下若保持电流不变Ia IN 即电机得到充分利用 在整个调速范围内电磁功率为常数 第4章他励直流电动机的运行 3 负载类型与调速方式的配合 T 选择TN TL 3 负载类型与调速方式的配合 第4章他励直流电动机的运行 如果额定转矩选在最高转速对应转矩处 只有一点是匹配的 其他情况电机转矩均小于负载转矩 电机超载运行 设负载转矩特性如图中蓝线 电机电磁转矩如绿线 在额定转速以下恒转矩调速方式 在所有转速下电机都能满载运行 能得到充分利用 在额定转速以上仍用恒转矩方式 电动机的转矩比负载需要的转矩大得多 电动机没充分利用 造成浪费 1 调速范围 4 2 3调速的性能指标 第4章他励直流电动机的运行 TN 电动机在额定负载下可能运行的最高转速与最低转速之比 通常又用D表示 不同的生产机械对调速范围的要求不同 例如车床 20 120 龙门刨床 10 40 轧钢机 3 120 造纸机 3 20等 越小 负载变化时转速的变化越小 转速相对稳定性越好 静差率 在某一调节转速下 电动机从理想空载转速到额定负载时的转速变化率 2 调速的相对稳定性 静差率 TN 第4章他励直流电动机的运行 TN 图降低电压调速时静差率与调速范围 2 调速的相对稳定性 静差率 第4章他励直流电动机的运行 系统允许静差率的最大值 3 调速的平滑性 平滑系数 相邻两级转速之比 1 则平滑性好 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