第三章直流电动机电力拖动2

1、3.3 他励直流电动机的调速,1.可以采用的调速方法： 机械方法；电气方法；机械电气配合方法。 2.电气调速方法： 由转速调节特性来看:,欲改变电动机的转速，可以改变电枢端电压 Ua （包括改变U 和改变R)，或改变励磁磁通 实现。,(1)调压限制：,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。,(2)调磁限制：,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。,一.调速指标,1.调速的技术指标 (1)

2、调速范围：,一般假定：nmax 与 nmin 代表电动机在额定负载下可能达到的最高与最低转速。,不同生产机械要求的调速范围,对负载很轻的生产机械，可用实际负载下的最高与最低转速来计算。,(2)静差率(相对稳定性),相对稳定性的程度用静差率 % 来表示：,表明负载变化引起转速变化的大小程度。,静差率与调速范围的关系：,静差率与调速范围是互相联系的两项指标，系统可能达到最低速 nmin 决定于低速特性的静差率。,调速范围 D 与低速静差率 % 间的关系：,(3)平滑性,调速的级数愈多则认为调速愈平滑； 用平滑系数 ，即相邻两级转速或线速度之比来衡量：, = 1 时称为无级调速，此时转速连续可调。,

3、(4)调速时的容许输出,指电动机在得到充分利用的情况下，在调速过程中轴上所能输出的功率和转矩； 注意！电动机稳定运行时的实际输出的功率与转矩是由负载的需要来决定的。,2.调速的经济指标,(1) 设备投资 (2) 运行费用运行费用决定于调速过程的损耗，用效率 来说明,二.降低电枢端电压调速,1.电枢串联电阻调速,电枢串联电阻调速,调速指标：,(1).调速范围不大； (2).调速的平滑性不高，是有级调速； (3).调速的经济性 由电网吸取功率：,产生损耗：,效率：,当 n=0.5n0 时，=50%，可见电枢串联电阻调速的效率不高，是不经济的。,(4).适用场合,用于串励或复励直流电动机拖动的电车；

4、 炼钢车间的浇铸吊车等生产机械上。,2.降低电源电压,使用的可调直流电源有： (1)晶闸管整流装置； (2)电动机-发电机机组。 容量较大时用机组作为可调直流电源，而用晶闸管装置调节发电机G的励磁电流。,电枢由晶闸管整流供电的直流调速系统示意图,晶闸管励磁的发电机-电动机机组调速系统,(3)机械特性方程,U0 -整流电压R0 - 整流装置内阻,调压调速时的机械特性,(4)调压调速特点,1) 调速范围广； 2) 调速平滑性高； 3) 设备投资大； 4) 采用可控硅直流电源时效率高，采用机组时效率较低。,三.弱磁调速,1.弱磁调速方法 小容量系统在励磁电路中串接可调电阻 rQ； 大容量系统用单独的

5、晶闸管整流装置向励磁电路供电。,弱磁调速电路示意图 a)小容量系统 b)较大容量系统,2.机械特性方程式,削弱磁通的人为机械特性,普通电动机弱磁调速范围最多为 D = 2 ； 特殊设计调磁电动机调速范围 D = 3 4。,3.弱磁调速特点,弱磁调速的优点： 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。,四. 调速时允许输出的功率与转矩,指电动机在得到充分利用的情况下，在调速过程中轴上所能输出的功率和转矩； 电动机在nN下，允许输出的功率主要决定于电动机的发热，发热主要决定于Ia，受到 IN 的限制。,1. 恒转

6、矩调速方式,指保持 Ia = IN 不变时，电动机允许输出的转矩也保持 Ta = TN 不变，与转速 n 无关； 此时允许输出的功率与转速 n 成正比。,对于电枢串电阻调速和降压调速： 因 = N 不变，在Ia = IN 不变条件下， T =CT N IN不变，与转速 n 无关。所以属于恒转矩调速方式。,2. 恒功率调速方式,指保持 Ia = IN 不变时，电动机允许输出的功率也基本保持不变，与转速 n 无关； 此时允许输出的转矩与转速 n 成反比。,对于弱磁调速方法： 因 U= UN 不变， 是变化的，在Ia = IN 不变条件下， T =CT IN。,可见，弱磁调速时电动机允许输出的功率为

7、常数，与转速 n 无关；允许输出的转矩与n成反比。属于恒功率调速方式。,五. 电动机的调速方式与负载类型的配合,恒转矩调速方式和恒功率调速方式，都是用来表征电动机采用某种调速方法时的负载能力，并不是电动机的实际输出； 实际的输出功率与转矩是由负载来决定的； 负载有不同类型，因此，存在一个调速方式与负载类型配合的问题！（自己分析）,3.4 他励直流电动机的制动,1.直流电动机的两种运转状态 (1)电动运转状态电磁转矩 T 的方向与旋转方向相同,电网向电动机输入电能； (2)制动运转状态电磁转矩 T 与转速 n 的方向相反,电动机吸收机械能并转化为电能。,2.电气制动方法,1) 能耗制动 2) 反

8、接制动 作用：使电动机生产一个负的转矩(即制动转矩)，以增加减速度，使系统较快地停下。或使位能负载的工作机构获得稳定的下放速度。 3) 回馈制动(或称再生制动).,一.能耗制动,1.他励电动机能耗制动电路图及电路特点,电路特点：,U = 0，电枢回路电阻 Ra + Rz； 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。,2. 能耗制动机械特性方程式,制动电阻 Rz 愈小，则机械特性愈平，T1 绝对值愈大，制动愈快； 但 T1 受最大制动电流的限制。,能耗制动机械特性,3.制动电阻选择,按最大制动电流不超过 2 IN 来选择

9、 RZ，可近似为：,4.能耗制动的用途,利用制动实现降速； 电动机带动位能负载时，可利用能耗制动实现等速下放。,能耗制动实现稳速下放,5.能耗制动时的过渡过程曲线（选讲）,能耗制动过渡过程,必须指出： 在一定转速下进行能耗制动时，电枢必须串联电阻 Rz，否则电枢电流将过大，在高速时甚至接近短路电流的数值！,二.反接制动,转速反向反接制动可用于位能负载稳速下放； 电枢电压反向反接制动一般用于反作用负载刹车。,(一) 转速反向的反接制动,1.转速反向反接制动的电路及特点,反接制动,特点：,位能负载倒拉电动机，转速 n 逆转矩 T 的方向旋转； 和正常电动状态时相比，E 的方向变反。,2.机械特性,

10、转速反向的反接制动特性方程式，与电动状态下的人为机械特性的方程式在形式上是相同的。,反接制动机械特性,转速反向反接制动,3.制动过程中的功率平衡问题,电枢电路电势平衡方程式两边同乘以 Ia，得,表示由电网输入的电功率和输入的机械功率之和，消耗在电枢的电阻（Ra + R）上； 因此反接制动能量消耗是比较大的！,(二) 电枢反接的反接制动,1.反接制动电路及特点 为了使工作机械迅速停车或反向，断开触点 Z，接通触点 F，把电枢电源反接，电枢电路中要串入电阻 R,电枢反接制动电路的特点：U 为负。,2.机械特性 机械特性的方程式为：,制动过程中 n 为正，在第二象限； 机械特性曲线第二象限的 BC段

11、，即为反接制动特性。,电枢反接的反接制动的机械特性,如果反接制动时最大电流不超过 2IN ，则应使：,这时机械特性特性比能耗制动陡得多,在整个降速范围制动转矩始终存在并保持为一较大值； 因此比能耗制动作用更强烈，制动更快！,3.制动过程中的功率平衡问题,功率平衡问题同转速反向反接制动类似。,(三) 电枢反接时的过渡过程（选讲）,电压反向反接制动,电枢反接时的过渡过程分析,1.反作用负载 稳定工作点为DB - C：电枢反接制动过程 T 不等于 TZ；C - D：反向电动起动增速过程 T 不等于 TZ ； D：反向电动稳定运行 T = TZ 。,2.位能负载,稳定工作点为EB - C：电枢反接制动

12、过程 T 不等于 TZ；C - F：反向电动起动增速过程 T 不等于 TZ ； F - E：电枢反接的反接制动的过渡过程， 电动机电磁转矩仍小于位能性负载转矩，T 不等于 TZ 。这一阶段的特点是电机转速高于理想空载转速，那么属何种工作状态 ？,三.回馈制动,特点：转速高于理想空载转速， Ea U (一) 位能负载拖动电动机 1. 回馈制动状态 当 Ea U 时，电流从电枢向电源正端流入，具有向电源回馈的性质； T 与 n 方向相反（第四象限），处制动状态； 既回馈电能，又有制动作用，故称为回馈制动状态。,电动状态下运行的电动机，在某种条件下会出 现 情况，此时 ， 反向， 反向，由驱动变为制

13、动。从能量方向看，电机处于发电状态回馈制动状态。,回馈制动F-E段,2.机械特性,机械特性的方程式同反接制动,3.回馈制动运行实质,电枢将轴上输入的机械功率变为电磁功率 EaIa 后， 大部分回馈给电网 ( U Ia ); 小部分变为电枢回路的铜耗 Ia2 ( Ra + R ); 电动机变为一台与电网并联运行的发电机。,功率平衡方程式:,- U Ia + Ea Ia = Ia2 (Ra+R),4.回馈制动用途,回馈制动可用于转速高于理想空载转速情况下的位能负载下放。,(二) 改变电枢电压调速时的回馈制动,降低电压的降速过程中，突然降低电枢电压，会发生 Ea U，出现了回馈制动状态。,回馈制动,回馈制动：稳定运行有以下两种情况,发生在动态过程中的回馈制动过程有以下两种情况,回馈制动过程中，功率回馈电网，从电能消耗来看是较为经济的。,T,-T,0,-n0,n0,-n,n,反向电动,正向电动,反向回馈制动,反接制动,能耗制动,转速反向 反接制动,能耗制动,正向回馈制动,TZ,-TZ,他励电动机在各种运转状态下的机械特性,-TC,讨论： 对于需要正、反转的反抗性恒转矩负载，拖动它的电动机应运行在哪几种状态？,本章小结,T,-T,0,-n0,n0,-n,n,反向电动,正向电动,反接制动,能耗制动,-