直流电机电力拖动ppt课件.ppt

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1、直流电机电力拖动,电机分类：,直流电机的可逆原理,直流电机,直流电机的可逆原理：一台电机既可作为发电机运行，又可作为电动机运行。,感应电动势“发电作用” 电磁转矩“电动作用”,发电机： 主电动势 反转矩 电动机： 反电动势 主转矩,原动机 EaU 电负载,电源 EaU 机械负载,发电机,电动机, 电机分交流电机和直流电机两种：,直流电机工作电压为直流；,交流电机工作电压为交流。, 直流电机分直流电动机和直流发电机两种：,直流电动机将电能转换为机械能；,直流发电机将机械能转换为电能。,直流电机与交流电机的比较, 交流电机较直流电机的结构简单、制造容易、 维护方便、运行可靠；, 直流电机有交流电机

2、不能比拟的启动和调速性能；, 直流电机更适合于调速要求高、正反转、启动和 制动频繁的场合；, 直流电机即可作电动机使用，亦可作发电机使用；, 交流电机的正反转和调速需借助于复杂的控制电路。,直流电机的基本工作原理,电磁力定律：垂直于磁力线的导体通过电流时，会受到力的作用。,力的方向用左手定则确定：,若与磁力线垂直的导体通过电流，导体受的力为：F=BLIF：力，N B：磁感应强度, Wb/m2或T(特斯拉)L: 导体的有效长度，m I：导体中的电流，A,若导体与磁力线发生相对运动，导体中感应的电势为：E=BLVE：感应电势，V B：磁感应强度, Wb/m2或T(特斯拉)L: 导体的有效长度，m

3、V：导体的运动速度，m/s,感应电动势的方向用右手定则确定：,直流电机的基本工作原理,(2)电磁感应定律：若导体切割磁力线，导体中会产生感应电动势。,直流电机的基本工作原理,(3)电流磁效应：通电的导体周围会产生磁场。,磁场的方向用右手螺旋定则确定：,直流电机基本工作原理,直流电机的物理模型如图所示。 线圈在磁场中旋转，线圈的两条边分别与两个彼此绝缘而且与线圈同轴旋转的铜片连接，铜片上又各压着一个固定不动的电刷。,电刷,换向片,直流发电机原理,1. 原动机提供机械转矩T1，带动线圈逆时针旋转，当换向片A接电刷A，换向片B接电刷B时,线圈感应电动势：A为高电位，B为低电位；电流：由A流出，由B流

4、入；电磁转矩：方向顺时针；,2. 原动机提供机械转矩T1，带动线圈逆时针旋转，当换向片A接电刷B，换向片B接电刷A时,线圈感应电动势：B为高电位，A为低电位；电流：由B流出，由A流入；电磁转矩：方向顺时针；,结论：线圈内部电流 I 交变，感应电动势 Ea交变，但电刷电动势方向不变，电磁转矩T方向与T1相反。,直流电动机原理,1. 电源正接换向片A，电源负接换向片B,电流：由A流进，由B流出；电磁转矩：方向逆时针；线圈感应电动势：A为高电位，B为低电位。,2. 线圈逆时针旋转电源正接换向片B，电源负接换向片A,电流：由B流进，由A流出；电磁转矩：方向逆时针；线圈感应电动势：B为高电位，A为低电位

5、。,结论：线圈内部电流 Ia交变，感应电动势 Ea交变，且与电流方向相反，电磁转矩T方向不变。,发电机右手定则判定电流方向左手定则判定转矩方向,电动机左手定则判定T方向右手定则判定感应电动势 方向,电动机和发电机都有电磁转矩。,电枢电势的性质,直流发电机的工作原理图,直流电动机的工作原理图,直流发电机：电源电势(与电枢电流同方向)直流电动机：反电势(与电枢电流反方向),电磁转矩的性质,直流发电机的工作原理图,直流电动机的工作原理图,发电机制动转矩(与转速方向相反)电动机驱动转矩(与转速方向相同),（产生励 磁磁场）,（产生电动势，流过电 流，产生电磁转矩）,1、结构,直流电机,直流电机整体结构

6、图,励磁绕组和串换向极后的电枢绕组出线,定子机座,换向极铁心,换向极绕组,主磁极铁心,主磁极绕组（励磁绕组）,换向极绕组与励磁的串联接线,直流电机定子,2. 主磁极 在 主磁极铁心 上固定 励磁绕组，产生磁场并使电枢表面的气隙磁密按一定形状在空间分布。主磁极铁心是由11.5mm的 低碳钢板 叠成。,极身,极靴,机座,主磁极,励磁绕组,3. 换向极 一般用于1kW以上的直流电机中，位置在两主极之间，帮助电枢换向并消除或减弱电枢反应。换向极铁心用整块钢或钢板绝缘后叠装而成，换向绕组一般由粗的扁铜线绕成，且与电枢绕组相串联。,主极,换向极,直流发电机, 直流发电机通常按励磁方法分为：他励、并励、 串

7、励和复励。, 其余三种 发电机的 励磁绕组中的 励磁电流均为 电枢电流或 电枢电流的 一部分故 称自励发电机。,直流电动机按定子励磁绕组的励磁方式分为四类：,1、他励电动机：励磁绕组 由外加电源单独供电， 励磁电流的大小与电枢 两端电压或电枢电流的 大小无关。,2、并励电动机：励磁绕组与电枢绕组并联连接， 由外部电源一起供电。,3、串励电动机：励磁绕组与电枢绕组串联连接， 由外部电源一起供电。,4、复励电动机：励磁绕组分为两部分，一部分与电 枢绕组并联连接，另一部分与电枢绕组串联连接。,直流电动机具有良好的起动性能和调速性能，广泛应用于对起动和调速性能要求高的场合,直流电动机按励磁方式可分为：

8、他励、并励、串励和复励四种,直流发电机稳态运行的基本方程,发电机惯例,发电机外特性比较,他励直流电动机的机械特性,电动机的转速n 与电磁转矩 Te 之间的关 系n = f ( T )。,机械特性方程式,= n0 T,理想空载转速,机械特性斜率,Ra 电枢电阻Rc 电枢回路外串电阻Ce 电动势常数， CT 电磁转矩常数，,二、 固有机械特性,当电磁转矩为额定转矩时，其对应转速为额定转速， nN为额定转速降。,O,T,n,n0,nN,TN,N,T0,特点：1）由于Ra很小，则固有机械特性很硬，静差率有3%5%2）n0为理想空载转速，由于空载转矩T0的存在，电机的实际空载转速为,3）当转速n = 0

9、时，电动机处于堵转状态，则其堵转电流为,电枢电阻Ra很小，因此堵转电流很大，可达额定10-20倍,人为机械特性,2、降低电枢电压时的人为特性,改变电枢回路电压的人为机械特性常用于平滑调速,机械特性的计算,已知额定功率PN，额定电压UN，额定电流 IN，额定转速nN , 计算和绘制机械特性。,1、固有机械特性的计算,直线上任意两点确定一条直线，选择两特殊点：理想空载点（ T=0 , n=n0 ）额定工作点(T=TN , n=nN ),CeN = =,EaNnN,方式2（估算）：根据普通直流电机额定运行时，额定铜耗约占总损耗的1/21/3！,方式1：已直接给出Ra或者查技术手册得到,求Ra,1）,

10、电机总损耗pN = UNIN - PN,额定铜耗 pCuN= I 2N Ra,2）,TN = CTN IN = 9.55 CeN IN,额定转矩的计算：,根据铭牌数据计算固有特性步骤： （1）根据UN、PN、IN估算Ra （2）计算CeN （3）计算n0 （4）计算TN,2、总结固有机械特性的计算步骤,在坐标纸上标出（0，n0）、（TN、nN）两点，连成一条直线，即是固有特性曲线！,解： 计算固有机械特性,【例2.1.1】一台他励直流电动机 PN = 22kW，UaN = 220 V，IaN = 115A，nN = 1500 r/min ，求其固有特性。若负载转矩为额定值不变，计算其在下列情况

11、下的电流和电机的稳定转速。 1）电枢回路串入Rc= 0.75 的电阻；2）电枢电压降为U = 100V；3）弱磁 = 0.85N时。,连接 n0 和 N ( TN ，nN ) 两点即可得到固有特性。,TN = 9.55 CeN IN = 9.55 0.137 115 = 150,1） 电枢回路串电阻不影响电机的主磁通，因此当负载转 矩为额定不变时，即电磁转矩Te保持不变，又 Te = CTN Ia，则有 Ia= IN = 115A,则电动机的稳定转速为:,2） 降低电枢电压也不影响电机的主磁通，因此当负载转 矩为额定不变时，即电磁转矩Te保持不变，又 Te = CTN Ia，则有 Ia = I

12、N = 115A,= 625 r/min,3） 当弱磁 = 0.85N 时, 负载转矩为额定不变时，即电磁转矩Te保持不变, Te = CT Ia ，得,= 871.4 r/min,则电动机的稳定转速为:,则电动机的稳定转速为:,Ia =,CTN INCT,=,N IN0.85 N,=,= 135.3A,CT Ia= CTN IN，则,n =,UN Ra IaCe,220 0.125135.30.850.137,=,115,0.85,=1744 r/min,电机起动需满足的条件： 足够大的起动转矩，一般Tst 1.1TL 起动电流限制在安全范围内，一般 Ist (1.5 - 2.0) IN 直

13、接起动后果 起动瞬间： n = 0，Ea = 0，对于他励电动机,他励直流电动机的起动,起动：指电动机接通电源后，转速从 n = 0 上升到稳定负载转速nL的过程称为起动过程或起动。,= (10 20) IN, 换向决不允许!,T = Tst = CTN Ist,= (10 20) TN,四个后果：电磁力大，损坏绕组；换向困难；加速过快，损坏传动机构；电网电压波动,T1(I1),a,b,d,c,e,f,p,降低电枢电压起动过程,需要可调直流电源从低到高调节电枢回路电压,降低电枢电压起动,起动瞬间 Ist 通常限制在( 1.52 ) IN,起动时最低电压为 U = (1.52) IN Ra 1.

14、1TL Te (1.52) TN,他励直流电动机的三种起动方法：直接起动、降压起动和电枢回路串电阻起动 。,二、 电枢回路串联电阻分级起动,电枢回路允许串入的最大电阻值,1、起动过程,可以达到限制起动电流的目的起动后，若仍串接Rst系统只能在较低转速下运行，为了得到额定转速，必须逐渐切除Rst,以三级起动为例,T1(I1),a,b,d,c,e,f,g,h,w,R1 = Ra + Rst1,R2 = Ra + Rst1 + Rst2,R3 = Ra + Rst1 + Rst2 + Rst3,T1 = ( 1.5 2 ) TN,T2 = ( 1.11.2 ) TN,2. 电枢回路起动电阻的计算,T

15、1(I1),a1,a2,(1) 起动过程 串联 (Rst1+Rst2) 起动： R2 = RaRst1Rst2 起动转矩 (电流)：T1 (I1) = (1.5 2) TN (IaN) 切除 Rst2 ：R1 = RaRst1 切换转矩 (电流)： T2 (I2) = (1.1 1.2) TL (IL),b2,b1,b,a, 切除 Rst1 ：R0 = Ra,起动 a1 点,瞬间 n 不变,b1 点,c,c1,c2,p,c1 点,一般级数取 m=24, 起切电流（转矩）比： 求出电枢电路电阻 Ra,(1) 起动级数未定时的起动电阻的计算, 确定起动电流 I1 和切换电流 I2 I1 (T1)

16、= (1.5 2.0) IaN (TN) I2 (T2) = (1.1 1.2) IaN (TL),求出起动时的电枢总电阻 (即电枢回路最大总电阻)Rm 确定起动级数 m,nb2 = nc1,即：Eb2 = Ec1,UaNR1I2 = UaNR0 I1 R1I2 = R0I1 R1 = R0同理，由 na2 = nb1 可得 R2 = R1对于 m 级起动，有 Rm= mRa 重新计算 ，校验 I2 是否在规定的范围内,= 2R0, 确定各段总电阻值和各段电阻值,各段总电阻值：R1 = R0 = Ra R2 = R1= 2Ra R3 = R2= 3Ra Rm = Rm1 = mRa各段电阻值：

17、 Rst1 = R1Ra Rst2 = R2R1 Rst3 = R3R2 Rstm = RmRm1,(2) 起动级数已定时的起动电阻的计算, 选择起动电流 I1 ; 测出或由铭牌数据估算出 Ra ; 计算Rm ; 计算 ; 计算切换电流 I2 ，并校验之; 确定各段总电阻值和各段电阻值。,【例2.2.1】 一台 Z4 系列他励直流电动机， PN = 200 kW，UaN = 440 V，IaN = 497 A，nN = 1500 r/min ，Ra = 0.076 ，采用电枢串电阻起动。求起动级数和各级起动电阻 。 解： (1) 选择 I1 和 I2 I1 = (1.5 2.0) IaN =

18、(745.5 994) A I2 = (1.1 1.2) IaN = (546.7 596.4) A选取 I1 = 840 A， I2 = 560 A。(2) 求出起切电流比(3) 求出起动时的电枢总电阻 Rm,(4) 求出起动级数 m取 m = 5。(5) 重新 ，校验 I2,(在规定的范围内),(6) 求出各段总电阻值和各段电阻值,R1 = RaR2 = 2RaR3 = 3RaR4 = 4Ra R5 = 5RaRst1 = R1RaRst2 = R2R1Rst3 = R3R2Rst4 = R4R3Rst5 = R5R4,= 1.470.076 = 0.11 = 1.4720.076 = 0

19、.16 = 1.4730.076 = 0.24 = 1.4740.076 = 0.35 = 1.4750.076 = 0.52 = (0.110.076 ) = 0.034 = (0.160.11 ) = 0.05 = (0.240.16 ) = 0.08 = (0.350.24 ) = 0.11 = (0.520.35 ) = 0.17 ,他励直流电动机的调速,调速概念：,为满足生产机械工艺的速度要求，通过改变电机参数使电机转速发生改变，称为电气调速。区别两个概念：调速、速度变化,一、 调速指标,调速范围、调速的静差率、调速平滑性、经济性、容许输出,调速范围,指电动机在额定负载时所能达到的最

20、高转速与最低转速之比。,例如：车床D = 2120，龙门刨床D = 1040，造纸机D = 120，轧钢机D = 3120,扩大调速范围D的两条限制 nmax受到电动机的机械强度和换向条件的限制，nmin受到相对稳定性的限制,调速的静差率,指在同一条机械特性上，额定负载时的转速降与理想空载转速之比。,机械特性越硬，n愈小，静差率就愈小，转速相对稳定性就愈好。 普通车床要求%30%，龙门刨床小于10%，高精度的造纸机要求小于0.1%,调速平滑性,指相邻两级转速之比，用系数表示,调速经济性,容许输出,比值越接近于1，调速平滑性越好。一定范围内调速级数越多，平滑性越好。,指调速设备的初期投资、运行效

21、率、维护费用等。,指电机在得到充分利用时，调速过程所能输出的功率和转矩。稳态时，电机的实际输出由负载决定，应使调速方法适应负载的要求。,二、 调速方法,1. 改变电枢电阻调速,三种方法：电枢串电阻调速、降压调速、减弱磁通调速,TL,a,b,c,b,c,a, 调速方向：在 nN 以下调节。 (Ra + Rc) n ，(Ra + Rc) n 。 调速的稳定性 (Ra + Rc) , 稳定性变差。, 调速范围：受稳定性影响，D 较小。, 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

22、率低。, 调速时的允许负载 T = CTN IaN, 恒转矩调速。,取决于 Ra 的调节方式，一般为有级调速。 调速的经济性 P1 = Ua Ia = E IaR Ia2,结论：,优点：设备简单，初期投资少。缺点：(1) 属于有级调速，且有限级数，平滑性差(2) 轻载时，调速范围小(3) 低速时，效率低，电能损耗大(4) 低速时，转速稳定性差(5) 一般用于对调速性能要求不高的场合,【例2.3.1】 一台他励电动机， PN = 22 kW，UN = 220 V，IN = 115A，nN = 1500 r/min ，Ra=0.125，现拖动恒转矩负载在额定工作点稳定运行。要使电动机转速降低至 1

23、000 r/min，需在电枢电路串联多大的调速电阻 ？,由于拖动恒转矩负载，且磁通不变，根据 Te=CT Ia=Te=C可知，调速前后电枢电流不变，故转速降为1000r/min时，应串联的电阻值为,解：,=0.6,2. 改变电枢电压调速, 调速方向： 在 UN（或nN）以下调节。 Ua n ，Ua n 。 调速的平滑性： 连续调节 Ua ，可实现无级调速。 调速的稳定性： 改变 Ua 调速范围：D 不大（D8） 。 调速的经济性：需要专用直流电源。 调速时的允许负载: T = CTN IaN, 不变，,但 ,稳定性变差。,恒转矩调速。,【例2.3.2】 例 2.3.1 中的他励电动机，PN =

24、 22 kW，UN = 220V，IN = 115A，nN = 1500 r/min ，Ra=0.125，拖动恒转矩负载运行，TL = TN。现采用改变电枢电压调速。试问要使转速降低至 1000 r/min，电枢电压应降低到多少 ？ 解：拖动恒转矩负载，且磁通不变，根据 Te=CT Ia=Te=C可知，调速前后电枢电流不变，故转速降为1000r/min时，电枢电压应降为,Ua = CE n + RaIN = 0.1371000 +0.125115 = 151V,3. 改变励磁电流调速,If ,E ,Ia ,T ,n ,E 下降至某一最小值后回升 Ia 和 T 上升至某一最大值后下降 T = T

25、L ，n = nc 。 调速方向 在 nN 以上（IfN 以下）调节。 调速的平滑性 连续调节Uf（或Rf）可实现无级调速。, 调速的稳定性 调速范围 受机械强度（nmax）的限制，D 不大。 普通 M ：D = 2，特殊设计的M ：D = 4。 调速的经济性 调节Rf 比较经济； 调节Uf 则需要专用直流电源。 调速时的允许负载 T ，n ，,n ，n0 , 不变，,稳定性好。,P 基本不变，,为恒功率调速。,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。 通常把降压调速和弱磁通调速配合起来用，以电动机的额定转速作为基速，在基速以下

26、调压，在基速以上调磁，可扩大 D，实现双向调速。,由于电动机在弱磁状态下的电枢电流是额定值的1.25倍，故不能长期使用。此时电动机的转速为,【例2.3.3】 例 2.3.1 中的他励电动机，拖动恒功率负载运行，现采用改变励磁电流调速。当磁通降低为 = 0.8N时，电机转速为多少？电动机能否长期运行于弱磁状态？ 解：由于负载为恒转矩性质，由转矩平衡方程式可得，CTN IN = CT ( 0.8N ) Ia ，所以 Ia = 1.25 IN = 1.25115 = 143.75 A,制动的目的：快速停车、匀速下放重物等。,第四节 他励直流电动机的制动,制动：使拖动系统从某一稳定转速很快减速停车，或

27、是为了限制电动机转速的升高（如起重机下放重物时、电车下坡时），使其在某一转速下稳定运行，以确保设备和人生安全。,电气制动特点：电磁转矩与转速方向相反！,自由停车： 电机运行时，切断电枢电源，系统的转速 慢慢的降下来机械制动：采用机械抱闸的方式进行制动电气制动：由电动机本身产生一个与转动方向相反的 电磁转矩（即制动转矩）来实现制动,电气制动优点：制动转矩大，制动时间短，便于控制，容易实现自动化,一、 能耗制动,电动状态,制动状态,能耗制动时：,动能转换成电能,制动前：特性 1。 制动开始后： Ua = 0， Ia =,制动过程,(1) 能耗制动过程 迅速停机 a 点b 点，Ia 反向(Ia0)制

28、动开始n = 0，E = 0,na = nb，Ea = Eb T 反向 (T0 ) ， T 和 TL的共同作用 Ia= 0，T = 0，,n,O 点,自动停车。,-,制动效果,制动快，停车迅速。,切换点（b 点）,Rb 的选择,(2) 能耗制动运行 下放重物,制动过程,电动状态,反向起动,能耗制动运行,制动效果,b,Rb 特性 2 斜率 下放速度 | nL | 。,Rb 的选择（各量取绝对值）,校验,(Rb大),（对切换点 b 点电流的限制）,【例2.3.1】 一台他励直流电动机，PN = 40 kW，UaN = 220 V，IaN = 210 A，nN = 1000 r/min，电枢内阻Ra

29、 =0.07，T0 忽略不计。试求： (1) 在额定负载下进行能耗制动，欲使制动电流等于2 IaN 时，电枢应外接多大电阻？ (2) 求出它的机械特性方程式？ (3) 如果电枢直接短接，制动电流应多大？ (4) 拖动 TL = 0.8 TN 的位能性恒转矩负载，采用能耗制动以 800 r/min 的速度下放重物，电枢电路应串联多大的制动电阻？,解： (1) 额定负载时，电动机电动势,EaN = UaN IaNRa = 220 - 2100.07 = 205.3 V 按要求 Imax= - 2 IaN = - 2210 = - 420 A 能耗制动时，电枢应外接电阻,(2) 机械特性方程式,机械

30、特性方程式为：,(3) 如果电枢直接短接，则制动电流为,此电流约为额定电流的14倍，由此可见能耗制动时，不允许直接将电枢短接 ，必须接入一定数值的制动电阻,(4) 当TL = 0.8 TN时，电机稳定下放重物时电枢电流为,二、 反接制动,反接制动时，电压U与电枢电动势Ea变为同方向，实现反接制动有两种方法,电压反向反接制动,转速反向反接制动,1. 电压反向反接制动,电动状态,制动状态, Ua,作用？,限制 Iamax,Ia 的方向？,T 的方向？,1)制动原理：,电枢反接时：Ua和电动势Ea 方向一致，使得电枢回路有近 两倍的额定电压； 由于电枢电阻Ra很小，导致大的反向电流 ； 为限制过大的

31、电流，在电压反接的同时，在 电枢回路中需串入反接制动电阻Rb,电枢反接时：,动能、电源电能均被 Rb 消耗掉。,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 TL 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,e,电压反接制动到达c点时：n=0,电磁转矩Tc为负值，此时： a. 若要求停车，就必须马上断开电源，并施加机械抱闸 b. 若负载是反抗性负载时，当 时， 使 ，电动机将反向起动，并加速到d

32、点稳定运行（-Td = -TL）。则电动机工作在反向电动状态。 c. 若负载是位能性负载时，无论 多大，都有在位能负载和Tc的共同作用下，电动机都将反向加速，并加速到e点稳定运行。电动机工作在回馈制动状态。,2) 机械特性及制动电阻的计算：,电压反接制动的特点： Ua 反向，= N ，R=Ra+Rb,故理想空载转速为：,故机械特性方程式为：,制动瞬间b 点的 E,2 (Rb小),b,Rb 特性 2 斜率 制动转矩 制动快。,Rb 的选择 （各量取绝对值）,2 (Rb大),制动效果,2 电动势(转速)反向反接制动 下放重物,制动原理：拖动位能性负载时，在电枢回路串联制动 电阻，使TstTL，在位

33、能性负载转矩作用下，电动机逆电磁转矩的方向转动，电机便处于倒拉反接制动状态。,电动状态,制动状态,Ia 的方向？,T 的方向？,制动前：特性 1,制动开始后：,特性 2, Ia 和 T 始终没有改变方向。因Rb很大， 故n为负值,2) 机械特性及制动电阻的计算：,制动效果,Rb 特性 2 斜率 下放速度 。,2(Rb大),(Rb小),Rb的选择 (各量取绝对值),【例2.3.2】 一台他励电动机，PN = 22 kW，UaN = 440 V，IaN = 65.3 A，nN = 600 r/min，Iamax = 2IaN，T0 忽略 不计。试求：(1) 拖动 TL = 0.8 TN 的反抗性恒

34、转矩负载 (2) 拖动 TL = 0.8 TN 的位能性恒转矩负载，采用反接制动以 300 r/min 的速度下放重物，电枢电路应串联多大的制动电阻？ 解： 由额定数据求得,(1) 迅速停机时 TL = 0.8TN = 0.8350.32 = 280.256 Nm,CT = 9.55 CE = 9.550.562 = 5.365,E = UaNRa Ia = (4401.5852.24) V = 357.46 V,（切换点 b 点的 Eb ）,= 1.58 = 4.526 ,(2) 下放重物时（忽略 T0 ）,= 10.07 , n n0 T也变向，使T与n反向，T为制动转矩 电动机处于发电状

35、态， 动能转换为电能回馈电网。,特点：,Ea U，迫使 Ia改变方向,由电枢流向电源,三、回馈制动,在电动机制动的同时，使电动机转速高于理想空载转速，把拖动系统的动能转换成电能回馈给电网。,电动机既工作在制动状态，又向电源回馈能量的工作状态称为回馈制动,正向回馈制动,反向回馈制动,1 正向回馈制动 电车下坡,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|,在降低电枢电 压调速过程中,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,2 反向回馈制动 下放重物,电压反向,电

36、动状态,制动过程,反向起动,n n0n EUaIa (T) 反向,制动状态,Ia 的方向？,T 的方向？,作用？,限制 Iamax,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 = TL 。,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 TL回馈制动,制动效果,Rb 特性 2 斜率 下放速度 。,Rb 的选择 （各量取绝对值）,校验 （各量取绝对值）,制动瞬间b 点的 E,电压反接后瞬间,电压反向反接制动与反向回馈制动的比较,电压反向制动过程,回馈制动状态,第四节 他励直流电动机的调速,调速概念：,为满足生

37、产机械工艺的速度要求，通过改变电机参数使电机转速发生改变，称为电气调速。区别两个概念：调速、速度变化,一、 调速指标,调速范围、调速的静差率、调速平滑性、经济性、容许输出,调速范围,指电动机在额定负载时所能达到的最高转速与最低转速之比。,例如：车床D = 2120，龙门刨床D = 1040，造纸机D = 120，轧钢机D = 3120,扩大调速范围D的两条限制 nmax受到电动机的机械强度和换向条件的限制，nmin受到相对稳定性的限制,调速的静差率,指在同一条机械特性上，额定负载时的转速降与理想空载转速之比。,机械特性越硬，n愈小，静差率就愈小，转速相对稳定性就愈好。 普通车床要求%30%，龙

38、门刨床小于10%，高精度的造纸机要求小于0.1%,调速平滑性,指相邻两级转速之比，用系数表示,调速经济性,容许输出,比值越接近于1，调速平滑性越好。一定范围内调速级数越多，平滑性越好。,指调速设备的初期投资、运行效率、维护费用等。,指电机在得到充分利用时，调速过程所能输出的功率和转矩。稳态时，电机的实际输出由负载决定，应使调速方法适应负载的要求。,二、 调速方法,1. 改变电枢电阻调速,三种方法：电枢串电阻调速、降压调速、减弱磁通调速,TL,a,b,c,b,c,a, 调速方向：在 nN 以下调节。 (Ra + Rc) n ，(Ra + Rc) n 。 调速的稳定性 (Ra + Rc) , 稳定

39、性变差。, 调速范围：受稳定性影响，D 较小。, 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。, 调速时的允许负载 T = CTN IaN, 恒转矩调速。,取决于 Ra 的调节方式，一般为有级调速。 调速的经济性 P1 = Ua Ia = E IaR Ia2,结论：,优点：设备简单，初期投资少。缺点：(1) 属于有级调速，且有限级数，平滑性差(2) 轻载时，调速范围小(3) 低速时，效率低，电能损耗大(4) 低速时，转速稳定性差(5) 一般用于对调速性能要求不高的场合,

40、【例2.4.1】 一台他励电动机， PN = 4 kW，UaN = 160 V，IaN = 34.4 A，nN = 1 450 r/min ，用它拖动恒转矩负载运行。现采用改变电枢电路电阻调速。试问要使转速降低至 1 200 r/min，需在电枢电路串联多大的电阻 Rb ？ 解： 电枢电阻,额定运行时 E = UaNRa IaN = (1601.2734.4) V = 116.31 V,CT = 9.55 CE = 9.550.080 2 = 0.766,n = n0 n = 795 r/min,n0 = UN/CEN = 2019r/min,Ra+RbCECT2,nTN,=,=,Rb=,n

41、CECT2 TN,- Ra = 0.583,2. 改变电枢电压调速, 调速方向： 在 UN（或nN）以下调节。 Ua n ，Ua n 。 调速的平滑性： 连续调节 Ua ，可实现无级调速。 调速的稳定性： 改变 Ua 调速范围：D 不大（D8） 。 调速的经济性：需要专用直流电源。 调速时的允许负载: T = CTN IaN, 不变，,但 ,稳定性变差。,恒转矩调速。,【例2.4.2】 例 2.4.1 中的他励电动机，拖动恒转矩负载运行，TL = TN。现采用改变电枢电压调速。试问要使转速降低至 1 000 r/min，电枢电压应降低到多少 ？ 解： 已知 Ra = 1.27 ， Ce = 0

42、.080 2，CT = 0.766，TN = 26.36 Nm 。,= 544.94 r/minn0 = nn = (1000544.94) r/min = 1544.94 r/min Ua = CE n0 = 0.08021544.94 V = 123.9 V,3. 改变励磁电流调速,If ,E ,Ia ,T ,n ,E 下降至某一最小值后回升 Ia 和 T 上升至某一最大值后下降 T = TL ，n = nc 。 调速方向 在 nN 以上（IfN 以下）调节。 调速的平滑性 连续调节Uf（或Rf）可实现无级调速。, 调速的稳定性 调速范围 受机械强度（nmax）的限制，D 不大。 普通 M

43、 ：D = 2，特殊设计的M ：D = 4。 调速的经济性 调节Rf 比较经济； 调节Uf 则需要专用直流电源。 调速时的允许负载 T ，n ，,n ，n0 , 不变，,稳定性好。,P 基本不变，,为恒功率调速。,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。 通常把降压调速和弱磁通调速配合起来用，以电动机的额定转速作为基速，在基速以下调压，在基速以上调磁，可扩大 D，实现双向调速。,【例2.4.3】 例 2.3.1 中的他励电动机，拖动恒功率负载运行，现采用改变励磁电流调速。试问要使转速增加至 1800 r/min， CE 应等于多少 ？ 解： 已知 Ra = 1.27 ，TN = 26.36 Nm 对于恒功率负载 T 1/ n ，若忽略 T0 ，则,将已知数据代入机械特性方程，得,= 0.064 7 或 0.024 2,整理，得 1 800 (CE) 2160 CE 2.82 = 0,