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1、第十三学习单元 直流电动机的 启动、调速及制动,一、直流电动机的启动,对直流电动机启动性能的基本要求为使电动机启动性能达到最佳状态，要求：（1）必须产生足够大的启动转矩，（电动机方能迅速启动）（2）启动电流不能太大。（3）启动时间要短（实际启动时间只有几秒至几十秒钟）。（4）启动设备要简单，可靠，便于操作。其中，最主要的是启动电流和启动转矩的矛盾。,1.直接启动2.电枢回路串电阻起动3.降电压起动,直流电动机的启动种类,不采取任何限流措施，直接加额定电压的起动称直接起动直接起动的优点:起动转矩很大，不需另加起动设备，操作简便。缺点：起动电流很大，一般可达额定的1020倍。n=0,Ea=Cen=
2、0,Ia=(U-Ea)/Ra=U/Ra结论：1)换向情况恶化，产生严重的火花,损坏换向器 2)过大转矩将损坏拖动系统的传动机构 3)因此在起动时，除低压、小容量外，直流电机一般不容许直接起动。必须设法限制电枢电流。4）直流电机起动和运行中须保证励磁始终正常。,1.直接起动,2.电枢回路串电阻起动,最初起动电流：Ist=U/(Ra+Rst)最初起动转矩：Tst=CTIst 为了在限定的电流Ist下获得较大的起动转矩Tst,应该使磁通尽可能大些，因此起动时串联在励磁回路的电阻应全部切除。有了一定的转速n后，电势Ea不再为0，电流Ist会逐步减小，转矩Tst也会逐步减小。为了在起动过程中始终保持足够
3、大的起动转矩，一般将起动器设计为多级，随着转速n的增大，串在电枢回路的起动电阻Rst逐级切除，进入稳态后全部切除。起动电阻Rst一般设计为短时运行方式，不容许长时间通过较大的电流。,分级起动时可将每一级的 I1（或 T1）与 I2(或 T2)取得大小一致，以使电动机有比较均匀的加速度，这能改善电动机的换向情况，缓和转矩对传动机构与工作机械的有害冲击,3.降电压起动,对于他励直流电动机，可以采用专门设备降低电枢回路的电压以减小起动电流,适用于电动机的直流电源是可调的,二、直流电动机的调速,调速指标：评价调速性能的优劣，常通过调速指标来衡量。1）调速范围D2）调速的相对稳定性（静差率%）3）调速的
4、平滑性（平滑系数）4）调速的经济性,1.电枢串电阻调速,调节电阻Rp增大时，电动机机械特性的斜率增大，与负载机械特性的交点也会改变，达到调速目的。,优点：设备简单、操作简单。,缺点：只能降速，低转速时变化率较大，电枢电流较大，不易连续调速，有损耗。,2.并（他）励直流电动机电枢串电阻调速,3.改变电枢电源电压调速,因为，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。降低电枢电压时，电动机机械特性平行下移。负载不变时，交点也下移，速度也随之改变。,降低电源电压调速的特点。平滑性好，可实现无级
5、调速。转速降n不变，n0变小，特性硬度大，稳定性好。改变电源电压调速属于恒转矩调速。损耗小，经济性好。需专用的可变电源，价格较贵，目前多采用输出电压连续可调的晶闸管整流电路。,优点：调速后，转速稳定性不变、无级、平滑、损耗小。,缺点：只能下调，且专门设备，成本大。（可控硅调压调速系统）,电枢由晶闸管整流供电的直流调速,晶闸管装置调节发电机励磁的发电机-电动机机组调速,改变电枢电源电压调速,4.弱磁调速,因为，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,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
6、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,缺点：只能上调。,三、直流电动机的制动,1.能耗制动,1.1 能耗制动的原理,实现：U0，电枢回路串入电阻,电路特点 U=0，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,1.2 能耗制动的机械特性,制动电阻 Rz 愈小，则机械特性愈平，T1 绝对值愈大，制动愈快,对于位能性负载，将实现反转，即能耗制动运行。,2.反接制动,2.1 反接制动的原理,实现：电枢电压或电动势极性突然改变（励磁反向）电枢电压和电动势顺极性串联；反接时必须采取限制电枢电流的措施。,功率
7、平衡：轴上机械功率通过电机转换为电磁功率后，连同电网输入功率全部消耗于电阻,2.2 反接制动的机械特性,反接制动适合要求频繁正、反转的系统。,3.回馈制动（再生制动）,3.1 回馈制动的原理,3.2 正向回馈制动,他励直流电动机通过降低电压来减速时，若电压下降幅度较大，会使得工作点经过第II象限，如图中的BC段，转速为正而电磁转矩为负，电动机运行于制动状态。在这一过程中，由于电源电压下降，使得EaU,电流方向改变，电能从电动机回馈到电源。,在电力机车下坡时，由于重力作用使得电动机转速高于原来的空载转速，Ea增大，超过U以后，电流也会反向，进入正向回馈制动状态。,3.3 反向回馈制动,他励电动机拖动位能性恒转矩负载运行。反接电源电压并给电枢支路串入限流电阻。工作点将会稳定在第iv象限。在D点，电动机的转速高于理想空载转速，EaU，电流流向电源，属于反向回馈制动。反向回馈制动常用于高速下放重物时限制电机转速。为了限制高速下放速度，一般在回魁制动时，将电枢回路串联的电阻切除。,想想 练练,直流电动机的启动方式有哪几种,直流电动机的调速方法有哪几种？,
