第三章直流电动机电力拖动2课件.ppt

1、3.3 3.3 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速 1.可以采用的调速方法：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。机械方法；电气方法；机械电气配合方法。2.电气调速方法：电气调速方法：由转速调节特性来看由转速调节特性来看:欲改变电动机的转速，可以改变电枢端电欲改变电动机的转速，可以改变电枢端电压压 Ua（U R)，或改变励磁磁通，或改变励磁磁通 实现。实现。(1)调压限制：调压限制：l提高电动机电枢端电压受到绕组绝缘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压只容许比额定电压提高 30%；l实

2、际上改变实际上改变 Ua 应用在降压的方向应用在降压的方向，即即从额定转速向下调速。从额定转速向下调速。(2)调磁限制：调磁限制：l一般电动机的额定磁通已设计得使铁一般电动机的额定磁通已设计得使铁心接近饱和。心接近饱和。所以，改变磁通一般应用在弱磁的方所以，改变磁通一般应用在弱磁的方向，称为向，称为弱磁调速；弱磁调速；l一般可以使一般可以使转速从额定值向上调节。转速从额定值向上调节。一一.调速指标调速指标 1.调速的技术指标调速的技术指标l(1)调速范围：调速范围：一般假定：一般假定：nmax 与与 nmin 代表电动机在额定负载下可能代表电动机在额定负载下可能达到的最高与最低转速。达到的最高

3、与最低转速。不同生产机械要求的调速范围不同生产机械要求的调速范围l对负载很轻的生产机械，可用实际负载下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。的最高与最低转速来计算。生产机械类型生产机械类型调速范围调速范围车床车床20 20 120120龙门刨床龙门刨床10 10 4040机床的进给机构机床的进给机构5 5 200200轧钢机轧钢机3 3 120120造纸机造纸机3 3 2020(2)静差率静差率(相对稳定性相对稳定性)l相对稳定性的程度用静差率相对稳定性的程度用静差率%来表示：来表示：表明负载变化引起转速变化的大小程度。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

4、的关系：静差率与调速范围的关系：l静差率与调速范围是互相联系的两项指标，静差率与调速范围是互相联系的两项指标，系统系统可能达到最低速可能达到最低速 nmin 决定于低速特性的静差率。决定于低速特性的静差率。调速范围调速范围 D 与低速静差率与低速静差率%间的关间的关系：系：)1(maxDnnN(3)平滑性平滑性l调速的级数愈多则认为调速愈平滑；调速的级数愈多则认为调速愈平滑；l用平滑系数用平滑系数 ，即相邻两级转速或线速，即相邻两级转速或线速度之比来衡量：度之比来衡量：=1 时称为无级调速，此时转速连续可调。时称为无级调速，此时转速连续可调。(4)调速时的容许输出调速时的容许输出l指电动机在得

5、到充分利用的情况下，指电动机在得到充分利用的情况下，在调速过程中轴上在调速过程中轴上所能输出的功率和所能输出的功率和转矩转矩；l注意！注意！电动机稳定运行时的电动机稳定运行时的实际输出的功率实际输出的功率与转矩是由负载的需要来决定的。与转矩是由负载的需要来决定的。2.调速的经济指标调速的经济指标 l(1)设备投资设备投资l(2)运行费用运行费用运行费用决定于调速过程的损耗，用效率运行费用决定于调速过程的损耗，用效率 来说明来说明二二.降低电枢端电压调速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电枢串联电阻调速电枢串联电阻调速调速指标：调速指标：l(1).调速范围不大；调速范围不大；

6、l(2).调速的平滑性不高，是有级调速；调速的平滑性不高，是有级调速；l(3).调速的经济性调速的经济性由电网吸取功率：由电网吸取功率：RIIEUIPaaaa21产生损耗：产生损耗：效率：效率：当当 n=0.5n0 时，时，=50%，可见，可见电枢串联电电枢串联电阻调速的效率不高，是不经济的。阻调速的效率不高，是不经济的。(4).适用场合适用场合l用于串励或复励直流电动机拖动的电用于串励或复励直流电动机拖动的电车；车；l炼钢车间的浇铸吊车等生产机械上。炼钢车间的浇铸吊车等生产机械上。2.降低电源电压降低电源电压使用的可调直流电源有：使用的可调直流电源有：l(1)晶闸管整流装置；晶闸管整流装置；

7、l(2)电动机电动机-发电机机组。发电机机组。容量较大时用机组作为可调直流电源，而用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晶闸管装置调节发电机G的励磁电流。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晶闸管励磁的发电机-电动机机组调速系统电动机机组调速系统(3)机械特性方程机械特性方程 U0-整流电压整流电压R0-整流装置内阻整流装置内阻调压调速时的机械特性调压调速时的机械特性(4)调压调速特点调压调速特点l1)调速范围广；调速范围广；l2)调速平滑性高；调速平滑性高；l3)设备投资大；设备投资大；l4)采用

8、可控硅直流电源时效率高，采采用可控硅直流电源时效率高，采用机组时效率较低。用机组时效率较低。三三.弱磁调速弱磁调速1.弱磁调速方法弱磁调速方法l小容量系统在励磁电路中串接可调电小容量系统在励磁电路中串接可调电阻阻 rQ；l大容量系统用单独的晶闸管整流装置大容量系统用单独的晶闸管整流装置向励磁电路供电。向励磁电路供电。弱磁调速电路示意图弱磁调速电路示意图a)小容量系统小容量系统 b)较大容量系统较大容量系统2.机械特性方程式机械特性方程式削弱磁通的人为机械特性削弱磁通的人为机械特性l普通电动机弱磁调速范围最多为普通电动机弱磁调速范围最多为 D=2；l特殊设计调磁电动机调速范围特殊设计调磁电动机调

9、速范围 D=3 4。3.弱磁调速特点弱磁调速特点弱磁调速的优点：弱磁调速的优点：对功率较小的励磁电路进行调节对功率较小的励磁电路进行调节l控制方便；控制方便；l能量损耗小；能量损耗小；l调速的平滑性较高。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，以常和额定转速以下的降压调速配合应用，以扩大调速范围。扩大调速范围。四四.调速时允许输出的功率与转矩调速时允许输出的功率与转矩l指电动机在得到充分利用的情况下，在调指电动机在得到充分利用的情况下，在调速过程中轴上所速过程中轴上所能输出的功率和转矩能输出的功率和转矩；l电动机在电动机在nN下，下，允许输出的功率主要决定允许输出的功率主要决定于

10、电动机的发热，发热主要决定于于电动机的发热，发热主要决定于Ia，受，受到到 IN 的限制。的限制。1.恒转矩调速方式恒转矩调速方式l指保持指保持 Ia=IN 不变时，电动机允许输出的不变时，电动机允许输出的转矩也保持转矩也保持 Ta=TN 不变，与转速不变，与转速 n 无关；无关；l此时允许输出的功率与转速此时允许输出的功率与转速 n 成正比。成正比。对于电枢串电阻调速和降压调速：对于电枢串电阻调速和降压调速：因因 =N 不变，在不变，在Ia=IN 不变条件下，不变条件下，T=CT N IN不变，不变，与转速与转速 n 无关。所以无关。所以属属于恒转矩调速方式。于恒转矩调速方式。2.恒功率调速

11、方式恒功率调速方式l指保持指保持 Ia=IN 不变时，电动不变时，电动机允许输出的功率也基本保持机允许输出的功率也基本保持不变，与转速不变，与转速 n 无关；无关；l此时允许输出的转矩与转速此时允许输出的转矩与转速 n 成反比。成反比。对于弱磁调速方法：对于弱磁调速方法：因因 U=UN 不变，不变，是变化的，在是变化的，在Ia=IN 不变条件下，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可见，弱磁调速时电动机允许输出的功率为常数，与转速常数，与转速 n 无关；允许输出的转矩与无关；允许输出的转矩与n成反比。成反比。属于恒功率调速方式。属于恒功率调速方式。nCnCRIUe

12、aNN1nCInCCTNT121CCnnCTnP955095501955022五五.电动机的电动机的调速方式与负载类型调速方式与负载类型的配合的配合l恒转矩调速方式和恒功率调速方式，都是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；载能力，并不是电动机的实际输出；l实际的输出功率与转矩是由负载来决定的；实际的输出功率与转矩是由负载来决定的；l负载有不同类型，因此，存在一个调速方负载有不同类型，因此，存在一个调速方式与负载类型配合的问题！（自己分析）式与负载类型配合的问题！（自己分析）3.4 3.4 他

13、励直流电动机的制动他励直流电动机的制动 1.直流电动机的两种运转状态直流电动机的两种运转状态l(1)电动运转状态电动运转状态电磁转矩电磁转矩 T 的方向与旋转方向的方向与旋转方向相同相同,电电网向电动机输入电能；网向电动机输入电能；l(2)制动运转状态制动运转状态电磁转矩电磁转矩 T 与转速与转速 n 的方向的方向相反相反,电动电动机吸收机械能并转化为电能。机吸收机械能并转化为电能。2.电气制动方法电气制动方法l1)能耗制动能耗制动l2)反接制动反接制动作用：作用：使电动机生产一个使电动机生产一个负的转矩负的转矩(即即制动转矩制动转矩)，以增加减速度，使系统，以增加减速度，使系统较快地较快地停

14、下停下。或使位能负载的工作机。或使位能负载的工作机构获得构获得稳定的下放速度。稳定的下放速度。l3)回馈制动回馈制动(或称再生制动或称再生制动).一一.能耗制动能耗制动1.他励电动机能耗制动电路图及电路特点他励电动机能耗制动电路图及电路特点电路特点：电路特点：lU=0，电枢回路电阻，电枢回路电阻 Ra+Rz；l制动过程中，电动机靠系统的动能发电，制动过程中，电动机靠系统的动能发电，转化成转化成发电机工作状态；发电机工作状态；l把把动能变成电能，消耗在电枢回路的电阻动能变成电能，消耗在电枢回路的电阻上，因此称为能耗制动。上，因此称为能耗制动。2.能耗制动机械特性方程式能耗制动机械特性方程式l制动

15、电阻制动电阻 Rz 愈小，则机械特性愈平，愈小，则机械特性愈平，T1 绝对值愈大，制动愈快；绝对值愈大，制动愈快；l但但 T1 受最大制动电流的限制。受最大制动电流的限制。TTCCRRnTeza02zaRR CBn0naRA0zTT电动机状态工电动机状态工作作点点制动瞬间制动瞬间工作点工作点制动过程制动过程工作段工作段电动机拖动反抗性电动机拖动反抗性负载，电机停转。负载，电机停转。若电动机若电动机带位能性带位能性负载负载,稳定稳定工作点工作点能耗制动机械特性能耗制动机械特性3.制动电阻选择制动电阻选择l按最大制动电流不超过按最大制动电流不超过 2 IN 来选择来选择 RZ，可近似为：可近似为：

16、4.能耗制动的用途能耗制动的用途l利用制动实现降速；利用制动实现降速；l电动机带动位能负载时，可利用能耗制动实现电动机带动位能负载时，可利用能耗制动实现等速下放。等速下放。能耗制动实现稳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）能耗制动时的过渡过程曲线（选讲）能耗制动过渡过程能耗制动过渡过程必须指出：必须指出：在一定转速下进行能耗制动在一定转速下进行能耗制动时，电枢必须串联电阻时，电枢必须串联电阻 Rz，否则，否则电枢电流将过大，在高速时甚至电枢电流将过大，在高速时甚至接近短路电流的数值！接近短路电流的数值！二二.反接制动反接制动l转速反向反接制动转速反向反接制动可用于位能

17、负载稳可用于位能负载稳速下放；速下放；l电枢电压反向反接制动电枢电压反向反接制动一般用于反作一般用于反作用负载刹车。用负载刹车。(一一)转速反向的反接制动转速反向的反接制动1.转速反向反接制动的电路及特点转速反向反接制动的电路及特点反接制动反接制动特点：特点：l位能负载倒拉电动机，转速位能负载倒拉电动机，转速 n 逆转矩逆转矩 T 的方向旋转；的方向旋转；l和正常电动状态时相比，和正常电动状态时相比，E 的方向变的方向变反。反。2.机械特性机械特性l转速反向的反接制动特性方程式，与电动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状态下的人为机械特性的方程式在形式上是

18、相同的。是相同的。反接制动机械特性反接制动机械特性转速反向反接制动转速反向反接制动3.制动过程中的功率平衡问题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电枢电路电势平衡方程式两边同乘以 Ia，得，得l表示由电网输入的电功率和输入的机械功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（率之和，消耗在电枢的电阻（Ra+R）上；上；l因此反接制动能量消耗是比较大的！因此反接制动能量消耗是比较大的！(二二)电枢反接的反接制动电枢反接的反接制动1.反接制动电路及特点反接制动电路及特点 为了使工作机械迅速停车或反向，断开触点为了使工作机械迅速停车或反向，断开触点 Z，接通触，接

19、通触点点 F，把电枢电源反接，电枢电路中要串入电阻，把电枢电源反接，电枢电路中要串入电阻 R U电枢反接制动电路的特点：电枢反接制动电路的特点：U 为负。为负。2.机械特性机械特性机械特性的方程式为：机械特性的方程式为：制动过程中制动过程中 n 为正，在第二象限；为正，在第二象限；机械特性曲线第二象限的机械特性曲线第二象限的 BC段，即为反段，即为反接制动特性。接制动特性。TnTCCRRCUnTeaeN02 RRaCBn0naRA0ZTTZT0nD电枢反接的反接制动的机械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如果反接制动时最大电流不超过 2IN，则应使：则应使：l这时机械

20、特性特性比能耗制动陡得多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在整个降速范围制动转矩始终存在并保持为一较大值；为一较大值；l因此比能耗制动作用更强烈，制动更快！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功率平衡问题同转速反向反接制动类似。动类似。(三三)电枢反接时的过渡过程（选电枢反接时的过渡过程（选讲）讲）电压反向反接制动电压反向反接制动电枢反接时的过渡过程分析电枢反接时的过渡过程分析1.反作用负载反作用负载 l稳定工作点为稳定工作点为DB-C：电枢反接制动过程：电枢反接制动过程 T

21、不等于不等于 TZ；C-D：反向电动起动增速过程：反向电动起动增速过程 T 不等于不等于 TZ；D：反向电动稳定运行：反向电动稳定运行 T=TZ。2.位能负载位能负载l稳定工作点为稳定工作点为EB-C：电枢反接制动过程：电枢反接制动过程 T 不等于不等于 TZ；C-F：反向电动起动增速过程：反向电动起动增速过程 T 不等于不等于 TZ；F-E：电枢反接的反接制动的过渡过程，：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，电动机电磁转矩仍小于位能性负载转矩，T 不等于不等于 TZ。这一阶段的特点是电机转速高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于理想空载

22、转速，那么属何种工作状态？三三.回馈制动回馈制动特点：转速高于理想空载转速，特点：转速高于理想空载转速，Ea U(一一)位能负载拖动电动机位能负载拖动电动机1.回馈制动状态回馈制动状态l当当 Ea U 时，电流从电枢向电源正端流入，具有时，电流从电枢向电源正端流入，具有向电源回馈的性质；向电源回馈的性质；lT 与与 n 方向相反（第四象限），处制动状态；方向相反（第四象限），处制动状态；l既回馈电能，又有制动作用，故称为既回馈电能，又有制动作用，故称为回馈制动状态。回馈制动状态。电动状态下运行的电动机，在某种条件下会出电动状态下运行的电动机，在某种条件下会出现现 情况，此时情况，此时 ，反向，

23、反向，反向，由反向，由驱动变为制动。从能量方向看，电机处于发电状驱动变为制动。从能量方向看，电机处于发电状态态回馈制动状态。回馈制动状态。0nnUEaaIT回馈制动回馈制动F-E段段2.机械特性机械特性l机械特性的方程式同反接制动机械特性的方程式同反接制动3.回馈制动运行实质回馈制动运行实质l电枢将轴上输入的机械功率变为电磁功率电枢将轴上输入的机械功率变为电磁功率 EaIa 后，后，大部分回馈给电网大部分回馈给电网(U Ia);l小部分变为电枢回路的铜耗小部分变为电枢回路的铜耗 Ia2(Ra+R);l电动机变为一台与电网并联运行的发电机。电动机变为一台与电网并联运行的发电机。功率平衡方程式功率

24、平衡方程式:-U Ia+Ea Ia=Ia2(Ra+R)4.回馈制动用途回馈制动用途l回馈制动可用于转速高于理想空载转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。速情况下的位能负载下放。(二二)改变电枢电压调速时的回馈制动改变电枢电压调速时的回馈制动l降低电压的降速过程中，突然降低电枢电降低电压的降速过程中，突然降低电枢电压，会发生压，会发生 Ea U，出现了回馈制动状态。，出现了回馈制动状态。回馈制动回馈制动回馈制动：回馈制动：稳定运行有以下两种情况稳定运行有以下两种情况Bn0nA0ZTTZT 0n当电车下当电车下坡时，运坡时，运行转速可行转速可能超过理能超过理想空载转想空载转速速

25、,进入第进入第二象限二象限电压反电压反接制动接制动带位能带位能性负载性负载进入第进入第四象限四象限发生在动态过程中的回馈制动过程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1、降压调速时产生的回馈制动、降压调速时产生的回馈制动Bn02nA0zTT1U01nCnAn2UC12UU 制动过程制动过程为为 段段02Bn2、增磁调速时产生的回馈制动、增磁调速时产生的回馈制动Bn02nA0zTT101nCnAn2C12制动过程制动过程为为 段段02Bn回馈制动过程中，功率回馈电网，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。从电能消耗来看是较为经济的。T-T0-n0n0-nn

26、反向电动反向电动正向电动正向电动反向回馈制动反向回馈制动反接制动反接制动能耗制动能耗制动转速反向转速反向反接制动反接制动能耗制动能耗制动正向回馈制动正向回馈制动TZ-TZ他励电动机在各种运转状态下的机械特性他励电动机在各种运转状态下的机械特性-TC讨论：讨论：对于对于需要正、反需要正、反转的转的反抗性反抗性恒转矩负载，恒转矩负载，拖动它的电拖动它的电动机应运行动机应运行在哪几种状在哪几种状态？态？本章小结本章小结T-T0-n0n0-nn反向电动反向电动正向电动正向电动反接制动反接制动能耗制动能耗制动-TZ-TCRaRa+R1RaTZRa+R1ABDCEFGHIl思考题：思考题：l分析位能性分析

27、位能性负载时，能耗负载时，能耗制动和制动和转速反转速反向反接制动向反接制动情情况。况。l反接制动中反接制动中如果如果 TC TZ ,是否可能由反是否可能由反接制动进入反接制动进入反向电动？向电动？T-T0-n0n0-nn反向电动反向电动正向电动正向电动反向回馈制动反向回馈制动反接制动反接制动能耗制动能耗制动转速反向转速反向反接制动反接制动能耗制动能耗制动正向回馈制动正向回馈制动TZ-TZ他励电动机在各种运转状态下的机械特性他励电动机在各种运转状态下的机械特性-TCp 经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量p Study Constantly,And You Will Know Everything.The More You Know,The More Powerful You Will Be写在最后谢谢你的到来学习并没有结束，希望大家继续努力Learning Is Not Over.I Hope You Will Continue To Work Hard演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日