电机拖动基础精.ppt

电机拖动基础第1页，本讲稿共46页2.1电力拖动系统的运动方程式和负载转矩特性 电力拖动系统运动方程式描述了系统的运动状态，电力拖动系统运动方程式描述了系统的运动状态，系统的运动状态取决于作用在原动机转轴上的各种转系统的运动状态取决于作用在原动机转轴上的各种转矩。矩。2.1.1 2.1.1 电力拖动系统的运动方程式电力拖动系统的运动方程式一、运动方程式 根据如图给出的系统（忽略空载转矩），可根据如图给出的系统（忽略空载转矩），可写出拖动系统的运动方程式：写出拖动系统的运动方程式：其中其中 为系统的惯性转矩。为系统的惯性转矩。第2页，本讲稿共46页运动方程的实用形式：运动方程的实用形式：系统旋转运动的系统旋转运动的三种状态三种状态1)1)当当 或或 时时,系统处于系统处于静止静止或或恒转速恒转速运行状态，即处运行状态，即处于稳态。于稳态。2)2)当当 或或 时时,系统处于系统处于加速加速运行状态，即处于动态。运行状态，即处于动态。3)3)当当 或或 时时,系统处于系统处于减速减速运行状态，即处于动态。运行状态，即处于动态。常把常把 或或 称为动负载转矩称为动负载转矩,把把 称为静负载转矩称为静负载转矩.第3页，本讲稿共46页 首先确定电动机处于电动状态时的旋转方向为转速的正方向，然后规首先确定电动机处于电动状态时的旋转方向为转速的正方向，然后规定：定：二、运动方程式中转矩正、负号的规定二、运动方程式中转矩正、负号的规定（1 1）电磁转矩）电磁转矩 与转速与转速 的正方向相同时为正，相反时为负。的正方向相同时为正，相反时为负。（2 2）负载转矩）负载转矩 与转速与转速 的正方向相同时为负，相反时为正。的正方向相同时为负，相反时为正。(3)(3)惯性转矩惯性转矩 的大小和正负号由的大小和正负号由 和和 的代数和决定。的代数和决定。第4页，本讲稿共46页2.1.2 2.1.2 负载的转矩特性负载的转矩特性一、恒转矩负载特性负载的转矩特性，就是负载的机械特性，简称负载特性。负载的转矩特性，就是负载的机械特性，简称负载特性。恒转矩负载特性是指生产机械的负载转矩恒转矩负载特性是指生产机械的负载转矩 与转速与转速 无关的无关的特性。分反抗性恒转矩负载和位能性恒转矩负载两种。特性。分反抗性恒转矩负载和位能性恒转矩负载两种。1.1.反抗性恒转矩负载反抗性恒转矩负载T TL Ln2.2.位能性恒转矩负载位能性恒转矩负载T TL Ln第5页，本讲稿共46页二、恒功率负载特性 恒功率负载特点是：负载转恒功率负载特点是：负载转矩与转速的乘积为一常数，即矩与转速的乘积为一常数，即 与与 成反比，特性曲线为一条双成反比，特性曲线为一条双曲线。曲线。T TL Ln三、泵与风机类负载特性 负载的转矩负载的转矩 基本上与转基本上与转速速 的平方成正比。负载特性的平方成正比。负载特性为一条抛物线。为一条抛物线。T TL Ln理想的通理想的通风机特性风机特性实际通风实际通风机特性机特性TL0第6页，本讲稿共46页2.2 他励直流电动机的机械特性2.2.1 2.2.1 机械特性的表达式机械特性的表达式 直流电动机的机械特性是指电动机在电枢电压、励磁电流、直流电动机的机械特性是指电动机在电枢电压、励磁电流、电枢回路电阻为恒值的条件下，即电动机处于稳态运行时，电动电枢回路电阻为恒值的条件下，即电动机处于稳态运行时，电动机的转速与电磁转矩之间的关系：机的转速与电磁转矩之间的关系：由电机的电路原理图可得机械特性的表达式：由电机的电路原理图可得机械特性的表达式：称为理想空载转速。称为理想空载转速。实际空载转速实际空载转速第7页，本讲稿共46页2.2.2 2.2.2 固有机械特性和人为机械特性固有机械特性和人为机械特性一、固有机械特性当当 时的机械特性称为固有机械特性：时的机械特性称为固有机械特性：二、人为机械特性当改变当改变 或或 或或 得到的机械特性称为人为机械特性。得到的机械特性称为人为机械特性。由于电枢电阻很小，特性曲线斜率很小，所以固有机械特性是硬特性。由于电枢电阻很小，特性曲线斜率很小，所以固有机械特性是硬特性。第8页，本讲稿共46页1 1、电枢串电阻时的人为特性、电枢串电阻时的人为特性 保持保持 不变不变,只在电枢回路中串入电阻只在电枢回路中串入电阻 的人为的人为特性特性特点：特点：1 1）不变，不变，变大；变大；2 2）越大，特性越软。越大，特性越软。第9页，本讲稿共46页2 2、降低电枢电压时的人为特性、降低电枢电压时的人为特性 保持保持 不变，只改变电枢电压时的人为特性：不变，只改变电枢电压时的人为特性：特点：特点：1)1)随随 变化变化,不变不变;2)2)不同不同,曲线是一组平行线。曲线是一组平行线。第10页，本讲稿共46页3 3、减弱励磁磁通时的人为特性、减弱励磁磁通时的人为特性 保持保持 不变，只改变励磁回路调节电阻不变，只改变励磁回路调节电阻 的人为特性：的人为特性：特点：特点：1 1）弱磁，）弱磁，增大；增大；2 2）弱磁，）弱磁，增大增大第11页，本讲稿共46页2.2.3 2.2.3 机械特性求取机械特性求取一、固有特性的求取一、固有特性的求取 已知已知 ，求两点，求两点:1:1）理想空载）理想空载点点 和额定运行和额定运行 。具体步骤：具体步骤：(1)(1)估算估算(2)(2)计算计算(3)(3)计算理想空载点：计算理想空载点：(4)(4)计算额定工作点：计算额定工作点：二、人为特性的求取二、人为特性的求取 在固有机械特性在固有机械特性方程方程 的基础上，根据人为的基础上，根据人为特性所对应的参数特性所对应的参数 或或 或或 变化，重新变化，重新计算计算 和和 ，然后得，然后得到人为机械特性方程到人为机械特性方程式式。第12页，本讲稿共46页2.2.4 2.2.4 电力拖动系统稳定运行条件电力拖动系统稳定运行条件 处于某一转速下运行的电力拖动系统，由于受到某种扰动，导致系统处于某一转速下运行的电力拖动系统，由于受到某种扰动，导致系统的转速发生变化而离开原来的平衡状态，如果系统能在新的条件下达到新的转速发生变化而离开原来的平衡状态，如果系统能在新的条件下达到新的平衡状态，或者当扰动消失后系统回到原来的转速下继续运行，则系统的平衡状态，或者当扰动消失后系统回到原来的转速下继续运行，则系统是是稳定稳定的，否则系统是的，否则系统是不稳定不稳定的。的。在在 点，系统平衡点，系统平衡扰动使转速有微小增量，转速由扰动使转速有微小增量，转速由 上升到上升到 ，。扰动消失扰动消失,系统减速，回到系统减速，回到 点运行。点运行。扰动使转速有微小下降，由扰动使转速有微小下降，由 下降下降到到 。扰动消失扰动消失,系统加速，回到系统加速，回到 点运行。点运行。第13页，本讲稿共46页电力拖动系统稳定运行的电力拖动系统稳定运行的充分必要条件充分必要条件是：是：在在 点，系统平衡点，系统平衡扰动使转速有微小增量，转速由扰动使转速有微小增量，转速由 上升到上升到 ，,系统加速系统加速。即使扰动消失即使扰动消失,也不能回到也不能回到 点运行。点运行。扰动使转速有微小下降，由扰动使转速有微小下降，由 下降下降到到 ,系统减速系统减速。即使扰动消失即使扰动消失,也不能回到也不能回到 点运行。点运行。(1)(1)必要条件必要条件:电动机的机械特性与负载的转矩特性必须有交点电动机的机械特性与负载的转矩特性必须有交点,即存在即存在(2)充分条件充分条件:在交点处在交点处,满足满足:。或者说或者说,在交点的转速以上存在在交点的转速以上存在 ,在交点的转速在交点的转速以下存在以下存在第14页，本讲稿共46页2.3 他励直流电动机的起动 电动机的电动机的起动起动是指电动机接通电源后，由静止状态加速到稳定运行状态的是指电动机接通电源后，由静止状态加速到稳定运行状态的过程。过程。起动瞬间，起动转矩和起动电流分别为起动瞬间，起动转矩和起动电流分别为 为了限制起动电流，他励直流电动机通常采用为了限制起动电流，他励直流电动机通常采用电枢回路串电阻电枢回路串电阻或或降低电枢电压降低电枢电压起动。起动。起动时由于转速为零，电枢电动势为零，而且电枢电阻很小，起动时由于转速为零，电枢电动势为零，而且电枢电阻很小，所以起动电流将达很大值。所以起动电流将达很大值。过大的起动电流将引起电网电压下降、影响电网上其它用户的正常用过大的起动电流将引起电网电压下降、影响电网上其它用户的正常用电、使电动机的换向恶化；同时过大的冲击转矩会损坏电枢绕组和传动机电、使电动机的换向恶化；同时过大的冲击转矩会损坏电枢绕组和传动机构。一般直流电动机不允许直接起动。构。一般直流电动机不允许直接起动。第15页，本讲稿共46页一、起动过程2.3.1 2.3.1 电枢回路串电阻起动电枢回路串电阻起动以三级电阻起动时电动机为例以三级电阻起动时电动机为例第16页，本讲稿共46页二、分组起动电阻的计算 设对应转速设对应转速n n1 1、n n2 2、n n3 3时电势分别为时电势分别为E Ea1a1、E Ea2a2、E Ea3a3，则有，则有：b b点点c c点点d d点点e e点点f f点点g g点点比较以上各式得：比较以上各式得：在已知起动电流比在已知起动电流比和电枢电阻前提和电枢电阻前提下，经推导可得各级串联电阻为下，经推导可得各级串联电阻为:第17页，本讲稿共46页（6 6）计算各级起动电阻。）计算各级起动电阻。（1 1）估算或查出电枢电阻）估算或查出电枢电阻 ；（2 2）根据过载倍数选取最大转矩）根据过载倍数选取最大转矩 对应的最大电流对应的最大电流 ；（3 3）选取起动级数）选取起动级数 ；（4 4）计算起动电流比：）计算起动电流比：取整数取整数（5 5）计算转矩）计算转矩:，校验校验：如果不满足，应另选如果不满足，应另选 或或 值并重新计算，直到满足该条件为止值并重新计算，直到满足该条件为止.计算各级起动电阻的步骤：计算各级起动电阻的步骤：第18页，本讲稿共46页2.3.2 2.3.2 降压起动降压起动 当直流电源电压可调时，可采用降压方法起动当直流电源电压可调时，可采用降压方法起动。起动时，以较低的电源电压起动电动机，起动电流随电源电压的起动时，以较低的电源电压起动电动机，起动电流随电源电压的降低而正比减小。随着电动机转速的上升，反电动势逐渐增大，再降低而正比减小。随着电动机转速的上升，反电动势逐渐增大，再逐渐提高电源电压，使起动电流和起动转矩保持在一定的数值上，逐渐提高电源电压，使起动电流和起动转矩保持在一定的数值上，保证按需要的加速度升速。保证按需要的加速度升速。降压起动需专用电源，设备投资较大，但它起动平稳，起动过程能降压起动需专用电源，设备投资较大，但它起动平稳，起动过程能量损耗小，因此得到广泛应用。量损耗小，因此得到广泛应用。第19页，本讲稿共46页2.4 他励直流电动机的制动 当电磁转矩的方向与转速方向相同时当电磁转矩的方向与转速方向相同时,电机运行于电动机状态电机运行于电动机状态;当电磁转当电磁转矩方向与转速方向相反时矩方向与转速方向相反时,电机运行于制动状态。电机运行于制动状态。2.4.1 能耗制动电动电动制动制动电动状态，如图所示。电动状态，如图所示。将开关将开关S S投向制动电阻投向制动电阻 上即实现制动上即实现制动.由于惯性，电枢保持原来方向继续旋由于惯性，电枢保持原来方向继续旋转，电动势转，电动势 方向不变。由方向不变。由 产生的电枢产生的电枢电流电流 的方向与电动状态时的的方向与电动状态时的 方向相反方向相反,对应的电磁转矩对应的电磁转矩 与与 方向相反方向相反,为制动为制动性质性质,电机处于制动状态。电机处于制动状态。制动运行时，电机靠生产机械的惯性力的拖动而发制动运行时，电机靠生产机械的惯性力的拖动而发电，将生产机械储存的动能转换成电能，消耗在电阻上，电，将生产机械储存的动能转换成电能，消耗在电阻上，直到电机停止转动。直到电机停止转动。第20页，本讲稿共46页能耗制动时的机械特性为：能耗制动时的机械特性为：电动机状态工作电动机状态工作点点制动瞬间制动瞬间工作点工作点制动过程工制动过程工作段作段电动机拖动反抗性负载，电动机拖动反抗性负载，电机停转。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第21页，本讲稿共46页 制动电阻越小，制动电流越大。制动电阻越小，制动电流越大。选择制动电阻的原则选择制动电阻的原则是是 能耗制动操作简单能耗制动操作简单,但随着转速下降但随着转速下降,电动势减小电动势减小,制动电流和制动转矩也制动电流和制动转矩也随着减小随着减小,制动效果变差。若为了尽快停转电机制动效果变差。若为了尽快停转电机,可在转速下降到一定程度时可在转速下降到一定程度时,切除一部分制动电阻切除一部分制动电阻,增大制动转矩。增大制动转矩。改变制动电阻改变制动电阻 的大小可以改变能耗制动特性曲线的斜率的大小可以改变能耗制动特性曲线的斜率,从而可以改变制动转矩及下放负载的稳定速度。从而可以改变制动转矩及下放负载的稳定速度。越小越小,特性曲特性曲线的斜率越小线的斜率越小,起始制动转矩越大起始制动转矩越大,而下放负载的速度越小。而下放负载的速度越小。其中其中 为制动瞬间的电枢电动势。为制动瞬间的电枢电动势。第22页，本讲稿共46页2.4.2 2.4.2 反接制动反接制动电压反接制动时接线如图所示。电压反接制动时接线如图所示。一、电压反接制动电动电动制动制动 开关开关S S投向投向“电动电动”侧时，电枢接正极侧时，电枢接正极电压，电机处于电动状态。进行制动时，开电压，电机处于电动状态。进行制动时，开关投向关投向“制动制动”侧，电枢回路串入制动电阻侧，电枢回路串入制动电阻 后，接上极性相反的电源电压，电枢回路内后，接上极性相反的电源电压，电枢回路内产生反向电流：产生反向电流：反向的电枢电流产生反向的电磁转矩，从而产生很反向的电枢电流产生反向的电磁转矩，从而产生很强的制动作用强的制动作用电压反接制动电压反接制动。第23页，本讲稿共46页电压反接制动时的机械特性为：电压反接制动时的机械特性为：曲线如图中曲线如图中 所示。所示。工作点变化为：工作点变化为：。制动过程中制动过程中 、均为负均为负,而而 、为正为正表明电机从电源吸收电功率表明电机从电源吸收电功率表明电机从轴上吸收机械功率表明电机从轴上吸收机械功率表明轴上输入的机械功率转变为电枢回路电功率。表明轴上输入的机械功率转变为电枢回路电功率。可见可见,反接制动时反接制动时,从电源输入的电功率和从轴上输入的机械功从电源输入的电功率和从轴上输入的机械功率转变成的电功率一起消耗在电枢回路电阻上。率转变成的电功率一起消耗在电枢回路电阻上。第24页，本讲稿共46页二、倒拉反转反接制动倒拉反转反接制动只适用于倒拉反转反接制动只适用于位能性恒转矩负载位能性恒转矩负载电枢回路串入较大电电枢回路串入较大电阻阻 后特性曲线后特性曲线正向电动状态提正向电动状态提升重物升重物(A(A点点)负载作用下电机负载作用下电机反向旋转反向旋转(下放下放重物重物)电机以稳定电机以稳定的转速下放的转速下放重物重物D D点点在电枢回路中串联一个较大的电阻在电枢回路中串联一个较大的电阻,即可实现制即可实现制动动.工作点由工作点由A-B-C-A-B-C-D D,CD,CD段为制动段段为制动段第25页，本讲稿共46页第二章 直流电动机的电力拖动 倒拉反转反接制动时的机械特性方程就是电动状态时电枢倒拉反转反接制动时的机械特性方程就是电动状态时电枢串电阻时的人为特性方程。由于串入电阻很大，有串电阻时的人为特性方程。由于串入电阻很大，有 倒拉反转反接制动倒拉反转反接制动时的机械特性曲线就是电动状态时电枢串电时的机械特性曲线就是电动状态时电枢串电阻时的人为特性在阻时的人为特性在第四象限第四象限的部分的部分。倒拉反转反接制动时的能量关系和电压反接制动时相同倒拉反转反接制动时的能量关系和电压反接制动时相同。思考思考题题位能性以外的负载能否实现倒拉反转反接制动位能性以外的负载能否实现倒拉反转反接制动?第26页，本讲稿共46页2.4.3 2.4.3 回馈制动回馈制动 回馈制动时的机械特性方程回馈制动时的机械特性方程与电动状态时相同。与电动状态时相同。电动状态下运行的电动机，在某种条件下会出现电动状态下运行的电动机，在某种条件下会出现 情况，情况，此时此时 ，反向，反向，反向，由驱动变为制动。从能量方向看，反向，由驱动变为制动。从能量方向看，电机处于发电状态电机处于发电状态回馈制动状态。回馈制动状态。稳定运行有稳定运行有两种情况两种情况:当电车下坡当电车下坡时，运行转时，运行转速可能超过速可能超过理想空载转理想空载转速速,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第27页，本讲稿共46页 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 1、降压调速时产生的、降压调速时产生的回馈制动回馈制动制动过程为制动过程为 线段线段2 2、增磁调速时产、增磁调速时产生的回馈制动生的回馈制动制动过程为制动过程为 线段线段 回馈制动时由于有功率回馈到电网，因此与能耗和反接制动相比，回馈制动时由于有功率回馈到电网，因此与能耗和反接制动相比，回馈制动是比较经济的。回馈制动是比较经济的。第28页，本讲稿共46页2.5 他励直流电动机的调速 电力拖动系统的调速可以采用机械调、电气调速或二者配合调速。电力拖动系统的调速可以采用机械调、电气调速或二者配合调速。通过改变传动机构速比进行调速的方法称为通过改变传动机构速比进行调速的方法称为机械调速机械调速；通过改变电动；通过改变电动机参数进行调速的方法称为机参数进行调速的方法称为电气调速电气调速。他励直流电动机的转速为他励直流电动机的转速为电气调速方法电气调速方法:1.1.调压调速调压调速;2.2.电枢串电阻调速电枢串电阻调速;3.3.调磁调速调磁调速。改变电动机的参数就是人为地改变电动机的机械特性，使工作点发生变改变电动机的参数就是人为地改变电动机的机械特性，使工作点发生变化，转速发生变化。调速前后，电动机工作在不同的机械特性上。化，转速发生变化。调速前后，电动机工作在不同的机械特性上。第29页，本讲稿共46页2.5.1 2.5.1 评价调速的指标评价调速的指标一、调速范围一、调速范围:二、静差率（相对稳定性）二、静差率（相对稳定性）%越小，相对稳定性越好；越小，相对稳定性越好；%与机械特性硬度和与机械特性硬度和n n0 0有关有关。指负载变化时，转速变化的程度，转速变化小，稳定性好。指负载变化时，转速变化的程度，转速变化小，稳定性好。D D与与%相互制约相互制约:越小越小,D,D越小越小,相对稳定性越好相对稳定性越好;在保证一定的在保证一定的指标的前指标的前提下提下,要扩大要扩大D,D,须减少须减少n,n,即提高机械特性的硬度。即提高机械特性的硬度。第30页，本讲稿共46页三、调速的平滑性三、调速的平滑性 越接近越接近1 1，平滑性越好，当，平滑性越好，当 时，称为无级调速，即转时，称为无级调速，即转速可以连续调节。调速不连续时，级数有限，称为有级调速。速可以连续调节。调速不连续时，级数有限，称为有级调速。四、调速的经济性 在一定的调速范围内，调速的级数越多，调速越平滑。相邻两级在一定的调速范围内，调速的级数越多，调速越平滑。相邻两级转速之比，为平滑系数转速之比，为平滑系数主要指调速设备的投资、运行效率及维修费用等主要指调速设备的投资、运行效率及维修费用等。第31页，本讲稿共46页2.5.2 2.5.2 调速方法调速方法一、电枢回路串电阻调速一、电枢回路串电阻调速未串电阻时未串电阻时的工作点的工作点串电阻后串电阻后,工工作点由作点由AAAABB0第32页，本讲稿共46页调速过程电流变化调速过程电流变化曲线曲线:调速前、后电调速前、后电流不变流不变调速过程转速变调速过程转速变化曲线化曲线结论：带恒转矩负结论：带恒转矩负载时载时,串电阻越大串电阻越大,转速越低。转速越低。调速过程中电流和转速的变化情况调速过程中电流和转速的变化情况第33页，本讲稿共46页优点：优点：电枢串电阻调速设备简单，操作方便。电枢串电阻调速设备简单，操作方便。2 2）低速时特性曲线斜率大）低速时特性曲线斜率大,静差率大静差率大,所以转速的相对稳定性差所以转速的相对稳定性差3 3）轻载时调速范围小，额定负载时调速范围一般为）轻载时调速范围小，额定负载时调速范围一般为D2D2；4 4）损耗大，效率低，不经济。对恒转矩负载，调速前、后因增通不）损耗大，效率低，不经济。对恒转矩负载，调速前、后因增通不变而使电磁转矩和电枢电流不变，输入功率不变，输出功率却随转变而使电磁转矩和电枢电流不变，输入功率不变，输出功率却随转速的下降而下降，减少的部分被串联电阻消耗了。速的下降而下降，减少的部分被串联电阻消耗了。缺点：缺点：1 1）由于电阻只能分段调节，所以调速的平滑性差；）由于电阻只能分段调节，所以调速的平滑性差；第34页，本讲稿共46页二、降低电源电压调速二、降低电源电压调速TemTLAAB调速压前工调速压前工作点作点A A降压瞬间降压瞬间工作点工作点稳定后工作稳定后工作点点 降压调速降压调速过程与电枢串电过程与电枢串电阻调速过程相似，阻调速过程相似，调速过程中转速调速过程中转速和电枢电流（或和电枢电流（或转矩）随时间变转矩）随时间变化的曲线也相似化的曲线也相似。第35页，本讲稿共46页优点优点：1 1）电源电压能够平滑调节，可实现无级调速。）电源电压能够平滑调节，可实现无级调速。2 2）调速前后的机械特性的斜率不变，硬度较高，负载变化时稳定）调速前后的机械特性的斜率不变，硬度较高，负载变化时稳定性好。性好。3 3）无论轻载还是负载，调速范围相同，一般可达）无论轻载还是负载，调速范围相同，一般可达 D=2.5 D=2.51212。4 4）电能损耗较小。）电能损耗较小。缺点缺点：需要一套电压可连续调节的直流电源。需要一套电压可连续调节的直流电源。第36页，本讲稿共46页三、减弱磁通调速三、减弱磁通调速调节磁场前工调节磁场前工作点作点弱磁瞬间工作弱磁瞬间工作点点AAAA弱磁稳定后的弱磁稳定后的工作点工作点AB减弱磁通后，减弱磁通后，理想空载转速理想空载转速上升上升,曲线的曲线的斜率值增大。斜率值增大。第37页，本讲稿共46页弱磁调速前、后的电枢电流和转速的变化情况弱磁调速前、后的电枢电流和转速的变化情况减弱磁通调速前、减弱磁通调速前、后转速变化曲线后转速变化曲线减弱磁通前、后减弱磁通前、后的电枢电流变化的电枢电流变化曲线曲线结论结论：磁场越弱，转：磁场越弱，转速越高。因此电机速越高。因此电机运行时励磁回路不运行时励磁回路不能开路。能开路。第38页，本讲稿共46页优点：优点：由于在电流较小的励磁回路中进行调节，因而控制方便，能量由于在电流较小的励磁回路中进行调节，因而控制方便，能量损耗小，设备简单，调速平滑性好。弱磁升速后电枢电流增大，电损耗小，设备简单，调速平滑性好。弱磁升速后电枢电流增大，电动机的输入功率增大，但由于转速升高，输出功率也增大，电动机动机的输入功率增大，但由于转速升高，输出功率也增大，电动机的效率基本不变，因此经济性是比较好。的效率基本不变，因此经济性是比较好。2 2）转速的升高受到电动机换向能力和机械强度的限制，升速范围不可）转速的升高受到电动机换向能力和机械强度的限制，升速范围不可能很大，一般能很大，一般 D2 D2；为了扩大调速范围，通常把降压和弱磁两种调速方法结合起来，为了扩大调速范围，通常把降压和弱磁两种调速方法结合起来，在额定转速以上，采用弱磁调速，在额定转速以下采用降压在额定转速以上，采用弱磁调速，在额定转速以下采用降压 调速。调速。缺点：缺点：1 1）机械特性的斜率变大，特性变软；）机械特性的斜率变大，特性变软；第39页，本讲稿共46页2.5.3 2.5.3 调速方式与负载类型的配合调速方式与负载类型的配合容许输出容许输出：指电动机在某一转速下长期可靠工作时所能输出的最大转矩和：指电动机在某一转速下长期可靠工作时所能输出的最大转矩和功率。功率。充分利用充分利用：指在一定的转速下电动机的实际输出转矩和功率达到：指在一定的转速下电动机的实际输出转矩和功率达到它的容许值，即电枢它的容许值，即电枢 电流达到额定值。电流达到额定值。当电动机调速时，在不同的转速下，电枢电流能否总保持为额定值，当电动机调速时，在不同的转速下，电枢电流能否总保持为额定值，即电动机能否在不同转速下都得到充分利用，这个问题与即电动机能否在不同转速下都得到充分利用，这个问题与调速方式调速方式和和负负载类型载类型的配合有关的配合有关。以电机在不同转速都能得到充分利用为条件，他励直流电动机的调速以电机在不同转速都能得到充分利用为条件，他励直流电动机的调速可分为可分为恒转矩调速恒转矩调速和和恒功率调速恒功率调速。第40页，本讲稿共46页 电动机的容许输出功率与转速成正比，而容许输出转矩为恒值电动机的容许输出功率与转速成正比，而容许输出转矩为恒值-恒恒转矩调速转矩调速。电枢串电阻调速电枢串电阻调速和和降压调速降压调速时，磁通时，磁通 保持不变，若保持不变，若在不同转速下保持电流在不同转速下保持电流 不变，即电机得到充分利用，容不变，即电机得到充分利用，容许输出转矩和功率分别为：许输出转矩和功率分别为：减弱磁通调速减弱磁通调速时，磁通时，磁通 是变化的，在不同转速下若保持是变化的，在不同转速下若保持电流电流 不变，即电机得到充分利用，容许输出转矩和功不变，即电机得到充分利用，容许输出转矩和功率别为：率别为：电动机的容许输出转矩与转速成反比，而容许输出功率为恒值电动机的容许输出转矩与转速成反比，而容许输出功率为恒值-恒恒功率调速功率调速。第41页，本讲稿共46页 为了使电动机得到充分利用，为了使电动机得到充分利用，拖动恒转矩负载时，应采用恒转矩调速拖动恒转矩负载时，应采用恒转矩调速方式。方式。拖动恒功率负载时，应采用恒功率调速方式。拖动恒功率负载时，应采用恒功率调速方式。对风机类负载，对风机类负载，三种方式都不是十分适合，但采用串电阻或降压调速比弱磁调速三种方式都不是十分适合，但采用串电阻或降压调速比弱磁调速合适一些合适一些。思考题思考题他励电动机的降压调速属于恒转矩调速方式，因此只他励电动机的降压调速属于恒转矩调速方式，因此只能拖动恒转矩负载，这种说法是否正确？为什么？能拖动恒转矩负载，这种说法是否正确？为什么？第42页，本讲稿共46页2.6 串励直流电动机的电力拖动2.6.1 串励电动机的机械特性当磁路不饱和时当磁路不饱和时 当磁路饱和时，磁通基本不变，机械当磁路饱和时，磁通基本不变，机械特性与他励直流电动机的机械特性相似。特性与他励直流电动机的机械特性相似。TemnABC磁路不饱和时磁路不饱和时的机械特性曲的机械特性曲线线ABAB段段磁路饱和时的磁路饱和时的机械特性曲线机械特性曲线BCBC段段一、固有特性一、固有特性第43页，本讲稿共46页固有特性是指当固有特性是指当 时的特性，具有以下特点时的特性，具有以下特点（1 1）它是一条非线性的软特性，负载时转速降落很大）它是一条非线性的软特性，负载时转速降落很大；（2 2）空载时，）空载时，为无穷大。为无穷大。实际上，空载时存在剩磁，实际上，空载时存在剩磁，为有限值，但值也很大为有限值，但值也很大“飞车飞车”现象。现象。因此串励电动机不允许空载或轻载运行。因此串励电动机不允许空载或轻载运行。（3 3）由于）由于 ，起动和过载时电枢电流大，故串励电动机，起动和过载时电枢电流大，故串励电动机的起动转矩大，过载能力强。的起动转矩大，过载能力强。第44页，本讲稿共46页二、人为特性二、人为特性1 1、电枢串电阻的人为特性、电枢串电阻的人为特性 串入电阻后，转速降增大，所以电枢串电阻的人为特性在固有特性串入电阻后，转速降增大，所以电枢串电阻的人为特性在固有特性的下方，且特性变得更软。的下方，且特性变得更软。2 2、降低电压的人为特性、降低电压的人为特性 降低电压时，理想空载转速下降，人为特性下移。电压下降后，降低电压时，理想空载转速下降，人为特性下移。电压下降后，电枢反电动势随之减少，转速必然减少，所以降低电压的人为特性位电枢反电动势随之减少，转速必然减少，所以降低电压的人为特性位于固有特性下方。于固有特性下方。3 3、改变磁通的人为特性、改变磁通的人为特性 改变磁通的方法是在励磁绕组上并联一个分流电阻。与固有特性相比，改变磁通的方法是在励磁绕组上并联一个分流电阻。与固有特性相比，在电枢电流相等情况下，励磁电流减少，磁通减少，所以人为特性位于在电枢电流相等情况下，励磁电流减少，磁通减少，所以人为特性位于固有特性上方。固有特性上方。第45页，本讲稿共46页2.6.22.6.2 串励电动机的起动、调速与制动串励电动机的起动、调速与制动一、起动与调速一、起动与调速 串励电动机的调速也采用串励电动机的调速也采用电枢串电阻、降压电枢串电阻、降压和和弱磁弱磁三种方法，三种方法，其中串电阻常用，弱磁用得较少其中串电阻常用，弱磁用得较少。为了限制起动电流，串励电动机的起动方法与他励电动机一样，也采用为了限制起动电流，串励电动机的起动方法与他励电动机一样，也采用电枢串电阻和降低电源电压起动。电枢串电阻和降低电源电压起动。串励电动机若不考虑剩磁，理想空载转速为无穷大，因此不能有回串励电动机若不考虑剩磁，理想空载转速为无穷大，因此不能有回馈制动。馈制动。串励电动机的制动只有串励电动机的制动只有能耗能耗和和反接反接制动。制动。二、制动二、制动 能耗制动分他励磁式和自励式，反接制动分电压反接和倒拉反转反转能耗制动分他励磁式和自励式，反接制动分电压反接和倒拉反转反转反接制动。反接制动。第46页，本讲稿共46页