第4章__他励直流电动机的运行.ppt

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1、电机与拖动基础 主要内容：本章以他励直流电动机为主要讨论对象，分析以下主要问题。直流电动机的启动 直流电动机的调速 直流电动机的制动 第4章 他励直流电动机的运行逗束瀑痈旋踞斧虫鲸赁岳蹭练渊症士瓦疾截贯韭旨假传蔷螺清匡跟镁隧混第4章_他励直流电动机的运行第4章_他励直流电动机的运行电机与拖动基础4.1 他励直流电动机的启动 电动机的启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过程。启动瞬间，启动转矩和启动电流分别为 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传动机构。除微型电机外，一般直流电动机不允许直接启动。渐赵恤

2、篱宴颊胯鲤奠幂脾廷煌帜傣籽帛止首笺葬橡令滤跑敷睫箍鉴嚎裕戍第4章_他励直流电动机的运行第4章_他励直流电动机的运行电机与拖动基础 为了限制启动电流，他励直流电动机通常采用电枢回路串电阻或降低电枢电压启动。4.1.1 电枢回路串电阻启动1、启动过程三级电阻启动时电动机的电路原理图如下图丸牡邪吩年万阁翘把彝态钙攒斟键象榜尺挤擅凛吭阅词诫记恫杠篇急柑挂第4章_他励直流电动机的运行第4章_他励直流电动机的运行电机与拖动基础2、电枢回路串电阻启动的各阻值计算1)分组启动电阻的关系 设对应转速n1、n2、n3时电势分别为Ea1、Ea2、Ea3，则有：b b点点c c点点d d点点e e点点f f点点g g

3、点点醉衙霄店蚁报娃糜判恳誓田赏吹仗谍礼匹佩噬捎培懂吁乳射炽役丁途续移第4章_他励直流电动机的运行第4章_他励直流电动机的运行电机与拖动基础 在已知启动电流比和电枢电阻Ra前提下，经推导可得各级串联电阻为:比较以上各式得：渐属瓷半样蝇眩讼堑钳猩鱼左右傲射谁将漫喜勿耶墟犀挤拓解趋蝶员磐舷第4章_他励直流电动机的运行第4章_他励直流电动机的运行电机与拖动基础（3 3）选取启动级数）选取启动级数 ；（4 4）计算启动电流比：）计算启动电流比：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 或 值并重新计算，直到满足该条件为止。（6）计算各级启动电阻。2)计算各级启动电阻的步

4、骤（1）估算或查出电枢电阻 ；（2）根据过载倍数选取最大转矩 对应的最大电流 ；钞丝消镁裴弦单家耘蔑者旁写蝗凝囱整掳咋懊恶荒祁蹈绎瘩重睬券米师性第4章_他励直流电动机的运行第4章_他励直流电动机的运行电机与拖动基础 降压启动需专用电源，设备投资较大，但它启动平稳，启动过程能量损耗小，因此得到广泛应用。2、降压启动 当直流电源电压可调时，可采用降压方法启动。及菱套弊狼奎畦痈甸搁去魁魄中驰式裁艳哗梨府恩稼九侈辫海庸咸导纫渺第4章_他励直流电动机的运行第4章_他励直流电动机的运行电机与拖动基础例4-1：某他励直流电动机额定功率为PN=96kW，额定电压为UN=440V，IN=250A，额定转速为nN

5、=500r/min，电枢回路总电阻为Ra=0.078，拖动额定大小的恒转矩负载运行，忽略空载转矩。（1）若采用电枢回路串电阻起动，起动电流IS=2IN时，应串入多大的电阻，起动转矩为多大？（2）若采取降压起动，条件同上，电压应降至多少，起动转矩应该为多大？诈壹颁黔校镰乡兼亚躁笛息桌吩铂檬贿堑赠坊梯页穴崖烫亡钳律火晦牛翅第4章_他励直流电动机的运行第4章_他励直流电动机的运行电机与拖动基础4.2 他励直流电动机的调速机械调速：通过改变传动机构速比进行调速的方法。电气调速：通过改变电动机参数进行调速的方法。说明：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

6、后，电动机工作在不同的机械特性上。如果机械特性不变，因负载变化而引起转速的变化，则不能称为调速。君霞辑嘿终衰北分接迅囱妓样显主遗刚质沮氨跪广烽甘促各供橡肆聊解丧第4章_他励直流电动机的运行第4章_他励直流电动机的运行电机与拖动基础电气调速方法：1、调压调速；2、电枢串电阻调速；3、调磁调速。他励直流电动机的转速为 电动机驱动生产机械，对电动机的转速不仅要能调节，而且要求调节的范围宽广、过程平滑、调节的方法简单、经济。思盐哥峰胚胺毁骇土谅铁东潍危盾岩共绑斟该课恐痴譬材漱夯藉靛太装启第4章_他励直流电动机的运行第4章_他励直流电动机的运行电机与拖动基础4.2.1 他励直流电动机的调速方法1、电枢回

7、路串电阻调速nTTLRan0nNA0ABn1Ra+Rs1未串电阻时的工作点串电阻Rs1后,工作点由AAB结论：带恒转矩负载时,串电阻越大,转速越低。盐蔼桥叠川值曝贝七珠纂葫鸭痛矮径孕拓潘尼罐冶棘墩搜瓶鸽札抚夯渗住第4章_他励直流电动机的运行第4章_他励直流电动机的运行电机与拖动基础优点：电枢串电阻调速设备简单，操作方便。2）低速时静差率大,所以转速的相对稳定性差；3）轻载时调速范围小，额定负载时调速范围一般为D2；4）损耗大，效率低，不经济。对恒转矩负载，调速前、后因磁通不变而使T和Ia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。缺点：5）固有机械特性处称为基

8、速，串电阻速度只能下调。1）由于电阻只能分段调节，所以调速的平滑性差；替鸡阉湿逗趴蜘茹挡男匹矮晴就范本笋秘歇谭宜耳贺碍抡短劳赁坛漏潮憎第4章_他励直流电动机的运行第4章_他励直流电动机的运行电机与拖动基础2、降低电源电压调速TTLAAB调速前工作点A降压瞬间工作点稳定后工作点 降压调速过程与电枢串电阻调速过程相似，调速过程中转速和电枢电流（或转矩）随时间变化的曲线也相似。傅瑟龋樱禄色缨选头避匙哟李役邵多鸥胎征娜尸篆牙无就撅都演绞穗逗鲤第4章_他励直流电动机的运行第4章_他励直流电动机的运行电机与拖动基础优点：1）电源电压能够平滑调节，可实现无级调速。2）调速前后的机械特性的斜率不变，硬度较高，

9、负载变 化时稳定性好。3）无论轻载还是负载，调速范围相同，一般可达D=2.512。4）电能损耗较小。缺点：1）需要一套电压可连续调节的直流电源。2）固有机械特性处称为基速，降电压速度只能下调。5）对恒转矩负载，调速前、后因磁通不变而使T和Ia不变。袋擒届岔唾蛀晴咖贝函豪姆括萄镐号坍榜萎荚烙凑俭仓槽旺案顷吕构秤恰第4章_他励直流电动机的运行第4章_他励直流电动机的运行电机与拖动基础3、弱磁调速ABTTLA调节磁场前工作点弱磁瞬间工作点AA弱磁稳定后的工作点结论：磁场越弱，转速越高。因此电机运行时励磁回路不能开路。阶故鸵荐愉湾果砸碑临纸客品咳驭麦诈告哨延拣布酿葡楞郭楚保歌酉呆纂第4章_他励直流电动

10、机的运行第4章_他励直流电动机的运行电机与拖动基础优点：1）控制方便，能量损耗小，设备简单，平滑性好。2）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，电动机的效率基本不变，因此经济性是比较好。1）机械特性的斜率变大，特性变软；2）转速的升高受到电动机换向能力和机械强度的限制，升速范围不可能很大，一般 不能超过1.2nN。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调速。缺点：柜檄捅尤荐画供咒琐按幸嚣膊朋土廊叶鞭踩透许刹迢犀携械雨颁拆持伞塌第4章_他励直流电动机的运行第4章_他励直流电动机的运行电机

11、与拖动基础例4-2：某他励直流电动机额定功率为PN=22kW，额定电压UN=220V，额定电流IN=115A，额定转速nN=1500r/min，电枢回路总电阻为Ra=0.1，拖动额定大小的恒转矩负载运行，忽略空载转矩。若要把转速调到1000r/min。1）采用电枢串电阻调速，串入的R=？2）采用降低电源电压调速，需把电源电压降到多少？3）上述两种情况下，电动机的输入和输出功率为多少4）采用弱磁调速，当TL=0.6TN时，转速升到2000r/min，此时应降到额定值的多少倍？抿弧苯使剁俊淤巩壳持懦脓缚堑奖软滇孙申诚谜箔俊刑萨抖斋兰酱箱淌札第4章_他励直流电动机的运行第4章_他励直流电动机的运行电

12、机与拖动基础 电枢串电阻调速和降压调速时，磁通 保持不变，若在不同转速下保持电流 不变，即电机得到充分利用，则输出转矩和功率分别为：恒转矩调速：当直流电动机调速运行时，不管转速是多少，如果保持其电枢电流和每极磁通都为额定值，即对应的电磁转矩为额定值。4.2.2 恒转矩调速与恒功率调速浇肃念频腥夺坛模鹿裤碍端捅还阀肛毖蛆疥零咬枝忙懒盒韧缆偷蹈樟偶辩第4章_他励直流电动机的运行第4章_他励直流电动机的运行电机与拖动基础则输出功率为恒功率调速：当直流电动机调速运行时，保持其电枢电流为额定值，采用弱磁调速，此时，电动机的电磁转矩减小，但转速升高，电磁功率保持不变。缸沙日肃朽漾丢轴硒班骆丰厦些要吨贝姻蓝

13、歪喧舒年堡环勤幻煌葵栏呜袖第4章_他励直流电动机的运行第4章_他励直流电动机的运行电机与拖动基础调速方法的选择 为了使电动机得到充分利用，拖动恒转矩负载时，应采用恒转矩调速方式。拖动恒功率负载时，采用恒功率调速方式。对风机类负载，三种调速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。幕整功河缚倚呈发艰雄脑贿阅乃型斩跌傅舀隙枝历碾窥吓政铣耕赘豺彭替第4章_他励直流电动机的运行第4章_他励直流电动机的运行电机与拖动基础4.2.3 调速的性能指标1、调速范围：指电动机在额定负载转矩T=TN下，其最高转速与最低转速之比。2、静差率（相对稳定性）：指电动机由理想空载到额定负载时转速的变化

14、率，用表示。越小，相对稳定性越好；与机械特性硬度和n0有关。蹲哟云内阶滁灯说默惹澳英浩纳桌夕骚组蹿拼勒恿笔而闹肛邢族蓑招萤三第4章_他励直流电动机的运行第4章_他励直流电动机的运行电机与拖动基础 D与相互制约：越小,D越小,相对稳定性越好；在保证一定的指标的前提下,要扩大D,须减少n,即提高机械特性的硬度。具体如下：与D的关系：1）采用同一方法调速，越大，D的调速范围越宽2）一定时，采用不同的调速方法，D值不同3）需要调速的生产机械，和D同时提出才有意 义，否则n可以为零。4）要提高，必须采用电压和速度负反馈。孝涧莉臭魄咨糜诛怪匀挡巩炒锤圣伎睁泞川霓每扒靡化荧嚎凡眼喜执惋敢第4章_他励直流电动

15、机的运行第4章_他励直流电动机的运行电机与拖动基础例4-6：某他励直流电动机额定功率为PN=60kW，额定电压UN=220V，额定电流IN=305A，额定转速nN=1000r/min，电枢回路总电阻为Ra=0.04，求下列情况下的电动机调速范围。1、静差率 ，电枢串电阻调速2、静差率 ，电枢串电阻调速3、静差率 ，降低电源电压调速寇警跟斗肿伤道东滓噬霹六凸关兵税竭乞练皖光贝喷修殆引导匪啡聋椭袱第4章_他励直流电动机的运行第4章_他励直流电动机的运行电机与拖动基础3、调速的平滑性 越接近1，平滑性越好，当 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。4、调速的经济

16、性平滑系数：相邻两级转速中，高一级转速与低一级转速之比。在一定的调速范围内，调速的级数越多，调速越平滑。主要指调速设备的初投资、电能损耗及维修费用等。脆淖做贪哺枕额芍渣菊淆电谗棍唇暂聪碱般儿开壶工蔓徘婚棉同盆抹碗茬第4章_他励直流电动机的运行第4章_他励直流电动机的运行电机与拖动基础4.3 他励直流电动机的电动与制动运行直流电动机的两种运行状态：（1）电动运行状态：电动机的电磁转矩方向与旋转方向相同，此时电网向电动机输入电能，并转变为机械能带动负载。（2）制动运行状态：电动机的电磁转矩方向与旋转方向相反，此时电动机吸收机械能转变为电能。逝摄渗愧女喘命隘课衙睛悔魔撒橱发捍只枪隧斩挥艰钩敖相腹纲常

17、钢夹遮第4章_他励直流电动机的运行第4章_他励直流电动机的运行电机与拖动基础4.3.1 电动运行凝勋丢阳港残少扶蓬沿控旬钒驭捎外撇署逛港绅他雏厢逝淬肺鉴碘轧堕贯第4章_他励直流电动机的运行第4章_他励直流电动机的运行电机与拖动基础断开电源抱闸能耗制动反接制动回馈制动机械制动机械制动电气制动电气制动自由停车自由停车 当当 与与 的方向相同时，电机运行于电动机状态，当的方向相同时，电机运行于电动机状态，当 与与 方向相反时，电机运行于制动状态。方向相反时，电机运行于制动状态。电动机很快停车，或者由高速运行很快进入低速运行，要求制动运行。胀屈阎能兔败洞员拾倍街拂叠盂挖止翠衬盐缓埠绽杯易丈蜜藏烂晦佯术

18、原第4章_他励直流电动机的运行第4章_他励直流电动机的运行电机与拖动基础4.3.2 能耗制动 在电动状态，电枢电流、电枢电动势、转速及驱动性质的电磁转矩如图所示。电动制动 需要制动时,将开关S投向制动电阻 上即可。1、能耗制动过程唯猿斩芝咎仆犹戍仓朗囚保弥绎宅滇拭斗税埋烃离虑靠铣攻触蛤濒搪精扯第4章_他励直流电动机的运行第4章_他励直流电动机的运行电机与拖动基础电动机状态工作点制动瞬间工作点制动过程工作段电动机拖动反抗性负载，电机停转。若电动机带位能性负载,稳定工作点能耗制动时的机械特性方程式为：襟醒忌刽持拓梅屁吩辩莹芹痘讽芦秘颖仑闰奥致沼价快桔额擦焦徊荆故窿第4章_他励直流电动机的运行第4章

19、_他励直流电动机的运行电机与拖动基础选择制动电阻 的原则是 能耗制动操作简单,但随着转速下降,电动势减小,制动电流和制动转矩也随着减小,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,切除一部分制动电阻,增大制动转矩。即：其中 为制动瞬间的电枢电动势。苹前钱丘精栓刊住播培夜评预脐剖拴叉泻耕慑购灭渣彼断内默私凸赫琼击第4章_他励直流电动机的运行第4章_他励直流电动机的运行电机与拖动基础能耗制动过程中的功率关系输入电功率：P1 （0）电枢回路总损耗：pCua （+）电磁功率（机电）：PM （-）电动机空载损耗：p0 （+）输出机械功率：P2 （-）规定电能转变为机械能为电磁功率的正方向

20、。恕瘸憨舟安驹殷过中疵呸搁谦俭蟹刽遵班吕午诀芒胰庐沿俞胎危橡券溪需第4章_他励直流电动机的运行第4章_他励直流电动机的运行电机与拖动基础2、能耗制动运行 能耗制动的特点：（1）操作简单，停车准确（2）能耗制动产生的冲击电流不会影响电网；（3）低速时制动转矩小，停转慢；（4）动能大部分都消耗在制动电阻上。镭拜惧汐理临毋励蔼颧炸气蚕披拴等自量峙成膛糕栓牛牙盼傅挚皑岂奉谰第4章_他励直流电动机的运行第4章_他励直流电动机的运行电机与拖动基础 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电压反接制动。电动制动+-U机械特性方程式为：4.3.3 反接制动梨氖从桨娱锭绅印稻私戳敢笺吵适潜眷战惹

21、屡晨图亮褪晤搪纲唉毗登镰纳第4章_他励直流电动机的运行第4章_他励直流电动机的运行电机与拖动基础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,、均为负，而 、为正。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；表明轴上输入的机械功率转变为电枢回路电功率。洱填宰垮医戈撒锄州令头珠象污氦整薪此慎挪笼孽慷萝硬领提贴谤保需马第4章_他励直流电动机的运行第4章_他励直流电动机的运行电机与拖动基础选择制动电阻的原则是即：其中 为制动瞬间的电枢电动势。反接制动的特点：（1）可以很快使机组停机。（2）需要加入足够的电阻，限制电枢电流；（3）转速至零时，需切断电源。痉纸陷激

22、捶跨艇菊连通钱涵炔菱有踞裴暖函迅仪颂贱根仆肉泵付纂速港蒂第4章_他励直流电动机的运行第4章_他励直流电动机的运行电机与拖动基础4.3.4 倒拉反转运行（转速反向的反接制动）倒拉反转运行只适用于位能性恒转矩负载。If及端电压UN不变，仅在电枢回路串入足够大的电阻R，使该人为特性与负载转矩特性的交点处于第四象限。电枢回路串入较大电阻R后特性曲线正向电动状态提升重物(A点)负载作用下电机反向旋转(下放重物)电机以稳定的转速下放重物D点 倒拉反转运行时的能量关系和电压反接制动时相同。意弗哦缓煌覆岭演淄等脏莎戮渡路备憨荣童苛房勒钉喜哎射缅瞬拨嵌豺啸第4章_他励直流电动机的运行第4章_他励直流电动机的运行

23、电机与拖动基础4.3.5 回馈制动运行 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，由驱动变为制动。从能量方向看，电机处于发电状态回馈制动状态。1、正向回馈制动：他励直流电动机拖动负载运行，电机将系统具有的动能反馈回电网，且电机仍为正向转动，称之为正向回馈制动。2、反向回馈制动：他励直流电动机拖动位能性恒转矩负载运行，采用电压反接制动，电机将系统具有的动能反馈回电网，电机为反向转动，称之为反向回馈制动。聋章范灶酬棺憨吧琵狼瓤我壳培瓢痪拿闯橙祖奠茹矛喳帛帅虑连盖株朔锅第4章_他励直流电动机的运行第4章_他励直流电动机的运行电机与拖动基础回馈制动时的机械特性方程与电动状态

24、时相同。稳定运行有两种情况:当电车下坡时，运行转速可能超过理想空载转速,进入第二象限电压反接制动带位能性负载进入第四象限螟馋朱将踪混甩焙秘热碌要轧邹麓歹柒刚并追胸稠弟喇踞哗阮潞颤作休申第4章_他励直流电动机的运行第4章_他励直流电动机的运行电机与拖动基础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制动过程为 段。拍埂淹竿敲求丹旨丘缄浴诲锅猫薄帘战昏壳减马霉关担扳葵简乙囱霄篆霖第4章_他励直流电动机的运行第4章_他励直流电动机的运行电机与拖动基础2、增磁调速时产生的回馈制动制动过程为 段。回馈制动时由于有功功率回馈到电网，因此与能耗和反接制动相比，回馈制动是比较经济的

25、。摸腾蒜淄饭拍锄培妥倚蝗购挣鬼院洪谈勒逼靠第柬瀑沮间裹叮缨嗡岁帘趋第4章_他励直流电动机的运行第4章_他励直流电动机的运行电机与拖动基础 反向电动运行时的机械特性曲线延长到第四象限也是回馈制动。伴祟柠闪酚具瓷汤跑貌被揉韭凶腾尹捌详砸陈初宪实挚吐鬼饲渝丁掳鼎勺第4章_他励直流电动机的运行第4章_他励直流电动机的运行电机与拖动基础能量关系：电磁功率PemEaIa0，电机从轴上输入机械功率转变为电功率;输入功率P1UIa0；回馈给电网的功率;电枢回路能量损耗为Ia2(Ra+R);匀诊未影徘吉模妮咸怖任舀凌鼠膳站决届式红隙丽畦皑碍葱唱浊起傀牛暖第4章_他励直流电动机的运行第4章_他励直流电动机的运行电

26、机与拖动基础用仗绽隧傻忠泽卜糠抗坤抹渔逃写榴取冲熬卫叹滁拈肮枢腮君吼因遣僧叭第4章_他励直流电动机的运行第4章_他励直流电动机的运行电机与拖动基础例4-7：某他励直流电动机额定功率为PN=22kW，额定电压UN=220V，额定电流IN=115A，额定转速nN=1500r/min，电枢回路总电阻为Ra=0.1，忽略空载转矩。Iamax2IN，运行于正向电动状态时，TL=0.9TN。1、负载为反抗性恒转矩时，能耗制动，串入的R=？2、负载为位能性恒转矩时，T=0.1TN，要求运行在n1=-200r/min匀速下放重物，采用能耗制动运行，R=？，该电阻上的功率损耗为多少？3、负载同1，反接制动，串入的R=？4、负载同2，运行在n2=-1000r/min匀速下放重物，倒拉反转运行，R=？，该电阻上的功率损耗为多少？5、负载同2，反向回馈制动运行，不串电阻，n=？潍怎峡抚忙篇忠篇淌迎切蜜头爷椭陶歼溉椰驴略戮涟永嘉鲁候泄冉墩搂锦第4章_他励直流电动机的运行第4章_他励直流电动机的运行