電機(jī)及拖動基礎(chǔ)第3版教學(xué)課件作者胡幸鳴主編3版第二章節(jié)直流電機(jī)的拖動課件幻燈片

1、第二章 直流電動機(jī)的電力拖動,,第二章 直流電動機(jī)的電力拖動,凡是由電動機(jī)拖動生產(chǎn)機(jī)械，并完成一定工藝要求的系統(tǒng)，都稱為電力拖動系統(tǒng)。生產(chǎn)機(jī)械稱為電動機(jī)的負(fù)載。電力拖動系統(tǒng)一般構(gòu)成如圖所示。,本章首先介紹電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式，然后介紹電動機(jī)和生產(chǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)矩特性，最后主要研究他勵電動機(jī)應(yīng)用的四大問題——起動、反轉(zhuǎn)、制動、調(diào)速,第一節(jié) 電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式,電力拖動系統(tǒng)中所用的電機(jī)種類很多，生產(chǎn)機(jī)械的性質(zhì)也各不相同。因此，需要找

2、出它們普遍的運(yùn)動規(guī)律，予以分析。從動力學(xué)的角度看，它們都服從動力學(xué)的統(tǒng)一規(guī)律。所以，我們首先研究電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)，建立電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式。,一、單軸電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式,單軸電力拖動系統(tǒng)，就是電動機(jī)輸出軸直接拖動生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的系統(tǒng)。,熟悉的直線運(yùn)動方程,,旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的電力拖動系統(tǒng)運(yùn)動方程,二、電力拖動系統(tǒng)運(yùn)動狀態(tài)分析,一個電力拖動系統(tǒng)處于靜態(tài)（靜止不動或勻速）還是動態(tài)（加速或減速），都可以從運(yùn)動方程式來判定，當(dāng)電力拖動系統(tǒng)的

3、正向運(yùn)動狀態(tài)時分析如下： 1).當(dāng)Ｔ＝ＴL時，dn/dt=0，則n＝0 或n＝常數(shù)，即電力拖動系統(tǒng)處于靜止不動或勻速運(yùn)行的穩(wěn)定狀態(tài)。 2).當(dāng)Ｔ?ＴL時，dn/dt ?0 ，電力拖動系統(tǒng)處于加速狀態(tài)，即處于過渡過程中。 3).當(dāng)T?TL 時，dn/dt ?0 ，電力拖動系統(tǒng)處于減速狀態(tài)，也是過渡過程。,例2-1 分析下圖中電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動狀態(tài)。,解：設(shè)a圖為正向運(yùn)動，T幫助正向運(yùn)動為正， TL 反對正向運(yùn)動為正，

4、且T<TL，所以運(yùn)動方程式中： T - TL <0，dn/dt<0，系統(tǒng)處于正向減速狀態(tài)。 設(shè)b圖為反向運(yùn)動， T幫助反向運(yùn)動為負(fù)， TL 幫助反向運(yùn)動為正， 且數(shù)值上T=TL，所以運(yùn)動方程式中： -T- TL<0，dn/dt<0，系統(tǒng)處于反向加速狀態(tài)。,第二節(jié) 生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性,不同生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL隨轉(zhuǎn)速n變化規(guī)律不同，用負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性來表征，即n=f(TL)。各種生產(chǎn)機(jī)械的特性大致可

5、分為以下三種類型,恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性,恒功率負(fù)載特性,通風(fēng)機(jī)型負(fù)載特性,恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性,TL=常數(shù)，與轉(zhuǎn)速n無關(guān),反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性,位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性,負(fù)載轉(zhuǎn)矩的方向始終與生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動的方向相反，總是阻礙電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，如軋鋼機(jī)、機(jī)床的平移機(jī)構(gòu)、電力機(jī)車等。,當(dāng)下放重物時負(fù)載轉(zhuǎn)矩變?yōu)轵?qū)動轉(zhuǎn)矩，其作用方向與電動機(jī)旋轉(zhuǎn)方向相同，促使電動機(jī)旋轉(zhuǎn)。,起重設(shè)備提升重物時，負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL為阻力矩，與電動機(jī)旋轉(zhuǎn)方向相反,位能性負(fù)載轉(zhuǎn)矩由重力作用產(chǎn)生，其

6、大小和方向始終不變,,,恒功率負(fù)載特性,通風(fēng)機(jī)型負(fù)載特性,,PL=常數(shù),,TL=9.55P/n,TL=Kn2,例：車床切削粗加工時,切削量大(TL大)，用低速檔；精加工時，切削量小(TL小)，用高速檔,電扇、水泵、油泵等,注意：以上三類是典型的負(fù)載特性，實際生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性常為幾種類型負(fù)載的綜合。,第三節(jié) 他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性,直流電動機(jī)的機(jī)械特性就是指在穩(wěn)定運(yùn)行情況下，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，即n=f(T)。機(jī)械特性是

7、電動機(jī)的主要特性，是分析電動機(jī)起動、調(diào)速、制動等問題的重要工具。下面以他勵直流電動機(jī)為例討論機(jī)械特性。,,,,,,,,,他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性,,,理想 空載 轉(zhuǎn)速,,機(jī)械特性的斜率,,轉(zhuǎn)速降,,斜率β越小，特性越平，稱為硬特性。反之稱為軟特性,,機(jī)械特性曲線,實際空載轉(zhuǎn)速,,,一般表達(dá)式,,,,他勵電動機(jī)的接線圖,一、他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性,1、他勵電動機(jī)的固有機(jī)械特性,U=UN、Φ=ΦN， Rpa=0的機(jī)械特性稱固有機(jī)械特性

8、,Rpa=0, Ra很小，? =?N數(shù)值最大，機(jī)械特性斜率β最小，他勵直流電動機(jī)的固有機(jī)械特性是硬特性。,一、他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性,2、人為機(jī)械特性,如果人為地改變固有機(jī)械特性中的氣隙磁通?、電源電壓Ｕ和電樞回路電阻Rpa中的任意一個參數(shù)，這樣的機(jī)械特性稱為人為機(jī)械特性。,（1）電樞回路串電阻時的人為機(jī)械特性,,,斜率β 增加,,,n0 不變,2、人為機(jī)械特性,(2)改變電源電壓的人為機(jī)械特性,(3)改變磁通的人為機(jī)械特性,,U降

9、低，β 不變，n0減小,(2)改變電源電壓的人為機(jī)械特性,?減小，β 增大，n0增大,二、電力拖動穩(wěn)定運(yùn)行的條件,電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，是指在某種外界因素(如電網(wǎng)電壓波動或負(fù)載的微小變化)的擾動下，系統(tǒng)離開原來的平衡狀態(tài)，達(dá)到新的平衡狀態(tài)；或當(dāng)外界因素消失后，仍能恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)。 前面分析了生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性n＝f(TL)和電動機(jī)的機(jī)械特性n=f(T)，把兩種特性配合起來，就可以研究電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行

10、問題。 電動機(jī)在電力拖動系統(tǒng)中運(yùn)行時，會使系統(tǒng)出現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行和不穩(wěn)定運(yùn)行兩種情況。,電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件：電動機(jī)的機(jī)械特性與負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性有交點： 即 T=TL 電力系統(tǒng)要穩(wěn)定運(yùn)行的充分條件：兩條特性配合恰當(dāng)，即在交點處滿足：dT/dn<dTL/dn,二、電力拖動穩(wěn)定運(yùn)行的條件,電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的分析,結(jié)論：下斜的機(jī)械特性與恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載配合, 系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行; 上翹的機(jī)械特性與恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載配合,

11、系統(tǒng)不能穩(wěn)定運(yùn)行。,恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性在A點的斜率：dn/dTL=∞,則dTL/dn=0,下斜的機(jī)械特性在A點其dn/dT<0,則dT/dn<0，在A點滿足dT/dn<dTL/dn,上翹的機(jī)械特性在A點其dn/dT>0,則dT/dn>0，在A點不滿足dT/dn<dTL/dn,穩(wěn)定運(yùn)行,不穩(wěn)定運(yùn)行,系統(tǒng)電壓波動機(jī)特,系統(tǒng)電壓波動機(jī)特,,,,,,,,,1、全壓起動,,第四節(jié) 他勵電動機(jī)的起動和反轉(zhuǎn),起動：電動

12、機(jī)接通電源后，由靜止?fàn)顟B(tài)加速到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的過程。,一、他勵直流電動機(jī)的起動方法,額定電壓加于電動機(jī)的電樞兩端，由于起動瞬間n=0， Ea=0， 由U=Ea＋I(xiàn)aRa故起動電流和轉(zhuǎn)矩分別為 ：,他勵電動機(jī)的全壓起動,先合Q 1,再合Q2,,,例2-2 一臺他勵直流電動機(jī)，,,計算：,1）全壓起動時的起動電流。 2）在額定磁通下起動的起動轉(zhuǎn)矩。,解 1）求起動電流：,,起動電流是額定電流的14.3倍,2）求起動轉(zhuǎn)矩：,,略空載

13、轉(zhuǎn)矩T0,當(dāng)不考慮電樞反應(yīng)去磁的影響，磁通Φ不變,則Tst ?Ist，,所以,,,,,,,,,,,后果,引起電網(wǎng)電壓下降，影響電網(wǎng)上其他用戶,使電動機(jī)的換向嚴(yán)重惡化，甚至?xí)龎碾妱訖C(jī),過大的沖擊轉(zhuǎn)矩，機(jī)械軸過度沖擊，損壞傳動機(jī)構(gòu),從上例可以看出，由于電樞電阻Ra阻值很小，額定電壓下直接起動的起動電流很大，通?？蛇_(dá)額定電流的（10～20）倍。起動轉(zhuǎn)矩也相當(dāng)大。,所以，直流電動機(jī)一般不允許全壓起動。起動設(shè)備簡單、操作方便的全壓起動只適用于容

14、量很小的直流電動機(jī)。,,,,,,,,,（1）要有足夠大的起動轉(zhuǎn)矩(Tst>TL)。 （2）起動電流要限制在一定的范圍內(nèi)。 （3）起動設(shè)備簡單、可靠，操作方便，起動時間短。,對直流電動機(jī)的起動的要求：,電樞回路串電阻起動,減壓起動,注意：起動時應(yīng)保證電動機(jī)的磁通為最大值，以在限制起動電流的情況下使轉(zhuǎn)矩較大。,,對于容量較大的電機(jī)，為限制起動電流，可用,2、減壓起動,減壓起動即起動前將電源電壓降低，以減小起動電流Ist。為獲得足夠

15、的起動轉(zhuǎn)矩（Tst>TL），起動時電流通常限制在(1.5～2)IN 內(nèi)，則起動電壓應(yīng)為： Ust=IstRa=(1.5～2)INRa 當(dāng)n↑，Ea ↑ Ia↓, Tst↓ ——須U ↑保證起動電流和轉(zhuǎn)矩保持在一定的數(shù)值上。至U=UN，起動結(jié)束。,3、電樞回路串電阻起動,電樞回路串電阻起動時，電源電壓為額定值且恒定不變，在電樞回路中串接一起動電阻Rst，達(dá)到限制起動電流的目的。,,,,,,,,,,

16、例2-3 上例中的電動機(jī)若限制起動電流不超過100Ａ，求 1)采用減壓起動，起動電壓是多少？ 2)采用電樞回路串電阻起動，則開始時應(yīng)串入多大電阻？,解：1) 起動電壓 Ust＝IstRa＝100×0.286V＝28.6V2) 起動電阻 Rst＝UN／I'st-Ra＝220/100-0.286?＝1.914?,可見串入一個不到2?的電阻，就可將電流從769.2A降至100A，限流效果十分明顯。

17、,電樞串電阻起動后，n↑，Ea ↑ Ia↓ Tst↓ ——加速減慢，為了縮短起動時間，保持電動機(jī)在起動過程中的加速不變，理論上應(yīng)將起動電阻平滑地切除，但實際中把起動電阻分成2~4段逐級切除（稱分級起動），最后使電動機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到運(yùn)行值。下面以4 級起動為例進(jìn)行分析。,采用4級起動時電動機(jī)的電路接線圖 及其機(jī)械特性,串入全 部電阻,逐級切 除電阻,穩(wěn)定運(yùn)行點,,,,,,,,,,,,,二、他勵直流電動機(jī)的反轉(zhuǎn),要使電動機(jī)反轉(zhuǎn)，必須改變電磁

18、轉(zhuǎn)矩T的方向。,只要將磁通?和Ia任意一個參數(shù)改變方向，電磁轉(zhuǎn)矩即改變方向。在自動控制中，通常直流電動機(jī)的反轉(zhuǎn)實施方法有兩種：,,由：,1、改變勵磁電流方向 ：保持電樞兩端電壓極性不變，將 勵磁繞組反接，使勵磁電流反向，磁通?即改變方向。,2、改變電樞電壓極性：保持勵磁繞組兩端的電壓極性不變，將電樞繞組反接，電樞電流Ｉa即改變方向。,實際應(yīng)用中大多采用改變電樞電壓極性的方法來實現(xiàn)電動機(jī)的反轉(zhuǎn)。,第五節(jié) 他勵直流電動機(jī)的制動,電動機(jī)的

19、兩種運(yùn)行狀態(tài)：,電動狀態(tài) ：T與n方向相同，機(jī)特Ⅰ、Ⅲ象限,制動狀態(tài) ：T與n方向相反，機(jī)特Ⅱ、Ⅳ象限,,制動方法：,能耗制動,反接制動,回饋制動,制動目的：快速停車（反向）或限速。,一、能耗制動,制動原理：電動機(jī)靠生產(chǎn)機(jī)械慣性力的拖動切割磁場而發(fā)電，將生產(chǎn)機(jī)械儲存的動能轉(zhuǎn)換成電能，并消耗在繞組及電阻上，直到電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動為止。,能耗制動U=0,運(yùn)行時KM1常開閉合，與電源連接；,制動時連接電阻Rbk,制動時，T與n方向相反,,,,制動

20、時KM1常閉接通,,,,原運(yùn)行于a點 制動時，對于 反抗性負(fù)載將 經(jīng)b點到達(dá)O點 停下來。,能耗制動時的機(jī)械特性,U=0,機(jī)特過原點,,,斜率取決于限流電阻Rbk,一般限流：IbK?(2～2.5)IN,,,對位能性負(fù)載 將達(dá)到C點。,,,,,,,,二、反接制動,1.電樞反接制動,制動原理：Ibk產(chǎn)生很大的反向電磁轉(zhuǎn)矩T，從而產(chǎn)生很強(qiáng)的制動作用，n 快速下降。,U=-UN, R=Ra+Rbk,機(jī)械特性過-n0,機(jī)械特性：,,,

21、制動過程,,,當(dāng)制動的目的為停車時，在電機(jī)n≈0時，須立即斷開電源。,,為了限制過大的電樞電流，反接制動時必須在電樞回路中串接制動電阻Rbk,一般：Ibk≤(2～2.5)IN,故,,制動電阻的計算：,電樞反接制動過程中，電動機(jī)一方面向電源吸取電功率P1＝UI，另一方面將系統(tǒng)的動能轉(zhuǎn)換成電磁功率Pem＝EaIa，這些電功率全部消耗在電樞電路的電阻(Ra＋Rbk)上。其能量損耗很大。,電機(jī)的能耗：,二、反接制動,2.倒拉反接制動,只適用于位

22、能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，下放重物,U=UN，電樞串大電阻Rbk,機(jī)械特性過+n0，與負(fù)載特性的交點落在第Ⅳ象限,,從提升重物至下放重物過程：a—b—c—d ，Rbk越大，下放轉(zhuǎn)速也越大。,,,三、再生制動,當(dāng)電動機(jī)的?n? ? ?n0?時，?Ea?>? U?，Ia方向與電動運(yùn)行狀態(tài)相反，T的方向與電動運(yùn)行狀態(tài)時相反，為制動性質(zhì)，P1<0，電機(jī)向電源回饋電能，此時電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)稱為再生制動。,當(dāng)位能性負(fù)載進(jìn)行電樞反接制動，當(dāng)n=0時

23、，如不切除電源，電機(jī)便在電磁轉(zhuǎn)矩和位能負(fù)載轉(zhuǎn)矩的作用下，迅速反向加速，至? n? ? ?n0?時，電機(jī)進(jìn)入反向再生制動狀態(tài)，此時因n為負(fù)，T為正，機(jī)械特性位于第IV象限，最終穩(wěn)定下放重物運(yùn)行于d點,,反向再生制動對位能性負(fù)載下放時起限速作用。所串電阻Rbk越大，下放速度越高，安全性越差。所以常切除電阻，稱在固有機(jī)特上，下放重物。,,,,,四、制動問題計算,以上定性分析他勵直流電動機(jī)的各種制動原理，從機(jī)械特性的角度分析對應(yīng)的制動過程。制

24、動問題的計算則用電動勢平衡方程式，代入不同制動條件來進(jìn)行求解，較為方便。 一般先求出 ， 然后分別針對快速停車和穩(wěn)定下放重物兩類問題，進(jìn)行計算。,（1）快速停車 已知瞬時制動電流（ ） ，求電樞回路串入的電阻值： （能耗制動：U＝0；電樞反接制動U＝－UN）,四、制動問題計算,(2)穩(wěn)定下放重物（ ，與已知負(fù)載轉(zhuǎn)成正比）,1）已知電樞串入電阻Rbk，求下放轉(zhuǎn)速：

25、,2）已知下放轉(zhuǎn)速（n<0)，求電樞回路串入的電阻：,例2-4 一臺他勵直流電動機(jī)，PN=5.6KW，UN=220V，IN=31A，nN=1000r/min，Ra=0.4?，負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL=49 N·m，電樞電流不得超過2倍額定電流。試計算：(略T0） 1).電動機(jī)拖動反抗性負(fù)載，采用能耗制動停車，電樞回路應(yīng)串入的制動電阻最小值是多少？若采用電樞反接制動停車，電阻最小值是多少？ 2).電動機(jī)拖動位能性恒轉(zhuǎn)矩

26、負(fù)載，要求以300r/min速度下放重物，采用倒拉反接運(yùn)行，電樞回路應(yīng)串入多大電阻？若采用能耗制動運(yùn)行，電樞回路應(yīng)串入多大電阻？ 3).想使電機(jī)以n=－1200r/min速度，在反向回饋制動運(yùn)行狀態(tài)下，下放重物，電樞回路應(yīng)串多大的電阻？,解,,電動狀態(tài)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速,能耗制動電阻,,反接制動電阻電樞,,,,對應(yīng)TL=49N.m的電樞電流，,1）快速停車時，能耗制動電阻和電樞反接制動電阻,倒拉反接制動穩(wěn)定運(yùn)行時的電阻,,能耗制動穩(wěn)定運(yùn)行

27、時的電阻,,3）反向再生制動運(yùn)行計算,,反向再生制動運(yùn)行時電阻,,2)下放重物時，倒拉反接和能耗制動電阻,,,,,,,,第六節(jié) 他勵直流電動機(jī)的調(diào)速,調(diào)速：,機(jī)械調(diào)速:,電氣調(diào)速:,改變傳動機(jī)構(gòu)速比,改變電動機(jī)參數(shù),人為地改變電動機(jī)的 機(jī)械特性，從而使負(fù)載工作點發(fā)生變化， 轉(zhuǎn)速隨之變化。,,由,得調(diào)速方法：,,降壓U,減弱磁通φ,電樞回路串電阻,,,,,,一、調(diào)速指標(biāo),1.調(diào)速范圍 電動機(jī)在額定負(fù)載下可能運(yùn)行的最高轉(zhuǎn)速與

28、 最低轉(zhuǎn)速之比，通常又用D表示:,,受電動機(jī)的機(jī)械強(qiáng)度、換向條件、電壓 等級等方面的限制,受到低速運(yùn)行時轉(zhuǎn)速的相對穩(wěn)定性的限制,,,,不同的生產(chǎn)機(jī)械對調(diào)速范圍的要求不同，例如車床Ｄ＝ 20～120 ，龍門刨床Ｄ＝10～40，軋鋼機(jī)Ｄ＝ 3～120，造紙機(jī)Ｄ＝3～20 等。,顯然，在相同的n0情況下，電動機(jī)的機(jī)械特性愈硬，Δn愈小，靜差率就愈小，相對穩(wěn)定性就愈好。 生產(chǎn)機(jī)械調(diào)速時，要求靜差率小于一定值，以使負(fù)載發(fā)生變化時，轉(zhuǎn)速在

29、一定范圍內(nèi)變化，保持一定的穩(wěn)定程度，生產(chǎn)機(jī)械容許的靜差率用?r?表示。例如，普通車床要求?r??30? ，一般設(shè)備要求?r??50? ，高精度的造紙機(jī)要求?r??0.1? 。,靜差率與調(diào)速范圍兩個指標(biāo)是相互制約,要統(tǒng)疇考慮。,2.調(diào)速的相對穩(wěn)定性（靜差率）,負(fù)載變化時，轉(zhuǎn)速變化的程度。 轉(zhuǎn)速變化小，其相對穩(wěn)定性好,,,,,,3.調(diào)速的平滑性,在一定的調(diào)速范圍內(nèi)，調(diào)速的級數(shù)越多，即調(diào) 速越平滑，相鄰兩級轉(zhuǎn)速之比稱為平滑系數(shù)：,,φ→1

30、，則平滑性好， 當(dāng)φ =1時，稱為無級調(diào)速，即轉(zhuǎn)速可以連續(xù)調(diào)節(jié)。 調(diào)速不連續(xù)時，級數(shù)有限，稱為有級調(diào)速。,4.調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性 對調(diào)速設(shè)備的投資和電能消耗等經(jīng)濟(jì)效果的綜合比較。,二、 改變電樞電路串電阻的調(diào)速,電樞回路串電阻的機(jī)特，Rpa愈大，特性愈軟，轉(zhuǎn)速愈低。,調(diào)速過程：電動機(jī)原穩(wěn)定運(yùn)行在固有機(jī)械特性的a點上，當(dāng)Ｒpa接入瞬間，因n不能突變，工作點從a點跳至人為機(jī)械特性的b點，這時，Ia↓→T ↓→Ｔ<ＴL，n ↓ ，Ea

31、↓→Ｉa ↑→ Ｔ ↑ ，直到Ｔ ＝ＴL，電動機(jī)在低速的c點穩(wěn)定運(yùn)行。,,,電樞串電阻調(diào)速的特點： (1)串入電阻后轉(zhuǎn)速只能降低，由于機(jī)械特性變軟，靜差率變大，特別是低速運(yùn)行時，負(fù)載稍有變動，電動機(jī)轉(zhuǎn)速波動大，因此調(diào)速范圍受到限制。Ｄ＝1～3。 (2)調(diào)速的平滑性不高；輕載時調(diào)速不明顯。 (3)由于電樞電流大，

32、調(diào)速電阻消耗的能量較多，不夠經(jīng)濟(jì)。 (4)調(diào)速方法簡單，設(shè)備投資少。,例2-5 一臺直流他勵電動機(jī)，其額定數(shù)據(jù)為：ＰN＝100KＷ，ＩN＝511A，ＵN＝220Ｖ，nN＝1500r/min，電樞電路總電阻Ｒa=0.04? ，電動機(jī)拖動額定恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行，現(xiàn)用電樞串電阻的方法將轉(zhuǎn)速調(diào)至600r/min， 應(yīng)在電樞電路內(nèi)串多大電阻？,,由,且為額定恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩：Ia=IN,得,,解,三、降壓調(diào)速,U,,,,n0,,,n,,調(diào)

33、速過程：a-b-c,降壓調(diào)速的特點1)無論高速還是低速，機(jī)械特性硬度不變，靜差率小，調(diào)速性能穩(wěn)定 ，故調(diào)速范圍廣。2)電源電壓能平滑調(diào)節(jié)，故調(diào)速平滑性好，可達(dá)到無級調(diào)速。3)降壓調(diào)速是通過減小輸入功率來降低轉(zhuǎn)速的，低速時，損耗減小，調(diào)速經(jīng)濟(jì)性好。4)調(diào)壓電源設(shè)備較復(fù)雜。,降壓調(diào)速的性能好，目前被廣泛用于自動控制系統(tǒng)中。如軋鋼機(jī)，龍門刨床等。,降壓較大時，會出現(xiàn)回饋制動,,,,例2-6 例題2-5的電動機(jī)，現(xiàn)在用調(diào)節(jié)電樞電壓的方

34、法調(diào)速，將電樞電壓降低至額定電壓的50%，即U=110V求電動機(jī)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速是多少？,解 調(diào)速后，因負(fù)載轉(zhuǎn)矩未變，磁通也未變，故電樞電流也未變，即Ia=IN；,,由電動勢平衡方程式,得電動機(jī)降壓后的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速,四、弱磁調(diào)速,在電動機(jī)勵磁電路中，串接可調(diào)電阻Rpf，If ，Φ ,n,調(diào)速過程：a-b-c,,,,弱磁調(diào)速的特點：1)弱磁調(diào)速機(jī)械特性較軟，受電機(jī)換向條件和機(jī)械強(qiáng)度的限制，轉(zhuǎn)速調(diào)高幅度不大，因此調(diào)速范圍Ｄ＝1～2。2)調(diào)速平滑

35、性較好。3)在功率較小的勵磁回路中調(diào)節(jié)，能量損耗小。4)控制方便，控制設(shè)備投資少。,在突然增磁中，會出現(xiàn)回饋制動,,,,,*第七節(jié) 串勵和復(fù)勵直流電動機(jī),直流串勵電動機(jī)的勵磁繞組與電樞電路相串聯(lián)，使得Ｉf=Ｉa，造成了串勵電動機(jī)具有與他(并)勵電動機(jī)有很大差異的特性。,,一、串勵直流電動機(jī),從結(jié)構(gòu)上來看，由于串勵電動機(jī)的勵磁繞組流過的是電樞電流，導(dǎo)線截面與他(并)勵電動機(jī)相比較大，匝數(shù)較少。,串勵電動機(jī)接線圖,一、串勵直流電動機(jī),1

36、.串勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性,按前圖寫出串勵電動機(jī)的電動勢平衡方程式：,由此推出電動機(jī)轉(zhuǎn)速方程為,式中：,,因Ｉf=Ｉa，串勵電動機(jī)的磁通Φ隨電樞電流Ｉa變化的。,1.串勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性,當(dāng)負(fù)載增大時，電樞電流增大，電機(jī)鐵心漸趨飽和，磁通? 隨電樞電流Ｉa的增大而很少增加，可近似把?視為常數(shù)，這時串勵電動機(jī)的機(jī)械特性與他勵電動機(jī)相似，可認(rèn)為是一直線。如圖曲線1所示。,在輕負(fù)載運(yùn)行區(qū)間，串勵電動機(jī)電樞電流較小，電機(jī)鐵心未飽和，電樞電流

37、與磁通成正比 。 Ia ↑ → (IaRa) ↑ → n ↓，同時Ia ↑ → Φ↑ → n ↓，雙重因素使負(fù)載增加時，轉(zhuǎn)速快速下降。,串勵電動機(jī)的機(jī)械特性,1.串勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性,綜上所述，串勵電動機(jī)的機(jī)械特性具有如下特點： 1)由于負(fù)載增大即電樞電流增大時，磁通也同時增大，所以它的轉(zhuǎn)速隨負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大而迅速下降，機(jī)械特性為軟特性。 2)串勵電動機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速n0 =U/(Ce?)，當(dāng)Ｉa＝０時，從理論上分析n0

38、應(yīng)為無窮大，實際上電機(jī)總有剩磁存在，空載轉(zhuǎn)速不能達(dá)到無窮大。但因剩磁很小，致使電機(jī)的實際空載轉(zhuǎn)速仍很高，一般可達(dá)(5～6)nN，即出現(xiàn)“飛車”現(xiàn)象，這樣高的速度將造成電動機(jī)與傳動機(jī)構(gòu)損壞，所以串勵電動機(jī)是絕對不允許空載起動和空載運(yùn)行的。通常要求負(fù)載轉(zhuǎn)矩不得小于四分之一額定轉(zhuǎn)矩。為了安全起見，串勵電動機(jī)和拖動的生產(chǎn)機(jī)械之間不得用皮帶或鏈條傳動，以免皮帶、鏈條斷裂或皮帶打滑致使電動機(jī)空載運(yùn)行。 3)當(dāng)電樞電路串接外電阻時，機(jī)械特性曲

39、線更加變軟，如圖曲線2所示，外加電阻越大，特性越軟。,2、串勵電動機(jī)的電力拖動,起動：串勵電動機(jī)的起動性能比他勵、并勵電動機(jī)好，因起動轉(zhuǎn)矩Tst=CT?Ia,如果鐵心未飽和，??Ia，起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)比他(并)勵電動機(jī)大 。,反轉(zhuǎn)：電樞繞組反接或勵磁繞組反接。,調(diào)速：電樞串電阻調(diào)速與他（并）勵類似；改變磁通調(diào)速采用電樞繞組并聯(lián)調(diào)節(jié)電阻（增磁作用）或勵磁繞組并聯(lián)調(diào)節(jié)電阻（弱磁作用）；改變電源電壓調(diào)速采用兩臺較小容量電動機(jī)串聯(lián)代替一臺較大容量電

40、動機(jī)。,制動：采用反接制動或能耗制動。串勵電動機(jī)不能實現(xiàn)回饋制動，因為串勵電動機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速n0趨于無窮大，實際轉(zhuǎn)速不可能超過n0。,二、復(fù)勵直流電動機(jī),,,復(fù)勵電動機(jī)有兩個勵磁繞組，一個是并勵繞組，與電樞繞組并聯(lián)，另一個是串勵繞組，和電樞繞組相串聯(lián)，兩個繞組的磁通勢方向相同稱積復(fù)勵，方向相反稱差復(fù)勵。為了使電動機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，復(fù)勵電動機(jī)都接成積復(fù)勵。,復(fù)勵直流電動機(jī)電路圖,復(fù)勵電動機(jī)的主極磁通是由兩個勵磁繞組的合成磁通勢所產(chǎn)生的，當(dāng)電樞

41、電流Ｉa＝０時，串勵繞組的磁通勢為零。此時，主極磁通由并勵繞組磁通勢產(chǎn)生，并為一恒定值。因此，復(fù)勵電動機(jī)Ｉa＝０時的理想空載轉(zhuǎn)速n0不會象串勵電動機(jī)那樣趨向無窮大，而是一個較適當(dāng)?shù)臄?shù)值。,二、復(fù)勵直流電動機(jī),當(dāng)負(fù)載增加時(Ia增大)，由于串勵繞組磁通勢的增大，積復(fù)勵電機(jī)的主極磁通相應(yīng)增大，致使電動機(jī)的轉(zhuǎn)速比并（他）勵電動機(jī)有顯著下降，它的機(jī)械特性不象并（他）勵電動機(jī)那么硬。又因為隨著負(fù)載的增大只有串勵磁通勢相應(yīng)增加，并勵繞組的磁通勢基本