第三章直流电机的起动与调速

第三章直流电机的起动与调速第一页，共六十四页，2022年，8月28日3.7.1他励直流电动机的起动电动机的起动指接通UN，转速从n=0到n=nN起动要求：1）大2）小3）起动过程中消耗的能量少4)起动设备简单，便于控制。满足足够大的条件下，尽量减少一、他励直流电动机的起动方法第二页，共六十四页，2022年，8月28日UEaIaK1Rst第三页，共六十四页，2022年，8月28日直接起动太大，须限制限制的方法有：降压起动；电枢回路串电阻起动。第四页，共六十四页，2022年，8月28日(一)电枢回路串电阻起动我们在电枢回路中串入电阻，可减小起动电流，当起动转矩大于负载转矩，电动机开始转动，第五页，共六十四页，2022年，8月28日此时，则

可见，随着转速的升高，反电动势不断增大，起动电流继续减小，但是，同时起动转矩也在减小，所以为了在整个起动过程中保持一定的起动转矩，加速电动机的起动过程，我们采用将起动电阻一段一段逐步切除，最后电动机进入稳态运行，此时，起动电阻应被完全切除。第六页，共六十四页，2022年，8月28日RC3RC2UNEaRaKM1RC1KM2KM3If第七页，共六十四页，2022年，8月28日TCIT1I1T2I2TLILnn0abcdn1n2n3efghnN他励直流电动机三级电阻起动的机械特性第八页，共六十四页，2022年，8月28日(二）他励直流电动机降低电枢电压起动：从最原始的公式，我们可以看出，除了增大电阻外，还可以通过减小电枢电压来减小起动电流：这种方法在起动过程中不会有大量的能量消耗。串励与复励直流电动机的起动方法基本上与并励直流电动机一样，采用串电阻的方法以减小起动电流。但特别值得注意的是串励电动机绝对不允许在空载下起动，否则电机的转速将达到危险的高速，电机会因此而损坏。第九页，共六十四页，2022年，8月28日U第十页，共六十四页，2022年，8月28日3.7.2他励电动机的调速电力拖动系统的调速:1)机械调速;2)电气调速第十一页，共六十四页，2022年，8月28日电动机稳定时T由负载转矩决定，其不变时，改变U、、电枢串电阻都可以调速他励直流电动机有3种方法可以调速：（1）改变电枢电压；（2）改变励磁电流，即改变磁通；（3）电枢回路串入调节电阻。第十二页，共六十四页，2022年，8月28日(一）降低电枢电压调速：因为电机在正常工作时，电枢电压不能超过额定电压，所以，采用向下调速。很显然，在这里，只改变了，所以我们将得到一系列平行与固有特性的曲线。如图：第十三页，共六十四页，2022年，8月28日优点：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，负载变化时稳定性好。3）无论轻载还是负载，调速范围相同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)转速只能由额定电压对应的速度向低调。此外，应用这种方法时，电枢回路需要一个专门的可调压电源，过去用直流发电机-直流电动机系统实现，由于电力电子技术的发展，目前一般均采用可控硅调压设备—直流电动机系统来实现。第十四页，共六十四页，2022年，8月28日A’BTTLAC（二）弱磁调速第十五页，共六十四页，2022年，8月28日优点：这种调速方法的特点是由于励磁回路的电流很小，只有额定电流的（1～3）%，不仅能量损失很小，且电阻可以做成连续调节的，便于控制。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。第十六页，共六十四页，2022年，8月28日缺点：机械特性的斜率变大，特性变软；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；其限制是转速只能由额定磁通时对应的速度向高调，而电动机最高转速要受到电机本身的机械强度及换向的限制。

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。第十七页，共六十四页，2022年，8月28日(三）电枢回路串电阻调速：电枢回路串联电阻越大，机械特性的斜率越大，因此在负载转矩恒定时，即为常数，增大电阻，可以降低电动机的转速。第十八页，共六十四页，2022年，8月28日nTTLRan0nNA0A’Bn1Ra+Rc1n2Ra+Rc2CRc2>Rc1第十九页，共六十四页，2022年，8月28日优点：电枢串电阻调速设备简单，操作方便。缺点：

2）低速时特性曲线斜率大，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；

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。

1）由于电阻只能分段调节，所以调速的平滑性差；第二十页，共六十四页，2022年，8月28日直流电动机上述三种调速方法中，改变电枢电压和电枢回路串电阻调速属于恒转矩调速，而弱磁调速属于恒功率调速第二十一页，共六十四页，2022年，8月28日三种调速方法的比较调速指标调节电源电压电枢串接电阻减弱磁通调速方向从nN向下调从nN向下调从nN向上调调速平滑性好差好调速稳定性好差较好容许输出恒转矩恒转矩恒功率电能损耗较小大小设备投资多少较少第二十二页，共六十四页，2022年，8月28日3.7.3.调速性能指标(一)技术指标1.调速范围是指电动机在额定负载转矩T=TL时，其最高转速与最低转速之比。2.静差率静差率也称转速变化率，指电动机由理想空载到额定负载时转速的变化率第二十三页，共六十四页，2022年，8月28日

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恒转矩调速和恒功率调速。3.7.4恒转矩调速方式和恒功率调速方式第二十四页，共六十四页，2022年，8月28日（一）恒转矩调速方式和恒功率调速方式所谓恒转矩调速方式指的是：在某种调速方法中，保持电枢电流若该电动机电磁转矩恒定不变，则称这种调速方式为恒转矩调速方式。所谓恒功率调速方式指的是：在某种调速方法中，保持电枢电流若该电动机电磁功率恒定不变，则称这种调速方式为恒功率调速方式。第二十五页，共六十四页，2022年，8月28日

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----恒转矩调速。第二十六页，共六十四页，2022年，8月28日P,TPlTlnnminnN第二十七页，共六十四页，2022年，8月28日第二十八页，共六十四页，2022年，8月28日

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----恒功率调速。第二十九页，共六十四页，2022年，8月28日nmaxP,TPlTlnnN0第三十页，共六十四页，2022年，8月28日（三）调速方式与负载转矩之间的匹配P,TPlTlnnminnNPlTlnmax0

以为界，分两个区域：

为恒转矩调速区；

为恒功率调速区第三十一页，共六十四页，2022年，8月28日和均为常数,和均与转速成正比，只要选择电动机的与相等，在任何转速下均有：电机既满足了负载要求，又得到了充分利用。这是一种理想的配合，转速是从额定转速向下调，所以额定转速为系统的最高转速。第三十二页，共六十四页，2022年，8月28日P,TPlTlnnminnN0TLPL第三十三页，共六十四页，2022年，8月28日和均为常数，和均与成反比，只要选择与相等，在任何转速下均有：电机既满足了负载要求，又得到了充分利用。这是一种理想的配合，转速是从额定转速向上调，所以额定转速为系统的最低转速。第三十四页，共六十四页，2022年，8月28日P,TPlTlnnminnNPlTlnmax0TLPL第三十五页，共六十四页，2022年，8月28日恒转矩调速配恒功率负载负载转矩电动机容许输出转矩只有在最低转速时才有：电机得到了充分利用。在高于最低转速时：电机未被充分利用。第三十六页，共六十四页，2022年，8月28日P,TPlTlnnminnN0TL第三十七页，共六十四页，2022年，8月28日上式证明：

这种配合，电动机的实际输出功率（恒定的负载功率）只是电动机额定功率的

（D为调速范围）。显然，这种配合将造成电动机容量的浪费。第三十八页，共六十四页，2022年，8月28日恒转矩负载配恒功率调速负载转矩电动机容许输出转矩只有在最高转速时才有：电机得到了充分利用。在低于最高转速时：电机未被充分利用。第三十九页，共六十四页，2022年，8月28日nP,TnminnNTlnmax0TL第四十页，共六十四页，2022年，8月28日上式证明：

在最低转速时，电动机的实际输出功率（负载功率）只是电动机额定功率的

（D为调速范围）。显然，这种配合将造成电动机容量的浪费。第四十一页，共六十四页，2022年，8月28日风机型负载与两种调速方式的配合由于负载转矩随转速的升高而增大，为了使电动机在最高转速时（所需的转矩最大）能满足负载的需要，应使只有在最高转速时，电动机才被充分利用。恒转矩调速方式所造成的电动机容量浪费比恒功率调速方式小一些。第四十二页，共六十四页，2022年，8月28日他励直流电动机的调速根据以上五种情况分析可得：1）电枢串电阻调速和降压调速方式属于恒转矩调速，适用于恒转矩负载。2）弱磁调速属于恒功率调速方式，适用于恒功率负载。3）对于泵与风机类负载，三种调速方式都不十分合适，但采用电枢串电阻和降压调速比弱磁调速合适一些。

第四十三页，共六十四页，2022年，8月28日

制动状态

电动机生产机械TnTL电动状态电动机生产机械TnTL制动状态电磁制动的概念：让电动机产生一个与旋转方向相反的电磁力矩来实现制动。3.7.5他励直流电动机的制动

第四十四页，共六十四页，2022年，8月28日电动机制动的目的：停车；限速电动机制动的方法有：机械制动；电磁制动电磁制动分类：能耗制动；反接制动；回馈制动第四十五页，共六十四页，2022年，8月28日TBRB制动IaB+U-电动IanTM+Ea

–If一、能耗制动：(一)能耗制动的方法和原理能耗制动过程：如图第四十六页，共六十四页，2022年，8月28日在制动时，将闸刀合向下方，第四十七页，共六十四页，2022年，8月28日第四十八页，共六十四页，2022年，8月28日很明显，此时，电网的电能不再供向电动机，而是在电阻上以电阻压降的形式进行消耗，这样一来使的电机的转速迅速下降。这时电机实际处于发电机运行状态，将转动部分的动能转换成电能消耗在电阻和电枢回路的电阻上，所以称为能耗制动。第四十九页，共六十四页，2022年，8月28日二.反接制动(一)转速反向的反接制动电动机轴RTUN第五十页，共六十四页，2022年，8月28日TRaAnDCBn0n0nARa+RTE第五十一页，共六十四页，2022年，8月28日

他励直流电动机拖动位能性恒转矩负载运行，电枢回路串入电阻，将引起转速下降，串的电阻越大，转速下降越多。如果电阻大到一定程度，将使电动机的机械特性和负载的机械特性的交点出现在第4象限，如图所示，这时电动机接线未变，转速反向。是一种制动运行状态，称为倒拉反转制动运行。第五十二页，共六十四页，2022年，8月28日倒拉反转制动运行常用于起重设备低速下放重物的场合。在这种运行方式中，电动机的电磁转矩起了制动作用，限制了重物下降的速度。改变电阻的大小，即改变了机械特性的交点，使重物以不同的稳定速度下降。第五十三页，共六十四页，2022年，8月28日(二)、电压反接制动：反接制动过程分析：如图所示，电压反接制动是将正在正向运行的他励直流电动机电枢回路的电压突然反接，电枢电流也将反向，主磁通不变，则电磁转矩反向，产生制动转矩。第五十四页，共六十四页，2022年，8月28日三、回馈制动：(一)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。如图nBTTLBADOUNU’n0n’0C第五十五页，共六十四页，2022年，8月28日TTLnn01AnAU10U2n02nCBCU2<U1降压调速时产生的回馈制动增磁调速时产生的回馈制动Φ1nn01nAATTL0Φ2n02nCBCΦ1Φ2>Φ1第五十六页，共六十四页，2022年，8月28日(二）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。第五十七页，共六十四页，2022年，8月28日他励直流电动机的四个象限上的运行电动状态：特性在第一，三象限，其中第一象限是正向电动状态，第三象限是反向电动状态。制动状态：特性在第二，四象限，其中第二象限是正向能耗，正向回馈制动，电压反接制动。第四象限是反向能耗，反向回馈制动，转速反向反接制动，处在反向电动状态时进行电压反接的电压反接制动。第五十八页，共六十四页，2022年，8月28日四象限