项目七 任务3他励直流电动机的起动与反转

项目七：轧钢机电动机的调速控制4123直流电机的工作原理与基本结构他励直流电动机的起动与反转他励直流电动机的制动控制他励直流电动机的调速控制5直流电动机的方程式和机械特性1.生产机械对直流电动机的起动要求1）起动转矩Tst要足够大。因为只有Tst>TL时，电动机方可顺利起动。2）起动电流Ist不可太大，一定要限制在一定范围内。3）起动设备操作方便，起动时间短，运行可靠，成本低廉。2.他励直流电动机的起动方法1）全压起动2）降低电枢电压起动3）电枢回路串电阻起动一、直流电动机的起动要求与起动方法他励直流电动机

Ia=Ist=UNRa=(10~20)INT

=

Tst=CTΦIst=(10~20)TNn=0，Ea=0，实现方法：给励磁回路和电枢回路分别加上额定电压，而让他励直流电动机起动。Ua=Ea+RaIa结论：全压起动只适用于容量很小的直流电动机。起动瞬间：起动电流大的危害：1）引起电网电压严重下降，影响其它用电设备的正常工作。2）会产生剧烈的换向火花，容易损坏换向器。3）会使过流保护装置误动作而切断电源，导致起动失败。4）会产生过大的起动转矩Tst，而使电动机的转轴受到强烈的机械冲击而损伤。二、他励直流电动机的全压起动Ea=CeΦnT=CTΦIa在电动机准备起动时，给励磁回路加额定电压，降低加在电枢两端的电源电压Ua，起动过程中逐渐升高Ua，起动结束时Ua升至额定电压UN。起动过程中，随着转速n的升高，电枢电动势Ea增大，电枢电流Ia和电磁转矩T都下降，起动加速度减小，起动过程变慢。他励直流电动机三、他励直流电动机降低电枢电压起动Ua=Ea+RaIa

Ia=Ua-EaRa=Ua-CeΦnRa1.实现方法Ea=CeΦnT=CTΦIa为加速起动过程，缩短起动时间，要有足够大的电磁转矩T。在起动过程中逐渐升高电枢电压Ua，就能达到这个目的。缺点：需要一套可调节的直流电源，设备投资大。优点：起动平稳，起动过程能量损耗小，便于实现自动控制。1）过去，采用直流发电机—电动机组获得可调压直流电源。2）现在，直流发电机逐渐被晶闸管整流装置取代，调节晶闸管的导通角，就可控制加在直流电动机上的起动电压。直流发电机与直流电动机一对一供电，调节直流发电机的励磁电流，就可改变加在直流电动机电枢两端的电压。4.降低电枢电压起动的应用3.降低电枢电压起动的特点2.降低电枢电压起动的注意事项降低电枢电压起动的目的是减小起动电流，但是，降压的同时也减小了起动转矩。为获得足够大的起动转矩，起动电流不能减小得太多，通常要限制在(1.5~2)IN以内。在电动机准备起动时，先在电枢回路串入起动电阻，然后给励磁回路和电枢回路分别加上额定电压。电枢回路串电阻起动，目的也是为了减小起动电流。串接的起动电阻越大，限制起动电流Ist的效果就越显著。四、他励直流电动机电枢回路串电阻起动1.实现方法由于起动转矩Tst正比于起动电流Ist，当串接的起动电阻值太大时，起动转矩Tst可能会小于负载转矩TL而无法起动。UN=Ea+(Ra+RST1+RST2)IaEa=CeΦnT=CTΦIa起动瞬间，n=0，Ea=0，

Ist=UNRa+RST1+RST22.起动过程分析

Ia

=UN-EaRa+RST1+RST2=

UN-

CeΦnRa+RST1+RST2，限流效果明显。起动过程中随着转速n上升，电枢电动势Ea增大，电枢电流Ia和电磁转矩T都下降，加速度逐渐减小，起动过程延长。为保持起动中的加速度不变，就要保持电枢电流Ia和电磁转矩T不变，即随着转速n的上升，应逐渐减小起动电阻。电枢回路电阻：Ra总=Ra＋RST1＋RST22.起动过程分析1）起动之初串入全部电阻起动点为a1，起动运行轨迹对应人为机械特性的a1-a2段。起动转矩：Tst=T1=(1.5~2.0)TNT1(I1)T2(I2)a1a2aTL(IL)起动电流：Ist=I1=(1.5~2.0)IN把起动电阻分为两级，起动之初全部串入。切除RST2后的电枢回路电阻：Ra总=Ra＋RST12）切除起动电阻RST2切除RST2后的运行轨迹对应人为机械特性的a2-b1-b2段。切换转矩：T2=(1.1~1.3)TLT1(I1)T2(I2)a1a2b2b1baTL(IL)切换电流：I2=(1.1~1.3)IL当电动机的运行点到达a2时，切除起动电阻RST2。2.起动过程分析切除RST1后的电枢回路电阻

：Ra总=Ra3）切除起动电阻RST1切除RST2后，运行点移至固有机械特性上，对应c1-c2-p。T1(I1)T2(I2)a1a2b2b1baTL(IL)c1c2pc2.起动过程分析当电动机的运行点到达b2时，切除起动电阻RST1。切换转矩：T2=(1.1~1.3)TL切换电流：I2=(1.1~1.3)IL从起动点a1加速到a2点n不能突变b1点，加速到b2点切除RST1切除Rst2c1点，加速c2点，再加速到p点稳定运行。n不能突变起动全过程：T1(I1)T2(I2)a1a2b2b1baTL(IL)c1c2pc2.起动过程分析只要各级起动电阻值选择适当，使得切换转矩数值不变，就能加速起动过程，并使起动过程趋于平稳。直流电动机的转向由电磁转矩的方向决定。电磁转矩的方向由磁通的方向和电枢电流的方向共同决定：让直流电动机反转的方法有二：1.改变励磁电流的方向。2.改变电枢电压的极性。五、直流电动机的正反转控制注意：若两种方法同时采用，则电动机的转向保持不变！T=CTΦIa2）实际应用中，直流电动机实现反转，大多是采用改变电枢电压极性的方法。1）因励磁绕组的电感量很大，励磁电流从正向额定值变到负向额定值所需的时间比较长，反向过程缓慢，而且励磁绕组断开电源进行反接的瞬间，会产生很大的自感电动势，可能造成绝缘击穿，必须加装吸收装置。4）直流电动机直接反向会产生过大的冲击电流，需要设置制动环节，确保电动机停转后再反向起动。3）改变电枢电压极性实现反转时，若直流电动机容量很大，就需要采用灭弧能力强的大容量直流接触器，这使用不便。因此，容量很大的直流电动机在不要求快速反转时，常采用改变励磁电流方向实现反转。1.直流电动机正反转控制的注意事项他励直流电动机弱磁或失磁时，会引起转速迅速升高，甚至出现“飞车”事故。因此，在起动时，应先接入额定励磁电压，再接入电枢电压，或者二者同时接入，而且还要在励磁回路中设置弱磁保护。R3和VD构成放电回路，吸收励磁绕组的自感电动势，作过电压保护。过电流继电器欠电流继电器电枢绕组励磁绕组起动接触器短接起动电阻接触器起动电阻断电延时时间继电器断电延时时间继电器电枢串两级电阻，按时间原则分级起动。2.直流电动机电枢串电阻单向旋转起动控制延时结束合上Q1和Q2KT1通电KT1常闭触点断开切断KM2、KM3电路按下按钮SB2KM1通电KM1主触点闭合电枢串入起动电阻R1、R2，电动机

在低电压下起动KM1常开触点闭合自锁KT1断电延时KM2通电短接R1KT2断电延时短接R2电动机全压运行KM1常闭触点断开确保起动电阻R1、R2全接入KM3通电延时结束2.直流电动机电枢串电阻单向旋转起动控制1）起动前的准备2）起动过程电路中的保护环节长期过载和短路保护——过电流继电器KA1弱磁保护——欠电流继电器KA2过电压保护——电阻R3与二极管VD串联欠压失压保护——起动按钮SB2和接触器KM1配合2.直流电动机电枢串电阻单向旋转起动控制主电路控制电路正转接触器短接电阻接触器过电流继电器断电延时型时间继电器正转变反转行程开关反转变正转行程开关断电延时型时间继电器起动电阻欠电流继电器放电电阻反转接触器该电路通过改变直流电动机电枢电压极性实现正反转，能完成对运动部件的自动往返循环控制。3.直流电动机可逆运转起动控制例1.他励直流电动机起动时，没加励磁电压，就接通了电枢电压，会出现什么现象？请以TL=0和TL=TN两种情况来分析。思考与训练答：1）TL=0时：励磁绕组无电流，有一定的剩磁，即：Φ接近0，但不等于0。起动瞬间，转速n=0，反电动势Ea=CeΦn=0。由UN=Ea+IaRa可知，UN全部加在电阻Ra上，Ist=(10~20)IN。Ia很大，Φ≈0，电磁转矩Tst=CTΦIst数值并不大，但是Tst＞TL=0，电动机能够起动。起动后，n＞0，Φ≈0，使Ea＞0，但其值不大，UN的大部分仍加在电阻Ra上，Ia依然很大。由于Φ≈0，电磁转矩T=CTΦIa的数值仍然不大，但仍有T＞TL=0，电动机会不断加速。理想空载转速n0=UN/(CeΦ)，Φ≈0使得n0非常大。电动机的转速上升到接近n0的某一数值后，就达到“飞车”状态，不仅造成换向不良，强大的离心力还可能把转子绕组和整流子甩出来。思考与训练解：2）TL=TN时：起动之初与TL=0时情况相同，Ist=(10~20)IN。根据T=CTΦIa可知，由于Φ≈0，Ist=(10~20)IN，起动转矩Tst大于0，但数值并不大，Tst＜TL=TN，电动机无法起动，处于堵转状态。例1.他励直流电动机起动时，没加励磁电压，就接通了电枢电压，会出现什么现象？请以TL=0和TL=TN两种情况来分析。思考与训练例2.他励直流电动机在额定运行时，若励磁绕组突然断开，而电路中没有设置失磁保护，会出现什么现象？为什么？答：现象1：过流，超速，严重时会损坏电枢绕组及整流子。⑴当Ia增加的幅度大于磁通Φ下降的幅度时，电磁转矩T=CTΦIa增大，使得T>TL，转速n升高，电枢电动势Ea随之增加，Ia从最大值开始减小，使得电磁转矩T下降，当T=TL时，电动机在高转速下稳定运行，此时的电枢电流Ia和转速n都高于额定值。电枢电流Ia过大，会引起电枢绕组过热甚至烧毁；转速n过高会造成飞车事故。电动机额定运行时，T=CTΦIa=TL=TN，n=nN。励磁绕组断开，磁通只有剩磁，Φ大幅度减小。在励磁绕组断线的瞬间，由于机械惯性，nN来不及改变，电枢电动势Ea=CeΦnN跟随磁通Φ成正比地减小。由UN=Ea+IaRa可知，Ia急剧增加到最大值。思考与训练⑵如果剩磁Φ非常小，可能出现电枢电流Ia增大的比率小于磁通Φ下降的比率的情况，使得电枢的电磁转矩T减小，T<TL，转速n就会下降，直至停车，也就是出现堵转。但此种情况下，电枢电流I