项目七 任务5他励直流电动机的调速控制

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一、直流电动机的调速指标1.调速范围D2.静差率δ4.经济性3.平滑性受换向和机械强度的限制受转速相对稳定性的限制δ=n0-n

n0ψ=ni

ni-1调速范围D与静差率δ互相制约！转速可连续调节时(ψ=1)，称为无级调速。额定负载下可能运行的最高转速与最低转速之比。转速降与理想空载转速之比。相邻两级转速的接近程度，用平滑系数ψ表示。综合考虑设备投资、能量损耗、电动机能否充分利用等因素。二、他励直流电动机的调速方法改变Ua、Ra、Φ三个参数中的任意一个，就能改变其转速。他励直流电动机的常用调速方法：他励直流电动机的转速：1.电枢回路串电阻调速2.降低电枢电压调速3.弱磁调速1.电枢回路串电阻调速以额定转速稳定运行（T=TL）的他励直流电动机，在增大电枢电阻Ra的瞬间，电枢电压Ua不变，由于机械惯性，电枢电动势Ea也保持不变，所以电枢电流Ia降低，电磁转矩T随之减小，致使转速n下降。转速n下降使电枢电动势Ea减小，电枢电流Ia和电磁转矩T又随之回升。当T=TL时，电动机在低速下稳定运行。他励直流电动机Ua=Ea+RaIaEa=CeΦnT=CTΦIa2）串入的电阻值越大，人为机械特性的斜率越大，机械特性越软，稳定运行的转速就越低。电枢回路串入电阻Rpa1后，由于机械惯性，转速n不能突变，运行点从固有机械特性1上的a点，迁移到电枢串电阻人为机械特性2上的b点，进入电动减速过程，最后在c点低速稳定运行。

结论：当所串电阻增大到Rpa2时，运行点从a点跃变到d点，然后电动减速到e点，以更低的转速稳定运行。3）转速越低，稳定性越差，低速的下限受到限制，D

较小。

1）电枢回路串电阻会使转速降低。他励直流电动机电枢回路串电阻调速的机械特性电动减速电动减速1.电枢回路串电阻调速1）只能从额定转速往下调，调速后转速降低。2）串入电阻后，人为机械特性变软，稳定性变差。在低速运行时，微小的负载波动引起的转速波动大，低速运行的下限受到限制，调速范围不大。3）电阻通常是分段串入的，属有级调速，平滑性差。4）设备投资少，但电能消耗大，总体经济性差。优点：缺点：应用：因为起动变阻器只在起动过程中短时使用，起动结束便被切除，属短时工作制；而调速电阻不仅在调速过程中要用，调速后稳定运行时也要用，属连续工作制。注意事项：调速方法简单，控制设备不复杂。仅适用于小容量直流电动机的调速。调速电阻不能用起动变阻器代替。1.电枢回路串电阻调速2.降低电枢电压调速当电枢电压Ua降低时，由于转速n不能突变，电枢电动势Ea保持不变，电枢电流Ia势必减小，电磁转矩T随之也减小，使得转速n下降，电枢电动势Ea跟着减小，则电枢电流Ia和电磁转矩T又开始回升。当T回升到T=TL时，电动机以低速稳定运行。在机械特性图上，电枢电压由U1降至U2后，电动机运行点由a点转移到U2对应的人为机械特性曲线上的b点，通过电动降速，最后在c点低速稳定运行。他励直流电动机降低电枢电压调速的机械特性他励直流电动机Ua=Ea+RaIaEa=CeΦnT=CTΦIa电动减速当电枢电压降低的幅度较大时，如由U1突然降至U3，由于转速不能突变，则电动机的运行点由a点瞬间转移到U3对应的人为机械特性曲线上的d点。减速至e点时，Ea=U3，Ia和T都为0，转速n不为0，电动机因惯性继续旋转，运行点回到第Ⅰ象限，进入电动减速阶段。降低电枢电压的机械特性d点在第Ⅱ象限，且nd>n03，Ia和T都反向，电动机进入发电回馈制动状态，转速迅速下降。电动减速阶段，电枢电动势Ea不断减小，而电枢电流Ia和电磁转矩T不断回升（其值都>0）。当电磁转矩T回升到T=TL时，转速不再变化，电动机稳定在f点低速运行。发电回馈制动电动减速电动减速2.降低电枢电压调速1）调速方向：6）应用：Ua

→n

，Ua

→n

。2）调速的平滑性：电压只能从UN往下调，转速只能在nN以下。Ua可连续调节，能实现无级调速。调速范围较宽，D可达到8或10。3）调速的稳定性：Ua改变时，

不变，机械特性硬度不变，调速的稳定性好。4）调速范围：5）调速的经济性：调速设备复杂，需要一套可调压的专用直流电源。通过减小输入功率来降速，能量损耗小。因调速性能好而广泛应用于直流自动控制系统中。2.降低电枢电压调速3.弱磁调速n不能突变Ea=CeΦnIf

→Φ

Ea

→Ia

→T

→n（电动加速）→Ea降至最小值后又开始增大在励磁回路中串接可调电阻改变励磁电流，就改变了励磁磁通的大小（从ΦN往下调），从而可达到调节电动机转速的目的。调速过程:(从稳定运行点a开始）

→Ia和T上升至最大值后又下降→T=TL时，在c点以高速稳定运行。在机械特性曲线上，运行点的变化轨迹是：a→b→c。降低电枢电压的人为机械特性TLΦ2Φ1

bcan0'n0"电动加速Φ2﹤Φ1

图中的TL为恒功率负载弱磁情况下，若需要电动机降速，可以通过增磁实现。突然增磁时，电动机通常先经历一段发电回馈制动过程，再进入电动减速状态，最后稳定在低速运行。机械特性上由a到b再到c点的变化轨迹，是减弱磁通（由Φ1减小到Φ2）让电动机加速的过程。他励直流电动机降低弱磁调速的机械特性发电回馈制动电动减速图中，当磁通由Φ2增加到Φ1时，运行点在机械特性上的变化轨迹为：由c到d再到a。电动加速3.弱磁调速弱磁调速的机械特性变软，励磁过弱时，转速稳定性很差。

实际应用中，通常把调压调速与弱磁调速配合使用，既扩大了调速范围D

，又能实现高、低速的双向调节。3）调速的稳定性：调速平滑性好，可实现无级调速。1）调速方向：2）调速的平滑性：磁通Φ减弱n升高，在额定转速nN以上调节。4）调速范围转速越高，对换向条件和机械强度的要求越高，因而调速上限会受限制。普通电动机D=2；特殊设计的电动机D=4。5）调速的经济性调速在励磁回路进行，能量损耗小，并且随着转速升高，输出功率增大，电动机的效率基本不变，经济性较好。另外，设备投资少，控制也方便。3.弱磁调速调速方法调速范围D（D=nmax/nmin）相对稳定性平滑性经济性应用电枢串电阻调速额定负载下D=2，轻载时D更小。差差调速设备投资少，电能损耗大。对调速性能要求不高的场合，适用于与恒转矩负载配合。降低电枢电压调速一般为8左右；100kW以上的电动机可达10左右；1kW以下的电动机为3左右。好好调速设备投资大，电能损耗小。对调速性能要求高的场合，适用于与恒转矩负载配合。减弱磁通调速一般直流电动机为1~2左右；变磁通电动机最大可达到4。较好好调速设备投资少，电能损耗小。一般与降压调速配合使用，适用于与恒功率负载配合。三、他励直流电动机调速方法比较并励直流电动机改变励磁电流调速、能耗制动的控制电路合上交流电源开关，整流电路把交流电整成直流电，给电容器C充电，励磁绕组产生磁通Φ，为电动机起动做准备。两相零式整流电路限流电阻，起动、制动时都要用调速电阻运行接触器能耗制动接触器切除起动电阻接触器放电电阻，用作过电压保护电容器四、并励直流电动机弱磁调速控制1.起动控制按下起动按钮SB2，KM2和KT线圈通电并自锁，电动机电枢串电阻R起动。电容器C充电完成，励磁回路经过串联电阻RRF和R1通电。KT通电延时结束，其延时闭合触头闭合，使KM3主触头闭合，短接起动电阻R，电动机在全压下继续起动至稳定运行状态。2.调速控制3.停车及制动控制电动运行过程中，调节调速电阻RRF，改变励磁电流的大小，即可改变励磁磁通的强弱，从而实现电动机转速n的调节。按下停止按钮SB1（长按，电机停车后再松开），KM2和KM3线圈断电释放，主触头断开，切断电动机电枢电路。紧接着，KM1线圈通电吸合，主触头闭合，通过电阻R接通能耗制动电路，KM1的辅助常开触头闭合，短接电容器C，使电源电压全部加在励磁线圈两端，起到强励作用，以加强能耗制动效果。四、并励直流电动机弱磁调速控制1.短路保护1）短路电流往往可达额定电流的十几甚至几十倍，很快就会损坏电气设备或配电线路，甚至会引起火灾。五、电力控制系统常用的保护环节2）短路保护要具有瞬动性，要在极短时间内切断电源。3）常用的短路保护元件为熔断器和低压断路器。2.过电流保护1）过电流保护的电流值比短路电流小，不超过6IN。2）过电流不会马上损坏电器元件，但冲击电流过大会损坏电动机，电磁转矩过大也会损坏传动部件，需要瞬时断电。3）运行中出现过电流的可能性要比短路的可能性大，电动机在频繁起动和正反转、重复短时工作时更是如此。4）过电流保护常用过电流继电器实现，多用于控制直流电动机和三相绕线转子异步电动机。5）若过电流继电器动作电流为1.2IST，则可兼作短路保护。3.长期过载保护1）长期过载保护是过电流保护的一种，动作值在1.5IN之内。负载的突然增加，缺相运行或电源电压降低都会引起过载。2）长期过载保护要求有反时限性，不会受短时冲击电流或短路电流的影响而瞬时动作，通常用热继电器作长期过载保护。3）在通过6IN以上的电流时，热继电器要经过5秒才能动作。因此，热继电器不能用作短路保护。4.欠压、失压保护1）当电源电压降至60%~80%UN时，切断电源让电动机停转的保护称为欠压保护。除接触器外，还可用欠电压继电器作欠压保护。2）电源电压消失时电动机会停转。为防止电压恢复时电动机自行起动或电器元件自行投入工作而设置的保护，称为失压保护。3）按钮和接触器自锁组成的启、保、停控制，具有失压保护作用。如果采用不能自动复位的手动开关、行程开关来控制接触器的通、断，必须设置专门的零压继电器作失压保护。五、电力控制系统常用的保护环节电磁铁、电磁吸盘等大电感负载,以及直流电磁机构、直流继电器等，在通、断电时会产生较高的感应电动势，容易使电磁线圈绝缘击穿而损坏，必须采用过电压保护。在电磁线圈两端并联电阻、并联电阻串电容或者并联二极管串电阻，都能形成放电回路，从而实现过电压保护。直流电动机的励磁磁场过弱会引起超速，甚至发生“飞车”事故，需要在励磁线圈回路中串联欠电流继电器作弱磁保护。7.其它保护此外，还有超速保护、行程保护（限位保护）、油压（水压）保护等，相应保护装置是离心开关（用作机械过速保护）、测速发电机、行程开关和压力继电器等。五、电力控制系统常用的保护环节6.弱磁保护5.过电压保护轧钢机属于连续不间断作业的低速重载设备，不仅需要正反转，而且要求上、下轧辊的表面线速度必须一致，在工作中还需要经常调速，需要调速性能好，具有大的起动转矩的电动机来带动。直流电动机就是首选。调速方面，考虑与起动措施相配合。采用电枢串分级电阻起动时，就配以电枢回路串电阻调速。采用降低电枢电压起动时，就配以改变电枢电压调速。在此基础上，可加上弱磁调速，以实现高低速双向调节。直流电动机直接起动时起动电流太大，必须采用起动措施。如果是中小型直流电动机，考虑采用电枢串分级电阻起动；如果是大型直流电动机，考虑采用降低电枢电压起动。