《电机技术》3.3.2 直流电机的调速任务手册

直流电机的调速【任务要求】知识点技能点了解直流电机的调速指标掌握直流电机的常用电气调速方法分析直流电机的调速指标直流电机常用电气调速方法的分析与应用重点难点直流电机的电气调速方法调速特性曲线的分析【任务清单】任务1：调速指标为了提高生产效率或满足生产工艺要求，许多生产机械在工作过程中都需要调速，例如在车床切削工件时，精加工用高速，粗加工用低速；轧钢机在轧制不同品种和不同厚度的钢材时，也必须有不同的加工速度。电动机调速可采用机械调速和电气调速，或二者配合调速。通过改变传动机构速度比进行调速的方法称为机械调速；通过改变电气参数进行调速的方法称为电气调速。1、技术指标1）调速范围:2）静差率（稳定性）:δ%越小，相对稳定性越好；δ%与机械特性硬度和n0有关。3）调速的平滑性相邻两级转速之比，为平滑系数：越接近1，平滑性越好，当时，称为无级调速。调速不连续时，称为有级调速。2、经济指标主要指调速设备的投资、调速过程的能量损耗及维修费用等。任务2：电气调速方法电气调速方法：通过改变电动机参数进行调速的方法称为电气调速，改变电动机参数就是人为改变电动机的机械特性，从而使负载工作点发生变化，转速随之而改变。根据他励直流电动机的转速公式，电气调速的方法主要有三种：1.调压调速1.调压调速2.电枢串电阻调速3.调磁调速任务3：电枢回路串电阻调速工作条件：保持励磁磁通Φ=ΦN，保持电压U=UN调节过程：增加电阻RaRan，n0不变调节特性：转速下降，机械特性曲线斜率变大，特性变软优点：电枢串电阻调速设备简单，操作方便。缺点：1、由于电阻只能分段调节，所以调速的平滑性差；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为D≦2；4、损耗大，效率低，不经济。对恒转矩负载，调速前、后因磁通不变而使电磁转矩和电枢电流不变，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。任务4：降低电源电压调速工作条件：保持励磁Φ=ΦN，保持电阻R=Ra调节过程：减小磁通ΦNΦn，n0调节特性：转速上升，机械特性曲线变软优点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，一般可达D=2.5〜12。4、电能损耗较小。缺点：需要一套电压可连续调节的直流电源。任务5：减弱磁通调速工作条件：保持励磁Φ=ΦN，保持电阻R=Ra调节过程：改变电压UNUn，n0调节特性：转速下降，机械特性曲线平行下移优点：控制方便，能量损耗小，设备简单，调速平滑性好。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，经济性是比较好。缺点：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D≤2；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。任务6：三种调速方法的比较改变电阻调速：设备简单，调速方便，但技术指标和经济性能较差，工作效率低，只能实现有级调速，目前在大功率直流电机的启动等方面有所应用。调节电枢电压调速：调速平滑，调速范围大，经济性能好，但投资大，还可能出现谐波公害。减弱磁通调速：控制方便，平滑性较好，设备容量小，消耗功率小。虽然可以平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基速（电机额定转速）以上做小范围的升速。现代直流调速系统主要以调压调速为主。【任务拓展】请认真思考并回答下列问题1、电动机的TM是驱动性质的转矩，TM增大时，n反而下降，这是什么原因？2.一台他励直流发电机和一台并励直流发电机，如果其他条件不变，将转速提高5%，问空载电压哪一台提得更高？为什么？3、某串励电动机，PN=14.7KW，UN=220V，IN=78.5A，nN=585r/min，Ra=0.26Ω（包括电刷接触电阻）。欲在负载转矩不变条件下把转速降到350,需串入多大电阻？4、他励直流电动机额定数据：PN＝5.6kW，UN＝220V，IN＝30A，nN＝1000r/min,电枢回路总电阻Ra＝0.4Ω,TZ=0.8TN.试求：（1）如果电枢回路中串入电阻Ra＝0.8Ω,求稳定后的转速和电流；（2）采用降压调速使转速降为500r/min，端电压应降为多少？稳定后电流为多少？（3）如将磁通减少15％，稳定后的转速与电流；（4）如果端电压与磁通都降低10％，求稳定后的转速与电流。5、他励直流电动机的额定数据与题4相同，该机采用调压调速，试问：（1）若该机带动TZ＝TN的恒转矩负载，