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1、第第2章章 直流电机的电直流电机的电力拖动力拖动本讲稿第一页，共四十三页二、降压二、降压二、降压二、降压起动起动从式中可看出降低端电压可降低起动电流1 1、起动过程、起动过程2 2、起动计算、起动计算本讲稿第二页，共四十三页三、三、三、三、电枢回路串电阻起动电枢回路串电阻起动1 11 1）起动瞬间，）起动瞬间，）起动瞬间，）起动瞬间，n=0n=0n=0n=02 22 2）RaRaRaRa很小很小很小很小本讲稿第三页，共四十三页1 1、起动过程、起动过程本讲稿第四页，共四十三页2 22 2、电枢回路串电阻的分、电枢回路串电阻的分、电枢回路串电阻的分、电枢回路串电阻的分级级级级起动电阻的计算起动电
2、阻的计算起动电阻的计算起动电阻的计算1 1）几个要求）几个要求2 2）计算步骤）计算步骤一般为已知条件一般为已知条件本讲稿第五页，共四十三页本讲稿第六页，共四十三页本讲稿第七页，共四十三页得各级启动电阻（如果得各级启动电阻（如果 m m 级）：级）：如果级数未知，根据如果级数未知，根据只要初选出只要初选出算出算出取接近的整数取接近的整数 即可即可可由限流值 得本讲稿第八页，共四十三页例：一台他励直流电动机，其额定参数为例：一台他励直流电动机，其额定参数为PN=7.5KW，UN=220V，IN=39.8A，nN=1500r/min，Ra=0.396，设，设TL=0.8TN，起动，起动级数级数m=
3、3，求各级电阻和各分段电阻。，求各级电阻和各分段电阻。解：解：选取最大起动电流选取最大起动电流I1=2IN=79.6A求起动电流比求起动电流比求出求出本讲稿第九页，共四十三页校核切换电流校核切换电流I2，I2=（1.21.5）IL计算各级电阻计算各级电阻本讲稿第十页，共四十三页计算各分段电阻计算各分段电阻本讲稿第十一页，共四十三页2-5 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动 制动是从某一稳定转速开始减速到停止或限制位能性制动是从某一稳定转速开始减速到停止或限制位能性负载下降速度的一种运转过程。负载下降速度的一种运转过程。制动方式制动方式 自然停车自然停车 机械制动机械制动 电气制动电气制动
4、 能耗制动能耗制动 反接制动反接制动 回馈制动回馈制动本讲稿第十二页，共四十三页电动状态电动状态：电磁转矩：电磁转矩T与转速与转速n同方向同方向，电动机输入电能，电动机输入电能，输出机械能。输出机械能。制动状态制动状态：电磁转矩：电磁转矩T与转速与转速n反方向反方向，电动机输入机械能，电动机输入机械能，输出电能。输出电能。一、一、能耗制动能耗制动1 1、能耗制动的过程能耗制动的过程本讲稿第十三页，共四十三页电动状态电动状态能耗制动状态能耗制动状态本讲稿第十四页，共四十三页2、能耗制动的机械特性、能耗制动的机械特性从能量的观点看，能耗制动的能量是由从能量的观点看，能耗制动的能量是由机械能转变为电
5、能，再转变成热能。机械能转变为电能，再转变成热能。电压平衡方程式电压平衡方程式本讲稿第十五页，共四十三页3 3、能耗制动应主意的问题能耗制动应主意的问题负载特性负载特性反抗性恒转矩负载反抗性恒转矩负载位能性恒转矩负载位能性恒转矩负载常用于计算最终转速常用于计算最终转速C C特殊段特殊段特殊点特殊点C C：电流与制动前相同电流与制动前相同本讲稿第十六页，共四十三页例2-7 某他励直流电动机额定数据如下：试求：（1 1）时试系统转入能耗制动车，时试系统转入能耗制动车，要求起始制动电流为要求起始制动电流为 ，电枢回路应串入电阻，电枢回路应串入电阻（2 2）的位能负载以最低的的位能负载以最低的速度稳速
6、下放，应串制动电阻速度稳速下放，应串制动电阻 且此最低转速且此最低转速本讲稿第十七页，共四十三页二、反接制动二、反接制动1.1.电压反向的反接制动电压反向的反接制动1)1)反抗性恒转矩负载反抗性恒转矩负载（用（用于快速停车）于快速停车）制动过程：制动过程：制动计算：制动计算：本讲稿第十八页，共四十三页转速转速=0=0时需切断电源。？时需切断电源。？本讲稿第十九页，共四十三页特殊点：特殊点：A A、B B、C C、D D、E EC CD DE E（）特殊段：特殊段：BCBC段、段、CDCD段、段、DEDE段段2)2)位能性恒转矩负载：位能性恒转矩负载：转速转速=0=0时即使切断电源时即使切断电源
7、 还会下降还会下降本讲稿第二十页，共四十三页E EA A：额定点：额定点B B：制动瞬间：制动瞬间C CD DBCBC段：段：开始电流为负开始电流为负关键量：关键量：电流大小及电流大小及方向方向本讲稿第二十一页，共四十三页D D点：点：I=0 I=0反向理想空载点，反向理想空载点，开始电流为又正开始电流为又正E E点：点：位能性恒转矩负载最终稳定点位能性恒转矩负载最终稳定点CDCD段段DEDE段段C C：n=0n=0本讲稿第二十二页，共四十三页2.2.电动势反向的反接制动（用于位能负载稳定低速下放）电动势反向的反接制动（用于位能负载稳定低速下放）拖动位能性负载时，在下拖动位能性负载时，在下放重
8、物时，串入较大的电阻。放重物时，串入较大的电阻。在重物的作用下，电机反转。在重物的作用下，电机反转。电机仍从电源处吸入电能，重物位能的减少电机仍从电源处吸入电能，重物位能的减少电能，一起消耗在电枢回路电阻上。电能，一起消耗在电枢回路电阻上。本讲稿第二十三页，共四十三页三、回馈制动三、回馈制动对位能负载，如下放重物时，对位能负载，如下放重物时，采用反接制动，当电机反转时，采用反接制动，当电机反转时，转速大于转速大于n n0 0。在回馈制动过程中，在回馈制动过程中，Ia 0，T 0，Ea U，所以，所以P1=UIa 0，即向电网回送电能；而，即向电网回送电能；而P2=T2 0，即，即 吸收机械功率
9、，因此这一过程是将机械能变成电能。吸收机械功率，因此这一过程是将机械能变成电能。本讲稿第二十四页，共四十三页2-7 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速从机械特性的一般形式从机械特性的一般形式他励直流电动机的他励直流电动机的调速方法调速方法有有1.电枢回路串电阻调速电枢回路串电阻调速2.降低电源电压的调速降低电源电压的调速3.弱磁调速弱磁调速本讲稿第二十五页，共四十三页 调速范围调速范围 静差率静差率调速范围是指电动机在额定负载时，最高转速调速范围是指电动机在额定负载时，最高转速nmax与最低转速与最低转速nmin之之比。用符号比。用符号D表示，即表示，即最高转速最高转速nmax受电动机换
10、向能力和机械强度的限制。受电动机换向能力和机械强度的限制。一般取为电动机的额定转速一般取为电动机的额定转速nN。一、评价调速方法的主要指标一、评价调速方法的主要指标调速的平滑性调速的平滑性1 1.调速范围调速范围调速时电动机的容许输出 调速的经济性 本讲稿第二十六页，共四十三页静差率是指电动机带额定负载时的转速降静差率是指电动机带额定负载时的转速降n与对应与对应机械特性上理想空载转速机械特性上理想空载转速n0之比。用符号之比。用符号表示，即表示，即静差率是反映静差率是反映静态静态运行转速相对稳定的一个指标。运行转速相对稳定的一个指标。静差率静差率N越小越小，因负载波动而引起的转速变化就越小，转
11、速，因负载波动而引起的转速变化就越小，转速的相对稳定性就越好。的相对稳定性就越好。注意：注意：静差率静差率N不仅与机械特性的硬度有关，还与理想空载不仅与机械特性的硬度有关，还与理想空载转速转速n0的高低有关。的高低有关。2.静差率静差率本讲稿第二十七页，共四十三页最低转速最低转速nmin受静差率指标的限制。受静差率指标的限制。本讲稿第二十八页，共四十三页 3.调速的平滑性调速的平滑性定义：相邻两级转速中，高一级转速定义：相邻两级转速中，高一级转速ni与低一级转速与低一级转速ni-1之比，之比，用平滑系数用平滑系数 表示，即表示，即越大，调速的平滑性越差。越大，调速的平滑性越差。越接近越接近1，
12、调速的平滑性越好。，调速的平滑性越好。为无级调速，即转速可以连续调节。为无级调速，即转速可以连续调节。4.调速的经济性调速的经济性调速的经济性主要是指调速装置的初投资、电能损耗调速的经济性主要是指调速装置的初投资、电能损耗及运转维修费用。及运转维修费用。5.调速时电动机的容许输出 本讲稿第二十九页，共四十三页1.电枢回路串电阻调速电枢回路串电阻调速电枢回路串电阻，只能在额定转速（基速）以下调速，电枢回路串电阻，只能在额定转速（基速）以下调速，一般称为由一般称为由基速向下调速基速向下调速。二、二、3种调速方法种调速方法特点特点：机械特性变软，受负载波动影响大；机械特性变软，受负载波动影响大；在空
13、载或轻载时，调速范围小；在空载或轻载时，调速范围小；有级调速；有级调速；损耗大，电动机效率低。损耗大，电动机效率低。它应用于对调速性能要求不高的场合（如起重机、电车等）。它应用于对调速性能要求不高的场合（如起重机、电车等）。本讲稿第三十页，共四十三页2.降低电源电压的调速降低电源电压的调速工作点变动情况：工作点变动情况：特点特点：基速向下调速；基速向下调速；机械特性的硬度不变，速度稳定性好；机械特性的硬度不变，速度稳定性好；可实现无级调速；可实现无级调速；损耗小，电动机效率高。损耗小，电动机效率高。本讲稿第三十一页，共四十三页3.弱磁调速弱磁调速工作点变动情况工作点变动情况特点特点：基速向上调
14、速；基速向上调速；可实现无级调速；可实现无级调速；损耗小，电动机效率高。损耗小，电动机效率高。本讲稿第三十二页，共四十三页三、调速时电机的容许输出三、调速时电机的容许输出（调速方式与负载性质的配合）（调速方式与负载性质的配合）一台电机能否在某负载下长期运行，主要决定电机的发热，而发热又主要决定电枢电流。因此总希望调速前后电枢电流保持不变，这就是所谓的调速时电机的容许输出。与调速性质和负载性质密切相关1 1、调速性质、调速性质所谓调速性质就是表征整个调速范围内所谓调速性质就是表征整个调速范围内 或或 与转速与转速 的关系。的关系。本讲稿第三十三页，共四十三页（1 1）恒转矩调速性质）恒转矩调速性
15、质降压调速、电枢回路串电阻调速降压调速、电枢回路串电阻调速降压调速与电枢回路串电阻调速时，在整个调降压调速与电枢回路串电阻调速时，在整个调速范围内的容许输出转矩速范围内的容许输出转矩 为常数，称为恒为常数，称为恒转矩调速方式。其容许输出功率转矩调速方式。其容许输出功率 与转速成正与转速成正比比本讲稿第三十四页，共四十三页弱磁调速时，在整个调速范围内的容许输出功率弱磁调速时，在整个调速范围内的容许输出功率 为常数，称为恒功率调速方式。其容许输出转矩为常数，称为恒功率调速方式。其容许输出转矩 与转速成正比。与转速成正比。（2 2）恒功率调速性质）恒功率调速性质弱磁调速弱磁调速在调速过程中在调速过程
16、中所以：所以：本讲稿第三十五页，共四十三页2 2、调速性质与负载性质的配合调速性质与负载性质的配合 对于恒转矩负载，要采用恒转矩调速方式，使电机对于恒转矩负载，要采用恒转矩调速方式，使电机既安全又得到充分利用，这种配合最理想。既安全又得到充分利用，这种配合最理想。如果恒转矩负载采用恒功率调速方式，必须使高速如果恒转矩负载采用恒功率调速方式，必须使高速 时时所对应的最小所对应的最小 值与值与 相等，这样在整个调速范围内，相等，这样在整个调速范围内，除除式中式中 恒转矩负载在高速时所对应的最大负载功率恒转矩负载在高速时所对应的最大负载功率 之外的所有之外的所有转速，都是转速，都是所以电机得不到充分
17、利用。所以电机得不到充分利用。本讲稿第三十六页，共四十三页调速的计算调速的计算例例 某他励直流电动机数据为：某他励直流电动机数据为：P PN N=55kW=55kW，U UN N=220V=220V，n nN N=635rpm=635rpm，I IN N=280A,Ra=0.044=280A,Ra=0.044求：带求：带额定转矩额定转矩运行运行1.1.串多大电阻可使串多大电阻可使n=500r/minn=500r/min2.2.调压调压=？n=500r/minn=500r/min3.3.=0.8=0.8N Nn=?,n=?,能否长期运行？能否长期运行？本讲稿第三十七页，共四十三页解：解：本讲稿第
18、三十八页，共四十三页本讲稿第三十九页，共四十三页能否长期运行能否长期运行?看是否超过额定功率或额定电流？看是否超过额定功率或额定电流？本讲稿第四十页，共四十三页M串励串励UIanM据此公式做出据此公式做出 T-n 曲线曲线2-8 串励和复励电动机的电力拖动串励和复励电动机的电力拖动串励的特点：励磁线圈的电流和电枢线圈的电流相同。串励的特点：励磁线圈的电流和电枢线圈的电流相同。设磁通和电流成正比，即设磁通和电流成正比，即 =K Ia ,则则本讲稿第四十一页，共四十三页nM(1)T=0时，在理想情况下，时，在理想情况下，n。但。但实际上负载转矩实际上负载转矩 不会为不会为 0 0，不会工作在，不会工作在 T=0 的状态，的状态，但空载时但空载时 T 很小，很小，n 很高。串励不允许空载很高。串励不允许空载 运行，以防转速过高。运行，以防转速过高。(2)(2)随转矩的增大，随转矩的增大，n 下降得很快，这种特性属下降得很快，这种特性属 软机械特性。软机械特性。本讲稿第四十二页，共四十三页作业：作业：P702-12、2-15、2-16作业：作业：P71P712-20、2-23，2-25 本讲稿第四十三页，共四十三页