《ch3直流电机的工作原理及特性2.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《ch3直流电机的工作原理及特性2.ppt（31页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、33 直流他励电动机的启动特性直流他励电动机的启动特性 一、启动特性一、启动特性 电动机的启动电动机的启动就是施电于电动机，使电动机转子转动起来，达就是施电于电动机，使电动机转子转动起来，达到要求转速的这一过程。到要求转速的这一过程。对直流电动机而言，在未启动之前对直流电动机而言，在未启动之前n=0,E=0,而而Ra一般很小。一般很小。当将电动机直接接入电网并施加额定电压时，启动电流为：当将电动机直接接入电网并施加额定电压时，启动电流为：这这个个电电流流很很大大，一一般般情情况况下下能能达达到到其其额额定定电电流流的的（1020）倍倍。过大的启动电流危害很大：过大的启动电流危害很大：（1）对电
2、动机本身的影响：对电动机本身的影响：使电动机在使电动机在换向换向过程中产生危险的过程中产生危险的火花火花，烧坏整流子；，烧坏整流子；过大的电枢电流产生过大的过大的电枢电流产生过大的电动应力电动应力，可能引起绕组的损坏；，可能引起绕组的损坏；（2）对机械系统的影响：对机械系统的影响：与启动电流成正比例的启动转矩使运动系统的与启动电流成正比例的启动转矩使运动系统的动态转矩很大动态转矩很大，过大的动态转矩会在机械系统和传动机构中产生过大的过大的动态转矩会在机械系统和传动机构中产生过大的动态转矩冲动态转矩冲击击，使机械传动部件损坏；，使机械传动部件损坏；（3）对供电电网的影响：）对供电电网的影响：过过
3、大大的的启启动动电电流流将将使使保保护护装装置置动动作作，切切断断电电源源造造成成事事故故，或或者者引起引起电网电压的下降电网电压的下降，影响其他负载的正常运行。，影响其他负载的正常运行。因因此此，直直流流电电动动机机是是不不允允许许直直接接启启动动的的，即即在在启启动动时时必必须须设设法法限限制制电电枢枢电电流流，例例如如普普通通的的Z2型型直直流流电电动动机机，规规定定电电枢枢的的瞬瞬时时电电流流不得大于额定电流的不得大于额定电流的1.52倍。倍。二、启动方法二、启动方法 限限制制直直流流电电动动机机的的启启动动电电流流，一一般般有有降降压压启启动动和和电电枢枢回回路路串串电电阻启动两种方
4、式。阻启动两种方式。1.1.降压启动：降压启动：所所谓谓降降压压启启动动即即在在启启动动瞬瞬间间，降降低低供供电电电电源源电电压压，随随着着转转速速的的升升高高，反反电电势势增增大大，再再逐逐步步提提高高供供电电电电压压，最最后后达达到到额额定定电电压压时时，电动机达到所要求的转速。电动机达到所要求的转速。2.2.电枢回路串电阻启动电枢回路串电阻启动 启动时，电枢回路串接启动电阻启动时，电枢回路串接启动电阻Rst,此时启动电流此时启动电流Ist=UN/(Ra+Rst)将受外加启动电阻的限制。随着转速的升高，反电将受外加启动电阻的限制。随着转速的升高，反电势增大，再逐步切除外加电阻直到全部切除，
5、电动机达到所要求的势增大，再逐步切除外加电阻直到全部切除，电动机达到所要求的转速。转速。电枢回路串电阻启动时电动机电枢电路和启动特性如图所示：电枢回路串电阻启动时电动机电枢电路和启动特性如图所示：直直线线1为为电电动动机机电电枢枢回回路路串串接接启启动动电电阻阻时时的的机机械械特特性性，直直线线2为为电电动动机机的的固固有有机机械械特特性性。启启动动电电阻阻的的大大小小就就是是保保证证启启动动电电流流为为额定值的两倍。额定值的两倍。冲击电流仍很大冲击电流仍很大 从从图图中中不不难难看看出出：当当电电动动机机的的工工作作点点从从a点点切切换换到到b点点时时，冲冲击击电电流流仍仍很很大大，为为了了
6、解解决决这这种种现现象象，通通常常采采用用逐逐级级切切除除启启动动电电阻阻的的方方法来实现。图所示为具有三段启动电阻的原理电路和启动特性。法来实现。图所示为具有三段启动电阻的原理电路和启动特性。图中：图中：尖峰（最大）转矩；尖峰（最大）转矩；换接（最小）转矩换接（最小）转矩 由上可见，由上可见，启动级数愈多启动级数愈多，T1、T2愈与平均转矩愈与平均转矩 接近，接近，启动过程快而平稳启动过程快而平稳，但所需的控制设备也就愈多。我国生，但所需的控制设备也就愈多。我国生产的标准控制柜都是按快速启动原则设计的，一般启动电阻为（产的标准控制柜都是按快速启动原则设计的，一般启动电阻为（34）段。）段。多
7、级启动时，多级启动时，T1、T2的数值需按照电动机的具体启动条件决定的数值需按照电动机的具体启动条件决定，一般原则是保持每一级的最大转矩一般原则是保持每一级的最大转矩 T1（或最大电流或最大电流I1）不超过电动不超过电动机的允许值，而每次切换电阻时的机的允许值，而每次切换电阻时的 T2（或最小电流或最小电流I2）也基本相同，也基本相同，一般选择：一般选择：34 直流他励电动机的调速特性直流他励电动机的调速特性 一、速度调节和速度变化一、速度调节和速度变化 调速调速（又称速度调节）与（又称速度调节）与速度变化速度变化是两个完全不同的概念是两个完全不同的概念 电动机的电动机的调速调速是在是在一定的
8、负载一定的负载条件下，人为地改变电动机条件下，人为地改变电动机的电路参数，以改变电动机的稳定转速，如图所示。的电路参数，以改变电动机的稳定转速，如图所示。转转速速的的变变化化是是人人为为改改变变（或或调调节节）电电枢枢回回路路的的电电阻阻大大小小所所造造成成的的，故故称称调调速或速度调节速或速度调节。速度变化速度变化是指由于电动机的是指由于电动机的负载转矩发生变化负载转矩发生变化（增大与（增大与减小）或其它不可预见因素引起电动机转速的变化（下降或上升），减小）或其它不可预见因素引起电动机转速的变化（下降或上升），如图所示。如图所示。总总之之，速速度度变变化化是是在在某某条条机机械械特特性性上上
9、，由由于于负负载载改改变变而而引引起起的的；而而速速度度调调节节则则是是在在某某一一特特定定的的负负载载下下，靠靠人为改变机械特性而得到的。人为改变机械特性而得到的。二、调速方法二、调速方法下面仅就他励直流电动机的调速方法作一般性的介绍。下面仅就他励直流电动机的调速方法作一般性的介绍。从直流他励电动机机械特性方程式从直流他励电动机机械特性方程式 可知：可知：改变串入电枢回路的电阻改变串入电枢回路的电阻Rad；改变改变电枢供电电压电枢供电电压U或或主磁通主磁通，都可以得到不同的人为机械特性，从而在，都可以得到不同的人为机械特性，从而在负载不变负载不变时可时可以改变电动机的转速，以达到速度调节的要
10、求，故直流电动机调速以改变电动机的转速，以达到速度调节的要求，故直流电动机调速的方法有以下三种。的方法有以下三种。1、改变电枢电路外串电阻、改变电枢电路外串电阻 直直流流电电动动机机电电枢枢回回路路串串接接电电阻阻后后，可可以以得得到到如如图图所所示示的的一一簇簇机机械特性。械特性。存在问题存在问题:机械特性较软机械特性较软 在空载或轻载时，调速范围不大；在空载或轻载时，调速范围不大；实现无级调速困难；实现无级调速困难；在调速电阻上消耗大量电能等。在调速电阻上消耗大量电能等。仅用于起重机、卷扬机仅用于起重机、卷扬机2改变电动机电枢供电电压改变电动机电枢供电电压U 如图所示特性为改变电枢供电电压
11、如图所示特性为改变电枢供电电压U调速的特性：调速的特性：从特性可看出，在一定的负从特性可看出，在一定的负载转矩载转矩TL下，电枢外加不同电压下，电枢外加不同电压可以得到不同的转速。如在电压可以得到不同的转速。如在电压分别为分别为 UN、U1、U2、U3的情的情况下，可以分别得到稳定工作点况下，可以分别得到稳定工作点a、b、c和和d，对应的转速为对应的转速为na、nb、nc、nd。即改变电枢电压即改变电枢电压可以达到调速的目的。可以达到调速的目的。改变电枢外加电压调速有如下特点：改变电枢外加电压调速有如下特点：1）当当电电源源电电压压连连续续变变化化时时，转转速速可可以以平平滑滑无无级级调调节节
12、，一一般般只能在额定转速以下调节；只能在额定转速以下调节；2）调速特性与固有特性互相平行，机械特性硬度不变，调速）调速特性与固有特性互相平行，机械特性硬度不变，调速的稳定度较高，调速范围较大；的稳定度较高，调速范围较大；3）调速时，因电枢电流与电压）调速时，因电枢电流与电压U无关，且无关，且=N，转矩转矩T=Kt N Ia不变。不变。调调速速过过程程中中，电电动动机机输输出出转转矩矩不不变变的的调调速速特特性性称称为为恒恒转转矩矩调调速速。具具有有恒恒转转矩矩调调速速特特性性的的调调速速方方法法适适合合于于对对恒恒转转矩矩型型负负载载进进行行调速调速；4）可以靠调节电枢电压来启动电机，而不用其
13、他启动设备。）可以靠调节电枢电压来启动电机，而不用其他启动设备。3改变电动机主磁通改变电动机主磁通 如图所示曲线为改变电动机主磁通如图所示曲线为改变电动机主磁通 调速的特性：调速的特性：从特性可看出，在一定的负载从特性可看出，在一定的负载功率功率PL下，不同的主磁通下，不同的主磁通 N、1、2，可以得到不同的转，可以得到不同的转速速na、nb、nc。即即改改变变主主磁磁通通 可可以以达达到到调调速的目的。速的目的。改变电动机主磁通特点：改变电动机主磁通特点：1）可可以以平平滑滑无无级级调调速速，但但只只能能弱弱磁磁调调速速，即即在在额额定定转转速速以以上上调节；调节；2）调速特性较软，且受电动
14、机换向条件等的限制。）调速特性较软，且受电动机换向条件等的限制。普通他励电动机的最高转速不得超过额定转速的普通他励电动机的最高转速不得超过额定转速的1.2倍，所以，倍，所以，调速范围不大，若使用特殊制造的调速范围不大，若使用特殊制造的“调速电动机调速电动机”，调速范围可以，调速范围可以增加，但这种调速电动机的体积和所消耗的材料都比普通电动机大增加，但这种调速电动机的体积和所消耗的材料都比普通电动机大得多；得多；3）调调速速时时维维持持电电枢枢电电压压U和和电电枢枢电电流流Ia不不变变时时，电电动动机机的的输输出出功率功率P=UIa电动机的电动机的1输出功率不变。输出功率不变。在在调速过程中，输
15、出功率不变的这种特性称为恒功率调速，调速过程中，输出功率不变的这种特性称为恒功率调速，这这种调速适合于对恒功率型负载进行调速。种调速适合于对恒功率型负载进行调速。35 直流他励电动机的制动特性直流他励电动机的制动特性 1制动与启动制动与启动 启动：施电于电动机使电动机速度启动：施电于电动机使电动机速度从静止加速到某一稳定转速从静止加速到某一稳定转速的一种运动状态；的一种运动状态；制制动动：电电动动机机速速度度是是从从某某一一稳稳定定转转速速开开始始减减速速到到停停止止或或是是限限制制位能负载下降速度位能负载下降速度的一种运转状态。的一种运转状态。2.制动与自然停车制动与自然停车 1）自自然然停
16、停车车：电电动动机机脱脱离离电电网网，靠靠很很小小的的摩摩擦擦阻阻转转矩矩消消耗耗机机械械能能使使转转速速慢慢慢慢下下降降，直直到到转转速速为为零零而而停停车车。这这种种停停车车过过程程需需时时较较长长，不能满足生产机械快速停车的要求；不能满足生产机械快速停车的要求；2）制动：为了提高生产效率，保证产品质量，需要加快停车过）制动：为了提高生产效率，保证产品质量，需要加快停车过程，实现准确停车等，要求电动机运行在制动状态，常简称为电动程，实现准确停车等，要求电动机运行在制动状态，常简称为电动机的制动。机的制动。3.电动机的两种工作状态电动机的两种工作状态 1)电动状态：电动状态：为拖动转矩为拖动
17、转矩 为阻转矩为阻转矩 电动机的作用是将电动机的作用是将电能转换机械能。故称电能转换机械能。故称这种状态为这种状态为电动状态电动状态。2）制动状态：）制动状态：为阻转矩为阻转矩 电动机的作用是吸收或消耗重物的机械能。故称电动机的这种电动机的作用是吸收或消耗重物的机械能。故称电动机的这种工作状态为工作状态为制动状态制动状态。稳定的制动状态(n=C)过渡的制动状态(n是变化的)一、反馈制动一、反馈制动(再生制动或发电制动再生制动或发电制动)特点：特点：nn0 Ia -Ia +TM-TM 1电车走下坡路时的反馈制动电车走下坡路时的反馈制动 设电车与地面的摩擦转矩为设电车与地面的摩擦转矩为Tr，阻转矩
18、；下坡时电车所产生，阻转矩；下坡时电车所产生的位能转矩为的位能转矩为Tp，拖动转矩；且拖动转矩；且 TpTr ，前进时速度前进时速度n 为正。为正。电电车车由由直直流流电电动动机机拖拖动动，机械特性如图所示：机械特性如图所示：匀匀速速走走平平路路时时（a点点）：输输出出转转矩矩TM用用来来克克服服负负载载转转矩矩Tr。在在an0段：段：TM与与n的方向相同，故为电动状态。的方向相同，故为电动状态。在在n0b段段：TM与与n的的方方向向相相反反，且且工工作作速速度度大大于于理理想想空空载载转转速速，故电动机工作在反馈制动状态。故电动机工作在反馈制动状态。2电枢电压突然下降时的反馈制动电枢电压突然
19、下降时的反馈制动 设设当当电电动动机机的的电电枢枢外外加加电电压压为为U1和和U2，且且 U1U2时时的的机机械械特特性性如图所示：如图所示：若若电电动动机机工工作作在在A点点时时将将电电枢枢电电压压突突然然降降低低为为U2，电电动动机机的的机机械械特特性性变变为为曲曲线线2，由由于于机机械械惯惯性性，工工作作点点由由A转转换换到到B点点。此此时时-TM-TLn0 _-Ia=Ia-TMTM与n反方向制动改变Rad改变下降的nRad太大n很高不安全二、反接制动二、反接制动 反接制动具有如下特点：反接制动具有如下特点：1）电动机的外加电枢电压）电动机的外加电枢电压U与感应电动势与感应电动势E的方向
20、在外界的作的方向在外界的作用下由相反变为相同；用下由相反变为相同；2）电动机的输出转矩）电动机的输出转矩TM与转速与转速n的方向相反。的方向相反。在反接制动中，把在反接制动中，把改变电枢电压改变电枢电压U的方向的方向所产生的反接制动称所产生的反接制动称为为电源反接制动电源反接制动；而把；而把改变电枢电动势改变电枢电动势E的方向的方向所产生的反接制动所产生的反接制动称为称为倒拉反接制动倒拉反接制动。1电源反接制动电源反接制动 设电动机外加电枢电压的参考方向为图中所示。设电动机外加电枢电压的参考方向为图中所示。当电压的实际方向与参考方向当电压的实际方向与参考方向相同时，电动机的机械特性为相同时，电
21、动机的机械特性为 注意：反接时U与E相加，电流很大用Rad限流应用：快停、经常正反转反接电动正向电动反接制动位能负载时制动 当电压的实际方向与参考方向相相反时，电动机的机械特性为当电压的实际方向与参考方向相相反时，电动机的机械特性为 其特性曲线分别如图（其特性曲线分别如图（b）中的曲线中的曲线1和曲线和曲线2所示。所示。a点点：当电动机稳速运行在第一象限中特性曲线：当电动机稳速运行在第一象限中特性曲线1的的a点时：点时：bc段：段：n0，Tm0，Tm0电动电动 注意注意:由于在反接制动期间，电枢感应电动势和电源电压是串由于在反接制动期间，电枢感应电动势和电源电压是串联相加的，因此，为了限制电枢
22、电流联相加的，因此，为了限制电枢电流，电动机的电枢电路中，电动机的电枢电路中必须串必须串接足够大的限流电阻。接足够大的限流电阻。电源反接制动一般应用在生产机械要求迅速减速、停车和反向电源反接制动一般应用在生产机械要求迅速减速、停车和反向的场合以及要求经常正反转的机械上。的场合以及要求经常正反转的机械上。2倒拉反接制动倒拉反接制动 电动机固有机械特性（电动机固有机械特性（1）和电枢回路串接电阻后机械特性（）和电枢回路串接电阻后机械特性（2）现电动机驱动位能负载转矩，机械特性如图（现电动机驱动位能负载转矩，机械特性如图（b）中的曲线中的曲线3所所示。示。注意：这里T没有反向选用不同的Rad可改变下
23、放速度但不能太小，交叉点必须在四象限 a点点：重物匀速上升。：重物匀速上升。Tm0，n0，电动机工作在电动状态电动机工作在电动状态。cd段段：Tm0，n0，电动机工作在，电动机工作在电动状态电动状态。由于电动机的输出转矩小于负载转矩，转速沿着曲线由于电动机的输出转矩小于负载转矩，转速沿着曲线2下降。下降。db段段：当当转转速速下下降降到到0时时，由由于于电电动动机机的的输输出出转转矩矩TM仍仍然然小小于于负负载载转转矩矩TL，所所以以，在在位位能能负负载载的的作作用用下下，电电动动机机反反向向启启动动，直直到平衡点到平衡点b而稳定运行。电动机匀速下放重物。而稳定运行。电动机匀速下放重物。电动机
24、在电动机在db段：段：Tm0，n0，电动机工作在制动状态。，电动机工作在制动状态。常称这种制动状态为常称这种制动状态为倒拉制动状态。倒拉制动状态。优点：可以得到极低的下降速度缺点：可能上升,硬度小三、能耗制动三、能耗制动 电阻越小，产生的反向电流越大，制动越快。电阻越小，产生的反向电流越大，制动越快。当切断电源接入电阻后，工作点由当切断电源接入电阻后，工作点由a点转到点转到b点。点。bo段：段：Tm0，能耗制动。，能耗制动。位能负载制动状态优点：运行速度稳定不会出现倒拉制动那样因计算不准而引起不降反而上升的事故反抗负载制动优点：不会出现反向起动的危险注意：Rad不能太小IImax小结n重点重点1.机械特性是电动机内容的重中之重；2.他励电动机的启动特性；3.他励电动机的调压调速特性。n 难点难点1.电流、电势的换向过程和电动机的制动过程；2.电动机在各种运转状态下的电磁转矩T、负载转矩TL、转速n、电枢电流Ia和电势E等符号的确定