直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)調(diào)速與制動(dòng).pptVIP

電機(jī)控制技術(shù),第三章 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速與制動(dòng),本章內(nèi)容,直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng) 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài),3.1 直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),起動(dòng)過程：直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速從零到達(dá)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的過程； 直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的原則：在起動(dòng)電流不超過允許值的情況下，獲得盡可能大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩； 直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)負(fù)載起動(dòng)的基本要求是： 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩足夠大，使TS（1.11.2)TL； 起動(dòng)電流盡量小，使IS（1.52)IN； 起動(dòng)設(shè)備要簡單、可靠、經(jīng)濟(jì)；,3.1 直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)：先在電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組中通入額定勵(lì)磁電流，以便在氣隙中建立額定磁通，然后才能接通電樞回路； 直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方式：直接起動(dòng)；電樞回路串電阻起動(dòng)；降電壓起動(dòng),3.1.1 直接起動(dòng),把他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電樞繞組直接接到額定電壓的電源上，這種起動(dòng)方法稱為直接起動(dòng)； 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)瞬間（n=0）所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩，也稱為堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，其計(jì)算公式為：Tst=CTnIST； 起動(dòng)瞬間，n0，Ea0，起動(dòng)電流為Ist=UN/Ra；由于電樞電阻Ra很小，因此Ist很大，可以達(dá)到額定電流的1020倍；,大的起動(dòng)電流可能產(chǎn)生如下后果： 大電流使電樞繞組受到過大的電磁力，易損壞繞組； 使換向困難，在換向器表面產(chǎn)生火花及環(huán)火，燒毀電刷與換向器； 過大的起動(dòng)電流將產(chǎn)生過大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst，從而使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)受到很大的沖擊力，加速過快，易損壞傳動(dòng)變速機(jī)構(gòu)； 過大的起動(dòng)電流會(huì)引起電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，影響電網(wǎng)上其他用戶的正常用電；,因此，一般來講，對(duì)于微型直流電動(dòng)機(jī)（功率小于1KW），其功率小、電壓低、電樞電流小、電樞電阻Ra相對(duì)較大，允許采用直接起動(dòng)的方法，無需附加起動(dòng)設(shè)備，操作最為簡便。 在設(shè)計(jì)直流電動(dòng)機(jī)時(shí)，電樞繞組允許通過短時(shí)過載電流為額定電流的1.52倍，因此限制起動(dòng)電流Ist時(shí)，應(yīng)將其值限制在（1.52）倍In范圍內(nèi)。 由Ist=UN/Ra可知，限制起動(dòng)電流的措施有兩個(gè)： 降低電源電壓 加大電樞回路電阻,3.1.2 降低電源電壓起動(dòng)（軟起動(dòng)）,降壓起動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電樞由可調(diào)直流電源供電； 起動(dòng)時(shí)，需先將勵(lì)磁繞組接通電源，并將勵(lì)磁電流調(diào)到額定值，然后由低到高調(diào)節(jié)電樞回路的電壓； 在起動(dòng)瞬間：電流Ist通常限制在（1.52）IN內(nèi)，因此起動(dòng)的最低電壓為U1=(1.52)INRa，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)開始旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速n升高，Ea也逐漸增大，電樞電流Ia=(U-Ea)/Ra相應(yīng)減小，此時(shí)電壓U必須不斷升高，并且時(shí)Ia保持在（1.52）IN內(nèi)，直至電壓升高到額定電壓UN，電機(jī)進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，起動(dòng)過程結(jié)束。,3.1.2 降低電源電壓起動(dòng)（軟起動(dòng)）,優(yōu)點(diǎn)：平滑性好，能量損耗小，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制； 缺點(diǎn)：需要配有專用的調(diào)壓電源，增加了初期的投資；,圖3.1 降壓起動(dòng),3.1.3 電樞回路串電阻分級(jí)起動(dòng),電壓U=UN不變，在電樞回路中串接電阻Rst，可以達(dá)到限制起動(dòng)電流的目的， Rst稱為起動(dòng)電阻； 電樞回路中應(yīng)串入的電阻值為：RstUN/Imax-Ra 起動(dòng)后，如果仍舊串接著Rst，則系統(tǒng)只能在較低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。為了得到額定轉(zhuǎn)速，必須切除Rst，使電動(dòng)機(jī)回到固有機(jī)械特性上工作。但如果把Rst一次全部切除，還會(huì)產(chǎn)生過大的電流沖擊，為了保證起動(dòng)過程中電樞電流始終不超過最大允許值，只能先切除Rst的一部分，使系統(tǒng)工作在某一條中間的人為機(jī)械特性上，待轉(zhuǎn)速升高后再切除一部分電阻。如此逐步切除，直至Rst全部切除為止。,3.1.3 電樞回路串電阻分級(jí)起動(dòng),電阻的切除方法有手動(dòng)和自動(dòng)兩種； 自動(dòng)切除有三種方法： 限流切除法：起動(dòng)電流減小到某一數(shù)值時(shí)，自動(dòng)切除一級(jí)電阻； 反電勢加速法：隨著轉(zhuǎn)速升高電樞感應(yīng)電勢相應(yīng)增大，根據(jù)檢測得到的感應(yīng)電勢自動(dòng)切換； 限時(shí)切除法：按預(yù)先設(shè)定的時(shí)間，依次切除；,3.1.3 電樞回路串電阻分級(jí)起動(dòng),起動(dòng)電阻的計(jì)算： I1的選擇：為了滿足快速起動(dòng)的要求， T1越大越好，但考慮電動(dòng)機(jī)的過載能力，一般選： I1Imax（1.52）IN或T1 （1.52）TN I2的選擇： 保證電機(jī)能帶動(dòng)負(fù)載，即T2TL； T2TL不能太小，太小加速慢，延緩起動(dòng)過程； T2TL不能太大，太大起動(dòng)級(jí)數(shù)贈(zèng)多； 一般選I2（1.11.2）IN或T2 （1.11.2）TN 或I2（1.11.2）ILmax或T2 （1.11.2）TLmax,3.1.3 電樞回路串電阻分級(jí)起動(dòng),起動(dòng)級(jí)數(shù)m的選擇： 為了滿足快速起動(dòng)的要求，級(jí)數(shù)應(yīng)該多，級(jí)數(shù)多可使平均起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，起動(dòng)快，同時(shí)起動(dòng)平滑性好； 但級(jí)數(shù)越多，所用設(shè)備越多，線路越復(fù)雜，可靠性下降； 一般選m=24級(jí)；,3.1.3 電樞回路串電阻分級(jí)起動(dòng),各級(jí)起動(dòng)電阻的計(jì)算： 原則：以起動(dòng)過程中，最大起動(dòng)電流I1和切換電流I2保持不變?yōu)樵瓌t； 在切換瞬間，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不能突變，所以有nb=nc，Eb=EC，因此 在b點(diǎn)有：I2（UN-Eb）/R3 在C點(diǎn)有：I1（UN-Ec）/R2 得： I1/I2=R3/R2=R2/R1=R1/Ra= 則：R1=Ra， R2=R1=2Ra， R3=R2=3Ra， Rm=Rm-1=mRa，,3.1.3 電樞回路串電阻分級(jí)起動(dòng),計(jì)算起動(dòng)電阻時(shí)的兩種情況： 起動(dòng)級(jí)數(shù)m未定，選定I1，I2，得到； 起動(dòng)級(jí)數(shù)m已定，選定I1，得到Rm=UN/I1，然后得到；,根據(jù)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速方程,3.2 直流傳動(dòng)的調(diào)速方法,n,U,I,R,Ce,式中 轉(zhuǎn)速（r/min）； 電樞電壓（V）； 電樞電流（A）； 電樞回路總電阻（）； 勵(lì)磁磁通（Wb）； 由電機(jī)結(jié)構(gòu)決定的電動(dòng)勢常數(shù)。,（1）調(diào)壓調(diào)速,工作條件： 保持勵(lì)磁 = N ； 保持電阻 R = Ra 調(diào)節(jié)過程： 改變電壓 UN U U n ， n0 調(diào)速特性： 轉(zhuǎn)速下降，機(jī)械特性曲線平行下移。,（2）調(diào)阻調(diào)速,工作條件： 保持勵(lì)磁 = N ； 保持電壓 U =UN ； 調(diào)節(jié)過程： 增加電阻 Ra R R n ，n0不變； 調(diào)速特性： 轉(zhuǎn)速下降，機(jī)械特性曲線變軟。,（3）調(diào)磁調(diào)速,工作條件： 保持電壓 U =UN ； 保持電阻 R = R a ； 調(diào)節(jié)過程： 減小勵(lì)磁 N n ， n0 調(diào)速特性： 轉(zhuǎn)速上升，機(jī)械特性曲線變軟。,調(diào)壓調(diào)速特性曲線,三種調(diào)速方法的性能與比較,對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好； 改變電阻只能有級(jí)調(diào)速； 減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速（額定轉(zhuǎn)速）以上作小范圍的弱磁升速。 因此，直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主。,3.3 直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng),制動(dòng)：電氣制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng) 電氣制動(dòng)：電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n的方向相反，T起反抗運(yùn)動(dòng)的作用； 電動(dòng)機(jī)的電氣制動(dòng)分為： 使系統(tǒng)迅速減速停車，過渡過程，制動(dòng)過程 限制位能性負(fù)載的下降速度，穩(wěn)定運(yùn)行，制動(dòng)運(yùn)行 制動(dòng)的方法： 能耗制動(dòng)，反接制動(dòng)，倒拉反轉(zhuǎn)制動(dòng)，回饋制動(dòng),3.3.1 能耗制動(dòng),能耗制動(dòng)的原理 能耗制動(dòng)過程中，電動(dòng)機(jī)靠慣性旋轉(zhuǎn)，電樞通過切割磁場將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，該部分電能再消耗在電樞回路的電阻上?能耗制動(dòng)的原理,3.3.1 能耗制動(dòng),能耗制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性 機(jī)械特性方程：,能耗制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性,3.3.1 能耗制動(dòng),能耗制動(dòng)電阻RH的計(jì)算 RH越小，電樞電流Ia越大，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩越大，制動(dòng)越快 根據(jù)電樞允許通過最大電流確定 根據(jù)能耗制動(dòng)剛開始時(shí)，需要的最大轉(zhuǎn)矩確定,3.3.2 反接制動(dòng),反接制動(dòng)的原理,3.3.2 反接制動(dòng),反接制動(dòng)的機(jī)械特性 反接制動(dòng)的機(jī)械特性方程 反接制動(dòng)的機(jī)械特性,3.3.2 反接制動(dòng),反接制動(dòng)電阻RF的計(jì)算 RF越小，電樞電流Ia越大，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩越大，制動(dòng)越快 根據(jù)電樞允許通過最大電流確定 根據(jù)能耗制動(dòng)剛開始時(shí)，需要的最大轉(zhuǎn)矩確定,3.3.3 倒拉反轉(zhuǎn)制動(dòng),倒拉反接制動(dòng)的原理 用于位能性負(fù)載 當(dāng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)位能性負(fù)載處于正向電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)電樞回路串入電阻時(shí)，轉(zhuǎn)速就會(huì)下降； 當(dāng)電樞回路的電阻RD大到一定程度后，電動(dòng)機(jī)就會(huì)穩(wěn)定工作在反轉(zhuǎn)狀態(tài)（n0，Ea0），此時(shí)電樞電流仍然為正，電磁轉(zhuǎn)矩T為正，與n的方向相反，此時(shí)T為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 這種情況下，電動(dòng)機(jī)靠位能性負(fù)載倒拉著反轉(zhuǎn)，因此這種制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)就叫做倒拉反轉(zhuǎn)制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài) 電源輸入的電功率和機(jī)械轉(zhuǎn)換的電功率都消耗在電樞回路電阻（Ra+RD）上。,3.3.3 倒拉反轉(zhuǎn)制動(dòng),倒拉反轉(zhuǎn)制動(dòng)的機(jī)械特性 倒拉反轉(zhuǎn)制動(dòng)的人為機(jī)械特性方程： 倒拉反轉(zhuǎn)制動(dòng)的機(jī)械特性 機(jī)械特性比較軟 RD越大，反向轉(zhuǎn)速越高 用于重物下降的場合 根據(jù)下放速度，計(jì)算RD,3.3.4 回饋制動(dòng),回饋制動(dòng)原理 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n超過理想空載轉(zhuǎn)速n0 電樞感應(yīng)電動(dòng)勢EaUN 電樞電流變?yōu)樨?fù)值，電磁轉(zhuǎn)矩T與n的方向相反，電磁轉(zhuǎn)矩T變?yōu)橹苿?dòng)轉(zhuǎn)矩 電磁功率PM0，輸入功率P10，電動(dòng)機(jī)不是從電源獲得電功率，而是電動(dòng)機(jī)向電源發(fā)出電功率，把電能回饋給電源,3.3.4 回饋制動(dòng),回饋制動(dòng)的機(jī)械特性,降低電樞電壓過程中的機(jī)械特性,反向回饋制動(dòng)運(yùn)行的機(jī)械特性,3.3.4 回饋制動(dòng),回饋制動(dòng)的機(jī)械特性,正向回饋制動(dòng)的機(jī)械特性,3.4 直流電動(dòng)機(jī)的各種運(yùn)行狀態(tài),運(yùn)行狀態(tài)：電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性和負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的工作狀態(tài)； 電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)按電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n的方向是否相同分為電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)和制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)；,3.4 直流電動(dòng)機(jī)的各種運(yùn)行狀態(tài),電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài) T與n方向相同 從電網(wǎng)吸收電能，將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能 工作點(diǎn)位于：I和II