第2章 直流电机的拖动

第2章 直流电动机的拖动
2.2 他励直流电动机的起动
2.2.3 电枢回路串电阻起动
二、分级起动电阻的计算
计算各级起动电阻的步骤： （1）估算或查出电枢电阻 Ra ； Rm U N I1 （2）根据过载倍数选取最大转矩T1对应的最大电流 I 1，
（3）选取起动级数 m； UN m m 取整数 （4）计算起动电流比： I1Ra T1 （5）计算转矩: T2 T2 (1.1 ~ 1.3)Tz ，校验：
n0
T
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2.1 他励直流电动机的机械特性
2.1.1 固有机械特性
当 U U N , N , R Ra 时的机械特性称为固有机械特性：
n UN Ra T 2 Ce N CeCT N
由于电枢电阻很小，特性曲线斜率很小，所以固有机械特性是 硬特性。
越大，机械特性越软。
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2.1 他励直流电动机的机械特性
电枢反应对机械特性的影响： 电枢电流较大时，由于饱和的影响，产生去磁作用，使每极 磁通降低。 U R n T 2 Ce CeCT
降低，n 变大；机械特性在负载大时呈上翘现象。 n
为了避免上翘，往往在主磁极上 加一个匝数很少的串励绕组，其 磁动势可以抵消电枢反应的去磁 作用。
R3 R2 R1 I1 R2 R1 Ra I 2
Ra
m
lg
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2.2 他励直流电动机的起动
2.2.3 电枢回路串电阻起动
二、分级起动电阻的计算
在已知起动电流比β 和电枢电阻Ra前提下，经推导可得 各级串联电阻为:
R1 ( 1) Ra R 2 ( 1) Ra R1 R 3 ( 1) 2 Ra R 2 Rm ( 1) m 1 Ra Rm 1
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2.2 他励直流电动机的起动
2.2.2 降压起动
当直流电源电压可调时，可采用降压方法起动。
起动时，以较低的电源电压起动电动机，起动电流随电源电 压的降低而正比减小。随着电动机转速的上升，反电动势逐渐增 大，再逐渐提高电源电压，使起动电流和起动转矩保持在一定的 数值上，保证按需要的加速度升速。
1
增大 2）弱磁，
则堵转转矩为：
2 1 N
I sc U N Ra n 0 时， Ea Cen 0，
n0
N
Tsc CT I sc CT U N Ra
Tsc 2 Tsc1 TscN
T
第2章 直流电动机的拖动
2.1 他励直流电动机的机械特性
2.1.3 机械特性绘制
第2章 直流电动机拖动
本章主要介绍他励直流电动机的机械特性、起动、 调速、制动等方法和他励直流电动机的过渡过程及其 能量损耗。
2.1 他励直流电动机的机械特性
2.2 他励直流电动机的起动
2.3 他励直流电动机的制动
2.4 他励直流电动机的调速
2.5 他励直流电动机的过渡过程及其能量损耗 2.6 串励、复励直流拖动系统的运行 2.7 他励直流电动机稳态运行的工程计算方法
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2.1 他励直流电动机的机械特性
直流电动机的机械特性是指电动机的转速与电磁转矩之间的 关系： n f (T ) 。 由电机的电路原理图可得基本方程式：
电磁转矩
感应电动势
T CT I a Ea Cen

I Ia
T
U
Ea

R
电枢电路电动势 U Ea I a R 平衡方程式 ( R Ra R )
n0
Ra
Ra R T
变大； 特点：1）n0 不变，
2） 越大，特性越软。
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2.1 他励直流电动机的机械特性
2.1.2 人为机械特性
2、改变电压时的人为机械特性
保持R Ra , N 不变，只改变电枢电压U 时的人为机械 特性： n Ra U n T n0 2 Ce N CeCT N UN n01 U1 n0 随U 变化, 不变; 特点：1) U1 U N T 2) U 不同,曲线是一组平行线。
1
g Ra Ra R1 R1
S
M
S1 S2
S3
e
c
a
T1 I1
Ra R1 R2 R2
Ra R1 R2 R3 R3
T I
Ra R1 R 2 R 3
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2.2 他励直流电动机的起动
2.2.3 电枢回路串电阻起动
二、分级起动电阻的计算 设对应转速n1、n2、n3时电动势分别为Ea1、Ea2、Ea3，则有： R1 Ra b点 R3 I 2 U N Ea1 R2 R1 2 Ra d点 R2 I 2 U N Ea2 c点 R2 I1 U N Ea1 R3 R2 3 Ra e点 R1I1 U N Ea 2 f点 R1I 2 U N Ea3 Rm Rm 1 m Ra g点 Ra I1 U N Ea3 Rm lg Rm 比较以上各式得： m Ra
U
电动
S
I az
Rz
M
制动
Ea
T
n
If
TB
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2.3 他励直流电动机的制动
2.3.1 能耗制动
能耗制动时的机械特性为： (U 0, R Ra Rz )
R Rz n a T 0 T 2 CeCT
n
制动瞬间 工作点
B
制动过程 工作段
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2.1 他励直流电动机的机械特性
2.1.2 人为机械特性
3、减弱电动机磁通时的人为机械特性 保持 R Ra ,U U N 不变，只改变励磁回路串联电阻 rQ 的人为机械 特性： UN Ra n02 n n T Ce CeCT 2 n01
2
n0增大； 特点：1）弱磁，
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2.2 他励直流电动机的起动
2.2.1 直接起动
起动时由于转速 n 0 ，电枢电动势 Ea 0，而且电枢电阻 Ra 很小，所以起动电流将达很大值。 过大的起动电流将引起电网电 压下降、影响电网上其它用户的正常用电、使电动机的换向恶化； 同时过大的冲击转矩会损坏电枢绕组和传动机构。一般直流电动 机不允许直接起动。 为了限制起动电流，他励直流电动机通常采用电枢回路串电 阻或降低电枢电压起动。
n0
电动机状态工 作点
A
Ra
Ra Rz
0
C
电动机拖动反抗性 负载，电机停转。
Tz
T
若电动机 带位能性 负载,稳定 工作点
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2.3 他励直流电动机的制动
2.3.1 能耗制动
改变制动电阻 Rz 的大小可以改变能耗制动特性曲线的斜率, Rz 越小,特性曲线 从而可以改变制动转矩及下放负载的稳定速度。 的斜率越小,起始制动转矩越大,而下放负载的速度越小。 但制动电阻越小，制动电流越大。选择制动电阻的原则是
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2.1 他励直流电动机的机械特性
2.1.2 人为机械特性
当改变U 或 Ra 或 得到的机械特性称为人为机械特性。 1、电枢串电阻时的人为机械特性 保持U U N , N 不变,只在电枢回路中串入电阻R的人为机械 特性： n
UN Ra R n T 2 Ce N CeCT N
2 3 IN
U I R （2）计算 Ce N 和CT N : Ce N N N a
（3）计算理想空载点： T 0, n0 U N
nN
CT N 9.55Ce N
（4）计算额定工作点： TN CT N I N , n nN
Ce N
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2.1 他励直流电动机的机械特性
2.1.3 机械特性绘制
二、人为机械特性的绘制 在固有机械特性方程 n n0 T 的基础上，根据人为 特性所对应的参数 R或 U 或 变化，重新计算 n0和 ，然后得 到人为机械特性方程式。再按照固有机械特性绘制的方法即可 得到人为机械特性。 例2-1

如果不满足，应另选 T1或 m值并重新计算，直到满足该条件为止。 （6）计算各级起动电阻。
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2.3 他励直流电动机的制动
当 T 与 n 的方向相同时，电机运行于电动机状态；当 T 与n 方向相反时，电机运行于制动状态。 在生产过程中，经常需要采取一些措施 U 使电动机尽快停转，或者限制位能性负载在 电动 某一转速下稳定运转，这就是电动机的制动 K 问题。实现制动既可以采用机械的方法，也 Rz 制动 I az 可以采用电气的方法。我们重点来看一下电 Ia Ea 气制动方法。
降压起动需专用电源，设备投资较大，但它起动平稳，起动 过程能量损耗小，因此得到广泛应用。
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2.2 他励直流电动机的起动
2.2.3 电枢回路串电阻起动
一、起动过程 三级电阻起动时电动机的电路原理图和机械特性为 n U
nN
n2
n0
h
n3
f 3
d
b
Tz Iz
T2 I2
n1
2
Ea I max 2I N Ra Rz E Rz a Ra 2I N I az
即：
其中 Ea 为制动瞬间的电枢电动势。 能耗制动操作简单,但随着转速下降,电动势减小,制动电流和制 动转矩也随着减小,制动效果变差。若为了尽快停转电机,可在转速 下降到一定程度时,切除一部分制动电阻,增大制动转矩。