項目七：軋鋼機(jī)電動機(jī)的調(diào)速控制4123直流電機(jī)的工作原理與基本結(jié)構(gòu)他勵直流電動機(jī)的起動與反轉(zhuǎn)他勵直流電動機(jī)的制動控制他勵直流電動機(jī)的調(diào)速控制5直流電動機(jī)的方程式和機(jī)械特性1.生產(chǎn)機(jī)械對直流電動機(jī)的起動要求1）起動轉(zhuǎn)矩Tst要足夠大。因為只有Tst>TL時，電動機(jī)方可順利起動。2）起動電流Ist不可太大，一定要限制在一定范圍內(nèi)。3）起動設(shè)備操作方便，起動時間短，運(yùn)行可靠，成本低廉。2.他勵直流電動機(jī)的起動方法1）全壓起動2）降低電樞電壓起動3）電樞回路串電阻起動一、直流電動機(jī)的起動要求與起動方法他勵直流電動機(jī)

Ia=Ist=UNRa=(10~20)INT

=

Tst=CTΦIst=(10~20)TNn=0，Ea=0，實現(xiàn)方法：給勵磁回路和電樞回路分別加上額定電壓，而讓他勵直流電動機(jī)起動。Ua=Ea+RaIa結(jié)論：全壓起動只適用于容量很小的直流電動機(jī)。起動瞬間：起動電流大的危害：1）引起電網(wǎng)電壓嚴(yán)重下降，影響其它用電設(shè)備的正常工作。2）會產(chǎn)生劇烈的換向火花，容易損壞換向器。3）會使過流保護(hù)裝置誤動作而切斷電源，導(dǎo)致起動失敗。4）會產(chǎn)生過大的起動轉(zhuǎn)矩Tst，而使電動機(jī)的轉(zhuǎn)軸受到強(qiáng)烈的機(jī)械沖擊而損傷。二、他勵直流電動機(jī)的全壓起動Ea=CeΦnT=CTΦIa在電動機(jī)準(zhǔn)備起動時，給勵磁回路加額定電壓，降低加在電樞兩端的電源電壓Ua，起動過程中逐漸升高Ua，起動結(jié)束時Ua升至額定電壓UN。起動過程中，隨著轉(zhuǎn)速n的升高，電樞電動勢Ea增大，電樞電流Ia和電磁轉(zhuǎn)矩T都下降，起動加速度減小，起動過程變慢。他勵直流電動機(jī)三、他勵直流電動機(jī)降低電樞電壓起動Ua=Ea+RaIa

Ia=Ua-EaRa=Ua-CeΦnRa1.實現(xiàn)方法Ea=CeΦnT=CTΦIa為加速起動過程，縮短起動時間，要有足夠大的電磁轉(zhuǎn)矩T。在起動過程中逐漸升高電樞電壓Ua，就能達(dá)到這個目的。缺點(diǎn)：需要一套可調(diào)節(jié)的直流電源，設(shè)備投資大。優(yōu)點(diǎn)：起動平穩(wěn)，起動過程能量損耗小，便于實現(xiàn)自動控制。1）過去，采用直流發(fā)電機(jī)—電動機(jī)組獲得可調(diào)壓直流電源。2）現(xiàn)在，直流發(fā)電機(jī)逐漸被晶閘管整流裝置取代，調(diào)節(jié)晶閘管的導(dǎo)通角，就可控制加在直流電動機(jī)上的起動電壓。直流發(fā)電機(jī)與直流電動機(jī)一對一供電，調(diào)節(jié)直流發(fā)電機(jī)的勵磁電流，就可改變加在直流電動機(jī)電樞兩端的電壓。4.降低電樞電壓起動的應(yīng)用3.降低電樞電壓起動的特點(diǎn)2.降低電樞電壓起動的注意事項降低電樞電壓起動的目的是減小起動電流，但是，降壓的同時也減小了起動轉(zhuǎn)矩。為獲得足夠大的起動轉(zhuǎn)矩，起動電流不能減小得太多，通常要限制在(1.5~2)IN以內(nèi)。在電動機(jī)準(zhǔn)備起動時，先在電樞回路串入起動電阻，然后給勵磁回路和電樞回路分別加上額定電壓。電樞回路串電阻起動，目的也是為了減小起動電流。串接的起動電阻越大，限制起動電流Ist的效果就越顯著。四、他勵直流電動機(jī)電樞回路串電阻起動1.實現(xiàn)方法由于起動轉(zhuǎn)矩Tst正比于起動電流Ist，當(dāng)串接的起動電阻值太大時，起動轉(zhuǎn)矩Tst可能會小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL而無法起動。UN=Ea+(Ra+RST1+RST2)IaEa=CeΦnT=CTΦIa起動瞬間，n=0，Ea=0，

Ist=UNRa+RST1+RST22.起動過程分析

Ia

=UN-EaRa+RST1+RST2=

UN-

CeΦnRa+RST1+RST2，限流效果明顯。起動過程中隨著轉(zhuǎn)速n上升，電樞電動勢Ea增大，電樞電流Ia和電磁轉(zhuǎn)矩T都下降，加速度逐漸減小，起動過程延長。為保持起動中的加速度不變，就要保持電樞電流Ia和電磁轉(zhuǎn)矩T不變，即隨著轉(zhuǎn)速n的上升，應(yīng)逐漸減小起動電阻。電樞回路電阻：Ra總=Ra＋RST1＋RST22.起動過程分析1）起動之初串入全部電阻起動點(diǎn)為a1，起動運(yùn)行軌跡對應(yīng)人為機(jī)械特性的a1-a2段。起動轉(zhuǎn)矩：Tst=T1=(1.5~2.0)TNT1(I1)T2(I2)a1a2aTL(IL)起動電流：Ist=I1=(1.5~2.0)IN把起動電阻分為兩級，起動之初全部串入。切除RST2后的電樞回路電阻：Ra總=Ra＋RST12）切除起動電阻RST2切除RST2后的運(yùn)行軌跡對應(yīng)人為機(jī)械特性的a2-b1-b2段。切換轉(zhuǎn)矩：T2=(1.1~1.3)TLT1(I1)T2(I2)a1a2b2b1baTL(IL)切換電流：I2=(1.1~1.3)IL當(dāng)電動機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)到達(dá)a2時，切除起動電阻RST2。2.起動過程分析切除RST1后的電樞回路電阻

：Ra總=Ra3）切除起動電阻RST1切除RST2后，運(yùn)行點(diǎn)移至固有機(jī)械特性上，對應(yīng)c1-c2-p。T1(I1)T2(I2)a1a2b2b1baTL(IL)c1c2pc2.起動過程分析當(dāng)電動機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)到達(dá)b2時，切除起動電阻RST1。切換轉(zhuǎn)矩：T2=(1.1~1.3)TL切換電流：I2=(1.1~1.3)IL從起動點(diǎn)a1加速到a2點(diǎn)n不能突變b1點(diǎn)，加速到b2點(diǎn)切除RST1切除Rst2c1點(diǎn)，加速c2點(diǎn)，再加速到p點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。n不能突變起動全過程：T1(I1)T2(I2)a1a2b2b1baTL(IL)c1c2pc2.起動過程分析只要各級起動電阻值選擇適當(dāng)，使得切換轉(zhuǎn)矩數(shù)值不變，就能加速起動過程，并使起動過程趨于平穩(wěn)。直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)向由電磁轉(zhuǎn)矩的方向決定。電磁轉(zhuǎn)矩的方向由磁通的方向和電樞電流的方向共同決定：讓直流電動機(jī)反轉(zhuǎn)的方法有二：1.改變勵磁電流的方向。2.改變電樞電壓的極性。五、直流電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制注意：若兩種方法同時采用，則電動機(jī)的轉(zhuǎn)向保持不變！T=CTΦIa2）實際應(yīng)用中，直流電動機(jī)實現(xiàn)反轉(zhuǎn)，大多是采用改變電樞電壓極性的方法。1）因勵磁繞組的電感量很大，勵磁電流從正向額定值變到負(fù)向額定值所需的時間比較長，反向過程緩慢，而且勵磁繞組斷開電源進(jìn)行反接的瞬間，會產(chǎn)生很大的自感電動勢，可能造成絕緣擊穿，必須加裝吸收裝置。4）直流電動機(jī)直接反向會產(chǎn)生過大的沖擊電流，需要設(shè)置制動環(huán)節(jié)，確保電動機(jī)停轉(zhuǎn)后再反向起動。3）改變電樞電壓極性實現(xiàn)反轉(zhuǎn)時，若直流電動機(jī)容量很大，就需要采用滅弧能力強(qiáng)的大容量直流接觸器，這使用不便。因此，容量很大的直流電動機(jī)在不要求快速反轉(zhuǎn)時，常采用改變勵磁電流方向?qū)崿F(xiàn)反轉(zhuǎn)。1.直流電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制的注意事項他勵直流電動機(jī)弱磁或失磁時，會引起轉(zhuǎn)速迅速升高，甚至出現(xiàn)“飛車”事故。因此，在起動時，應(yīng)先接入額定勵磁電壓，再接入電樞電壓，或者二者同時接入，而且還要在勵磁回路中設(shè)置弱磁保護(hù)。R3和VD構(gòu)成放電回路，吸收勵磁繞組的自感電動勢，作過電壓保護(hù)。過電流繼電器欠電流繼電器電樞繞組勵磁繞組起動接觸器短接起動電阻接觸器起動電阻斷電延時時間繼電器斷電延時時間繼電器電樞串兩級電阻，按時間原則分級起動。2.直流電動機(jī)電樞串電阻單向旋轉(zhuǎn)起動控制延時結(jié)束合上Q1和Q2KT1通電KT1常閉觸點(diǎn)斷開切斷KM2、KM3電路按下按鈕SB2KM1通電KM1主觸點(diǎn)閉合電樞串入起動電阻R1、R2，電動機(jī)

在低電壓下起動KM1常開觸點(diǎn)閉合自鎖KT1斷電延時KM2通電短接R1KT2斷電延時短接R2電動機(jī)全壓運(yùn)行KM1常閉觸點(diǎn)斷開確保起動電阻R1、R2全接入KM3通電延時結(jié)束2.直流電動機(jī)電樞串電阻單向旋轉(zhuǎn)起動控制1）起動前的準(zhǔn)備2）起動過程電路中的保護(hù)環(huán)節(jié)長期過載和短路保護(hù)——過電流繼電器KA1弱磁保護(hù)——欠電流繼電器KA2過電壓保護(hù)——電阻R3與二極管VD串聯(lián)欠壓失壓保護(hù)——起動按鈕SB2和接觸器KM1配合2.直流電動機(jī)電樞串電阻單向旋轉(zhuǎn)起動控制主電路控制電路正轉(zhuǎn)接觸器短接電阻接觸器過電流繼電器斷電延時型時間繼電器正轉(zhuǎn)變反轉(zhuǎn)行程開關(guān)反轉(zhuǎn)變正轉(zhuǎn)行程開關(guān)斷電延時型時間繼電器起動電阻欠電流繼電器放電電阻反轉(zhuǎn)接觸器該電路通過改變直流電動機(jī)電樞電壓極性實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，能完成對運(yùn)動部件的自動往返循環(huán)控制。3.直流電動機(jī)可逆運(yùn)轉(zhuǎn)起動控制例1.他勵直流電動機(jī)起動時，沒加勵磁電壓，就接通了電樞電壓，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？請以TL=0和TL=TN兩種情況來分析。思考與訓(xùn)練答：1）TL=0時：勵磁繞組無電流，有一定的剩磁，即：Φ接近0，但不等于0。起動瞬間，轉(zhuǎn)速n=0，反電動勢Ea=CeΦn=0。由UN=Ea+IaRa可知，UN全部加在電阻Ra上，Ist=(10~20)IN。Ia很大，Φ≈0，電磁轉(zhuǎn)矩Tst=CTΦIst數(shù)值并不大，但是Tst＞TL=0，電動機(jī)能夠起動。起動后，n＞0，Φ≈0，使Ea＞0，但其值不大，UN的大部分仍加在電阻Ra上，Ia依然很大。由于Φ≈0，電磁轉(zhuǎn)矩T=CTΦIa的數(shù)值仍然不大，但仍有T＞TL=0，電動機(jī)會不斷加速。理想空載轉(zhuǎn)速n0=UN/(CeΦ)，Φ≈0使得n0非常大。電動機(jī)的轉(zhuǎn)速上升到接近n0的某一數(shù)值后，就達(dá)到“飛車”狀態(tài)，不僅造成換向不良，強(qiáng)大的離心力還可能把轉(zhuǎn)子繞組和整流子甩出來。思考與訓(xùn)練解：2）TL=TN時：起動之初與TL=0時情況相同，Ist=(10~20)IN。根據(jù)T=CTΦIa可知，由于Φ≈0，Ist=(10~20)IN，起動轉(zhuǎn)矩Tst大于0，但數(shù)值并不大，Tst＜TL=TN，電動機(jī)無法起動，處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)。例1.他勵直流電動機(jī)起動時，沒加勵磁電壓，就接通了電樞電壓，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？請以TL=0和TL=TN兩種情況來分析。思考與訓(xùn)練例2.他勵直流電動機(jī)在額定運(yùn)行時，若勵磁繞組突然斷開，而電路中沒有設(shè)置失磁保護(hù)，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？為什么？答：現(xiàn)象1：過流，超速，嚴(yán)重時會損壞電樞繞組及整流子。⑴當(dāng)Ia增加的幅度大于磁通Φ下降的幅度時，電磁轉(zhuǎn)矩T=CTΦIa增大，使得T>TL，轉(zhuǎn)速n升高，電樞電動勢Ea隨之增加，Ia從最大值開始減小，使得電磁轉(zhuǎn)矩T下降，當(dāng)T=TL時，電動機(jī)在高轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)行，此時的電樞電流Ia和轉(zhuǎn)速n都高于額定值。電樞電流Ia過大，會引起電樞繞組過熱甚至燒毀；轉(zhuǎn)速n過高會造成飛車事故。電動機(jī)額定運(yùn)行時，T=CTΦIa=TL=TN，n=nN。勵磁繞組斷開，磁通只有剩磁，Φ大幅度減小。在勵磁繞組斷線的瞬間，由于機(jī)械慣性，nN來不及改變，電樞電動勢Ea=CeΦnN跟隨磁通Φ成正比地減小。由UN=Ea+IaRa可知，Ia急劇增加到最大值。思考與訓(xùn)練⑵如果剩磁Φ非常小，可能出現(xiàn)電樞電流Ia增大的比率小于磁通Φ下降的比率的情況，使得電樞的電磁轉(zhuǎn)矩T減小，T<TL，轉(zhuǎn)速n就會下降，直至停車，也就是出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)。但此種情況下，電樞電流I