1、3.3 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,1.可以采用的調(diào)速方法： 機(jī)械方法；電氣方法；機(jī)械電氣配合方法。 2.電氣調(diào)速方法： 由轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)特性來(lái)看:,欲改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以改變電樞端電壓 Ua （包括改變U 和改變R)，或改變勵(lì)磁磁通 實(shí)現(xiàn)。,(1)調(diào)壓限制：,提高電動(dòng)機(jī)電樞端電壓受到繞組絕緣耐壓的限制，所以，根據(jù)規(guī)定電樞電壓只容許比額定電壓提高 30 %； 實(shí)際上改變 Ua 應(yīng)用在降壓的方向，即從額定轉(zhuǎn)速向下調(diào)速。,(2)調(diào)磁限制：,一般電動(dòng)機(jī)的額定磁通已設(shè)計(jì)得使鐵心接近飽和。所以，改變磁通一般應(yīng)用在弱磁的方向，稱為弱磁調(diào)速； 一般可以使轉(zhuǎn)速?gòu)念~定值向上調(diào)節(jié)。,一.調(diào)速指標(biāo),1.調(diào)速的技術(shù)指標(biāo) (1)

2、調(diào)速范圍：,一般假定：nmax 與 nmin 代表電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載下可能達(dá)到的最高與最低轉(zhuǎn)速。,不同生產(chǎn)機(jī)械要求的調(diào)速范圍,對(duì)負(fù)載很輕的生產(chǎn)機(jī)械，可用實(shí)際負(fù)載下的最高與最低轉(zhuǎn)速來(lái)計(jì)算。,(2)靜差率(相對(duì)穩(wěn)定性),相對(duì)穩(wěn)定性的程度用靜差率 % 來(lái)表示：,表明負(fù)載變化引起轉(zhuǎn)速變化的大小程度。,靜差率與調(diào)速范圍的關(guān)系：,靜差率與調(diào)速范圍是互相聯(lián)系的兩項(xiàng)指標(biāo)，系統(tǒng)可能達(dá)到最低速 nmin 決定于低速特性的靜差率。,調(diào)速范圍 D 與低速靜差率 % 間的關(guān)系：,(3)平滑性,調(diào)速的級(jí)數(shù)愈多則認(rèn)為調(diào)速愈平滑； 用平滑系數(shù) ，即相鄰兩級(jí)轉(zhuǎn)速或線速度之比來(lái)衡量：, = 1 時(shí)稱為無(wú)級(jí)調(diào)速，此時(shí)轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)。,

3、(4)調(diào)速時(shí)的容許輸出,指電動(dòng)機(jī)在得到充分利用的情況下，在調(diào)速過(guò)程中軸上所能輸出的功率和轉(zhuǎn)矩； 注意！電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的實(shí)際輸出的功率與轉(zhuǎn)矩是由負(fù)載的需要來(lái)決定的。,2.調(diào)速的經(jīng)濟(jì)指標(biāo),(1) 設(shè)備投資 (2) 運(yùn)行費(fèi)用運(yùn)行費(fèi)用決定于調(diào)速過(guò)程的損耗，用效率 來(lái)說(shuō)明,二.降低電樞端電壓調(diào)速,1.電樞串聯(lián)電阻調(diào)速,電樞串聯(lián)電阻調(diào)速,調(diào)速指標(biāo)：,(1).調(diào)速范圍不大； (2).調(diào)速的平滑性不高，是有級(jí)調(diào)速； (3).調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性 由電網(wǎng)吸取功率：,產(chǎn)生損耗：,效率：,當(dāng) n=0.5n0 時(shí)，=50%，可見電樞串聯(lián)電阻調(diào)速的效率不高，是不經(jīng)濟(jì)的。,(4).適用場(chǎng)合,用于串勵(lì)或復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的電車；

4、 煉鋼車間的澆鑄吊車等生產(chǎn)機(jī)械上。,2.降低電源電壓,使用的可調(diào)直流電源有： (1)晶閘管整流裝置； (2)電動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)機(jī)組。 容量較大時(shí)用機(jī)組作為可調(diào)直流電源，而用晶閘管裝置調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)G的勵(lì)磁電流。,電樞由晶閘管整流供電的直流調(diào)速系統(tǒng)示意圖,晶閘管勵(lì)磁的發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)機(jī)組調(diào)速系統(tǒng),(3)機(jī)械特性方程,U0 -整流電壓R0 - 整流裝置內(nèi)阻,調(diào)壓調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性,(4)調(diào)壓調(diào)速特點(diǎn),1) 調(diào)速范圍廣； 2) 調(diào)速平滑性高； 3) 設(shè)備投資大； 4) 采用可控硅直流電源時(shí)效率高，采用機(jī)組時(shí)效率較低。,三.弱磁調(diào)速,1.弱磁調(diào)速方法 小容量系統(tǒng)在勵(lì)磁電路中串接可調(diào)電阻 rQ； 大容量系統(tǒng)用單獨(dú)的

5、晶閘管整流裝置向勵(lì)磁電路供電。,弱磁調(diào)速電路示意圖 a)小容量系統(tǒng) b)較大容量系統(tǒng),2.機(jī)械特性方程式,削弱磁通的人為機(jī)械特性,普通電動(dòng)機(jī)弱磁調(diào)速范圍最多為 D = 2 ； 特殊設(shè)計(jì)調(diào)磁電動(dòng)機(jī)調(diào)速范圍 D = 3 4。,3.弱磁調(diào)速特點(diǎn),弱磁調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)： 對(duì)功率較小的勵(lì)磁電路進(jìn)行調(diào)節(jié) 控制方便； 能量損耗??； 調(diào)速的平滑性較高。 常和額定轉(zhuǎn)速以下的降壓調(diào)速配合應(yīng)用，以擴(kuò)大調(diào)速范圍。,四. 調(diào)速時(shí)允許輸出的功率與轉(zhuǎn)矩,指電動(dòng)機(jī)在得到充分利用的情況下，在調(diào)速過(guò)程中軸上所能輸出的功率和轉(zhuǎn)矩； 電動(dòng)機(jī)在nN下，允許輸出的功率主要決定于電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱，發(fā)熱主要決定于Ia，受到 IN 的限制。,1. 恒轉(zhuǎn)

6、矩調(diào)速方式,指保持 Ia = IN 不變時(shí)，電動(dòng)機(jī)允許輸出的轉(zhuǎn)矩也保持 Ta = TN 不變，與轉(zhuǎn)速 n 無(wú)關(guān)； 此時(shí)允許輸出的功率與轉(zhuǎn)速 n 成正比。,對(duì)于電樞串電阻調(diào)速和降壓調(diào)速： 因 = N 不變，在Ia = IN 不變條件下， T =CT N IN不變，與轉(zhuǎn)速 n 無(wú)關(guān)。所以屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。,2. 恒功率調(diào)速方式,指保持 Ia = IN 不變時(shí)，電動(dòng)機(jī)允許輸出的功率也基本保持不變，與轉(zhuǎn)速 n 無(wú)關(guān)； 此時(shí)允許輸出的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速 n 成反比。,對(duì)于弱磁調(diào)速方法： 因 U= UN 不變， 是變化的，在Ia = IN 不變條件下， T =CT IN。,可見，弱磁調(diào)速時(shí)電動(dòng)機(jī)允許輸出的功率為

7、常數(shù)，與轉(zhuǎn)速 n 無(wú)關(guān)；允許輸出的轉(zhuǎn)矩與n成反比。屬于恒功率調(diào)速方式。,五. 電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方式與負(fù)載類型的配合,恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式和恒功率調(diào)速方式，都是用來(lái)表征電動(dòng)機(jī)采用某種調(diào)速方法時(shí)的負(fù)載能力，并不是電動(dòng)機(jī)的實(shí)際輸出； 實(shí)際的輸出功率與轉(zhuǎn)矩是由負(fù)載來(lái)決定的； 負(fù)載有不同類型，因此，存在一個(gè)調(diào)速方式與負(fù)載類型配合的問(wèn)題?。ㄗ约悍治觯?3.4 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng),1.直流電動(dòng)機(jī)的兩種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài) (1)電動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)電磁轉(zhuǎn)矩 T 的方向與旋轉(zhuǎn)方向相同,電網(wǎng)向電動(dòng)機(jī)輸入電能； (2)制動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)電磁轉(zhuǎn)矩 T 與轉(zhuǎn)速 n 的方向相反,電動(dòng)機(jī)吸收機(jī)械能并轉(zhuǎn)化為電能。,2.電氣制動(dòng)方法,1) 能耗制動(dòng) 2) 反

8、接制動(dòng) 作用：使電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)一個(gè)負(fù)的轉(zhuǎn)矩(即制動(dòng)轉(zhuǎn)矩)，以增加減速度，使系統(tǒng)較快地停下?；蚴刮荒茇?fù)載的工作機(jī)構(gòu)獲得穩(wěn)定的下放速度。 3) 回饋制動(dòng)(或稱再生制動(dòng)).,一.能耗制動(dòng),1.他勵(lì)電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)電路圖及電路特點(diǎn),電路特點(diǎn)：,U = 0，電樞回路電阻 Ra + Rz； 制動(dòng)過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)靠系統(tǒng)的動(dòng)能發(fā)電，轉(zhuǎn)化成發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)； 把動(dòng)能變成電能，消耗在電樞回路的電阻上，因此稱為能耗制動(dòng)。,2. 能耗制動(dòng)機(jī)械特性方程式,制動(dòng)電阻 Rz 愈小，則機(jī)械特性愈平，T1 絕對(duì)值愈大，制動(dòng)愈快； 但 T1 受最大制動(dòng)電流的限制。,能耗制動(dòng)機(jī)械特性,3.制動(dòng)電阻選擇,按最大制動(dòng)電流不超過(guò) 2 IN 來(lái)選擇

9、 RZ，可近似為：,4.能耗制動(dòng)的用途,利用制動(dòng)實(shí)現(xiàn)降速； 電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)位能負(fù)載時(shí)，可利用能耗制動(dòng)實(shí)現(xiàn)等速下放。,能耗制動(dòng)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)速下放,5.能耗制動(dòng)時(shí)的過(guò)渡過(guò)程曲線（選講）,能耗制動(dòng)過(guò)渡過(guò)程,必須指出： 在一定轉(zhuǎn)速下進(jìn)行能耗制動(dòng)時(shí)，電樞必須串聯(lián)電阻 Rz，否則電樞電流將過(guò)大，在高速時(shí)甚至接近短路電流的數(shù)值！,二.反接制動(dòng),轉(zhuǎn)速反向反接制動(dòng)可用于位能負(fù)載穩(wěn)速下放； 電樞電壓反向反接制動(dòng)一般用于反作用負(fù)載剎車。,(一) 轉(zhuǎn)速反向的反接制動(dòng),1.轉(zhuǎn)速反向反接制動(dòng)的電路及特點(diǎn),反接制動(dòng),特點(diǎn)：,位能負(fù)載倒拉電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)速 n 逆轉(zhuǎn)矩 T 的方向旋轉(zhuǎn)； 和正常電動(dòng)狀態(tài)時(shí)相比，E 的方向變反。,2.機(jī)械特性,

10、轉(zhuǎn)速反向的反接制動(dòng)特性方程式，與電動(dòng)狀態(tài)下的人為機(jī)械特性的方程式在形式上是相同的。,反接制動(dòng)機(jī)械特性,轉(zhuǎn)速反向反接制動(dòng),3.制動(dòng)過(guò)程中的功率平衡問(wèn)題,電樞電路電勢(shì)平衡方程式兩邊同乘以 Ia，得,表示由電網(wǎng)輸入的電功率和輸入的機(jī)械功率之和，消耗在電樞的電阻（Ra + R）上； 因此反接制動(dòng)能量消耗是比較大的！,(二) 電樞反接的反接制動(dòng),1.反接制動(dòng)電路及特點(diǎn) 為了使工作機(jī)械迅速停車或反向，斷開觸點(diǎn) Z，接通觸點(diǎn) F，把電樞電源反接，電樞電路中要串入電阻 R,電樞反接制動(dòng)電路的特點(diǎn)：U 為負(fù)。,2.機(jī)械特性 機(jī)械特性的方程式為：,制動(dòng)過(guò)程中 n 為正，在第二象限； 機(jī)械特性曲線第二象限的 BC段

11、，即為反接制動(dòng)特性。,電樞反接的反接制動(dòng)的機(jī)械特性,如果反接制動(dòng)時(shí)最大電流不超過(guò) 2IN ，則應(yīng)使：,這時(shí)機(jī)械特性特性比能耗制動(dòng)陡得多,在整個(gè)降速范圍制動(dòng)轉(zhuǎn)矩始終存在并保持為一較大值； 因此比能耗制動(dòng)作用更強(qiáng)烈，制動(dòng)更快！,3.制動(dòng)過(guò)程中的功率平衡問(wèn)題,功率平衡問(wèn)題同轉(zhuǎn)速反向反接制動(dòng)類似。,(三) 電樞反接時(shí)的過(guò)渡過(guò)程（選講）,電壓反向反接制動(dòng),電樞反接時(shí)的過(guò)渡過(guò)程分析,1.反作用負(fù)載 穩(wěn)定工作點(diǎn)為DB - C：電樞反接制動(dòng)過(guò)程 T 不等于 TZ；C - D：反向電動(dòng)起動(dòng)增速過(guò)程 T 不等于 TZ ； D：反向電動(dòng)穩(wěn)定運(yùn)行 T = TZ 。,2.位能負(fù)載,穩(wěn)定工作點(diǎn)為EB - C：電樞反接制動(dòng)

12、過(guò)程 T 不等于 TZ；C - F：反向電動(dòng)起動(dòng)增速過(guò)程 T 不等于 TZ ； F - E：電樞反接的反接制動(dòng)的過(guò)渡過(guò)程， 電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩仍小于位能性負(fù)載轉(zhuǎn)矩，T 不等于 TZ 。這一階段的特點(diǎn)是電機(jī)轉(zhuǎn)速高于理想空載轉(zhuǎn)速，那么屬何種工作狀態(tài) ？,三.回饋制動(dòng),特點(diǎn)：轉(zhuǎn)速高于理想空載轉(zhuǎn)速， Ea U (一) 位能負(fù)載拖動(dòng)電動(dòng)機(jī) 1. 回饋制動(dòng)狀態(tài) 當(dāng) Ea U 時(shí)，電流從電樞向電源正端流入，具有向電源回饋的性質(zhì)； T 與 n 方向相反（第四象限），處制動(dòng)狀態(tài)； 既回饋電能，又有制動(dòng)作用，故稱為回饋制動(dòng)狀態(tài)。,電動(dòng)狀態(tài)下運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，在某種條件下會(huì)出 現(xiàn) 情況，此時(shí) ， 反向， 反向，由驅(qū)動(dòng)變?yōu)橹?/p>

13、動(dòng)。從能量方向看，電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)回饋制動(dòng)狀態(tài)。,回饋制動(dòng)F-E段,2.機(jī)械特性,機(jī)械特性的方程式同反接制動(dòng),3.回饋制動(dòng)運(yùn)行實(shí)質(zhì),電樞將軸上輸入的機(jī)械功率變?yōu)殡姶殴β?EaIa 后， 大部分回饋給電網(wǎng) ( U Ia ); 小部分變?yōu)殡姌谢芈返你~耗 Ia2 ( Ra + R ); 電動(dòng)機(jī)變?yōu)橐慌_(tái)與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)。,功率平衡方程式:,- U Ia + Ea Ia = Ia2 (Ra+R),4.回饋制動(dòng)用途,回饋制動(dòng)可用于轉(zhuǎn)速高于理想空載轉(zhuǎn)速情況下的位能負(fù)載下放。,(二) 改變電樞電壓調(diào)速時(shí)的回饋制動(dòng),降低電壓的降速過(guò)程中，突然降低電樞電壓，會(huì)發(fā)生 Ea U，出現(xiàn)了回饋制動(dòng)狀態(tài)。,回饋制動(dòng),回饋制動(dòng)：穩(wěn)定運(yùn)行有以下兩種情況,發(fā)生在動(dòng)態(tài)過(guò)程中的回饋制動(dòng)過(guò)程有以下兩種情況,回饋制動(dòng)過(guò)程中，功率回饋電網(wǎng)，從電能消耗來(lái)看是較為經(jīng)濟(jì)的。,T,-T,0,-n0,n0,-n,n,反向電動(dòng),正向電動(dòng),反向回饋制動(dòng),反接制動(dòng),能耗制動(dòng),轉(zhuǎn)速反向 反接制動(dòng),能耗制動(dòng),正向回饋制動(dòng),TZ,-TZ,他勵(lì)電動(dòng)機(jī)在各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的機(jī)械特性,-TC,討論： 對(duì)于需要正、反轉(zhuǎn)的反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，拖動(dòng)它的電動(dòng)機(jī)應(yīng)運(yùn)行在哪幾種狀態(tài)？,本章小結(jié),T,-T,0,-n0,n0,-n,n,反向電動(dòng),正向電動(dòng),反接制動(dòng),能耗制動(dòng),-