直流電動機(jī)的起動調(diào)速與制動

電機(jī)控制技術(shù)第三章他勵直流電動機(jī)的起動、調(diào)速與制動直流電動機(jī)的起動調(diào)速與制動共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!本章內(nèi)容直流電動機(jī)的起動直流電動機(jī)的制動直流電動機(jī)的調(diào)速直流電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)直流電動機(jī)的起動調(diào)速與制動共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!3.1直流電動機(jī)的起動起動過程：直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速從零到達(dá)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的過程；直流電動機(jī)起動的原則：在起動電流不超過允許值的情況下，獲得盡可能大的起動轉(zhuǎn)矩；直流電動機(jī)拖動負(fù)載起動的基本要求是：起動轉(zhuǎn)矩足夠大，使TS≥（1.1~1.2)TL；起動電流盡量小，使IS≤（1.5~2)IN；起動設(shè)備要簡單、可靠、經(jīng)濟(jì)；直流電動機(jī)的起動調(diào)速與制動共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!3.1直流電動機(jī)的起動他勵直流電動機(jī)起動時：先在電動機(jī)的勵磁繞組中通入額定勵磁電流，以便在氣隙中建立額定磁通，然后才能接通電樞回路；直流電動機(jī)的起動方式：直接起動；電樞回路串電阻起動；降電壓起動直流電動機(jī)的起動調(diào)速與制動共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!大的起動電流可能產(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；過大的起動電流將產(chǎn)生過大的起動轉(zhuǎn)矩Tst，從而使傳動機(jī)構(gòu)受到很大的沖擊力，加速過快，易損壞傳動變速機(jī)構(gòu)；過大的起動電流會引起電網(wǎng)電壓的波動，影響電網(wǎng)上其他用戶的正常用電；直流電動機(jī)的起動調(diào)速與制動共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!3.1.2降低電源電壓起動（軟起動）降壓起動時，電動機(jī)的電樞由可調(diào)直流電源供電；起動時，需先將勵磁繞組接通電源，并將勵磁電流調(diào)到額定值，然后由低到高調(diào)節(jié)電樞回路的電壓；在起動瞬間：電流Ist通常限制在（1.5~2）IN內(nèi)，因此起動的最低電壓為U1=(1.5~2)INRa，此時電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動機(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，此時電壓U必須不斷升高，并且時Ia保持在（1.5~2）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)，起動過程結(jié)束。直流電動機(jī)的起動調(diào)速與制動共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!3.1.3電樞回路串電阻分級起動電壓U=UN不變，在電樞回路中串接電阻Rst，可以達(dá)到限制起動電流的目的，Rst稱為起動電阻；電樞回路中應(yīng)串入的電阻值為：Rst＝UN/Imax-Ra起動后，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，還會產(chǎn)生過大的電流沖擊，為了保證起動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。直流電動機(jī)的起動調(diào)速與制動共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!3.1.3電樞回路串電阻分級起動起動電阻的計(jì)算：I1的選擇：為了滿足快速起動的要求，T1越大越好，但考慮電動機(jī)的過載能力，一般選：

I1＝Imax＝（1.5~2）IN或T1＝（1.5~2）TNI2的選擇：保證電機(jī)能帶動負(fù)載，即T2>TL；T2－TL不能太小，太小加速慢，延緩起動過程；T2－TL不能太大，太大起動級數(shù)贈多；一般選I2＝（1.1~1.2）IN或T2＝（1.1~1.2）TN

或I2＝（1.1~1.2）ILmax或T2＝（1.1~1.2）TLmax直流電動機(jī)的起動調(diào)速與制動共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!3.1.3電樞回路串電阻分級起動各級起動電阻的計(jì)算：原則：以起動過程中，最大起動電流I1和切換電流I2保持不變?yōu)樵瓌t；在切換瞬間，電動機(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=γ 則：R1=γRa，R2=γR1=γ2Ra， R3=γR2=γ3Ra，……，Rm=γRm-1=γmRa，直流電動機(jī)的起動調(diào)速與制動共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!根據(jù)直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速方程

3.2直流傳動的調(diào)速方法nUIRCe式中

—轉(zhuǎn)速（r/min）；

—電樞電壓（V）；

—電樞電流（A）；

—電樞回路總電阻（）；

—勵磁磁通（Wb）；

—由電機(jī)結(jié)構(gòu)決定的電動勢常數(shù)。直流電動機(jī)的起動調(diào)速與制動共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!（2）調(diào)阻調(diào)速工作條件：保持勵磁=N

；保持電壓U=UN；調(diào)節(jié)過程：增加電阻Ra

R

Rn，n0不變；調(diào)速特性：轉(zhuǎn)速下降，機(jī)械特性曲線變軟。nn0OIILRaR1R2R3nNn1n2n3調(diào)阻調(diào)速特性曲線直流電動機(jī)的起動調(diào)速與制動共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!三種調(diào)速方法的性能與比較對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(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。直流電動機(jī)的起動調(diào)速與制動共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!3.3.1能耗制動能耗制動的原理能耗制動過程中，電動機(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。能耗制動的原理直流電動機(jī)的起動調(diào)速與制動共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!3.3.1能耗制動能耗制動電阻RH的計(jì)算RH越小，電樞電流Ia越大，制動轉(zhuǎn)矩越大，制動越快根據(jù)電樞允許通過最大電流確定根據(jù)能耗制動剛開始時，需要的最大轉(zhuǎn)矩確定直流電動機(jī)的起動調(diào)速與制動共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!3.3.2反接制動反接制動的機(jī)械特性反接制動的機(jī)械特性方程反接制動的機(jī)械特性直流電動機(jī)的起動調(diào)速與制動共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!3.3.3倒拉反轉(zhuǎn)制動倒拉反接制動的原理用于位能性負(fù)載當(dāng)他勵直流電動機(jī)拖動位能性負(fù)載處于正向電動運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)電樞回路串入電阻時，轉(zhuǎn)速就會下降；當(dāng)電樞回路的電阻RD大到一定程度后，電動機(jī)就會穩(wěn)定工作在反轉(zhuǎn)狀態(tài)（n<0，Ea<0），此時電樞電流仍然為正，電磁轉(zhuǎn)矩T為正，與n的方向相反，此時T為制動轉(zhuǎn)矩。這種情況下，電動機(jī)靠位能性負(fù)載倒拉著反轉(zhuǎn)，因此這種制動運(yùn)行狀態(tài)就叫做倒拉反轉(zhuǎn)制動運(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。直流電動機(jī)的起動調(diào)速與制動共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!3.3.4回饋制動回饋制動原理電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n超過理想空載轉(zhuǎn)速n0電樞感應(yīng)電動勢Ea>UN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)橹苿愚D(zhuǎn)矩電磁功率PM<0，輸入功率P1<0，電動機(jī)不是從電源獲得電功率，而是電動機(jī)向電源發(fā)出電功率，把電能回饋給電源直流電動機(jī)的起動調(diào)速與制動共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!3.3.4回饋制動回饋制動的機(jī)械特性正向回饋制動的機(jī)械特性直流電動機(jī)的起動調(diào)速與制動共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!3.4直流電動機(jī)的各種運(yùn)行狀態(tài)電動運(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III象限內(nèi)制動運(yùn)行狀態(tài)T與n方向相反機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芄ぷ鼽c(diǎn)位于：II和IV象限內(nèi)直流電動機(jī)的起動調(diào)速與制動共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!3.1.1直接起動把他勵直流電動機(jī)的電樞繞組直接接到額定電壓的電源上，這種起動方法稱為直接起動；起動轉(zhuǎn)矩為電動機(jī)在起動瞬間（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=CTφnIST；起動瞬間，n＝0，Ea＝0，起動電流為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10～20倍；直流電動機(jī)的起動調(diào)速與制動共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!因此，一般來講，對于微型直流電動機(jī)（功率小于1KW），其功率小、電壓低、電樞電流小、電樞電阻Ra相對較大，允許采用直接起動的方法，無需附加起動設(shè)備，操作最為簡便。在設(shè)計(jì)直流電動機(jī)時，電樞繞組允許通過短時過載電流為額定電流的1.5~2倍，因此限制起動電流Ist時，應(yīng)將其值限制在（1.5~2）倍In范圍內(nèi)。由Ist=UN/Ra可知，限制起動電流的措施有兩個：降低電源電壓加大電樞回路電阻直流電動機(jī)的起動調(diào)速與制動共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!3.1.2降低電源電壓起動（軟起動）優(yōu)點(diǎn)：平滑性好，能量損耗小，易于實(shí)現(xiàn)自動控制；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降壓起動直流電動機(jī)的起動調(diào)速與制動共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!3.1.3電樞回路串電阻分級起動電阻的切除方法有手動和自動兩種；自動切除有三種方法：限流切除法：起動電流減小到某一數(shù)值時，自動切除一級電阻；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)電勢自動切換；限時切除法：按預(yù)先設(shè)定的時間，依次切除；直流電動機(jī)的起動調(diào)速與制動共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!3.1.3電樞回路串電阻分級起動起動級數(shù)m的選擇：為了滿足快速起動的要求，級數(shù)應(yīng)該多，級數(shù)多可使平均起動轉(zhuǎn)矩大，起動快，同時起動平滑性好；但級數(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=2~4級；直流電動機(jī)的起動調(diào)速與制動共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!3.1.3電樞回路串電阻分級起動計(jì)算起動電阻時的兩種情況：起動級數(shù)m未定，選定I1，I2，得到γ；起動級數(shù)m已定，選定I1，得到Rm=UN/I1，然后得到γ；直流電動機(jī)的起動調(diào)速與制動共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!（1）調(diào)壓調(diào)速工作條件：保持勵磁=N；保持電阻R=Ra調(diào)節(jié)過程：改變電壓UN

U

Un，n0調(diào)速特性：轉(zhuǎn)速下降，機(jī)械特性曲線平行下移。nn0OIILUNU1U2U3nNn1n2n3調(diào)壓調(diào)速特性曲線直流電動機(jī)的起動調(diào)速與制動共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!（3）調(diào)磁調(diào)速工作條件：保持電壓U=UN

；保持電阻R=Ra；調(diào)節(jié)過程：減小勵磁N

n，n0調(diào)速特性：轉(zhuǎn)速上升，機(jī)械特性曲線變軟。nn0OTeTL

N

1

2

3nNn1n2n3調(diào)壓調(diào)速特性曲線直流電動機(jī)的起動調(diào)速與制動共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!3.3直流電動機(jī)的制動制動：電氣制動和機(jī)械制動電氣制動：電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n的方向相反，T起反抗運(yùn)動的作用；電動機(jī)的電氣制動分為：使系統(tǒng)迅速減速停車，過渡過程，制動過程限制位能性負(fù)載的下降速度，穩(wěn)定運(yùn)行，制動運(yùn)行制動的方法：能耗制動，反接制動，倒拉反轉(zhuǎn)制動，回饋制動直流電動機(jī)的起動調(diào)速與制動共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!3.3.1能耗制動能耗制動時的機(jī)械特性機(jī)械特性方程：能耗制動時的機(jī)械特性直流電動機(jī)的起動調(diào)速與制動共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!3.3.2反接制動反接制動的原理直流電動機(jī)的起動調(diào)速與制動共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!3.3.2反接制動反接制動電阻RF的計(jì)算RF越小，電樞電流Ia越大，制動轉(zhuǎn)矩越大，制動越快根據(jù)電樞允許通過最大電流確定根據(jù)能耗制動剛開始時，需要的最大轉(zhuǎn)矩確定直流電動機(jī)的起動調(diào)速與制動共35頁，您現(xiàn)在瀏