項目七 任務(wù)5他勵直流電動機的調(diào)速控制

項目七：軋鋼機電動機的調(diào)速控制4123直流電機的工作原理與基本結(jié)構(gòu)他勵直流電動機的起動與反轉(zhuǎn)他勵直流電動機的制動控制他勵直流電動機的調(diào)速控制5直流電動機的方程式和機械特性一、直流電動機的調(diào)速指標(biāo)1.調(diào)速范圍D2.靜差率δ4.經(jīng)濟性3.平滑性受換向和機械強度的限制受轉(zhuǎn)速相對穩(wěn)定性的限制δ=n0-n

n0ψ=ni

ni-1調(diào)速范圍D與靜差率δ互相制約！轉(zhuǎn)速可連續(xù)調(diào)節(jié)時(ψ=1)，稱為無級調(diào)速。額定負(fù)載下可能運行的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比。轉(zhuǎn)速降與理想空載轉(zhuǎn)速之比。相鄰兩級轉(zhuǎn)速的接近程度，用平滑系數(shù)ψ表示。綜合考慮設(shè)備投資、能量損耗、電動機能否充分利用等因素。二、他勵直流電動機的調(diào)速方法改變Ua、Ra、Φ三個參數(shù)中的任意一個，就能改變其轉(zhuǎn)速。他勵直流電動機的常用調(diào)速方法：他勵直流電動機的轉(zhuǎn)速：1.電樞回路串電阻調(diào)速2.降低電樞電壓調(diào)速3.弱磁調(diào)速1.電樞回路串電阻調(diào)速以額定轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行（T=TL）的他勵直流電動機，在增大電樞電阻Ra的瞬間，電樞電壓Ua不變，由于機械慣性，電樞電動勢Ea也保持不變，所以電樞電流Ia降低，電磁轉(zhuǎn)矩T隨之減小，致使轉(zhuǎn)速n下降。轉(zhuǎn)速n下降使電樞電動勢Ea減小，電樞電流Ia和電磁轉(zhuǎn)矩T又隨之回升。當(dāng)T=TL時，電動機在低速下穩(wěn)定運行。他勵直流電動機Ua=Ea+RaIaEa=CeΦnT=CTΦIa2）串入的電阻值越大，人為機械特性的斜率越大，機械特性越軟，穩(wěn)定運行的轉(zhuǎn)速就越低。電樞回路串入電阻Rpa1后，由于機械慣性，轉(zhuǎn)速n不能突變，運行點從固有機械特性1上的a點，遷移到電樞串電阻人為機械特性2上的b點，進入電動減速過程，最后在c點低速穩(wěn)定運行。

結(jié)論：當(dāng)所串電阻增大到Rpa2時，運行點從a點躍變到d點，然后電動減速到e點，以更低的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行。3）轉(zhuǎn)速越低，穩(wěn)定性越差，低速的下限受到限制，D

較小。

1）電樞回路串電阻會使轉(zhuǎn)速降低。他勵直流電動機電樞回路串電阻調(diào)速的機械特性電動減速電動減速1.電樞回路串電阻調(diào)速1）只能從額定轉(zhuǎn)速往下調(diào)，調(diào)速后轉(zhuǎn)速降低。2）串入電阻后，人為機械特性變軟，穩(wěn)定性變差。在低速運行時，微小的負(fù)載波動引起的轉(zhuǎn)速波動大，低速運行的下限受到限制，調(diào)速范圍不大。3）電阻通常是分段串入的，屬有級調(diào)速，平滑性差。4）設(shè)備投資少，但電能消耗大，總體經(jīng)濟性差。優(yōu)點：缺點：應(yīng)用：因為起動變阻器只在起動過程中短時使用，起動結(jié)束便被切除，屬短時工作制；而調(diào)速電阻不僅在調(diào)速過程中要用，調(diào)速后穩(wěn)定運行時也要用，屬連續(xù)工作制。注意事項：調(diào)速方法簡單，控制設(shè)備不復(fù)雜。僅適用于小容量直流電動機的調(diào)速。調(diào)速電阻不能用起動變阻器代替。1.電樞回路串電阻調(diào)速2.降低電樞電壓調(diào)速當(dāng)電樞電壓Ua降低時，由于轉(zhuǎn)速n不能突變，電樞電動勢Ea保持不變，電樞電流Ia勢必減小，電磁轉(zhuǎn)矩T隨之也減小，使得轉(zhuǎn)速n下降，電樞電動勢Ea跟著減小，則電樞電流Ia和電磁轉(zhuǎn)矩T又開始回升。當(dāng)T回升到T=TL時，電動機以低速穩(wěn)定運行。在機械特性圖上，電樞電壓由U1降至U2后，電動機運行點由a點轉(zhuǎn)移到U2對應(yīng)的人為機械特性曲線上的b點，通過電動降速，最后在c點低速穩(wěn)定運行。他勵直流電動機降低電樞電壓調(diào)速的機械特性他勵直流電動機Ua=Ea+RaIaEa=CeΦnT=CTΦIa電動減速當(dāng)電樞電壓降低的幅度較大時，如由U1突然降至U3，由于轉(zhuǎn)速不能突變，則電動機的運行點由a點瞬間轉(zhuǎn)移到U3對應(yīng)的人為機械特性曲線上的d點。減速至e點時，Ea=U3，Ia和T都為0，轉(zhuǎn)速n不為0，電動機因慣性繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，運行點回到第Ⅰ象限，進入電動減速階段。降低電樞電壓的機械特性d點在第Ⅱ象限，且nd>n03，Ia和T都反向，電動機進入發(fā)電回饋制動狀態(tài)，轉(zhuǎn)速迅速下降。電動減速階段，電樞電動勢Ea不斷減小，而電樞電流Ia和電磁轉(zhuǎn)矩T不斷回升（其值都>0）。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩T回升到T=TL時，轉(zhuǎn)速不再變化，電動機穩(wěn)定在f點低速運行。發(fā)電回饋制動電動減速電動減速2.降低電樞電壓調(diào)速1）調(diào)速方向：6）應(yīng)用：Ua

→n

，Ua

→n

。2）調(diào)速的平滑性：電壓只能從UN往下調(diào)，轉(zhuǎn)速只能在nN以下。Ua可連續(xù)調(diào)節(jié)，能實現(xiàn)無級調(diào)速。調(diào)速范圍較寬，D可達到8或10。3）調(diào)速的穩(wěn)定性：Ua改變時，

不變，機械特性硬度不變，調(diào)速的穩(wěn)定性好。4）調(diào)速范圍：5）調(diào)速的經(jīng)濟性：調(diào)速設(shè)備復(fù)雜，需要一套可調(diào)壓的專用直流電源。通過減小輸入功率來降速，能量損耗小。因調(diào)速性能好而廣泛應(yīng)用于直流自動控制系統(tǒng)中。2.降低電樞電壓調(diào)速3.弱磁調(diào)速n不能突變Ea=CeΦnIf

→Φ

Ea

→Ia

→T

→n（電動加速）→Ea降至最小值后又開始增大在勵磁回路中串接可調(diào)電阻改變勵磁電流，就改變了勵磁磁通的大?。◤摩礜往下調(diào)），從而可達到調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速的目的。調(diào)速過程:(從穩(wěn)定運行點a開始）

→Ia和T上升至最大值后又下降→T=TL時，在c點以高速穩(wěn)定運行。在機械特性曲線上，運行點的變化軌跡是：a→b→c。降低電樞電壓的人為機械特性TLΦ2Φ1

bcan0'n0"電動加速Φ2﹤Φ1

圖中的TL為恒功率負(fù)載弱磁情況下，若需要電動機降速，可以通過增磁實現(xiàn)。突然增磁時，電動機通常先經(jīng)歷一段發(fā)電回饋制動過程，再進入電動減速狀態(tài)，最后穩(wěn)定在低速運行。機械特性上由a到b再到c點的變化軌跡，是減弱磁通（由Φ1減小到Φ2）讓電動機加速的過程。他勵直流電動機降低弱磁調(diào)速的機械特性發(fā)電回饋制動電動減速圖中，當(dāng)磁通由Φ2增加到Φ1時，運行點在機械特性上的變化軌跡為：由c到d再到a。電動加速3.弱磁調(diào)速弱磁調(diào)速的機械特性變軟，勵磁過弱時，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性很差。

實際應(yīng)用中，通常把調(diào)壓調(diào)速與弱磁調(diào)速配合使用，既擴大了調(diào)速范圍D

，又能實現(xiàn)高、低速的雙向調(diào)節(jié)。3）調(diào)速的穩(wěn)定性：調(diào)速平滑性好，可實現(xiàn)無級調(diào)速。1）調(diào)速方向：2）調(diào)速的平滑性：磁通Φ減弱n升高，在額定轉(zhuǎn)速nN以上調(diào)節(jié)。4）調(diào)速范圍轉(zhuǎn)速越高，對換向條件和機械強度的要求越高，因而調(diào)速上限會受限制。普通電動機D=2；特殊設(shè)計的電動機D=4。5）調(diào)速的經(jīng)濟性調(diào)速在勵磁回路進行，能量損耗小，并且隨著轉(zhuǎn)速升高，輸出功率增大，電動機的效率基本不變，經(jīng)濟性較好。另外，設(shè)備投資少，控制也方便。3.弱磁調(diào)速調(diào)速方法調(diào)速范圍D（D=nmax/nmin）相對穩(wěn)定性平滑性經(jīng)濟性應(yīng)用電樞串電阻調(diào)速額定負(fù)載下D=2，輕載時D更小。差差調(diào)速設(shè)備投資少，電能損耗大。對調(diào)速性能要求不高的場合，適用于與恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載配合。降低電樞電壓調(diào)速一般為8左右；100kW以上的電動機可達10左右；1kW以下的電動機為3左右。好好調(diào)速設(shè)備投資大，電能損耗小。對調(diào)速性能要求高的場合，適用于與恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載配合。減弱磁通調(diào)速一般直流電動機為1~2左右；變磁通電動機最大可達到4。較好好調(diào)速設(shè)備投資少，電能損耗小。一般與降壓調(diào)速配合使用，適用于與恒功率負(fù)載配合。三、他勵直流電動機調(diào)速方法比較并勵直流電動機改變勵磁電流調(diào)速、能耗制動的控制電路合上交流電源開關(guān)，整流電路把交流電整成直流電，給電容器C充電，勵磁繞組產(chǎn)生磁通Φ，為電動機起動做準(zhǔn)備。兩相零式整流電路限流電阻，起動、制動時都要用調(diào)速電阻運行接觸器能耗制動接觸器切除起動電阻接觸器放電電阻，用作過電壓保護電容器四、并勵直流電動機弱磁調(diào)速控制1.起動控制按下起動按鈕SB2，KM2和KT線圈通電并自鎖，電動機電樞串電阻R起動。電容器C充電完成，勵磁回路經(jīng)過串聯(lián)電阻RRF和R1通電。KT通電延時結(jié)束，其延時閉合觸頭閉合，使KM3主觸頭閉合，短接起動電阻R，電動機在全壓下繼續(xù)起動至穩(wěn)定運行狀態(tài)。2.調(diào)速控制3.停車及制動控制電動運行過程中，調(diào)節(jié)調(diào)速電阻RRF，改變勵磁電流的大小，即可改變勵磁磁通的強弱，從而實現(xiàn)電動機轉(zhuǎn)速n的調(diào)節(jié)。按下停止按鈕SB1（長按，電機停車后再松開），KM2和KM3線圈斷電釋放，主觸頭斷開，切斷電動機電樞電路。緊接著，KM1線圈通電吸合，主觸頭閉合，通過電阻R接通能耗制動電路，KM1的輔助常開觸頭閉合，短接電容器C，使電源電壓全部加在勵磁線圈兩端，起到強勵作用，以加強能耗制動效果。四、并勵直流電動機弱磁調(diào)速控制1.短路保護1）短路電流往往可達額定電流的十幾甚至幾十倍，很快就會損壞電氣設(shè)備或配電線路，甚至?xí)鸹馂?zāi)。五、電力控制系統(tǒng)常用的保護環(huán)節(jié)2）短路保護要具有瞬動性，要在極短時間內(nèi)切斷電源。3）常用的短路保護元件為熔斷器和低壓斷路器。2.過電流保護1）過電流保護的電流值比短路電流小，不超過6IN。2）過電流不會馬上損壞電器元件，但沖擊電流過大會損壞電動機，電磁轉(zhuǎn)矩過大也會損壞傳動部件，需要瞬時斷電。3）運行中出現(xiàn)過電流的可能性要比短路的可能性大，電動機在頻繁起動和正反轉(zhuǎn)、重復(fù)短時工作時更是如此。4）過電流保護常用過電流繼電器實現(xiàn)，多用于控制直流電動機和三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動機。5）若過電流繼電器動作電流為1.2IST，則可兼作短路保護。3.長期過載保護1）長期過載保護是過電流保護的一種，動作值在1.5IN之內(nèi)。負(fù)載的突然增加，缺相運行或電源電壓降低都會引起過載。2）長期過載保護要求有反時限性，不會受短時沖擊電流或短路電流的影響而瞬時動作，通常用熱繼電器作長期過載保護。3）在通過6IN以上的電流時，熱繼電器要經(jīng)過5秒才能動作。因此，熱繼電器不能用作短路保護。4.欠壓、失壓保護1）當(dāng)電源電壓降至60%~80%UN時，切斷電源讓電動機停轉(zhuǎn)的保護稱為欠壓保護。除接觸器外，還可用欠電壓繼電器作欠壓保護。2）電源電壓消失時電動機會停轉(zhuǎn)。為防止電壓恢復(fù)時電動機自行起動或電器元件自行投入工作而設(shè)置的保護，稱為失壓保護。3）按鈕和接觸器自鎖組成的啟、保、?？刂?，具有失壓保護作用。如果采用不能自動復(fù)位的手動開關(guān)、行程開關(guān)來控制接觸器的通、斷，必須設(shè)置專門的零壓繼電器作失壓保護。五、電力控制系統(tǒng)常用的保護環(huán)節(jié)電磁鐵、電磁吸盤等大電感負(fù)載,以及直流電磁機構(gòu)、直流繼電器等，在通、斷電時會產(chǎn)生較高的感應(yīng)電動勢，容易使電磁線圈絕緣擊穿而損壞，必須采用過電壓保護。在電磁線圈兩端并聯(lián)電阻、并聯(lián)電阻串電容或者并聯(lián)二極管串電阻，都能形成放電回路，從而實現(xiàn)過電壓保護。直流電動機的勵磁磁場過弱會引起超速，甚至發(fā)生“飛車”事故，需要在勵磁線圈回路中串聯(lián)欠電流繼電器作弱磁保護。7.其它保護此外，還有超速保護、行程保護（限位保護）、油壓（水壓）保護等，相應(yīng)保護裝置是離心開關(guān)（用作機械過速保護）、測速發(fā)電機、行程開關(guān)和壓力繼電器等。五、電力控制系統(tǒng)常用的保護環(huán)節(jié)6.弱磁保護5.過電壓保護軋鋼機屬于連續(xù)不間斷作業(yè)的低速重載設(shè)備，不僅需要正反轉(zhuǎn)，而且要求上、下軋輥的表面線速度必須一致，在工作中還需要經(jīng)常調(diào)速，需要調(diào)速性能好，具有大的起動轉(zhuǎn)矩的電動機來帶動。直流電動機就是首選。調(diào)速方面，考慮與起動措施相配合。采用電樞串分級電阻起動時，就配以電樞回路串電阻調(diào)速。采用降低電樞電壓起動時，就配以改變電樞電壓調(diào)速。在此基礎(chǔ)上，可加上弱磁調(diào)速，以實現(xiàn)高低速雙向調(diào)節(jié)。直流電動機直接起動時起動電流太大，必須采用起動措施。如果是中小型直流電動機，考慮采用電樞串分級電阻起動；如果是大型直流電動機，考慮采用降低電樞電壓起動。