《電機(jī)技術(shù)應(yīng)用》課件 3.3.2 直流電機(jī)的調(diào)速

直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速直流電機(jī)

為了提高生產(chǎn)效率或滿足生產(chǎn)工藝要求，許多生產(chǎn)機(jī)械在工作過(guò)程中都需要調(diào)速，例如在車床切削工件時(shí)，精加工用高速，粗加工用低速；軋鋼機(jī)在軋制不同品種和不同厚度的鋼材時(shí)，也必須有不同的加工速度。

電動(dòng)機(jī)調(diào)速可采用機(jī)械調(diào)速和電氣調(diào)速，或二者配合調(diào)速。通過(guò)改變傳動(dòng)機(jī)構(gòu)速度比進(jìn)行調(diào)速的方法稱為機(jī)械調(diào)速；通過(guò)改變電氣參數(shù)進(jìn)行調(diào)速的方法稱為電氣調(diào)速。概述

1）調(diào)速范圍:2）靜差率:δ%越小，相對(duì)穩(wěn)定性越好；δ%與機(jī)械特性硬度和n0有關(guān)。

2、調(diào)速技術(shù)指標(biāo)：調(diào)速指標(biāo)

1、調(diào)速性能要求：

（1）調(diào)速范圍大（2）調(diào)速平滑（3）經(jīng)濟(jì)性好（4）方法簡(jiǎn)便可靠3）調(diào)速的平滑性:相鄰兩級(jí)轉(zhuǎn)速之比為平滑系數(shù)，φ越接近1，平滑性越好，當(dāng)φ=1時(shí)，稱為無(wú)級(jí)調(diào)速；調(diào)速不連續(xù)時(shí)，稱為有級(jí)調(diào)速。電氣調(diào)速方法電氣調(diào)速方法：通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)參數(shù)進(jìn)行調(diào)速的方法稱為電氣調(diào)速，改變電動(dòng)機(jī)參數(shù)就是人為改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，從而使負(fù)載工作點(diǎn)發(fā)生變化，轉(zhuǎn)速隨之而改變。根據(jù)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式，電氣調(diào)速的方法主要有三種：1.調(diào)壓調(diào)速2.電樞串電阻調(diào)速3.調(diào)磁調(diào)速1、電樞回路串電阻調(diào)速工作條件：保持勵(lì)磁磁通Φ=ΦN，保持電壓U=UN調(diào)節(jié)過(guò)程：增加電阻RaRan，n0不變

調(diào)節(jié)特性：轉(zhuǎn)速下降，機(jī)械特性曲線斜率變大，特性變軟nn0OIILRaR1R2R3nNn1n2n3Ra<R1<R2<R

3優(yōu)點(diǎn)電樞串電阻調(diào)速設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便。缺點(diǎn)1由于電阻只能分段調(diào)節(jié)，所以調(diào)速的平滑性差；缺點(diǎn)2低速時(shí)特性曲線斜率大，靜差率大，所以轉(zhuǎn)速的相對(duì)穩(wěn)定性差缺點(diǎn)3輕載時(shí)調(diào)速范圍小，額定負(fù)載時(shí)調(diào)速范圍一般為D≦2；缺點(diǎn)4損耗大，效率低，不經(jīng)濟(jì)。對(duì)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，調(diào)速前、后因磁通不變而使電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電流不變，輸入功率不變，輸出功率卻隨轉(zhuǎn)速的下降而下降，減少的部分被串聯(lián)電阻消耗了。1、電樞回路串電阻調(diào)速2、降低電源電壓調(diào)速工作條件：保持勵(lì)磁Φ=ΦN，保持電阻R=Ra調(diào)節(jié)過(guò)程：改變電壓UNUn，n0調(diào)節(jié)特性：轉(zhuǎn)速下降，機(jī)械特性曲線平行下移nn0OIILUNU1U2U3nNn1n2n3UN>U1>U2>U

3缺點(diǎn)需要一套電壓可連續(xù)調(diào)節(jié)的直流電源。優(yōu)點(diǎn)1電源電壓能夠平滑調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。優(yōu)點(diǎn)2調(diào)速前后的機(jī)械特性的斜率不變，硬度較高，負(fù)載變化時(shí)穩(wěn)定性好。優(yōu)點(diǎn)3無(wú)論輕載還是負(fù)載，調(diào)速范圍相同，一般可達(dá)D=2.5?12。優(yōu)點(diǎn)4電能損耗較小。2、降低電源電壓調(diào)速3、減弱磁通調(diào)速工作條件：保持勵(lì)磁Φ=ΦN，保持保持電阻R=Ra調(diào)節(jié)過(guò)程：減小磁通ΦN

Φn，n0調(diào)節(jié)特性：轉(zhuǎn)速上升，機(jī)械特性曲線變軟nn0OTTL

N

1

2

3nNn1n2n3Φ

N>Φ

1>Φ2>Φ

3缺點(diǎn)2轉(zhuǎn)速的升高受到電動(dòng)機(jī)換向能力和機(jī)械強(qiáng)度的限制，升速范圍不可能很大，一般D≤2；優(yōu)點(diǎn)控制方便，能量損耗小，設(shè)備簡(jiǎn)單，調(diào)速平滑性好。弱磁升速后電樞電流增大，電動(dòng)機(jī)的輸入功率增大，但由于轉(zhuǎn)速升高，輸出功率也增大，電動(dòng)機(jī)的效率基本不變，經(jīng)濟(jì)性是比較好。缺點(diǎn)1機(jī)械特性的斜率變大，特性變軟；

為了擴(kuò)大調(diào)速范圍，通常把降壓和弱磁兩種調(diào)速方法結(jié)合起來(lái)，在額定轉(zhuǎn)速以上，采用弱磁調(diào)速，在額定轉(zhuǎn)速以下采用降壓調(diào)速。3、減弱磁通調(diào)速4、三種調(diào)速方法的比較改變電阻調(diào)速：設(shè)備簡(jiǎn)單，調(diào)速方便，但技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性能較差，工作效率低，只能實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速，目前在大功率直流電機(jī)的啟動(dòng)等方面有所應(yīng)用。減弱磁通調(diào)速：控制方便，平滑性較好，設(shè)備容量小，消耗功率小。雖然可以平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速（電機(jī)額定轉(zhuǎn)速）以上做小范圍的升速。調(diào)節(jié)電樞電壓調(diào)速：調(diào)速平滑，調(diào)速范圍大，經(jīng)濟(jì)性能好，但投資大，還可能出現(xiàn)諧波公害?，F(xiàn)代直流調(diào)速系統(tǒng)主要以調(diào)壓調(diào)速為主。1、電動(dòng)機(jī)的Tem是驅(qū)動(dòng)性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩，Tem增大時(shí)，n反而下降，這是什么原因？2、

一臺(tái)他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)和一臺(tái)并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)，如果其他條件不變，將轉(zhuǎn)速提高5%，問(wèn)空載電壓哪一臺(tái)提得更高？為什么？答：當(dāng)轉(zhuǎn)速提高后，并勵(lì)發(fā)電機(jī)空載電壓提得更高些。因空載電壓就等于發(fā)電機(jī)的電樞電勢(shì)E，由E=CeΦn可知，E∝Φn。對(duì)于他勵(lì)發(fā)電機(jī)，其If與電樞回路無(wú)關(guān)，Φ是常量，故E∝n，當(dāng)n提高5%時(shí)，E也增高5%。而對(duì)于并勵(lì)發(fā)電機(jī)，其If∝E，當(dāng)n升高時(shí)會(huì)使得E增加，并且E的增加會(huì)使得If增加，并導(dǎo)致Φ增加，將進(jìn)一步使E增加。所以轉(zhuǎn)速提高后，并勵(lì)發(fā)電機(jī)的空載電壓將升得更高些。思考與練習(xí)3、

某串勵(lì)電動(dòng)機(jī)，PN=14.7KW，UN=220V，IN=78.5A，nN=585r/min，Ra=0.26Ω（包括電刷接觸電阻）。欲在負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變條件下把轉(zhuǎn)速降到350,需串入多大電阻？答：對(duì)于串勵(lì)電動(dòng)機(jī)

思考與練習(xí)4、

他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)額定數(shù)據(jù)：PN＝5.6kW，UN＝220V，IN＝30A，nN＝1000r/min,電樞回路總電阻Ra＝0.4,TZ=0.8TN.試求：（1）如果電樞回路中串入電阻Ra＝0.8,求穩(wěn)定后的轉(zhuǎn)速和電流；（2）采用降壓調(diào)速使轉(zhuǎn)速降為500r/min，端電壓應(yīng)降為多少？穩(wěn)定后電流為多少？（3）如將磁通減少15％，穩(wěn)定后的轉(zhuǎn)速與電流；（4）如果端電壓與磁通都降低10％，求穩(wěn)定后的轉(zhuǎn)速與電流。答：額定運(yùn)行時(shí)，（1）串入電阻RZ＝0.8()，TZ=0.8TN，因電磁轉(zhuǎn)矩不變，所以Ia1＝0.8IN=24(A)（2）n2＝500r/min，因負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，所以穩(wěn)定后電流不變，Ia2＝0.8IN=24(A)

，因負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，穩(wěn)定后電流（4）U4＝0.9UN,穩(wěn)定后電流：思考與練習(xí)5、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)與題4相同，該機(jī)采用調(diào)壓調(diào)速，試問(wèn)：（1）若該機(jī)帶動(dòng)TZ＝TN的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，當(dāng)端電壓降為U＝1/3UN時(shí)，電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定電流與轉(zhuǎn)速為多少？能否長(zhǎng)期運(yùn)行？（2）若