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1、第第3 3章章 直流电机的起动、调速和制动直流电机的起动、调速和制动3.1 3.1 直流电动机的起动直流电动机的起动 3.2 3.2 直流电动机的调速直流电动机的调速 3.3 3.3 直流电动机的制动直流电动机的制动 3.4 3.4 直流电动机的各种运行状态直流电动机的各种运行状态 3.5 3.5 电力拖动系统的过渡过程电力拖动系统的过渡过程 小结小结3-3-1 13.1 3.1 直流电动机的起动直流电动机的起动3-3-2 23.1.1 3.1.1 直接起动直接起动 3.1.2 3.1.2 电枢回路串电阻起动电枢回路串电阻起动 3.1.3 3.1.3 降电压起动降电压起动电动机接上电源后，转速
2、从零到达稳定转速的过程称为起动过电动机接上电源后，转速从零到达稳定转速的过程称为起动过 程程起动的原则：起动的原则：1 1）起动转矩足够大；）起动转矩足够大；2 2）起动电流小；）起动电流小； 3 3）起动设备简单，可靠，经济。）起动设备简单，可靠，经济。3.1.1 3.1.1 直直接接起动起动3-3-3 3不采取任何限流措施，直接加额定电压的起动称直接起动不采取任何限流措施，直接加额定电压的起动称直接起动 直接起动的直接起动的优点优点: :起动转矩很大，不需另加起动设备，操作简便起动转矩很大，不需另加起动设备，操作简便 。 缺点缺点：起动电流很大，一般可达额定的：起动电流很大，一般可达额定的
3、10102020倍。倍。 n=0,En=0,Ea a= =C Ce enn=0,=0,I Ia a=(U-E=(U-Ea a)/R)/Ra a=U/R=U/Ra a结论结论：1)1)换向情况恶化，产生严重的火花换向情况恶化，产生严重的火花, ,损坏换向器损坏换向器2)2)过大转矩将损坏拖动系统的传动机构过大转矩将损坏拖动系统的传动机构3)3)因此在起动时，除低压、小容量外，因此在起动时，除低压、小容量外，DCMDCM一般不容许一般不容许 直接起动。必须设法限制电枢电流。直接起动。必须设法限制电枢电流。4 4）DCMDCM起动和运行中须保证励磁始终正常。起动和运行中须保证励磁始终正常。 simu
4、lationsimulation3.1.2 3.1.2 电枢回路串电阻电枢回路串电阻起动起动3-3-4 4最初起动电流：最初起动电流：I Ist st=U/(=U/(R Ra a+R+Rst st) ) 最初起动转矩：最初起动转矩：T Tst st= =C CT TIIst st为了在限定的电流为了在限定的电流I Ist st下获得较大的起动转矩下获得较大的起动转矩T Tst st, ,应该使磁通应该使磁通尽可尽可 能大些，因此起动时串联在励磁回路的电阻应全部切除。能大些，因此起动时串联在励磁回路的电阻应全部切除。 有了一定的转速有了一定的转速n n后，电势后，电势E Ea a不再为不再为0
5、0，电流，电流I Ist st会逐步减小，转矩会逐步减小，转矩T Tst st也会逐步减小。也会逐步减小。 为了在起动过程中始终保持足够大的起动转矩，一般将起动器设为了在起动过程中始终保持足够大的起动转矩，一般将起动器设 计为多级，随着转速计为多级，随着转速n n的增大，串在电枢回路的起动电阻的增大，串在电枢回路的起动电阻R Rst st逐级逐级 切除，进入稳态后全部切除。切除，进入稳态后全部切除。 起动电阻起动电阻R Rst st一般设计为短时运行方式，不容许长时间通过较大一般设计为短时运行方式，不容许长时间通过较大 的电流。的电流。3.1.2 3.1.2 电枢回路串电阻电枢回路串电阻起动起
6、动3-3-5 5分级起动时 可将每一级的 I1（或 T1）与 I2 ( 或 T2) 取得大小一致， 以使电动机有比较均匀的加速 度， 这能改善电动机的换向情况， 缓和转矩对传动机构与工作机 械的有害冲击simulationsimulation动画来自动画来自http:/202.120.159.3/kejian/caisong/http:/202.120.159.3/kejian/caisong/3.1.2 3.1.2 降降电压电压起动起动3-3-6 6对于他励直流电动机，可以采用专门设备降低电枢回路的对于他励直流电动机，可以采用专门设备降低电枢回路的 电压以减小起动电流电压以减小起动电流, ,
7、 适用于电动机的直流电源是可调的适用于电动机的直流电源是可调的3.2 3.2 直流电动机的调直流电动机的调速速3-3-7 73.2.13.2.1电枢串电阻调速电枢串电阻调速 3.2.2 3.2.2 改变电枢电源电压调速改变电枢电源电压调速 3.2.3 3.2.3 弱磁调速弱磁调速 3.2.4 3.2.4 调速的性能指标调速的性能指标拖动一定的负载运行，其转速由工作点决定。如果调节某些参数拖动一定的负载运行，其转速由工作点决定。如果调节某些参数 ，则可以改变转速。，则可以改变转速。 n=U/(Cn=U/(Ce e)-(R)-(Ra a+R+Rp p)/(C)/(Ce eC CT T2 2)T=)
8、T=n n0 0-T-T 实质上都是改变了电动机的机械特性，使之与负载机械特性的交实质上都是改变了电动机的机械特性，使之与负载机械特性的交 点改变，达到调速的目的。点改变，达到调速的目的。3.23.2.1 .1电枢串电阻调速电枢串电阻调速3-3-8 8 调节电阻调节电阻R Rp p增大时，电动机机械增大时，电动机机械 特性的斜率增大，与负载机械特性特性的斜率增大，与负载机械特性 的交点也会改变，达到调速目的。的交点也会改变，达到调速目的。优点：优点：设备简单、操作简单。设备简单、操作简单。缺点缺点：只能降速，低转速时变化率较大，电枢电流较大：只能降速，低转速时变化率较大，电枢电流较大 ，不易连
9、续调速，有损耗。，不易连续调速，有损耗。simulationsimulation3.23.2.2 .2 改变电枢电源电压调改变电枢电源电压调速速3-3-9 9因为，提高电动机电枢端电压受到因为，提高电动机电枢端电压受到 绕组绝缘耐压的限制绕组绝缘耐压的限制 所以，根据规定电枢电压只容许比所以，根据规定电枢电压只容许比 额定电压提高额定电压提高 30 %30 %， 实际上改变实际上改变 U Ua a 应用在降压的方向应用在降压的方向 ，即从额定转速向下调速。，即从额定转速向下调速。 降低电枢电压时，电动机机械特性降低电枢电压时，电动机机械特性 平行下移。负载不变时，交点也下平行下移。负载不变时，
10、交点也下 移，速度也随之改变。移，速度也随之改变。3.23.2.2 .2 改变电枢电源电压调速改变电枢电源电压调速3-3-1010电枢由晶闸管整流供电的直流调速电枢由晶闸管整流供电的直流调速晶闸管装置调节发电机励磁的发晶闸管装置调节发电机励磁的发 电机电机- -电动机机组调速电动机机组调速优点：优点：调速后，转速稳定性不变、无级、平滑、损耗小。调速后，转速稳定性不变、无级、平滑、损耗小。 缺点：缺点：只能下调，且专门设只能下调，且专门设 备，成本大。（可控硅调压备，成本大。（可控硅调压 调速系统）调速系统） 3.23.2.3 .3 弱磁调速弱磁调速3-3-1111减少励磁电流时，磁通减少励磁电
11、流时，磁通减少，电动机机械特性减少，电动机机械特性n n0 0点和点和 斜率增大。负载不变时，交点也下移，速度也随之改斜率增大。负载不变时，交点也下移，速度也随之改 变。变。因为，一般电动机的额因为，一般电动机的额 定磁通已设计得使铁心定磁通已设计得使铁心 接近饱和，接近饱和， 所以，改变磁通一般应所以，改变磁通一般应 用在弱磁的方向，称为用在弱磁的方向，称为 弱磁调速，弱磁调速， 一般可以使转速从额定一般可以使转速从额定 值向上调节值向上调节3.23.2.3 .3 弱磁调速弱磁调速3-3-1212优点：优点：对功率较小的励磁电路对功率较小的励磁电路 进行调节进行调节; ;控制方便控制方便;
12、; 能量损耗小能量损耗小; ;调速的平滑性较调速的平滑性较 高。高。 常和额定转速以下的降压调速常和额定转速以下的降压调速 配合应用，以扩大调速范围配合应用，以扩大调速范围缺点缺点：只能上调。：只能上调。 3.23.2.4 .4 调速的性能指标调速的性能指标3-3-13131 1 调速范围调速范围D D电动机在额定负载下，电动机在额定负载下，最大转最大转 速速 n nmaxmax 与最小转速与最小转速 n nminmin 之比之比 ，对负载很轻的生产机械，对负载很轻的生产机械， 可用实际负载下的最高与最低可用实际负载下的最高与最低 转速来计算转速来计算3.23.2.4 .4 调速的性能指标调速
13、的性能指标3-3-14141 1 调速范围调速范围D D不同生产机械要求的调速范围生产机械类型生产机械类型调速范围调速范围 车床车床20-12020-120 龙门刨床龙门刨床10-4010-40 机床的进给机构机床的进给机构5-2005-200 轧钢机轧钢机3-1203-120 造纸机造纸机3-203-203.23.2.4 .4 调速的性能指标调速的性能指标3-3-15152 2 静差率静差率 相对稳定性的程度用静差率相对稳定性的程度用静差率 来表示，是电动机在同一条机来表示，是电动机在同一条机 械特性上额定负载时转速降落械特性上额定负载时转速降落 nn与该机械特性的理想空载与该机械特性的理想
14、空载 转速转速N N0 0之之比。表明负载变化引比。表明负载变化引 起转速变化的大小程度，静差起转速变化的大小程度，静差 率与调速范围是互相联系的两率与调速范围是互相联系的两 项指标，项指标， 系统可能达到最低速系统可能达到最低速 n nminmin 决决 定于低速特性的静差率定于低速特性的静差率 调速范围调速范围 D D 与低速静差率与低速静差率 间的关系。间的关系。0TeNTen0an0bab nNa nNb nO不同转速下的静差率 静差率与机械特性硬度的区别然而静差率和机然而静差率和机 械特性硬度又是有区械特性硬度又是有区 别的。一般调压调速别的。一般调压调速 系统在不同转速下的系统在不
15、同转速下的 机械特性是互相平行机械特性是互相平行 的的 。对于同样硬度的。对于同样硬度的 特性，理想空载转速特性，理想空载转速 越低时，静差率越大越低时，静差率越大 ，转速的相对稳定度，转速的相对稳定度 也就越差。也就越差。3.23.2.4 .4 调速的性能指标调速的性能指标n n例如：在例如：在1000r/min1000r/min时降落时降落10r/min10r/min，只占只占1%1% ；在；在100r/min100r/min时同样降落时同样降落10r/min10r/min，就占就占10%10% ；如果在只有；如果在只有10r/min10r/min时，再降落时，再降落10r/min10r/
16、min， 就占就占100%100%，这时电动机已经停止转动，转，这时电动机已经停止转动，转 速全部降落完了。速全部降落完了。因此，调速范围和静差率这两项指标因此，调速范围和静差率这两项指标 并不是彼此孤立的，必须同时提才有意义并不是彼此孤立的，必须同时提才有意义 。调速系统的静差率指标应以最低速时所。调速系统的静差率指标应以最低速时所 能达到的数值为准。能达到的数值为准。 静差率与机械特性硬度的区别3.23.2.4 .4 调速的性能指标调速的性能指标3-3-17173.23.2.4 .4 调速的性能指标调速的性能指标设：电机额定转速nN为最高转速，转速降落为nN，则按 照上面分析的结果，该系统的静差率应该是最低速时的静 差率，即 调速范围、静差率和额定速降之间的关系3-3-1818表示调压调速系统的调速范围、静差率和额定速降之间所应满足的关系。对于同一 个调速系统， nN 值一定，由式
