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1、回顾1、直流电动机的启动方法：直接启动和降压启动2、电动机启动的基本要求,预习1、他励直流电动机的调速方法2、恒转矩调速与恒功率调速3、调速的性能指标,第7讲,第4章 他励直流电动机的运行,电机及拖动基础,4.2 他励直流电动机的调速,教学目的,掌握直流电动机调速方法熟悉调速方法与负载类型的匹配问题 掌握调速的性能指标,调速,机械调速:,电气调速:,改变传动机构速比,改变电动机参数,人为地改变电动机的机械特性，从而使负载工作点发生变化， 转速随之变化。,由,得调速方法：,降低电源电压U,减弱磁通,电枢回路串电阻,4.2 他励直流电动机的调速,第4章 他励直流电动机的运行,调速前后，电动机工作在
2、不同的机械特性上,机构复杂，需停机，有级调速。,n,T,TL,Ra,n0,nA,A,0,C,B,nB,Ra+Rc1,Ra+Rc1+Rc2,nC,保持UUN且 N不变，电枢回路中串入调速电阻Rc，使同一个负载得到不同转速,4.2.1 他励直流电动机的调速方法,1、电枢回路串电阻调速,基速向下调,A,第4章 他励直流电动机的运行,基速,双向调速,无级调速,有级调速,自然机械特性曲线上的工作点,串电阻RC后,工作点由AAB,调速过程电流变化曲线:调速前、后电流不变,调速过程转速变化曲线,结论：带恒转矩负载时，Ia与n无关 ( Ia=TL/CtN )。转速越低，串电阻越大, 损耗越大（ Ia2Ra）
3、。 串电阻越大，机械特性越软。低速运行时，当负载变动时，转速变化大，转速稳定性差。Ia大，R容量大，不易实现R值连续调节。,图 调速过程中电流和转速的变化情况,1、电枢回路串电阻调速,第4章 他励直流电动机的运行,只适用于容量小，低速运行时间短，对调速要求不高的场合。,(1)实现简单，操作方便； (2)低速时机械特性变软，相对稳定性变差,静差率增大；(3)只能在基速以下调速，因而调速范围较小，一般D 2;(4)由于串接电阻上要消耗电功率，因而经济性较差，而且转速越低，能耗越大;(5)调速不够平滑，属于有级调速。,第4章 他励直流电动机的运行,1、电枢回路串电阻调速,电枢串电阻调速的特点：,因此
4、，电枢串电阻调速的方法多用于对调速性能要求不高的场合，如过去的起重机、电车等，现在已不多见。,U,n0,n,调速过程：a-b-c,降压较大时，会出现回馈制动,2、降低电源电压调速,第4章 他励直流电动机的运行,保持电动机的 N不变且无外接电枢电阻， 仅降低施加于电动机电枢两端电压U达到调速的目的， 称为降压调速。,同理降低电源电压调速如拖动恒转矩负载，Ia与n无关。降低U，n0降低， Ia 与Ra不变，损耗不变。机械特性硬度不变。,优点：1）电源电压能够平滑调节，可实现无级调速。,2）调速前后的机械特性的斜率不变，硬度较高，稳定性好。,3）无论轻载还是负载，调速范围相同，一般可达 D=2.51
5、2。,4）电能损耗较小。,缺点： 需要一套电压可连续调节的直流电源。,降压调速的性能好，目前被广泛用于自动控制系统中。如轧钢机，龙门刨床等。,2、降低电源电压调速,第4章 他励直流电动机的运行,在电动机励磁电路中，串接可调电阻Rf，If ， ,n,调速过程：a-b-c,在突然增磁中，会出现回馈制动,3、弱磁调速,第4章 他励直流电动机的运行,弱磁调速前、后的电枢电流和转速的变化情况,减弱磁通调速前、后转速变化曲线,减弱磁通前、后的电枢电流变化曲线,结论：磁场越弱，转速越高。因此电机运行时励磁回路不能开路。,第4章 他励直流电动机的运行,弱磁调速的特点：,1）由于励磁电流I f Ia ，因而控制
6、方便，能量损耗小；2）可连续调节电阻值，以实现无级调速；,弱磁调速的调速范围小，所以很少单独使用，一般都与调压调速配合，以获得很宽范围的、高效、平滑而又经济的调速。,3）在基速以上调速，由于受电机机械强度和换向火花的限制，转速不能太高，一般约为（1.21.5）nN ，特殊设计的弱磁调速电动机，最高转速为（34）nN ，因而调速范围窄。,例4-4 一台直流他励电动机，其额定数据为：N100K，N511A，N220，nN=1500r/min，电枢电路总电阻a=0.04 ，电动机拖动额定恒转矩负载运行,由,且为额定恒转矩负载转矩：Ia=IN,得,解,第4章 他励直流电动机的运行,(1)现用电枢串电阻
7、的方法将转速调至600r/min， 应在电枢电路内串多大电阻？,(2)现在用调节电枢电压的方法调速，将电枢电压降低至额定电压的50%，即U=110V求电动机的稳定转速是多少？,解 调速后，因负载转矩未变，磁通也未变，故电枢电流也未变，即Ia=IN；,由电动势平衡方程式,得电动机降压后的稳定转速,(3)用弱磁的方法调速，磁通减小10%时。试求：调速瞬间的电枢电流。调速后的稳定电枢电流和转速。,可见磁通减小10%的瞬间，电枢电流增大一倍。同时电磁转矩也增大，电动机加速。,因为瞬间转速来不及变，即n=1500r/min，磁通降为额定时的90% ，有：,解 求调速瞬间的电枢电流,求调速后的稳定电枢电流
8、和转速,因为调速前后的负载转矩不变，故调速前后的电磁转矩也不变，即,调速后的稳定转速为,从以上计算可知，弱磁调速后，电动机的转速提高，对于恒转矩负载来说，同时电枢电流比调速前大。,第4章 他励直流电动机的运行,例4-4 一台直流他励电动机，其额定数据为：N100K，N511A，N220，nN=1500r/min，电枢电路总电阻a=0.04 ，电动机拖动额定恒转矩负载运行,(3)用弱磁的方法调速，磁通减小10%时。试求：调速瞬间的电枢电流。调速后的稳定电枢电流和转速。,解,调速方式 ：,4.2.2 恒转矩调速与恒功率调速,第4章 他励直流电动机的运行,额定运行是电机最佳运行方式。,做到充分利用：
9、电枢电流为额定值。,在调速范围内保持电流Ia=IN，如果电动机的T恒定不变，则称为恒转矩调速方式；如果电动机的电磁功率恒定，则称之为恒功率调速方式。,电动机在调速时具备的负载能力，既要充分利用电机又要保证电机的使用寿命。,4.2.2 恒转矩调速与恒功率调速,1、恒转矩调速方式,第4章 他励直流电动机的运行,电枢串电阻调速和降压调速时，磁通保持不变，若在不同转速下保持电流Ia=IN不变，即电机得到充分利用,在整个调速范围电磁转矩为常数。,2、恒功率调速方式,第4章 他励直流电动机的运行,减弱磁通调速时，磁通是变化的，在不同转速下若保持电流不变Ia=IN ，即电机得到充分利用。,在整个调速范围内电
10、磁功率为常数。,第4章 他励直流电动机的运行,3、负载类型与调速方式的配合,T,（选择TN）,TL,3、负载类型与调速方式的配合,第4章 他励直流电动机的运行,如果额定转矩选在最高转速对应转矩处，只有一点是匹配的，其他情况电机转矩均小于负载转矩，电机超载运行。,设负载转矩特性如图中蓝线,电机电磁转矩如绿线,在额定转速以下恒转矩调速方式：在所有转速下电机都能满载运行， 能得到充分利用。,在额定转速以上仍用恒转矩方式：电动机的转矩比负载需要的转矩大得多， 电动机没充分利用，造成浪费。,1.调速范围,4.2.3 调速的性能指标,第4章 他励直流电动机的运行,TN,电动机在额定负载下可能运行的最高转速
11、与 最低转速之比，通常又用D 表示:,不同的生产机械对调速范围的要求不同，例如车床 20120 ，龙门刨床1040，轧钢机 3120，造纸机320 等。,%越小，负载变化时转速的变化越小，转速相对稳定性越好,静差率:在某一调节转速下，电动机从理想空载转速到额定负载时的转速变化率。,2.调速的相对稳定性（静差率）,TN,第4章 他励直流电动机的运行,TN,图 降低电压调速时静差率与调速范围,2.调速的相对稳定性（静差率）,第4章 他励直流电动机的运行,系统允许静差率的最大值,3.调速的平滑性,平滑系数：相邻两级转速之比,1，则平滑性好， 当 =1时，称为无级调速，即转速可以连续调节。 调速不连续时，级数有限，称为有级调速。,4.调速的经济性 对调速设备的投资和电能消耗等经济效果的综合比较。,第4章 他励直流电动机的运行,第4章 他励直流电动机的运行,回顾1、他励直流电动机的调速方法2、恒转矩调速与恒功率调速3、调速的性能指标,预习他励直流电动机的电动与制动运行,第7讲,练习P103 4.4 4.5 4.6,作业P105 4.2 4.4 4.6 4.7,第5讲,
