《电机及拖动基础 教学课件 ppt 作者 刘景林 罗玲 付朝阳 编著第四章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电机及拖动基础 教学课件 ppt 作者 刘景林 罗玲 付朝阳 编著第四章（89页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第四章 直流电机的起动调速及四象限运行,第一节 直流电动机的起动 第二节 直流电动机的调速 第三节 直流电动机的四象限运行 第四节 电力拖动系统的过渡过程,第一节 直流电动机的起动,直流电动机额定电压下直接起动的瞬间 ， ， 起动电流 ，通常为额定电枢电流的十几倍。 起动转矩 。因此，直流电动机一般不允许 直接起动。 直流电动机的常用起动方法有电枢回路串电阻起动和降 压起动两种。,第一节 直流电动机的起动,逐步切除起动电阻 的方法可保证起动过程 的平稳，机械特性如左 图所示。起动完成后， 切除全部起动电阻，电 机稳定运行在 A 点。,一电枢回路串电阻起动 电枢回路串电阻 ，可限制起动电流为 。
2、,第一节 直流电动机的起动,起动过程可以 逐渐升高电压 U 至 机械特性如左图 所示，稳定运行于 A 点。,二降电压起动 降低电源电压 U ，可以有效地限制起动电流为 。,第一节 直流电动机的起动,例4.1 一台他励直流电动机，额定功率 ，额定电压 ，额定电流 ，额定转速 ， 电枢回路总电阻 ，拖动额定的恒转矩负载运行， 忽略空载转矩。 (1)若采用电枢回路串电阻起动，起动电流 时，计算应串入的电阻值及起动转矩。 (2)若采用降压起动，条件同上，电压应降至多少并计算起动转矩。,第一节 直流电动机的起动,解: （1）应串电阻 额定转矩 起动转矩,第一节 直流电动机的起动,（2）起动电压 起动转矩
3、,第二节 直流电动机的调速,一直流电动机的调速方法 直流电动机可在宽广的范围内平滑调速。改变电动机机械 特性即可以达到调速的目的。 本节将介绍直流电动机的三种调速方法。 电枢串电阻调速 降低电源电压调速 弱磁调速,第二节 直流电动机的调速,1. 电枢串电阻调速,电枢回路中串 入不同电阻时，直 流电动机运行于不 同转速，如左图所 示。,将电动机运行于固 有机械特性上的转速称 为基速。电枢回路串电 阻调速的方向只能是从 基速向下调节。,第二节 直流电动机的调速,电枢回路串电阻的人为机械特性是一组过理想空载转速 点 向下倾斜的直线，串入的调速电阻越大，机械特性越倾 斜。低速运行时，负载的会引起转速发
4、生较大的变化，转速 的稳定性较差。,拖动恒转矩负载时电动机电枢电流与电动机转速无关， 保持恒定,第二节 直流电动机的调速,2降低电源电压调速,降压调速的机械 特性如左图所示。负 载为恒转矩负载时， 调速方向也是从基速 向下调节。,第二节 直流电动机的调速,降低电源电压的人为机械特性是一组平行直线，机械特 性的斜率不变。电源电压连续变化时，转速也连续变化，与 串电阻调速相比，这种速度调节要平滑得多，称为无级调速。,拖动恒转矩负载时电动机电枢电流与电动机转速无关， 只取决于负载转矩：,第二节 直流电动机的调速,3弱磁调速,左图所示为直流电动机带恒转矩负载时弱磁升速的机械特性。结合转速公式可知：磁通
5、越小，转速越高。弱磁调速是从基速向上调节。,第二节 直流电动机的调速,若电动机拖动的是恒转矩负载，有：,假设磁路不饱和，忽略电枢反应和电枢回路电阻可得： 上式表明在恒转矩负载情况下，减小励磁电流将使电机 转速升高，输出功率随之增加。,第二节 直流电动机的调速,例4.2 他励直流电动机，额定功率 ，额定电压 ， 额定电流 ，额定转速 ，电枢回路总电 阻 ，忽略空载转矩，电动机带额定负载运行时，要求 把转速降到 ，计算： (1)采用电枢串电阻调速需串入的电阻值； (2)采用降低电源电压调速，电源电压是多少； (3)上述两种调速情况下，电动机输入功率与输出功率各是多 少？,第二节 直流电动机的调速,
6、解： (1) 理想空载转速 额定转速降落,第二节 直流电动机的调速,电枢串电阻后转速降落 设电枢串电阻为R，则有,第二节 直流电动机的调速,(2)降压后的理想空载转速 降压后的电源电压为 ，则,第二节 直流电动机的调速,(3)电动机输出转矩 输出功率,第二节 直流电动机的调速,电枢串电阻降速时输入功率 降低电源电压降速时输入功率,第二节 直流电动机的调速,二调速的性能指标 调速的性能指标反映了对调速的要求，也是决定电动机 选择何种调速方法的依据，主要性能指标有四个：,调速范围 静差率 调速的平滑性 调速的经济性,第二节 直流电动机的调速,1调速范围 调速范围是指电动机在额定负载转矩下调速时，最
7、高转 速与最低转速之比。,第二节 直流电动机的调速,2静差率 静差率也称转速变化率，是指电动机由理想空载到额定 负载时转速的变化率，用 表示。 静差率 越小，负载变化时，转速变化也越小。,第二节 直流电动机的调速,左图中给出了他 励直流电动机的固有 机械特性和降低电源 电压调速时的人为机 械特性。,(1) 当机械特性斜率一定时，理想空载转速 越高，静 差率 越小。,降低电源电压调 速时，电压最低的人 为机械特性上的静差 率满足要求时，其他 各条机械特性上的静 差率就都满足了要求。,电枢串电阻调速 时，所串电阻最大的 机械特性上的静差率 满足要求时，其他各 条特性上的静差率便 都能满足要求。,第
8、二节 直流电动机的调速,左图中给出了他 励直流电动机的固有 机械特性与电枢串电 阻的人为机械特性。,(2) 当理想空载转速 一定时，机械特性斜率越小，额定转矩 时的转速降落 就越小，静差率 也就越小。,当拖动额定负载 时，固有机械特性 上转速降落为 ， 而人为机械特性上转 速降落为 。,比较以下两图，静差率 一定时，降低电源电压调速比 电枢串电阻调速的调速范围大。,第二节 直流电动机的调速,由下图可知，当采用同一种方法调速时，若静差率 越大，则调速范围 D 越宽。,第二节 直流电动机的调速,调速范围 D 一定时，不同的调速方法，其静差率也不同。,左图中，降压调速和串 电阻调速的调速范围 D 相
9、同， 由于降压调速的理想空载转 速小，结合式 ， 降压调速的静差率 就比串 电阻调速的小。,第二节 直流电动机的调速,例4.3 某他励直流电动机， ， ， ， ，电枢回路总电阻 ，求下列各种情况 下电动机的调速范围： （1） 静差率 ，电枢串电阻调速； （2） 静差率 ，电枢串电阻调速； （3） 静差率 ，降低电源电压调速。,第二节 直流电动机的调速,解： （1）电动机的 理想空载转速,第二节 直流电动机的调速,由 静差率 =30%时的最低转速 调速范围,第二节 直流电动机的调速,（2）最低转速 调速范围,第二节 直流电动机的调速,（3）额定转矩时的转速降落 最低转速相应机械特性的理想空载转速
10、 最低转速 调速范围,第二节 直流电动机的调速,3. 调速的平滑性 相邻两级转速中，高一级转速 与低一级转速 之比 定义为平滑系数 ： 越小，调速越平滑。无级调速时， 趋近于1。,第二节 直流电动机的调速,4调速的经济性 调速的经济性主要考虑调速设备的投资、调速时电能的损耗、运行时的维修费用等。,第二节 直流电动机的调速,三调速方式 在调速过程中，保持电枢电流 不变，若电动机电 磁转矩恒定不变，则称这种调速方法为恒转矩调速方式；若电 动机电磁功率恒定不变，则称这种调速方法为恒功率调速方式。,恒转矩调速方式与恒转矩负载相匹配； 恒功率调速方式与恒功率负载相匹配。,下面将分析电动机调速方式与负载性
11、质不同时的匹配情况。,第二节 直流电动机的调速,使电动机低速运行 时的额定转矩等于负载 转矩，此时，矩形的面 积 代表电动机输 出的功率，输出功率与 负载功率平衡；,高速时，矩形 的面积代表 电动机输出的功率。,而矩形 的面 积代表电动机在高速下 能够输出的功率，可见， 电动机的能力没有充分 发挥。, 电动机采用恒转矩调速方式拖动恒功率负载运行。,第二节 直流电动机的调速,电动机恒转矩调速下输 出功率的能力由矩形 的面积代表； 而恒功率负载的功率由 曲边形 的面积代表。 显然，电动机的能力超 出了负载功率。,第二节 直流电动机的调速,使系统在高速运行时负 载转矩等于电动机额定转矩， 此时，矩形
12、 的面积代 表电动机输出的功率，输出 功率与负载功率平衡；,电动机采用恒功率调速（弱磁升速）拖动恒转矩负载运行。,低速时，矩形 的面积代表 电动机输出的功率。,矩形 的面 积代表电动机在低速下 能够输出的功率，可见， 电动机的能力没有充分 发挥。,第二节 直流电动机的调速,电动机在恒功率调速方式，其输出功率的能力由曲边形 的面积代表；,而恒转矩负载的功率由矩形 的面积代表。显然， 电动机的能力超出了负载功率。,第二节 直流电动机的调速,以上关于调速方式的分析，归纳为以下两点： (1) 恒转矩调速方式与恒功率调速方式都是用来表征电动 机采用某种调速方法时所具有的负载能力，并不是指 电动机的实际负
13、载。 (2) 电动机的调速方式与其实际负载匹配时电动机才能得 到充分利用。,第二节 直流电动机的调速,例4.4 某他励直流电动机，额定功率 ，额定电压 = 220V，额定电流 =100A，电枢电阻 ，额定转速 =1500 r/min，额定励磁电压 =110V，电动机在额定电压额 定磁通时，拖动某负载运行的转速为 =1550r/min，当负载要 求向下调速，最低转速 =500r/min，采用降压调速方法， 计算下面两种情况下电枢电流的变化范围。 (1)负载为恒转矩负载； (2)负载为恒功率负载。,第二节 直流电动机的调速,解：额定电动势 转速为 =1550r/min时的感应电动势 电枢电流,第二
14、节 直流电动机的调速,（1）若负载为恒转矩时，电动机降压调速，为恒转矩调速方 式，电枢电流不变。,（2）若负载为恒功率时，负载功率为 式中， 为转速为 =1550r/min时的负载转矩。,第二节 直流电动机的调速,降低电源电压调速后的负载功率为 式中， 为降压调速转速为 时负载转矩的值。因此,第二节 直流电动机的调速,降压调速时，保持 ，由 ，因此对 应 的电枢电流 为 因此，电流变化范围是 3093A 。,第三节 直流电动机的四象限运行,电动机可稳定运行在其机械特性与负载转矩特性的交点 上。直流电动机的各种人为机械特性曲线和负载转矩特性曲 线分布在四个象限，改变电机的相关参数可使直流电动机在 四个象限内稳定运行。,第三节 直流电动机的四象限运行,一电动运行 1. 正向电动运行,直流电动机的端电 压为正，其机械特性与 负载特性的交点在第 象限，电磁转矩与转速 同方向，为拖动性质的 转矩。,第三节 直流电动机的四象限运行,电动运行时功率流向关系为：电机输入功率 ， 电机从电网吸收电功率。电磁功率 ，电机 将吸收的电功率通过电磁作用转换为机械功率。输出功率 ，电机向负载提供机械功率。,第三节 直流电动机的四象限运行,2.反向电动运行,直流电动机的端 电压为负，电动
