電機(jī)學(xué)直流電機(jī)調(diào)速

1、第四節(jié) 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速,調(diào)速的性能指標(biāo) 調(diào)速的方法 調(diào)速過(guò)程中的功率和轉(zhuǎn)矩 調(diào)速方法與負(fù)載特性的配合,第四節(jié) 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,調(diào)速的目的：改變生產(chǎn)機(jī)械的工作速度，提高生產(chǎn)率。 方法：機(jī)械方法、電氣方法、機(jī)械電氣配合。 機(jī)械方法：改變轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的速比實(shí)現(xiàn)，機(jī)構(gòu)復(fù)雜。 電氣方法：機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但電氣結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 在一定負(fù)載下可獲得多種速度。,他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特性： 可見(jiàn)，要改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，有三種方法：,（1）調(diào)節(jié)電樞端電壓U；降壓方向，從nN向下調(diào) （2）調(diào)節(jié)勵(lì)磁磁通；弱磁調(diào)速，從nN向上調(diào) （3）調(diào)節(jié)電樞外串電阻R；從nN向下調(diào) 特點(diǎn)：人為地改變電氣參數(shù),T,n,o,A,B,D,C,

2、T1,T2,調(diào)速的概念： 從A到B？ 從C到D？ 從A到C？ 從B到D？ 哪些是調(diào)速？,一、調(diào)速指標(biāo)： 兩大指標(biāo)：技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。 （一）、技術(shù)指標(biāo)： 包括調(diào)速范圍D，靜差率%， 平滑性，調(diào)速時(shí)的允許輸出。 1、調(diào)速范圍D： 不同生產(chǎn)機(jī)械要求的調(diào)速范圍是不同的。,車(chē)床D=20-120；龍門(mén)刨床D=10-40； 軋鋼機(jī)D=3-120；造紙機(jī)D=3-20等。 D指生產(chǎn)機(jī)械的總的調(diào)速范圍。 機(jī)械和電氣配合的為兩者調(diào)速范圍的乘積。 主要研究電氣的調(diào)速范圍D 電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載下可能達(dá)到的最高與最低轉(zhuǎn)速之比。 （不同負(fù)載下調(diào)速范圍不同） 要擴(kuò)大D增大nmax，受電機(jī)機(jī)械強(qiáng)度換向等控制。 降低nmin，

3、受運(yùn)行時(shí)的相對(duì)穩(wěn)定性限制。 （負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化時(shí)轉(zhuǎn)速的 變化）,2、靜差率：（相對(duì)穩(wěn)定性）% 在一定機(jī)械特性上運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)由理想 空載加到額定負(fù)載，所出現(xiàn)的轉(zhuǎn)速降nN與理 想空載轉(zhuǎn)速之比：（與額定轉(zhuǎn)速變化率不同）,電力拖動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)速范圍 D 應(yīng)在一定的靜差 率%條件下得到。一般電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速 為 其最高轉(zhuǎn)速 nmax =nN ，在低速時(shí)，系統(tǒng)滿足一定 低速靜差率，以降壓調(diào)速為例，可有關(guān)系：,nN,T,n,n0,TN,0,n0,nN,nN,可見(jiàn)，當(dāng)額定轉(zhuǎn)速與低速靜差率一定時(shí)，要擴(kuò)大 D ， 必須減小額定轉(zhuǎn)速降落nN ，即提高特性硬度。,nN,用小數(shù)值表示的低速靜差率。 nN低速時(shí)額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速

4、降落。,例題：一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，其數(shù)據(jù)如下：,要求 D ，已知靜差率和額定轉(zhuǎn)速(最高轉(zhuǎn)速) 從關(guān)系式：,需要求低速時(shí)的額定轉(zhuǎn)速降落nN,對(duì)降壓調(diào)速或串電阻調(diào)速， 需要求理想空載轉(zhuǎn)速n0,T,T1,0,n,n0,n0,0,T1,T,n,n0,nN,nN,nmin,nN,降壓調(diào)速,串電阻調(diào)速,采用降壓調(diào)速時(shí)：,可見(jiàn)：靜差率要求越小(指標(biāo)越高)， 系統(tǒng)的調(diào)速范圍越小。,采用串電阻調(diào)速時(shí)：,可見(jiàn)：同一臺(tái)電機(jī)，在相同靜差率要求下， 采用降壓調(diào)速比串電阻調(diào)速獲得的D更大。,(1)、電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性愈硬，靜差率愈小， 相對(duì)穩(wěn)定性愈好。 調(diào)速時(shí)，在低速處要求靜差率 % 某一允許值 普通車(chē)床：%30%， 精度高

5、的造紙機(jī)要求%0.1%,（2）%與機(jī)械特性的硬度有關(guān)，但又有不同之處。 如圖中： 1 、3硬度同， nN1 =nN3 ， 但%不同，因 n0不同。1%3%。 當(dāng)硬度相同時(shí)，n0 愈低，%愈大。 難以滿足生產(chǎn)機(jī)械的要求。,nN1,nN3,nN2,1,3,2,n0,n0,0,T,n,不同調(diào)速要求 應(yīng)采用不同的 調(diào)速方案,3、平滑性： 在一定的調(diào)速范圍內(nèi)，調(diào)速的級(jí)數(shù)愈多 則認(rèn)為愈平滑。平滑系數(shù) 相鄰兩級(jí)轉(zhuǎn)速之比， =1為無(wú)級(jí)調(diào)速，連續(xù)可調(diào)，級(jí)數(shù)接近于無(wú)窮大， 一般取為1.26,1.14,1.58 等。,4、調(diào)速時(shí)的容許輸出 指電機(jī)在得到充分利用的情況下， 在調(diào)速過(guò)程中軸上所能夠輸出的功率和轉(zhuǎn)矩。 T

6、=CTIa P=T/1000=(T/1000)*(2n/60)=Tn/9550 P的單位為千瓦。 不同類(lèi)型的電機(jī)采用不同的調(diào)速方法， 容許輸出的功率與轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律的不同的。,電動(dòng)機(jī)在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，實(shí)際輸出的功率與轉(zhuǎn)矩 由負(fù)載決定。不同n下，不同負(fù)載需要的功率P2 與Tz是不同的。實(shí)際輸出與容許輸出是不同的。,（二）、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)： 1、設(shè)備投資 2、運(yùn)行費(fèi)用：取決于調(diào)速過(guò)程中的損耗， 用設(shè)備的效率表示。 P調(diào)速時(shí)的損耗功率 P2電動(dòng)機(jī)軸上輸出功率 他勵(lì)電機(jī)電樞串電阻調(diào)速經(jīng)濟(jì)性差。 弱磁調(diào)速經(jīng)濟(jì)性好！,T,n1,n2,n3,n4,0,n,R1,R2,R3,R4,a,b,c,二、降低電樞端電壓調(diào)

7、速： (一)、電樞串電阻：,n0,R1 R2 R3 R4,Tz,T1,1、物理過(guò)程： 電樞串電阻后，電阻上流過(guò)電流產(chǎn)生壓降， 使電樞端電壓降低。 從圖可知：電樞端電壓的數(shù)值受負(fù)載影響很大， 轉(zhuǎn)速受負(fù)載的影響也很大，在空載時(shí)幾乎沒(méi)有 調(diào)速作用。 在負(fù)載Tz下，串不同電阻得到不同轉(zhuǎn)速， n1 n2 n3 n4,2、特點(diǎn)： 調(diào)速指標(biāo)不高，調(diào)速范圍不大，有級(jí)調(diào)速。,損耗,效率,3、經(jīng)濟(jì)性分析： 電動(dòng)機(jī)吸收電網(wǎng)功率為：,電樞串電阻調(diào)速不經(jīng)濟(jì)。 但方法簡(jiǎn)單，控制設(shè)備不復(fù)雜， 一般用于串勵(lì)或復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的電車(chē)等。 為提高機(jī)械特性的硬度，在串接電阻R的同時(shí)， 再在電樞兩端并聯(lián)電阻RB,分析： 若電機(jī)帶額

8、定恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載， 隨著n的降低，損耗增大，效率降低。 如當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)為 時(shí)，從電網(wǎng)吸收 功率的一半將消耗在電樞總電阻上，效率僅為50%。,M,0,n,n0,n0,電樞并聯(lián)電阻RB 串聯(lián)電阻,電樞串電阻,電機(jī)固有特性,(二)、降低電源電壓： 小容量直流電動(dòng)機(jī)用 晶閘管整流裝置 作為可調(diào)電源。,對(duì)容量大的直流電動(dòng)機(jī)， 用機(jī)組作為可調(diào)直流電源， 用晶閘管裝置調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)G的 勵(lì)磁電流，即調(diào)節(jié)其感應(yīng)電勢(shì)， 即電動(dòng)機(jī) M 的電源電壓。,降低電源電壓的機(jī)械特性方程為： 改變電源電壓U0， 可以得一組平行線。 U0整流電壓， R0整流裝置內(nèi)阻，若是機(jī)組為發(fā)電機(jī)的電樞電阻。 優(yōu)點(diǎn)：特性硬度不變，D大，平滑性好。但

9、投資大。,T,0,n,U1,U2,U3,三、弱磁調(diào)速 1、物理過(guò)程：小容量可在勵(lì)磁回路串接可調(diào)電阻， 大容量用單獨(dú)可控硅整流裝置向勵(lì)磁回路供電。 當(dāng)，n0，特性的斜率,T,n,2,1,A,B,n1,n2,0,Tz,T1,其調(diào)速過(guò)程： 電機(jī)在 A 點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行 突加R調(diào)勵(lì)磁 勵(lì)磁未飽和，If,按指數(shù)規(guī)律減小，而 n 不突變 Ea 隨減小而 Ia=(U-Ea)/Ra,比減小的量大 T 隨 Ia而 TTz，系統(tǒng)加速 n 由 n1上升達(dá)某一值時(shí)，使 Ea 回升 引起 Ia 回落 T 回落 直到 T=Tz達(dá)新穩(wěn)定點(diǎn)B。,優(yōu)點(diǎn)：控制方便，能耗小，調(diào)速平滑，調(diào)速范圍不大， 受電機(jī)的 nmax 限制。 注意：若

10、勵(lì)磁電路斷線時(shí)，為剩磁，此時(shí)Ia大， 轉(zhuǎn)速飛速上升，有危險(xiǎn)?？善茐碾姌?。 必須有相應(yīng)的保護(hù)措施。,四、調(diào)速時(shí)的功率和轉(zhuǎn)矩： 電動(dòng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下容許輸出的功率主要決定于電機(jī) 發(fā)熱，而發(fā)熱主要取決于電樞電流。一般情況，電機(jī) 在各種轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，只要電樞電流不超過(guò)額定電流， 電機(jī)能充分利用，運(yùn)行安全。 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)：,P的單位為千瓦,（一）特點(diǎn)： 1、在降低電樞端電壓調(diào)速時(shí)： =N不變， 若不同 n 時(shí) 則,可見(jiàn)此時(shí)，從高速到低速，為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。 容許輸出功率正比與轉(zhuǎn)速。,2、弱磁調(diào)速時(shí)：C，TC,容許輸出功率為常數(shù)，為恒功率調(diào)速方式， 容許輸出轉(zhuǎn)矩與 n 成反比。 容許輸出轉(zhuǎn)矩并非電機(jī)的實(shí)際輸

11、出， 實(shí)際輸出要據(jù)電機(jī)與負(fù)載的配合再定的。,機(jī)械特性與容許輸出轉(zhuǎn)矩,容許輸出轉(zhuǎn)矩與功率,T,0,n,T,0,n,T,P,TN,nN,nmax,nmin,nN,（二）、調(diào)速方式與負(fù)載類(lèi)型的配合： 1、調(diào)速方式為降壓調(diào)速： 、配合恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載：Tz=C。 應(yīng)使TN =Tz = C， nN =nmax 此時(shí)：P=TNnN/9550= TNnmax/9550 電動(dòng)機(jī)在任何轉(zhuǎn)速都為滿載運(yùn)行。 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載適合于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。,、對(duì)恒功率負(fù)載：Pz=C 為了使電機(jī)安全運(yùn)行，應(yīng)使電機(jī)的容許輸出轉(zhuǎn)矩等于 或大于最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩，即TN =Tzb，電動(dòng)機(jī)的 nN 不能 小于負(fù)載要求的最高轉(zhuǎn)速，取 nN = nmax

12、電機(jī)額定功率為： P=TNnN /9550= TZbnmax/9550 =(TZbnmin/9550)( nmax/nmin) =PZD 這兩者的配合，電機(jī)的額定功率是 負(fù)載實(shí)際功率的D倍，造成浪費(fèi)。,M,2,0,n,1,nmax,nmin,MZb,MZa,現(xiàn)以龍門(mén)刨機(jī)床為例說(shuō)明恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式 與恒功率負(fù)載配合時(shí)電機(jī)功率的選擇。 VVx段，Pz=C，恒功率切削區(qū)。 Vx為最低切削速度，稱為計(jì)算速度。 P=FmaxVx/1000*60（千瓦） 若 Vmax=90（米/分）， Fmax=40000牛時(shí)， Px =10（千瓦） 電動(dòng)機(jī)的功率為 PN = Px D=60千瓦 （D= nmax/nmin

13、= Vmax/Vmin =90/15=6）,Pz,Fmax,Vx,V,0,F,P,F(牛頓) Vx（米/分）,2、調(diào)速方式為弱磁調(diào)速： 、負(fù)載為恒功率特性時(shí)： 由于弱磁調(diào)速方式為恒功率特性， 選擇PnPz，不必?cái)U(kuò)大功率， 在弱磁調(diào)速范圍內(nèi)都能滿載運(yùn)行， 電機(jī)充分利用。,、負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩特性： 為保證電機(jī)安全運(yùn)行， 應(yīng)選擇：nN = nmax ,TN=Tz P=nmaxTZ/9550 當(dāng)nN = nmin時(shí)， 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩及功率 都比實(shí)際需要的Tz及Pz大， 而擴(kuò)大到了DPz和DTz。 弱磁調(diào)速在不經(jīng)常逆轉(zhuǎn)的重型機(jī)床中應(yīng)用廣泛。,M,M,nmax,nmin,Mz,0,n,作業(yè)： 1、一臺(tái)他勵(lì)直流電

14、動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)為： (1)、電動(dòng)機(jī)在回饋制動(dòng)下工作，設(shè) ， 電樞回路不串電阻，求此時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速； (2)、電動(dòng)機(jī)在能耗制動(dòng)下工作，轉(zhuǎn)速為500轉(zhuǎn)/分， 電樞電流為額定值，求電樞回路串聯(lián)電阻值和 電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩；,(3)、電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)速反向的反接制動(dòng)下工作， 轉(zhuǎn)速為600轉(zhuǎn)/分，電樞電流為50安， 求電樞內(nèi)串聯(lián)的電阻，電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩， 電網(wǎng)供給的功率，電機(jī)軸上輸入的功率， 電樞回路外串電阻消耗的功率各為多少？,2、一臺(tái)他勵(lì)電動(dòng)機(jī)， 電機(jī)拖動(dòng)額定轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行， 試求以下各種情況時(shí)，機(jī)械特性上的理想空載轉(zhuǎn)速， 穩(wěn)定運(yùn)行轉(zhuǎn)速，穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)電樞電流。 1)、固有特性； 2)、電樞回路外串50 時(shí)的人為機(jī)械特性； 3)、當(dāng)磁通減少為80 時(shí)的人為機(jī)械特性， 4)、電樞端電壓為50 時(shí)的人為機(jī)械特性。,3、一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)， 1)、如果電樞電路不串電阻起動(dòng)，則起動(dòng)電流 是額定電流的多少倍？ 2)、如將起動(dòng)電流限制為2倍額定電流時(shí)， 在電樞回路應(yīng)串入多大電阻？,4、一直流電動(dòng)機(jī)