第三章 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

1、第二節(jié) 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 一、起動(dòng)方式 1.直接起動(dòng) 2.電阻分級(jí)起動(dòng) 二、起動(dòng)電阻的計(jì)算 1.圖解法 2.計(jì)算法 三、起動(dòng)的過(guò)渡過(guò)程 1.起動(dòng)的機(jī)械過(guò)渡過(guò)程 2.電樞電感對(duì)起動(dòng)過(guò)程的影響 3.5 直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) A、對(duì)直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程的一般要求 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩應(yīng)足夠大； 起動(dòng)電流要??； 起動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)與可靠。 B、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的常用的起動(dòng)方法 為了獲得足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的同時(shí)降低起動(dòng)電流，為了獲得足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的同時(shí)降低起動(dòng)電流， 起動(dòng)時(shí)一般應(yīng)按照如下步驟進(jìn)行：起動(dòng)時(shí)一般應(yīng)按照如下步驟進(jìn)行： （1 1）首先在勵(lì)磁繞組中加入額定勵(lì)磁電流，以建立滿載）首先在勵(lì)磁繞組中加入額定勵(lì)磁電流，以

2、建立滿載 主磁場(chǎng)；主磁場(chǎng)； （2 2）待主磁場(chǎng)建立之后再加入電樞電壓。）待主磁場(chǎng)建立之后再加入電樞電壓。 a、電樞回路串電阻起動(dòng)電樞回路串電阻起動(dòng) 圖3.19a、b分別給出了他 勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)采用兩級(jí)電 阻起動(dòng)時(shí)的電路圖和相應(yīng) 的機(jī)械特性。 3.18 直流電動(dòng)機(jī)人工起動(dòng)器的電氣原理圖 圖3.19 直流電機(jī)分兩級(jí)起動(dòng)的機(jī)械特性 b、降壓起動(dòng)降壓起動(dòng) 圖3.20給出了降壓起動(dòng)過(guò)程中他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。其起動(dòng)過(guò)程與電樞回路串 電阻起動(dòng)過(guò)程類似。 圖3.20 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的降壓起動(dòng)過(guò)程 降壓起動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是，起動(dòng)電流小，起動(dòng)過(guò)程平滑，能量消耗降壓起動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是，起動(dòng)電流小，起動(dòng)過(guò)程平滑，能量消耗 少，

3、因而在直流電力拖動(dòng)系統(tǒng)中得到廣泛采用。少，因而在直流電力拖動(dòng)系統(tǒng)中得到廣泛采用。 一、起動(dòng)方式 直流電動(dòng)機(jī)接上電源后，轉(zhuǎn)速?gòu)牧氵_(dá)到穩(wěn) 定轉(zhuǎn)速的過(guò)程，稱為起動(dòng)過(guò)程。 對(duì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的基本要求： （1）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要大 （2）起動(dòng)電流有限制 （3）起動(dòng)設(shè)備要經(jīng)濟(jì)可靠 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng) 將電動(dòng)機(jī)的電樞投入額定電壓的電源上起動(dòng)。n=0，Ea=0， aa a a R U R EU I 起動(dòng)時(shí)：轉(zhuǎn)速 ，相應(yīng)的感應(yīng)電勢(shì) ，起動(dòng)電流 較 大。一般情況下， 。 0n 0 ae EC n N st a U I R Nst II)2010( 為此，起動(dòng)時(shí)要求滿足：（1） ；（2） 。(2 2.5) stN II(1

4、.11.2) stN TT 優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，無(wú)需外加設(shè)備。 缺點(diǎn)：沖擊電流大（Ia 可能突增到額定 電流的十多倍 ），換向時(shí)易產(chǎn)生火花。 適用于容量很小的電動(dòng)機(jī)。 改良方式 為了改變直接起動(dòng)時(shí)電流很大的缺點(diǎn)，采用將起 動(dòng)電阻串入電樞回路，待轉(zhuǎn)速上升后，逐步將起 動(dòng)電阻切除的方式限制起動(dòng)電流。 回想一下3張人為機(jī)械特性圖 起動(dòng)過(guò)程 起動(dòng)動(dòng)作過(guò)程： a點(diǎn)，K1,K2閉合 b點(diǎn)，打開(kāi)K2，K1閉合 d點(diǎn)，打開(kāi)K1 1 圖解解析法圖解解析法 1繪制固有機(jī)械特性繪制固有機(jī)械特性 2選取起動(dòng)過(guò)程中的最大電選取起動(dòng)過(guò)程中的最大電 流流 I1與電阻切除時(shí)的切換電流與電阻切除時(shí)的切換電流 I2 （或（或T1 與

5、與T2） 3畫(huà)出分級(jí)起動(dòng)特性圖畫(huà)出分級(jí)起動(dòng)特性圖 a a R RR R R 1 2 1 T CC R nn e 2 T 0 0 2 T e T nnnR C C he eche he hc n nn n n he ec a n n RR 1 he ca a n n RR 2 4根據(jù)轉(zhuǎn)速比計(jì)算出各級(jí)電阻根據(jù)轉(zhuǎn)速比計(jì)算出各級(jí)電阻 1 圖解解析法圖解解析法 給同學(xué)們2分鐘，嘗試把特性圖畫(huà)出來(lái)。 如何解決遇到的問(wèn)題呢？ 解析法的計(jì)算方法就能很好的解決圖解法 中，I1，I2難以準(zhǔn)確確定的問(wèn)題。 確定起動(dòng)過(guò)程的人為特性曲線的本質(zhì)就是 確定各級(jí)的電阻值，各級(jí)電阻值之間有何 關(guān)系呢？ 2 解析法的計(jì)算方法 1

6、. 根據(jù)電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)，估算電動(dòng)機(jī)電樞 回路電阻 2. 選取最大電流I1，計(jì)算最大起動(dòng)電阻； 3.決定起動(dòng)電阻級(jí)數(shù) 4.計(jì)算起動(dòng)電流比 5.計(jì)算分段電阻 在在b點(diǎn)點(diǎn) 2 2 R EU I b 在在c點(diǎn)點(diǎn) 1 1 R EU I c a R R R R I I 1 1 2 2 1 兩級(jí)起動(dòng)時(shí)兩級(jí)起動(dòng)時(shí) 推廣到推廣到m級(jí)起動(dòng)的一般情況級(jí)起動(dòng)的一般情況 am m m m R R R R R R R R I I 1 1 2 2 1 12 1 21 / II稱為起動(dòng)電流比稱為起動(dòng)電流比 m amm m amm a a RRR RRR RRR RR 1 1 21 2 12 1 m a m R R lg lg

7、 a m R R m 1 1 11 1 2 2211 1 2 122 11 )( ) 1( RRRRR RRRRR RRRRR RRRR m mmmm m mmmm a aa 例例9-29-2 一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)為：型號(hào)一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)為：型號(hào)Z-290 kW29 N PV440 N UA76 N Ir/min1000 N n 377. 0 a R試用解析法計(jì)算四級(jí)起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電阻值。試用解析法計(jì)算四級(jí)起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電阻值。 解解 已知起動(dòng)級(jí)數(shù)已知起動(dòng)級(jí)數(shù)m=4 A152A7622 N1 II選擇選擇 895. 2 152 440 1 4 I U RR a m 664. 1

8、 377. 0 895. 2 4 4 4 a R R 各分段電阻如下各分段電阻如下 ： 250. 0377. 0627. 0 11a RRR 416. 0627. 0043. 1 122 RRR 693. 0043. 1736. 1 233 RRR 153. 1736. 1889. 2 344 RRR 則各級(jí)起動(dòng)總電阻如下：則各級(jí)起動(dòng)總電阻如下： 627. 0377. 0664. 1 1a RR 043. 1627. 0664. 1 12 RR 736. 1043. 1664. 1 23 RR 889. 2736. 1664. 1 34 RR 三、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的過(guò)渡過(guò)程三、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)

9、起動(dòng)的過(guò)渡過(guò)程 1.起動(dòng)的機(jī)械過(guò)渡過(guò)程 2.電樞電感對(duì)起動(dòng)過(guò)程的影響 三、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的過(guò)渡過(guò)程三、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的過(guò)渡過(guò)程 在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，一些電氣參數(shù)（如電壓、電阻等）與負(fù)載在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，一些電氣參數(shù)（如電壓、電阻等）與負(fù)載 轉(zhuǎn)矩的突然變化，會(huì)引起過(guò)渡過(guò)程，但由于慣性，這些變化卻不能轉(zhuǎn)矩的突然變化，會(huì)引起過(guò)渡過(guò)程，但由于慣性，這些變化卻不能 導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、電流、轉(zhuǎn)矩及磁通等參量的突變，而必須是個(gè)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、電流、轉(zhuǎn)矩及磁通等參量的突變，而必須是個(gè) 連續(xù)變化的過(guò)程連續(xù)變化的過(guò)程 。 電力拖動(dòng)系統(tǒng)中一般存在以下三種慣性：電力拖動(dòng)系統(tǒng)中一般存在以下三種慣性： 1機(jī)械慣性

10、機(jī)械慣性 反映在系統(tǒng)的飛輪慣量上，它使轉(zhuǎn)速不能突變。反映在系統(tǒng)的飛輪慣量上，它使轉(zhuǎn)速不能突變。 2電磁慣性電磁慣性 反映在電樞回路電感及勵(lì)磁回路電感上，它們分反映在電樞回路電感及勵(lì)磁回路電感上，它們分 別使電樞電流和勵(lì)磁電流不能突變，從而使磁通不能突變。別使電樞電流和勵(lì)磁電流不能突變，從而使磁通不能突變。 3熱慣性熱慣性 它使電動(dòng)機(jī)的溫度不能突變。它使電動(dòng)機(jī)的溫度不能突變。 電力拖動(dòng)的過(guò)渡過(guò)程一般分為兩種：電力拖動(dòng)的過(guò)渡過(guò)程一般分為兩種： 1）機(jī)械過(guò)渡過(guò)程）機(jī)械過(guò)渡過(guò)程 它只考慮它只考慮機(jī)械慣性機(jī)械慣性，忽略影響較小的電磁慣，忽略影響較小的電磁慣 性。性。 2）電氣一機(jī)械過(guò)渡過(guò)程）電氣一機(jī)械過(guò)

11、渡過(guò)程 它同時(shí)考慮它同時(shí)考慮機(jī)械機(jī)械與與電磁電磁兩種慣性。兩種慣性。 電力拖動(dòng)系統(tǒng)存在下列兩個(gè)時(shí)間常數(shù)： （1）電磁時(shí)間常數(shù)： ；（2）機(jī)電時(shí)間常數(shù)： 在對(duì)電力拖動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行分析時(shí)，可根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)按下列兩種情況進(jìn)行分析： R L T a a 2 2 375 M eT GD R T C C 一、 起動(dòng)時(shí)的機(jī)械過(guò)渡過(guò)程 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串 固定電阻全壓起動(dòng) 1電樞串固定電阻起動(dòng)的過(guò)渡過(guò)程電樞串固定電阻起動(dòng)的過(guò)渡過(guò)程 RInCRIEU aeaa 2 emT d 375 d la GDn TTCI t RRR a e a C RIU n 2 2 d 375d la a TeT TIGD R I CC Ct

12、 d d a BM I IT t / BLT ITC負(fù)載轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的負(fù)載電流，即電動(dòng)機(jī)起動(dòng)完畢負(fù)載轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的負(fù)載電流，即電動(dòng)機(jī)起動(dòng)完畢 后，保持后，保持穩(wěn)定轉(zhuǎn)速運(yùn)行穩(wěn)定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)的電樞電流時(shí)的電樞電流 2 2 375 M eT GD R T C C 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的電力拖動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)機(jī)電時(shí)間常數(shù)，是表征機(jī)，是表征機(jī) 械慣性的一個(gè)非常重要的物理量械慣性的一個(gè)非常重要的物理量 d d aaB tMtM III tTT 其解為其解為 / e M t T aB IIK 為電流的為電流的起始值起始值 A I AB KII其中其中 或或 / A ()e M t T aBB IIII / BA (1 e

13、)e MM t Tt T a III 從上式說(shuō)明，電樞電流隨著時(shí)間成指數(shù)變化。 或或 / A ()e M t T aBB IIII / BA (1 e)e MM t Tt T a III 起動(dòng)過(guò)程中電樞 電流的變化曲線 / BAB e M t T eee UI RUI RUI R n CCC / BAB ()e M t T nnnn / BA (1e)e MM t Tt T nnn 或或 過(guò)渡過(guò)程開(kāi)始時(shí)轉(zhuǎn)速的起始值過(guò)渡過(guò)程開(kāi)始時(shí)轉(zhuǎn)速的起始值 A n 當(dāng)起動(dòng)轉(zhuǎn)速為零時(shí)當(dāng)起動(dòng)轉(zhuǎn)速為零時(shí) B n 機(jī)械特性上負(fù)載轉(zhuǎn)矩機(jī)械特性上負(fù)載轉(zhuǎn)矩 （或負(fù)載電流（或負(fù)載電流 ）對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速，）對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速， 即過(guò)渡過(guò)程

14、結(jié)束時(shí)電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。即過(guò)渡過(guò)程結(jié)束時(shí)電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。 L T L I / B(1 e ) M t T nn 起動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn) 速的上升曲線 求出過(guò)渡過(guò)程中某一段的時(shí)間求出過(guò)渡過(guò)程中某一段的時(shí)間 AB CB ln xM II tT II AB CB ln xM nn tT nn AB CB ln xM TT tT TT 或或或或 2電樞串多級(jí)電阻起動(dòng)的過(guò)渡過(guò)程電樞串多級(jí)電阻起動(dòng)的過(guò)渡過(guò)程 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)二級(jí)起動(dòng)的電路及特性他勵(lì)電動(dòng)機(jī)二級(jí)起動(dòng)的電路及特性 第一級(jí)起動(dòng)時(shí)第一級(jí)起動(dòng)時(shí) 212 RRRR a 2 T 21 2 1 375 )( CC RRRGD T e a tM )e1 ( 1 / 1 t

15、M Tt z nn 11 / 1 / e)e1 ( tMtM TtTt za III 轉(zhuǎn)速變化曲線 機(jī)械特性曲線 電流變化曲線 例例9-39-3 一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)為：一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)為： kW29 N P V440 N UA76 N Ir/min1000 N n 已知四段起動(dòng)電阻為：已知四段起動(dòng)電阻為： 212. 0 1 R 405. 0 2 R 695. 0 3 R 158. 1 4 R377. 0 a R電樞電阻電樞電阻 系統(tǒng)飛輪慣量系統(tǒng)飛輪慣量 22 mN05.49GD 求分級(jí)起動(dòng)總的起動(dòng)時(shí)間。求分級(jí)起動(dòng)總的起動(dòng)時(shí)間。 解：解： N NN n RIU C a e 41

16、1. 0 1000 377. 076440 93. 3411. 055. 955. 9 eT CC 615. 193. 3411. 0 2 TeC C s231. 0s 615. 1375 )158. 1695. 0405. 0212. 0377. 0(05.49 1 tM T s137. 0s 615. 1375 )695. 0405. 0212. 0377. 0(05.49 2 tM T s081. 0s 615. 1375 )405. 0212. 0377. 0(05.49 3 tM T s048. 0s 615. 1375 )212. 0377. 0(05.49 4 tM T s031

17、. 0s 615. 1375 377. 005.49 tM T A152A7622 N1 III st 設(shè)設(shè) A2 .91A762 . 12 . 1 N2 III x A76 N II z 61. 15ln 762 .91 76152 lnln 2 1 z z II II )( 4321tMtMtMtMst TTTTt tM z z T II II 4ln 2 1 =(0.231+0.137+0.0808+0.0478)1.61s+40.0306s=0.922s 理想的起動(dòng)電 流變化規(guī)律3加快起動(dòng)過(guò)程的途徑加快起動(dòng)過(guò)程的途徑 1）減小系統(tǒng)的飛輪慣量，以減小機(jī)電時(shí)間）減小系統(tǒng)的飛輪慣量，以減小機(jī)

18、電時(shí)間 常數(shù)，從而降低系統(tǒng)的慣性常數(shù)，從而降低系統(tǒng)的慣性 2）在設(shè)計(jì)電力拖動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，盡可能設(shè)法改）在設(shè)計(jì)電力拖動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，盡可能設(shè)法改 善起動(dòng)過(guò)程中電樞電流的波形善起動(dòng)過(guò)程中電樞電流的波形 （二）電樞電路電感對(duì)起動(dòng)過(guò)程的影響（二）電樞電路電感對(duì)起動(dòng)過(guò)程的影響 電磁時(shí)間常數(shù)為電磁時(shí)間常數(shù)為 a a ta R L T 式中，式中，La 為電樞電路的總電感為電樞電路的總電感 當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載起動(dòng)時(shí)，則過(guò)渡過(guò)程分兩階段：當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載起動(dòng)時(shí)，則過(guò)渡過(guò)程分兩階段： 第一階段，電樞電流從零增加到第一階段，電樞電流從零增加到Iz 之前，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為零。之前，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為零。 t I LRIU a aaa d d

19、 )e1 ( / ta Tt sca II asc RUI/式中式中 第二階段，過(guò)了第二階段，過(guò)了tz 后，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始加速，機(jī)械慣性與電磁慣性同時(shí)后，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始加速，機(jī)械慣性與電磁慣性同時(shí) 存在存在 a a aaa E t I LRIU d d t nGD TT z d d 375 2 t n C GD II T za d d 375 2 或或 z tatMtatMta n TT n TTt n Tt n11 d d1 d d 2 2 該方程的解為該方程的解為 z tt nccn 21 ee 21 式中式中 tM ta tata T T TT 4 1 2 1 2 1 1 tM ta tata

20、T T TT 4 1 2 1 2 1 2 考慮電樞電感時(shí)， 無(wú)振蕩情況下的變 化曲線 )ee( 21 2211 tt a ccI z T I C GD 375 2 其中其中c1及及c2積分常數(shù)，由初始條件決定積分常數(shù)，由初始條件決定 tatM TT4 1）當(dāng)）當(dāng) 時(shí)，時(shí)，1和和2為負(fù)實(shí)為負(fù)實(shí) 數(shù)數(shù) z t z t z n nn n 21 ee 21 1 21 2 z tt tM ta zsc a I T T II I )ee ( 4 1 21 2）當(dāng)）當(dāng) 時(shí)，時(shí)，1和和2為負(fù)共為負(fù)共 軛復(fù)數(shù)軛復(fù)數(shù) tatM TT4 考慮電樞電感時(shí)， 有振蕩情況下的變 化曲線 j 2 j 1 1 4 2 1 t

21、M ta ta T T T ta T2 1 式中式中 z t ta tM z nt T T n n )sin(e 4 1 1 4 tg 1 tM ta T T 式中式中 z t tM ta zsc a It T T II I sine 1 4 )(2 3.6 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 A A、與調(diào)速有關(guān)的性能指標(biāo)、與調(diào)速有關(guān)的性能指標(biāo) a、調(diào)速范圍調(diào)速范圍D： 定義：定義： 調(diào)速范圍定義為拖動(dòng)系統(tǒng)的最高轉(zhuǎn)速（或速度）與最低調(diào)速范圍定義為拖動(dòng)系統(tǒng)的最高轉(zhuǎn)速（或速度）與最低 轉(zhuǎn)速（或速度）之比，即：轉(zhuǎn)速（或速度）之比，即： maxmax minmin nv D nv （3-46） b、靜差率、靜差率 ：

22、定義：定義： 對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的靜差率即轉(zhuǎn)速變化率，它是指理想空載對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的靜差率即轉(zhuǎn)速變化率，它是指理想空載 轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速變化量與空載轉(zhuǎn)速的百分比，即：轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速變化量與空載轉(zhuǎn)速的百分比，即： 0 00 100%100% NN nnn nn （3-47） D與是相互關(guān)聯(lián)的，它們之間的關(guān)系可用圖3.21加以說(shuō)明之。 圖3.21中的曲線1、2分別給出了他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性、電樞回路串電阻 的人工機(jī)械特性以及恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性。 圖3.21 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與靜差率之間的關(guān)系 對(duì)于實(shí)際的電力拖動(dòng)系統(tǒng)，若按低速時(shí)選擇，則高速時(shí)的自然滿足要求。于是有： maxmax min

23、0N nn D n nn 又根據(jù)式（3-47）知： ，將其代入上式得靜差率 與調(diào)速范圍 之間的 關(guān)系為： 0 N n n No Image max (1) N n D n （3-48） 上式表明，若低速時(shí) 的滿足要求，低速時(shí)的 越大則調(diào)速范圍 越??； n D D c、調(diào)速的平滑性調(diào)速的平滑性： 采用有級(jí)和無(wú)級(jí)調(diào)速來(lái)描述調(diào)速的平滑性，其性能指標(biāo)為平滑采用有級(jí)和無(wú)級(jí)調(diào)速來(lái)描述調(diào)速的平滑性，其性能指標(biāo)為平滑 系數(shù)。平滑系數(shù)定義為相鄰兩級(jí)的轉(zhuǎn)速比，即：系數(shù)。平滑系數(shù)定義為相鄰兩級(jí)的轉(zhuǎn)速比，即： 1 i i n K n （3-49） 上式中， 越接近于1，則平滑性越好。若采用無(wú)級(jí)調(diào)速，即速度連續(xù)可調(diào)，則

24、 。 K 1K d：原始投資與運(yùn)行成本：原始投資與運(yùn)行成本 調(diào)速系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)包括設(shè)備的原始性一次投資和設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用。運(yùn)行費(fèi)用主要是 指調(diào)速過(guò)程中的損耗，通常用效率來(lái)衡量，即： 22 12 100%100% PP PPp （3-50） B B、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)常用的調(diào)速方法、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)常用的調(diào)速方法 根據(jù) 可知，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)可以采用下列兩種方法調(diào)速： 1a a ee RU nI CC 1. 1. 降低電樞電壓降速降低電樞電壓降速 a a、電樞回路串電阻降壓降速、電樞回路串電阻降壓降速 圖3.22給出了他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電樞回路串電阻時(shí)的人工機(jī)械特性和恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的轉(zhuǎn)矩 特性。 圖3.22 電樞

25、回路串電阻情況下的人工機(jī)械特性和負(fù)載特性 結(jié)論： 隨著電樞回路電阻的增加，理想空載轉(zhuǎn)速不變，機(jī)械特性的硬隨著電樞回路電阻的增加，理想空載轉(zhuǎn)速不變，機(jī)械特性的硬 度變軟，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速下降。因此，電樞回路串電阻只能在額定轉(zhuǎn)速度變軟，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速下降。因此，電樞回路串電阻只能在額定轉(zhuǎn)速 （又稱為基速）以下調(diào)速。（又稱為基速）以下調(diào)速。 電樞回路串電阻調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)分析如下： 直流電動(dòng)機(jī)的輸入電功率為： 11 () aaaa PU IERII （3-51） 忽略機(jī)械耗和鐵耗，并根據(jù)上式得電動(dòng)機(jī)的總損耗為： 2 111 10 1 0 (1)(1) (1) ae aaaaaa e EC n pI RU IE I

26、U IU I UC n n P n （3-52） 于是，電機(jī)的效率為： 1 100 1 (1) Ppnn Pnn （3-53） 可見(jiàn)，隨著轉(zhuǎn)速的下降，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率降低。 b b、降低電源電壓降壓降速、降低電源電壓降壓降速 圖3.23給出了他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)降低電源電壓時(shí)的人工機(jī)械特性以及恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的轉(zhuǎn)矩 特性。 圖3.23 降低電源電壓情況下的人工機(jī)械特性和負(fù)載特性 結(jié)論： 隨著外加電源電壓的降低，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速下降。調(diào)壓調(diào)速時(shí)的特隨著外加電源電壓的降低，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速下降。調(diào)壓調(diào)速時(shí)的特 點(diǎn)是：其機(jī)械特性的硬度保持不變點(diǎn)是：其機(jī)械特性的硬度保持不變，從而確保了這種調(diào)速方法具有 更寬的調(diào)速范圍。

27、2. 2. 弱磁升速弱磁升速 圖3.25給出了他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)弱磁調(diào)速時(shí)的人工機(jī)械特性。 傳統(tǒng)的可調(diào)壓電源可采用如圖3.24所示的發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)機(jī)組方案。 圖3.24 直流發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)機(jī)組的可調(diào)直流電源 目前應(yīng)用較為廣泛的是靜止變流器方案，如相控變流器和斬控變流器，有關(guān)內(nèi)容已在 電力電子技術(shù)中介紹過(guò)。 圖3.25 勵(lì)磁改變情況下的直流電動(dòng)機(jī)人工機(jī)械特性和負(fù)載特性 結(jié)論： 隨著勵(lì)磁電流的減小，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速升高。為了確保電機(jī)的磁隨著勵(lì)磁電流的減小，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速升高。為了確保電機(jī)的磁 路不至于過(guò)飽和，通常，弱磁調(diào)速一般在基速（額定轉(zhuǎn)速）以上進(jìn)路不至于過(guò)飽和，通常，弱磁調(diào)速一般在基速（額定轉(zhuǎn)速）以

28、上進(jìn) 行。行。 弱磁調(diào)速時(shí)的過(guò)渡過(guò)程可用圖3.26加以描述。 圖3.26 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)弱磁升速的過(guò)渡過(guò)程 為了獲得較高的調(diào)速范圍，通常將額定轉(zhuǎn)速以上的弱磁升速與額定轉(zhuǎn)速以下的降壓調(diào) 速配合使用。 C C、調(diào)速方式與負(fù)載類型的配合、調(diào)速方式與負(fù)載類型的配合 調(diào)速系統(tǒng)須滿足下列兩個(gè)準(zhǔn)則：調(diào)速系統(tǒng)須滿足下列兩個(gè)準(zhǔn)則： （1 1）在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)電機(jī)不至于過(guò)熱，為此，求：）在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)電機(jī)不至于過(guò)熱，為此，求： ； （2 2）電動(dòng)機(jī)的負(fù)載能力要盡可能得到充分利用。）電動(dòng)機(jī)的負(fù)載能力要盡可能得到充分利用。 aN II 鑒于此，不同類型的負(fù)載必須選擇合適的調(diào)速方式。鑒于此，不同類型的負(fù)載必須選擇合適

29、的調(diào)速方式。 1. 調(diào)速方式 下面分別就不同調(diào)速方式以及各種調(diào)速方式所適合的負(fù)載類型加以討論。 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)速方式主要分為兩大類： （1 1）恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式：在保持 不變的前提下， 保持不變； （2 2）恒功率調(diào)速方式恒功率調(diào)速方式：在保持 不變的前提下， 保持不變。 em T aN II aN II em P （a) 對(duì)于電樞回路串電阻調(diào)速（或降壓調(diào)速）方式：對(duì)于電樞回路串電阻調(diào)速（或降壓調(diào)速）方式： 由于調(diào)速過(guò)程中， ， 保持不變，故電磁轉(zhuǎn)矩為： N aN II emTNNN TCIT常數(shù) 電機(jī)軸上的輸出功率為： 2 () 10001000609550 ememem TT

30、T nn Pn 結(jié)論： 電樞回路串電阻與減低電源電壓的降壓調(diào)速均屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方電樞回路串電阻與減低電源電壓的降壓調(diào)速均屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方 式，其軸上容許的輸出功率與轉(zhuǎn)速成正比。式，其軸上容許的輸出功率與轉(zhuǎn)速成正比。 （b) 對(duì)于弱磁調(diào)速方式：對(duì)于弱磁調(diào)速方式： 由于調(diào)速過(guò)程中，保持 不變，于是有： aN II 1 NaN e UR I K C nn 將上式代入電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式得： 1 emTNTN K TCIC KI nn 于是有： 95509550 em T nK P 常數(shù) 結(jié)論： 弱磁調(diào)速屬于恒功率調(diào)速方式，其容許的輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比。弱磁調(diào)速屬于恒功率調(diào)速方式，其容許的輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比。 結(jié)論： 基速以下，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，