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当前位置:电子发烧友网 > 图书频道 > 电气 > 《电机学基础与深入》 > 第2章 直流电机的稳态分析

第8节 直流电动机的启动,调速和制动

  一、他励直流电动机的起动

  起动--从静止到一个稳定态的过程。先有磁场,再接入电枢电压。电机刚起动时,n=0,E=0,电枢电流

很大。使绕组发热和受很大的电磁冲击力。所以希望小于一定值。但电磁转矩与成正比,希望大些。--成为一对矛盾。

  对起动的基本要求:

  1、足够大的起动转矩Tst ;

  2、起动电流限制在允许范围内;

  3、起动时间短;

  4、起动设备简单、经济、可靠。

  常用的起动方法:

  1、直接起动;--适用于小容量电机。

  2、电枢串电阻器起动;--损耗大。

  3、降压起动;--须有专用电源。损耗小,起动平稳。

  电阻分级起动过程分析:

  

 

  选择最大转矩,电阻切换转矩

 

  二、他励直流电动机的制动

  电机有两种运转状态:电动运转同向。制动运转反向。

        制动的目的使系统停车或限速。

  自由停车法,电气制动,机械制动。能耗制动;反接制动;回馈制动。

  分析每种制动过程产生的条件,机械特性,及特点等。

  

 

  1、能耗制动:

  产生条件:电机顺时针方向旋转,与之同方向。电机在电动状态下运行.各物理量正方向如图所示:

 

  

 

  电机在电动状态下运行,合上,断开,制动。不变,U=0.

 

  制动瞬间:励磁不变,因惯性转速不变,不变,但电枢电流同方向,而改变了方向,使反向,电机处于制动状态。

 

  

 

  若带位能性负载最后将稳定在C点,等速下放。越大,制动越快。

  2、反接制动:

  1)、转速反向的反接制动:正接反转。

  产生条件:起重机起吊重物,电机的起动转矩小于重物的负载转矩,电机被负载拖动反向起动,使电机的转速逆电磁转矩的方向旋转,n 与反向,电机处于制动状态。功率全消耗于上。

  2)、电枢反接的反接制动:正转反接。

  产生条件:电机在电动状态下运行,突将电枢反接,即U为负,电枢电流改变方向,使改变方向,电机处于制动状态。在 C 应即时断开电源,否则电机将反转。

 

  3、回馈制动:再生制动。

  1)、位能负载拖动电动机,电机运行在反向电动状态,某原因使电机的转速达到某一数值时,电机的,使电枢电流反向,即T 反向,电机进入发电机运行状态,而起制动作用。电机将轴上输入的机械功率大部分回馈给电网,小部分消耗在电阻上。

 

  

 

  2)、改变电枢电压:

  电机在正向电动状态运行,突降电枢电压,来不及变化,使,出现回馈制动,特性在第二象限。

 

  

 

  同一电动机在相同电枢电阻时各种运行状态:              

 

  三、他励直流电动机的调速

  调速的目的:改变生产机械的工作速度,提高生产率。

  方法:机械方法、电气方法、机械电气配合。

  机械方法:改变转动机构的速比实现,机构复杂。

  电气方法:机械结构简单,但电气结构复杂,在一定负载下可获得多种速度。

  本节只讨论他励直流电动机的调速方法及其优缺点。

  他励直流电动机的转速特性:

  

 

  可见,要改变电动机的转速,有三种方法:

  (1)调节电枢端电压U;降压方向,从向下调

  (2)调节励磁磁通Φ;弱磁调速,从向上调

  (3)调节电枢外串电阻;从向下调

  注意:调速与因负载变化而引起的转速变化是不同的。调速要人为的改变电气参数,机械特性变了,而改变负载时电气参数未变,机械特性也未变,在同一条特性上变化。

  1、电枢串电阻:

  

 

  1)、物理过程:

  电枢串电阻后,电阻上流过电流产生压降,电枢端电压降低。从图可知:电枢端电压的数值受负载影响很大,转速受负载的影响也很大,在空载时几乎没有调速作用。在负载Tz下,串不同电阻得到不同转速,n1 > n2 > n3 > n4。

  从n1将为n2过程:

  电机在 a 点稳定运行,电枢电阻突增至R2时,该瞬间 n、Ea不能突变,Ia及M减小,由a→b,转矩 M 降为 M’ < Mz ,系统减速。随着 n 及 Ea 的下降,Ia 及M 不断增高,

  直到系统转速为 n2 时,M’ = Mz ,建立新的平衡,调速过程结束。系统稳定运行于 c 点。

  2)、特点

  调速指标不高,调速范围不大,有级调速。

  2、降低电源电压:

  小容量直流电动机用晶闸管整流装置作为可调电源。对容量大的直流电动机,用机组作为可调直流电源,用晶闸管装置调节发电机G的励磁电流,即调节其感应电势,即电动机 M 的电源电压。降低电源电压的机械特性方程为:

  

 

  改变电源电压U0,可以得一组平行线。

 

  U0—整流电压,R0—整流装置内阻,若是机组为发电机电枢电阻。

  优点:特性硬度不变,D大,平滑性好。但投资大。

  3、弱磁调速

  1).物理过程:

  小容量可在励磁回路串接可调电阻,大容量用单独可控硅整流装置向励磁回路供电。

  

 

  当φ↓,n0↑,特性的斜率

 

  

 

  调速过程:

  电机在 A 点稳定运行 → 突加RΩ调励磁 →励磁未饱和,If,φ按指数规律减小,而 n 不突变→Ea 随φ减小而↓→ Ia=(U-Ea)/Ra↑,比φ减小的量大→ T 随 Ia↑而↑ → T>Tz,系统加速 →n 由 n1上升达某一值时,使 Ea 回升 →引起 Ia 回落 → T回落 →直到 T=Tz达新稳定点B。

  优点:控制方便,能耗小,调速平滑,调速范围不大,受电机的 nmax 限制。

  注意:若励磁电路断线时,φ为剩磁,此时Ia↑大,转速飞速上升,有危险。可破坏电枢。必须有相应的保护措施。