第十三學習單元直流電動機的啟動、調(diào)速及制動,一、直流電動機的啟動,對直流電動機啟動性能的基本要求為使電動機啟動性能達到最佳狀態(tài)，要求：（1）必須產(chǎn)生足夠大的啟動轉(zhuǎn)矩，（電動機方能迅速啟動）（2）啟動電流不能太大。（3）啟動時間要短（實際啟動時間只有幾秒至幾十秒鐘）。（4）啟動設(shè)備要簡單，可靠，便于操作。其中，最主要的是啟動電流和啟動轉(zhuǎn)矩的矛盾。,1.直接啟動2.電樞回路串電阻起動3.降電壓起動,直流電動機的啟動種類,不采取任何限流措施，直接加額定電壓的起動稱直接起動直接起動的優(yōu)點:起動轉(zhuǎn)矩很大，不需另加起動設(shè)備，操作簡便。缺點：起動電流很大，一般可達額定的1020倍。n=0,Ea=Cen=0,Ia=(U-Ea)/Ra=U/Ra結(jié)論：1)換向情況惡化，產(chǎn)生嚴重的火花,損壞換向器2)過大轉(zhuǎn)矩將損壞拖動系統(tǒng)的傳動機構(gòu)3)因此在起動時，除低壓、小容量外，直流電機一般不容許直接起動。必須設(shè)法限制電樞電流。4）直流電機起動和運行中須保證勵磁始終正常。,1.直接起動,2.電樞回路串電阻起動,最初起動電流：Ist=U/(Ra+Rst)最初起動轉(zhuǎn)矩：Tst=CTIst為了在限定的電流Ist下獲得較大的起動轉(zhuǎn)矩Tst,應該使磁通盡可能大些，因此起動時串聯(lián)在勵磁回路的電阻應全部切除。有了一定的轉(zhuǎn)速n后，電勢Ea不再為0，電流Ist會逐步減小，轉(zhuǎn)矩Tst也會逐步減小。為了在起動過程中始終保持足夠大的起動轉(zhuǎn)矩，一般將起動器設(shè)計為多級，隨著轉(zhuǎn)速n的增大，串在電樞回路的起動電阻Rst逐級切除，進入穩(wěn)態(tài)后全部切除。起動電阻Rst一般設(shè)計為短時運行方式，不容許長時間通過較大的電流。,分級起動時可將每一級的I1（或T1）與I2(或T2)取得大小一致，以使電動機有比較均勻的加速度，這能改善電動機的換向情況，緩和轉(zhuǎn)矩對傳動機構(gòu)與工作機械的有害沖擊,3.降電壓起動,對于他勵直流電動機，可以采用專門設(shè)備降低電樞回路的電壓以減小起動電流,適用于電動機的直流電源是可調(diào)的,二、直流電動機的調(diào)速,調(diào)速指標：評價調(diào)速性能的優(yōu)劣，常通過調(diào)速指標來衡量。1）調(diào)速范圍D2）調(diào)速的相對穩(wěn)定性（靜差率%）3）調(diào)速的平滑性（平滑系數(shù)）4）調(diào)速的經(jīng)濟性,1.電樞串電阻調(diào)速,調(diào)節(jié)電阻Rp增大時，電動機機械特性的斜率增大，與負載機械特性的交點也會改變，達到調(diào)速目的。,優(yōu)點：設(shè)備簡單、操作簡單。,缺點：只能降速，低轉(zhuǎn)速時變化率較大，電樞電流較大，不易連續(xù)調(diào)速，有損耗。,2.并（他）勵直流電動機電樞串電阻調(diào)速,3.改變電樞電源電壓調(diào)速,因為，提高電動機電樞端電壓受到繞組絕緣耐壓的限制所以，根據(jù)規(guī)定電樞電壓只容許比額定電壓提高30%，實際上改變Ua應用在降壓的方向，即從額定轉(zhuǎn)速向下調(diào)速。降低電樞電壓時，電動機機械特性平行下移。負載不變時，交點也下移，速度也隨之改變。,降低電源電壓調(diào)速的特點。平滑性好，可實現(xiàn)無級調(diào)速。轉(zhuǎn)速降n不變，n0變小，特性硬度大，穩(wěn)定性好。改變電源電壓調(diào)速屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。損耗小，經(jīng)濟性好。需專用的可變電源，價格較貴，目前多采用輸出電壓連續(xù)可調(diào)的晶閘管整流電路。,優(yōu)點：調(diào)速后，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性不變、無級、平滑、損耗小。,缺點：只能下調(diào)，且專門設(shè)備，成本大。（可控硅調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)）,電樞由晶閘管整流供電的直流調(diào)速,晶閘管裝置調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁的發(fā)電機-電動機機組調(diào)速,改變電樞電源電壓調(diào)速,4.弱磁調(diào)速,因為，一般電動機的額定磁通已設(shè)計得使鐵心接近飽和，所以，改變磁通一般應用在弱磁的方向，稱為弱磁調(diào)速，一般可以使轉(zhuǎn)速從額定值向上調(diào)節(jié),優(yōu)點：對功率較小的勵磁電路進行調(diào)節(jié);控制方便;能量損耗小;調(diào)速的平滑性較高。常和額定轉(zhuǎn)速以下的降壓調(diào)速配合應用，以擴大調(diào)速范圍,缺點：只能上調(diào)。,三、直流電動機的制動,1.能耗制動,1.1能耗制動的原理,實現(xiàn)：U0，電樞回路串入電阻,電路特點U=0，制動過程中，電動機靠系統(tǒng)的動能發(fā)電，轉(zhuǎn)化成發(fā)電機工作狀態(tài)，把動能變成電能，消耗在電樞回路的電阻上，因此稱為能耗制動,1.2能耗制動的機械特性,制動電阻Rz愈小，則機械特性愈平，T1絕對值愈大，制動愈快,對于位能性負載，將實現(xiàn)反轉(zhuǎn)，即能耗制動運行。,2.反接制動,2.1反接制動的原理,實現(xiàn)：電樞電壓或電動勢極性突然改變（勵磁反向）電樞電壓和電動勢順極性串聯(lián)；反接時必須采取限制電樞電流的措施。,功率平衡：軸上機械功率通過電機轉(zhuǎn)換為電磁功率后，連同電網(wǎng)輸入功率全部消耗于電阻,2.2反接制動的機械特性,反接制動適合要求頻繁正、反轉(zhuǎn)的系統(tǒng)。,3.回饋制動（再生制動）,3.1回饋制動的原理,3.2正向回饋制動,他勵直流電動機通過降低電壓來減速時，若電壓下降幅度較大，會使得工作點經(jīng)過第II象限，如圖中的BC段，轉(zhuǎn)速為正而電磁轉(zhuǎn)矩為負，電動機運行于制動狀態(tài)。在這一過程中，由于電源電壓下降，使得Ea>U,電流方向改變，電能從電動機回饋到電源。,在電力機車下坡時，由于重力作用使得電動機轉(zhuǎn)速高于原來的空載轉(zhuǎn)速，Ea增大，超過U以后，電流也會反向，進入正向回饋制動狀態(tài)。,3.3反向回饋制動,他勵電動機拖動位能性恒轉(zhuǎn)矩負載運行。反接電源電壓并給電樞支路串入限流電阻。工作點將會穩(wěn)定在第iv象限。在D點，電動機的轉(zhuǎn)速高于理想空載轉(zhuǎn)速，Ea>U，電流流向電源，屬于反向回饋制動。反向回饋制動常用于高速下放重物時限制電機轉(zhuǎn)速。為了限制高速下放速度，一般在回魁制動時，將電樞回路串聯(lián)的電阻切除。,想想練練,直流電動機的啟動方式有哪幾種,直流電動機的調(diào)速方法有哪幾種？,