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2-6他励直流电动机的调速

  2-6他励直流电动机的调速_工学_高等教育_教育专区。第六节 他励直流电动机的调速 ? 一、调速的性能指标 ? 二、他励直流电动机的调速方法 ? 在生产实践中,为了满足生产工艺的要求, 需要改变电动机的工作速度。 ? 在同样的负载下人为地改变电动

  第六节 他励直流电动机的调速 ? 一、调速的性能指标 ? 二、他励直流电动机的调速方法 ? 在生产实践中,为了满足生产工艺的要求, 需要改变电动机的工作速度。 ? 在同样的负载下人为地改变电动机速度,以 满足生产的需要,这种方法通常称为调速。 电力拖动系统的调速可以采用机械调速、电气调速或二者配 合调速。通过改变传动机构速比进行调速的方法称为机械调速; 通过改变电动机参数进行调速的方法称为电气调速。 改变电动机的参数就是人为地改变电动机的机械特性,使 工作点发生变化,转速发生变化。调速前后,电动机工作在不 同的机械特性上。 他励直流电动机的机械特性方程式为 U R n? - T 2 Ce? Ce CT Φ 电气调速方法:1.调压调速;2.电枢串电阻调速;3.调磁调速。 ? 注意:调速与因负载变化而引起的转速变 化是不同的。调速需要人为地改变电动机 的电气参数,从而改变电机的机械特性, 使在同一负载下可以得到不同的转速。负 载变化时的转速变化则是自动的,这时电 动机的电气参数未变。 一、调速的性能指标 1、调速范围 调速范围是指电动机在额定负载时所能达到的最 高转速nmax与最低转速nmin之比,用D表示,即 D? n max n min ? 不同的生产机械对调速范围的要求不同,例如车 床D =20-120,龙门刨床D =10-40,轧钢机D =3 -120,造纸机D =3-20等。 ? 由D的表达式可见:要扩大调速范围,必须设法提 高最高转速nmax与降低最低转速nmin。电动机的最 高转速nmax受电动机换向条件及机械强度的限制, 一般在额定转速以上转速提高的范围是不大的。 最低转速nmin受低速运行时的相对稳定性的限制。 ? 相对稳定性是指负载转矩变化时,转速随 之变化的程度。转速变化越小,相对稳定 性越好,能得到的最低转速nmin越小,D也就 越高。 2、静差率(相对稳定性) 所谓相对稳定性是指负载转矩变化时,转速随之变化的程 度。转速变化越小,相对稳定性越好,能得到的最低转速 nmin越小,D也就越高。 工程上常用静差率δ来衡量相对稳定性的程度。 指负载变化时,转速变化的程度,转速变化小,稳定性好。 n0 ? n N Δn N δ? ?100% ? ?100% n0 n0 显然,在相同的n0 情况下,电动机的机械特性越硬, 静差率就越小,相对稳定性就越好。静差率和机械特 性的硬度有关系,但又有不同之处。 两条互相平行的机械特性,硬度相同,但静差率不同。 同样硬度的特性,转速越低,静差率越大,越难满足 生产机械对静差率的要求。 生产机械调速时,为保持一定的稳定程度,要求 静差率δ小于某一允许值。不同的生产机械,其 允许的静差率是不同的,例如普通车床可允许 δ≤30%,一般设备要求δ≤50%,高精度的造纸 机要求δ≤0.1%。 静差率与调速范围是互有联系的两项指标,系统 可能达到的最低转速决定于系统允许的最大静差 率,因此,调速范围显然受最大静差率的制约。 3、调速的平滑性 在一定的调速范围内,调速的级数越多,调速越平滑。 相邻两级转速之比,为平滑系数。 ? 越接近1,平滑性越好,当? ? 1 时,称为无级调速,即转 速可以连续调节。调速不连续时,级数有限,称为有级调速。 不同的生产机械对调速的平滑性要求不同,例如龙门刨床要求 基本上近似无级调速。 ni ?? n i ?1 4、调速的经济性 主要指调速设备的投资、电能消耗、运行效率及维修费用 等。 5、调速时的容许输出 容许输出是指电动机在得到充分利用的情况下,调速过程 中轴上所能输出的功率和转矩。在电动机稳定运行时,实 际输出的功率和转矩由负载的需要来决定,故应使调速方 法适应负载的要求。 二、他励直流电动机的调速方法 1、电枢回路串电阻调速 n n0 nN A? A B 未串电阻时 的工作点 n1 Ra R a ? R pa1 串电阻后, 工作点由 A→A’→B 0 TL T 电枢串接电阻调速的特点: ? (1)调速范围不大。由于电枢串接电阻后, 机械特性变软,特别是低速运行时,负载稍 有变化,就会引起转速发生较大的变化,不 能满足一般生产机械对转差率的要求。 ? (2)调速的平滑性不高,且是有级调速。因 为外串电阻Rpa只能分段调节,所以这种调速 方法不能实现无级调速。 ? (3)调速的经济性不够。 ? 现分析如下: 电枢串电阻调速时,外串电阻RPa上要消耗电功率 Ia2RPa,使调速系统的效率降低。调速系统的效率可 用系统输出的机械功率P2与输入的电功率P1之比的 百分数表示。若电动机所带负载是额定恒转矩负载, 则Ia=IN, P 1 ? U N I aN ? U N I N ? P 1N ? 常量 忽略电动机的空载损耗p0, P2 ? Pem ? Ea I N Ea I N P2 n ? ? ? 100% ? ? 100% ? ? 100% 电动机的效率为: P1 UN IN n0 可见效率将随n的降低成正比的下降。如当 功率将有一半消耗在电枢总电阻上,所以这种 调速方法是很不经济的。 1 n ? n0 2 时,η=50%,就是说由电网输入的 ? (4)调速方法简单,设备投资少。 这种调速方法只适用于对调速性能要求不 高的中、小功率电动机。例如起重设备和 运输牵引装置。 调速过程中电流和转速的变化情况 调速过程电流变 化曲线:调速前、 后电流不变 n ia I aN ia 调速过程转速 变化曲线 n t 结论:带恒转矩 负载时,串电阻越 大,转速越低。 2、降低电源电压调速 n0 n01 nN n1 降压瞬间 工作点 n A’ 调速压前 工作点A A B UN U1 稳定后工 作点 降压调速过程 与电枢串电阻 调速过程相似, 调速过程中转 速和电枢电流 (或转矩)随 时间变化的曲 线也相似。 TL T ? 降低电源电压调速的物理过程:设电动机稳定运行在电源 电压为U1的机械特性上的A点,当电源电压突然降低为U2 时,瞬间n及Ea不能突变,Ia及T减小,在图2-28中,运行 点即在相同的转速下由A点过渡到人为机械特性上的B点。 在B点,由于T<TL,电动机减速。随着转速 n↓→Ea↓→Ia↑→T↑,直到T=TL,电动机以较低的转速 在C点稳定运行。 ? 在降压幅度较大时,如从U1突降到U3,电动机由A点过渡 到D点,此时电机进入回馈制动状态,直到E点。随着电动 机的减速,电动机从E点重新进入电动状态的减速过程直 至F点,T=TL,电机以更低的转速稳定运行。 优点: 1)电源电压能够平滑调节,可实现无级调速。 2)调速范围广。调速前后的机械特性的斜率不变, 硬度较高,负载变化时稳定性好。 3)无论轻载还是负载,调速范围相同,一般可达 D=2.5?12。 4)电能损耗较小,经济性好。 缺点: 需要一套电压可连续调节的直流电源。 3、减弱磁通调速 n 减弱磁通后, 理想空载转速 上升, 曲线 nN 弱磁稳定后的 工作点 B A? 弱磁瞬间工作 点A→A‘ A TL ΦN Φ1 T 调节磁场前 工作点 ? 弱磁调速的物理过程:在图2-29中,设电动机稳 定运行在A点,当磁通突然从Φ1降到Φ2时,瞬间 转速n不变,Ea减小,Ia及T增大,运行点即在相 同的转速下由A点过渡到B点。在B点,由于 T>TL,电动机加速。随着转速 n↑→Ea↑→Ia↓→T↓,直到T=TL,电动机以较 高的转速在C点稳定运行。 ? 与降压调速类似,在突然增磁过程中,如磁通由 Φ2增大到Φ1,在图2-29中,工作点由C点过渡到 D点,电机也进入回馈制动状态。 弱磁调速前、后的电枢电流和转速的变化情况 n I a1 ia ia 减弱磁通前、 后的电枢电流 变化曲线 减弱磁通调速 前、后转速变 化曲线 n t 结论:磁场越弱, 转速越高。因此电 机运行时励磁回路 不能开路。 优点: 由于在电流较小的励磁回路中进行调节,因而控制方便,能量 损耗小,设备简单,调速平滑性好。弱磁升速后电枢电流增大, 电动机的输入功率增大,但由于转速升高,输出功率也增大, 电动机的效率基本不变,因此经济性是比较好。 缺点: 1)机械特性的斜率变大,特性变软; 2)调速范围不大。转速的升高受到电动机换向能力和机械强度 的限制,升速范围不可能很大,一般 D≤2。 为了扩大调速范围,通常把降压和弱磁两种调速方法结合起来, 在额定转速以上,采用弱磁调速,在额定转速以下采用降压调速。 例2-7 一台直流他励电动机,其额定数据为: PN=100kW,IN=511A,UN=220V,nN=1500r/min,电 枢电路总电阻Ra=0.04Ω,电动机拖动额定恒转矩负 载运行。 ? (1)采用电枢串电阻调速,将转速降至600r/min 求应串多大电阻? ? (2)采用降压调速,电源电压降至110V,求电动 机的稳定转速是多少? ? (3)采用弱磁调速,磁通减小10%时,求调速瞬间 的电枢电流,稳定后的电枢电流和转速是多少? ? 解:(1)电动机在额定状态时: EaN ? U N ? I N Ra ? 220? 511? 0.04 ? 199.56 Ce ? N ? EaN 199.56 ? ? 0.133 nN 1500 因为负载为额定恒转矩负载,调速前后磁通不变,所以电枢 电流Ia在调速前后保持恒定,即Ia=IN。在电枢回路串电阻 将转速降至600r/min,根据电动机的电势方程式得: U N ? Ea 220 ? 0.133? 600 ? ? Ra ? ? 0.04 ? 0.23 IN 511 R pa ? 解:(1)电动机在额定状态时: EaN ? U N ? I N Ra ? 220? 511? 0.04 ? 199.56 Ce ? N ? EaN 199.56 ? ? 0.133 nN 1500 因为负载为额定恒转矩负载,调速前后磁通不变,所以电枢 电流Ia在调速前后保持恒定,即Ia=IN。在电枢回路串电阻 将转速降至600r/min,根据电动机的电势方程式得: U N ? Ea 220 ? 0.133? 600 ? ? Ra ? ? 0.04 ? 0.23 IN 511 R pa ? (2)因为调速后,负载转矩、磁通不变,所以电 枢电流Ia也不变,即Ia=IN=511A。当电源电压 U=110V,根据电动机的电势方程式得电动机的稳定 转速为: U ? I N Ra 110 ? 511? 0.04 n? ? ? 673r / min Ce ? N 0.133 ? (3)因调速瞬间转速不变n=1500r/min,Φ=90%ΦN, 根据电动机的电势方程式得调速瞬间电枢电流为: U N ? 90%Ce ? N nN 220 ? 90% ? 0.133 ?1500 ? ? 1011.25 A Ra 0.04 Ia ? 因为调速前后负载转矩不变,故调速前后的电 磁转矩也不变,即 CT ? N I aN ? 90%CT ? N I a 则调速后的稳定电流为: I aN 511 Ia ? ? ? 567.8 0.9 0.9 调速后的稳定转速为: U N ? I a Ra 220 ? 567.8 ? 0.04 n? ? ? 1648 r/ min 90%Ce ? N 0.9 ? 0.133

时间:2020-06-08 14:38