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他励直流电机的调速

  他励直流电动机的调速 Speed-regulation of separately excited motor 1 他励直流电动机的调速 电力拖动系统的调速: 1)机械调速; 2)电气调速 他励电动机的转速公式: U ? I a ( Ra ? Rs ) n? Ce? 电气调速方法:1)调压调速; 2)电枢回路串电阻调速; 3)调磁调速。 2 他励直流电动机的调速 调速指标: 1、调速范围D: D? nmax nmin 2、静差率(相对稳定性)δ%: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 ?n N ?% ? ?100% ? ?100% n0 n0 δ%越小,相对稳定性越好; δ%与机械特性硬度和n0有关。 3 他励直流电动机的调速 D与δ%相互制约: nmax nmax nmax nmax ? D? ? ? ? nmin n0 min ? ?n N ?n N ?n N (1 ? ? ) ? ?n N ? δ越小,D越小,相对稳定性越好; 在保证一定的δ指标的前提下,要扩大D, 须减少Δn,即提高机械特性的硬度。 4 他励直流电动机的调速 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。 4、调速的经济性:主要指调速的投资、运行 效率及维修费用等。 5 ? ni ?? ni ? 1 他励直流电动机的调速 1、电枢回路串电阻调速 n n0 n A’ ia ia nN n1 n2 A B C Ra Ra+Rs1 IaN nN n1 t=0 6 n t RS1RS2 Ra+RS2 TL Tem 0 他励直流电动机的调速 优点:电枢串电阻调速设备简单,操作方便。 1)由于电阻只能分段调节,所以调速的 缺点: 平滑性差; 2)低速时特性曲线斜率大,静差率大, 所以转速的相对稳定性差; 3)轻载时调速范围小,额定负载时调速范 围一般为D≦2; 4)损耗大,效率低,不经济。对恒转矩 负载,调速前、后因增通不变而使Tem和Ia不变, 输入功率不变,输出功率却随转速的下降而下 降,减少的部分被串联电阻消耗了。 7 他励直流电动机的调速 2、降低电压调速 n n0 n01 A’ nN n02 n 1 A U N B C n2 U 2 ? U1 ? U N TL U1 U2 Tem 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 他励直流电动机的调速 优点:1)电源电压能够平滑调节,可实现无 级调速。 2)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。 缺点:需要一套电压可连续调节的直流电源。 9 他励直流电动机的调速 n02 3、减弱磁通调速 n C B A TL n ia ia n2 n01 n1 nN n0 I a1 I aN A’ ?2 ?1 ?N n1 nN Tem t=0 n t 10 他励直流电动机的调速 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: 机械特性的斜率变大,特性变软; 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。 11 他励直流电动机的调速 调速方式与负载类型的配合 容许输出:指电动机在某一转速下长期可靠工作时所能输 出的最大转矩和功率。 充分利用:指在一定的转速下电动机的实际输出转矩和 功率达到它的容许值,即电枢 电流达到额定值。 当电动机调速时,在不同的转速下, 电枢电流能否总保持为额定值,即电动机 能否在不同转速下都得到充分利用,这个 问题与调速方式和负载类型的配合有关。 12 他励直流电动机的调速 以电机在不同转速都能得到充分利用为条件,他 励直流电动机的调速可分为恒转矩调速和恒功率调速。 电枢串电阻调速和降压调速时,磁通 ? ? ? N 保持 不变,若在不同转速下保持电流 I a ? I N 不变,即电机 得到充分利用,容许输出转矩和功率分别为: T ? Tem ? CT ? N I N ? C Tn P? ? C1n 9550 电动机的容许输出功率与转速成正比,而容许输 出转矩为恒值----恒转矩调速。 13 他励直流电动机的调速 弱磁调速时,磁通 ? 是变化的,在不同转速下 若保持电流 I a ? I N 不变,即电机得到充分利用,容 许输出转矩和功率分别为: U N ? I N Ra C2 T ? Tem ? CT ?I N ? CT ? Ce n n Tn C2 n C2 P? ? ? 9550 n 9550 9550 电动机的容许输出转矩与转速成反比,而容许输 出功率为恒值----恒功率调速。 14 他励直流电动机的调速 上述容许输出转矩和功率与转速的关系为: n n max T nN P 恒功率调速 恒转矩调速 以 nN 为界, 分两个区域: n ? nN 为恒转 矩调速区; n ? n N为恒功 率调速区 15 P nmin T T P 他励直流电动机的调速 1、恒转矩负载配恒转矩调速 TL和 T 均为常数,PL 和 P 均与转速 n 成正 比,只要选择电动机 的 T 与TL相等,在任 何转速下均有: n TL T T P ? PL 这是一种理想的配合,转速 电机既满足了负载要求, 是从额定转速向下调,所以 又得到了充分利用。 额定转速为系统的最高转速。 16 T ? TL Ia ? I N 他励直流电动机的调速 2、恒功率负载配恒功率调速 T PL和 P 均为常数, L 和 T 均与 n 成反比,只 要选择 P 与 PL 相等, 在任何转速下均有: n T TL P ? PL 这是一种理想的配合,转速 电机既满足了负载要求, 是从额定转速向上调,所以 又得到了充分利用。 额定转速为系统的最低转速。 17 T ? TL Ia ? I N T 他励直流电动机的调速 1 负载转矩 TL ? C 电动机容许输出转矩 T ? n 只有在最高转速时才有: n P ? PL T ? TL I a ? I N n max 3、恒转矩负载配恒功率调速 T nmin TL 电机得到了充分利用。 在低于最高转速时: T n N ? nmin 电机未被充分利用。 PL ? P TL ? T Ia ? I N 18 他励直流电动机的调速 可以证明: 在最低转速时,电动机的实际输出功率(负载功率) 1 只是电动机额定功率的 (D为调速范围)。 D PN ? PL max ? PL min TL nmax 9550 1 ? PN D ? nmax TL nmin nmin 9550 ? DPL min 显然,这种配合将造成电动机容量的浪费。 19 他励直流电动机的调速 4、恒功率负载配恒转矩调速 1 负载转矩 TL ? n n n max nmin TL 电动机容许输出转矩 T ? C 只有在最低转速时才有: P ? PL T T T ? TL Ia ? I N 电机得到了充分利用。 在高于最低转速时: 电机未被充分利用。 nN ? nm ax TN ? TL m ax PL ? P TL ? T Ia ? I N 20 他励直流电动机的调速 可以证明: 这种配合,电动机的实际输出功率(恒定的负载功 1 率)只是电动机额定功率的 (D为调速范围)。 D TN n N TL max nmax nmax TL max nmin PN ? ? ? ? DPL 9550 9550 nmin 9550 1 PL ? PN D 显然,这种配合将造成电动机容量的浪费。 21 他励直流电动机的调速 5、风机型负载与两种调速方式的配合 由于负载转矩随转速的升高而增大,为了使电动机在最 高转速时(所需的转矩最大)能满足负载的需要,应使 n n max T TL T T( n?nmax ) ? TL( n?nmax ) 只有在最高转速时,电 动机才被充分利用。恒 转矩调速方式所造成的 电动机容量浪费比恒功 T 率调速方式小一些。 22 他励直流电动机的调速 根据以上五种情况分析可得: 1)电枢串电阻调速和降压调速方式属于恒转 矩调速,适用于恒转矩负载 。 2)弱磁调速属于恒功率调速方式,适用于恒 功率负载 。 3)对于泵与风机类负载,三种调速方式都不 十分合适,但采用电枢串电阻和降压调速比弱 磁调速合适一些。 23

时间:2020-06-08 14:38