直流电动机的启动、调速和制动课件.

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n
电枢回路串电阻调速的特点：
① 设备简单，操作方便； ② 串入电阻值越大，机械特性越 软，稳定性越差；
n0
b
11 a 2 c 3
Ra
Ra Rt1
d
Ra Rt 2
OTbTL来自T电枢回路串电阻调速机械特性
③ 空载或轻载时几乎没有什么调 速作用；
④ 低速时串入电阻 Rt 值越大，损耗越大，不经济； ⑤ 串入电阻 Rt中流过的电流 Ia 大，只能分段有级变化，调速 平滑性差。 10
改变磁通调速
n
+ I Ia U -
n02
c
M
Nf Rpf
n0
a 1
2 1 N
b
1
If
T TL 并励电动机不同磁通的人为机械特性
O
弱磁调速的特点：
① 调速平滑，可实现无极调速；
② 弱磁调速是在励磁回路中调节，功率损耗小，控制方便； ③ 一般从额定转速往上调速 nN nmin，而上限又受机械强 13 度限制，因而调速范围不大，一般 D 1 2 ；
随着 n的升高，电动势 Ea逐渐增大， I s下降， Ts下降，为保 证 Ts足够大，启动过程中，电压必须随 n的上升而逐渐增大， U UN 直到 ，电动机进入稳定运行状态，启动结束。 如何控制电压 U ？ 目前多采用晶闸管整流装置自动实现电压的控制。
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③电枢回路串电阻启动
原理：当励磁电流 I f I f N 常数时，外加电压 U U （恒 N 定），在电枢回路中串入一适当电阻 Rs以限制启动电流， 使得 I s 1.5 ~ 2.5 I N 启动过程中，由 I s 产生 Ts ，Ts TL ， Ts Is ↓ ， 从而 n ↑→ E ↑→ ↓→ a
能耗制动
U + 1 2 Ia If T Rz
T n
n
b
QS
n0
2
O
1
a
3
TL
Ea Nf
T
c
能耗制动接线图
制动时，将拖动系统中贮存的动能转换成电能，消耗在 电枢回路的电阻上，直到电动机停转为止，故称做能耗 R Rz R Rz 0 制动。机械特性方程为： n T a T a
Ce N CeCT 2 N CeCT 2 N
降低电源电压调速 （1）调速前 ＝ N ， R Ra ，
U U N 。电动机工作于固有机械 特性曲线1的a点，T TL ，转速
n01
n02
n
1 a UN 2 c U 2 3
U N U 2 U3
n03
b
n na ，电机稳定运行。
U3
（2）当电源电压从 U N 突然降至 U 2 ， T 特性曲线平行下移，因机械原因 n O TL Ea不变，工作点从 他励直流电动机降压调速机械特性 瞬时保持不变，
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直流电动机的调速
机械特性方程
电动机调速，是指在负载转矩 U R n T 不变的情况下，根据机械特性方程， Ce CeCT 2 人为地改变 R U ， 中任意一参数 值，从而改变电动机的转速。 调速指标
①调速范围D：当 TL TN时， D nmax nmin 。若要增大调速范 围，只有设法提高 nmax 或减小 nmin。 ②调速的相对稳定性（静差率 % ）：指电动机在某一机械 特性上运行时，从理想空载 TL 0 增至额定负载 TL TN所产 生的转速降 n 与理想空载转速 n0 之比，即：
U Ea U Is IK Ra Ra
+ UN QS1 QS2 Ia If Nf Rpf
M
并励电动机全压启动
由于电枢电阻 Ra很小， I s的数值可达(10~50) I N。
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①全压启动 过大的启动电流将造成：
Ⅰ电网波动过大，影响接在同一电网的其他用电设备正常 工作。
Ⅱ使电动机换向恶化，在换向器与电刷之间产生强烈的火 花或环火，同时电流过大还造成电枢绕组易烧毁。 Ⅲ启动转矩 Ts（ Ts CT I s ）过大，使生产机械和传动机构 受到强烈的冲击而损坏。
n0
b
11 a 2 c 3
Ra
Ra Rt1
M
Rpa
d
If
Nf
Ra Rt 2
O
电枢串电阻调速接线图
Tb
TL
T
电枢回路串电阻调速机械特性
结论：负载（ TL）不变时，调速前后（稳定时）电动机的电 磁转矩不变，电枢电流也保持不变。
nN 电枢串电阻调速，转速只能从额定转速往下调，所以 nmax 其 D 。 2 调速范围 D nN n ，一般 min
T
TL
启动机械特性
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③电枢回路串电阻启动
+ KM I Ia Rs1 KM1 Rs2 KM2 Rs3 KM3 U -
n
n0 A
h f d b g e c
If
Nf Rpf
并励电动机分级启动接线图
O
a
TL Ts 2 Ts1 分级启动机械特性
T
转速 n 从a ↗b →c ↗d →e ↗f →g ↗h，既保证了电机有 较大的启动转矩，又限制了启动电流，从而保证了良好的 启动性能。
a过渡到b，此时 I U Ea T T T 电动机转速 a b L
Ra
n
（3）随着 n Ea I a T ，直至 T Tc TL，电动机 以较低转速 n nc 稳定运行于人为特性曲线2的c点。
说明：受到电动机绝缘限制，调压只能从额定转速向下调速， 11 即
结论：除了极小容量的直流电机（如家用电器，采用某些 直流电机）外，不允许全压启动。一般规定启动电流 I不得 s I N1.5～2.5倍。 超过额定电流 的
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②降压启动 原理： 启动瞬时，将加在电动机电枢两端的电压降低，以限制启 动电流 Is＝(U Ra ) 1.5 ~ 2.5 I N ,从而获得足够大的启动转矩 （ Ts TL ）。
电动机拖动的必须是位能性负载，其接线与电动状 态相同，只是电枢回路串入一足够大的电阻Rz 。倒拉反 接制动，电动机一方面从电网吸收电功率,另一方面它 又同时吸收拖动系统的位能转换成电能,全部消耗在电 枢回路电阻 Ra 和 Rz 上,所以这种方法最不经济.
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回馈制动
c
n
n0
1
a
Rz Rz Nf U Nf U
TL
O
TL
T
回馈制动原理图
回馈制动机械特性
当直流电动机轴上受到外加转矩的作用，将使电动 机加速超过理想空载转速，此时电枢电动势大于电源电 压，电动机变为发电机运行，电枢电流将变为负值，电 磁转矩也将随之改变方向，与转速方向相反，称为制动 转矩。电流的反向使外力输入的机械能中的一部分变为 电能回馈给电网，故称回馈制动。
电源反接制动接线图
保持 N 大小、方向不变，将电源电压U 反极性接 到电枢两端，同时电枢应串接于一制动电阻 Rz 上。当制 动结束时，应立即切断电源，否则电动机将反向启动。
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倒拉反接制动
+ I KM n Rz If Nf T Ia U -
n
n0
d 3
O
1
a
f
TL
e
倒拉反接制动图
G
T
倒拉反接制动机械特性
n
n0
Ra
电机加速作用逐渐减慢，延长了启 动时间。为了使启动时保持恒加速， 这就要求在启动过程中，启动电流 O 和启动转矩 保持不变，为此，随 Is Ts 着 ↑，启动电阻 应均匀减少。但 Rs n 在实际中，难以实现启动电阻 均 匀减少，常将启动电阻 分成2～4 Rs Rs 段逐渐切除。
Ra Rs
能耗制动机械特性
若拖动的是位能性负载，在O点虽T为零，但在负载转矩 的作用下，电动机开始反转并沿机械Oc加速至c点而进 15 入稳定能耗制动。
反接制动 电源反接制动
U KM1 Ia Ia Rz KM2 Rpf KM2 T
Ea
n
b 2 e
O
TL
n0
1
a
n KM KM1 Nf
T
n0
电源反接制动机械特性
直流并（他）励电动机的制动
制动与电动的区别
能量转换 电磁转矩的方向 T的作用 机械特性所在象限
电动状态 电能转换成机械能
与转速方向同 拖动作用 一、三象限
制动状态 动能转换成电能
与转速反向相反 制动作用 二、四象限
在许多生产机械中，为提高生产率和产品质量，保 证设备和人身安全，常需要电动机迅速准确地停转或迅 速反转，或从高速降为低速。若断开电源，电动机就会 慢下来，最后停车，但停车时间较长。如电车的迅速刹 车，起重机吊起重物的平稳下放等，都需要电机能进入 14 制动状态才能完成。
第三章 直流电动机的 启动、调速和制动
直流电动机的启动 直流电动机的调速
直流电动机的制动
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直流电动机的启动
对直流电动机启动性能的基本要求 Ea 0，此时流过电动机中的电流称为 启动瞬间， n 0， 启动电流 I s，对应的电磁转矩称为启动转矩 T。为使电动机的 s 启动性能达到最佳状态，要求：
①必须产生足够大的启动转矩 T （ ,电动机方能迅速启动 ) s Ts TL ②启动电流 I s 不能太大； ③启动时间 t s 要短（实际启动时间只有几秒至几十秒）；
④启动设备要简单、可靠，便于操作。
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启动方法 ①全压启动
全压启动就是直流电动机的电枢直接加以 额定电压（ U U N ）的启动方式。 启动时合上 QS1,即首先接通 I f ，将 R pf调至 零，使 等于最大，然后再将 QS2闭合，此 时瞬间，由于机械惯性的原因，电动机转 0 速 n , 0 Ea ，这时流过电枢的启动电 Is IK 流 ，即为堵转电流 。