直流電動機控制技術-資料下載頁

　　

【正文】 型，所以兩種調速方式都不能良好匹配： 只有在最高轉速時，電動機才被充分利用。恒轉矩調速方式所造成的電動機容量浪費比恒功率調速方式小一些。五、他勵直流電機的啟動和調速根據以上五種情況分析可得：1）電樞串電阻調速和降壓調速方式屬于恒轉矩調速，適用于恒轉矩負載 2）弱磁調速屬于恒功率調速方式，適用于恒功率負載 3）對于泵與風機類負載，三種調速方式都不十分合適，但采用電樞串電阻和降壓調速比弱磁調速合適一些。 五、他勵直流電機的啟動和調速[例 ]一臺他勵直流電動機的額定數據為 UN=220V， IN=， nN=1500r／ min， Ra=，保持額定負載轉矩不變，求：　　 (1)電樞回路串入 ；　　 (2)電源電壓降為 110V時的穩態轉速；　　 (3)磁通減弱為 90％ ΦN時的穩態轉速。解：五、他勵直流電機的啟動和調速（ 1）因為負載轉矩不變，磁通不變，所以 Ia不變。（ 2）因為負載轉矩不變，磁通不變，所以 Ia不變 （ 3）因為 Tem=CTΦNIN=CTΦ′Ia′=常數，所以 :五、他勵直流電機的啟動和調速即弱磁調速時，若負載轉矩不變且等于額定轉矩，則弱磁調速后電樞電流將超過額定電流，電機過載。 此時轉速為:[例 ]某電源 — 電動機直流調速系統，已知電機的額定轉速為 nN=1000r/min，額定電流 IN=305A，主回路電阻 R=， CeΦN=，若要求電動機調速范圍 D=20， δ5%，則該調速系統是否能滿足要求？五、他勵直流電機的啟動和調速解：如果要滿足 D=20， δ5%的要求，則其在額定條件下的轉速降為：而由已知條件，則其額定轉速下的轉速降為：五、他勵直流電機的啟動和調速而靜差率為：由此可知：該電源 電動機所組成的系統是沒有能力完成調速指標的。五、他勵直流電機的制動根據電磁轉矩 Tem和轉速 n方向之間的關系，可以把電機分為兩種運行狀態。當 Tem與 n同方向時，稱為電動運行狀態，簡稱電動狀態；當 Tem與 n反方向時，稱為制動運行狀態，簡稱制動狀態。電動狀態時，電磁轉矩為驅動轉矩；制動狀態時，電磁轉矩為制動轉矩。 216。 能耗制動五、他勵直流電機的制動　 　 右 圖是能耗制動的電路圖。開關 S接電源側為電動狀態運行，此時電樞電流 Ia、電樞電動勢 Ea、轉速 n及電磁轉矩Tem的方向如圖所示。當需要制動時，將開關 S投向制動電阻 RB上，電動機便進入能耗制動狀態。 能耗制動電路圖五、他勵直流電機的制動　 　 因為 磁通保持不變，初始制動時，電樞存在慣性，其轉速 n不能馬上降為零，而是保持原來的方向旋轉，于是 n和 Ea的方向均不改變。但是，由 Ea在閉合的回路內產生的電樞電流 IaB卻與電動狀態時電樞電流 Ia的方向相反，由此而產生的電磁轉矩 TemB也與電動狀態時 Tem的方向相反，變為制動轉矩，于是電機處于制動運行。制動運行時，電機靠生產機械慣性力的拖動而發電，將生產機械儲存的動能轉換成電能，并消耗在電阻 (Ra+RB)上，直到電機停止轉動為止，所以這種制動方式稱為能耗制動。 五、他勵直流電機的制動能耗制動是在 U=0、 Φ=ΦN、 R=Ra+RB的前提條件下，機械特性方程為：或：能耗制動時 U=0，則 　 　 ，即能耗制動的機械特性是一條過坐標原點的直線，斜率為　　　 ，特性曲線如下頁圖所示。 五、他勵直流電機的制動能耗制動時的機械特性曲線 A點處，其 n0， Tem0，Tem為驅動轉矩。開始制動時，因 n不能突變（能量不能突變），工作點將沿水平方向躍變到能耗制動特性曲線上的 B點。在 B點， n0， Tem0，電磁轉矩為制動轉矩，于是電動機開始減速，工作點沿 BO方向移動。 五、他勵直流電機的制動　 　 若電動機拖動反抗性負載，則工作點到達 O點時， n=0，Tem=0，電機便停轉。若電動機拖動位能性負載，則工作點到達 O點時，雖然 n=0， Tem=0，但在位能負載的作用下，電機將反轉并加速，工作點將沿特性曲線 OC方向移動。此時 Ea的方向隨 n的反向而反向，即 n和 Ea的方向均與電動狀態時相反，而Ea產生的 Ia方向卻與電動狀態時相同，隨之 Tem的方向也與電動狀態時相同，即 n0， Tem0，電磁轉矩仍為制動轉矩。隨著反向轉速的增加，制動轉矩也不斷增大，當制動轉矩與負載轉矩平衡時，電機便在某一轉速下處于穩定的制動狀態運行，即均速下放重物，如圖中的 C點，這時電動機處于制動運行狀態。 五、他勵直流電機的制動改變制動電阻 RB的大小，可以改變能耗制動特性曲線的斜率，從而可以改變起始制動轉矩的大小，以及下放位能負載時的穩定速度。 RB越小，特性曲線的斜率越小，起始制動轉矩越大，使下放位能負載的速度越小。減小制動電阻，可以增大制動轉矩，縮短制動時間，提高工作效率。但制動電阻太小，將會造成制動電流過大，通常限制最大制動電流不超過（ 2～ ）倍的額定電流。選擇制動電阻的原則是 ：五、他勵直流電機的制動式中 Ea為制動瞬間 (制動前電動狀態時 )的電樞電動勢。如果制動前電機處于額定運行，則 則 　 　 能耗制動操作簡單，但隨著轉速的下降，電動勢減小， 制動電流和制動轉矩也隨之減小，制動效果變差。若為了使電機能更快地停轉，可以在轉速降到一定程度時切除一部分制動電阻， 使制動轉矩增大， 從而加強制動作用。 五、他勵直流電機的制動216。 反接制動n 電壓反接制動右圖為電壓反接制動時的接線。開關 S投向 “電動 ”側時，電樞接正極性的電源電壓，此時電機處于電動狀態運行。進行制動時，開關 S投向 “制動 ”側，此時電樞回路串入制動電阻 RB后，接上極性相反的電源電壓，即電樞電壓由原來的正值變為負值。此時，在電樞回路內， U與 Ea順向串聯，共同產生很大的反向電流。 五、他勵直流電機的制動反向的電樞電流 IaB產生很大的反向電磁轉矩 TemB出，從而產生很強的制動作用，這就是電壓反接制動。 　 電動狀態時，電樞電流的大小由 UN與 Ea之差決定，而反接制動時，電樞電流的大小由 UN與 Ea之和決定，因此反接制動時電樞電流是非常大的。為了限制過大的電樞電流，反接制動時必須在電樞回路中串接制動電阻 RB。 RB的大小應使反接制動時電樞電流不超過電動機的最大允許電流Imax＝ (2～ )IN，因此應串入的制動電阻值為 ：五、他勵直流電機的制動　 　 比較能耗制動和反接制動串入的電阻可知，反接制動電阻值要比能耗制動電阻值約大一倍。電壓反接制動時的機械特性就是在 U=－ UN， Φ=ΦN， R=Ra+RB條件下的一條人為特性，即 或：五、他勵直流電機的制動電壓反接制動時的機械特性五、他勵直流電機的制動　　 可見，其特性曲線是一條通過 n0點，斜率為 　 　 　 的直線，如上頁圖中線段 BC所示。電壓反接制動時電機工作點的變化情況可用上頁圖說明，設電動機原來工作在固有特性上的 A點，反接制動時，由于轉速不能突變，工作點沿水平方向躍變到反接制動機械特性上的 B點，之后在制動轉矩作用下，轉速開始下降，工作點沿 BC方向移動，當到達 C點時，制動過程結束。在 C點， n=0，但制動的電磁轉矩 TemB≠0，根據負載性質的不同，此后工作點的變化又分兩種情況。 五、他勵直流電機的制動　 　 （ 1）電動機拖動反抗性負載，當 C點處的電磁轉矩大于負載轉矩時，若為了制動停車，在電機轉速接近于零時必須立即斷開電源，否則電動機將在反向電磁轉矩的作用下反向起動， 并一直加速到 D點，進入反向電動狀態下穩定運行。 　 　 （ 2）若電動機拖動位能性負載，則過 C點以后電動機將反向加速，一直到達 E點，即電動機最終進入回饋制動 (后面將要介紹 )狀態下穩定運行。 ?　 　 反接制動過程 (圖中 BC段 )中，從電源輸入的電功率和從軸上輸入的機械功率轉變成的電功率一并全部消耗在電樞回路的電阻 (Ra+RB)上， 其能量損耗是很大的。 五、他勵直流電機的制動n 倒拉反轉反接制動倒拉反接制動機械特性 ?(a)制動原理； (b)機械特性 五、他勵直流電機的制動　 　 倒拉反轉反接制動只適用于位能性恒轉矩負載，現以起重機下放重物為例來說明。正向電動狀態 (提升重物 )時，電動機工作在固有機械特性（見圖 (b)）上的 A點。如果在電樞回路中串入一個較大的電阻 RB，便可實現倒拉反轉反接制動。串入 RB將得到一條斜率較大的人為機械特性曲線，如圖 (b)中的直線n0D所示。串電阻瞬間，因轉速不能突變，所以工作點由固有機械特性上的 A點沿水平方向跳躍到人為機械特性曲線上的 B點，此時電磁轉矩 TB小于負載轉矩 TL，于是電機開始減速，工作點沿人為機械特性曲線由 B點向 C點變化。到達 C點時， n=0，電磁轉矩為堵轉轉矩 Tk，因 Tk仍小于負載轉矩 TL， 所以在重物的重力作用下電機將反向旋轉， 即下放重物。 五、他勵直流電機的制動　 　 因為勵磁不變，所以 Ea隨 n的反向而改變方向，由圖 (a)可以看出 Ia的方向不變，故 Tem的方向也不變。這樣，電機反轉后，電磁轉矩為制動轉矩，電機處于制動狀態，運行在如圖 (b)中的 CD段。隨著電機反向轉速的增加， Ea增大，電樞電流Ia和制動的電磁轉矩 Tem也相應增大。當到達 D點時，電磁轉矩與負載轉矩平衡，電機便以穩定的轉速勻速下放重物。電機串入的電阻 RB越大，則最后穩定的轉速越高，下放重物的速度也越快。 五、他勵直流電機的制動　 　 電樞回路串入較大的電阻后，電機能出現反轉制動運行，這主要是位能負載的倒拉作用，又因為此時的 Ea與 U也是順向串聯的，共同產生電樞電流，這一點與電壓反接制動相似，所以把這種制動稱為倒拉反轉反接制動 (或電勢反接制動 )。 五、他勵直流電機的制動倒拉反轉反接制動時的機械特性方程式就是電動狀態時電樞串電阻的人為機械特性方程式，只不過此時電樞串入的電阻值較大，使得 ，即 　 　。 因此，倒拉反轉反接制動特性曲線是電動狀態電樞串電阻人為機械特性曲線在第四象限的延伸部分。倒拉反轉反接制動時的能量關系和電壓反接制動時相同。 五、他勵直流電機的制動216。 回饋制動n 正向回饋制動　 　 當電車下坡時，在重力作用下加速運行，運行轉速也可能超過理想空載轉速而進入第二象限運行，如圖中的 A點所示。這時電機處于正向回饋制動狀態下穩定運行，如降低電樞電壓的調速過程中，將在轉速改變的瞬態發生回饋制動。 回饋制動機械特性五、他勵直流電機的制動n反向回饋制動 ?　 　 當電壓反接制動時，若電機拖動位能性負載，則電機經過制動減速、反向電動加速，最后在重物的重力作用下，工作點將通過 n0點進入第四象限，出現運行轉速超過理想空載轉速的反向回饋制動狀態。當到達 E點時，制動的電磁轉矩與重物作用力相平衡，電力拖動系統便在回饋制動狀態下穩定運行，即重物勻速下降。若使重物下降的速度低一些，通常可在回饋制動后將電樞回路串聯電阻全部切除，如圖中的 B點所示。 　 　 回饋制動時，由于有功率回饋到電網，因而與能耗制動和反接制動相比，回饋制動是比較經濟的。 　 　五、他勵直流電機的制動　 　 從前面的分析可知，電動機的運行有電動和制動兩種狀態，這兩種狀態的機械特性曲線分布在Tem－ n坐標平面上的四個象限內，這就是所謂的電動機的四象限運行，如右圖所示。 電動機的各種運行狀態五、他勵直流電機的制動　 　 在第一、三象限內， Tem與 n0同方向，為電動狀態。其中，在第一象限內： n0， Tem0，為正向電動狀態；在第三象限內： n0， Tem0，為反向電動狀態。　 在第二、四象限內， Tem與 n0反方向，為制動狀態。其中，在第二象限內： n0， Tem0，對于能耗制動和反接制動來說，是對正向運行的電動機進行制動減速過程；對于回饋制動來說，是正向運行的電動機處于減速過程或是處于穩定的回饋制動運行。在第四象限內： n 0， Tem 0，在下放位能負載時出現這一情況。在第四象限內的工作點 C、 D、 E等均是穩定制動運行工作點，此時位能性負載是勻速下降的。為了比較電動狀態及三種制動狀態的能量傳遞關系，繪出它們的功率流程圖，圖中各功率傳遞方向為實際方向。五、他勵直流電機的制動電動機各種制動狀態時的功率流程圖 ?(a)電動運行； (b)能耗制動； (c)反接制動； (d)回饋制動 五、他勵直流電機的制動[例 ]一臺他勵直流電動機數據為 PN=10kw， UN=220V，IN=53A， nN=l000r/min， Ra=，電樞電流最大允許值為2IN。　 　 （ 1）在額定狀態下進行能耗制動，求電樞回路應串入的制動電阻值。　 　 （ 2）用此電動機拖動起重機，在能耗制動下以300r/min的轉速下放重物，電樞電流為額定值，求電樞回路應串入的制動電阻值。　 　 （ 3）在倒拉反接制動下以 300r/min的轉速下放重物，電樞電流為額定值，求電樞回路應串入的制動電阻值 解：(1)制動前電樞電動勢為應串入的制動電阻值為：　　五、他勵直流電機的制動五、他勵直流電機的制動(2)因為勵磁保持不變，則下放重物時，轉速為 n=300r/min，由能耗制動的機械特性得：　　五、他勵直流電機的制動(3)由倒拉反接制動的機械特性方程 得解得：下放重物時電動機的轉速為負值。　五、他勵直流電機的制動216。直流電動機的反轉　 　 直流電動機的轉向是由電磁轉矩的方向決定，而電磁轉矩的方向由方向確定的，要改變其轉向，只要改變電樞電流方向和主磁場任意一個的方向即可。一是改變電樞電流的方向，二是改變勵磁電流的方向 (即改變主磁場的方向 )。如果同時改變電樞電流和勵磁電流的方向，則電動機的轉向不會改變。　 改變直流電動機的轉向，通常采用改變電樞電流方向的方法，具體就是改變電樞兩端的電壓極性，或者說把電樞繞組兩端換接，而很少采用改變勵磁電流方向的方法。因為勵磁繞組