第3章直流电动机.ppt

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1、电机拖动与控制电机拖动与控制第第3章章 直流电动机直流电动机本章内容主要包括：本章内容主要包括：3.1 3.1 电力拖动系统的运动方程式电力拖动系统的运动方程式3.2 3.2 负载的机械特性负载的机械特性3.3 3.3 他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性3.4 3.4 他励电动机的起动和反转他励电动机的起动和反转3.5 3.5 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动3.6 3.6 他励电动机的调速他励电动机的调速3.7 3.7 直流电机的故障分析及维护直流电机的故障分析及维护第第3 3章章 直流电动机直流电动机 在电力拖动系统中，电动机是原动机，起主导作用；生产在电力拖动系统中

2、，电动机是原动机，起主导作用；生产机械是负载。电动机的机械特性与负载的机械（转矩）特性机械是负载。电动机的机械特性与负载的机械（转矩）特性是研究电力拖动的基础。本章主要介绍电力拖动系统的运动是研究电力拖动的基础。本章主要介绍电力拖动系统的运动方程、负载转矩特性、直流电动机的机械特性、起动、调速、方程、负载转矩特性、直流电动机的机械特性、起动、调速、制动等方法和物理过程。制动等方法和物理过程。3.1 3.1 电力拖动系统的运动方程式电力拖动系统的运动方程式 3.1.1 3.1.1 电力拖动系统简介电力拖动系统简介 用各种原动机带动生产机械的工作机构运转，完成一定生用各种原动机带动生产机械的工作机

3、构运转，完成一定生产任务的过程称为产任务的过程称为拖动。拖动。用电动机作为原动机的拖动称为用电动机作为原动机的拖动称为电力电力拖动。电力拖动系统拖动。电力拖动系统包括：电动机、传动机构、工作机构、控包括：电动机、传动机构、工作机构、控制设备和电源五个部分。制设备和电源五个部分。电动机电动机传动机构传动机构工作机构工作机构控制设备控制设备电源电源图图3-1 3-1 电力拖动系统的组成电力拖动系统的组成1.1.电力拖动系统的组成电力拖动系统的组成3.1.1 3.1.1 电力拖动系统简介电力拖动系统简介2.2.电力拖动系统的运动方程电力拖动系统的运动方程 如右图为单轴电力拖动如右图为单轴电力拖动系统

4、。系统。单轴电力拖动系统：单轴电力拖动系统：电动机电动机直接与生产机械的工作机构直接与生产机械的工作机构相连接，电动机与负载用同相连接，电动机与负载用同一个轴，以同一转速运行。一个轴，以同一转速运行。3.1.1 3.1.1 电力拖动系统简介电力拖动系统简介2.2.电力拖动系统的运动方程电力拖动系统的运动方程运动方程：运动方程：dtdnGDTTL=-3752其中，其中，T电磁转矩电磁转矩 TL负载转矩负载转矩 n n电动机转速电动机转速 GD2飞轮矩飞轮矩 T-TL动转矩动转矩MTnLT-U F F图图3-2 3-2 单轴电力拖动单轴电力拖动 系统旋转运动的三种状态系统旋转运动的三种状态1)1)

5、当当 或或 时时,系统处于系统处于静止静止或或恒转速恒转速运行状态，即处运行状态，即处于稳态。于稳态。LT T=0=dtdn2)2)当当 或或 时时,系统处于系统处于加速加速运行状态，即处于动态。运行状态，即处于动态。LTT0dtdn3)3)当当 或或 时时,系统处于系统处于减速减速运行状态，即处于动态。运行状态，即处于动态。LTT0TTL L时；电动时；电动机就开始起动。起动后，随着转速上升，机就开始起动。起动后，随着转速上升，反电动势逐渐增大，再反电动势逐渐增大，再逐渐提高电源电压，使起动电流和起动转矩保持在一定的数值上，逐渐提高电源电压，使起动电流和起动转矩保持在一定的数值上，保证按需要

6、的加速度升速。保证按需要的加速度升速。起动过程的机械特性如图所示：起动过程的机械特性如图所示：Qnn00UNTTL TS1W图图3-14 3-14 降压起动机械特性降压起动机械特性3.4.4 3.4.4 直流电动机的反转直流电动机的反转电机反转电机反转即改变电磁转矩的方向，由电磁转矩公式（即改变电磁转矩的方向，由电磁转矩公式（T=CT=CT TF FI Ia a）可知，欲改变电磁转矩的方向，只需改变励磁磁通方向或电枢电可知，欲改变电磁转矩的方向，只需改变励磁磁通方向或电枢电流方向即可。所以，改变直流电动机转向的方法有两个：流方向即可。所以，改变直流电动机转向的方法有两个：v保持电枢绕组两端极性

7、不变，将励磁绕组反接。保持电枢绕组两端极性不变，将励磁绕组反接。v保持励磁绕组极性不变，将电枢绕组反接。保持励磁绕组极性不变，将电枢绕组反接。3.4 3.4 他励电动机的起动和反转他励电动机的起动和反转 例例3-13-1：某他励直流电动机额定功率某他励直流电动机额定功率P PN N=96kW=96kW，额定电压，额定电压U UN N=440V=440V，额定电流，额定电流I IN N=250A=250A，额定转速，额定转速n nN N=500r/min=500r/min，电枢回路电阻，电枢回路电阻R Ra a=0.078=0.078，拖动额定恒转矩，拖动额定恒转矩负载运行，忽略空载转矩。负载运

8、行，忽略空载转矩。（1 1）若采用电枢回路串电阻起动，起动电流若采用电枢回路串电阻起动，起动电流I Is1s1=2I=2IN N时，计算应串入的电阻值时，计算应串入的电阻值及起动转矩。及起动转矩。（2 2）若采用减压起动，条件同上，电压应降至多少？计算起动转矩。若采用减压起动，条件同上，电压应降至多少？计算起动转矩。解解：(1)(1)串电阻起动时，串电阻起动时，应串电阻应串电阻 R RS S=U=UN N/I/IS1S1-R-Ra a=（440/2440/2250-0.078250-0.078）=0.802=0.802 额定转矩额定转矩 T TN N9.55P9.55PN N/n/nN N=(

9、9.55=(9.559696103/500)=1833.5Nm103/500)=1833.5Nm起动转矩起动转矩 T Ts s=2T=2TN N=(2=(21833.5)=3667Nm1833.5)=3667Nm(2)(2)减压起动时，减压起动时，起动电压起动电压 U Us s=I=IS SR Ra a=(2=(22502500.078)V=39V0.078)V=39V起动转矩起动转矩 T Ts s=2T=2TN N=(2=(21833.5)=3667Nm1833.5)=3667Nm3.5 3.5 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动 .能耗制动能耗制动 .反接制动反接制动(倒拉、电源反接

10、）倒拉、电源反接）.回馈制动回馈制动(又称再生发电又称再生发电)制动的概念制动的概念 电动机的电磁转矩方向与旋转方向相反时，就称为电动电动机的电磁转矩方向与旋转方向相反时，就称为电动机处于制动状态。机处于制动状态。制动的目的：制动的目的：1 1）使电动机减速或停车。）使电动机减速或停车。2 2）限制电动机转速的升高。（如电车下坡）限制电动机转速的升高。（如电车下坡）制动的方法制动的方法（1 1）机械制动）机械制动 （2 2）电磁制动）电磁制动v电磁制动的方法电磁制动的方法机械（抱闸）制动机械（抱闸）制动：利用电磁或电磁液压驱动装置，使闸瓦抱紧或松开制动盘（得电松闸、失电抱闸）3.5 3.5 他

11、励直流电动机的制动他励直流电动机的制动 机械抱闸制动示意图机械抱闸制动示意图3.5.1 3.5.1 能耗制动能耗制动 电动电动状态（开关状态（开关S S打到电源上），打到电源上），电枢电流、电枢电动势、转速及驱动电枢电流、电枢电动势、转速及驱动性质的电磁转矩如图实线箭头所示。性质的电磁转矩如图实线箭头所示。制动制动时将开关时将开关S S打到制动电阻打到制动电阻R RB B上，由于惯性，电枢保持原来方向继上，由于惯性，电枢保持原来方向继续旋转，电动势续旋转，电动势 E Ea a(E Ea a=C=Ce eF Fn n)方向不方向不变。由变。由E Ea a产生的电枢电流产生的电枢电流I IaBaB

12、 的方向的方向与电动状态时与电动状态时I Ia a的方向相反的方向相反IIaBaB=(U-=(U-E Ea a)/R,)/R,此时此时U=0,U=0,对应的电磁转矩对应的电磁转矩 T TB B与与T T方向相反方向相反,为制动性质为制动性质,电机处于电机处于能耗制动状态。能耗制动状态。能耗制动运行时，电动机靠将生能耗制动运行时，电动机靠将生产机械的产机械的动能转换成电能动能转换成电能，消耗在制，消耗在制动电阻上。动电阻上。-U电动M-aEaInTfIS制动BRaBIBT图图3-15 3-15 电动机运行状态电动机运行状态3.5.1 3.5.1 能耗制动能耗制动 能耗制动时的能耗制动时的机械特性

13、方程机械特性方程为：为：CBn0naRA0LTT电动机状态工作点制动瞬间工作点制动过程工作段电动机拖动反抗性负载，电机停转。若电动机带位能性负载,稳定工作点TTCCRRnNTeBab-=F-=n=n0 002(n0=U/CeF=0,U=0)3.5.1 3.5.1 能耗制动能耗制动 但制动电阻越小，制动电流越大。选择制动电阻的原则是：但制动电阻越小，制动电流越大。选择制动电阻的原则是：NBaaaBIIRREI)5.22(max=能耗制动操作简单能耗制动操作简单,制动平稳制动平稳,随着电机转随着电机转速的减小速的减小,制动转矩也不断减小制动转矩也不断减小,制动效果变差。制动效果变差。若为了尽快停转

14、电机若为了尽快停转电机,可在转速下降到一定程度可在转速下降到一定程度时时,切除一部分制动电阻切除一部分制动电阻,增大制动转矩。增大制动转矩。改变制动电阻改变制动电阻R RB B的大小可以改变能耗制动特性曲线的斜率的大小可以改变能耗制动特性曲线的斜率,从而可以改变制动转矩及下放负载的从而可以改变制动转矩及下放负载的稳定稳定速度。速度。R RB B越小越小,特性曲特性曲线的斜率越小线的斜率越小,起始制动转矩越大起始制动转矩越大,而下放负载的速度越小。而下放负载的速度越小。即即aNaBRIER-)5.22(其中其中E Ea a=C Ce eF Fn n为制动瞬间的电枢电动势。为制动瞬间的电枢电动势。

15、CBn0naRA0LTTCB3.5.2 3.5.2 倒拉反接制动倒拉反接制动 倒拉反转反接制动适用于低速下放重物。倒拉反转反接制动适用于低速下放重物。制动时在电路串入一个大电阻，此时制动时在电路串入一个大电阻，此时I Ia a变小，电磁转矩变小。变小，电磁转矩变小。T+-+-EaaaU+aUT-Ea+aUnnTLIa电动机提升重物电动机提升重物T+-+-EaRZIaaU+aUT-Ea+aUnnTL 倒拉反接倒拉反接 图图3-17 3-17 倒拉反接原理图倒拉反接原理图3.5.2 3.5.2 倒拉反接制动倒拉反接制动 BaRR CBn0naRA0LTTKT电枢回路串入较大电电枢回路串入较大电阻阻

16、 R RZ Z后特性曲线后特性曲线正向电动状态正向电动状态提升重物提升重物(A(A点点)负载作用下负载作用下电机反向旋电机反向旋转转(下放重物下放重物)电机以稳定电机以稳定的转速下放的转速下放重物重物C C点点 图图3-18 3-18 倒拉反接机械特性倒拉反接机械特性C当串入的电阻增大时如蓝线所示当串入的电阻增大时如蓝线所示 倒拉反接制动时的机械特性方倒拉反接制动时的机械特性方程就是电动状态时电枢串电阻时的程就是电动状态时电枢串电阻时的人为特性方程。由于串入电阻很大，人为特性方程。由于串入电阻很大，有有020=aUIP制动过程中制动过程中,、均为负，而均为负，而 、为正。为正。UaITnaE022nn n0 0情况，情况，此时此时E Ea a U U，I Ia a 反向，反向，T T反向，由驱动变为制动。从能量方向反向，由驱动变为制动。从能量方向看，电机处于发电状态看，电机处于发电状态回馈制动状态（回馈制动状态（P P1 1=UI=UIa a 0 0、P P2 2=T0=T0）。）。稳定运行有两稳定运行有两种情况种情况:1 1）正向回馈）正向回馈2 2）反向回馈）反向回馈Bn0nA0L