直流电动机的起动、调速和制动

U I a ( Ra Rs ) n Ce
电气调速方法：1.调压调速；2.电枢串电阻调速；3.调磁调速。
3.2 直流电动机的调速
3.2 直流电动机的调速
调速方法
1.机械调速：指通过改变变速机构传动比以改变转速的方法，特 点是：调速时必须停，多为有级调速，同生活中如变速自行车原 理基本相似。
3.2 直流电动机的调速
3.2 直流电动机的调速 电气调速
1.降压调速： 降低电枢外加电压的数值，使理想空载转速n0下降，导致转 速下降。 2.电枢回路串电阻调速
电枢回路串入不同数值的附加电阻，使机械特性斜率β变大， 负载转速降变大，导致转速下降。 3. 弱磁调速 减少他励直流电动机的励磁电流If，使每极磁通减少(Φ<ΦN), 导致理想空载转速n0与特性斜率β均增加。在一定负载条件下， 转速将增大。

D与δ %相互制约：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Δ n,即提高机械特性的硬度。
3.2 直流电动机的调速
3.2.4 调速的性能指标 ２、静差率δ(或称相对稳定性)
电动机的机械特性愈硬，则静差率愈小，相对稳定性愈高。 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。 如：普通机床δ ≤30%; 起重类机械 δ ≤50%; ；精密机床 δ ≤1%～５%;精度高的造纸机δ ≤0.1% 静差率和机械特性的硬度有关系，但又有不同之处，两条平 行的机械特性，硬度一样，β 1=β 2 ，但静差率不同。
直流电动机的起动、 调速和制动
第三章 直流电动机的起动、调速和制动
主要内容
3.1 直流电动机的起动 3.2 直流电动机的调速 3.3 直流电动机的制动 3.4 直流电动机的各种运行状态 3.5 电力拖动系统的过渡过程
共5节
3.1 直流电动机的起动
3.1 直流电动机的起动 起动：指电动机从静止状态转动起来。 起动过程：电动机从静止运转到某一稳态转速的过程叫起 动过程。 系统对起动的要求 (1)起动转矩Tst足够大， Tst>（1.1～1.2)TL (2) Ist不能太大，一般为（1.5～2)IN (3) 起动设备要简单、可靠、经济
n max 定义： D T TN nmin
指额定负载时，电力拖动系统可能运行的最高转速nmax与最 低转速nmin之比。其中nmax受直流电动机转动部分机械强度与换 向条件的限制， nmin受低转速时相对稳定性的限制。 不同的生产机械对调速范围要求也不相同。例如：
车床：D= 20 ~120 ，龙门刨床：D=10 ~ 40, 机床进给机构：D=5 ~ 200；轨钢机：D=3 ~120 ; 造纸机： D=3 ~ 20 等。对于一些经 常轻载运行的生产机械，例如精密机床等，可用实际负载时的 最高转速和最低转速之比计算调速范围D。
TL
Tem
3.2 直流电动机的调速
3.2 .2 改变电枢电源电压调速
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。
S3
e
c
a
Ra Rst1 Rst 2 R2 Ra Rst 1 Rst 2 Rst 3
Ra Rst1 Rst 2 Rst3 R3
T1 I1
Tem I
3.1 直流电动机的起动
3.1.2 电枢回路串电阻起动
二、分组起动电阻的计算 设对应转速n1、n2、n3时电势分别为Ea1、Ea2、Ea3，则有： b点 d点 c点 e点 f点 g点
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3.2.3 弱磁调速
U I a ( Ra Rs ) n Ce
n
弱磁稳定后的 工作点
n01 n1
nN
调节磁场前 工作点
n0
B A TL
A’
弱磁瞬间工作 点A→A‘
N
Tem
1
3.2 直流电动机的调速
3.2.3 弱磁调速
n
I a1
I aN
n1
ia
ia
减弱磁通前、 后的电枢电流 变化曲线
R1I1 U N Ea 2 R1I 2 U N Ea3 Ra I1 U N Ea3 比较以上各式得：
R3 R2 R1 I1 R2 R1 Ra I 2
R2 I1 U N Ea1
R2 I 2 U N Ea2
R3 I 2 U N Ea1
在已知起动电流比β 和电枢电 阻Ra前提下，经推导可得各级串联 电阻为:
n
n0
nN n1
串电阻Rs1后, 工作点由 A→A’→B
A’
A B
未串电阻时 的工作点
Ra Ra+Rs1
0
TL
Tem
3.2 直流电动机的调速
3.2 .1 电枢串电阻调速
调速过程电流变化曲线 调速前、后电流不变 调速过程转 速变化曲线 结论：带恒转矩 负载时,串电阻越 大,转速越低。
n IaN
ia
ia
缺点：1）机械特性的斜率变大，特性变软；
2）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。
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3.2.4 调速的性能指标
１、调速范围D
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。
D nmax nmax nmax nmax n N nmin n0 min n N n N (1 ) n N
3.1 直流电动机的起动
3.1.1 直接起动
电动机的起动是指电动机接通电源后，由静止状态加速到稳 定运行状态的过程。 起动瞬间，起动转矩和起动电流分别为
Tst CT I st UN I st Ra 起动时由于转速 n 0 ，电枢电动势 Ea 0，而且电枢电阻 Ra
很小，所以起动电流将达很大值。 过大的起动电流将引起电网电 压下降、影响电网上其它用户的正常用电、使电动机的换向恶化； 同时过大的冲击转矩会损坏电枢绕组和传动机构。一般直流电动 机不允许直接起动。小型电机电压低、电阻大，可以直接起动。
在一定的调速范围内，调速的级数越多，认为调速越平滑， 相邻两级转速的接近程度叫调速的平滑性。k接近1，平滑性好。 通常第 i 级表示较高的转速，第 i-1 级表示较低的转速，因 此系数k>1 ，显然，调速的级数越多， k 越接近于1，调速的 平滑性越好。当k=1 时，称为无级调速，即在调速范围内，转 速可得到任意值。
减弱磁通调速前、 后转速变化曲线
n t=0 t
nN
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。
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3.2.3 弱磁调速
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。
3.2 直流电动机的调速
调速与转速自然变化的区别
“转速的自然变化”是指生产机械的负载转矩发生变化 时，电动机的电磁转矩T要相应发生变化，电动机的转 速也将随着发生变化。
调速：是通过人为手段改变电机参数而实现的转速变化。
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3.2 .1 电枢串电阻调速
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2. 电气调速： 指通过改变电动机有关电气参数电动机转速的方 法，特点是简化机械传动与变速机构，调速时不需停车，在运行 中便可以调速，可实现无级调速，必要时还可采用各种反馈环节 提高机械特性硬度，以便提高拖动系统静态与动态运行指标，易 于实现电气控制自动化。 3.电气——机械调速：指上述两种方法都采用的混合调速法。 （主要介绍电气调速）
4. 经济性
在考虑技术指标的同时，还应考虑设备投资、电能消耗、 运行费用等。
3.2 直流电动机的调速
3.2 直流电动机的调速
3.2.4 调速的性能指标
n n0 UN nmin nmin 0 n n0
TN
TN
T
0
TN
TN
T
(a)改变电压的最低转速
(b)改变电阻的最低电压
调速中的最低转速
电动机最高转速受电动机的换向及机械强度限制；
电动机最低转速受相对稳定性要求限制。
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3.2.4 调速的性能指标 ２、静差率δ(或称相对稳定性)
随转速的下降而下降，减少的部分被串联电阻消耗了。
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3.2 .2 改变电枢电源电压调速
U I a ( Ra Rs ) n Ce
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。
（6）计算各级起动电阻。
3.1 直流电动机的起动
3.3.3 降压起动
当直流电源电压可调时，可采用降压方法起动。
起动时，以较低的电源电压起动电动机，起动电流随电源电 压的降低而正比减小。随着电动机转速的上升，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，保证按需要的加速度升速。