3.直流电动机的起动_调速与制动.ppt

电机控制技术 第三章 他励直流电动机的起动、调速与制动 本章内容 直流电动机的起动 直流电动机的制动 直流电动机的调速 直流电动机的运行状态 3.1 直流电动机的起动 起动过程：直流电动机转速从零到达稳定转速的过程； 直流电动机起动的原则：在起动电流不超过允许值的情况下，获得尽可能大的起动转矩； 直流电动机拖动负载起动的基本要求是： 起动转矩足够大，使TS≥（1.1~1.2)TL； 起动电流尽量小，使IS≤（1.5~2)IN； 起动设备要简单、可靠、经济； 3.1 直流电动机的起动 他励直流电动机起动时：先在电动机的励磁绕组中通入额定励磁电流，以便在气隙中建立额定磁通，然后才能接通电枢回路； 直流电动机的起动方式：直接起动；电枢回路串电阻起动；降电压起动 3.1.1 直接起动 把他励直流电动机的电枢绕组直接接到额定电压的电源上，这种起动方法称为直接起动； 起动转矩为电动机在起动瞬间（n=0）所产生的电磁转矩，也称为堵转转矩，其计算公式为：Tst=CTφnIST； 起动瞬间，n＝0，Ea＝0，起动电流为Ist=UN/Ra；由于电枢电阻Ra很小，因此Ist很大，可以达到额定电流的10～20倍； 大的起动电流可能产生如下后果： 大电流使电枢绕组受到过大的电磁力，易损坏绕组； 使换向困难，在换向器表面产生火花及环火，烧毁电刷与换向器； 过大的起动电流将产生过大的起动转矩Tst，从而使传动机构受到很大的冲击力，加速过快，易损坏传动变速机构； 过大的起动电流会引起电网电压的波动，影响电网上其他用户的正常用电； 因此，一般来讲，对于微型直流电动机（功率小于1KW），其功率小、电压低、电枢电流小、电枢电阻Ra相对较大，允许采用直接起动的方法，无需附加起动设备，操作最为简便。 在设计直流电动机时，电枢绕组允许通过短时过载电流为额定电流的1.5~2倍，因此限制起动电流Ist时，应将其值限制在（1.5~2）倍In范围内。 由Ist=UN/Ra可知，限制起动电流的措施有两个： 降低电源电压 加大电枢回路电阻 3.1.2 降低电源电压起动（软起动） 降压起动时，电动机的电枢由可调直流电源供电； 起动时，需先将励磁绕组接通电源，并将励磁电流调到额定值，然后由低到高调节电枢回路的电压； 在起动瞬间：电流Ist通常限制在（1.5~2）IN内，因此起动的最低电压为U1=(1.5~2)INRa，此时电动机的电磁转矩大于负载转矩，电动机开始旋转，转速n升高，Ea也逐渐增大，电枢电流Ia=(U-Ea)/Ra相应减小，此时电压U必须不断升高，并且时Ia保持在（1.5~2）IN内，直至电压升高到额定电压UN，电机进入稳定运行状态，起动过程结束。 3.1.2 降低电源电压起动（软起动） 优点：平滑性好，能量损耗小，易于实现自动控制； 缺点：需要配有专用的调压电源，增加了初期的投资； 3.1.3 电枢回路串电阻分级起动 电压U=UN不变，在电枢回路中串接电阻Rst，可以达到限制起动电流的目的， Rst称为起动电阻； 电枢回路中应串入的电阻值为：Rst＝UN/Imax-Ra 起动后，如果仍旧串接着Rst，则系统只能在较低转速下运行。为了得到额定转速，必须切除Rst，使电动机回到固有机械特性上工作。但如果把Rst一次全部切除，还会产生过大的电流冲击，为了保证起动过程中电枢电流始终不超过最大允许值，只能先切除Rst的一部分，使系统工作在某一条中间的人为机械特性上，待转速升高后再切除一部分电阻。如此逐步切除，直至Rst全部切除为止。 3.1.3 电枢回路串电阻分级起动 电阻的切除方法有手动和自动两种； 自动切除有三种方法： 限流切除法：起动电流减小到某一数值时，自动切除一级电阻； 反电势加速法：随着转速升高电枢感应电势相应增大，根据检测得到的感应电势自动切换； 限时切除法：按预先设定的时间，依次切除； 3.1.3 电枢回路串电阻分级起动 起动电阻的计算： I1的选择：为了满足快速起动的要求， T1越大越好，但考虑电动机的过载能力，一般选： I1＝Imax＝（1.5~2）IN或T1＝ （1.5~2）TN I2的选择： 保证电机能带动负载，即T2TL； T2－TL不能太小，太小加速慢，延缓起动过程； T2－TL不能太大，太大起动级数赠多； 一般选I2＝（1.1~1.2）IN或T2＝ （1.1~1.2）TN 或I2＝（1.1~1.2）ILmax或T2＝ （1.1~1.2）TLmax 3.1.3 电枢回路串电阻分级起动 起动级数m的选择： 为了满足快速起动的要求，级数应该多，级数多可使平均起动转矩大，起动快，同时起动平滑性好； 但级数越多，所用设备越多，线路越复杂，可靠性下降； 一般选m=2~4级； 3.1.3 电枢回路串电阻分级起动 各级起动电阻的计算： 原则：以起