电动机拖动根底与调速原理讲义
第一部分
一,调速
在现代工业消费中在不同的 下要求消费机械采用不同的速度进展工作以保证消费机械合理运行，并进步产品质量。改变消费机械的工作速度就是调速。
1、 什么是机械调速？什么是电气调速？电气调速的优点？
机械调速是人为的改变机械传动装置传动来到达调速的目的。
而电气调速那么是通过改变电动机的机械特性来到达调速的目的。
优点：简化机械节后，进步消费效率，操作简便。易于实现对消费机械的自动控制。
2、 什么是开环调速系统？该系统有何特点
我们把控制量决定被控量，而被控量对控制量不能反施任何影响的调速系统成为开环调速系统。
特点：作用信号时单方向传递的，没有反响环节。
3、 什么是闭环调速系统？该系统有何特点？
根据输出信号的变化来影响输入信号，这就构成了反响，具有反响的调速系统称为闭环调速系统。
闭环调速系统的输出具有较强的干扰才能，控制精度高，但只能减少转速偏向，不能使负载增加后的转速到达原来的转速。
二、调速系统的质量指标
1、静态指标
〔1〕调速范围：它是指电动机工作在额定负载时，电动机所能到达的最高转速与最低转速之比。
〔2〕静差率：反映了电动机在负载转矩变化时转速变化的程度。也就是电动机由理想空载变为满载时所产生的转速降落与理想空载转速之比的百分数
对一个系统的静差率要求就是对最低转速时的静差率要求。
2、动态指标
〔1〕稳定性
三、电压微分负反响和电流微分负反响
〔1〕造成系统不稳定的原因主要是系统放大倍数太大。
为了使系统稳定工作，同时又要保持良好的动静态性能，最好的方法是降低动态放大倍数，而使静态放大倍数不变，因此在自动调速系统中参加电压微分负反响和电流微分负反响。
微分电路能起突出变化量，压低恒变量的作用。
四,集成运算放大器的应用
1、 集成放大的两种根本接法：〔比例运算〕
〔1〕反向放大
〔2〕同向放大
2、求和运算
3、积分运算
4、微分运算
第二部分
一,电动机额定电压一般可按以下原那么选用
（1） 高压供电电源电压为6KV时，不小于200KW的电动机选用6KV，小于200KW的电动机选用380V。
（2） 当高压供电电源电压为3KV时。不小于100KW的电动机选用3KV，小于100KW的电动机选用380V。
二,机械类型的要求
1,起重机
（1） 频繁起动和正反转
（2） 带载起动
（3） 断续工作
2,对电动机的要求
低的起动电流,高的起动转距,稳定运行,转速可调.
3,起动转矩大小与那些因素有关
（1） 电源频率和电机不变时，不变时，起动转矩与电源电压的平方成正比
（2） 启动转矩随转子电阻的增大而增大，所以绕线型异步电动机起动时载绕组回路串适当的附加电阻，可进步起动转矩。
（3） 起动转矩随电源频率的进步而减小。
4,什么时电动机的起动转矩？其大小对电动机的性能有什么影响？
在额定电压下，电动机刚起动〔n=0〕时的电磁转矩成为起动转矩。一般用Tst表示。
起动转矩大，那么电动机加速度大，起动转矩性能就好。通常用起动转矩Tst与额定转矩的比表示异步电动机的起动才能称为起动转矩倍数，一般用Kst来表示。即 Kst=Tst/TN
所以电动机起动转矩不能小于一定的范围。
一般常用的电动机的起动转矩为额定转矩的1.0～2.2倍。
起动转矩一般都用额定转矩的倍数来表示。
5,什么是电动机的最大转矩，它对电动机的性能有什么影响？
异步电动机从起动到正常运转的过程中，电磁转矩是不断变化的，其中有一个最大值，称为最大转矩，一般用Tmax表示，最大转矩是衡量电动机过载才能的一个重要指标。 最大转矩与额定转
矩的比值称为异步电动机的最大转矩倍数或过载,才能一般用
=Tmax /TN 。
一般常用电动机过载才能都在1.7～2.5之间。
6、怎样改变直流电机的方向？
直流电动机的旋转方向由电枢导体受力方向来决定。根据左手定那么 当电枢电流的方向或磁场的方向两者之一反向时，电枢导体受力方向即改变。电动机的转向随之改变，但假设电枢电流和磁场两者方向同时改变，那么电动机的方向不变。
实际工作中，常用改变电枢电流的方向来使电动机反转，这是因为励磁绕组的匝数多，电感较大，换接端头时，火花较大，而且磁场过零时，电动机可能发生“飞速〞事故。〔另外换接端头时，励磁绕组将产生较高的自感电动势，可能使绕组绝缘击穿, 损坏电动机〕。
﹝a﹞ ﹝b﹞ ﹝c﹞ ﹝d﹞
a、原电动机电流方向及转向
b、改变电枢电流方向时
c、仅改变励磁方向时
d、同时改变电枢电流方向和励磁方向
7、什么是直流电动机的机械特性？
并励和他励直流电动机的机械特性是指当电源电压等于正常值 励磁电流If＝常值，电枢回路电阻为常值时，电动机的转速n和电磁转矩之间的关系曲线。
可分为自然机械特性〔固有机械特性〕和人工机械特性
8、各种直流电动机的机械特性有什么不同？各适应于什么场合
（1） 并励〔他励〕直流电动机的特性
由于他励和并励直流电动机是他励式，没有接法上的差异，所以他励直流电动机和并励直流电动机的机械特性一样。
并励直流电动机的机械特性曲线，是一条随负载转矩增加的，转速略为下降的直线。
因为它从空载到额定负载的转速下降不多，属于硬特性。由于此特性曲线是在额定励磁电流Ifn,额定电压UN及电枢回路没有串入附加电阻的情况下得到的。所以又称为自然机械特性。
并励直流电动机和他励直流电动机一般用于拖动要求转速变化不大的消费机械。如金属切割机床。
（2） 串励直流电动机的机械特性
它是一条随负载转矩的变化，转速有很大变化的曲线。
因为它从空载到额定负载，转速下降非常多故属于软特性.
必须指出，串励直流电动机转矩很小时，转矩非常高，会产生“飞速〞的危险，所以串励直流电动机不许载空载或轻载的情况下运行，也不允许用传送带等容易发生断裂或滑脱的传动机构传动，而应采用齿轮或联轴器传动。串励电动机适用于电车，电力机车，起重机及电梯等电力牵引设备。
3、为什么串励直流电动机不允许载空载或轻载的情况下运行？
因为串励直流电动机空载或轻载时，If＝Ia＝0，磁通很小，有电路平衡关系可知，电枢只有以较高的转速旋转，才能产生较大的感应电动势Ea与电源电压U相平衡。假设负载转矩为零，串励直流电动机的空载转速从理论上讲将到达无穷大，但转速也会比额定情况下高出许多倍。以致到达危险的高速即所谓的“飞速〞〔飞车〕这是一种严重的事故，会使电动机或其他机械设备的损坏。所以串励直流电动机不允许载空载或轻载情况下运行，也不允许采用传送带等容易发生断裂或滑脱的传动机构传动，而应采用齿轮或联轴器传动。
二、直流电动机有那些起动方法各有什么特点
直流电动机起动瞬间，电动机转速为零，反电动势〔电枢感应电动势〕Ea＝0，因此电动机启动电流很大。因此,电动机启动电流Ist=﹝U-Ea﹞/Ra=U/Ra
因为电枢绕组电阻Ra很小，故启动电流Ift要比额定电流In大很多，以致电网电压突然降低，影响电网上其他用户的正常用电。并且还使电动机换向器上产生强烈的火花，损坏换向器，还可能使电动机绕组发热和受到很大电磁力的冲击，因此要求起动电流不超过允许范围。但从电磁转矩来看，那么要求起动电流大些，才能获得较大的起动转矩，由此可见上述两方面的要求使互相矛盾的，工程上那么应在保证足够大的起动转矩前提下，尽量减小启动电流，使起动电流限制在允许的范围内。在实际操作中，还需要考虑起动时间，起动过程的能耗以及起动设备的经济性，可靠 性，操作是否方便等因素。
三、直流电动机常用的起动方法有一下几种：
（1） 直接起动。直接起动是指不采取任何限流措施，把静止的电枢直接投入到额定电压的电网上起动。起动时，应先接通励磁电路。给电动机以励磁。并调节励磁电阻，以使励磁电流到达最大。在保证励磁建立后，再接通电枢电路，使电枢绕组上加上额定电压，电动机将起动。直接起动只允许再容量很小的直流电动机中采用。对容量稍大的电动机起动时必须采取限流措施。通常采用电枢回路串变阻器起动或降压起动。
（2） 电枢回路串变阻器起动。电枢回路串接可变电阻器以限制起动电流。一边再转速上 过程中逐步切除电阻。此方法用于大容量电动机。对起动变阻器消耗大量电能等 很不经济。很多场合采用降压起动。
（3） 降压起动：目前采用晶闸管整流电源，用触发信号控制输出电压，已到达降压的目的。为使电动机的励磁不受电源电压的影响，电动机应采用他励。
四、直流电动机有那些调速方法？各有什么特点？
在电动机的负载转矩或输出功率不变的情况下。通过人工的方法来改变电动机的转速。称为速度
调节，简称调速。
电动机调速包括以下性能指标：
（1） 调速范围 通常用速比。即最大转速对最小转速的比值来衡量.
（2） 调速的经济性 即调速的设备投资及能量损耗；
（3） 调速的平滑性 即无级调速还是有级调速
（4） 调速设备简单，可靠，操作方便等。
对直流电动机进展调速，可采取多种途径，当再电枢回路串入外加调节电阻时。转速的表达式为 n=〔U-Ia﹝Ra+Raj﹞〕/Ce∮
由此可见为到达调速的目的，可采用以下三种方法：
1、 改变磁通电流来改变磁通∮.
2、 改变串入电枢回路中的调节电阻Raj.
3、 改变加于电枢回路的端电压U.
（1） 改变励磁电流调速。
从上式可见，在电动机端电压和电枢回路电阻一定的条件下减少励磁电流而使磁通减少时，转速相应升高。这种调速法以Rfj＝0时的转速为最低转速，只能调高不能调低。
（2） 改变串入电枢回路的电阻调速。
由直流电动机的表达式可以看出，在电源电压和磁通不变的条件下增大串入电枢回路中的调节电阻时，转速即相应下降。
以并励直流电动机为例，在电枢回路串入不同调节电阻时的人工机械特性。他们与负载机械特性交于N，1，2各点。这些交点表示在不同的调节电阻Raj下机组运行的工作点。由此可见，当Raj增大时机组的转速下降。在电枢回路串入调节电阻调速，设备简单，操作方便，调速电阻又可做起动电阻用。但是由于电枢电流流经Raj，故调速时能量损耗大，效率低。同时，要求Raj的功率也大。以Raj＝0时的转速为最高转速，只能调低不能调高。调速范围随负载大小而变化。轻载时〔T2小时〕，调速范围变化小。Raj增加，机械特性变软，使得在负载变化时，引起转速变化比较大，即转速对负载变化反映敏感，稳定性差。因此这种调速方法仅适用于中小容量、短时工作的消费机械。
（3） 改变电枢电压调速。
对于他励直流电动机来说，当励磁电流不变〔即磁通不变〕及电枢回路电阻一定时，只要改变电枢电压，即可改变电动机的转速。从直流电动机的转速表达式可以看出，进步电枢电压，电动机的转速就升高。
以他励直流电动机为例，不同电枢电压时的人工机械特性如下列图。他们与负载机械特性交与N1，2，3各点。因此电动机可以稳定运行于不同转速。
从图中可以看出，不同的电枢端电压时的机械特性是平行的上下挪动而不改变其斜率，因此调速时，电动机机械特性硬度不变，这是改变电枢端电压调速的优点。这种调速方法的特点是调速范围大，调速平滑，也无在电枢或励磁电阻串电阻调速那样的功率损耗。但它需要独立的供电的可调电压的直流电源。通常采用发电机－电动机组。目前多采用晶闸管整流电源代替直流发电机。
改变端电压调速对于串励直流电动机来说也是适用的。在电力牵引机车中，常把两台 串励直流电动机从并联运行改为串联运行，以便加于每台电动机的电压。从全压降到半压。
3．对直流电机来说，电磁制动的就有能耗制动、反接制动、回馈制动，其中共同特点是：在保持原来磁场方向及大小不变的情况下，改变电枢电流方向以获得与电动机转向相反的制动转矩。
1〕能耗制动：利用直流电动机从电网断开以后的动能。产生电磁制动转矩。制动时，保持励磁电流不变，用开关将电枢两端从电网断开，并立即将它接到一个制动电阻上。这时电动机仍有主磁场，电枢由于惯性仍在转动，因此变成一台他励直流发电机，向制动电阻供电，和通常发电机一样。此时电磁转矩方向和电枢转矩方向相反而起到制动作用，一直到把电机储存的动能完全消耗在制动电阻和
电机本身的机械损耗上。电机就停顿转动，故称能耗制动。
能耗制动的操作简单，但低速时制动转矩小 为加速制动可加上机械制动。
2〕反接制动：制动时在保持励磁电流不变的条件下利用反向开关把电枢两端反接到电网上，这时电网电压为负值，即与原来的反电动势的方向一样。此时电枢电流Ia=-﹝U+Ea﹞ /Ra ，因此电枢中立即产生很大的与原来方向相反的电流，随之产生很大的制动转矩，使电动机停顿旋转。
反接制动的优点是能很快的使电机停转，缺点是电枢电流过大能引起电网电压降低。为此反接时必须串入足够大的电阻，使电流限制在允许的范围内，当转速降到零时，必须断开电流，否那么将反转。
3〕回馈制动：当电机拖动电车或电力机车下坡时如不加回馈制动，那么机车速度负载较高会到达危险数值 , 此时电枢仍接在电网上，那么当转速高到一定数值时，电枢的电动势 Ea＞U ，电枢电流反了方向，电机进入发电状态。相应的，电磁转矩将起制动作用，限制转速继续上升，由于此方法是把下坡时的机车位能的变化转化为电能回馈到电网，故称回馈制动。
五、使用直流电机的本卷须知：
1．使用前的准备和检查
1〕清扫电机内部的换向器外表灰尘、电枢粉末及圬物的等。
2〕检查电机的绝缘电阻。对于额定电压为500v以下的电机，绝缘电阻假设低于0.5 M 需要进展烘干后使用。
3〕检查换向器外表是否光洁，如发现有机械损伤，火花灼痕或换向片云母凸出等，应对换向器进展保养。
4〕检查电刷边缘是否碎裂,刷辫是否完好，有无断股和断裂情况。电刷是否磨损到最短长度。
5〕检查电刷在刷握内有无卡涩或摆动情况，弹簧压力是否适宜,各电刷间到刷压是否均匀。
6〕检查各部件螺钉是否稳固。
7〕检查各操作机构是否灵敏，位置是否正确。
2、运行中的维护
1) 注意电动机声音是否正常。定转子有无磨损。检查轴承或轴瓦有无异音．
2) 经常测量电机的电流和电压值，注意不要过载。
3) 检查各部分温度是否正常，检查主电路连接点，换向器、刷辫刷握及绝缘体有无过热变色和绝缘枯焦等不正常的气味。
4) 检查换向器外表的氧化膜颜色是否正常。电刷与换向器间有无火花。换向器外表有无碳粉和油污积聚。刷架和刷握是否有积灰。
5) 检查各部分的振动情况。如有异常情况，及时消除设备隐患。
6) 检查电机通风散热情况是否正常，通风道有无堵塞不畅的情况。
六、三相异步电动机运行中应进展那些监视和维护？
1、电源电压的监视
三相异步电动机长期运行时，一般要求电源电压不高于额定电压的10%
不低于额定电压的5%；三相电压不对称的差值也不应超过额定电压的5% ，否那么应减载或调整电源。
2、 电动机电流的监视
电动机电流不得超过额定电流，同时还应注意三相电流是否平衡，当三相电流不平衡的差值超过10%时，应停机处理。
3、 电动机温升的监视
监视温升是监视电动机运行状况的直接可靠的方法。当电动机的电压过低，电动机过载运行，电动机缺相运行，定子绕组短路时，都会使电动机的温度不正常地升高。 4、电动机运行中故障现象的监视
外壳有无裂纹，螺栓是否松动，电动机有无异响或震动等，假设嗅到焦糊味或看到冒烟，必须停机处理。
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