項(xiàng)目七：軋鋼機(jī)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制4123直流電機(jī)的工作原理與基本結(jié)構(gòu)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)與反轉(zhuǎn)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制5直流電動(dòng)機(jī)的方程式和機(jī)械特性一、直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速指標(biāo)1.調(diào)速范圍D2.靜差率δ4.經(jīng)濟(jì)性3.平滑性受換向和機(jī)械強(qiáng)度的限制受轉(zhuǎn)速相對(duì)穩(wěn)定性的限制δ=n0-n

n0ψ=ni

ni-1調(diào)速范圍D與靜差率δ互相制約！轉(zhuǎn)速可連續(xù)調(diào)節(jié)時(shí)(ψ=1)，稱(chēng)為無(wú)級(jí)調(diào)速。額定負(fù)載下可能運(yùn)行的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比。轉(zhuǎn)速降與理想空載轉(zhuǎn)速之比。相鄰兩級(jí)轉(zhuǎn)速的接近程度，用平滑系數(shù)ψ表示。綜合考慮設(shè)備投資、能量損耗、電動(dòng)機(jī)能否充分利用等因素。二、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法改變Ua、Ra、Φ三個(gè)參數(shù)中的任意一個(gè)，就能改變其轉(zhuǎn)速。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的常用調(diào)速方法：他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速：1.電樞回路串電阻調(diào)速2.降低電樞電壓調(diào)速3.弱磁調(diào)速1.電樞回路串電阻調(diào)速以額定轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行（T=TL）的他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，在增大電樞電阻Ra的瞬間，電樞電壓Ua不變，由于機(jī)械慣性，電樞電動(dòng)勢(shì)Ea也保持不變，所以電樞電流Ia降低，電磁轉(zhuǎn)矩T隨之減小，致使轉(zhuǎn)速n下降。轉(zhuǎn)速n下降使電樞電動(dòng)勢(shì)Ea減小，電樞電流Ia和電磁轉(zhuǎn)矩T又隨之回升。當(dāng)T=TL時(shí)，電動(dòng)機(jī)在低速下穩(wěn)定運(yùn)行。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)Ua=Ea+RaIaEa=CeΦnT=CTΦIa2）串入的電阻值越大，人為機(jī)械特性的斜率越大，機(jī)械特性越軟，穩(wěn)定運(yùn)行的轉(zhuǎn)速就越低。電樞回路串入電阻Rpa1后，由于機(jī)械慣性，轉(zhuǎn)速n不能突變，運(yùn)行點(diǎn)從固有機(jī)械特性1上的a點(diǎn)，遷移到電樞串電阻人為機(jī)械特性2上的b點(diǎn)，進(jìn)入電動(dòng)減速過(guò)程，最后在c點(diǎn)低速穩(wěn)定運(yùn)行。

結(jié)論：當(dāng)所串電阻增大到Rpa2時(shí)，運(yùn)行點(diǎn)從a點(diǎn)躍變到d點(diǎn)，然后電動(dòng)減速到e點(diǎn)，以更低的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行。3）轉(zhuǎn)速越低，穩(wěn)定性越差，低速的下限受到限制，D

較小。

1）電樞回路串電阻會(huì)使轉(zhuǎn)速降低。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電樞回路串電阻調(diào)速的機(jī)械特性電動(dòng)減速電動(dòng)減速1.電樞回路串電阻調(diào)速1）只能從額定轉(zhuǎn)速往下調(diào)，調(diào)速后轉(zhuǎn)速降低。2）串入電阻后，人為機(jī)械特性變軟，穩(wěn)定性變差。在低速運(yùn)行時(shí)，微小的負(fù)載波動(dòng)引起的轉(zhuǎn)速波動(dòng)大，低速運(yùn)行的下限受到限制，調(diào)速范圍不大。3）電阻通常是分段串入的，屬有級(jí)調(diào)速，平滑性差。4）設(shè)備投資少，但電能消耗大，總體經(jīng)濟(jì)性差。優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：應(yīng)用：因?yàn)槠饎?dòng)變阻器只在起動(dòng)過(guò)程中短時(shí)使用，起動(dòng)結(jié)束便被切除，屬短時(shí)工作制；而調(diào)速電阻不僅在調(diào)速過(guò)程中要用，調(diào)速后穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)也要用，屬連續(xù)工作制。注意事項(xiàng)：調(diào)速方法簡(jiǎn)單，控制設(shè)備不復(fù)雜。僅適用于小容量直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。調(diào)速電阻不能用起動(dòng)變阻器代替。1.電樞回路串電阻調(diào)速2.降低電樞電壓調(diào)速當(dāng)電樞電壓Ua降低時(shí)，由于轉(zhuǎn)速n不能突變，電樞電動(dòng)勢(shì)Ea保持不變，電樞電流Ia勢(shì)必減小，電磁轉(zhuǎn)矩T隨之也減小，使得轉(zhuǎn)速n下降，電樞電動(dòng)勢(shì)Ea跟著減小，則電樞電流Ia和電磁轉(zhuǎn)矩T又開(kāi)始回升。當(dāng)T回升到T=TL時(shí)，電動(dòng)機(jī)以低速穩(wěn)定運(yùn)行。在機(jī)械特性圖上，電樞電壓由U1降至U2后，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)由a點(diǎn)轉(zhuǎn)移到U2對(duì)應(yīng)的人為機(jī)械特性曲線上的b點(diǎn)，通過(guò)電動(dòng)降速，最后在c點(diǎn)低速穩(wěn)定運(yùn)行。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)降低電樞電壓調(diào)速的機(jī)械特性他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)Ua=Ea+RaIaEa=CeΦnT=CTΦIa電動(dòng)減速當(dāng)電樞電壓降低的幅度較大時(shí)，如由U1突然降至U3，由于轉(zhuǎn)速不能突變，則電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)由a點(diǎn)瞬間轉(zhuǎn)移到U3對(duì)應(yīng)的人為機(jī)械特性曲線上的d點(diǎn)。減速至e點(diǎn)時(shí)，Ea=U3，Ia和T都為0，轉(zhuǎn)速n不為0，電動(dòng)機(jī)因慣性繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，運(yùn)行點(diǎn)回到第Ⅰ象限，進(jìn)入電動(dòng)減速階段。降低電樞電壓的機(jī)械特性d點(diǎn)在第Ⅱ象限，且nd>n03，Ia和T都反向，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入發(fā)電回饋制動(dòng)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速迅速下降。電動(dòng)減速階段，電樞電動(dòng)勢(shì)Ea不斷減小，而電樞電流Ia和電磁轉(zhuǎn)矩T不斷回升（其值都>0）。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩T回升到T=TL時(shí)，轉(zhuǎn)速不再變化，電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定在f點(diǎn)低速運(yùn)行。發(fā)電回饋制動(dòng)電動(dòng)減速電動(dòng)減速2.降低電樞電壓調(diào)速1）調(diào)速方向：6）應(yīng)用：Ua

→n

，Ua

→n

。2）調(diào)速的平滑性：電壓只能從UN往下調(diào)，轉(zhuǎn)速只能在nN以下。Ua可連續(xù)調(diào)節(jié)，能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。調(diào)速范圍較寬，D可達(dá)到8或10。3）調(diào)速的穩(wěn)定性：Ua改變時(shí)，

不變，機(jī)械特性硬度不變，調(diào)速的穩(wěn)定性好。4）調(diào)速范圍：5）調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性：調(diào)速設(shè)備復(fù)雜，需要一套可調(diào)壓的專(zhuān)用直流電源。通過(guò)減小輸入功率來(lái)降速，能量損耗小。因調(diào)速性能好而廣泛應(yīng)用于直流自動(dòng)控制系統(tǒng)中。2.降低電樞電壓調(diào)速3.弱磁調(diào)速n不能突變Ea=CeΦnIf

→Φ

Ea

→Ia

→T

→n（電動(dòng)加速）→Ea降至最小值后又開(kāi)始增大在勵(lì)磁回路中串接可調(diào)電阻改變勵(lì)磁電流，就改變了勵(lì)磁磁通的大?。◤摩礜往下調(diào)），從而可達(dá)到調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。調(diào)速過(guò)程:(從穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)a開(kāi)始）

→Ia和T上升至最大值后又下降→T=TL時(shí)，在c點(diǎn)以高速穩(wěn)定運(yùn)行。在機(jī)械特性曲線上，運(yùn)行點(diǎn)的變化軌跡是：a→b→c。降低電樞電壓的人為機(jī)械特性TLΦ2Φ1

bcan0'n0"電動(dòng)加速Φ2﹤Φ1

圖中的TL為恒功率負(fù)載弱磁情況下，若需要電動(dòng)機(jī)降速，可以通過(guò)增磁實(shí)現(xiàn)。突然增磁時(shí)，電動(dòng)機(jī)通常先經(jīng)歷一段發(fā)電回饋制動(dòng)過(guò)程，再進(jìn)入電動(dòng)減速狀態(tài)，最后穩(wěn)定在低速運(yùn)行。機(jī)械特性上由a到b再到c點(diǎn)的變化軌跡，是減弱磁通（由Φ1減小到Φ2）讓電動(dòng)機(jī)加速的過(guò)程。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)降低弱磁調(diào)速的機(jī)械特性發(fā)電回饋制動(dòng)電動(dòng)減速圖中，當(dāng)磁通由Φ2增加到Φ1時(shí)，運(yùn)行點(diǎn)在機(jī)械特性上的變化軌跡為：由c到d再到a。電動(dòng)加速3.弱磁調(diào)速弱磁調(diào)速的機(jī)械特性變軟，勵(lì)磁過(guò)弱時(shí)，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性很差。

實(shí)際應(yīng)用中，通常把調(diào)壓調(diào)速與弱磁調(diào)速配合使用，既擴(kuò)大了調(diào)速范圍D

，又能實(shí)現(xiàn)高、低速的雙向調(diào)節(jié)。3）調(diào)速的穩(wěn)定性：調(diào)速平滑性好，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。1）調(diào)速方向：2）調(diào)速的平滑性：磁通Φ減弱n升高，在額定轉(zhuǎn)速nN以上調(diào)節(jié)。4）調(diào)速范圍轉(zhuǎn)速越高，對(duì)換向條件和機(jī)械強(qiáng)度的要求越高，因而調(diào)速上限會(huì)受限制。普通電動(dòng)機(jī)D=2；特殊設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)D=4。5）調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性調(diào)速在勵(lì)磁回路進(jìn)行，能量損耗小，并且隨著轉(zhuǎn)速升高，輸出功率增大，電動(dòng)機(jī)的效率基本不變，經(jīng)濟(jì)性較好。另外，設(shè)備投資少，控制也方便。3.弱磁調(diào)速調(diào)速方法調(diào)速范圍D（D=nmax/nmin）相對(duì)穩(wěn)定性平滑性經(jīng)濟(jì)性應(yīng)用電樞串電阻調(diào)速額定負(fù)載下D=2，輕載時(shí)D更小。差差調(diào)速設(shè)備投資少，電能損耗大。對(duì)調(diào)速性能要求不高的場(chǎng)合，適用于與恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載配合。降低電樞電壓調(diào)速一般為8左右；100kW以上的電動(dòng)機(jī)可達(dá)10左右；1kW以下的電動(dòng)機(jī)為3左右。好好調(diào)速設(shè)備投資大，電能損耗小。對(duì)調(diào)速性能要求高的場(chǎng)合，適用于與恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載配合。減弱磁通調(diào)速一般直流電動(dòng)機(jī)為1~2左右；變磁通電動(dòng)機(jī)最大可達(dá)到4。較好好調(diào)速設(shè)備投資少，電能損耗小。一般與降壓調(diào)速配合使用，適用于與恒功率負(fù)載配合。三、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法比較并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)改變勵(lì)磁電流調(diào)速、能耗制動(dòng)的控制電路合上交流電源開(kāi)關(guān)，整流電路把交流電整成直流電，給電容器C充電，勵(lì)磁繞組產(chǎn)生磁通Φ，為電動(dòng)機(jī)起動(dòng)做準(zhǔn)備。兩相零式整流電路限流電阻，起動(dòng)、制動(dòng)時(shí)都要用調(diào)速電阻運(yùn)行接觸器能耗制動(dòng)接觸器切除起動(dòng)電阻接觸器放電電阻，用作過(guò)電壓保護(hù)電容器四、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)弱磁調(diào)速控制1.起動(dòng)控制按下起動(dòng)按鈕SB2，KM2和KT線圈通電并自鎖，電動(dòng)機(jī)電樞串電阻R起動(dòng)。電容器C充電完成，勵(lì)磁回路經(jīng)過(guò)串聯(lián)電阻RRF和R1通電。KT通電延時(shí)結(jié)束，其延時(shí)閉合觸頭閉合，使KM3主觸頭閉合，短接起動(dòng)電阻R，電動(dòng)機(jī)在全壓下繼續(xù)起動(dòng)至穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。2.調(diào)速控制3.停車(chē)及制動(dòng)控制電動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中，調(diào)節(jié)調(diào)速電阻RRF，改變勵(lì)磁電流的大小，即可改變勵(lì)磁磁通的強(qiáng)弱，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n的調(diào)節(jié)。按下停止按鈕SB1（長(zhǎng)按，電機(jī)停車(chē)后再松開(kāi)），KM2和KM3線圈斷電釋放，主觸頭斷開(kāi)，切斷電動(dòng)機(jī)電樞電路。緊接著，KM1線圈通電吸合，主觸頭閉合，通過(guò)電阻R接通能耗制動(dòng)電路，KM1的輔助常開(kāi)觸頭閉合，短接電容器C，使電源電壓全部加在勵(lì)磁線圈兩端，起到強(qiáng)勵(lì)作用，以加強(qiáng)能耗制動(dòng)效果。四、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)弱磁調(diào)速控制1.短路保護(hù)1）短路電流往往可達(dá)額定電流的十幾甚至幾十倍，很快就會(huì)損壞電氣設(shè)備或配電線路，甚至?xí)鸹馂?zāi)。五、電力控制系統(tǒng)常用的保護(hù)環(huán)節(jié)2）短路保護(hù)要具有瞬動(dòng)性，要在極短時(shí)間內(nèi)切斷電源。3）常用的短路保護(hù)元件為熔斷器和低壓斷路器。2.過(guò)電流保護(hù)1）過(guò)電流保護(hù)的電流值比短路電流小，不超過(guò)6IN。2）過(guò)電流不會(huì)馬上損壞電器元件，但沖擊電流過(guò)大會(huì)損壞電動(dòng)機(jī)，電磁轉(zhuǎn)矩過(guò)大也會(huì)損壞傳動(dòng)部件，需要瞬時(shí)斷電。3）運(yùn)行中出現(xiàn)過(guò)電流的可能性要比短路的可能性大，電動(dòng)機(jī)在頻繁起動(dòng)和正反轉(zhuǎn)、重復(fù)短時(shí)工作時(shí)更是如此。4）過(guò)電流保護(hù)常用過(guò)電流繼電器實(shí)現(xiàn)，多用于控制直流電動(dòng)機(jī)和三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)。5）若過(guò)電流繼電器動(dòng)作電流為1.2IST，則可兼作短路保護(hù)。3.長(zhǎng)期過(guò)載保護(hù)1）長(zhǎng)期過(guò)載保護(hù)是過(guò)電流保護(hù)的一種，動(dòng)作值在1.5IN之內(nèi)。負(fù)載的突然增加，缺相運(yùn)行或電源電壓降低都會(huì)引起過(guò)載。2）長(zhǎng)期過(guò)載保護(hù)要求有反時(shí)限性，不會(huì)受短時(shí)沖擊電流或短路電流的影響而瞬時(shí)動(dòng)作，通常用熱繼電器作長(zhǎng)期過(guò)載保護(hù)。3）在通過(guò)6IN以上的電流時(shí)，熱繼電器要經(jīng)過(guò)5秒才能動(dòng)作。因此，熱繼電器不能用作短路保護(hù)。4.欠壓、失壓保護(hù)1）當(dāng)電源電壓降至60%~80%UN時(shí)，切斷電源讓電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)的保護(hù)稱(chēng)為欠壓保護(hù)。除接觸器外，還可用欠電壓繼電器作欠壓保護(hù)。2）電源電壓消失時(shí)電動(dòng)機(jī)會(huì)停轉(zhuǎn)。為防止電壓恢復(fù)時(shí)電動(dòng)機(jī)自行起動(dòng)或電器元件自行投入工作而設(shè)置的保護(hù)，稱(chēng)為失壓保護(hù)。3）按鈕和接觸器自鎖組成的啟、保、?？刂疲哂惺罕Ｗo(hù)作用。如果采用不能自動(dòng)復(fù)位的手動(dòng)開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)來(lái)控制接觸器的通、斷，必須設(shè)置專(zhuān)門(mén)的零壓繼電器作失壓保護(hù)。五、電力控制系統(tǒng)常用的保護(hù)環(huán)節(jié)電磁鐵、電磁吸盤(pán)等大電感負(fù)載,以及直流電磁機(jī)構(gòu)、直流繼電器等，在通、斷電時(shí)會(huì)產(chǎn)生較高的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，容易使電磁線圈絕緣擊穿而損壞，必須采用過(guò)電壓保護(hù)。在電磁線圈兩端并聯(lián)電阻、并聯(lián)電阻串電容或者并聯(lián)二極管串電阻，都能形成放電回路，從而實(shí)現(xiàn)過(guò)電壓保護(hù)。直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁磁場(chǎng)過(guò)弱會(huì)引起超速，甚至發(fā)生“飛車(chē)”事故，需要在勵(lì)磁線圈回路中串聯(lián)欠電流繼電器作弱磁保護(hù)。7.其它保護(hù)此外，還有超速保護(hù)、行程保護(hù)（限位保護(hù)）、油壓（水壓）保護(hù)等，相應(yīng)保護(hù)裝置是離心開(kāi)關(guān)（用作機(jī)械過(guò)速保護(hù)）、測(cè)速發(fā)電機(jī)、行程開(kāi)關(guān)和壓力繼電器等。五、電力控制系統(tǒng)常用的保護(hù)環(huán)節(jié)6.弱磁保護(hù)5.過(guò)電壓保護(hù)軋鋼機(jī)屬于連續(xù)不間斷作業(yè)的低速重載設(shè)備，不僅需要正反轉(zhuǎn)，而且要求上、下軋輥的表面線速度必須一致，在工作中還需要經(jīng)常調(diào)速，需要調(diào)速性能好，具有大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的電動(dòng)機(jī)來(lái)帶動(dòng)。直流電動(dòng)機(jī)就是首選。調(diào)速方面，考慮與起動(dòng)措施相配合。采用電樞串分級(jí)電阻起動(dòng)時(shí)，就配以電樞回路串電阻調(diào)速。采用降低電樞電壓起動(dòng)時(shí)，就配以改變電樞電壓調(diào)速。在此基礎(chǔ)上，可加上弱磁調(diào)速，以實(shí)現(xiàn)高低速雙向調(diào)節(jié)。直流電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)時(shí)起動(dòng)電流太大，必須采用起動(dòng)措施。如果是中小型直流電動(dòng)機(jī)，考慮采用電樞串分級(jí)電阻起動(dòng)；如果是大型直流電動(dòng)機(jī)，考慮采用降低電樞電壓起動(dòng)。