脉流牵引电动机的换向及脉流牵引电动机的出厂试验_毕业设计(编辑修改稿)

脉流牵引电动机的换向及脉流牵引电动机的出厂试验_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

（ 49） 即电磁转矩正比于电枢电流的平方；当电枢电流较大，电动机磁路饱和时，Φ 为常数，则电磁转矩与电枢电流成正比。 其转矩特性曲线如图 411 曲线 T＝ f（ Ia）所示。 2． 转速特性 n＝ f（ Ia） 当电源电压 U不变时，电动机转速 n与电枢电流 Ia之间的关系即为转速特性。 当电动机轻载时，则对应的电枢电流 Ia比较小， Φ 也比较小，由公式（ 48）可见，电动机转速 n 与电枢电流 Ia成反比，曲线为双曲线。 当电动机空载时，空载电流 Ia 很小，电动机转速将相当高，可能造成机损事故，因此串励电动机不允许空载运行。 当电动机负载较重时，即 Ia 较大时，由于磁路饱和， φ 基本不变，串励电动机转速特性就与并励电动机相似，即略向下倾斜，如图 411 曲线n＝ f（ Ia）所示。 该曲线的特征是 从空载到满载，电动机转速变化很大，这种特性称为软特性。 3． 机械特性 n＝ f（ T） 电动机转速和转矩之间的关系即为机械特性。 对串励电动机而言，当电枢电流 Ia很小时， Φ 也很小，此时电磁转矩 T也很小，而对应的转速 n 由式（ 48）可知应为很大。 当电枢电流 Ia较大时， φ 也较大，此时电磁转矩 T 也较大，而转速 n则小，由数学分析及实践运行证明，其形状也相似于双曲线，因此，如同并励电动机一样，将图 411中的转速特性曲线 n＝ f（ Ia）的横坐标由 Ia改为 T，就可以代表机械特 性 n＝ f（ T）。 直流电动机的起动、调速、反转与制动 直流电动机的起动 直流电动机由静止状态达到正常运转的过程称为起动过程，直流电动机在起动过程中不但转速发生变化，而且转矩、电流等也在变化。 对直流电动机起动的要求是应有足够大的起动转矩以缩短起动时间，提高生产率，同时电动机的起动电流又不能过大。 1． 全压起动 全压起动又称直接起动，即直流电动机在起动时，给电动机加额定电压 U直接起动电动机，如图 412 所示，起动时先合上开关 S1，建立主磁场，同时在电枢绕组上加额定电压，使电动 机起动。 在起动开始瞬间，虽然给电动机加上电源电压 U，但由于转子的惯性，一开始转速 n＝ 0，故反电动势 Ea＝ Ceφ n＝ 0，由式（ 33）可知，此时电枢电流 Ia为 staa aa IRUR EUI  （ 410） 将此时的电流为称起动电流，用 Ist表示。 由于电枢绕组的电阻 Ra一般很小，故起动电流很大，中、小型直流电动机约为额定电流的 10 倍左右，较大容量的电动机甚至可高达 20倍。 这样大的起动电流将带来以下不良 影响： （ 1） 电动机的电刷与换向器之间产生强烈的火花而导致电刷与换向器表面的烧损； （ 2） 产生很大的转矩使传动机构和生产机械受到强烈的冲击而损坏； （ 3） 使电网电压波动，影响供电的稳定性。 由于上述原因，除小容量的电动机以外，一般不允许全电压直接起动。 通常采用的起动方法有两种，即降低电源电压起动和在电枢回路中串电阻起动。 直接起动优点是所需设备简单，操作方便。 缺点是起动电流大。 2． 降低电源电压起动（降压起动） 可以采用晶闸管构成的可控整流电路作为直流电动机的可调电压电源。 有关该电路的工作原 理及调压过程将在电子技术课程中介绍。 在直流电动机起动瞬间，为其供给较低的直流电压，以后，随着电动机转速的升高，逐步增加直流电压的数值，直到电动机起动完毕正常运行时，加在电动机上的电压即是电动机的额定电压。 用降低电源电压的方法起动并励电动机时必须注意：起动时并励电动机上必须加额定的励磁电压，使磁通保持额定值，否则电动机起动电流虽然比较大，但起动转矩却很小，电动机可能无法起动。 例 41 有一台并励直流电动机，电枢绕组电阻 Ra＝ 0. 4Ω，额定电压 U＝110V，设磁通恒定不变，当 n＝ nN时， Ea＝ 100V，求：（ 1）额定电流 IN；（ 2）直接起动时的起动电流 Ist；（ 3）要使电动机起动瞬时的电流 I1限制在 2 倍额定电流之内，求起动时的电压 U1。 解 （ 1） 10 011 0  a ann R EUI A＝ 25A （ 2）  anst RUI A＝ 275A （ 3） IRUI a 211   na IRU V＝ 20V 3． 电枢回路中串电阻起动 并 励电动机及串励电动机的串电阻起动电路分别如图 413 及图 414 所示。 通常可按把起动电流限制在（ ～ ） IN的范围内来选择起动电阻的大小。 在起动过程中，随着电动机转速 n的升高， Ea也随着升高，电枢电流就相应地减小，为了保持一定的加速转矩，应将起动电阻逐渐切除。 图 415 为用于 10kW 以下的直流电动机起动用的起动变阻器外形图，起动时起动手轮置于图中所示的位置，开始起动时，全部起动电阻 Rst 均串入电枢回路，起动电流被限制在允许的范围内，随着电动机转速的升高，将手轮逐步向右旋转，起动电阻被逐渐切除（电阻值 逐步减小），电动机转速不断升高，直到手轮右旋到底，被失压线圈的磁力吸住，此时 Rst＝ 0，电动机起动完毕。 电枢回路串电阻的起动方法所需设备较简单，但在起动过程中起动电阻上有能量损耗。 而降低电源电压起动则所需设备较复杂，价格较贵，但在起动过程中基本上不损耗能量。 对于小功率直流电动机一般用串电阻起动；容量稍大但不需经常起动的电动机也可用串电阻起动，而需经常起动的电动机，如起重、运输机械上的电动机则宜用降低电源电压的办法起动。 413 414 415 直流电动机的调速 直流电 动机的调速是指用人为的办法来调节电动机的转速。 由公式 n = ΦC IRU e aa可以看出，直流电动机的转速调节有以下几种方法： （ 1） 改变电源电压 Ｕ ； （ 2） 减小主磁通 Φ ； （ 3） 改变电枢回路的电压降 Ｒ aIa，通常在电枢回路中串入调速电阻 Ｒ av，则电枢回路中的电压降为（ Ｒ a+Ｒ av） Ｉ a 1. 改变电源电压 Ｕ 目前广泛采用晶闸管整流装置作为一个输出电压可调的直流电源，给直流电动机供电。 对于并励电动机而言， 可调直流电源只能加在电枢回路中，励磁回路 （ 1） 调速范围宽广，可以从低速一直调到额定转速，速度变化平滑，通常称为无级调速。 （ 2） （ 3） 转速只能由额定转速往低调，不能超过额定转速（因端电压不能超过额定电压）。 （ 4） 随着电子技术的飞速发展，这种调速方法已被越来越广泛地采用。 在晶闸管变流技术采用以前，直流电动机的调压调速一般采用直流他励发电 机―直流电动机组来实现，通称 F－ D 系统，许多大型的龙门刨床、重型镗床、轧钢机中即采用此系统。 它由三相异步电动机去拖动直流他励发电机，由发电机发出可调的直流电压，供电给直流电动机。 由于 F－ D 系统所需电机数量多、效率低、噪声及干扰也较大，故已被逐步淘汰。 2. 减小主磁通 Φ 当直流电动机的电源电压不变时，如使主磁通 Φ 减小，则电动机的转速就相应地升高，故通称为削弱磁场调速。 对并励电动机而言，可在励磁回路中串联磁场调节电阻 Ｒ pf，如图 416（ a）所示；对串励电动机而言，可在励 磁回路两端并联磁场分路电阻Ｒ pf 如图 416（ b）所示，以减小流过励磁回路中的电流，使 Φ降低，从而达到调速目的。 这种调速方法的特点是： （ 1） 由于调速在励磁回路中进行，功率小，故能量损耗小，控制方便。 （ 2） 转速只能从额定转速向上调，且调速范围一般来讲比较窄，只能作辅助调速之用。 （ 3） 所需设备较简单。 3. 在电枢回路中串入调速电阻调速 调速方法接线与图 413及图 414 相同，但必须注意，调速变阻器可作起动变阻器用，而起动变阻器不能用于调速，因为起动变阻器是按短时工作设计的，如将它用于调速，则很容易 损坏。 该调速方法的特点是： （ 1） 所需设备较简单、成本较低，因此在小功率直流电动机中用得较多。 在 20 世纪 70年代前，由于晶闸管调压技术尚未大量采用，因而在某些功率稍大的直流电动机中也采用电枢回路串电阻调速，如城市电车、矿用电力机车、蓄电池运输车等。 （ 2） 电动机转速只能调低，而且为有级调速。 特性曲线较软，即负载变动时，电动机转速变化较大。 （ 3） 在调速电阻上有较大的能量损耗，即经济性能较差。 目前此种调速方法已基本被晶闸管可调直流电源调速代替。 直流电动机的反转 直流电动机的旋转方向取 决于磁场方向和电枢绕组中的电流方向。 只要改变磁场方向或电枢绕组中的电流方向，电动机的转向也随之改变。 因此改变直流电动机转向的方法有两种：一种是改变主磁场的方向，即将励磁绕组与直流电源的接线对调，称励磁绕组反接法；另一种是改变电枢绕组中的电流方向，称电枢反接法。 分别如图 417 所示。 必须注意：如果同时改变主磁场的方向和电枢绕组中的电流方向，则电动机转向不变。 图 416 417 直流电动机的制动 在实际应用中有时需使机械迅速停转，有时需限制机械的转速（如起重机械下放重物、电车、电传动机车下坡等） ，以免发生危险，为此就需对电动机实施制动。 所谓制动就是加上一个与电动机转向相反的转矩，用来使电动机迅速停转或限制电动机的转速。 如果制动转矩是用机械制动闸的摩擦转矩来产生，则称为机械制动；如果是电动机本身产生的电磁转矩，则称电气制动。 电气制动按其产生电磁制动转矩的方法不同又可分为再生制动、电阻制动和反接制动等几种。 1．再生制动（又称回馈制动、发电制动） 所谓再生制动是电机此时处于发电机状态下运行，将发出的电能反送回电网。 由式aaa REUI  可看出，当电机作电动 机状态运行时，则电源电压 U 大于反电动势 Ea，即 U Ea，故 Ia与 U 同方向。 如电机在运行时由于某种原因使 Ea U（例如起重机下放重物，运输机械下坡等），则电枢电流 Ia 方向就改变了，即Ia与 U 方向相反，电机向电网输送电能，这时电机的电磁转矩 T＝ CMφ Ia，也因Ia的反向而改变方向，即与电机转动方向相反，故起制动转矩的作用。 怎样才能使电机的反电动势 Ea大于电源电压 U呢。 由式 Ea＝ Ceφ n可知，如果电机的磁通 φ 不变，则只要使电机的转速 n高于理想空载转速 n0即可使 Ea U。 因此当电传动机车、电车等 下坡时，或起重设备下放重物时，只要当电机转速大于 n0 时，即作发电机状态运行，产生制动转矩以限制电机转速的继续上升，并同时向电网输送电能。 对于串励电动机而言，由于磁通随 Ia 的变化而变化，不能保持不变。 为此串励电动机如要进行再生制动，必须先将串励电动机改为他励，由专门的低压直流电源给励磁绕组供电，以保证磁通有一定的数值（不随 Ia 而变化）。 2．电阻制动（又称能耗制动） 将电机的电。