煤矿机械设备电气控制——模块四模块四电力拖动系统的转速调节.docVIP

模块四 电力拖动系统的转速调节 任务一 调速的意义与调速指标 任务描述 生产机械(如矿井提升机、电机车等)在不同转速下工作其工作的可靠性、安全性、运行效率可能会有很大的区别。因而，如何根据运行中各方面的要求选用合理的运行速度就具有十分重要的意义。 任务分析 分析调速技术指标的内涵、各个指标之间的联系和制约，通过分析应建立起技术指标与经济指标之间合理关系的概念，建立起技术指标应根据生产的够用需要提出来，而不应无限拔高的观念。 相关知识 根据生产工艺的要求，人为地改变电力拖动系统的转速，称为转速调节。 某些生产机械(如矿井提升机、电机车等)要求在不同的情况下以不同的转速工作，而良 好的调速特性不仅可以满足生产工艺的要求，而且可以实现高产、优质、安全地生产。 电力拖动系统的调速方法有机械和电气两种方式。前者是采用机械变速装置，电动机 本身的转速是不变的；后者是改变电动机参数或电源参数，从而改变电动机的机械特性，达 到调速的目的。电气调速方式可以简化传动系统、提高机械效率、操作方便、便于实现自动 控制，是本章研究的内容。 需要注意，调速与转速波动是两个不同的概念。转速波动是指电动机在某条特性曲线 上运行时，由于负载变化而引起了转速变化，此时电动机的稳定工作点偏离了原来特性曲线 上的工作点，但负载恢复后，还应该返回原工作点。如图4—1(a)所示，原工作点为A，当负载增加时，转速略有降低，工作点偏移至B，当负载复原后，工作点应仍返回A。电气调速是在负载不变的条件下，人为地改变机械特性，从而改变了转速，此时的稳定工作点是从一条特性曲线转移到另一条特性曲线。如图4—1(b)所示，电动机原来稳定运行在特性曲线1上的A点，调速后将运行在特性曲线2或3上的C点，但负载没有变化。 由于同一种电机有许多不同的调速方法，为了合理的选择调速方法，分析、比较其调速性能，规定了一些技术与经济指标。 一、技术指标 用以衡量技术性能的优劣，有以下四项指标： 1．调速范围 定义为电动机在额定负载下可能获得的最大转速与最小转速的比值，用D来表示。 (4—1) 不同的生产机械要求调速范围是不同的，例如矿井提升机D＝20～50，机床D＝20～120。 2．静差率 为了比较调速前后电动机运行在不同机械特性曲线上转速变化的大小，采用静差率来表示。 电动机在某条机械特性上运行时，由理想空载到额定负载的转速降落与理想空载转速(同步转速) 之比值，称为静差率，用占来表示。 (4—2) 由上式可以看出，静差率与电动机机械特性的硬度及理想空载转速有关。如图4—1(b)所示，当相同时，特性硬度越大，静差率越小，相对稳定性越高，图中特性1与特性2相同，但特性1的硬度高于2，故1比2的稳定性高。当特性硬度相同时，越高，相对稳定性越高，图中特性1与3相平行，硬度相同，，，则，故特性1比特性3的稳定性高。 静差率的大小也是由生产机械的工艺要求所决定的，它的大小反映了生产机械对调速精度的要求。但是静差率越小，调速范围就会越窄，二者是相互制约的，其关系如下： 由图4—1(b)可知：调速前，调速后由1变为3。 一般调速系统对静差率的要求是指在最低稳态转速下的静差率，即空载转速为最小值时的静差率 将以上关系代入式(4—1) (4—3) 3．调速平滑性 调速平滑性与调速级数有关，在调速范围内，电动机转速变化的次数叫调速级数，级数越多平滑性越好。平滑性用平滑系数表示，其定义为相邻两级转速的比值。如某个调速 级转速为，则 (4—4) 当＝1时，为无级调速，平滑性最好。 4．调速的允许输出 允许输出是指电动机在不同转速时所能承担负载的大小。电动机在稳定运行时，其允 许输出功率主要决定于电机的发热，而发热又主要决定于负载电流的大小。在调速过程中， 转速不同，只要电流不超过额定值，电机长期运行时，其发热就不会超过允许限度。因此额定电流是电机长期工作的利用限度。 不同电动机使用不同的调速方法时，其允许输出转矩与功率的变化规律是不同的，基本上可分为恒转矩输出与恒功率输出两类。 例如，他励直流电动机采用电枢串电阻与降压调速时，。此时 可见，电枢串电阻和降压调速时，允许输出转矩为常数，而允许输出功率则与转速成正比，故属于恒转矩调速方式。 而采用弱磁