CN103296936B - 一种直流电机强行励磁启动的系统及其方法 - Google Patents

一种直流电机强行励磁启动的系统及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电机领域，尤其涉及一种直流电机强行励磁启动的系统及其方法。本发明一种直流电机强行励磁启动的系统及其方法，在保持直流调速器的输出电流不变或减小的情况下，通过励磁调速器增大他励直流电机的磁通，从而使得他励直流电机的转矩达到设定值，这样在要求重载启动瞬间他励直流电机的电流较大而启动后电流又较小的情况时，直流调速器的输出电流不需要过大，就能使得他励直流电机的转矩达到设定值，从而能有效的节省电能。

Description

一种直流电机强行励磁启动的系统及其方法
技术领域
本发明涉及电机领域，尤其涉及一种直流电机强行励磁启动的系统及其方法。
背景技术
目前，由于直流电机相对于交流电机调速较为方便，具有调速较为平滑、调速范围广等优良的调速性能和起动转矩大等优点，所以直流电机较为广泛的应用于很多工业场合，尤其是他励直流电机，特别适用于重载大容量的场合，如水泥厂回转窑电机等场合。
电机在接通电源后，由静止状态加速到稳定运行状态的过程中，在起动的瞬间，起动转矩Tst和起动电流Ist分别为：
Tst＝CTΦIst
Ist＝Un/Ra
其中，Tst为起动转矩、CT为电机常数、Φ为磁通、Ist为起动电流、Un为电枢电压、Ra为电枢电阻。
当电机起动时由于转速n＝0，电枢电动势Ea＝0，而且电枢电阻Ra很小，所以起动电流将达到很大值，过大的起动电流将引起电网电压下降、使得电机的换向恶化；同时过大的冲击转矩会损坏电枢绕组和传动机构。为了限制起动电流过大传统的直流电机调速均采用三相整流调速控制器来进行直流电机的调速，既在要求重载启动瞬间他励直流电机的电流较大而启动后电流又较小的情况时，需要通过直流调速器调整电流来进行直流电机的调速，这就需要直流调速器的选型是该直流调速器的额定电流大大高于直流电机的额定电流，如额定电流为100A的他励直流电机需选用额定电流为200A的直流调速器，这样就造成非常大的电能浪费。
发明内容
为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：
本发明公开了一种直流电机强行励磁起动系统，其中，包括：
一直流调速器和一励磁调速器，所述直流调速器与一他励直流电机电连接，所述励磁调速器与所述他励直流电机电连接，以用于调整所述他励直流电机的磁通。
上述的直流电机强行励磁起动系统，其中，还包括一直流电源，所述直流电源通过所述直流调速器与所述他励直流电机电连接。
上述的直流电机强行励磁起动系统，其中，所述直流调速器的输出电流值大于额定电流值。
上述的直流电机强行励磁起动系统，其中，所述直流调速器的电流输出值优选的为额定电流的两倍。
本发明还公开了一种直流电机强行励磁起动方法，其中，包括以下步骤：
步骤S1：在一他励直流电机上电连接直流调速器和励磁调速器，一直流电源通过所述直流调速器为所述他励直流电机提供电源；
步骤S2：将所述直流调速器的输出电流减小或保持不变，通过提升所述励磁调速器的磁通，以使得所述他励直流电机的转矩达到设定值。
上述的直流电机强行励磁起动系统，其中，所述直流调速器的输出电流值大于额定电流值。
上述的直流电机强行励磁起动系统，其中，所述直流调速器的电流输出值优选的为额定电流的两倍。
本发明一种直流电机强行励磁启动的系统及其方法，在保持直流调速器的输出电流不变或减小的情况下，通过励磁调速器增大他励直流电机的磁通，从而使得他励直流电机的转矩达到设定值，这样在要求重载启动瞬间他励直流电机的电流较大而启动后电流又较小的情况时，直流调速器的输出电流不需要过大，就能使得他励直流电机的转矩达到设定值，从而能有效的节省电能。
附图说明
通过阅读参照如下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征，目的和优点将会变得更明显。
图1是本发明一种直流电机强行励磁启动的系统及其方法的结构示意图；
图2是他励直流电机开路时电枢电压和励磁电流的关系示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创造特征、达成目的和功效易于明白了解，下结合具体图示，进一步阐述本发明。
图1是本发明一种直流电机强行励磁启动的系统及其方法的结构示意图；如图1所示，本发明公开了一种直流电机强行励磁起动系统，包括：分别与他励直流电机3电连接的直流调速器2和励磁调速器4，其中，直流电源1通过直流调速器2与他励直流电机3电连接，以提供其电能。
进一步的，直流调速器2的输出电流值大于额定电流值，优选的，直流调速器2的电流输出值为额定电流的两倍，如过载200％的1700A的直流调速器，起动时输出电流为3400A。
本发明还公开了一种直流电机强行励磁起动方法，首先，在他励直流电机3上电连接直流调速器2和励磁调速器4，直流电源1通过直流调速器2为他励直流电机3提供电源。
然后，将直流调速器2的输出电流减小或保持不变，通过提升励磁调速器4的磁通，使得他励直流电机3的转矩达到设定值。
进一步的，直流调速器2的输出电流值大于额定电流值，优选的，直流调速器2的电流输出值为额定电流的两倍，如过载200％的1700A的直流调速器，起动时输出电流为3400A。
具体的，由于他励直流电机的开路特性函数关系为：
UO＝f(If)；
其中，UO为电枢电压，If为励磁电流；
转速n＝常数，他励直流电机电流I＝O时，改变励磁电流，电枢端电压UO随励磁电流If变化的关系如图2所示。
又因为UO＝Ea-IaRa-2ΔUs＝Ea＝CeΦn，If＝Ff/N；其中，UO电枢电压、If为励磁电流、Φn为磁通、Ce为电机常数、Ea为励磁电势、ΔUs为压降，Ff为磁动势。
而经过一定的比例转换后，开路特性UO＝f(If)曲线与电机的磁化曲线Φ＝f(Ff)形状相同，而一般电机的工作位置点为位于开路特性上曲线开始弯曲的膝点(UΦ1，If1)。
电磁转矩公式为：T＝CTΦnIa；其中，T为电磁转矩、CT为转矩常数，Φn为磁铁、Ia为点数电流。由于Φ＝f(Ff)，即Φ与If成正比，如图2所示，采用增加If的方式，增加了电磁转矩T，由此增大了直流电机的启动转矩；但是，当励磁电流If增加到额定电流以上时，Φ＝f(Ff)曲线成非比例变化，即当If＝2In时，即采用强行励磁，励磁电流达到了额定电流的2倍，磁通Φ进入饱和阶段，Φ＝1.5Φn，在电枢电流Ia不变的情况下，电机启动转矩T＝CT*Φ*Ia＝CT*1.5Φn*Ia＝1.5Tn。
例如，他励直流电机额定电流In＝2000A，电压Vn＝600V，额定励磁电流If＝25A，励磁额定电压Vf＝200V，要求启动转矩达到额定电机转矩的2.5倍。
传统的选用过载200％的电流为2500A的直流调速器，启动时输出5000A的电流，而选用的励磁调速器电流为25A。
额定转矩公式为Tn＝CT*Φn*In，且If～Φ，所以，此时Ia＝(5000/2000)In＝2.5In，Φ＝Φn；T＝CT*Φ*Ia＝CT*Φn*(5000/2000)In，此时转矩T为额定转矩Tn的2.5倍
而采用本发明一种直流电机强行励磁启动的系统及其方法的，则可选用过载200％的电流为1700A直流调速器，启动时输出电流为3400A，选用的励磁调速器的电流为50A，磁通Φ相应达到150％Φn，
此时，Ia＝(3400/2000)In＝1.7In，Φ＝Φn*150％＝1.5Φn
T＝CT*Φ*Ia＝CT*1.5Φn*(3400/2000)In＝2.55Tn，此时转矩T为额定转矩Tn的2.55倍。
由此可以得出，采用本发明直流电机强行励磁启动的系统及其方法时，再达到同样转矩情况下，在直流调速器的容量选择上即减少了32％，能有效减少电能的浪费。
本发明通过在他励直流电机的控制系统中，通过增加励磁电流来增加启动转矩，从而能有效降低电枢电流的消耗，即放大了励磁调速的选型规格，同时降低了直流电枢调速器的选型规格，在满足使用要求的条件下，达到了可观的经济效益。
综上所述，本发明一种直流电机强行励磁启动的系统及其方法，在保持直流调速器的输出电流不变或减小的情况下，通过励磁调速器增大他励直流电机的磁通，从而使得他励直流电机的转矩达到设定值，这样在要求重载启动瞬间他励直流电机的电流较大而启动后电流又较小的情况时，直流调速器的输出电流不需要过大，就能使得他励直流电机的转矩达到设定值，从而能有效的节省电能。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (5)

1.一种直流电机强行励磁起动系统，其特征在于，包括：
一直流调速器和一励磁调速器，所述直流调速器与一他励直流电机电连接，所述励磁调速器与所述他励直流电机电连接，以用于调整所述他励直流电机的磁通；
其中，所述直流调速器的电流输出值为额定电流的两倍，所述他励直流电机启动时，所述直流调速器过载向所述他励直流电机提供启动电流，并同时通过调整所述励磁调速器的磁通，使得该他励直流电机的转矩达到预设值；所述他励直流电机的开路特性曲线为UO＝f(If)，且该他励直流电机的开路特性曲线UO＝f(If)与所述直流电机的磁化曲线Φ＝f(Ff)形状相同，UO为电枢电压，If为励磁电流，Φ为磁通，Ff为磁动势；并且
所述励磁电流If大于额定电流时，Φ＝f(Ff)曲线成非比例变化，以通过强行励磁，增大电机启动转矩。
2.根据权利要求1所述的直流电机强行励磁起动系统，其特征在于，还包括一直流电源，所述直流电源通过所述直流调速器与所述他励直流电机电连接。
3.根据权利要求1所述的直流电机强行励磁起动系统，其特征在于，所述直流调速器的输出电流值大于额定电流值。
4.一种直流电机强行励磁起动方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：在一他励直流电机上电连接直流调速器和励磁调速器，一直流电源通过所述直流调速器为所述他励直流电机提供电源；
步骤S2：将所述直流调速器的输出电流减小或保持不变，通过提升所述励磁调速器的磁通，以使得所述他励直流电机的转矩达到设定值；
其中，所述直流调速器的电流输出值为额定电流的两倍，所述他励直流电机启动时，所述直流调速器过载向所述他励直流电机提供启动电流，并同时通过调整所述励磁调速器的磁通，使得该他励直流电机的转矩达到预设值；所述他励直流电机的开路特性曲线为UO＝f(If)，且该他励直流电机的开路特性曲线UO＝f(If)与所述直流电机的磁化曲线Φ＝f(Ff)形状相同，UO为电枢电压，If为励磁电流，Φ为磁通，Ff为磁动势；并且
所述励磁电流If大于额定电流时，Φ＝f(Ff)曲线成非比例变化，以通过强行励磁，增大电机启动转矩。
5.根据权利要求4所述的直流电机强行励磁起动方法，其特征在于，所述直流调速器的输出电流值大于额定电流值。
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