電力拖動第二章

1、電力拖動與控制第二章第二章直流電動機的電力拖動直流電動機的電力拖動他勵直流電動機的機械特性他勵直流電動機的機械特性電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件他勵直流電動機的起動他勵直流電動機的起動 他勵直流電動機的制動他勵直流電動機的制動直流電動機電力拖動系統(tǒng)的動態(tài)特性直流電動機電力拖動系統(tǒng)的動態(tài)特性他勵直流電動機的調(diào)速他勵直流電動機的調(diào)速串勵直流電動機的電力拖動串勵直流電動機的電力拖動復(fù)勵直流電動機的機械特性復(fù)勵直流電動機的機械特性 主要內(nèi)容主要內(nèi)容第一節(jié)第一節(jié) 他勵直流電動機的機械特性他勵直流電動機的機械特性 機械特性是電動機的主要特性，是分析電動機起動、制動、調(diào)速等問題的重要工

2、具。 他勵直流電動機的機械特性是指在電樞電壓、勵磁電流、電樞總電阻均為常數(shù)的條件下,電動機的轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩T的關(guān)系曲線：n=f(T) 。一、機械特性方程式一、機械特性方程式()aaacU EI RR 如圖，忽略電樞反應(yīng)時，根據(jù)圖中給出的正方向，可列出電壓平衡方程及機械特性方程：aceeTRRUnTCCCTaTCI圖2-1 他勵直流電動機拖動系統(tǒng) 0nnT 當U、Ra+Rc都保持為常數(shù)時，上式表示的就是他勵直流電動機的機械特性方程式。,602eTpNpNCCaa由電機學(xué)知：因此得出：9.55TeCC還可寫成如下形式：用曲線表示，如圖2-2。 式中，n0理想空載轉(zhuǎn)速，n0=U/Ce 機械特性斜率

3、, =(Ra+Rc)/CeCT2 圖 2-2 他勵直流電動機的機械特性 在A點: T=0, Ia=0 ； 電樞壓降Ia(Ra+Rc)=0 ； 電樞電動勢Ea=U ； 電動機的轉(zhuǎn)速n=n0=U/Ce。 1 1理想空載點理想空載點 實際空載轉(zhuǎn)速n0為000nnTA點即為理想空載點。2 2堵轉(zhuǎn)點堵轉(zhuǎn)點在B點：n=0 ，因而Ea=0 ； 電樞電流Ia稱為堵轉(zhuǎn)電流Ik ； 與Ik 對應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩稱為堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。 kTacUTTCRRB點為堵轉(zhuǎn)點。二、固有機械特性二、固有機械特性 電動機本身固有的特性稱為固有機械特性。它應(yīng)具備的條件是： 電源電壓 U=UN 勵磁磁通N 電樞所串電阻Rc=0固有機械特性方程式

4、： N2aeNeTNURnTCC C在固有機械特性上，額定轉(zhuǎn)速：NNNNnnTnn00NNNTn額定轉(zhuǎn)速降：理想空載轉(zhuǎn)速: 0/NeNnUC斜率： 2/NaeTNRC C固有機械特性也可表示為： 0NnnT 圖 2-3 他勵直流電動機的固有機械特性三、人為機械特性三、人為機械特性 固有特性有三個條件：U=UN，=N， Rc=0 改變其中任何一個條件，都會使電動機的機械特性發(fā)生變化。 人為機械特性共有三種，現(xiàn)分述如下:1.1.電樞回路串接電阻的人為機械特性電樞回路串接電阻的人為機械特性 圖 2-4 電樞串接電阻時的原理圖和機械特性 電樞回路串接電阻Rc，如圖2-4a 。 電樞回路總電阻為 ：ca

5、RR 2NaceNeTNURRnTCC C人為機械特性為 ： 人為機械特性曲線如圖2-4b 。當Rc為不同值時，可得到不同的特性曲線。 電樞串接電阻時，人為機械特性的特點： (1) 理想空載轉(zhuǎn)速n0不變,與電樞回路電阻 無關(guān)。 (2) 轉(zhuǎn)速降n（或）則隨Ra+Rc成正比地 增大。在相同轉(zhuǎn)矩下，Rc 越大,n越 大，特性越軟。 電樞串電阻時的人為機械特性可用于直流電動機的起動及調(diào)速。2.2.改變電源電壓的人為機械特性改變電源電壓的人為機械特性 改變電動機供電電壓時，電動機電樞回路的原理如圖2-5a 。 機械特性的條件是:U可調(diào)、=N、Rc=0 與固有特性相比，只是U改變，因此機械特性方程式變成：

6、2aeNeTNURnTCC C 人為機械特性曲線如圖2-5b ，當U為不同值時，可得到不同的特性曲線。（1）理想空載轉(zhuǎn)速n0與U成正比變化。 （2）轉(zhuǎn)速降n不變，此時n等于額定轉(zhuǎn)速 降nN，或者說不變，各條特性均與 固有特性相平行。 改變電樞電壓的人為機械特性常用于需要平滑調(diào)速的情況。改變電源電壓時，人為機械特性的特點： 圖 2-5 改變電源電壓的原理圖和機械特性 3.3.改變磁通的人為機械特性改變磁通的人為機械特性 改變磁通實際上只能是減弱磁通。減弱電動機磁通時的線路原理如圖2-6a 。 機械特性的條件是：U=UN 、Rc=0、可調(diào)。 2NaeeTURnTCC C人為機械特性曲線如圖2-6b

7、 。 與固有特性相比，只是 改變，因此機械特性方程式變成：當為不同值時，可得到不同的特性曲線。圖 2-6 減弱磁通時的原理圖和機械特性 減弱磁通時，人為機械特性的特點： （1）理想空載轉(zhuǎn)速n0與成反比變化，因此減 弱磁通會使n0升高。 （2）特性的斜率 (或n）與2成反比，因 此減弱磁通會使斜率（或n）加大， 特性變軟。 （3）特性曲線是一簇直線，即不平行，又非放 射。減弱磁通時，特性上移而且變軟。 減弱磁通可用于平滑調(diào)速。 由于磁通只能減弱，所以只能從額定轉(zhuǎn)速向上調(diào)速。 受到電動機換向能力和機械強度的限制，向上調(diào)速的范圍是不大的。電樞反應(yīng)對機械特性的影響 : 當電刷放在幾何中性線上，而電樞電

8、流不大時，電樞反應(yīng)可以忽略不計。但是當電樞電流較大時，由于磁路飽和的影響，電樞反應(yīng)會產(chǎn)生明顯的去磁作用，使每極磁通量略有減小，結(jié)果使轉(zhuǎn)速n上升,機械特性呈上翹現(xiàn)象,如圖2-7。這對電動機的運行穩(wěn)定性不利。圖2-7 電樞反應(yīng)對機械 特性的影響 為了避免機械特性的上翹，往往在主磁極上加一個匝數(shù)很少的串勵繞組，用串勵繞組的磁勢抵消電樞反應(yīng)的去磁作用。這時電動機實質(zhì)上已變?yōu)榉e復(fù)勵電動機，但是由于所加繞組磁勢較弱，一般仍可將它視為他勵電動機。四、根據(jù)電動機的銘牌數(shù)據(jù)計算和繪制四、根據(jù)電動機的銘牌數(shù)據(jù)計算和繪制 機械特性機械特性 電動機的銘牌上給出電機的額定功率PN、額定電壓UN、額定電流IN和額定轉(zhuǎn)速n

9、N等數(shù)據(jù)。由這些已知數(shù)據(jù)，可計算和繪制機械特性。 1.1.固有機械特性的繪制固有機械特性的繪制 他勵直流電動機的固有機械特性和人為機械特性都是直線，兩點可以確定一條直線，只要找出特性上任意兩點，就可以繪制這條直線。NeC 0NNeUnC通常選擇以下兩個特殊點：（2）額定工作點： ， Nnn NTT （1）理想空載點 ： ， 0nn 0T其中 未知，可用下式來求： NeC 這兩點中只有n0 和TN是未知的。首先求n0 ：電機的總損耗為：電機的額定銅損耗為： 其中僅 Ra未知。根據(jù)銘牌數(shù)據(jù)估算Ra 的值，估算的依據(jù)是：普通直流電動機在額定狀態(tài)下運行時，額定銅耗約占總損耗的1/22/3 。 NNae

10、NNUI RCn2cuNNaIRpNNNpI Up則估算電樞電阻的公式為：額定轉(zhuǎn)矩的計算公式為：2)3221(NNNNaIPIUR9.55NTN NeN NTCICI固有機械特性方程式： 2NaeNeTNURnTCC CTnnN0NeNCUn0固有機械特性也可表示為：其中：2NTeaNCCR 綜上所述，根據(jù)銘牌數(shù)據(jù)計算固有特性的步驟如下：（2）按式（2-12）計算CeN ； （3）求 n0=UN/CeN ； 在坐標紙上標出(n0 , 0) , (nN , TN) 兩點，過這兩點連成一條直線，即為固有機械特性曲線。 （1）根據(jù)UN 、PN 、IN 估算Ra ； （4）按式（2-14）計算TN 。

11、 2. 2. 各種人為機械特性的繪制各種人為機械特性的繪制（1 1） 電樞串電阻人為機械特性的繪制電樞串電阻人為機械特性的繪制選擇兩個特殊點： 理想空載點：n=n0 , T=0 額定工作點： n=nRN , T=TN 求出Ra 、CeN 后，繪制各種人為機械特性。 與固有特性相比，理想空載點沒變，額定工作點卻由于電樞外串電阻Rc而發(fā)生了變化，在額定負載轉(zhuǎn)矩下，對應(yīng)的電動機轉(zhuǎn)速為 計算出n0 后，過（n0 ,0）,（nRN ,TN）兩點連一條直線，即得到電樞串電阻的人為機械特性曲線。029.55()acRNNeNRRnnTC（2 2） 降低電源電壓人為機械特性的繪制降低電源電壓人為機械特性的繪制

12、選擇兩個工作點： 理想空載點：n=n0 ,，T=0 額定工作點：n=nN , ，T=TN 降低電源電壓時，理想空載轉(zhuǎn)速隨之降低：0eNUnC對應(yīng)額定轉(zhuǎn)矩下的電機轉(zhuǎn)速變?yōu)椋?計算出n0、nN 后,過（n0,0）,(nN ,TN）兩點連一條直線，即得到降低電壓的人為機械特性曲線。29.55()aNNeNeNURnTCC（3 3） 減弱磁通人為機械特性的繪制減弱磁通人為機械特性的繪制選擇兩個工作點： 理想空載點： ， 額定工作點： ， 減弱磁通時，理想空載轉(zhuǎn)速隨之升高：0nn0T NnnNTT0NeUnC29.55()NaNNeeURnTCC 計算出n0 、nN 后，過（n0, 0) 、（ nN,

13、TN ）兩點連一條直線，即得到減弱磁通的人為機械特性曲線。9.55NaeTIC必須注意必須注意: 減弱磁通時，T=TN 這點所對應(yīng) 的電樞電流 Ia大于額定電流IN 。例例2-12-1：一臺他勵直流電動機，銘牌數(shù)據(jù)如下： PN=40kW，UN=220V，IN=210A， nN=750 r/min。 試計算并繪制： （1）固有機械特性； （2）RC=0.4的人為機械特性； （3）U=110V的人為機械特性； （4）=0.8N的人為機械特性。解：解：（1）固有機械特性估算電樞電阻Ra ： 21()2NNNaNU IPRI321 220 21040 10()22100.07計算CeN ： 理想空載轉(zhuǎn)

14、速n0 ：-1220210 0.070.2737V/min750NNaeNNUI RCrn0220804 /min0.2737NeNUnrC 額定電磁轉(zhuǎn)矩TN ： 根據(jù)理想空載點（ ）及額定運行點（ ）繪出固有機械特性，如圖2-8中直線1所示。 NT9.55eNNCI9.55 0.2737 210N m549N m750,549NNnT0804,0nT圖 2-8 機械特性曲線圖 理想空載轉(zhuǎn)速n0 不變，T=TN 時電機的轉(zhuǎn)速nRN :（2）R =0.4的人為機械特性C 通過（ ）及（ ） 兩點連一直線，即得到Rc=0.4的人為機械特性，如圖2-8中直線2所示。 0229.55()0.070.4

15、804549r/min443r / min9.55 0.2737aCRNNeNRRnnTC（）443,549RNNnT0804,0nT（3）U=110V的人為機械特性計算理想空載轉(zhuǎn)速 ：0nT=TN時的轉(zhuǎn)速為： 0110/ min402 / min0.2737eNUnrrC0229.55()0.07402549/min348 /min9.55 0.2737aNNeNRnnTCrr（）通過（ ）及（ ）兩點連一直線，即得到U=110V的人為機械特性，如圖2-8中直線3所示。（4）=0.8N的人為機械特性計算理想空載轉(zhuǎn)速 ：0402,0nT348,549NNnT0n0220/ min1005 /

16、min0.80.8 0.2737NNeeNUUnrrCCT=TN時的轉(zhuǎn)速 :通過（ ）及（ ） 兩點連一條直線，即得到=0.8N的人為機械特性，如圖2-8中直線4所示。 0n0229.55()0.07 5491005/ min921 / min9.55 (0.8 0.2737)aNeNRnnTCrr （）01005,0nT921,549NnT 必須注意：在（ ）點，電樞 電流aINI921,549NnT1.259.559.55 0.8NNaNeeNTTIICC第二節(jié)第二節(jié) 電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件一、穩(wěn)定運行的必要條件一、穩(wěn)定運行的必要條件 為便于分析電力拖動系統(tǒng)的

17、運行情況，可把電動機的機械特性和負載特性畫在同一個直角坐標系中，如圖2-9。 圖a中，兩條機械特性相交于A點，在A點：TA=TL , dn/dt=0，所以系統(tǒng)以n的轉(zhuǎn)速恒速運行。A點被稱為工作點，也稱為平衡狀態(tài)。當外界擾動使負載特性由TL變成TL時，由于慣性,n不能突變，轉(zhuǎn)矩T因U、Ia及Ea均未突變?nèi)詾門a，由運動方程可知系統(tǒng)開始減速。隨著n的下降，轉(zhuǎn)矩T增大，在轉(zhuǎn)速下降至n=nA時，轉(zhuǎn)矩TA=TL，系統(tǒng)獲得新的平衡狀態(tài)，以nA的轉(zhuǎn)速恒速運行；當外界擾動消失負載轉(zhuǎn)矩恢復(fù)為TL時，因TATL，系統(tǒng)將加速，隨著n上升，轉(zhuǎn)矩減小，在轉(zhuǎn)速升至nA時TA=TL，系統(tǒng)恢復(fù)到原平衡狀態(tài)A點工作，所以A點為

18、系統(tǒng)的穩(wěn)定運行點。 圖 2-9 穩(wěn)定運行和不穩(wěn)定運行 在圖b中，A點雖然也是平衡狀態(tài)，系統(tǒng)也以n的轉(zhuǎn)速恒速運行，但是當負載特性由TL變成TL時，由于TATL系統(tǒng)將開始減速。隨著n的下降，電磁轉(zhuǎn)矩T也相應(yīng)減小，促使轉(zhuǎn)速加速下降直至n=0，顯然系統(tǒng)在擾動作用下不能獲得新的平衡狀態(tài)，因而無法正常工作。所以A點不是穩(wěn)定運行點。 可見， T=TL只是系統(tǒng)穩(wěn)定運行的必要條件。 系統(tǒng)穩(wěn)定運行的充要條件是：系統(tǒng)在某種外界擾動下離開原來的平衡狀態(tài)，在新的條件下獲得新的平衡；或當擾動消失后系統(tǒng)能自動恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)。滿足上述要求，系統(tǒng)就是穩(wěn)定的，否則系統(tǒng)就是不穩(wěn)定的。二、穩(wěn)定運行的充要條件二、穩(wěn)定運行的充要條

19、件 圖2-10為他勵直流電動機拖動一泵類負載運行的情況，兩條機械特性交于A點，并在轉(zhuǎn)速nA下穩(wěn)定運行。 圖 2-10 穩(wěn)定運行充要條件的判定 設(shè)在某種干擾下使轉(zhuǎn)速變化一個增量n，此時T與TL都將產(chǎn)生對應(yīng)的增量T與TL。 當干擾使轉(zhuǎn)速的增量為正值，轉(zhuǎn)速增加n=n+n，對應(yīng)此轉(zhuǎn)速，T=T1，增量為-T，TL=TL1，增量為+TL ，干擾消失后，由于慣性原因，n不能突變，則T1-TL10，使dn/dtTL，dn/dt0，電動機開始起動，轉(zhuǎn)速沿著ab特性變化，隨著轉(zhuǎn)速上升，電流及轉(zhuǎn)矩逐漸減小，產(chǎn)生的加速度也逐漸減小，如繼續(xù)加速就要延緩起動過程。1. 1. 起動過程起動過程 因此，為了縮短起動時間，到達

20、圖中的b點時，使觸點KM3閉合，切除電阻Rst3，b點的電流稱為切換電流，這時電樞回路總電阻變?yōu)镽2=Ra+Rst1+Rst2，機械特性變?yōu)橹本€cdn0。切除電阻瞬間,由于機械慣性，轉(zhuǎn)速n不能突變,電勢Ea也保持不變，則引起電樞電流突增,如果電阻設(shè)計恰當，可使電流從I2突增到I1，運行點從b過渡到c點。電機又獲得了與a點相同的加速度，此后電機又沿著直線cd加速。 當電機加速到d點時，電流又下降到I2，此刻閉合KM2，切除電阻Rst2,電樞總電阻變?yōu)镽1=Ra+Rst1，機械特性變?yōu)橹本€efn0，運行點從d點過渡到e點，電樞電流又從I2突增到I1，電機沿ef 段升速，當轉(zhuǎn)速升高到f 點時，閉合K

21、M1，切除電阻Rst1，運行點從f 點過渡到固有機械特性上的g 點，電流再一次增加到I1，此后電機在固有特性上升速，直到w點, T=TL ,電機穩(wěn)定運行，起動過程結(jié)束。2. 2. 起動電阻的計算起動電阻的計算最大電流I1的選擇： NII25 . 11NII2 . 11 . 12切換電流I2的選擇： 或： max22 . 11 . 1LII 起動級數(shù)m的選擇： =24級 m各級起動電阻的計算： 以I1及I2不變?yōu)樵瓌t 同理可得: 1211212,aIRIRd ef gIRIR兩式相除得： 3122RIIRcbcbEEnn,圖b中b 、c兩點，有： 32REUIbNb點：c點： 21REUIcNa

22、RRRRRRII1122321aaaRRRRRRRR323212121II令 ：則可得： 于是： 如有m級，則 : mmaRR112211staststmmmRRRRRRRRR如已知，可用下式求取m: lglgamRRm可得每級分段電阻值： maNmamIRURR1計算起動電阻時可能有下列兩種情況：（1）起動級數(shù)m未定：此時應(yīng)先初步選定I1（或T1）及I2（或T2），即初選 值，然后用式（2-18）求出m，若m為分數(shù)值，則取稍大于計算值的整數(shù)，再把此m值代入式（2-17），求出新的 值，將此 值代入式（2-16），可算出各級起動總電阻； 值代入式（2-19），可算出各級分段電阻。（2）起動級數(shù)

23、m已定：這時只要先選定I1（或T1）的數(shù)值，算出Rm=UN/I1，再將Rm和m的數(shù)值代入式（2-17），算出 值，按式（2-16），可算出各級起動總電阻；按式（2-19），可算出各級分段電阻。 第四節(jié)第四節(jié) 他勵直流電動機的制動他勵直流電動機的制動 制動，就是使拖動系統(tǒng)從某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速很快減速停車。 電氣制動方法分為：能耗制動、反接制動和回饋制動三種。 采用電氣制動的方法，即由電動機本身產(chǎn)生一個與轉(zhuǎn)動方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩(即制動轉(zhuǎn)矩)來實現(xiàn)制動。 電氣制動的優(yōu)點：制動轉(zhuǎn)矩大，制動時間短，便于控制，容易實現(xiàn)自動化。 a） 原理圖 b） 機械特性 圖 2-13 能耗制動過程 一、能耗制動一、能耗制動1

24、.1. 制動原理制動原理 開關(guān)K合向上方時，電機運行于電動狀態(tài)。電樞電流Ia的方向與電動勢Ea的方向相反，轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n方向相同。電機工作在圖2-13b中的A點。制動時，保持勵磁不變，把開關(guān)K合向下方，使電機脫離電源，同時電樞接到制動電阻Rn上。 制動開始瞬間，由于慣性，轉(zhuǎn)速n仍保持與原電動運行狀態(tài)相同的方向和大小，Ea的方向與大小也與電動狀態(tài)相同。T為制動轉(zhuǎn)矩，電動機工作在制動狀態(tài)，使系統(tǒng)較快地減速。 0, 0aTnaaaICTRREI1因U=0 , 則：當n=0時, Ea=0 , Ia=0 , T=0 , 制動過程結(jié)束。2. 2. 機械特性及制動電阻計算機械特性及制動電阻計算 對應(yīng)的機械特

25、性曲線是一條通過坐標原點的直線，如圖2-13b。 如果制動前電動機在固有機械特性的A點穩(wěn)定運行。開始制動瞬間，轉(zhuǎn)速n不能突變,電動機從工作點A過渡到能耗制動機械特性的B點上。 機械特性的方程式：2aneTNRRnTC C 因B點電磁轉(zhuǎn)矩TB0，拖動系統(tǒng)在轉(zhuǎn)矩(TBTL) 的作用下迅速減速，運行點沿特性下降，制動轉(zhuǎn)矩逐漸減小，直到原點，電磁轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速都降到零，拖動系統(tǒng)停止運轉(zhuǎn)。 制動電阻Rn愈小，機械特性愈平，TB的絕對值愈大，制動就愈快，但Rn又不宜太小，否則電樞電流IB和TB將超過允許值。 若將制動開始時的IB限制在最大允許值Imax ,電樞回路外串電阻的最小值為:aanRIERmax式中,

26、 Ea制動開始時電動機的電樞電動勢； Imax制動開始時最大允許電流，應(yīng)代入 負值。 能耗制動時，若電機拖動的是位能負載，當電機減速到原點時，由于 n=0，T=0，在位能負載作用下：TTL0，轉(zhuǎn)速n0，T與n方向相反，T為制動性轉(zhuǎn)矩，這種穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)稱為能耗制動運行。能耗制動運行時電樞回路串入的制動電阻不同，運行速度就不同，改變制動電阻Rn的大小，可獲得不同的下放速度。 3 3.能量關(guān)系能量關(guān)系圖2-14 能耗制動過程的功率流程圖 電磁功率 ：0TIEPaaM 表明電機從負載處吸收機械功率后，扣除空載損耗功率，其余的全部消耗在電樞回路的電阻上。0)(2MnaacuPRRIP01aUIP ,表明

27、電機與電源沒有能量交換表明電機要從負載處吸收機械功率 McuPPP1而： 則電樞回路的銅損耗 ：例例2-2 2-2 一臺他勵直流電動機的銘牌數(shù)據(jù)如下：PN=40kW, UN=220V, IN=210A, nN=1000r/min，電樞內(nèi)阻Ra=0.07。試求：（1）在額定負載下進行能耗制動，欲使制動電流 等于2IN時，電樞應(yīng)外接多大電阻（2）求出它的機械特性方程式（3）如果電樞直接短接，制動電流應(yīng)多大（4）當電動機拖動位能負載，TL=0.8TN，要求在 能耗制動中以800r/min的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速下放重物， 求電樞回路中應(yīng)串接的電阻值解：（1）額定負載時，電動機電動勢 按要求 能耗制動時，電樞應(yīng)外接

28、電阻 220 210 0.07205.3VaNNNNEUI Rmax22 210420ANII max205.30.070.419420anaERRI（2）機械特性方程式 所以機械特性方程式為205.30.20531000aNeNNECn9.559.55 0.20531.96TNeNCC20.070.4191.2150.2053 1.96aneTNRRnTTTC C （3）如果電樞直接短接，則制動電流為 此電流約為額定電流的14倍，由此可見能耗制動時，不許直接將電樞短接，必須接入一定數(shù)值的制動電阻。（4）當TL=0.8TN時，電機穩(wěn)定下放重物時電 樞電流為205.32933A0.07aaaEI

29、R 有關(guān)數(shù)據(jù)代入能耗制動機械特性方程式得0.80.8 210168ALaNTNTNTTIICC0.078001680.2053nR 0.9nR 二、反接制動二、反接制動1.1.轉(zhuǎn)速反向的反接制動轉(zhuǎn)速反向的反接制動圖2-15 轉(zhuǎn)速反向的反接制動線路圖及機械特性 a） 原理圖 b） 機械特性 (1)制動原理 這種制動方法一般發(fā)生在拖動位能性負載由提升重物轉(zhuǎn)為下放重物的情況 。 提升重物時，運行在電動狀態(tài)下機械特性a點上，轉(zhuǎn)速為na , 負載轉(zhuǎn)矩為TL , 電磁轉(zhuǎn)矩Ta=TL 。 如果電動機電源方向保持不變，在電樞回路中串入足夠大的電阻Rf ，使機械特性變?yōu)榍€2。 串入電阻Rf 瞬間，轉(zhuǎn)速不能突變

30、，電樞電流和轉(zhuǎn)矩突然減小，工作點由a點突變到對應(yīng)的人為機械特性b點上，這時由于TbTL ,電動機減速，減速到c點：n=0，重物停止提升，電動狀態(tài)減速過程結(jié)束。 在c點，電磁轉(zhuǎn)矩Tcn01，所以EaU1，電樞電流將改變方向, Ia0，電磁轉(zhuǎn)矩T0 ，T與n 的方向相反，成為制動轉(zhuǎn)矩，功率U1Ia、EaIa 都為負值，表示此時電機作發(fā)電機運行，電動機進入回饋制動狀態(tài)。 在T與TL作用下，電動機減速，運行點沿機械特性2變化。 至C點，n=n01，Ea=U1，Ia及T均降到零，回饋制動結(jié)束。此后，系統(tǒng)在負載轉(zhuǎn)矩TL的作用下繼續(xù)減速，電動機的運行點進入第象限 , nn01 , EaU1 ，Ia及T均變?yōu)?/p>

31、正，電動機又恢復(fù)為正向電動狀態(tài)，但由于T0，T與-n的方向相反，變?yōu)橹苿愚D(zhuǎn)矩，電機進入回饋制動狀態(tài)。 隨著反向轉(zhuǎn)矩增加，電磁轉(zhuǎn)矩T不斷增大,制動作用不斷加強，直到e點，T=TL，電機穩(wěn)定運行, 重物以恒定的轉(zhuǎn)速下放。（2 2）能量關(guān)系）能量關(guān)系 與正向回饋制動時相同（3 3）機械特性）機械特性02afeTNRRnnTC C 在電動機拖動位能負載進行電壓反接制動，直到穩(wěn)定運行的全過程中，電動機要經(jīng)過電壓反接制動、反向電動和回饋制動三種運行狀態(tài)。 注意：反向回饋制動方法僅僅在下放輕的 物體或者空載時才采用。 例例2-3 2-3 一臺他勵直流電動機的數(shù)據(jù)為PN=22kW, UN=220V, IN=1

32、15A, Ra=0.1, ，最大允許電流 Iamax 2IN ，原在固有特性上運行，負載轉(zhuǎn)矩TL=0.9TN，試計算：（1）電機拖動反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載，采用能耗制動停車，電樞回路應(yīng)串入的最小電阻為多少？min/1500rnN（2）電機拖動反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載，采用電源 反接制動停車，電樞回路應(yīng)串入的最小 電阻為多少？（3）電機拖動位能性恒轉(zhuǎn)矩負載，例如起重 機。當傳動機構(gòu)的損耗轉(zhuǎn)矩T=0.1TN ， 要求電動機以n = -200r/min 恒速下放重物, 采用能耗制動運行，電樞回路應(yīng)串入多大 電阻？該電阻上消耗的功率是多少？ （4）電機拖動同一位能性負載，電動機運行在n = -1000r/min ，

33、恒速下放重物，采用轉(zhuǎn)速反向的反接制動，電樞回路應(yīng)串入多大電阻？該電阻上消耗的功率是多少？（5）電機拖動同一位能性負載，采用反向回饋制動下放重物，穩(wěn)定下放時電樞回路中不串電阻，電動機的轉(zhuǎn)速是多少？解： 先求 、 及 NeC 0nNn139. 015001 . 0115220NaNNNenRIUCmin/1583139. 02200rCUnNeNmin/83150015830rnnnNN穩(wěn)定運行時，電磁轉(zhuǎn)矩等于負載轉(zhuǎn)矩0.90.9 9.550.9 9.55 0.139 115137.4N mLNeNNTTTCI（1）能耗制動停車，電樞應(yīng)串電阻的計算： 能耗制動前，電動機穩(wěn)定運行的轉(zhuǎn)速為min/15

34、084 .137139. 055. 91 . 0139. 0220)(55. 922rTCRCUnNeaNeN0.139 1508209.6VaeNECn)(0naaaRRIEn能耗制動時，應(yīng)串電阻：max209.60.10.8112 115anaaERRI （2） 電源反接制動停車，電樞回路應(yīng)串入電阻的計算：)(faaaNRRIEU768. 11 . 01152)6 .209220(maxaaNfRIEUR（3） 能耗制動運行時，電樞回路應(yīng)串入電 阻及消耗功率的計算：采用能耗制動下放重物時，0NU， 負載轉(zhuǎn)矩變?yōu)椋?NNNLLTTTTTT7 . 01 . 029 . 0212穩(wěn)定下放重物時，

35、 2LTT ，此時電樞電流為：A5 .801157 . 07 . 07 . 02NNTNNTLaICTCTI 對應(yīng)轉(zhuǎn)速為200r/min時的電樞電勢： V8 .27)200(139. 0nCENea 電樞回路中應(yīng)串入的電阻值 ：245. 01 . 05 .808 .27aaanRIER電阻上消耗的功率：nRW1588245. 05 .8022naRRIP（4） 轉(zhuǎn)速反向的反接制動運行時，電樞回路 應(yīng)串入電阻及消耗功率的計算：轉(zhuǎn)速反向的反接制動運行時，電壓方向沒有改變，電樞電流仍為對應(yīng)轉(zhuǎn)速為1000r/min時的電樞電勢： NI7 . 0V139)1000(139. 0nCENea電樞回路中應(yīng)串

36、入的電阻值：220( 139)0.14.3680.5NacaaUERRI 電阻上消耗的功率為2280.54.3628254W28.254KWRaCPI RcR（5）反向回饋制動運行時，電動機轉(zhuǎn)速的計算： 下放重物時,電樞電流為0.7IN 外串電阻Rc=0 ，電壓反向min/1641139. 01 . 05 ,80220rCRIUnNeaaN第五節(jié)第五節(jié) 直流電動機電力拖動系統(tǒng)的直流電動機電力拖動系統(tǒng)的 動態(tài)特性動態(tài)特性 以電機拖動系統(tǒng)的運動方程式為基礎(chǔ)，應(yīng)用數(shù)學(xué)解析方法，研究直流電機拖動的動態(tài)過程，掌握其動態(tài)特性。一、電機拖動系統(tǒng)動態(tài)過程的基本概念一、電機拖動系統(tǒng)動態(tài)過程的基本概念1.1.動態(tài)

37、過程的基本概念動態(tài)過程的基本概念 系統(tǒng)將從一個穩(wěn)定工作狀態(tài)過渡到另一個穩(wěn)定工作狀態(tài)，這樣的的動態(tài)運行過程稱為過渡過程，即動態(tài)過程。 電機拖動系統(tǒng)的過渡過程分為兩種： 機械的過渡過程，它只考慮系統(tǒng)的機械慣性對各參量變化過程的影響，而對影響較小的電磁慣性忽略不計。 電氣-機械的過渡過程，它同時考慮機械特性和電磁慣性的影響。 2.2.研究動態(tài)過程的目的研究動態(tài)過程的目的 分析動態(tài)過程，掌握系統(tǒng)各參數(shù)變化規(guī)律 ，設(shè)法縮短過渡過程的時間，探討減小動態(tài)過程損耗的途徑，正確選擇電動機的容量。 由于多數(shù)情況下，機械慣性的影響遠大于電磁慣性的影響，為簡化分析，略去電磁慣性的影響，只考慮機械慣性對過渡過程的影響。

38、同時假設(shè)在過渡過程中： （1）電源電壓U恒定不變； （2）磁通恒定不變； （3）負載轉(zhuǎn)矩TL保持常數(shù)不變。 二、他勵直流電動機的動態(tài)特性二、他勵直流電動機的動態(tài)特性 電力拖動系統(tǒng)的過渡過程是電動機的運行點從過渡過程的起始點開始，沿著電動機的機械特性曲線向穩(wěn)態(tài)點變化的過程。 起始點是機械特性上的一個點，對應(yīng)著過渡過程開始瞬間的轉(zhuǎn)速。 穩(wěn)態(tài)點是過渡過程結(jié)束后的工作點。A點為起始點：轉(zhuǎn)速 nqs ，電磁轉(zhuǎn)矩 Tqs ；B點為穩(wěn)態(tài)點：轉(zhuǎn)速nL , 電磁轉(zhuǎn)矩 TL 。圖 2-20 機械特性上AB的過渡過程0nnT 電動機的機械特性方程式為： 以上兩式都表達了系統(tǒng)中電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，將前式代入

39、后式，得 ：1.轉(zhuǎn)速n的變化規(guī)律n=f(t)2375LGDdnTTdt已知電力拖動系統(tǒng)的運動方程式為從A點到B點沿著曲線進行的動態(tài)特性分析:LmdnnnTdt式中，n0-TL 為過渡過程結(jié)束后電動機轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)值nL。 令 ，因此上式可寫成即： 2375mGDTmLdnTnndt2200()375375LLGDdnGDdnnnTnTdtdt式中， 穩(wěn)態(tài)點的轉(zhuǎn)速；22375mTNGDRTCeCLn 機電時間常數(shù)， ； 電樞回路總電阻。LmdnnnTdt LmdndtnnTmTR用分離變量法求微分方程通解 則 式中，K、C均為常數(shù)，由初始條件決定。將初始條件t=0 , n=nqs 代入上式得 于是可

40、得：/mmt TCt TLnneKeqsLKnnln()LmtnnCT 上式兩邊積分得/()mt TLqsLn nnn e變化曲線如圖2-21a所示。 a）n=f (t ) b）T=f (t ) 圖 2-21 過渡過程曲線 c）Ia=f (t )2.轉(zhuǎn)矩的變化規(guī)律T=f (t )代入轉(zhuǎn)速方程，整理后得表達式為： mTtLqsLeTTTT/)( 從圖2-20所示機械特性，可得T與n的對應(yīng)關(guān)系為：000LLqsqsnnTnnTnnT變化曲線如圖2-21b所示。 3.電樞電流的變化規(guī)律Ia=f (t )mTtLqsLaeIIII/)(由轉(zhuǎn)矩基本表達式得：TeaLTeLqsTeqsTCITCITCI代

41、入轉(zhuǎn)矩方程，整理后得表達式為： 變化曲線如圖2-21c所示。 4.過渡過程時間 從起始值到穩(wěn)態(tài)值，理論上講需要時間t=, 但實際上當t = (34)Tm時，各量就達到95%98%的穩(wěn)態(tài)值，這時就可以認為動態(tài)過程已經(jīng)結(jié)束。 工程上普遍認為過渡過程時間為4Tm，即Tm決定過渡過程時間的長短。 LLqsmTTTTTtXXlnLLqsmIIIITtXXln 若已知T=f(t)及X點的轉(zhuǎn)矩X ，經(jīng)數(shù)學(xué)運算得： 若已知Ia=f (t )及點的電流IX ，經(jīng)數(shù)學(xué)運算得： 在工程設(shè)計中，有時需要計算過渡過程中各量達到某一數(shù)值時所經(jīng)歷的時間。1.1.起動過程的動態(tài)特性起動過程的動態(tài)特性 圖2-22a為他勵直流電

42、動機電樞串電阻起動時的機械特性。 S點是起動過程的初始點，其轉(zhuǎn)矩T=Ts，電流I=Is，轉(zhuǎn)速n=0； A點是起動過程結(jié)束的穩(wěn)態(tài)點，其轉(zhuǎn)矩T=TL，電流I=IL，轉(zhuǎn)速n=nA。三、他勵直流電機起動過程的動態(tài)特性三、他勵直流電機起動過程的動態(tài)特性mmmTtLSLaTtLSLTtAAeIIIIeTTTTennn/)()(22375TeCamCCRRGDT式中， 把S點與A點的數(shù)據(jù)代入相應(yīng)公式即可得到過渡過程中，n=f(t)、T=f(t)和I=f(t)的數(shù)學(xué)表達式： 圖 2-22 起動時的過渡過程 相應(yīng)的過渡過程曲線如圖2-22b、c 所示。2.2.機電時間常數(shù)機電時間常數(shù)Tm的物理意義的物理意義mT

43、tmAeTndtdn/對轉(zhuǎn)速公式(2-37)進行微分可得 由式可知，在t=0時，其加速度為最大。將t=0代入上式，可得起動初始加速度為 mAtTndtdn0 如果電動機的轉(zhuǎn)速一直按t=0處的加速度直線上升，則達到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速n所需的時間就是Tm，這就是Tm的物理意義。圖2-23 機電時間常數(shù)的物理意義減小Tm的主要方法是減小系統(tǒng)總飛輪矩GD23.3.縮短過渡過程的方法縮短過渡過程的方法縮短過渡過程的方法有二： （1）減小機電時間常數(shù)Tm1）選用專門設(shè)計制造的小慣量電動機， 其特點是電樞細長，GD2??； 2）采用雙電動機拖動，即用兩臺容量為系 統(tǒng)所需總?cè)萘康?/2的電動機，同軸硬聯(lián) 接后共同拖動負載

44、，可減小飛輪矩。(2)改善起動電流的波形 圖2-24 理想起動時電流、轉(zhuǎn)速曲線如能保持Ia=常數(shù)，即可以保持dn/dt=常數(shù)的理想情況，則起動過程時間就由4Tm 減小為Tm 。 動態(tài)特性的起始點和穩(wěn)定點的參數(shù)值，是機械特性上兩個穩(wěn)定點的坐標。 從n=f(t)和T=f(t)曲線上消去同時起作用的時間變量t，就可獲得機械特性n=f(T)曲線。 機械特性表征同一時間下電流（或轉(zhuǎn)矩）和轉(zhuǎn)速間的關(guān)系，而動態(tài)特性則表征了它們隨時間變化的規(guī)律。 4.4.動態(tài)特性和機械特性的關(guān)系動態(tài)特性和機械特性的關(guān)系1.1.位能性恒轉(zhuǎn)矩負載能耗制動動態(tài)特性位能性恒轉(zhuǎn)矩負載能耗制動動態(tài)特性 他勵直流電動機拖動位能性恒轉(zhuǎn)矩負載

45、進行能耗制動時的機械特性如圖2-25a，其中曲線1為電動機的固有機械特性，曲線2為能耗制動的機械特性，曲線3為位能性負載的機械特性。 四、他勵直流電機制動過程的動態(tài)特性四、他勵直流電機制動過程的動態(tài)特性圖 2-25 位能性負載下能耗制動的過渡過程曲線 能耗制動過程的起始點為B點，系統(tǒng)是以nB 和-TB等參數(shù)進入過渡過程的，最終的穩(wěn)定點為C點，系統(tǒng)最后將以nc和TL等參數(shù)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。據(jù)此即可確定 n=f(t) 的起始值為nB ，穩(wěn)態(tài)值為- nc 。而T=f(t)的起始值為- TB ，穩(wěn)態(tài)值為TL ，代入到過渡過程的一般公式,得到: ()()mmtTCBCtTLBLnnnneTTTT e 可繪出動態(tài)

46、特性曲線 n=f(t) 和 T=f(t) ，如圖2-25b、c所示。 如果能耗制動只用于停車，那么從B點開始，制動到O點 n=0時，應(yīng)采用機械閘將電機制動住。這時過渡過程為BO，C點為虛穩(wěn)定點。2.2.反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載能耗制動動態(tài)特性反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載能耗制動動態(tài)特性 他勵直流電動機拖動反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載進行能耗制動時的機械特性如圖2-26a，其中曲線1為電動機的固有機械特性，曲線2為能耗制動的機械特性，曲線3和4是反抗性負載的機械特性。 圖 2-26 反抗性負載下能耗制動的過渡過程曲線 能耗制動過程的起始點為B點，到坐標原點O點時，n=0，T=0，過渡過程結(jié)束。 由于反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載在n=0時要

47、發(fā)生突變，n0時為TL，n0時為-TL，這與推導(dǎo)過渡過程一般式時TL=常數(shù)的假定條件不符。 為了計算過渡過程，可假想負載機械特性延長到第象限，使它與電動機的能耗制動機械特性相交于C點，如圖2-26a中的虛線。 假如在O點負載轉(zhuǎn)矩不發(fā)生突變，仍為 ， 那么，過渡過程就將從初始點B經(jīng)過中間點O一直進行到穩(wěn)定點C，這與電動機拖動位能性恒轉(zhuǎn)矩負載進行能耗制動的情況完全一樣，計算公式也與式（2-41）相同。LT 但實際的能耗制動停車過渡過程僅是從B到O的這一段，到O點時，n=0，T=0，因負載轉(zhuǎn)矩突變，過渡過程中斷了，并非是一個完整的過渡過程，所以對能耗制動停車的過渡過程來說，式（2-41）僅在n0及T

48、0的范圍內(nèi)才適用。從OC這段過渡過程并未實現(xiàn)，是假想的結(jié)果，因此把C點稱為虛穩(wěn)定點。 據(jù)此，拖動反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載進行能耗制動停車的過渡過程可表示為)0()()0()(TeTTTTnennnnmTtLBLmTtCBC 動態(tài)特性曲線n=f(t)和T=f(t)，如圖2-26b及c的實線所示。由于OC這段過渡過程實際并未實現(xiàn)，所以在圖中這段過渡過程曲線用虛線表示。 制動時間的求?。?把初始點B、穩(wěn)定點C、終了點O的轉(zhuǎn)速值代入式（2-34），可得到制動時間為CCBmnnnTtln0LLBmTTTTtln0也可以根據(jù)=f(t)曲線求出3.反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載電壓反接制動過程反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載電壓反接制動過程 動

49、態(tài)特性動態(tài)特性 他勵直流電動機拖動反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載進行反接制動時的機械特性如圖2-27a所示。其中曲線1為電動機的固有機械特性；曲線2為電動機反接制動機械特性；曲線3為n0時的負載機械特性；曲線4為n0時負載的機械特性。 圖2-27反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載下反接制動的過渡過程曲線 1） 如果反接制動只用于停車，過渡過程為BE這一段，當過渡過程進行到E點時，n=0 ,應(yīng)立即斷電抱閘。 在反接制動停車BE這一段過渡過程中，B點為起始點，E為終了點，C點為虛穩(wěn)態(tài)點，起始值nB，穩(wěn)態(tài)值為-nC 。而=f(t)的起始值為-TB，穩(wěn)態(tài)值為TL 。代入到過渡過程的一般公式得到反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載進行反接制動停車的過渡過

50、程為： 可繪出動態(tài)特性曲線n=f(t) 和=f(t) ，如圖2-27b及c中BE段實線所示。從E點到虛穩(wěn)態(tài)點C這段實線并未實現(xiàn)。 )0()()0()(TeTTTTnennnnmTtLBLmTtCBC制動到n=0的時間t0為 CCBmnnnTtln0LELBmTTTTTtln0或計算時，nC、TB和TE均應(yīng)帶負值。2）如果反接制動是用于電動機反轉(zhuǎn)，這時應(yīng)分成兩段計算過渡過程。 第一段:BE，計算方法與反接制動停 車時相同。 第二段:E點開始，電動機反向起動， 最后在D點穩(wěn)定運行。這段過渡過程的E點為起始點，D點為實際的穩(wěn)態(tài)點，其轉(zhuǎn)速的起始值為0，穩(wěn)態(tài)值為-nD。而=f(t)的起始值為TE，穩(wěn)態(tài)值

51、為-TL。 在轉(zhuǎn)速制動到零后，由于電動機的機械特性沒有改變，特性斜率未變，因而系統(tǒng)的機電時間常數(shù)Tm也不變。代入式（2-29）、式（2-31），得到反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載進行反向起動的過渡過程為mTtLELmTtDeTTTTenn)()1 ( 過渡過程曲線n=f(t)和T=f(t)如圖2-27b、c中ED這一段。 電動機由正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)的過渡過程所經(jīng)歷的時間為：反接制動停車時間t0 加上反向起動時間4Tm 。 由正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)的穩(wěn)定運行，其過渡過程曲線由BE及ED這兩段曲線組成。 4.位能性恒轉(zhuǎn)矩負載電壓反接制動過程位能性恒轉(zhuǎn)矩負載電壓反接制動過程 動態(tài)特性動態(tài)特性 他勵直流電動機拖動位能性恒轉(zhuǎn)矩負載反接制

52、動的機械特性如圖2-28a所示。其中曲線1為電動機的固有機械特性，曲線2為反接制動的機械特性，曲線3為位能性負載的機械特性。 圖2-28位能性恒轉(zhuǎn)矩負載下反接制動的過渡過程曲線 反接制動過程的起始點為B點，系統(tǒng)是以nB和-TB等參數(shù)進入過渡過程的，最終的穩(wěn)定點為C點，系統(tǒng)最后將以nC和TL等參數(shù)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。據(jù)此即可確定n=f(t) 的起始值nB，穩(wěn)態(tài)值為-nC 。而T=f(t) 的起始值為-TB，穩(wěn)態(tài)值為TL，代入到過渡過程的一般公式得到： 根據(jù)上式即可繪出動態(tài)特性曲線n=f(t) 和T=f(t)，如圖2-28b、c所示。()()mmtTCBCtTLBLnnnn eTTTT e 如果反接制動只用

53、于停車，那么從B點開 始，制動到E點時應(yīng)立即斷電抱閘，這時過渡過程為BE這一段，C點為虛穩(wěn)態(tài)點 。 它與前述拖動反抗性負載反接制動停車的過渡過程是相同的。其動態(tài)特性n=f(t)及T=f(t) 與式 (2-45）相同。 大量的生產(chǎn)機械要求在不同情況下工作于不同的速度，這就要求采用一定的方法改變生產(chǎn)機械的工作速度，通常稱為調(diào)速。 調(diào)速方法應(yīng)用較多的是電氣調(diào)速，即通過人為地改變電動機參數(shù)，使電力拖動系統(tǒng)運行于不同人為特性上。 注意：電氣調(diào)速和由于負載變化，使電動機在同一條特性上發(fā)生的轉(zhuǎn)速變化不同。第六節(jié)第六節(jié) 他勵直流電動機的調(diào)速他勵直流電動機的調(diào)速電動機的調(diào)速性能，常用下列指標來衡量： 一、調(diào)速指

54、標一、調(diào)速指標1. 1. 調(diào)速范圍調(diào)速范圍 調(diào)速范圍是指電動機在額定負載時所能達到的最高轉(zhuǎn)速nmax 與最低轉(zhuǎn)速nmin 之比，用系數(shù)D 表示，即 maxminnDn 不同的生產(chǎn)機械對調(diào)速范圍的要求不同，例如車床D=20120，龍門刨床D=1040，軋鋼機D=3120，造紙機D=120等。 由式（2-48）可知，要擴大調(diào)速范圍D，必須提高nmax 和降低nmin ，但nmax 受到電動機的機械強度和換向條件的限制, nmin受到相對穩(wěn)定性的限制。2. 2. 調(diào)速的靜差率調(diào)速的靜差率 調(diào)速靜差率是指在同一條機械特性上，額定負載時的轉(zhuǎn)速降n 與理想空載轉(zhuǎn)速n0之比，用百分數(shù)表示為 000%100%

55、100%nnnnn 電動機的機械特性愈硬,n越小，靜差率就愈小，轉(zhuǎn)速的相對穩(wěn)定性就愈好。 各種生產(chǎn)機械在調(diào)速時，對靜差率的要求是不同的。3. 3. 調(diào)速的平滑性調(diào)速的平滑性 調(diào)速的平滑性是指相鄰兩級轉(zhuǎn)速之比，用系數(shù)表示：1iinn值越接近于1，調(diào)速平滑性越好。 在一定范圍內(nèi)，調(diào)速的級數(shù)越多，則調(diào)速的平滑性越好。 不同的生產(chǎn)機械對調(diào)速的平滑性要求不同。4. 4. 調(diào)速的經(jīng)濟性調(diào)速的經(jīng)濟性 調(diào)速的經(jīng)濟性是指調(diào)速設(shè)備的初投資、運行效率及維修費用等。5. 5. 調(diào)速時的容許輸出調(diào)速時的容許輸出 容許輸出是指電動機在得到充分利用的情況下，調(diào)速過程中所能輸出的功率和轉(zhuǎn)矩。 在電動機穩(wěn)定運行時，實際輸出的功

56、率和轉(zhuǎn)矩由負載的需求來決定，故應(yīng)使調(diào)速方法適應(yīng)負載的要求。例例2-4: 2-4: 一臺他勵直流電動機，銘牌數(shù)據(jù)為 60kW220V=350A1000 / min0.037NNaNaPUInrR， ，生產(chǎn)機械要求靜差率 , %20調(diào)速范圍D=4，最高轉(zhuǎn)速 ,試問采用哪種調(diào)速方法能滿足要求？ min/1000maxrnNeC 解：解： 計算電動機的 : NeC 207. 01000037. 0350220NaNNnRIU=計算理想空載轉(zhuǎn)速: min/1063207. 02200rCUnNeN 由于 ，所以調(diào)速時只能從向下調(diào)速，故有兩種方法可供選擇： Nnnmax（1 1） 電樞串電阻調(diào)速電樞串電阻

57、調(diào)速 電樞串電阻調(diào)速時，n0保持不變，靜差率 若想保持 ，則最低轉(zhuǎn)速： 00nnn %20min0(1)=1063=850 /minnnr（1 0.2）調(diào)速范圍：maxmin10001.176850nDn（2 2） 降壓調(diào)速降壓調(diào)速01063100063 / minNNnnnr 降壓調(diào)速時，理想空載轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，額定轉(zhuǎn)速降不變 由此可知，采用電樞串電阻調(diào)速方法不能滿足 的要求。4D 若想保持 ，則最低理想空載轉(zhuǎn)速為 %200min63315 / min0.2Nnnr 對應(yīng)的最低轉(zhuǎn)速： min0min315 63 252 /minNnnnr 此時調(diào)速范圍：maxmin1000=3.9684252

58、nDn 由此可知，采用降壓調(diào)速方法可滿足調(diào)速性能指標的要求。 二、調(diào)速的方法二、調(diào)速的方法他勵直流電動機機械特性的一般公式: 人為地改變U 、電樞回路外串電阻Rc、主磁通，都可以在相同的負載下，得到不同的轉(zhuǎn)速n 。因此，他勵直流電動機的調(diào)速方法有降壓調(diào)速、串電阻調(diào)速和弱磁調(diào)速三種。 2aceeTURRnTCC C1.1.電樞串電阻調(diào)速電樞串電阻調(diào)速他勵直流電動機保持電源電壓和主磁通為額定值，在電樞回路中串入不同阻值時，可以得到如圖2-29所示的一簇人為機械特性。 圖2-29 電樞串電阻調(diào)速時的機械特性 電樞串電阻調(diào)速時，如果負載轉(zhuǎn)矩TL為常數(shù)，電動機穩(wěn)定運行時，由于電磁轉(zhuǎn)矩都與負載轉(zhuǎn)矩相等，因

59、此電樞電流 即Ia與n無關(guān)。若 TL=TN，則Ia將保持額定值IN不變。 LaTNTIC常數(shù) 外串電阻Rc只能分段調(diào)節(jié)，所以這種調(diào)速方法不能實現(xiàn)無級調(diào)速。 優(yōu)點：設(shè)備簡單，初投資少。 缺點：屬于有級調(diào)速，且級數(shù)有限，平 滑性差； 輕載時，調(diào)速范圍?。?低速時,低，電能損耗大； 低速運行時，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性差。 適合場合：用于各種對調(diào)速性能要求不高的設(shè)備上。2.2.降低電源電壓調(diào)速降低電源電壓調(diào)速 保持他勵直流電動機的磁通為額定值，電樞回路不串電阻，若將電源電壓降低，為U1、U2 、U3等不同數(shù)值時，則可得到與固有機械特性相互平行的人為機械特性，如圖2-30所示。 圖2-30 降低電源電壓時的機械特

60、性 降低電源電壓調(diào)速時，=N是不變的，若電機拖動恒轉(zhuǎn)矩負載，穩(wěn)定運行時，電磁轉(zhuǎn)矩T=TL=常數(shù)，電樞電流為 ：如果T=TL，則Ia=IN不變，與轉(zhuǎn)速無關(guān)。 LaTNTIC常數(shù)降低電源電壓調(diào)速需要獨立可調(diào)的直流電源。 優(yōu)點：電源電壓能連續(xù)調(diào)節(jié)，調(diào)速的平滑 性好，可達到無級調(diào)速； 無論是高速還是低速，機械特性硬 度不變，因此低速時穩(wěn)定性好； 低速時電能損耗小，效率高。缺點：設(shè)備的初投資大。 適用場合：降壓調(diào)速是一種性能優(yōu)越的調(diào)速 方法，廣泛應(yīng)用于對調(diào)速性能要 求較高的設(shè)備上。3.3.減弱磁通調(diào)速減弱磁通調(diào)速 保持他勵直流電動機的電源電壓為額定值，電樞回路不外串電阻，在電動機勵磁電路中串接可調(diào)電阻，