電機與電力拖動第三章直流電動機電力拖動

1、第三章第三章 直流電動機的電力拖動直流電動機的電力拖動3.1 他勵直流電動機的機械特性他勵直流電動機的機械特性 *他勵直流電動機電路原理圖他勵直流電動機電路原理圖*他勵直流電動機的參數(shù)關系他勵直流電動機的參數(shù)關系*機械特性圖機械特性圖 *電樞反應對機械特性的影響電樞反應對機械特性的影響l 電動機的機械特性是指電動機的機械特性是指:電動機的轉速電動機的轉速 n 與轉矩與轉矩 T 的關系的關系 n = f (T)l T 是電磁轉矩，它與電動機軸上的輸出是電磁轉矩，它與電動機軸上的輸出轉轉 矩矩 T2 差一個空載轉矩差一個空載轉矩 T0電動狀態(tài)時：電動狀態(tài)時： 02TTT一一.他勵直流電動機機械特性

2、方程式他勵直流電動機機械特性方程式1.他勵直流電動機電路原理圖他勵直流電動機電路原理圖2.他勵直流電動機的參數(shù)關系他勵直流電動機的參數(shù)關系l電磁轉矩：電磁轉矩：l感應電動勢：感應電動勢：l電樞電路電動勢平衡方程式電樞電路電動勢平衡方程式：l轉速特性：轉速特性：l并考慮到：并考慮到：可獲得可獲得他勵直流電動機機械特性方程式他勵直流電動機機械特性方程式：l由特性方程可知，轉速由特性方程可知，轉速 n 隨轉矩隨轉矩 T 增大而降低；增大而降低；l這說明空載電動機加了負載后這說明空載電動機加了負載后 n 會有一些降落；會有一些降落；l電動機的理想空載轉速電動機的理想空載轉速 n0 。其中：其中：3.機

3、械特性圖機械特性圖lnN % 為額定轉速變化率為額定轉速變化率 機械特性的斜率：機械特性的斜率： = R / (Ce CT 2) 由于電樞電阻較小由于電樞電阻較小,一般他勵電動機的一般他勵電動機的機械特性都較硬機械特性都較硬4.電樞反應對機械特性的影響電樞反應對機械特性的影響 當電樞電流較大時，機械特性在負載大時當電樞電流較大時，機械特性在負載大時呈上翹現(xiàn)象。呈上翹現(xiàn)象。電樞反應對機械特性的影響電樞反應對機械特性的影響解決方法解決方法:l為避免上翹，往往在主磁極上加一個為避免上翹，往往在主磁極上加一個匝數(shù)很少的串勵繞組，抵消電樞反應匝數(shù)很少的串勵繞組，抵消電樞反應的去磁作用。的去磁作用。l這個

4、串勵繞組常稱為穩(wěn)定繞組這個串勵繞組常稱為穩(wěn)定繞組二二.固有機械特性和人為機械特性固有機械特性和人為機械特性lU = UN， = N ， 電樞沒有串聯(lián)電阻時電樞沒有串聯(lián)電阻時的機械特性稱為的機械特性稱為固有機械特性固有機械特性: l改變電動機參數(shù)即獲得改變電動機參數(shù)即獲得人為機械特性人為機械特性；l三個變量中任何一個或幾個值非額定時，三個變量中任何一個或幾個值非額定時，得到的機械特性即為人為機械特性。得到的機械特性即為人為機械特性。(一一) 電樞串聯(lián)電阻時的人為機械特性電樞串聯(lián)電阻時的人為機械特性lU = UN , = N， R = Ra + R時，電樞時，電樞串聯(lián)電阻串聯(lián)電阻 R時人為機械特性

5、的方程式為：時人為機械特性的方程式為：1.特點：特點：人為機械特性由交縱坐標軸于一人為機械特性由交縱坐標軸于一點，但具有不同斜率的射線族組成。點，但具有不同斜率的射線族組成。2.機械特性圖機械特性圖電樞串聯(lián)電阻時的人為機械特性電樞串聯(lián)電阻時的人為機械特性(二二) 改變電壓時的人為機械特性改變電壓時的人為機械特性l電樞不串聯(lián)電阻電樞不串聯(lián)電阻 (R=0), = N ，改變電，改變電壓時的人為機械特性方程式為：壓時的人為機械特性方程式為：1.特點：特點：人為機械特性是人為機械特性是一組平行線一組平行線，它，它們低于固有機械特性們低于固有機械特性 ，但與固有機械特，但與固有機械特性相平行。性相平行。

6、2.機械特性圖機械特性圖改變電壓時的人為機械特性改變電壓時的人為機械特性(三三) 減弱電動機磁通時的人為機械特性減弱電動機磁通時的人為機械特性l改變磁通實際上是減弱勵磁。此時改變磁通實際上是減弱勵磁。此時 U = UN，R=0 ，減弱磁通時人為機械特性方程式：，減弱磁通時人為機械特性方程式：而而 n = f( Ia ) 特性方程式為：特性方程式為：短路短路(堵轉堵轉)電流電流 IK = UN / Ra = 常值，所以常值，所以短路短路(堵轉堵轉)轉矩轉矩 TK 將隨將隨 之減弱而降低。之減弱而降低。減弱磁通時的工作特性減弱磁通時的工作特性減弱磁通時的人為機械特性減弱磁通時的人為機械特性NNTK

7、注意事項注意事項:l一般情況下，一般情況下， TN 比堵轉轉矩比堵轉轉矩 TK 小得小得多，故多，故減弱磁通使電動機轉速升高減弱磁通使電動機轉速升高；l但負載特別重或磁通但負載特別重或磁通 特別小時，特別小時，如再減弱磁通如再減弱磁通 ,轉速會發(fā)生反而下轉速會發(fā)生反而下降的現(xiàn)象。降的現(xiàn)象。三三.機械特性的繪制機械特性的繪制l根據(jù)電動機銘牌數(shù)據(jù)、產品目錄或實測數(shù)根據(jù)電動機銘牌數(shù)據(jù)、產品目錄或實測數(shù)據(jù)來計算機械特性。從電動機銘牌獲得的據(jù)來計算機械特性。從電動機銘牌獲得的數(shù)據(jù)一般是數(shù)據(jù)一般是 PN 、UN、IN 和和 nNl(一一)獲得機械特性方程表達式獲得機械特性方程表達式估算電樞繞組電阻估算電樞

8、繞組電阻 Ra：求取求取 CeN：求取求取 CTN：得固有機械特性方程式得固有機械特性方程式 n = f(T) 任意給出兩點如任意給出兩點如 T = 0（空載點）和（空載點）和 T = TN，通過這兩點得連線即為固有通過這兩點得連線即為固有機械特性。機械特性。(二二)人為機械特性的繪制人為機械特性的繪制l各種人為機械特性的計算較為簡單，各種人為機械特性的計算較為簡單，把相應的參數(shù)值代入對應的人為機械把相應的參數(shù)值代入對應的人為機械特性方程式即可。特性方程式即可。四四.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l我們的任務是什么？我們的任務是什么？分析分析生產機械負載轉矩特性生產機械負

9、載轉矩特性與與電動機電動機的機械特性的機械特性的配合問題。的配合問題。1. 穩(wěn)態(tài)時電動機電流由負載大小決定穩(wěn)態(tài)時電動機電流由負載大小決定（分析下圖?。?。（分析下圖！）。結論：結論：穩(wěn)態(tài)下電動機發(fā)出轉矩的大小是穩(wěn)態(tài)下電動機發(fā)出轉矩的大小是由負載轉矩的數(shù)值所決定的！由負載轉矩的數(shù)值所決定的！他勵直流電動機的機械特性他勵直流電動機的機械特性2.電力拖動的穩(wěn)態(tài)運行問題電力拖動的穩(wěn)態(tài)運行問題l(1)穩(wěn)態(tài)運行的必要條件穩(wěn)態(tài)運行的必要條件電動機的機械特性和負載轉矩的機械特性有電動機的機械特性和負載轉矩的機械特性有交點；交點；l(2)穩(wěn)態(tài)運行的充分條件穩(wěn)態(tài)運行的充分條件如果電力拖動系統(tǒng)原在交點處穩(wěn)定運行，由如

10、果電力拖動系統(tǒng)原在交點處穩(wěn)定運行，由于出現(xiàn)某種干擾作用，使原來轉矩于出現(xiàn)某種干擾作用，使原來轉矩 T 與與 TZ 的平衡變成不平衡，電動機轉速便稍有的平衡變成不平衡，電動機轉速便稍有變化，當干擾消除后，拖動系統(tǒng)有能力使變化，當干擾消除后，拖動系統(tǒng)有能力使轉速恢復，回到干擾作用出現(xiàn)前原來交點轉速恢復，回到干擾作用出現(xiàn)前原來交點處。處。3.充分條件的表述及分析充分條件的表述及分析l電動機電磁轉矩為電動機電磁轉矩為 T ，負載轉矩為，負載轉矩為 TZ，工，工作于平衡點作于平衡點 P 。有：。有：Tp - TZ =0，dnp/dt = 0l設有擾動使系統(tǒng)偏離平衡點設有擾動使系統(tǒng)偏離平衡點 P ，分析！

11、，分析！機械特性穩(wěn)定的配合問題機械特性穩(wěn)定的配合問題4. 結論結論l穩(wěn)定的充分條件穩(wěn)定的充分條件是在兩特性曲線交點處：是在兩特性曲線交點處：l或者說：或者說：在交點所對應的轉速之上應保證在交點所對應的轉速之上應保證 T TZ。3.2 3.2 他勵直流電動機的起動他勵直流電動機的起動 *直接加額定電壓起動后果直接加額定電壓起動后果 *限制起動電流的措施限制起動電流的措施 *他勵電動機分級起動他勵電動機分級起動一一.他勵直流電動機的起動方法他勵直流電動機的起動方法l他勵直流電動機起動時，必須先保證有磁場（即他勵直流電動機起動時，必須先保證有磁場（即先通勵磁電流），而后加電樞電壓。先通勵磁電流），而

12、后加電樞電壓。l電樞電流電樞電流 Ia 為：為： 剛起動時，轉速剛起動時，轉速 n = 0，Ea = 0；因為電動機的電樞繞組電阻因為電動機的電樞繞組電阻 Ra 很小，很小，所以直接加額定電壓起動，所以直接加額定電壓起動，Ia 可能突增到額定電可能突增到額定電流的十多倍！流的十多倍！1. 直接加額定電壓起動后果直接加額定電壓起動后果l換向情況惡化，產生嚴重的火花；換向情況惡化，產生嚴重的火花；l過大轉矩將損壞拖動系統(tǒng)的傳動機構；過大轉矩將損壞拖動系統(tǒng)的傳動機構；l！因此在起動時，必須設法限制電！因此在起動時，必須設法限制電樞電流。樞電流。2. 限制起動電流的措施限制起動電流的措施l降壓起動：降

13、壓起動：適用于電動機的直流電源是可調節(jié)的；適用于電動機的直流電源是可調節(jié)的；l電樞電路中串聯(lián)電阻起動：電樞電路中串聯(lián)電阻起動：當沒有可調電源時，可在電樞電路中當沒有可調電源時，可在電樞電路中串聯(lián)電阻以限制起動電流，并在起動串聯(lián)電阻以限制起動電流，并在起動過程中將起動電阻逐步切除。過程中將起動電阻逐步切除。3.電樞回路串電阻起動電樞回路串電阻起動 起動過程 三級電阻起動時電動機的電路原理圖和機械特性三級電阻起動時電動機的電路原理圖和機械特性U3321ststststaRrrrRZZIT22IT11ITIT0nabn1221stststaRrrR1ncd211ststaRrR2nef3aRngh3

14、nMaRS1S1str2str3str2S3S分級起動時：分級起動時： 可將可將每一級的每一級的I1（或（或T1）與）與I2(或或T2)取取得大小一致得大小一致，以使電動機有比較均勻的加，以使電動機有比較均勻的加速度，這能改善電動機的換向情況，緩和速度，這能改善電動機的換向情況，緩和轉矩對傳動機構與工作機械的有害沖擊。轉矩對傳動機構與工作機械的有害沖擊。分級級起動電阻的計算 設對應轉速設對應轉速n n1 1、n n2 2、n n3 3時電勢分別為時電勢分別為E Ea1a1、E Ea2a2、E Ea3a3，則有：，則有：b b點點123aNstEUIRc c點點112aNstEUIRd d點點2

15、22aNstEUIRe e點點211aNstEUIRf f點點321aNstEUIRg g點點31aNaEUIR比較以上各式得：比較以上各式得：2111223IIRRRRRRaststststst 在已知起動電流比在已知起動電流比 和電樞電和電樞電阻阻R Ra a前提下，經推導可得各級串聯(lián)前提下，經推導可得各級串聯(lián)電阻為電阻為: :11223121) 1() 1() 1() 1( stmamstmstaststastastrRrrRrrRrRr 計算各級起動電阻的步驟：計算各級起動電阻的步驟：（6 6）計算各級起動電阻。）計算各級起動電阻。（1 1）估算或查出電樞電阻）估算或查出電樞電阻 ；a

16、R1T1I（2 2）根據(jù)過載倍數(shù)選取最大轉矩）根據(jù)過載倍數(shù)選取最大轉矩 對應的最大電流對應的最大電流 ；m（3 3）選取起動級數(shù)）選取起動級數(shù) ；（4 4）計算起動電流比：）計算起動電流比：mastmmaNRRRIU1 取整數(shù)取整數(shù)m（5 5）計算轉矩）計算轉矩:12TT ，校驗校驗：ZTT) 3 . 11 . 1 (2如果不滿足，應另選如果不滿足，應另選 或或 值并重新計算，直到滿足該條件為止。值并重新計算，直到滿足該條件為止。1Tm二二. .他他勵直流電動機的反轉勵直流電動機的反轉由由T=CT Ia知，改變知，改變 的方向，或改變的方向，或改變Ia的方向，的方向，都能改變都能改變T 的方向

17、，實現(xiàn)的方向，實現(xiàn)電動機的反轉。電動機的反轉。他勵直流電動機的反轉的方法有：l磁場反向；l電樞反向。他他勵直流電動機勵磁繞組匝數(shù)多，電感較大，反向磁通建勵直流電動機勵磁繞組匝數(shù)多，電感較大，反向磁通建立過程緩慢，僅用于不要求頻繁正、反轉的場合。立過程緩慢，僅用于不要求頻繁正、反轉的場合。電樞反向時的機械特性方程為：電樞反向時的機械特性方程為：nnTCCRRCUnTecae0)(nnTCCRRCUnTecae0oTn0-n0n當各參數(shù)含符號時，電動機反轉的機械特性方程為：當各參數(shù)含符號時，電動機反轉的機械特性方程為：三三. .他他勵直流電動機起動的過渡過程勵直流電動機起動的過渡過程(選講）選講）

18、1) 電力拖動過渡過程：電力拖動過渡過程： 指電力拖動系統(tǒng)指電力拖動系統(tǒng)由一個穩(wěn)態(tài)工作狀態(tài)由一個穩(wěn)態(tài)工作狀態(tài)過渡到另一個穩(wěn)定工作狀態(tài)的過程。過渡到另一個穩(wěn)定工作狀態(tài)的過程。 例如起動、制動、反轉、調速、負載例如起動、制動、反轉、調速、負載突變等過程。突變等過程。2)負載圖負載圖l過渡過程中，過渡過程中，n、T、Ia及及P均為時間均為時間的函數(shù)；的函數(shù)；l其變化規(guī)律稱為電力拖動運行的負載其變化規(guī)律稱為電力拖動運行的負載圖；圖；l負載圖是正確選擇與校驗電動機功率負載圖是正確選擇與校驗電動機功率的依據(jù)。的依據(jù)。3)研究過渡過程的意義研究過渡過程的意義l可以分析如何縮短過渡過程的時間，從而可以分析如何

19、縮短過渡過程的時間，從而提高生產率；提高生產率；l探討減小過渡過程損耗的途徑，提高電動探討減小過渡過程損耗的途徑，提高電動機的利用率；機的利用率；l研究如何改善電力拖動的運行情況，使設研究如何改善電力拖動的運行情況，使設備能安全進行。備能安全進行。4)電力拖動系統(tǒng)中存在的慣性電力拖動系統(tǒng)中存在的慣性電力拖動系統(tǒng)中一般存在以下三種慣性電力拖動系統(tǒng)中一般存在以下三種慣性:l(1)機械慣性機械慣性：體現(xiàn)在飛輪矩：體現(xiàn)在飛輪矩GD2上，它上，它使轉速使轉速n不能突變；不能突變；l(2)電磁慣性電磁慣性：體現(xiàn)在電樞回路電感：體現(xiàn)在電樞回路電感La及及勵磁回路電感勵磁回路電感Lf上，使電樞電流和勵磁電上，

20、使電樞電流和勵磁電流不能突變；流不能突變；l(3)熱慣性熱慣性：使溫度不能突變：使溫度不能突變。5)我們將要研究的電力拖動過渡過程我們將要研究的電力拖動過渡過程l(1)機械過渡過程（機械過渡過程（考慮機械慣性）考慮機械慣性）l(2)電氣電氣機械過渡過程（機械過渡過程（考慮機械慣考慮機械慣性和電磁慣性）性和電磁慣性）(一一) 起動的機械過渡過程起動的機械過渡過程1.電樞串固定電阻起動的過渡過程電樞串固定電阻起動的過渡過程(1)直流電動機起動原理圖直流電動機起動原理圖他勵直流電動機起動原理圖他勵直流電動機起動原理圖(2)直流電動機的幾個基本公式直流電動機的幾個基本公式IZ 負載轉矩對應的負載電流負

21、載轉矩對應的負載電流,保持穩(wěn)定轉保持穩(wěn)定轉 速運行時的電樞電流。速運行時的電樞電流。(3)電力拖動系統(tǒng)的機電時間常數(shù)電力拖動系統(tǒng)的機電時間常數(shù)TtM 稱為電力拖動系統(tǒng)的稱為電力拖動系統(tǒng)的機電時間常數(shù)機電時間常數(shù)(4)反映過渡過程中電樞電流的微分方程反映過渡過程中電樞電流的微分方程如何解上述微分方程？如何解上述微分方程？可使用三要素法可使用三要素法(5)解一階微分方程的三要素法解一階微分方程的三要素法初始值：初始值：Xi；穩(wěn)態(tài)值：；穩(wěn)態(tài)值：Xf；時間常數(shù)：；時間常數(shù)：T一階微分方程的解：一階微分方程的解：(6)電樞電流、轉速過渡過程解電樞電流、轉速過渡過程解(7)結論結論時間時間 t t轉速轉速

22、 n nT TtMtM63.2 % n63.2 % nZ Z2T2TtMtM86.4 % n86.4 % nZ Z3T3TtMtM95.0 % n95.0 % nZ Z4T4TtMtM98.2 % n98.2 % nZ Z無窮大無窮大n nZ Z請看下表：請看下表：(7)結論結論l可以看出：理論上，只有當時間可以看出：理論上，只有當時間n趨于無趨于無窮時，轉速才能達到穩(wěn)態(tài)值；窮時，轉速才能達到穩(wěn)態(tài)值；l實際上，由于當實際上，由于當t=（34）TtM時，系統(tǒng)時，系統(tǒng)轉速已達到穩(wěn)定運行轉速轉速已達到穩(wěn)定運行轉速nz的的95%98%；l所以，一般可認為經過所以，一般可認為經過34個時間常數(shù)，個時間常

23、數(shù)，轉速便達到穩(wěn)定值，過渡過程結束。轉速便達到穩(wěn)定值，過渡過程結束。2.電樞串多級電阻起動的過渡過程電樞串多級電阻起動的過渡過程1)電樞串多級電阻起動的電路電樞串多級電阻起動的電路2)起動的過程起動的過程串二級起動的過程串二級起動的過程 3)結論結論l(1)不同加速級的機電時間常數(shù)是不同的電不同加速級的機電時間常數(shù)是不同的電樞電路的電阻愈大，則樞電路的電阻愈大，則TtM愈大；愈大；l(2)不同加速級的起始轉速與穩(wěn)定轉速都是不同加速級的起始轉速與穩(wěn)定轉速都是不同的；不同的；l(3)各級的起始電流均限定為各級的起始電流均限定為I1，各級的穩(wěn)，各級的穩(wěn)定電流定電流Iz由恒轉矩負載決定，其值不變。由恒

24、轉矩負載決定，其值不變。l(4)總的起動時間總的起動時間tst：3.加快起動過程的途徑加快起動過程的途徑l措施一措施一:設法減小系統(tǒng)的飛輪矩設法減小系統(tǒng)的飛輪矩GD2，以減小，以減小機電時間常數(shù)；機電時間常數(shù)；l措施二措施二: 盡可能設法改善起動過程中電樞電流的盡可能設法改善起動過程中電樞電流的波形。波形。起動過程中理想的電樞電流波形起動過程中理想的電樞電流波形3.3 3.3 他勵直流電動機的調速他勵直流電動機的調速 1.可以采用的調速方法：可以采用的調速方法：機械方法；電氣方法；機械電氣配合方法。機械方法；電氣方法；機械電氣配合方法。2.電氣調速方法：電氣調速方法：由轉速調節(jié)特性來看由轉速調

25、節(jié)特性來看:欲改變電動機的轉速，可以改變電樞端電欲改變電動機的轉速，可以改變電樞端電壓壓 Ua （包括改變包括改變U 和改變和改變R) )，或改變勵磁，或改變勵磁磁通磁通 實現(xiàn)。實現(xiàn)。(1)調壓限制：調壓限制：l提高電動機電樞端電壓受到繞組絕緣提高電動機電樞端電壓受到繞組絕緣耐壓的限制，所以，根據(jù)規(guī)定電樞電耐壓的限制，所以，根據(jù)規(guī)定電樞電壓只容許比額定電壓提壓只容許比額定電壓提高高30%；l實際上改變實際上改變 Ua 應用在降壓的方向應用在降壓的方向，即即從額定轉速向下調速。從額定轉速向下調速。(2)調磁限制：調磁限制：l一般電動機的額定磁通已設計得使鐵一般電動機的額定磁通已設計得使鐵心接近飽

26、和。心接近飽和。所以，改變磁通一般應用在弱磁的方所以，改變磁通一般應用在弱磁的方向，稱為向，稱為弱磁調速；弱磁調速；l一般可以使一般可以使轉速從額定值向上調節(jié)。轉速從額定值向上調節(jié)。一一.調速指標調速指標 1.調速的技術指標調速的技術指標l(1)調速范圍：調速范圍：一般假定：一般假定：nmax 與與 nmin 代表電動機在額定負載下可能代表電動機在額定負載下可能達到的最高與最低轉速。達到的最高與最低轉速。不同生產機械要求的調速范圍不同生產機械要求的調速范圍l對負載很輕的生產機械，可用實際負載下對負載很輕的生產機械，可用實際負載下的最高與最低轉速來計算。的最高與最低轉速來計算。生產機械類型生產機

27、械類型調速范圍調速范圍車床車床20 20 120120龍門刨床龍門刨床10 10 4040機床的進給機構機床的進給機構5 5 200200軋鋼機軋鋼機3 3 120120造紙機造紙機3 3 2020(2)靜差率靜差率(相對穩(wěn)定性相對穩(wěn)定性)l相對穩(wěn)定性的程度用靜差率相對穩(wěn)定性的程度用靜差率 % 來表示：來表示：表明負載變化引起轉速變化的大小程度。表明負載變化引起轉速變化的大小程度。靜差率與調速范圍的關系：靜差率與調速范圍的關系：l靜差率與調速范圍是互相聯(lián)系的兩項指標，靜差率與調速范圍是互相聯(lián)系的兩項指標，系統(tǒng)系統(tǒng)可能達到最低速可能達到最低速 nmin 決定于低速特性的靜差率。決定于低速特性的靜

28、差率。 調速范圍調速范圍 D 與低速靜差率與低速靜差率 % 間的關間的關系：系：)1 (maxDnnN(3)平滑性平滑性l調速的級數(shù)愈多則認為調速愈平滑；調速的級數(shù)愈多則認為調速愈平滑；l用平滑系數(shù)用平滑系數(shù) ，即相鄰兩級轉速或線速度，即相鄰兩級轉速或線速度之比來衡量：之比來衡量：=1時稱為無級調速，此時轉速連續(xù)可調。時稱為無級調速，此時轉速連續(xù)可調。(4)調速時的容許輸出調速時的容許輸出l指電動機在得到充分利用的情況下，指電動機在得到充分利用的情況下，在調速過程中軸上在調速過程中軸上所能輸出的功率和所能輸出的功率和轉矩轉矩；l注意！注意！電動機穩(wěn)定運行時的電動機穩(wěn)定運行時的實際輸出的功率實際

29、輸出的功率與轉矩是由負載的需要來決定的。與轉矩是由負載的需要來決定的。2.調速的經濟指標調速的經濟指標 l(1) 設備投資設備投資l(2) 運行費用運行費用運行費用決定于調速過程的損耗，用效率運行費用決定于調速過程的損耗，用效率 來說明來說明二二. .降低電樞端電壓調速降低電樞端電壓調速1.電樞串聯(lián)電阻調速電樞串聯(lián)電阻調速電樞串聯(lián)電阻調速電樞串聯(lián)電阻調速調速指標：調速指標： l(1).調速范圍不大；調速范圍不大；l(2).調速的平滑性不高，是有級調速；調速的平滑性不高，是有級調速；l(3).調速的經濟性調速的經濟性由電網吸取功率：由電網吸取功率：RIIEUIPaaaa21產生損耗：產生損耗：效

30、率：效率：當當n=0.5n0 時，時，=50%，可見，可見電樞串聯(lián)電電樞串聯(lián)電阻調速的效率不高，是不經濟的。阻調速的效率不高，是不經濟的。(4).適用場合適用場合l用于串勵或復勵直流電動機拖動的電用于串勵或復勵直流電動機拖動的電車；車；l煉鋼車間的澆鑄吊車等生產機械上。煉鋼車間的澆鑄吊車等生產機械上。2.降低電源電壓降低電源電壓使用的可調直流電源有：使用的可調直流電源有：l(1)晶閘管整流裝置；晶閘管整流裝置；l(2)電動機電動機-發(fā)電機機組。發(fā)電機機組。容量較大時用機組作為可調直流電源，而用容量較大時用機組作為可調直流電源，而用晶閘管裝置調節(jié)發(fā)電機晶閘管裝置調節(jié)發(fā)電機G的勵磁電流。的勵磁電流

31、。電樞由晶閘管整流供電的直流調速系統(tǒng)示意圖電樞由晶閘管整流供電的直流調速系統(tǒng)示意圖晶閘管勵磁的發(fā)電機晶閘管勵磁的發(fā)電機-電動機機組調速系統(tǒng)電動機機組調速系統(tǒng)(3)機械特性方程機械特性方程 U0 -整流電壓整流電壓R0 - 整流裝置內阻整流裝置內阻調壓調速時的機械特性調壓調速時的機械特性(4)調壓調速特點調壓調速特點l1)調速范圍廣；調速范圍廣；l2)調速平滑性高；調速平滑性高；l3)設備投資大；設備投資大；l4)采采用用晶閘管直晶閘管直流電源時效率高，采流電源時效率高，采用機組時效率較低。用機組時效率較低。三三.弱磁調速弱磁調速1.弱磁調速方法弱磁調速方法l小容量系統(tǒng)在勵磁電路中串接可調電小容

32、量系統(tǒng)在勵磁電路中串接可調電阻阻 rQ；l大容量系統(tǒng)用單獨的晶閘管整流裝置大容量系統(tǒng)用單獨的晶閘管整流裝置向勵磁電路供電。向勵磁電路供電。弱磁調速電路示意圖弱磁調速電路示意圖a)小容量系統(tǒng)小容量系統(tǒng) b)較大容量系統(tǒng)較大容量系統(tǒng)2.機械特性方程式機械特性方程式削弱磁通的人為機械特性削弱磁通的人為機械特性l普通電動機弱磁調速范圍最多為普通電動機弱磁調速范圍最多為D=2 ；l特殊設計調磁電動機調速范圍特殊設計調磁電動機調速范圍D=34。3.弱磁調速特點弱磁調速特點弱磁調速的優(yōu)點：弱磁調速的優(yōu)點：對功率較小的勵磁電路進行調節(jié)對功率較小的勵磁電路進行調節(jié)l控制方便；控制方便；l能量損耗??；能量損耗小；

33、l調速的平滑性較高。調速的平滑性較高。常和額定轉速以下的降壓調速配合應用，以常和額定轉速以下的降壓調速配合應用，以擴大調速范圍。擴大調速范圍。四四. . 調速時允許輸出的功率與轉矩調速時允許輸出的功率與轉矩l指電動機在得到充分利用的情況下，在調指電動機在得到充分利用的情況下，在調速過程中軸上所速過程中軸上所能輸出的功率和轉矩能輸出的功率和轉矩；l電動機在電動機在nN下，下，允許輸出的功率主要決定允許輸出的功率主要決定于電動機的發(fā)熱，發(fā)熱主要決定于于電動機的發(fā)熱，發(fā)熱主要決定于Ia，受，受到到 IN 的限制。的限制。1. 恒轉矩調速方式恒轉矩調速方式l指保持指保持 Ia =IN 不變時，電動機允

34、許輸出的不變時，電動機允許輸出的轉矩也保持轉矩也保持 Ta =TN 不變，與轉速不變，與轉速 n 無關；無關；l此時允許輸出的功率與轉速此時允許輸出的功率與轉速 n 成正比。成正比。對于電樞串電阻調速和降壓調速：對于電樞串電阻調速和降壓調速：因因=N 不變，在不變，在Ia = IN 不變條件下，不變條件下， T =CT N IN不變，不變，與轉速與轉速 n 無關。所以無關。所以屬屬于恒轉矩調速方式。于恒轉矩調速方式。2. 恒功率調速方式恒功率調速方式l指保持指保持 Ia =IN 不變時，電動不變時，電動機允許輸出的功率也基本保持機允許輸出的功率也基本保持不變，與轉速不變，與轉速 n 無關；無關

35、；l此時允許輸出的轉矩與轉速此時允許輸出的轉矩與轉速 n 成反比。成反比。對于弱磁調速方法：對于弱磁調速方法：因因U=UN 不變，不變，是變化的，在是變化的，在Ia = IN 不變條件下，不變條件下， T =CT IN?？梢姡醮耪{速時電動機允許輸出的功率為可見，弱磁調速時電動機允許輸出的功率為常數(shù)，與轉速常數(shù)，與轉速 n 無關；允許輸出的轉矩與無關；允許輸出的轉矩與n成反比。成反比。屬于恒功率調速方式。屬于恒功率調速方式。nCnCRIUeaNN1nCInCCTNT121CCnnCTnP955095501955022五五. . 電動機的電動機的調速方式與負載類型調速方式與負載類型的配合的配合l

36、恒轉矩調速方式和恒功率調速方式，都是恒轉矩調速方式和恒功率調速方式，都是用來表征電動機采用某種調速方法時的負用來表征電動機采用某種調速方法時的負載能力，并不是電動機的實際輸出；載能力，并不是電動機的實際輸出；l實際的輸出功率與轉矩是由負載來決定的；實際的輸出功率與轉矩是由負載來決定的；l負載有不同類型，因此，存在一個調速方負載有不同類型，因此，存在一個調速方式與負載類型配合的問題?。ㄗ约悍治觯┦脚c負載類型配合的問題！（自己分析）3.4 3.4 他勵直流電動機的制動他勵直流電動機的制動1.直流電動機的兩種運轉狀態(tài)直流電動機的兩種運轉狀態(tài)l(1)電動運轉狀態(tài)電動運轉狀態(tài)電磁轉矩電磁轉矩T 的方向與

37、旋轉方向的方向與旋轉方向相同相同,電電網向電動機輸入電能；網向電動機輸入電能；l(2)制動運轉狀態(tài)制動運轉狀態(tài)電磁轉矩電磁轉矩T 與轉速與轉速 n 的方向的方向相反相反,電動電動機吸收機械能并轉化為電能。機吸收機械能并轉化為電能。2.電氣制動方法電氣制動方法l1)能耗制動能耗制動l2)反接制動反接制動作用：作用：使電動機生產一個使電動機生產一個負的轉矩負的轉矩(即即制動轉矩制動轉矩)，以增加減速度，使系統(tǒng)，以增加減速度，使系統(tǒng)較快地較快地停下停下?；蚴刮荒茇撦d的工作機?；蚴刮荒茇撦d的工作機構獲得構獲得穩(wěn)定的下放速度。穩(wěn)定的下放速度。l3) 回饋制動回饋制動(或稱再生制動或稱再生制動).一一.能

38、耗制動能耗制動1.他勵電動機能耗制動電路圖及電路特點他勵電動機能耗制動電路圖及電路特點電路特點：電路特點：lU=0，電樞回路電阻，電樞回路電阻Ra+Rz；l制動過程中，電動機靠系統(tǒng)的動能發(fā)電，制動過程中，電動機靠系統(tǒng)的動能發(fā)電，轉化成轉化成發(fā)電機工作狀態(tài)；發(fā)電機工作狀態(tài)；l把把動能變成電能，消耗在電樞回路的電阻動能變成電能，消耗在電樞回路的電阻上，因此稱為能耗制動。上，因此稱為能耗制動。2. 能耗制動機械特性方程式能耗制動機械特性方程式l制動電阻制動電阻Rz愈小，則機械特性愈平，愈小，則機械特性愈平，T1絕對值愈大，制動愈快；絕對值愈大，制動愈快；l但但T1受最大制動電流的限制。受最大制動電流

39、的限制。TTCCRRnTeza02zaRR CBn0naRA0zTT電動機狀態(tài)工電動機狀態(tài)工作作點點制動瞬間制動瞬間工作點工作點制動過程制動過程工作段工作段電動機拖動反抗性電動機拖動反抗性負載，電機停轉。負載，電機停轉。若電動機若電動機帶位能性帶位能性負載負載,穩(wěn)定穩(wěn)定工作點工作點能耗制動機械特性能耗制動機械特性3.制動電阻選擇制動電阻選擇l按最大制動電流不超過按最大制動電流不超過 2 IN 來選擇來選擇 RZ，可近似為：可近似為：4.能耗制動的用途能耗制動的用途l利用制動實現(xiàn)降速；利用制動實現(xiàn)降速；l電動機帶動位能負載時，可利用能耗制動實現(xiàn)電動機帶動位能負載時，可利用能耗制動實現(xiàn)等速下放。等

40、速下放。5.能耗制動時的過渡過程曲線（選講）能耗制動時的過渡過程曲線（選講）能耗制動過渡過程能耗制動過渡過程必須指出：必須指出： 在一定轉速下進行能耗制動在一定轉速下進行能耗制動時，電樞必須串聯(lián)電阻時，電樞必須串聯(lián)電阻 Rz，否則，否則電樞電流將過大，在高速時甚至電樞電流將過大，在高速時甚至接近短路電流的數(shù)值！接近短路電流的數(shù)值！二二.反接制動反接制動l轉速反向反接制動轉速反向反接制動可用于位能負載穩(wěn)可用于位能負載穩(wěn)速下放；速下放；l電樞電壓反向反接制動電樞電壓反向反接制動一般用于反作一般用于反作用負載剎車。用負載剎車。(一一) 轉速反向的反接制動轉速反向的反接制動1.轉速反向反接制動的電路及

41、特點轉速反向反接制動的電路及特點反接制動反接制動特點：特點：l位能負載倒拉電動機，轉速位能負載倒拉電動機，轉速n逆轉矩逆轉矩T的方向旋轉；的方向旋轉；l和正常電動狀態(tài)時相比，和正常電動狀態(tài)時相比，E的方向變的方向變反。反。2.機械特性機械特性l轉速反向的反接制動特性方程式，與電動轉速反向的反接制動特性方程式，與電動狀態(tài)下的人為機械特性的方程式在形式上狀態(tài)下的人為機械特性的方程式在形式上是相同的。是相同的。反接制動機械特性反接制動機械特性轉速反向反接制動轉速反向反接制動3.制動過程中的功率平衡問題制動過程中的功率平衡問題電樞電路電勢平衡方程式兩邊同乘以電樞電路電勢平衡方程式兩邊同乘以 Ia，得，

42、得l表示由電網輸入的電功率和輸入的機械功表示由電網輸入的電功率和輸入的機械功率之和，消耗在電樞的電阻（率之和，消耗在電樞的電阻（Ra + R）上；上；l因此反接制動能量消耗是比較大的！因此反接制動能量消耗是比較大的！(二二) 電樞反接的反接制動電樞反接的反接制動1.反接制動電路及特點反接制動電路及特點 為了使工作機械迅速停車或反向，斷開觸點為了使工作機械迅速停車或反向，斷開觸點Z，接通觸，接通觸點點F，把電樞電源反接，電樞電路中要串入電阻，把電樞電源反接，電樞電路中要串入電阻R U電樞反接制動電路的特點：電樞反接制動電路的特點：U為負為負。2.機械特性機械特性機械特性的方程式為：機械特性的方程

43、式為： 制動過程中制動過程中n為正，在第二象限；為正，在第二象限；機械特性曲線第二象限的機械特性曲線第二象限的BC段，即為反段，即為反接制動特性接制動特性。TnTCCRRCUnTeaeN02 RRaCBn0naRA0ZTTZT0nD電樞反接的反接制動的機械特性電樞反接的反接制動的機械特性如果反接制動時最大電流不超過如果反接制動時最大電流不超過 2IN ，則應使：則應使：l這時機械特性特性比能耗制動陡得多這時機械特性特性比能耗制動陡得多,在整個降速范圍制動轉矩始終存在并保持在整個降速范圍制動轉矩始終存在并保持為一較大值；為一較大值；l因此比能耗制動作用更強烈，制動更快！因此比能耗制動作用更強烈，

44、制動更快！3.制動過程中的功率平衡問題制動過程中的功率平衡問題 功率平衡問題同轉速反向反接制功率平衡問題同轉速反向反接制動類似。動類似。(三三) 電樞反接時的過渡過程（選講）電樞反接時的過渡過程（選講）電壓反向反接制動電壓反向反接制動電樞反接時的過渡過程分析電樞反接時的過渡過程分析1.反作用負載反作用負載 l穩(wěn)定工作點為穩(wěn)定工作點為DB-C：電樞反接制動過程：電樞反接制動過程T不等于不等于TZ；C-D：反向電動起動增速過程：反向電動起動增速過程T不等于不等于TZ；D：反向電動穩(wěn)定運行：反向電動穩(wěn)定運行T=TZ。 2.位能負載位能負載l穩(wěn)定工作點為穩(wěn)定工作點為EB-C：電樞反接制動過程：電樞反接

45、制動過程T不等于不等于TZ；C-F：反向電動起動增速過程：反向電動起動增速過程T不等于不等于TZ；F-E：電樞反接的反接制動的過渡過程，：電樞反接的反接制動的過渡過程，電動機電磁轉矩仍小于位能性負載轉矩，電動機電磁轉矩仍小于位能性負載轉矩，T不等于不等于TZ。這一階段的特點是電機轉速高這一階段的特點是電機轉速高于理想空載轉速，那么屬何種工作狀態(tài)于理想空載轉速，那么屬何種工作狀態(tài) ？三三.回饋制動回饋制動特點：轉速高于理想空載轉速，特點：轉速高于理想空載轉速， Ea U(一一) 位能負載拖動電動機位能負載拖動電動機1. 回饋制動狀態(tài)回饋制動狀態(tài)l當當 Ea U 時，電流從電樞向電源正端流入，具有時，電流從電樞向電源正端流入，具有向電源回饋的性質；向電源回饋的性質；lT 與與 n 方向相反（第四象限），處制動狀態(tài)；方向相反（第四象限），處制動狀態(tài)；l既回饋電能，又有制動作用，故稱為既回饋電能，又有制動作用，故稱為回饋制動狀態(tài)。回饋制動狀態(tài)。電