chap1-直流電動機拖動基礎1

1、 電機拖動基礎電機拖動基礎 授課內容（授課內容（30+6學時）學時）第一章：直流電機的電力拖動（10+4學時）第二章：三相異步電動機的電力拖動（12+2學時）第三章：控制電機 （6學時）第四章：電動機的選擇（2學時）電力拖動電力拖動 應用各種電動機使生產機械產生運動的方式稱為電力拖動。實現(xiàn)這一特定生產過程的裝置稱為電力拖動裝置。 電力拖動裝置由電源、電動機、控制設備、工作機構等4部分組成。它們之間的關系如圖：電源控制設備電動機工作機構電力拖動系統(tǒng)示意圖第第1章章 直流電動機直流電動機 的電力拖動的電力拖動直流電機基本原理復習知識點：直流電機基本原理復習知識點： 一、直流電機的結構：由靜止的一、

2、直流電機的結構：由靜止的定子定子部分和旋轉的部分和旋轉的轉子轉子部分兩大部分構成：部分兩大部分構成：1、定子部分：、定子部分：包括主磁極、換向極、機座和電刷裝置等。 主磁極的作用主磁極的作用是在定轉子之間的氣隙中建立磁場,使電樞繞組在此磁場的作用下感應電動勢和產生電磁轉矩。2、轉子部分：、轉子部分：轉子又稱為電樞，包括電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉軸和風扇等。 電樞繞組：電樞繞組：電樞繞組是由許多按一定規(guī)律聯(lián)接的線圈（亦稱元件，有兩個出線端）組成，通過電樞繞組在主磁場的作用下產生感應電流和感應電動勢，從而實現(xiàn)機電能量轉換。二、直流電機的工作原理：二、直流電機的工作原理： 一臺直流電機原則上既可

3、以作為電動機運行，一臺直流電機原則上既可以作為電動機運行，也可以作為發(fā)電機運行，只是外界條件不同而已。也可以作為發(fā)電機運行，只是外界條件不同而已。 發(fā)電機：發(fā)電機：用原動機拖動電樞恒速旋轉，將機械能 從電機軸上輸入，就可以從電刷端引出直流電動勢而作為直流電源對負載供電，輸出電能 ； 電動機：電動機：在電刷端外加直流電壓，將電能輸入電樞，則電動機就可以帶動軸上的機械負載旋轉，從而把電能轉變成機械能。 這種同一臺電機能作電動機或作發(fā)電機運行的原理，在電機理論中稱為可逆原理可逆原理。三、直流電機穩(wěn)態(tài)運行時的電壓平衡方程式三、直流電機穩(wěn)態(tài)運行時的電壓平衡方程式UaEMaI1T0TzTnfIfUaEMa

4、IT0TzTnfIfU（a）發(fā)電機慣例）發(fā)電機慣例（b）電動機慣例）電動機慣例aaaEUI RaaaUEI RaEUaEUUaeE=C neaT=C I電樞電動勢電樞電動勢電磁轉矩電磁轉矩四、四、 直流電機的勵磁方式直流電機的勵磁方式n他勵他勵勵磁由另外獨立的直流電源供給，與電樞繞組不勵磁由另外獨立的直流電源供給，與電樞繞組不相連接。相連接。n自勵自勵勵磁繞組與電樞繞組相連接，勵磁電流由電機本勵磁繞組與電樞繞組相連接，勵磁電流由電機本身供給，或勵磁繞組與電樞繞組共用同一電源。自勵的方身供給，或勵磁繞組與電樞繞組共用同一電源。自勵的方式可分為：并勵、串勵、復勵。式可分為：并勵、串勵、復勵。n并勵

5、與他勵特性基本相同，重點分析。并勵與他勵特性基本相同，重點分析。1.1 電力拖動系統(tǒng)的運動方程和負載轉矩特性1.2 他勵直流電動機的機械特性 1.3 他勵直流電動機的起動 本章主要介紹電力拖動系統(tǒng)的運動方程、負載轉矩特性、直流電動機的機械特性、起動、調速、制動等方法和物理過程。1.4 他勵直流電動機的調速1.5 他勵直流電動機的制動1.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程式和負載轉矩特性 電力拖動系統(tǒng)運動方程式描述了系統(tǒng)的運動狀態(tài)，系統(tǒng)的運動狀態(tài)取決于作用在原動機轉軸上的各種轉矩。1.1.1 電力拖動系統(tǒng)的運動方程式一、運動方程式MemTnLTU 根據(jù)如圖給出的系統(tǒng)（忽略空載轉矩），可寫出拖動系統(tǒng)的運動方

6、程式：dtdJTTLem其中 為系統(tǒng)的慣性轉矩。dtdJ1.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程式和負載轉矩特性運動方程的實用形式：1.1.1 電力拖動系統(tǒng)的運動方程式一、運動方程式dtdnGDTTLem3752 根據(jù)運動方程可得系統(tǒng)旋轉運動的三種狀態(tài)：1)當 或 時,系統(tǒng)處于靜止或恒轉速運行狀態(tài)，即處于穩(wěn)態(tài)。LemTT0dtdn2)當 或 時,系統(tǒng)處于加速運行狀態(tài)，即處于動態(tài)。LemTT0dtdn3)當 或 時,系統(tǒng)處于減速運行狀態(tài)，即處于動態(tài)。LemTT0dtdn1.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程式和負載轉矩特性1.1.1 電力拖動系統(tǒng)的運動方程式二、運動方程式中轉矩正、負號的規(guī)定 首先確定電動機處于電動狀

7、態(tài)時的某一旋轉方向為轉速的正方向，然后規(guī)定：（1）電磁轉矩 與轉速 的正方向相同時為正，相反時為負。emTn（2）負載轉矩 與轉速 的正方向相同時為負，相反時為正。（3）慣性轉矩 的大小和正負號由 和 的代數(shù)和決定。dtdnGD3752LTnemTLTdtdnGDTTLem37521.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程式和負載轉矩特性1.1.2 負載的機械特性一、恒轉矩負載特性 負載的機械特性，就是負載的轉矩與轉速的關系，簡稱負載轉矩特性。可歸納為以下三種： 恒轉矩負載特性是指生產機械的負載轉矩 與轉速無關的特性。分反抗性恒轉矩負載和位能性恒轉矩負載兩種。nLT1.反抗性恒轉矩負載反抗性恒轉矩負載T T

8、L Ln2.位能性恒轉矩負載位能性恒轉矩負載T TL Ln轉矩大小恒定，與轉速無關，方向與運動方向相反。如恒定的摩擦力負載轉矩。轉矩大小與方向恒定，與轉速及運動方向都無關。典型的如起重機，提升重物的重力為負載轉矩，總是垂直向下。1.1.2 負載的機械特性二、恒功率負載特性二、恒功率負載特性 恒功率負載特點：負載轉矩與轉速的乘積為一常數(shù)（負載功率），即 與 成反比，特性曲線為一條雙曲線。nLTT TL Ln三、泵與風機類負載特性T TL Ln12TL0典型的如金屬切削機床：粗加工：切削量大， 大, 低；精加工：切削量小， 小, 高；nLTnLT 負載的轉矩 基本上與轉速 的平方成正比:負載特性為

9、一條拋物線。LTn2LTkn1.機械特性的一般表達式：機械特性的一般表達式：將將 代入電壓代入電壓平衡方程平衡方程 得：得： ：為理想空載轉速為理想空載轉速 ：為機械特性的斜率：為機械特性的斜率a02RReeTUnTnTCC C0naeeaE =CnT=CI和aaaUEI (RR )轉速降通常稱 大的機械特性為軟特性， 大； 小的為硬特性， 小。增加電樞回路串聯(lián)電阻，則機械特性變軟。0n=nn= Tnnf(T)n 1.2他勵直流電動機機械特性他勵直流電動機機械特性電動機的機械特性是指電動機的轉電動機的機械特性是指電動機的轉速速n與電磁轉矩與電磁轉矩T的關系的關系：2.固有機械特性：固有機械特性

10、： 時時3.人為機械特性人為機械特性：固有機械特性三個條件中，：固有機械特性三個條件中， 改變其中任意一個條件即為一種人為機械改變其中任意一個條件即為一種人為機械特性。特性。（1）電樞回路串接電阻）電樞回路串接電阻（2）降低電壓時）降低電壓時（3）減弱磁通時）減弱磁通時NUU N0RNa0N2NNReeTUnTnTCC CNUU N0R（1 1）、電樞串電阻時的人為特性）、電樞串電阻時的人為特性 保持保持 不變不變, ,只在電樞回路中串入電阻只在電樞回路中串入電阻 的人為特性的人為特性NNUU,R2NaeNeTNURRnTCC CaRR0nnaRT特點：特點：1 1） 不變，不變， 變大；變大

11、； 2 2） 越大越大 越大，特越大，特性越軟。性越軟。0nR（2 2）、降低電樞電壓時的人為特性）、降低電樞電壓時的人為特性 保持保持 不變，只改變電樞電壓不變，只改變電樞電壓 時的人為特性時的人為特性：NaRR,U2aeNeTNRUnTCC C1UNUU101n0nnNUT特點：特點：1)1) 隨隨 變化變化, , 不變不變; ; 2) 2) 不同不同, ,曲線是一組平行線。曲線是一組平行線。0nUU（ 3 3）、減弱勵磁磁通時的人為特性）、減弱勵磁磁通時的人為特性 保持保持 不變，只改變勵磁回路調節(jié)電阻不變，只改變勵磁回路調節(jié)電阻 的人為特性：的人為特性：NaUURR,fR2NaeeTU

12、RnTCC C01n11kT202n2kTNn0nTkT21N 特點：特點：1 1）弱磁，）弱磁， 增大；增大； 2 2）弱磁，）弱磁， 增大增大0n1.2 他勵直流電動機的機械特性4、 機械特性求取一、固有特性的求取 ), 0(0nnTem),(NNemnnTT已知 ，求兩點:1）理想空載點 和額定運行 。NNNNnIUP,具體步驟：（1）估算:aR2)3221(NNNNaIPIUR（2）計算:NTNeCC和NaaeNNUI RCnNeNTCC55.9（3）計算理想空載點：NeNemCUnT0, 0（4）計算額定工作點：NNNTNnnICT,二、人為特性的求取 在固有機械特性方程 的基礎上，

13、根據(jù)人為特性所對應的參數(shù) 或 或 變化，重新計算 和 ，然后得到人為機械特性方程式。emTnn0RU0na02RReeTUnTnTCC C例：（例：（1515分）某他勵直流電動機額定數(shù)據(jù)分）某他勵直流電動機額定數(shù)據(jù)為：為：P PN N=10KW=10KW，U UN N=220V=220V，I IN N=53A=53A，n nN N=3000r/min=3000r/min，試求下列情況的機械特性方，試求下列情況的機械特性方程，并計算各種人為機械特性下額定負載程，并計算各種人為機械特性下額定負載時的穩(wěn)定轉速（估算時的穩(wěn)定轉速（估算RaRa時系數(shù)取時系數(shù)取1/21/2）。）。 1 1：固有特性；：固

14、有特性； 2 2：電樞串入：電樞串入22電阻時；電阻時；3 3：電源電壓為：電源電壓為0.5U0.5UN N時；時； 4 4：磁通為：磁通為0.80.8N N時。時。4. 機械特性求取固有機械特性過（固有機械特性過（0，3235r/min）和（）和（ 34.45 ，3000r/min）兩點）兩點NaaeNNaNfUI RCnIII5.5. 電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行條件電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行條件 在在 點，點， 系統(tǒng)平衡系統(tǒng)平衡ALTTnATLTAn0AnAn 擾動使轉速有微小增量，轉速擾動使轉速有微小增量，轉速 上升到上升到 ，擾動消失，擾動消失，系統(tǒng)減速，回到系統(tǒng)減速，回到 點運行點運行。AnLT

15、TA擾動使轉速由擾動使轉速由 下降到下降到 ，擾動消失，擾動消失， 系統(tǒng)加速，回系統(tǒng)加速，回到到 點運行。點運行。AnAn LTTA所以圖示系統(tǒng)（電機具有向下機械特性）能夠穩(wěn)定運行。所以圖示系統(tǒng)（電機具有向下機械特性）能夠穩(wěn)定運行。 定義：當電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行時，定義：當電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行時， （必要條件必要條件）；）；若在某種擾動作用下，離開了平衡位置，在新的條件下達到新若在某種擾動作用下，離開了平衡位置，在新的條件下達到新的平衡或在擾動消失后，還能回到原來的平衡位置（的平衡或在擾動消失后，還能回到原來的平衡位置（充要條充要條件件）。則稱該電力拖動系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行。）。則稱該電力拖動系統(tǒng)

16、能夠穩(wěn)定運行。LTT擾動使轉速由擾動使轉速由 下降下降到到 ， ，即使即使擾動消失，擾動消失，系統(tǒng)系統(tǒng)也也將一直減速，將一直減速，不可能回到不可能回到 點運行。點運行。BBnBn LTT擾動使轉速由擾動使轉速由 上升上升到到 ， ，即使，即使擾動消失，系統(tǒng)也將一直加速，擾動消失，系統(tǒng)也將一直加速，不能回到不能回到 點運行。點運行。BBnBnLTTnBemTLTBn0nBemTLTBn0BnnBTLTBn0Bn所以圖示系統(tǒng)（所以圖示系統(tǒng)（電機具有向上機械特性電機具有向上機械特性）不能不能穩(wěn)定運行。穩(wěn)定運行。 在在 點，點， 系統(tǒng)平衡系統(tǒng)平衡BLTT5 .電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行條件一般情況，穩(wěn)定運行

17、的充分必要條件：1).必要條件:電動機的機械特性與負載轉矩特性有交點,即存在LemTT2).充分條件: 在交點 處滿足 ?；蛘哒f，在交點的轉速以上存在 （減速）,在交點的轉速以下存在 （加速）。LemTTdndTdndTLemLemTTLemTT在恒負載轉矩條件下，下降的機械下降的機械特性電動機能穩(wěn)定運行特性電動機能穩(wěn)定運行，上升的機械特性電動機不能穩(wěn)定運行。nATLTAn0AnAn 1.3 1.3 他勵直流電動機的起動他勵直流電動機的起動直接起動直接起動時，時，n=0,反電動勢反電動勢Ea=0所以，起動電流為：所以，起動電流為： 可見，這種方法下的起動電流很大，起動轉矩也很大，因此可見，這種

18、方法下的起動電流很大，起動轉矩也很大，因此，除了小容量的電動機可采用直接加電壓起動的方法外，一般，除了小容量的電動機可采用直接加電壓起動的方法外，一般直流電動機都不采用這種方法。直流電動機都不采用這種方法。aENNstaaUUIRR1）起動轉矩要足夠大，使）起動轉矩要足夠大，使 ，起動過程時間，起動過程時間較短，提高效率。較短，提高效率。sT,0LdnTdt起動起動：電機接上電源從靜止狀態(tài)轉動起來到達穩(wěn)態(tài)運行，這：電機接上電源從靜止狀態(tài)轉動起來到達穩(wěn)態(tài)運行，這就是電動機的起動過程。就是電動機的起動過程。起動條件：起動條件：2）起動電流不要太大）起動電流不要太大由由 可知，能否在電樞兩端直接加可

19、知，能否在電樞兩端直接加Un,使使Ia最大，從而最大，從而使使Ts較大？即直接起動。較大？即直接起動。sTaTCI 另外，一般地，他勵直流電動機起動時，必須先建立磁另外，一般地，他勵直流電動機起動時，必須先建立磁場，即先通勵磁電流，再加電樞電壓，由轉矩公式可知，場，即先通勵磁電流，再加電樞電壓，由轉矩公式可知，起動轉矩起動轉矩 ，為使，為使 較大而較大而 又不致太大，又不致太大，起動時應起動時應將勵磁回路的調節(jié)電阻調至最小，使磁通為最大。將勵磁回路的調節(jié)電阻調至最小，使磁通為最大。1.3 1.3 他勵直流電動機的起動他勵直流電動機的起動sTaTCIsTsI 為了滿足上述起動條件，他為了滿足上述

20、起動條件，他勵勵直流電動機通常采用直流電動機通常采用電樞回路串電阻電樞回路串電阻或降低電樞電壓起動?；蚪档碗姌须妷浩饎?。1.3 他勵直流電動機的起動他勵直流電動機的起動1.3.11.3.1電樞回路串電阻起動電樞回路串電阻起動我們在電樞回路中串入電阻我們在電樞回路中串入電阻 ，可減小起動電流。，可減小起動電流。stR當起動轉矩大于負載轉矩，電動機開始轉動，此時當起動轉矩大于負載轉矩，電動機開始轉動，此時 ，則，則0aEstaaNstRREUI可見，隨著轉速的升高，反電動勢不斷增大，起動電流繼續(xù)可見，隨著轉速的升高，反電動勢不斷增大，起動電流繼續(xù)減小，由于減小，由于 ，同時起動轉矩也在減小，所以為

21、了在，同時起動轉矩也在減小，所以為了在整個起動過程中保持一定的起動轉矩整個起動過程中保持一定的起動轉矩 ，加速電動機的起動過，加速電動機的起動過程，我們程，我們采用將起動電阻一段一段逐步切除，最后電動機進采用將起動電阻一段一段逐步切除，最后電動機進入穩(wěn)態(tài)運行，此時，起動電阻應被完全切除。入穩(wěn)態(tài)運行，此時，起動電阻應被完全切除。sTaTCIstaNstRRUI由相關公式可知：由相關公式可知：1.3 他勵直流電動機的起動一、起動過程1.3.1 電樞回路串電阻起動三級電阻起動時電動機的電路原理圖和機械特性為221RRRRststa1ncd211RRRsta2nef3MaRS1SU1stR2stR3s

22、tR2S3SaRNng3nh3321RRRRRstststaLLIT22IT11ITITem0nabn1起動限值切換值aTstaaNaeaICTRREUInCE11.3 他勵直流電動機的起動二、分組起動電阻的計算1.3.1 電樞回路串電阻起動b點123aNEUIRc點112aNEUIRd點222aNEUIRe點211aNEUIRf點321aNEUIRg點31aNaEUIR比較左邊各式得：2111223IIRRRRRRa 稱為起動電流比。221RRRRststa1ncd211RRRsta2nef3 設對應轉速n1、n2、n3時電勢分別為Ea1、Ea2、Ea3，則有：3321RRRRRststst

23、aLLIT22IT11ITITem0nabn1aRNngh3n1221m-1m 1m-2mmm-11aaaNaRRRRRRRRURRRI在已知起動電流比和電樞電阻Ra前提下，經推導可得起動時各級總電阻為式（2.21） :各級串聯(lián)（分段）電阻為式（2.22） :11222112112211111(1)()staastastmstmmmstmstmstmmmstmstRRRRRRRRRRRRRRRRRRR由式（2.21）可得起動電流比和起動級數(shù)m的計算公式為：1mNmmaaRURI RlglgmaRRm（2）根據(jù)過載倍數(shù)選取最大轉矩 對應的最大電流 ，或根據(jù)經驗：一般取 ；1.3 他勵直流電動機的

24、起動二、分級起動電阻的計算1.3.1 電樞回路串電阻起動（6）由式（2.22）計算各級起動電阻。（1）估算或查出電樞電阻 ；aR1T1Im（3）計算起動級數(shù) （或已給定）；（4）計算起動電流比：1NmaUI R 取整數(shù)m（5）校驗切換電流 :12II校驗：22(1.1 1.2)(1.2 1.5)NLIIII或如果不滿足，應另選 或 值并重新計算，直到滿足該條件為止。1Tm計算各級起動電阻的步驟：2I11(1 .52 .0 ),(1 .52 .0 )NNIITT1.3.2 1.3.2 降低電樞電壓起動降低電樞電壓起動從最原始的公式，我們可以看出，除了增大電阻外，還可以通過減小電樞電壓來減小起動電

25、流： astRUI 起動時，以較低的電源電壓起動電動機，起動電流隨電源電壓的降低而正比減小。隨著電動機轉速的上升，反電動勢逐漸增大，再逐漸提高電源電壓，使起動電流和起動轉矩保持在一定的數(shù)值上，保證按需要的加速度升速。 降壓起動需專用電源，設備投資較大，但它起動平穩(wěn)，起動過程能量損耗小，因此得到廣泛應用。降壓電路的控制方法降壓電路的控制方法利用開關管對直流電動機進行利用開關管對直流電動機進行PWM調速控制的原理圖和輸入輸出電壓波形調速控制的原理圖和輸入輸出電壓波形iSoniVTTVDV0PWM（Pulse Width Modulation）：周期不變，開關管導）：周期不變，開關管導通通的時間變化

26、，即導通比的時間變化，即導通比D改變從而改變電動機電樞電壓，實改變從而改變電動機電樞電壓，實現(xiàn)現(xiàn)調速。調速。1.4 他勵直流電動機的調速 電力拖動系統(tǒng)的調速可以采用機械調速、電氣調速或二者配合調速。通過改變傳動機構速比進行調速的方法稱為機械調速機械調速；通過改變電動機參數(shù)進行調速的方法稱為電氣調速電氣調速。 改變電動機的參數(shù)就是人為地改變電動機的機械特性，使工作點發(fā)生變化，轉速發(fā)生變化。調速前后，電動機工作在不同的機械特性上。nTTNRan0B0ARa+Rs1nNnmin電樞回路串電阻調速C 如果機械特性不變，因負載變化而引起轉速的變化，則不能稱為調速。1.4 他勵直流電動機的調速由他勵直流電

27、動機的轉速表達式：eaaTeaeCRRIUTCCRRCUn)(2電氣調速方法：1.調壓調速；2.電樞串電阻調速；3.調磁調速。1.4.1調速指標：一、調速范圍D:電動機在額定負載轉矩下可能達到的最高轉速與最低轉速之比。minmaxnnD 1.4 他勵直流電動機的調速從調速性能來講，調速范圍D較大為好。但最高轉速 受額定轉速 的限制，最低轉速 受低速運行時相對穩(wěn)定性的限制。 maxnNnminnnTTNRan0A0BRa+Rs1nNnmin電樞回路串電阻調速1.4.1調速指標：二、靜差率（相對穩(wěn)定性）二、靜差率（相對穩(wěn)定性）：%與機械特性硬度和n0有關：即相同硬度特性，n0越低，%越大,1 3

28、；n0相同時，特性越軟，%越大, 1 2 。%100%100%000nnnnnNN靜差率反映了負載轉矩變化時，轉速變化的程度，%越小，轉速變化小，相對穩(wěn)定性越好。nTTN1n0A0B23n1n2n30n圖2.26 機械特性與靜差率的關系1.4.1調速指標：二、靜差率（相對穩(wěn)定性）二、靜差率（相對穩(wěn)定性）：由圖可推導D與低速機械特性下%的關系為：)1 (maxmaxmin0maxminmaxNNNNnnnnnnnnnnD由表達式可見，D與%相互制約:低速機械特性越小,相對穩(wěn)定性越好, D越小;在保證一定的低速機械特性指標的前提下,要擴大D,須減少n,即提高機械特性的硬度。nTTN1n0A0B23

29、n1n2n30n圖2.26 機械特性與靜差率的關系低速特性低速特性minnmaxn1.4.1調速指標：三、調速的平滑性三、調速的平滑性 越接近1，平滑性越好，當 時，稱為無級調速，即轉速可以連續(xù)調節(jié)。調速不連續(xù)時，稱為有級調速。1五、調速的經濟性五、調速的經濟性主要指調速設備的投資、運行效率及維修費用等。1iinn 在一定的調速范圍內，調速的級數(shù)越多，調速越平滑。用平滑系數(shù) 來衡量平滑的程度，其定義為相鄰兩級轉速之比：四、調速的容許輸出（或調速時的功率與轉矩）四、調速的容許輸出（或調速時的功率與轉矩） 該指標是考察調速方式與負載類型是否相互匹配，以使電動機得到充分利用。（后續(xù)將詳細分析）1.1

30、電力拖動系統(tǒng)的運動方程式和負載轉矩特性運動方程的實用形式：1.1.1 電力拖動系統(tǒng)的運動方程式一、運動方程式dtdnGDTTLem3752 根據(jù)運動方程可得系統(tǒng)旋轉運動的三種狀態(tài)：1)當 或 時,系統(tǒng)處于靜止或恒轉速運行狀態(tài)，即處于穩(wěn)態(tài)。LemTT0dtdn2)當 或 時,系統(tǒng)處于加速運行狀態(tài)，即處于動態(tài)。LemTT0dtdn3)當 或 時,系統(tǒng)處于減速運行狀態(tài)，即處于動態(tài)。LemTT0dtdn知識點復習知識點復習1.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程式和負載轉矩特性1.1.1 電力拖動系統(tǒng)的運動方程式二、運動方程式中轉矩正、負號的規(guī)定 首先確定電動機處于電動狀態(tài)時的某一旋轉方向為轉速的正方向，然后規(guī)定

31、：（1）電磁轉矩 與轉速 的正方向相同時為正，相反時為負。emTn（2）負載轉矩 與轉速 的正方向相同時為負，相反時為正。（3）慣性轉矩 的大小和正負號由 和 的代數(shù)和決定。dtdnGD3752LTnemTLTdtdnGDTTLem3752知識點復習知識點復習保持保持 不變不變, ,只在電樞回路中串入電阻只在電樞回路中串入電阻 的人為特性的人為特性NNUU,R2NaeNeTNURRnTCC CaRR0nnaRT特點：特點：1 1） 不變，不變， 變大；變大； 2 2） 越大越大 越大，特越大，特性越軟。性越軟。0nR電樞串電阻時的人為特性電樞串電阻時的人為特性知識點復習知識點復習1.4 他勵直

32、流電動機的調速1.4.2調速方法一、一、電樞回路串電阻調速電樞回路串電阻調速nTemTLRan0nNA0ABn1Ra+Rs1未串電阻時的工作點串電阻Rs1后,工作點由AABaTstaaNaeaICTRREUInCE1TT1.4 他勵直流電動機的調速1.4.2調速方法一、電樞回路串電阻調速一、電樞回路串電阻調速帶恒轉矩負載時,調速過程電流變化曲線，調速前、后電流不變調速過程轉速變化曲線tt=0n1nNIaNianian結論：帶恒轉矩負載時,串電阻越大,轉速越低。1.4 他勵直流電動機的調速1.4.2調速方法一、電樞回路串電阻調速一、電樞回路串電阻調速優(yōu)點優(yōu)點：電樞串電阻調速設備簡單，操作方便，初

33、投資不大。2）輕載時調速范圍小，額定負載時調速范圍一般為D=1.4-2 ； 3）由于電阻只能分段調節(jié)，所以調速的平滑性差；4）損耗大，效率低，不經濟。對恒轉矩負載，調速前、后因磁通不變而使Tem和Ia不變，輸入功率不變，輸出功率卻隨轉速的下降而下降，減少的部分被串聯(lián)電阻消耗了。缺點缺點：1）低速時，要求串接電阻大，特性曲線斜率大,靜差率大,所以轉速的相對穩(wěn)定性差； 該方法一般適用于容量不大，低速時運行時間不長，對于調速性能要求不高的設備，如電車和中小型起重機。保持保持 不變，只改變電樞電壓不變，只改變電樞電壓 時的人為特性時的人為特性：NaRR,U2aeNeTNRUnTCC C1UNUU101

34、n0nnNUT特點：特點：1)1) 隨隨 變化變化, , 不變不變; ; 2) 2) 不同不同, ,曲線是一組平行線。曲線是一組平行線。0nUU降低電樞電壓時的人為特性降低電樞電壓時的人為特性知識點復習知識點復習1.4 他勵直流電動機的調速1.4.2調速方法二、二、降低電源電壓調速降低電源電壓調速Tem0nnNUTLNnA1U01nAB1n降壓調速前工作點A降壓瞬間工作點穩(wěn)定后工作點 降壓調速過程與電樞串電阻調速過程相似，調速過程中轉速和電樞電流（或轉矩）隨時間變化的曲線也相似。aTaaNaeaICTREUInCETT1.4 他勵直流電動機的調速1.4.2調速方法二、降低電源電壓調速二、降低電

35、源電壓調速優(yōu)點優(yōu)點：1）調速前后的機械特性的斜率不變，硬度不變， n不變，雖n0有減小，但靜差率只是略有增大，負載變化時穩(wěn)定性好。 2）無論輕載還是負載，調速范圍相同，一般可達 D=812。 3）電源電壓能夠平滑調節(jié)，可實現(xiàn)無級調速。4）由于沒有外串電阻，電能損耗較小。缺點缺點： 需要一套電壓可連續(xù)調節(jié)的直流電源。 該方法適用于對于調速性能有較高要求的設備，如造紙機、軋鋼機等。保持保持 不變，只改變勵磁回路調節(jié)電阻不變，只改變勵磁回路調節(jié)電阻 的人為特性：的人為特性：NaUURR,fR2NaeeTURnTCC C01n11kT202n2kTNn0nTkT21N 特點：特點：1 1）弱磁，）弱磁

36、， 增大；增大； 2 2）弱磁，）弱磁， 增大增大0n減弱勵磁磁通時的人為特性減弱勵磁磁通時的人為特性知識點復習知識點復習1.4 他勵直流電動機的調速1.4.2調速方法三、三、減弱磁通調速減弱磁通調速01n1A1nBNTemnTL0nANn調節(jié)磁場前工作點弱磁瞬間工作點AA弱磁穩(wěn)定后的工作點aTaaNaeaICTREUInCETT1.4 他勵直流電動機的調速1.4.2調速方法三、減弱磁通調速三、減弱磁通調速減弱磁通調速前、后轉速變化曲線減弱磁通前、后的電樞電流變化曲線tt=0naNInNn1n1aIaiai結論結論：磁場越弱，轉速越高。因此電機運行時勵磁回路不能開路。1.4 他勵直流電動機的調

37、速1.4.2調速方法三、減弱磁通調速三、減弱磁通調速優(yōu)點優(yōu)點：1）由于在電流較小的勵磁回路中進行調節(jié)，因而控制方便，能量損耗小，設備簡單，調速平滑性好。2）弱磁升速后電樞電流增大，電動機的輸入功率增大，但由于轉速升高，輸出功率也增大，電動機的效率基本不變，因此經濟性是比較好。2）轉速的升高受到電動機換向能力和機械強度的限制，升速范圍不可能很大，一般 D2； 為了擴大調速范圍，通常把降壓和弱磁兩種調速方法結合起來，在額定轉速以上，采用弱磁調速，在額定轉速以下采用降壓 調速。缺點：缺點：1）機械特性的斜率變大，特性變軟；1.4 他勵直流電動機的調速1.4.3 調速方式(容許輸出)與負載類型的配合容

38、許輸出容許輸出：指電動機在充分利用下，在調速過程中所能輸出的最大轉矩和功率。充分利用充分利用：指在一定的轉速下電動機的實際輸出轉矩和功率達到它的容許值，即電樞電流達到額定值。 已知，電動機穩(wěn)定運行時，實際輸出的功率和轉矩是由負載的需要決定的。因此，要使電動機在不同的轉速下都得到充分利用，即電樞電流保持為額定值，就是要求調速方式和負載類型能相互匹配。 以電機在不同轉速都能得到充分利用為條件，他勵直流電動機的調速可分為恒轉矩調速和恒功率調速。1.4 他勵直流電動機的調速1.4.3 調速方式與負載類型的配合nCTnTPCICTTNNTem19550 可知，電動機的容許輸出功率與轉速成正比，而容許輸出

39、轉矩為恒值-恒轉矩調速。 電樞串電阻調速和降壓調速時，磁通 保持不變，若在不同轉速下保持電流 不變，則使電機得到充分利用，而容許輸出轉矩和功率分別為： NNaII1.4 他勵直流電動機的調速1.4.3 調速方式與負載類型的配合955095509550222CnnCTnPnCnCRIUICICTTeaNNNTNTem 可知，電動機的容許輸出轉矩與轉速成反比，而容許輸出功率為恒值-恒功率調速。 減弱磁通調速時，磁通 是變化的，在不同轉速下若保持電流 不變，使電機得到充分利用，容許輸出轉矩和功率別為： NaII 為了使電動機得到充分利用，拖動恒轉矩負載時，應采用恒轉矩調速方式。拖動恒功率負載時，采用

40、恒功率調速方式。對風機類負載，三種方式都不是十分適合，但采用串電阻或降壓調速比弱磁調速合適一些。直流電動機全數(shù)字雙閉環(huán)控制的框圖直流電動機全數(shù)字雙閉環(huán)控制的框圖實際應用中，電動機的調速系統(tǒng)都有轉速給定量，并使電動機的轉速跟隨給定值進行控制。為了使系統(tǒng)具有良好的調速性能，通常要構建一個閉環(huán)系統(tǒng)，如圖。速度調節(jié)器的作用是對給定速度與反饋速度之差按一定規(guī)律進行計算。并通過運算結果對電動機進行調速控制。電流調節(jié)器起到電流調節(jié)和限幅作用，從而實現(xiàn)快速加減速和電流限流作用。另一個作用是使系統(tǒng)的抗電源擾動和負載擾動能力增強。1.4 他勵直流電動機的制動 1、電動運行： 的方向與旋轉運動的方向相同，有正向電動

41、運行（機械特性為1象限）和反向電動運行（機械特性為3象限） 。emT1.4.1 電動運行與制動運行2、制動運行：使電力拖動系統(tǒng)停車：1）自由停車：即斷開電樞電源。2）制動運行：使拖動系統(tǒng)產生一個與旋轉方向相反的轉矩，稱為制動轉矩。a）機械制動：利用機械摩擦獲得制動轉矩，機械抱閘；b）電氣制動：使電動機的電磁轉矩與旋轉方向相反（本節(jié)討論）。 利用電氣制動中使電動機制動運行，既可以使電力拖動系統(tǒng)減速或停車，又可使位能性負載獲得穩(wěn)定的下降速度。 根據(jù)實現(xiàn)制動方法和制動時電機內部能量傳遞的關系不同，制動運行分為3種：能耗制動、反接制動和回饋制動。 由于慣性，電樞保持原來方向繼續(xù)旋轉，電動勢 方向不變。

42、由 產生的電樞電流 的方向與電動狀態(tài)時的 方向相反,對應的電磁轉矩 與 方向相反,為制動性質,電機處于制動狀態(tài)。aEaEaBIaIemBTemT1.4 他勵直流電動機的制動1.4.1 能耗制動 U電動MaEaInemTfIS制動BRaBIemBT 在電動狀態(tài)，電樞電流、電樞電動勢、轉速及驅動性質的電磁轉矩如圖所示。需要制動時,將開關S投向制動電阻 上即可。BR 制動運行時，電機靠生產機械的慣性力的拖動而發(fā)電，將生產機械儲存的動能轉換成電能，消耗在電阻上，故稱為能耗制動。1.4 他勵直流電動機的制動 將能耗制動的條件U=0代入機械特性一般表達式（2.15）得能耗制動的機械特性方程為：ememNT

43、eBaTTCCRRn02電動機拖動反抗性負載，電機停轉。若電動機帶位能性負載,穩(wěn)定工作點BaRR CB電動機狀態(tài)工作點制動瞬間工作點制動過程工作段機械特性如下圖BC段n0naRA0LTemT1T1.4 他勵直流電動機的制動1.4.1 能耗制動 由機械特性圖， 改變制動電阻 的大小可以改變能耗制動特性曲線的斜率,從而可以改變能耗制動開始時的制動轉矩及下放位能負載的穩(wěn)定速度。 越小,特性曲線的斜率越小,起始制動轉矩越大,而下放負載的速度越小。BRBRBaRR CB電動機狀態(tài)工作點制動瞬間工作點制動過程工作段n0naRA0LTemT1T1.4 他勵直流電動機的制動1.4.1 能耗制動 但制動電阻越小

44、，制動電流越大。選擇制動電阻的原則是NBaaaBIIRREI2max 能耗制動操作簡單,運行可靠。但隨著轉速下降,電動勢減小,制動電流和制動轉矩也隨著減小,制動效果變差。若為了盡快停轉電機,可在轉速下降到一定程度時,切除一部分制動電阻,增大制動轉矩。即：aNNaNaBRIURIER22其中 為制動瞬間的電樞電動勢。aE 適用于一般機械要求準確停車的場合，及位能性負載的低速下放。1.4 他勵直流電動機的制動1.4.2 反接制動一、電樞反接制動 電樞反接制動時接線如圖所示。 U電動MaEaInemTfISBRaBIemBT 開關S投向“電動”側時，電樞接正極電壓，電機處于電動狀態(tài)。BaaBaaaB

45、RREURREUI 反向的電樞電流產生反向的電磁轉矩，從而產生很強的制動作用，由于是電樞反接引起的制動，故稱為電樞反接制動。 由于n不能突變，Ea亦不變，電樞回路內產生反向電流： 進行制動時，開關投向“制動”側，電樞回路串入制動電阻 后，接上極性相反的電源電壓。BR制動-+1.4 他勵直流電動機的制動一、電樞反接制動將U=-U代入，得機械特性為：ememNTeBaNeNTnTCCRRCUn02曲線如圖中 所示。BC工作點變化為： CBA反接制動結束時的C點，n=0,而轉矩既不為零也未必與負載轉矩相等，故系統(tǒng)不能自行停車。 試以帶反抗性負載及位能性負載兩種情況分析C點之后的過渡過程？BaRR C

46、Bn0naRA0LTemTLT0nEBTD U電動MaEaInemTSBRaBIemBT制動反接制動的制動作用強烈，常用于反抗性負載的快速停車或快速反向運行。1.4 他勵直流電動機的制動一、電樞反接制動反接制動結束時的C點，n=0,而轉矩既不為零也未必與負載轉矩相等，故系統(tǒng)不能自行停車。對于反抗性負載，系統(tǒng)反向起動加速至D點，-T=-TL（負載轉矩），為反向電動狀態(tài)（T與n同向）。對于位能性負載，工作點移至E點， T=TL，為回饋制動狀態(tài)（T與n反向） 。 同能耗制動，制動瞬間的制動轉矩 的大小決定于所串電阻 。其選擇應滿足：aNNaNaBRIURIER22BTBR 若要C點停車，對反抗性負載可斷電源；對位能性負載可機械抱閘停車。BaRR CBn0naRA0LTemTLT0nEBTD1.4 他勵直流電動機的制動二、倒拉反轉反接制動 + U Ia+ Ea -TemnTLnanTemTLn0A0 電動運行狀態(tài) T/n為正，提升重物 + U Ia Ea +RBTemnTLnbTBTstCDB