直流電機電力拖動

1、第2章 直流電動機的電力拖動什么是電力拖動系統什么是電力拖動系統, ,電力拖動系統的原動機是什么？電力拖動系統的原動機是什么？電力拖動系統的組成電力拖動系統的組成電力拖動系統的運動方程及運動狀態(tài)電力拖動系統的運動方程及運動狀態(tài)運動方程中轉矩的正、負規(guī)定運動方程中轉矩的正、負規(guī)定第2章 直流電動機的電力拖動 電力拖動系統運動方程式電力拖動系統運動方程式描述了系統的運動狀態(tài)，系統描述了系統的運動狀態(tài)，系統的運動狀態(tài)取決于作用在原動的運動狀態(tài)取決于作用在原動機轉軸上的各種轉矩。機轉軸上的各種轉矩。2.1.1 2.1.1 電力拖動系統的運動方程式電力拖動系統的運動方程式一、運動方程式一、運動方程式Me

2、mTnLTU2.1.1第2章 直流電動機的電力拖動MemTnLTU 根據如圖給出的系統（忽略空載轉矩），根據如圖給出的系統（忽略空載轉矩），可寫出拖動系統的運動方程式：可寫出拖動系統的運動方程式：emLdTTJdt其中其中 為系統的慣性轉矩。為系統的慣性轉矩。dtdJ2.1.1機械角速度機械角速度rad/s飛輪矩飛輪矩機械轉動慣量機械轉動慣量602 ngGDDgGmJ442222.1.1 2.1.1 電力拖動系統的運動方程式電力拖動系統的運動方程式一、運動方程式一、運動方程式第2章 直流電動機的電力拖動運動方程的實用形式：運動方程的實用形式：2375emLGDdnTTdt系統旋轉運動的系統旋轉

3、運動的三種狀態(tài)三種狀態(tài)1)1)當當 或或 時時, ,系統處于系統處于靜止靜止或或恒轉速恒轉速運行狀態(tài)，即處運行狀態(tài)，即處于穩(wěn)態(tài)。于穩(wěn)態(tài)。LemTT0dtdn2)2)當當 或或 時時, ,系統處于系統處于加速加速運行狀態(tài)，即處于動態(tài)。運行狀態(tài)，即處于動態(tài)。LemTT0dtdn3)3)當當 或或 時時, ,系統處于系統處于減速減速運行狀態(tài)，即處于動態(tài)。運行狀態(tài)，即處于動態(tài)。LemTT0dtdn常把常把 或或 稱為動負載轉矩稱為動負載轉矩,把把 稱為靜負載轉矩稱為靜負載轉矩.dtdnGD2375)T(TLemLT2.1.1料中查到械的產品樣本或設計資、生產機為飛輪矩，可從電動機2GD375375具有

4、加速度量綱具有加速度量綱第2章 直流電動機的電力拖動 規(guī)定規(guī)定電動機處在電動狀態(tài)運行時的旋轉方向為轉速的正方電動機處在電動狀態(tài)運行時的旋轉方向為轉速的正方向，即向，即二、運動方程式中轉矩正、負號的規(guī)定二、運動方程式中轉矩正、負號的規(guī)定（1 1）電磁轉矩）電磁轉矩 與轉速與轉速 的正方向相同取正的正方向相同取正emTn（2 2）負載轉矩）負載轉矩 與轉速與轉速 的正方向相反取負的正方向相反取負LTnemTLT(3)(3)慣性轉矩慣性轉矩 的大小由的大小由 和和 的代數和決定。的代數和決定。dtdnGD23752.1.1轉矩與轉矩與電動狀態(tài)運行時的旋轉方向電動狀態(tài)運行時的旋轉方向一致為正，相反為負

5、。一致為正，相反為負。在電力拖動系統中，在電力拖動系統中，第2章 直流電動機的電力拖動2.1.2 2.1.2 負載的轉矩特性負載的轉矩特性一、恒轉矩負載特性一、恒轉矩負載特性 由摩擦力產生轉矩的機械屬于反由摩擦力產生轉矩的機械屬于反抗性恒轉矩負載抗性恒轉矩負載。例如：皮帶運輸機、軋鋼機等例如：皮帶運輸機、軋鋼機等 恒轉矩負載特性是指生產機械的負載轉矩恒轉矩負載特性是指生產機械的負載轉矩 與轉速與轉速 無關無關的特性。分反抗性恒轉矩負載和位能性恒轉矩負載兩種。的特性。分反抗性恒轉矩負載和位能性恒轉矩負載兩種。nLT1.1.反抗性恒轉矩負載反抗性恒轉矩負載2.1.2即負載轉矩方向總與轉速方向相反的

6、，具有阻轉矩性質。即負載轉矩方向總與轉速方向相反的，具有阻轉矩性質。負載的轉矩特性，就是負載的機械特性，簡稱負載特性。負載的轉矩特性，就是負載的機械特性，簡稱負載特性。即即 與與n的關系的關系LT第2章 直流電動機的電力拖動2.2.位能性恒轉矩負載位能性恒轉矩負載負載轉矩的大小和方向均恒定不變。負載轉矩的大小和方向均恒定不變。 3.3.恒轉矩負載舉例恒轉矩負載舉例 （1 1）傳送帶、攪拌機、擠壓機等摩擦類負載；）傳送帶、攪拌機、擠壓機等摩擦類負載； （2 2）起重機、提升機等重力負載，提升和下降重物時，負載轉矩的方）起重機、提升機等重力負載，提升和下降重物時，負載轉矩的方向不變；向不變； 例如

7、：起重機例如：起重機反抗性恒轉矩負載反抗性恒轉矩負載位能性恒轉矩負載位能性恒轉矩負載第2章 直流電動機的電力拖動傳送帶傳送帶起重機起重機空氣壓縮機空氣壓縮機球磨機球磨機往復式注塞泵往復式注塞泵第2章 直流電動機的電力拖動二、恒功率負載特性二、恒功率負載特性 恒功率負載特點是：負載轉恒功率負載特點是：負載轉矩與轉速的乘積為一常數，即矩與轉速的乘積為一常數，即 與與 成反比，特性曲線為一條雙成反比，特性曲線為一條雙曲線。曲線。nLTT TL Ln 例如：例如： （1）軋鋼機軋制鋼板時，小工件需高速度低轉矩，軋鋼機軋制鋼板時，小工件需高速度低轉矩，大工件需要低速度高轉矩。大工件需要低速度高轉矩。 （

8、2）車床的切削：車床的切削：粗加工時需要較大的進刀量和較粗加工時需要較大的進刀量和較低的轉速；精加工時需要較小的進刀量和較高的轉速。低的轉速；精加工時需要較小的進刀量和較高的轉速。 第2章 直流電動機的電力拖動三、泵與風機類負載特性三、泵與風機類負載特性 負載的轉矩負載的轉矩 基本上與轉基本上與轉速速 的平方成正比。負載特性的平方成正比。負載特性為一條拋物線。為一條拋物線。LTnT TL Ln理想的通理想的通風機特性風機特性實際通風實際通風機特性機特性TL02.1.2例如：水泵、油泵、通風機、例如：水泵、油泵、通風機、螺旋槳等螺旋槳等（圖片見下屏）（圖片見下屏）。實際的負載特性可能很復雜，是幾

9、種特性的結合：實際的負載特性可能很復雜，是幾種特性的結合： 例如：通風機：軸承上還存在摩擦轉矩例如：通風機：軸承上還存在摩擦轉矩 。L0T2L0LknTT第2章 直流電動機的電力拖動水泵水泵油泵油泵螺旋槳螺旋槳通風機通風機第2章 直流電動機的電力拖動直流電動機的機械特性是在什么條件下的特性？直流電動機的機械特性是在什么條件下的特性？試著從電動機的電壓平衡方程式推導出試著從電動機的電壓平衡方程式推導出電動機的機械特性電動機的機械特性機械特性斜率？機械特性斜率？轉速降？轉速降？如何評述機械特性的軟、硬特性？如何評述機械特性的軟、硬特性？什么是固有機械特性？人為機械特性？什么是固有機械特性？人為機械

10、特性？幾種人為機械特性參數變化后對它的影響如何？幾種人為機械特性參數變化后對它的影響如何？第2章 直流電動機的電力拖動2.2.1 2.2.1 機械特性的表達式機械特性的表達式 電動機在電樞電壓、勵磁電流、電樞回路電電動機在電樞電壓、勵磁電流、電樞回路電阻為恒值的條件下，即電動機處于穩(wěn)態(tài)運行時，阻為恒值的條件下，即電動機處于穩(wěn)態(tài)運行時，電動機的轉速與電磁轉矩之間的關系：電動機的轉速與電磁轉矩之間的關系：)f(Tnem由電機的電路原理圖可得機械特性的表達式：由電機的電路原理圖可得機械特性的表達式：0 n0nNnnemTNT0T0n稱為理想空載轉速。稱為理想空載轉速。實際空載轉速實際空載轉速02TE

11、E0TCCRCUnem02ETnCUnemTEaTCCR2. 2.12.2 2.2 他勵直流電動機的機械特性他勵直流電動機的機械特性MemTnLTUn n轉速降轉速降第2章 直流電動機的電力拖動2.2.2 2.2.2 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一、固有機械特性一、固有機械特性當當 時的機械特性稱為固有機械特性：時的機械特性稱為固有機械特性：aNNRR,UU二、人為機械特性二、人為機械特性當改變當改變 或或 或或 得到的機械特性稱為人為機械特性。得到的機械特性稱為人為機械特性。UaR 由于電樞電阻很小，特性曲線斜率很小，所以固有機械特性由于電樞電阻很小，特性曲線斜率很小

12、，所以固有機械特性是硬特性。是硬特性。emNTEaNTCCRU2ENCn2.2.2第2章 直流電動機的電力拖動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 的人為的人為特性特性NN,UUSRem2NTESaNENTCCRRCUnSaRR 0nnaRemT特點：特點：1 1） 不變，不變， 變大；變大； 2 2） 越大，特性越軟。越大，特性越軟。0n2.2.2第2章 直流電動機的電力拖動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，只改變電樞電壓時的人為特性：不變，只改變電樞電壓時的人為

13、特性：Na,RR1UNUU101n0nnNUemT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。0nUUemNTEaNTCCR2ECUn2.2.2第2章 直流電動機的電力拖動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，只改變勵磁回路不變，只改變勵磁回路調節(jié)電阻調節(jié)電阻 的人為特性：的人為特性：NaUU,RRSfR01n1202nNn0nemTkTN12特點：特點：1 1）弱磁，）弱磁， 增大；增大； 2 2）弱磁，）弱磁， 增大增大0nemTEaETCCR2NCUn2.2.2UaI1T0

14、TemTnaE第2章 直流電動機的電力拖動擾動使轉速有微小下降，由擾動使轉速有微小下降，由 下降下降到到 。LemATT,n An2.2.4 2.2.4 電力拖動系統穩(wěn)定運行條件電力拖動系統穩(wěn)定運行條件 處于某一轉速下運行的電力拖動系統，由于受到某種擾動，處于某一轉速下運行的電力拖動系統，由于受到某種擾動，導致系統的轉速發(fā)生變化而離開原來的平衡狀態(tài)，如果系統能在導致系統的轉速發(fā)生變化而離開原來的平衡狀態(tài)，如果系統能在新的條件下達到新的平衡狀態(tài)，或者當擾動消失后系統回到原來新的條件下達到新的平衡狀態(tài)，或者當擾動消失后系統回到原來的轉速下繼續(xù)運行，則系統是的轉速下繼續(xù)運行，則系統是穩(wěn)定穩(wěn)定的，否則

15、系統是的，否則系統是不穩(wěn)定不穩(wěn)定的。的。nAemTLTAn0在在 點，系統平衡點，系統平衡ALemTTAn擾動使轉速有微小增量，轉速由擾動使轉速有微小增量，轉速由 上升到上升到 ， 。AnAnLemTTA擾動消失擾動消失, ,系統減速，回到系統減速，回到 點運行。點運行。A擾動消失擾動消失, ,系統加速，回到系統加速，回到 點運行。點運行。An 2.2.4第2章 直流電動機的電力拖動BnnBemTLTBn0Bn 在在 點，系統平衡點，系統平衡BLemTT擾動使轉速有微小增量，轉速由擾動使轉速有微小增量，轉速由 上升到上升到 ， , ,系統加速系統加速 。BnBnLemTTB即使擾動消失即使擾動

16、消失, ,也不能回到也不能回到 點運行。點運行。LemBTT,n 擾動使轉速有微小下降，由擾動使轉速有微小下降，由 下降下降到到 , ,系統減速系統減速。BnB即使擾動消失即使擾動消失, ,也不能回到也不能回到 點運行。點運行。2.2.4這樣的情況，這樣的情況，系統不穩(wěn)定。系統不穩(wěn)定。第2章 直流電動機的電力拖動2.2.4 大多數負載轉矩隨轉速的升高而增大或保持恒定，因大多數負載轉矩隨轉速的升高而增大或保持恒定，因此只要電動機具有下降的機械特性，就能滿足穩(wěn)定運行此只要電動機具有下降的機械特性，就能滿足穩(wěn)定運行的條件，就是說系統就是穩(wěn)定的。的條件，就是說系統就是穩(wěn)定的。電力拖動系統穩(wěn)定運行的電力

17、拖動系統穩(wěn)定運行的充分必要條件充分必要條件是：是：(1)(1)必要條件必要條件: :電動機的機械特性與負載的轉矩特性必須有交點電動機的機械特性與負載的轉矩特性必須有交點, ,即存在即存在LemTT(2)充分條件充分條件:在交點的轉速以上存在在交點的轉速以上存在 ,在交點的轉速以下存在在交點的轉速以下存在LemTTLemTT第2章 直流電動機的電力拖動1.1.起動的定義、起動轉矩和起動電流起動的定義、起動轉矩和起動電流2.2.對起動的基本要求對起動的基本要求3.3.電機起動時電流過大會有什么危害？電機起動時電流過大會有什么危害？4.4.為了限制起動電流，他勵直流電動機采用哪些方法起動為了限制起動

18、電流，他勵直流電動機采用哪些方法起動5.5.電樞回路串電阻起動、電樞回路串電阻起動、 降壓起動降壓起動第2章 直流電動機的電力拖動2.3.0 2.3.0 起動概述起動概述 1.1.定義：電動機的定義：電動機的起動起動是指電動機接通電源后，由靜止狀態(tài)加速到穩(wěn)是指電動機接通電源后，由靜止狀態(tài)加速到穩(wěn) 定運行狀態(tài)的過程。定運行狀態(tài)的過程。 起動時由于轉速為零，電樞電動勢為零，而且電樞電阻很小，起動時由于轉速為零，電樞電動勢為零，而且電樞電阻很小，所以起動電流將達很大值。所以起動電流將達很大值。2.3一、起動的定義、起動轉矩和起動電流一、起動的定義、起動轉矩和起動電流3.起動電流：起動電流：起動瞬間的

19、電樞電流起動瞬間的電樞電流aNstRUIstTstICT2.2.起動轉矩：起動瞬間的電磁轉矩起動轉矩：起動瞬間的電磁轉矩起動電流一般是額定電流的起動電流一般是額定電流的10201020倍倍第2章 直流電動機的電力拖動 為了限制起動電流，他勵直流電動機通常采用為了限制起動電流，他勵直流電動機通常采用電樞回路串電阻電樞回路串電阻或或降低電降低電樞電壓樞電壓起動。起動。過大的起動電流將過大的起動電流將: （1）引起電網電壓下降、影響電網上其它用戶的正常用電；）引起電網電壓下降、影響電網上其它用戶的正常用電； 二、對起動的基本要求二、對起動的基本要求三、起動方法三、起動方法（2）使電動機的換向惡化；）

20、使電動機的換向惡化； （3）過大的沖擊轉矩會損壞電樞繞組和傳動機構。）過大的沖擊轉矩會損壞電樞繞組和傳動機構。 一般直流電動機不允許直接起動。除個別特別小型的電機外一般直流電動機不允許直接起動。除個別特別小型的電機外（4）起動設備簡單、可靠。）起動設備簡單、可靠。stI）（1stT）（ 2stt3）（第2章 直流電動機的電力拖動一、起動過程一、起動過程2.3.1 2.3.1 電樞回路串電阻起動電樞回路串電阻起動MaRS1SU1stR2stR3stR2S3S2.3.1staNstRRUI以三級電阻起動時電動機為例：以三級電阻起動時電動機為例：(1) (1) 起動時，勵磁回路電阻起動時，勵磁回路電

21、阻 放在最放在最小位置，小位置， 最大，最大， 最大，最大， 最大；最大；fIstTsfR（2 2）電樞回路電阻放最大位置，限制起動電流，）電樞回路電阻放最大位置，限制起動電流，起動完畢后，將起動電阻切除。起動完畢后，將起動電阻切除。P55 P55 圖圖2.3.12.3.1第2章 直流電動機的電力拖動2.3.2 2.3.2 降壓起動降壓起動 當直流電源電壓可調時，可采用降壓方法起動當直流電源電壓可調時，可采用降壓方法起動。 起動時，以較低的電源電壓起動電動機，起動電流隨電源起動時，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，反電動勢逐電壓的降低而正比減

22、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值上，保證按需要的加速度升速。一定的數值上，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。動過程能量損耗小，因此得到廣泛應用。2.3.2 1. 1.直流發(fā)電機直流發(fā)電機直流電動機直流電動機 2.2.晶閘管整流電源晶閘管整流電源直流電動機直流電動機第2章 直流電動機的電力拖動他勵直流電動機的制動他勵直流電動機的制動能耗制動能耗制動反

23、接制動反接制動回饋制動回饋制動反轉反轉第2章 直流電動機的電力拖動2.4.0 2.4.0 制動概述制動概述 U電動電動MaEaInemTfIS制動制動BRaBIemBT1.電動運行狀態(tài)：電磁轉矩與轉速同方向，電動運行狀態(tài)：電磁轉矩與轉速同方向，電磁轉矩為驅動轉矩，電能轉變?yōu)闄C械能。電磁轉矩為驅動轉矩，電能轉變?yōu)闄C械能。2.4.1一、根據電磁轉矩與轉速的方向關系，將電機分為兩種運行狀態(tài)一、根據電磁轉矩與轉速的方向關系，將電機分為兩種運行狀態(tài)2.制動運行狀態(tài)：電磁轉矩與轉速反方向，制動運行狀態(tài)：電磁轉矩與轉速反方向，電磁轉矩為制動轉矩，機械能轉變?yōu)殡娔?。電磁轉矩為制動轉矩，機械能轉變?yōu)殡娔?。二、?/p>

24、動舉例二、制動舉例 起重機下放重物時，為獲得穩(wěn)定的下起重機下放重物時，為獲得穩(wěn)定的下放速度，電動機須運行在制動運行狀態(tài)。放速度，電動機須運行在制動運行狀態(tài)。三、制動分類三、制動分類 1.能耗制動；能耗制動；2.反接制動；反接制動；3.回饋制動。回饋制動。第2章 直流電動機的電力拖動2.4.1 2.4.1 能耗制動能耗制動 U電動電動MaEaInemTfIS制動制動BRaBIemBT電動狀態(tài)，如圖所示：電動狀態(tài)，如圖所示：將開關將開關S S投向制動電阻投向制動電阻 上即實現制動上即實現制動. .BRaI 由于慣性，電樞保持原來方向繼續(xù)旋由于慣性，電樞保持原來方向繼續(xù)旋轉，電動勢轉，電動勢 方向不

25、變。由方向不變。由 產生的電樞產生的電樞電流電流 的方向與電動狀態(tài)時的的方向與電動狀態(tài)時的 方向相方向相反反, ,對應的電磁轉矩對應的電磁轉矩 與與 方向相反方向相反, ,為為制動性質制動性質, ,電機處于制動狀態(tài)。電機處于制動狀態(tài)。aEaEaBIemBTemT 制動運行時，電機靠生產機械的慣性力的制動運行時，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，直到電機停止轉動。能，消耗在電阻上，直到電機停止轉動。2.4.1一、制動的定義及方法一、制動的定義及方法第2章 直流電動機的電力拖動二、能耗制動時的機械特性二、能耗制

26、動時的機械特性BaRR CBn0naRA0LTemT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)穩(wěn)定工作點定工作點ememNTEBaTTCCRRn022.4.1三、能耗制動過程分析三、能耗制動過程分析第2章 直流電動機的電力拖動22 5aaBmaxNaBEII( . )IRR 能耗制動操作簡單能耗制動操作簡單, ,但隨著轉速下降但隨著轉速下降, ,電動勢減小電動勢減小, ,制動電流和制動電流和制動轉矩也隨著減小制動轉矩也隨著減小, ,制動效

27、果變差。若為了盡快使電機停轉制動效果變差。若為了盡快使電機停轉, ,可可在轉速下降到一定程度時在轉速下降到一定程度時, ,切除一部分制動電阻切除一部分制動電阻, ,增大制動轉矩。增大制動轉矩。 （1） 改變制動電阻改變制動電阻 的大小可以改變能耗制動特性曲線的斜的大小可以改變能耗制動特性曲線的斜率率, ,從而可以改變制動轉矩及下放負載的穩(wěn)定速度。從而可以改變制動轉矩及下放負載的穩(wěn)定速度。 BR22.5aBaNERR()I其中其中 為制動瞬間的電樞電動勢。為制動瞬間的電樞電動勢。aE2.4.1（4）選擇制動電阻的原則）選擇制動電阻的原則討論：討論：（2 2） 越小越小, ,特性曲線的斜率越小特性

28、曲線的斜率越小, ,起始制起始制動轉矩越大動轉矩越大, ,而下放負載的速度越小。而下放負載的速度越小。BR（3）制動電阻越小，制動轉矩大，制動）制動電阻越小，制動轉矩大，制動時間短，工作效率高，但時間短，工作效率高，但 過小，使制過小，使制動電流越大。動電流越大。BR如制動前額定運行，則如制動前額定運行，則 。NNaNaUIRUE U電動電動MaEaInemTfIS制動制動BRaBIemBT第2章 直流電動機的電力拖動2.4.2 2.4.2 反接制動反接制動1.定義：電壓與電動勢順向串聯。定義：電壓與電動勢順向串聯。電壓反接制動時接線如右下圖所示：電壓反接制動時接線如右下圖所示：一、電壓反接制

29、動一、電壓反接制動 U電動電動MaEaInemTfIS制動制動BRaBIemBT 開關開關S S投向投向“電動電動”側時，電樞接正極側時，電樞接正極性的電源電壓，電機處于電動狀態(tài)。進行制性的電源電壓，電機處于電動狀態(tài)。進行制動時，開關投向動時，開關投向“制動制動”側，電樞回路串入側，電樞回路串入制動電阻制動電阻 后，接上極性相反的電源電壓，后，接上極性相反的電源電壓，電樞回路內產生反向電流：電樞回路內產生反向電流：BRaaaBaBaBUEUEIRRRR 反向的電樞電流產生反向的電磁轉矩，從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而產生很強的制動作用電壓反接制動電壓反接制動。2.

30、4.22.制動電阻的計算制動電阻的計算aNaNBRIEUR)5 . 22(第2章 直流電動機的電力拖動二、倒拉反轉反接制動二、倒拉反轉反接制動倒拉反轉反接制動只適用于倒拉反轉反接制動只適用于位能性恒轉矩負載位能性恒轉矩負載BaRR CBn0naRA0LTemTBTDKT電樞回路串入較大電電樞回路串入較大電阻阻 后特性曲線后特性曲線BR正向電動狀態(tài)提正向電動狀態(tài)提升重物升重物(A(A點點) )負載作用下負載作用下電機反向旋電機反向旋轉轉( (下放重物下放重物) )電機以穩(wěn)電機以穩(wěn)定的轉速定的轉速下放重物下放重物D D點點在電樞回路中串聯一個較大的電阻在電樞回路中串聯一個較大的電阻,即可實即可實現

31、制動現制動.工作點由工作點由A-B-A-B-C-DC-D,CD,CD段為制段為制動段動段2.4.2第2章 直流電動機的電力拖動 倒拉反轉反接制動時的機械特性方程就是電動狀態(tài)時電倒拉反轉反接制動時的機械特性方程就是電動狀態(tài)時電樞串電阻時的人為特性方程。由于串入電阻很大，有樞串電阻時的人為特性方程。由于串入電阻很大，有倒拉反轉反接制動時的能量關系和電壓反接制動時相同倒拉反轉反接制動時的能量關系和電壓反接制動時相同。思考思考題題位能性以外的負載能否實現倒拉反轉反接制動位能性以外的負載能否實現倒拉反轉反接制動? ?LNTEBa0TCCRRnn20 02.4.2第2章 直流電動機的電力拖動2.4.3 2

32、.4.3 回饋制動回饋制動 回饋制動時的機械特性方回饋制動時的機械特性方程與電動狀態(tài)時相同。程與電動狀態(tài)時相同。 電動狀態(tài)下運行的電動機，在某種條件下會出現電動狀態(tài)下運行的電動機，在某種條件下會出現 情況，情況，此時此時 ， 反向，反向， 反向，由驅動變?yōu)橹苿?。從能量方向看，反向，由驅動變?yōu)橹苿?。從能量方向看，電機處于發(fā)電狀態(tài)電機處于發(fā)電狀態(tài)回饋制動狀態(tài)?；仞佒苿訝顟B(tài)。0nn UEaaIemT穩(wěn)定運行有穩(wěn)定運行有兩種情況兩種情況: :Bn0nA0LTemTLT 0n當電車下當電車下坡時，運坡時，運行轉速可行轉速可能超過理能超過理想空載轉想空載轉速速, ,進入第進入第二象限二象限電壓反電壓反接制

33、動接制動帶位能帶位能性負載性負載進入第進入第四象限四象限2.4.3第2章 直流電動機的電力拖動 發(fā)生在動態(tài)過程中的回饋制動過程有以下兩種情況發(fā)生在動態(tài)過程中的回饋制動過程有以下兩種情況: :1 1、降壓調速時產、降壓調速時產生的回饋制動生的回饋制動Bn02nA0LTemT1U01nCnAn2UC12UU 制動過程為制動過程為 線段線段02Bn2 2、增磁調速時產、增磁調速時產生的回饋制動生的回饋制動Bn02nA0LTemT101nCnAn2C12 制動過程為制動過程為 線段線段02Bn 回饋制動時由于有功率回饋到電網，因此與能耗和反接制回饋制動時由于有功率回饋到電網，因此與能耗和反接制動相比，

34、回饋制動是比較經濟的。動相比，回饋制動是比較經濟的。2.4.3第2章 直流電動機的電力拖動2.4.4 2.4.4 直流電動機的反轉直流電動機的反轉aTemICT一、改變勵磁電流方向（很少采用）一、改變勵磁電流方向（很少采用）勵磁繞組電感較大，切換勵磁繞組時將產生較大自感電動勢，勵磁繞組電感較大，切換勵磁繞組時將產生較大自感電動勢，擊穿絕緣，故很少采用。擊穿絕緣，故很少采用。二、改變電樞電流方向二、改變電樞電流方向直流電機的轉向是由電樞電直流電機的轉向是由電樞電流方向和主磁場方向確定。流方向和主磁場方向確定。轉向可以按下列方式實現：轉向可以按下列方式實現：如果同時改變電樞電流方向、主磁通方向，電

35、機不會如果同時改變電樞電流方向、主磁通方向，電機不會轉向。轉向。電磁轉矩：電磁轉矩：第2章 直流電動機的電力拖動2.4教學重點：教學重點：1 1 能耗制動機械特性及制動過程能耗制動機械特性及制動過程2 2 反接制動機械特性及制動過程反接制動機械特性及制動過程3 3 回饋制動特點回饋制動特點教學難點：教學難點：電壓反接制動機械特性及制動四象限特點電壓反接制動機械特性及制動四象限特點作業(yè)：作業(yè)：P68P68：2.122.12小結小結4 4 直流電動機的反轉方法直流電動機的反轉方法第2章 直流電動機的電力拖動2.5 2.5 他勵直流電動機的調速他勵直流電動機的調速2.5教學內容：教學內容：2.5.1

36、 2.5.1 評價調速的指標評價調速的指標2.5.2 2.5.2 調速方法調速方法2.5.3 2.5.3 調速方式與負載類型的配合調速方式與負載類型的配合教學目的與要求：教學目的與要求：1 1 掌握評價調速的性能指標掌握評價調速的性能指標2 2 熟練掌握直流電機的三種調速方法熟練掌握直流電機的三種調速方法3 3 了解調速方法與負載類型的配合了解調速方法與負載類型的配合第2章 直流電動機的電力拖動調速概述：調速概述： 電力拖動系統的調速可以采用機械調速、電氣調速或二者配電力拖動系統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合調速。通過改變傳動機構速比進

37、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進行調速的方法稱為通過改變電動機參數進行調速的方法稱為電氣調速電氣調速。電氣調速方法電氣調速方法: :1.1.調壓調速調壓調速; ;2.2.電樞串電阻調速電樞串電阻調速; ;3.3.調磁調速調磁調速。 改變電動機的參數就是人為地改變電動機的機械特性，使改變電動機的參數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。同的機械特性上。他勵直流電動機的轉速為他勵直流電動機的轉速為ESaaCRRIUn）（2.5調壓調速調壓調速電樞串電阻調速電

38、樞串電阻調速調磁調速調磁調速第2章 直流電動機的電力拖動2.5.1 2.5.1 評價調速的指標評價調速的指標 一、調速范圍一、調速范圍minmaxnnD 二、靜差率（相對穩(wěn)定性）二、靜差率（相對穩(wěn)定性）%100%100%0N0N0nnnnn2.5.1定義：指額定負載下電動機可能運行的最高轉速定義：指額定負載下電動機可能運行的最高轉速 與最低與最低轉速轉速 之比，用之比，用D表示。表示。maxnminn 1.定義：轉速的相對穩(wěn)定性是指負載變化定義：轉速的相對穩(wěn)定性是指負載變化時，轉速變化的程度。用靜差率時，轉速變化的程度。用靜差率 表示。表示。%第2章 直流電動機的電力拖動（1 1）機械特性）機

39、械特性越硬越硬，其靜差率，其靜差率% % 越小越小，轉速的相對穩(wěn)定性，轉速的相對穩(wěn)定性越好越好；%大小不僅與大小不僅與機械特性的硬度機械特性的硬度有關，還與有關，還與理想空載轉速理想空載轉速的的大小有關。大小有關。例如：例如：%,32030232nnnn結論：結論：（2 2）兩條硬度相同的機械特性，理想）兩條硬度相同的機械特性，理想空載轉速空載轉速越低越低，其靜差率，其靜差率%就就越大越大?？梢姡梢姡?與與 大小有關。大小有關。0n第2章 直流電動機的電力拖動)(1nnnnnnnnnnDNmaxNNmaxNminmaxminmax0 D D與與%相互制約：相互制約： （1 1）對靜差率這一指

40、標要求過高，對靜差率這一指標要求過高，即即越小越小, ,則則D D就越小就越小; ; （2 2）反之，要求）反之，要求D D越大，則越大，則也越也越大，轉速的相對穩(wěn)定性就越差。大，轉速的相對穩(wěn)定性就越差。 2.靜差率與調速范圍的關系靜差率與調速范圍的關系 式中：式中： 為最低轉速機械特性上的轉為最低轉速機械特性上的轉速降；速降；為最低為最低轉速時的靜差率，即系轉速時的靜差率，即系統最大靜差率。統最大靜差率。Nn第2章 直流電動機的電力拖動 不同的生產機械，對靜差率的要求不同：不同的生產機械，對靜差率的要求不同： 普通車床：普通車床：%30 高精度的造紙機：高精度的造紙機：.1%0 在保證一定靜

41、差率指標的前提下，要擴大調速范圍，就必在保證一定靜差率指標的前提下，要擴大調速范圍，就必須減小轉速降落須減小轉速降落 ，即必須提高機械特性的硬度。，即必須提高機械特性的硬度。Nn三、調速的平滑性三、調速的平滑性1iinn 在一定的調速范圍內，調速的級數越多，調速越平滑。相在一定的調速范圍內，調速的級數越多，調速越平滑。相鄰兩級轉速之比，為平滑系數鄰兩級轉速之比，為平滑系數第2章 直流電動機的電力拖動 越接近越接近1 1，平滑性越好，當，平滑性越好，當 時，稱為無級調速，即轉時，稱為無級調速，即轉速可以連續(xù)調節(jié)。速可以連續(xù)調節(jié)。 調速不連續(xù)時，級數有限，稱為有級調速。調速不連續(xù)時，級數有限，稱為

42、有級調速。1四、調速的經濟性四、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主要指調速設備的投資、運行效率及維修費用等。2.5.11iinn第2章 直流電動機的電力拖動2.5.2 2.5.2 調速方法調速方法一、電樞回路串電阻調速一、電樞回路串電阻調速未串電阻時未串電阻時的工作點的工作點串電阻后串電阻后, ,工作點由工作點由AAAABB0aRn0nNnLTemTA1SaRR 1nAB2.5.22. 特點特點nRs，0最高，最高，sRn，轉速只能向低調。轉速只能向低調。多用于對調速性能要求不高的生多用于對調速性能要求不高的生產機械上，如起重機、電車等。產機械上，如起重機、電車等。第2章

43、 直流電動機的電力拖動 nRs 不變，不變， )(fIU、到達到達B 點，點， ，達到新的平衡，達到新的平衡第2章 直流電動機的電力拖動（1）優(yōu)點：）優(yōu)點：電樞串電阻調速設備簡單，操作方便。電樞串電阻調速設備簡單，操作方便。2 2）低速時特性曲線斜率大）低速時特性曲線斜率大, ,靜差率大靜差率大, ,所以轉速的相所以轉速的相對穩(wěn)定性差；對穩(wěn)定性差；3 3）輕載時調速范圍小，額定負載時調速范圍一般為）輕載時調速范圍小，額定負載時調速范圍一般為D D2 2；4 4）損耗大，效率低，不經濟。對恒轉矩負載，調速前、后）損耗大，效率低，不經濟。對恒轉矩負載，調速前、后因磁通不變而使電磁轉矩和電樞電流不變

44、，輸入功率不變，因磁通不變而使電磁轉矩和電樞電流不變，輸入功率不變，輸出功率卻隨轉速的下降而下降，減少的部分被串聯電阻消輸出功率卻隨轉速的下降而下降，減少的部分被串聯電阻消耗了。耗了。（2 2）缺點：）缺點：1 1）由于電阻只能分段調節(jié)，所以調速的平滑性差；）由于電阻只能分段調節(jié)，所以調速的平滑性差；2.5.24. 優(yōu)缺點優(yōu)缺點 第2章 直流電動機的電力拖動 nU1. 物理過程物理過程1UU A 點：點：aE不突變不突變emaT與ILemTT aEaIemT到達到達B 點（達到新的平衡）點（達到新的平衡） 。LemTT 2. 特點特點n二、降低電源電壓調速二、降低電源電壓調速LemTTNnn

45、）（AA）（BA ),(nUnU，受絕緣的限制，轉速只能向低調。受絕緣的限制，轉速只能向低調。第2章 直流電動機的電力拖動2.5.2（1）優(yōu)點：）優(yōu)點：3. 優(yōu)缺點優(yōu)缺點 1 1）調速平滑，可以實現無級調速；）調速平滑，可以實現無級調速； 2 2）調速前后的機械特性的斜率不變，硬度較高，負載變化時）調速前后的機械特性的斜率不變，硬度較高，負載變化時穩(wěn)定性好。穩(wěn)定性好。3 3）無論輕載還是負載，調速范圍相同，一般可達）無論輕載還是負載，調速范圍相同，一般可達 D=2.5D=2.51212。 4 4）電能損耗較小。）電能損耗較小。4. 應用應用 應用在對調速性能要求較高的生產機械上，如機床、應用在

46、對調速性能要求較高的生產機械上，如機床、軋鋼機、造紙機等。軋鋼機、造紙機等。 第2章 直流電動機的電力拖動Tem0nnNUTLNnA1U01nAB1n調速壓前調速壓前工作點工作點A A降壓瞬間降壓瞬間工作點工作點穩(wěn)定后工穩(wěn)定后工作點作點 降壓調速降壓調速過程與電樞串過程與電樞串電阻調速過程電阻調速過程相似，調速過相似，調速過程中轉速和電程中轉速和電樞電流（或轉樞電流（或轉矩）隨時間變矩）隨時間變化的曲線也相化的曲線也相似似。第2章 直流電動機的電力拖動2.5.2三、減弱磁通調速三、減弱磁通調速nIRfSf1. 物理過程物理過程調節(jié)磁場前調節(jié)磁場前工作點工作點弱磁瞬間工作弱磁瞬間工作點點AAAA

47、弱磁穩(wěn)定后的弱磁穩(wěn)定后的工作點工作點Nn0nANnemTLT01n11nBA減弱磁通后，減弱磁通后，理想空載轉速理想空載轉速上升上升, 曲線的曲線的斜率值增大。斜率值增大。 第2章 直流電動機的電力拖動弱磁調速前、后的電樞電流和轉速的變化情況弱磁調速前、后的電樞電流和轉速的變化情況減弱磁通調速減弱磁通調速前、后轉速變前、后轉速變化曲線化曲線減弱磁通前、減弱磁通前、后的電樞電流后的電樞電流變化曲線變化曲線結論結論：磁場越弱，：磁場越弱，轉速越高。因此電轉速越高。因此電機運行時勵磁回路機運行時勵磁回路不能開路。不能開路。aNInNn1n1aIaiait0tn2.5.22. 特點特點第2章 直流電動

48、機的電力拖動優(yōu)點：優(yōu)點： 由于在電流較小的勵磁回路中進行調節(jié)，因而控制方便，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。弱磁升速后電樞電流能量損耗小，設備簡單，調速平滑性好。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。增大，電動機的效率基本不變，因此經濟性是比較好。2 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）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，一般圍不可能很大，一般 D2D2；

49、 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。調速。缺點：缺點：1 1）機械特性的斜率變大，特性變軟；）機械特性的斜率變大，特性變軟；2.5.2第2章 直流電動機的電力拖動2.5.3 2.5.3 調速方式與負載類型的配合調速方式與負載類型的配合容許輸出容許輸出：指電動機在某一轉速下長期可靠工作時所能輸出的：指電動機在某一轉速下長期可靠工作時所能輸出的最大轉矩和功率。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：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。到它的容許值，即電樞電流達到額定值。 當電動機調速時，在不同的