電機及電力拖動系統(tǒng)(直流部分)

電機及電力拖動基礎(chǔ)

朱志峰2/4/2023電氣信息學(xué)院第一章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)

本章要求：1.電力拖動系統(tǒng)的組成及運動方程式（理解）2.生產(chǎn)機械轉(zhuǎn)矩及飛輪矩的折算方法（了解）3.生產(chǎn)機械特性曲線（理解）4.電力拖動穩(wěn)定的條件（理解）第一節(jié)直流電機的基本工作原理和結(jié)構(gòu)一.直流電機的主要結(jié)構(gòu)主磁極：產(chǎn)生恒定的氣隙磁通，由鐵心和勵磁繞組構(gòu)成換向磁極：改善換向。電刷裝置：與換向片配合,完成直流與交流的互換機座和端蓋：起支撐和固定作用。定子轉(zhuǎn)子電樞鐵心：主磁路的一部分，放置電樞繞組。電樞繞組：由帶絕緣的導(dǎo)線繞制而成，是電路部分。換向器：與電刷裝置配合,完成直流與交流的互換轉(zhuǎn)軸軸承二、直流電動機工作原理

把電刷A、B接到直流電源上，電刷A接正極，電刷B接負極。此時電樞線圈中將電流流過。

直流電動機是將電能轉(zhuǎn)變成機械能的旋轉(zhuǎn)機械。

在磁場作用下，N極性下導(dǎo)體ab受力方向從右向左，S極下導(dǎo)體cd受力方向從左向右。該電磁力形成逆時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩大于阻轉(zhuǎn)矩時，電機轉(zhuǎn)子逆時針方向旋轉(zhuǎn)。二.電力拖動系統(tǒng)組成電機：直流，交流（同步，異步）工作機構(gòu)：生產(chǎn)設(shè)備控制機構(gòu)：各種控制器（PLC,單片機等）傳動機構(gòu)：減速機第二節(jié)電力拖動系統(tǒng)運動方程式二.電力拖動系統(tǒng)的運動方程式1.方程式電力拖動系統(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(zhuǎn)軸上的各種轉(zhuǎn)矩。參數(shù):(注意參考方向）2.分析

動態(tài)：T>TL=>dn/dt>0，系統(tǒng)加速（動態(tài)）T<TL=>dn/dt<0，系統(tǒng)減速（動態(tài)）穩(wěn)態(tài)：T=TL=>dn/dt=0，恒速或靜止（靜態(tài)）

T:電磁轉(zhuǎn)矩m：質(zhì)量TL:負載轉(zhuǎn)矩G：重量J:轉(zhuǎn)動慣量ρ：半徑n:轉(zhuǎn)速（角速度?）D：直徑d?/dt=?角加速度GD2=4gJ：飛輪矩第三節(jié)工作機構(gòu)的轉(zhuǎn)矩和飛輪矩的折算一.單軸系統(tǒng)與多軸系統(tǒng)單軸系統(tǒng)：電機直接帶動負載多軸系統(tǒng)：電機通過減速機帶動負載關(guān)系：多軸系統(tǒng)可以等效成單軸系統(tǒng)（能量守恒原理）兩級傳動速比：j1=n/n1，j2=n1/n2

兩級傳動效率：η1，η2轉(zhuǎn)矩折算：飛輪矩折算：：電機側(cè)折算負載轉(zhuǎn)矩：工作機構(gòu)負載轉(zhuǎn)矩以三軸拖動系統(tǒng)為例：n為電機轉(zhuǎn)速，n1中間級轉(zhuǎn)速，n2為負載側(cè)轉(zhuǎn)速二旋轉(zhuǎn)運動

1.轉(zhuǎn)矩折算（能量守恒）a)不考慮傳動損耗b)考慮傳動損耗其中：2.飛輪矩折算（能量守恒）動能：兩邊乘以得：近似計算：第四節(jié)生產(chǎn)機械的典型負載轉(zhuǎn)矩的特性一.恒轉(zhuǎn)矩負載特性（TL大小恒定)1.反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載定義：TL的實際方向與轉(zhuǎn)速的實際方向相反參考方向規(guī)定:TL的正方向與n的正方向相反=>TL>0,n>0orTL<0,n<0TLn2.位能性恒轉(zhuǎn)矩負載（TL大小方向恒定）起重機提升：TL的實際方向與轉(zhuǎn)速的實際方向相反且參考方向相反=>TL>0,n>0下降：TL的實際方向與轉(zhuǎn)速的實際方向相同且參考方向相反=>TL>0,n<0TLn二.恒功率負載（某些機床）常數(shù)TLn三.通風(fēng)機型負載特性TLnTL0理想的通風(fēng)機特性實際通風(fēng)機特性第五節(jié)電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件一.他勵直流電動機的機械特性機械特性：U電樞電壓，勵磁電流If和電樞電阻Rs為恒定的條件下，電機轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩T的關(guān)系曲線n=f(T)。電樞回路感應(yīng)電動勢電磁轉(zhuǎn)矩

與電機參數(shù)有關(guān)實際空載轉(zhuǎn)速:理想空載轉(zhuǎn)速:令U=UN,Φ=ΦN,RS=0得固有機械特性曲線：(1)理想空載轉(zhuǎn)速：T=0,n=n0=UN/CeΦN(2)額定轉(zhuǎn)速：T=TN,n=nN=n0-△nN1.固有機械特性曲線不改變電機回路的參數(shù)(3)固有特性：n=n0-?t,?=Ra/(CeCtΦN2)?大=>△nN上升=>曲線陡=>特性軟，反之特性硬由于電樞電阻很小，特性曲線斜率很小，所以固有機械特性是硬特性。(4)空載時，n’0=n0-?T0(5)轉(zhuǎn)速特性：Φ不變=>Ia與T正比（線性關(guān)系）得機械特性(1)電樞串電阻時的人為機械特性，既串Rs?改變，n0不變特點：1）不變，變大；2）越大，特性越軟。2.人為機械特性曲線改變電機回路的參數(shù):U,If,Rs(2)改變U，?不變，no與U成正比特點：1)

隨變化,不變;2)不同,曲線是一組平行線。保持不變，只改變電樞電壓時的人為特性：Φ下降->n0上升Φ下降=>?上升特性上移，變軟(3)改變勵磁電流If特點：1）弱磁，

增大；2）弱磁，增大保持不變，只改變勵磁回路調(diào)節(jié)電阻的人為特性：機械特性求取一、固有特性的求取

已知，求兩點:1）理想空載點和額定運行。具體步驟：(1)估算(2)計算(3)計算理想空載點：(4)計算額定工作點：二、人為特性的求取

在固有機械特性方程:的基礎(chǔ)上，根據(jù)人為特性所對應(yīng)的參數(shù)Rs或U或Φ變化，重新計算n0和β,然后得到人為機械特性方程式。二.電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件穩(wěn)定運行：電力拖動系統(tǒng)在系統(tǒng)的某種干擾作用下，離開了平衡位置，在新的條件下達到新的平衡，并在擾動消失后，還能回到原來的位置。分析負載為恒轉(zhuǎn)矩負載時的情況結(jié)論：對恒轉(zhuǎn)矩負載，電機的機械特性曲線斜率向下則穩(wěn)定，反之不穩(wěn)定。推廣1：在T與TL的交點處（平衡點），轉(zhuǎn)速之上T<TL,同時在交點處轉(zhuǎn)速之下T>TL，則穩(wěn)定。推廣2：在T=TL處，dT/dn<dTL/dn第二章直流電動機拖動系統(tǒng)起動：降壓起動，電樞回路串電阻分級起動調(diào)速：電樞回路串電阻，降壓，弱磁制動：能耗制動，反接制動，回饋制動第一節(jié)他勵直流電動機的起動一·起動要求分析定義：電動機通電后開始旋轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)速不斷增加，最終達到穩(wěn)定狀態(tài)的過程。要求：起動時間短->加速度大->電磁轉(zhuǎn)矩大->電樞電流大->換向困難，火花大，產(chǎn)生機械撞擊。加額定電壓后，起動瞬間的起動轉(zhuǎn)矩和起動電流分別為：

起動時由于轉(zhuǎn)速為零，電樞電動勢為零，而且電樞電阻很小，所以起動電流和起動轉(zhuǎn)矩將達很大值。起動時間和起動電流要達到平衡。

過大的起動電流將引起電網(wǎng)電壓下降、影響電網(wǎng)上其它用戶的正常用電、使電動機的換向惡化；同時過大的沖擊轉(zhuǎn)矩會損壞電樞繞組和傳動機構(gòu)。一般直流電動機不允許直接起動。方法1：電樞回路串電阻Ia=(U-E)/(Ra+R)=U/(Ra+R)，改變R使得Ia<（1.8～2.5）In方法2：降壓起動，U由低到高，使得Ia<（1.8～2.5）InIa=(U-E)/Ra=U/Ra

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或降低電樞電壓起動。二·串電阻分級起動1.實現(xiàn)起動過程電氣線路2.起動過程I1:電機最大允許電流I2:切換電流,I2大則起動級數(shù)多I1>I2>IL，I2=(1.1~2.2)ILa->b->c->d->e->f->g->h->iUN-CeΦnb=I2(Ra+Rst1+Rst2+Rst3)b點UN-CeΦnc=I1(Ra+Rst1+Rst2)c點nb=nc3.起動電阻計算(Ra+Rst1+Rst2+Rst3)/(Ra+Rst1+Rst2)=I1/I2=λ(1)同理對d,e點和f,g點,得方程(2):(Ra+Rst1+Rst2)/(Ra+Rst1)=(Ra+Rst1)/(Ra)=I1/I2=λ由（1）（2）得Ra+Rst1+Rst2+Rst3=Raλ3(3)由a點得方程UN-CeΦna=I1(Ra+Rst1+Rst2+Rst3)其中，na=0即，UN/I1=(Ra+Rst1+Rst2+Rst3)(4)由（3）和（4）得Ra+Rst1=Raλ=>Rst1=(λ-1)RaRa+Rst1+Rst2=Raλ2=>Rst2=λRst1Ra+Rst1+Rst2+Rst3=Raλ3=>Rst3=λRst2一般情況：Rst1=(λ-1)Ra，Rst2=λRst1,…,Rstm=λRst(m-1)

由方程式（2）得：求解步驟：(1)已知級數(shù)m求得：Rst1=(λ-1)Ra，Rst2=λRst1,…,Rstm=λRst(m-1)(2)已知I2，得取整后，由m重新按（1）求解，再驗證I2=I1/λ>IL負載電流三降壓起動

當(dāng)直流電源電壓可調(diào)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，起動電流隨電源電壓的降低而正比減小。隨著電動機轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shè)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(yīng)用。第二節(jié)他勵直流電動機的調(diào)速定義：通過人為改變電動機的機械特性，根據(jù)生產(chǎn)需要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速一·他勵直流電動機的調(diào)速方法機械特性曲線分析：改變：電阻Ra+Rs，電壓U，磁通Φ=>調(diào)節(jié)n1·電樞回路串電阻原理由電機數(shù)學(xué)方程分析（以速降為例）穩(wěn)態(tài)分析：T不變->Ia不變R上升，U不變,Ia不變->則E下降->n下降

未串電阻時的工作點串電阻后,工作點由A→A’→B0由機械特性曲線分析動態(tài)分析：電機狀態(tài)：A->A’->B穩(wěn)定優(yōu)點：電樞串電阻調(diào)速設(shè)備簡單，操作方便。2）低速時特性曲線斜率大,靜差率大,所以轉(zhuǎn)速的相對穩(wěn)定性差3）輕載時調(diào)速范圍小，額定負載時調(diào)速范圍D一般≦24）損耗大，效率低，不經(jīng)濟。對恒轉(zhuǎn)矩負載，調(diào)速前、后因增通不變而使電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電流不變，輸入功率不變，輸出功率卻隨轉(zhuǎn)速的下降而下降，減少的部分被串聯(lián)電阻消耗了。缺點：1）由于電阻只能分段調(diào)節(jié)，所以調(diào)速的平滑性差；調(diào)速性能損耗大，電阻發(fā)熱功率損耗空載或輕載時，調(diào)速范圍小低速時，特性變軟，穩(wěn)定性差為有級調(diào)速實現(xiàn)簡單改進方法：電樞并電阻，特性硬，穩(wěn)定性好2.降壓調(diào)速原理：由電機數(shù)學(xué)方程分析穩(wěn)態(tài)分析：

T不變->Ia不變U下降，R不變,Ia不變->則E下降->n下降動態(tài)分析：電機狀態(tài)：A->A’->B穩(wěn)定TTLAA’B調(diào)速壓前工作點A降壓瞬間工作點穩(wěn)定后工作點

降壓調(diào)速過程與電樞串電阻調(diào)速過程相似，調(diào)速過程中轉(zhuǎn)速和電樞電流（或轉(zhuǎn)矩）隨時間變化的曲線也相似。由機械特性曲線分析實現(xiàn)方法發(fā)電機－電動機系統(tǒng)性能比較優(yōu)越，總投資大，容量大2.可控硅直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)速性能高，容量大，應(yīng)用普遍3.弱磁調(diào)速原理由電機數(shù)學(xué)方程分析穩(wěn)態(tài)分析：動態(tài)分析：電機狀態(tài)：A->A’->B調(diào)節(jié)磁場前工作點弱磁瞬間工作點A→A‘弱磁穩(wěn)定后的工作點AB減弱磁通后，理想空載轉(zhuǎn)速上升,曲線的斜率值增大。由機械特性曲線分析優(yōu)點：

由于在電流較小的勵磁回路中進行調(diào)節(jié)，因而控制方便，能量損耗小，設(shè)備簡單，調(diào)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(zhuǎn)速升高，輸出功率也增大，電動機的效率基本不變，因此經(jīng)濟性是比較好。2）轉(zhuǎn)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，一般調(diào)速范圍D≤2；

為了擴大調(diào)速范圍，通常把降壓和弱磁兩種調(diào)速方法結(jié)合起來，在額定轉(zhuǎn)速以上，采用弱磁調(diào)速，在額定轉(zhuǎn)速以下采用降壓調(diào)速。思考：當(dāng)電機運行時，勵磁電源突然掉電，則會發(fā)生什么情況?缺點：1）機械特性的斜率變大，特性變軟；二.調(diào)速指標(biāo)1.靜差率（對某一個機械特性曲線而言）定義：

n0:該特性理想空載轉(zhuǎn)速n1:該特性額定負載轉(zhuǎn)速靜差率與機械特性曲線硬度的差別：對一組平行的機械特性曲線，硬度相同，但靜差率不同。(理想空載轉(zhuǎn)速小，靜差率大）2.調(diào)速范圍D（對一簇機械特性曲線而言）定義：電動機在額定負載下，可能的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比

所以得到靜差率下降=>調(diào)速范圍下降（nmax,ΔnN一定）ΔnN下降=>D上升（nmax,靜差率一定）=>采用無靜差的閉環(huán)控制3.調(diào)速平滑性

定義：相鄰兩級轉(zhuǎn)速的接近程度。在一定的調(diào)速范圍內(nèi)，調(diào)速的級數(shù)越多，調(diào)速越平滑。相鄰兩級轉(zhuǎn)速之比，為平滑系數(shù)。平滑系數(shù)：Φ=ni/(ni-1),Φ越接近1，平滑性越好，當(dāng)Φ=1時，稱為無級調(diào)速，即轉(zhuǎn)速可以連續(xù)調(diào)節(jié)。調(diào)速不連續(xù)時，級數(shù)有限，稱為有級調(diào)速。4.調(diào)速的經(jīng)濟性投資費用、運行效率及維修費用5.調(diào)速時允許輸出調(diào)速過程所能輸出的功率與轉(zhuǎn)矩三.調(diào)速方式與負載類型的配合1.穩(wěn)定運行條件分析1）T=TL2）Ia<Ian,即要保證最大程度使用電機，就要使Ia=Ian，也可使調(diào)速過程快。串電阻，降壓調(diào)速：恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速因為Ia=Ian不變，則T=CtΦIa不變?nèi)醮耪{(diào)速:恒功率調(diào)速同樣，EIa=(Un-IaRa)Ia不變，既速度與轉(zhuǎn)矩的乘積nT不變2.恒轉(zhuǎn)矩負載，恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速電機穩(wěn)定時，必然在機械特性曲線和負載特性曲線的交點處，而調(diào)速時機械特性曲線（人為機械特性曲線）是移動變化的，既交點只能在負載特性曲線上，而恒轉(zhuǎn)矩負載特性曲線為豎直直線AB要使得調(diào)速時電機充分利用，必須滿足Ia=Ian，即T=TN為常數(shù)，同樣為豎直直線A’B’。當(dāng)T=TN的直線A’B’與負載線AB重合時，既調(diào)速時t同時滿足上面兩個條件，電機充分利用，其狀態(tài)位于AB直線。結(jié)論：恒轉(zhuǎn)矩負載，恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時電機能充分利用3.恒功率負載，恒功率調(diào)速電機穩(wěn)定時，必然在機械特性曲線和負載特性曲線的交點處，而調(diào)速時機械特性曲線是移動變化的，既交點只能在負載特性曲線上，而恒功率負載特性曲線為雙曲線CD要使得調(diào)速時電機充分利用必須滿足Ia=Ian，即E為常數(shù)，同樣為雙曲線C’D’。當(dāng)曲線Ia=Ian的雙曲線C’D’與負載曲線CD重合，既調(diào)速時電機能被充分利用。結(jié)論：電機調(diào)速時能滿足Ia=Ian，因此電機調(diào)速時能充分利用。4.恒功率負載，恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速電機穩(wěn)定時，必然在機械特性曲線和負載特性曲線的交點處，而調(diào)速時機械特性曲線是移動變化的，既交點只能在負載特性曲線上，而恒功率負載特性曲線為雙曲線CD要使得調(diào)速時電機充分利用必須滿足Ia=Ian，而恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速曲線Ia=Ian為直線AB直線AB不可能與雙曲線CD重合。結(jié)論：因此電機調(diào)速時不能充分利用。5.恒轉(zhuǎn)矩負載，恒功率調(diào)速電機穩(wěn)定時，必然在機械特性曲線和負載特性曲線的交點處，而調(diào)速時機械特性曲線是移動變化的，既交點只能在負載特性曲線上，而恒轉(zhuǎn)矩負載特性曲線為直線AB。要使得調(diào)速時電機充分利用必須滿足Ia=Ian，既調(diào)速時電機的狀態(tài)位于雙曲線CD。直線AB不可能與雙曲線CD重合結(jié)論：電機調(diào)速時不能滿足Ia=Ian，因此電機調(diào)速時不能充分利用。第三節(jié)他勵直流電動機的制動運行一.概述制動定義：電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的實際方向相反1.轉(zhuǎn)速n,轉(zhuǎn)矩T,電壓U的參考方向的定義：電動機加正向并作電動運行時，各量的實際方向為參考方向,與參考方向相同為正,反之為負。所以制動時，電機在2，4象限運行電動時，電機在1，3象限運行2.制動運行的種類能耗制動回饋制動轉(zhuǎn)速反向反接制動電壓反向反接制動二.能耗制動1.原理：

電氣線路圖，特性曲線2.能耗制動停車

正向電動時，電源去掉并串電樞回路電阻

當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩的方向與轉(zhuǎn)速方向相同時,電機運行于電動機狀態(tài);當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)速方向相反時,電機運行于制動狀態(tài)。

電動制動電動狀態(tài)，如圖所示。將開關(guān)S投向制動電阻上即實現(xiàn)制動.

由于慣性，電樞保持原來方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，電動勢方向不變。由產(chǎn)生的電樞電流的方向與電動狀態(tài)時的方向相反,對應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩與方向相反,為制動性質(zhì),電機處于制動狀態(tài)。

制動運行時，電機靠生產(chǎn)機械的慣性力的拖動而發(fā)電，將生產(chǎn)機械儲存的動能轉(zhuǎn)換成電能，消耗在電阻上，直到電機停止轉(zhuǎn)動。機械特性方程：制動過程參數(shù)狀態(tài)變化：Ia=(U-E)/(RS+Ra)變負->T變負->n↓->E↓->Ia↓->T↓->T=0方向變化圖示：圖2-17電動狀態(tài):T>0,Ia>0,E>0,TL>0,n>0制動狀態(tài):T<0,Ia<0,E>0,TL>0,n>0機械特性曲線：運動狀態(tài)點變化過程：A->B->C電阻值大?。篟s=-E/Ia-Ra,E為制動瞬間電動機感應(yīng)電動勢，此時Ia允許最大值。能耗制動時的機械特性為：電動機狀態(tài)工作點制動瞬間工作點制動過程工作段電動機拖動反抗性負載，電機停轉(zhuǎn)。若電動機帶位能性負載,即下放重物，穩(wěn)定工作點電動狀態(tài)（電路未改變之前,A點）：EIa>0,表示電動機將電能轉(zhuǎn)化為動能制動狀態(tài)：（B點）EIa<0,表示電動機將動能轉(zhuǎn)化為電能UIa=0,表示電網(wǎng)斷開，無能量傳遞。能量轉(zhuǎn)化分析：E=-Ia(Ra+Rs)->EIa=-Ia2(Ra+Rs)電動機由于摩擦力和電磁轉(zhuǎn)矩而停止，因此，電動機動能轉(zhuǎn)化為摩擦力消耗的熱能和電樞電阻消耗的熱能。3.能耗制動用于恒速下放重物機械特性方程：同前制動過程參數(shù)狀態(tài)變化：Ia=(U-E)/(RS+Ra)變負->T變負->n↓->E↓->Ia↓->T↓->T=0->T變正->n變負，大小增加->T=TL（穩(wěn)定）方向變化圖示：制動狀態(tài):T<0,Ia<0,E>0,TL>0,n>0(第二象限）T>0,Ia>0,E<0,TL>0,n<0(第四象限）機械特性曲線：能耗制動時的機械特性為：電動機狀態(tài)工作點制動瞬間工作點制動過程工作段電動機拖動反抗性負載，電機停轉(zhuǎn)。若電動機帶位能性負載,即下放重物，穩(wěn)定工作點運動狀態(tài)點變化過程：A->B->C->D電阻值大?。和澳芰糠治觯▽Φ诙笙藓偷谒南笙薅加校〦Ia<0,表示機械能轉(zhuǎn)化為動能后，再被電動機轉(zhuǎn)化為電能，最后以熱能形式消耗在電樞回路的電阻上。UIa=0,表示電網(wǎng)斷開，無能量傳遞。三.電壓反向反接制動電壓反接制動時接線如圖所示。電動制動

開關(guān)S投向“電動”側(cè)時，電樞接正極電壓，電機處于電動狀態(tài)。進行制動時，開關(guān)投向“制動”側(cè)，電樞回路串入制動電阻后，接上極性相反的電源電壓，電樞回路內(nèi)產(chǎn)生反向電流：

反向的電樞電流產(chǎn)生反向的電磁轉(zhuǎn)矩，從而產(chǎn)生很強的制動作用——電壓反接制動。機械特性方程：機械特性曲線：制動過程參數(shù)狀態(tài)變化：Ia=(-U-E)/(RS+Ra)變負->T變負->n↓->E↓->Ia↓->T↓->T=0方向變化圖示：電動狀態(tài)(電壓未反向前）:T>0,Ia>0,E>0,TL>0,n>0,U>0制動狀態(tài):T<0,Ia<0,E>0,TL>0,n>0,-U<0運動狀態(tài)點變化過程：A->B->C電阻值大小：方法同上能量轉(zhuǎn)化分析：EIa<0,表示電動機將動能轉(zhuǎn)化為電能-UIa>0,表示電網(wǎng)向電動機傳遞能量。E=-U-Ia(Ra+Rs)->Ia2(Ra+Rs)=︱EIa︱+︱UIa︱電阻耗能電動機能量電源能量以上說明制動過程中，電網(wǎng)向電樞回路輸送能量，同時電動機將動能轉(zhuǎn)化成電能并輸送至電樞回路，它們都消耗在電阻的熱能上了。四.轉(zhuǎn)速反向反接制動（倒拉反轉(zhuǎn)）

倒拉反轉(zhuǎn)反接制動只適用于位能性恒轉(zhuǎn)矩負載在電樞回路中串聯(lián)一個較大的電阻,轉(zhuǎn)速反向電壓正向,即可實現(xiàn)制動.機械特性方程：機械特性曲線：制動過程參數(shù)狀態(tài)變化：Ia=(U-E)/(RS+Ra)變小->T減小,T<TL->n↓->E↓->Ia↑->T↑->T=TL電樞回路串入較大電阻后特性曲線正向電動狀態(tài)提升重物(A點)負載作用下電機反向旋轉(zhuǎn)(下放重物)電機以穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速下放重物D點工作點由A-B-C-D,CD段為制動段方向變化圖示：電動狀態(tài):（增加電阻改變電路后，n下降）T>0(T<TL),Ia>0,E>0,TL>0,n>0,U>0制動狀態(tài):（第四象限，n增加）T>0,Ia>0,E<0,TL>0,n<0,U>0運動狀態(tài)點變化過程：A->B->C->D能量轉(zhuǎn)化分析：（D點）EIa<0,表示電動機將動能轉(zhuǎn)化為電能UIa>0,表示電網(wǎng)向電動機傳遞能量。E=U-Ia(Ra+Rs)->Ia2(Ra+Rs)=︱EIa︱+UIa電阻耗能電動機能量電源能量以上說明制動過程中，電網(wǎng)向電樞回路輸送電能，同時電動機將動能轉(zhuǎn)化成電能并輸送至電樞回路，它們都消耗在電樞電阻的熱能上了。（與電壓反向反接制動比較）五.回饋制動定義：n>n0,E和U同號，E>U,Ia<0,T<O電磁轉(zhuǎn)矩為制動轉(zhuǎn)矩，電機工作在發(fā)電狀態(tài)。兩種實現(xiàn)方法:(1)增加轉(zhuǎn)速(2)減小U.機械特性方程：不變機械特性曲線：當(dāng)電車下坡時，運行轉(zhuǎn)速可能超過理想空載轉(zhuǎn)速,進入第二象限電壓反向反接制動帶位能性負載進入第四象限制動過程參數(shù)狀態(tài)變化：(1)遇下坡，TL變負->n↑->E↑->Ia↓->T↓->T=0，n=n0,E=U0->n>n0，Ia變負，T也變負，T<TL->n↑->T=TL以上黑色過程為電動，紅色過程為回饋制動(2)U變小,n0變小->n>n0,Ia變負,T變負->n↓->E↓->Ia↓->T↓->T=0,Ia=0,n=n0,E=U0->T變正,Ia變正->T↑->T=TL以上黑色過程為電動，紅色過程為回饋制動方向變化圖示：T<0,Ia<0,E>0,TL<0,n>0,U>0,E>U

運動狀態(tài)點變化過程：A->C能量轉(zhuǎn)化分析：EIa<0,表示電動機將動能轉(zhuǎn)化為電能UIa<0,表示電網(wǎng)為負載，從電動機回路吸入能量。E=U-IaRa->Ia2Ra+︱UIa︱=︱EIa︱電阻耗能電源輸能電動機能量以上說明回饋制動過程中，電動機將動能轉(zhuǎn)化成電能，再將大部分電能通過電樞回路返回至電網(wǎng)。第四節(jié)直流拖動系統(tǒng)的過渡過程穩(wěn)定運行：Ｔ＝ＴＬ過渡過程：Ｔ≠ＴＬ過渡過程定義：是系統(tǒng)從一種穩(wěn)定狀態(tài)到另一種穩(wěn)定狀態(tài)過渡所經(jīng)歷的過程．變化：n－＞Ｅ－＞Ｉa－＞Ｔ目的：控制過渡過程，減小損耗，提高效率，準(zhǔn)確停車方法：解析法，圖解法，計算機仿真或數(shù)值計算分析一．忽略電樞電感時的過渡過程產(chǎn)生原因:能量不能突變電磁慣性：電感電流不能突變機械慣性：轉(zhuǎn)速不能突變１.他勵直流電動機拖動恒轉(zhuǎn)矩負載過渡過程一般規(guī)律（電樞串電阻）運動方程：≠0機械特性：得到：令得：其解為：將邊界條件t=0,n=nB帶入得：同樣可得：一般表達式：三要素法BG:起始值，ED：終止值（穩(wěn)態(tài)值）Tm:時間常數(shù)初始值：過渡過程開始前的穩(wěn)態(tài)值穩(wěn)態(tài)值：過渡過程開始后，電機滿足機械特性與負載特性的交點．機電時間常數(shù)：運動方程和機械特性中有關(guān)參數(shù)的確定．推廣：對電壓引起的過渡過程，解法相同．對負載轉(zhuǎn)矩發(fā)生突變引起的過渡過程，解法也相同．由過渡過程開始到轉(zhuǎn)速nME（或ＴME，ＩME）達到某一中間值所經(jīng)歷的時間tME。２.他勵直流電動機帶恒轉(zhuǎn)矩負載，電樞回路串固定電阻啟動的過渡過程．分析：轉(zhuǎn)速初始值n＝0，所以過渡過程可視為U從0到某一定值變化而引起的過渡過程.設(shè)起動瞬間t=0。起始值：nBG=0,IaBG=U/(Ra+Rs),TBG=CTφIaBG,終止值：TED=TL,IaED=TED/CTφ,nED=[U-(Ra+Rs)IED]/(Ceφ)機電時間常數(shù)：滿足t=4Tm，時認為過渡過程已經(jīng)結(jié)束。3.他勵直流電動機串電阻分級起動時間計算(以3級為例)t在0-t1時間段：電樞電阻為Ra+Rst1+Rst2+Rst3IaBG=I1,IaED=IL,Iame=I2,則t1=Tm1ln(I1-IL)/(I2-IL)t在t1-t2時間段：電樞電阻為Ra+Rst2+Rst3IaBG=I1,IaED=IL,Iame=I2,則t2=Tm2ln(I1-IL)/(I2-IL)t在t2-t3時間段：電樞電阻為Ra+Rst3IaBG=I1,IaED=IL,Iame=I2,則t3=Tm3ln(I1-IL)/(I2-IL)t在t3-t4時間段：電樞電阻為RaIaBG=I1,IaED=IL,Iame=IL,則t4=Tm3ln(I1-IL)/(IL-IL)->無窮大這里取t4=4Tm4,得到總時間：t=t1+t2+t3+t4=(Tm1+Tm2+Tm3)ln(I1-IL)/(I2-IL)-4Tm4.電壓反向的反接制動過渡過程分析1)位能性恒轉(zhuǎn)矩負載nBG=nB,nED=nC,TBG=TB,TED=TL,速度降為0的時間為tb,Tp為n=0時的電磁轉(zhuǎn)矩

2)反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載三過渡過程中能量損耗1.空載過渡過程能量損耗(銅耗,不考慮電樞電感)ΔW為電樞回路銅耗，ΔE為電源輸入總能量1)空載起動能量損耗?BG=0,?x=?0,分別帶入上面兩式得：2)空載能耗制動停車的能量損耗由U=0得?0=0,?X=03)電壓反向反接制動空載停車U<0,?0<0,?BG=-?0,?X=0能量損耗由電源(J?0