電機應(yīng)用技術(shù)高職層次

電機應(yīng)用技術(shù)高職層次第1頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二第二章直流電機的應(yīng)用課件制作吳加國第2頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二第二章直流電機的應(yīng)用凡是由電動機拖動生產(chǎn)機械，并完成一定工藝要求的系統(tǒng)，都稱為電力拖動系統(tǒng)。電力拖動系統(tǒng)一般由控制設(shè)備、電動機、傳動機構(gòu)、生產(chǎn)機械和電源五部分組成，如圖2-1所示。

圖2-1電動機作為原動機，通過傳動機構(gòu)帶動生產(chǎn)機械執(zhí)行某一生產(chǎn)任務(wù)；控制設(shè)備是由各種控制電機、電器、自動化元件及工業(yè)控制計算機、可編程序控制器等組成，用以控制電動機的運動，從而對生產(chǎn)機械的運動實現(xiàn)自動控制；電源的作用是向電動機和其它電氣設(shè)備供電。第3頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二第一節(jié)生產(chǎn)機械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性電力拖動系統(tǒng)的負(fù)載就是電動機轉(zhuǎn)軸上拖動的機械負(fù)載。由運動方程式可知，拖動系統(tǒng)的運行狀況除受電動機的機械特性（下一節(jié)討論）影響外，也與負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性有關(guān)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性（簡稱負(fù)載特性）是指電力拖動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速n與負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL之間的函數(shù)關(guān)系n=f(TL)。各種生產(chǎn)機械的負(fù)載特性大致可分為以下三種類型。

一、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性

二、恒功率負(fù)載特性

三、通風(fēng)機型負(fù)載特性

第4頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二

一、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性

恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載是指負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL的大小不隨轉(zhuǎn)速變化，TL=常數(shù)，這種特性稱為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性。它有反抗性和位能性兩種。1．反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的特點是，負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小不變，但負(fù)載轉(zhuǎn)矩的方向始終與生產(chǎn)機械運動的方向相反，總是阻礙電動機的運轉(zhuǎn)，當(dāng)電動機的旋轉(zhuǎn)方向改變時，負(fù)載轉(zhuǎn)矩的作用方向也隨之改變，永遠(yuǎn)是阻力矩。屬于這類特性的生產(chǎn)機械有軋鋼機和機床的平移機構(gòu)等。特性曲線如圖2-2所示。

圖2-2第5頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二2．位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載

這種負(fù)載的特點是負(fù)載轉(zhuǎn)矩由重力作用產(chǎn)生，不論生產(chǎn)機械運動的方向變化與否，負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小和方向始終不變。例如起重設(shè)備提升重物時，負(fù)載轉(zhuǎn)矩為阻力矩，其作用方向與電動機旋轉(zhuǎn)方向相反，當(dāng)下放重物時，負(fù)載轉(zhuǎn)矩變?yōu)轵?qū)動轉(zhuǎn)矩，其作用方向與電動機旋轉(zhuǎn)方向相同，促使電動機旋轉(zhuǎn)。特性曲線如圖2-3所示。圖2-3第6頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二二、恒功率負(fù)載特性

恒功率負(fù)載的特點是當(dāng)轉(zhuǎn)速變化時，負(fù)載從電動機吸收的功率為恒定值：

常數(shù)就是說，負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比。例如，一些機床切削加工，車床粗加工時，切削量大（TL大），用低速檔；精加工時，切削量小（TL?。酶咚贆n。恒功率負(fù)載特性曲線如圖2-4所示。

圖2-4第7頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二三、通風(fēng)機型負(fù)載特性

通風(fēng)機型負(fù)載的特點是負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)速n的二次方成正比。即TL=kn2

式中，k是比例常數(shù)。常見的這類負(fù)載如鼓風(fēng)機、水泵、油泵等。負(fù)載特性曲線如圖2-5所示。必須指出，以上三類是典型的負(fù)載特性，實際生產(chǎn)機械的負(fù)載特性常為幾種類型負(fù)載的綜合。例如起重機提升重物時，電動機所受到的除位能性負(fù)載轉(zhuǎn)矩外，還要克服系統(tǒng)機械摩擦所造成的反抗性負(fù)載轉(zhuǎn)矩。所以電動機軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL應(yīng)是上述兩個轉(zhuǎn)矩之和。

圖2-5第8頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)他勵直流電動機的機械特性

直流電動機的機械特性就是指在穩(wěn)定運行情況下，電動機的轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，即n=f(T)。機械特性是電動機的主要特性，利用機械特性和負(fù)載特性可以確定系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速及起動、制動、調(diào)速等運行性能；在一定近似條件下還可以利用機械特性和運動方程式分析電力拖動系統(tǒng)的動態(tài)運行情況，如轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩及電流隨時間的變化規(guī)律。下面以他勵直流電動機為例討論機械特性。

第9頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二一、他勵直流電動機的機械特性按圖2-6可以列出他勵直流電動機的電動勢平衡方程式：式中，Rpa是電樞回路外串電阻。因為，所以經(jīng)整理得：

圖2-6根據(jù)，得

，

則機械特性方程式為

第10頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二當(dāng)U、R、Φ的數(shù)值不變時，而Ce、CT是由電動機結(jié)構(gòu)決定的常數(shù)，則轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩T為線性關(guān)系。機械特性曲線如圖2-7所示。圖2-7n=n0

－βT=n0

－Δn

則式還可以寫成式中，n0是電磁轉(zhuǎn)矩T=0時的轉(zhuǎn)速，稱為理想空載轉(zhuǎn)速n0=U/(CeΦ)。電動機實際上空載運行時，由于T=T0≠0，所以實際空載轉(zhuǎn)速略小于理想空載轉(zhuǎn)速n0。

第11頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二

β是機械特性的斜率，，在同樣的理想空載轉(zhuǎn)速下，β值較小時，直線傾斜不大，即轉(zhuǎn)速隨電磁轉(zhuǎn)矩的變化較小，稱此機械特性曲線為硬機械特性，β值越大，直線傾斜越厲害，機械特性為軟機械特性?！鱪是轉(zhuǎn)速降，

當(dāng)機械負(fù)載變化時，例如TL從零逐漸增大，則電動機的電磁轉(zhuǎn)矩T由零逐漸增大，電動機的轉(zhuǎn)速從n0逐漸下降，下降數(shù)值是△n。斜率β越大，轉(zhuǎn)速下降越快。第12頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二電動機的機械特性分為固有機械特性和人為機械特性。1．他勵電動機的固有機械特性當(dāng)他勵電動機的電源電壓、磁通為額定值，電樞回路未接附加電阻Rpa時的機械特性稱為固有機械特性。將上述條件代入式，得到固有機械特性方程式為

由于電樞回路沒有串聯(lián)電阻Rpa，而電樞繞組的電阻Ra阻值很小，Φ=ΦN數(shù)值最大，所以特性曲線斜率β最小，固有機械特性曲線為硬特性。第13頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二2．他勵電動機的人為機械特性如果人為地改變式中的U、R、Φ等參數(shù)后得到的機械特性稱為人為機械特性。（1）電樞回路串接電阻時的人為機械特性保持U=UN、Φ=ΦN不變，只在電樞回路中串入電阻Rpa時的人為機械特性方程式為圖2-8是不同Rpa時的一組人為機械特性。

圖2-8第14頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二觀察圖2-8的一組人為機械特性曲線可知，改變電阻Rpa的大小，可使電動機的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。因此電樞回路串電阻的方法可以用于調(diào)速。與固有機械特性相比，電樞回路串電阻的人為機械特性的特點是：

1）理想空載轉(zhuǎn)速n0保持不變；

2）斜率β隨Rpa的增大而增大，轉(zhuǎn)速降△n增大，特性曲線變軟。

第15頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二（2）改變電源電壓時的人為機械特性當(dāng)Φ=ΦN，電樞回路不串聯(lián)電阻（Rpa=0），改變電源電壓的人為機械特性方程式為由于受到絕緣強度的限制，電壓只能從額定值UN向下調(diào)節(jié)。與固有機械特性相比，改變電源電壓的人為機械特性的特點是：1）理想空載轉(zhuǎn)速n0正比于電壓U，U降低時，理想空載轉(zhuǎn)速成比例減??；

2）特性曲線斜率β不變。

圖2-9是調(diào)節(jié)電壓的一組人為機械特性曲線，它是一組平行直線。降低電源電壓也可用于調(diào)速，U越低，轉(zhuǎn)速越低。

圖2-9第16頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二（3）改變磁通時的人為機械特性保持電動機的電樞電壓U=UN，電樞回路不串接電阻（Rpa=0），改變磁通的人為機械特性方程式為由于電機設(shè)計時，ΦN處于磁化曲線的膝點，接近飽和值，因此，磁通一般從額定值ΦN減弱?？烧{(diào)節(jié)勵磁回路串接的可變電阻Rpf使其增大來實現(xiàn)。與固有機械特性相比，弱磁的人為機械特性的特點是：

1）理想空載轉(zhuǎn)速與磁通成反比，減弱磁通Φ，n0升高；

2）斜率β與磁通二次方成反比，弱磁使斜率增大。

圖2-10是弱磁人為機械特性曲線。它是一組隨Φ減弱，理想空載轉(zhuǎn)速升高，曲線斜率變大的直線。若將此法應(yīng)用于調(diào)速時，則一般Φ越弱，轉(zhuǎn)速越高。圖2-10第17頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二二、電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件

前面分析了生產(chǎn)機械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性n=f(TL)和電動機的機械特性n=f(T)，把兩種特性配合起來，就可以研究電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運行問題。所謂穩(wěn)定運行，就是指電力拖動系統(tǒng)在某種外界因素的擾動下，離開原來的平衡狀態(tài)，當(dāng)外界因素消失后，仍能恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)，或在新的條件下達到新的平衡狀態(tài)。這里的“擾動”一般是指電網(wǎng)電壓波動或負(fù)載的微小變化。電動機在電力拖動系統(tǒng)中運行時，系統(tǒng)會出現(xiàn)穩(wěn)定運行和不穩(wěn)定運行兩種情況。第18頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二如圖2-11a所示圖2-11此時電動機產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩T＞TL2，系統(tǒng)開始加速，隨著n的上升，電樞感應(yīng)電動勢Ea=CeΦnN也上升，電樞電流Ia=(UN－Ea)/Ra將減小，直流電動機產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩T=CTΦNIa也將減小，當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩減小到T=TL2時，系統(tǒng)進入新的較高轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定點運行，即圖2-11a）中的B點，此時T=TL2，n=。如TL恢復(fù)到TL1，系統(tǒng)將恢復(fù)到A點運行。

當(dāng)負(fù)載由TL1減小為TL2時，在負(fù)載減小開始時刻，由于機械慣性，轉(zhuǎn)速n和電磁轉(zhuǎn)矩T（因Ia不能突變）不能突變，第19頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二圖2-11b中的情況就不同了，機械特性上翹。當(dāng)負(fù)載由TL1減小到TL2時，在負(fù)載減小時，由于存在慣性，轉(zhuǎn)速n和電磁轉(zhuǎn)矩不能突變，此時電動機的電磁轉(zhuǎn)矩T＞TL2，系統(tǒng)仍加速運行，而從機械特性上看到，轉(zhuǎn)速越高，電磁轉(zhuǎn)矩越大，系統(tǒng)不可能到達B點穩(wěn)定運行，而是越過B點不斷加速，導(dǎo)致電機或系統(tǒng)損壞。因而圖2-11b為不穩(wěn)定運行情況。電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的充分必要條件是：在T=TL處的機械特性與負(fù)載特性的交點之上，應(yīng)該保證T<TL；在這一交點之下，應(yīng)保證T>TL。

第20頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二第三節(jié)他勵直流電動機的起動和反轉(zhuǎn)

電動機工作時，轉(zhuǎn)子總是從靜止?fàn)顟B(tài)開始轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速逐漸上升，最后達到穩(wěn)定運行狀態(tài)的，由靜止?fàn)顟B(tài)到穩(wěn)定運行狀態(tài)的過程稱為起動過程或簡稱起動，電動機在起動過程中，電樞電流Ia、電磁轉(zhuǎn)矩T、轉(zhuǎn)速n都隨時間變化，是一個過渡過程。開始起動的一瞬間，轉(zhuǎn)速等于零，這時的電樞電流稱為起動電流，用Ist表示；對應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩稱為起動轉(zhuǎn)矩，用Tst表示。

生產(chǎn)機械對直流電動機的起動有下列要求：

1）起動轉(zhuǎn)矩足夠大（Tst＞TL，電動機才能順利起動）。

2）起動電流不可太大。3）起動設(shè)備操作方便，起動時間短，運行可靠，成本低廉。第21頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二一、起動方法

1．全壓起動全壓起動就是將直流電動機的電樞上直接加以額定電壓的起動方式。如圖2-12所示。圖2-12起動時，先合Q1建立磁場，然后合上Q2全壓起動。起動開始瞬間，由于機械慣性的影響，電動機轉(zhuǎn)速n=0，電樞繞組感應(yīng)電動勢Ea=CeΦn=0，由電動勢平衡方程式U=Ea+IaRa可知起動電流及起動轉(zhuǎn)矩分別為：

Tst=CTΦIst

第22頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二例2-1一臺Z2-61他勵直流電動機，PN=10kW，UN=220V，nN=1500r/min，IN=53.8A，Ra=0.286Ω，計算：1）直接起動時的起動電流。2）在額定磁通下起動的起動轉(zhuǎn)矩。解1）求起動電流

起動電流是額定電流的14.3倍。第23頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二2）求起動轉(zhuǎn)矩額定負(fù)載時的電磁轉(zhuǎn)矩

不考慮電樞反應(yīng)去磁的影響，則Tst∝Ist，所以第24頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二從上例可以看出，由于電樞電阻Ra阻值很小，額定電壓下直接起動的起動電流很大，通?？蛇_額定電流的（10~20）倍。起動轉(zhuǎn)矩也很大，過大的起動電流將引起電網(wǎng)電壓的下跌，影響其他用電設(shè)備的正常工作，而對電動機自身的換向器也將產(chǎn)生劇烈的火花。同時很大的起動轉(zhuǎn)矩可能會使軸上受到直流電動機一般不允許的機械沖擊，嚴(yán)重時將損壞電力拖動系統(tǒng)中的傳動裝置。所以全壓起動只限用于容量很小的直流電動機。對于常規(guī)的他勵電動機，為了限制起動電流，可以采用減壓起動和電樞回路串聯(lián)電阻的起動方法。起動前，應(yīng)將勵磁回路的可變電阻調(diào)至零，使勵磁電流最大，以保證勵磁磁通為最大值，這樣在電樞電流不太大時能產(chǎn)生足夠大的起動轉(zhuǎn)矩。第25頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二2．減壓起動減壓起動即起動前將施加在電動機電樞兩端的電源電壓降低，以減小起動電流Ist，為了獲得足夠的起動轉(zhuǎn)矩（Tst＞TL），起動時電流通常限制在（1.5~2）IN內(nèi)，則起動電壓應(yīng)為Ust=IstRa=(1.5~2)INRa

隨著轉(zhuǎn)速n的上升，反電動勢Ea也逐漸增大，Ia相應(yīng)減小，起動轉(zhuǎn)矩也減小。為使Ist保持在（1.5~2）IN范圍，即保證有足夠大的起動轉(zhuǎn)矩，起動過程中電壓U必須不斷升高，直到電壓升至額定電壓UN，電動機進入穩(wěn)定運行狀態(tài)，起動過程結(jié)束。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，目前多用晶閘管整流裝置自動控制起動電壓。第26頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二3．電樞回路串電阻起動電樞回路串電阻起動時，電源電壓為額定值且恒定不變，在電樞回路中串接一起動電阻Rst，達到限制起動電流的目的。由電動勢平衡方程式可知，在起動時，Ea=0，則例2-2例2-1中的電動機若限制起動電流不超過100A，求：1）采用減壓起動，起動電壓是多少？2）采用電樞回路串電阻起動，則起動開始時應(yīng)串入多大電阻？解1）求起動電壓

2）求起動電阻

串入一個不到2Ω的電阻，就可將電流從769.2A降至100A，限流效果十分明顯。

第27頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二起動過程中，由于n↑→Ea↑→Ist↓→Tst↓，所以電動機的加速作用也逐漸減小，致使轉(zhuǎn)速上升緩慢，起動過程延長。要想在起動過程中保持加速度不變，必須要求電動機的電樞電流和電磁轉(zhuǎn)矩在起動過程中不變，即隨著轉(zhuǎn)速上升，起動電阻Rst應(yīng)平滑均勻地減小。這樣做比較困難。通常把起動電阻分成若干段（一般2~4段），逐級切除。下面對電樞串多級電阻的起動過程進行定性分析。第28頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二圖2-13是他勵直流電動機電樞回路串電阻自動起動的接線圖。

圖2-13Rst4、Rst3、Rst2、Rst1為各級串入的起動電阻，KM以及KM1~KM4分別各是接觸器的常開觸點，可以通過時間繼電器控制它們按要求依次閉合。

起動過程如圖2-14機械特性所示。

第29頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二當(dāng)電動機勵磁繞組通電后，再接通KM，其它接觸器觸點斷開，將電動機接上額定電壓，此時電樞電路接入全部電阻起動，起動電流Ist1=UN/R4(R4=Ra+Rst1+Rst2+Rst3+Rst4)，產(chǎn)生的起動轉(zhuǎn)矩Tst1＞TL（設(shè)TL=TN）。電動機從a點開始起動，轉(zhuǎn)速沿曲線ab上升至b點，起動轉(zhuǎn)矩減小至Tst2。這時KM1接通，切除第一級起動電阻Rst4，電動機由R4的機械特性切換到R3

(R3=Ra+Rst1+Rst2+Rst3)的機械特性。切換瞬間，由于機械慣性，轉(zhuǎn)速不能突變，電動勢Ea保持不變，電樞電流將突然增大，轉(zhuǎn)矩也成比例突然增大，選擇恰當(dāng)?shù)碾娮瑁罐D(zhuǎn)矩增加至Tst1，電動機運行點從b點跳變至c點。從c點繼續(xù)加速到d點，KM2接通，切除第二級電阻Rst3，電動機運行點從d點躍變到e點，電機沿ef曲線加速，如此繼續(xù)下去，依次接通KM3、KM4使電動機由a點經(jīng)b、c、d、e、f、g、h點到達i點。此時，所有起動電阻均被切除，電動機進入固有機械特性曲線運行并繼續(xù)加速至k點。在k點T=TL，電動機軸上轉(zhuǎn)矩平衡且穩(wěn)定運行，起動過程結(jié)束。圖2-14第30頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二為了保證起動過程中既有足夠大的起動轉(zhuǎn)矩又不致使起動電流過大，起動過程中直流電動機的電流或轉(zhuǎn)矩一般取Tst1=(1.5~2.0)TN或I1=(1.5~2.0)IN，通常取I1=2IN

Tst2=(1.1~1.2)TN或I2=(1.1~1.2)IN。

第31頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二在小容量直流電動機中或在實驗室里，常用人工手動辦法來起動。

常用的三點起動器起動就是其中的一種，圖2-15為三點式起動器的接線圖。

圖2-15起動前，起動器手柄處于0位（起動位），接通直流電源，此時勵磁繞組通電，建立磁場，而電樞繞組還未接通。將手柄自0位逐漸順時針轉(zhuǎn)動，經(jīng)位置1時，電樞繞組內(nèi)串入所有電阻將起動，手柄繼續(xù)轉(zhuǎn)動經(jīng)位置2、3、4將起動電阻逐段切除，至位置5時，起動電阻全部切除，起動結(jié)束，電磁鐵YA將手柄吸住，使其一直處在位置5（運行位）上。若電源電壓過低、突然斷電或需停機而切斷電源，則電磁鐵YA吸力減小或消失，手柄上彈簧將手柄拉回起動位置，電動機停轉(zhuǎn)，為下一次起動做好準(zhǔn)備。電磁鐵YA也起著欠電壓和失壓保護的作用。第32頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二二、他勵直流電動機的反轉(zhuǎn)第一章曾討論到要使電動機反轉(zhuǎn)，必須改變電磁轉(zhuǎn)矩的方向，而電磁轉(zhuǎn)矩的方向由磁通方向和電樞電流的方向決定，所以，只要改變Φ或Ia的方向，電磁轉(zhuǎn)矩即改變方向。在自動控制中，通常直流電動機的反轉(zhuǎn)實施方法有兩種：1．改變勵磁電流方向

保持電樞兩端電壓極性不變，將勵磁繞組反接，使勵磁電流反向，磁通Φ即改變方向。2．改變電樞電壓極性保持勵磁繞組兩端的電壓極性不變，將電樞繞組反接，電樞電流Ia即改變方向。第33頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二由于他勵直流電動機的勵磁繞組匝數(shù)多，電感大，勵磁電流從正向額定值變到負(fù)向額定值的時間長，反向過程緩慢，而且在勵磁繞組反接斷開瞬間，繞組中將產(chǎn)生很大的自感電動勢，可能造成絕緣擊穿，所以實際應(yīng)用中大多采用改變電樞電壓極性的方法來實現(xiàn)電動機的反轉(zhuǎn)。但在電動機容量很大，對反轉(zhuǎn)速度要求不高的場合，為了減小控制電器的容量，可采用改變勵磁繞組極性的方法實現(xiàn)電動機的反轉(zhuǎn)，也是可以采用的。第34頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二第四節(jié)他勵直流電動機的制動根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩T和轉(zhuǎn)速n方向之間的關(guān)系，可以把電機分為兩種運行狀態(tài)。當(dāng)T與n同方向時，稱為電動運行狀態(tài)，簡稱電動狀態(tài)；當(dāng)T與n反方向時，稱為制動運行狀態(tài)，簡稱制動狀態(tài)。制動作用可以用于使拖動系統(tǒng)減速或停車；也可用以維持位能性負(fù)載恒速運動，如起重機類機械勻速下放重物，電車勻速下坡運行等。

實際制動的方法有機械制動和電氣制動兩種：機械制動，它是利用摩擦力產(chǎn)生阻轉(zhuǎn)矩實現(xiàn)制動的；而電氣制動，則是使拖動系統(tǒng)的電動機產(chǎn)生一個與轉(zhuǎn)向相反的電磁轉(zhuǎn)矩來實現(xiàn)制動。常用的電氣制動方法有能耗制動、反接制動和回饋制動三種，下面分別進行分析討論。第35頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二一、能耗制動圖2-16a是能耗制動控制線路圖，接觸器KM1常開觸點閉合時，為電動運行狀態(tài)，此時電樞電流Ia、電樞電動勢Ea、轉(zhuǎn)速n及驅(qū)動性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩T的方向如圖所示。當(dāng)需要制動時，接觸器KM1的常開觸點斷開，切斷電源，KM1的常閉觸點閉合，接入制動電阻Rbk，電動機便進入能耗制動狀態(tài)，如圖2-16b所示。圖2-16第36頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二電動機制動初始時，由于慣性作用，轉(zhuǎn)速n仍保持與原電動狀態(tài)相同的方向和大小，又因為磁通保持不變，所以電樞電動勢Ea的大小和方向亦與電動狀態(tài)時相同。但是，由Ea在閉合的回路內(nèi)產(chǎn)生的電樞電流Ibk卻與電動狀態(tài)時電樞電流Ia的方向相反，由此而產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩Tbk也與電動狀態(tài)時的T方向相反，變?yōu)橹苿愚D(zhuǎn)矩，于是電機處于制動運行。制動運行時，電機靠生產(chǎn)機械慣性力的拖動而發(fā)電，將生產(chǎn)機械儲存的動能轉(zhuǎn)換成電能，并消耗在電阻（Ra+Rbk）上，直到電機停止轉(zhuǎn)動為止，所以這種制動方式稱為能耗制動。

第37頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二把U=0、R=Rbk+Ra代入式

便可得到能耗制動的機械特性方程

或

可見，能耗制動時的機械特性曲線是一條通過坐標(biāo)原點的直線，其理想空載轉(zhuǎn)速為零，特性的斜率

與電動狀態(tài)下電樞串電阻Rbk時的人為特性的斜率相同，如圖2-17中直線bO所示。圖2-17第38頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二能耗制動時，電動機工作點的變化情況可用機械特性曲線說明。在制動過程中，假設(shè)原來電動機拖動反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運行于電動狀態(tài)（a點），制動切換瞬間，由于轉(zhuǎn)速n不能突變，電動機的工作點從a點過渡至b點，此時，電磁轉(zhuǎn)矩反向，電機沿曲線bO減速，隨著n↓→Ea↓→Ia↓→制動電磁轉(zhuǎn)矩T↓，直至O點，n=0，Ea=0，Ia=0，T=0，電動機迅速停車。若電動機拖動位能性負(fù)載，如圖2-18所示下放重物采用能耗制動，a→b→O是其制動過程，與拖動反抗性負(fù)載時完全相同。但是在O點（T=0），拖動系統(tǒng)在TL的作用下，開始反轉(zhuǎn)，n反向，Ea反向，Ia和T再次反向，這時機械特性位于第四象限（圖2-17中虛線所示）。隨著轉(zhuǎn)速的增加，電磁轉(zhuǎn)矩也不斷增大，直到T=TL時（圖2-17中c點），系統(tǒng)加速度為零，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，重物勻速下放。此狀態(tài)稱為穩(wěn)定能耗制動運行。

圖2-18第39頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二改變制動電阻Rbk的大小，可以改變能耗制動特性曲線的斜率，從而可以改變起始制動轉(zhuǎn)矩的大小，以及下放位能負(fù)載時的穩(wěn)定速度。Rbk越小，特性曲線的斜率越小，起始制動轉(zhuǎn)矩越大，而下放位能負(fù)載的速度越小。減小制動電阻，可以增大制動轉(zhuǎn)矩，縮短制動時間，提高工作效率。但制動電阻太小，將會造成過大的制動沖擊電流。通常限制最大制動電流Ibk≤（2~2.5）IN，而制動電阻由下式確定：制動反抗性負(fù)載使電機運行在第二象限時，式中的Ea為制動前電動狀態(tài)的電樞電動勢，Ea＞0（n＞0），但Ibk為負(fù)值；若勻速下放重物使電機運行在第四象限時，Ea＜0（n＜0），但Ibk為正值。

能耗制動操作簡單，但隨著轉(zhuǎn)速的下降，電動勢減小，制動電流和制動轉(zhuǎn)矩也隨之減小，制動效果變差。若為了使電機能更快地停轉(zhuǎn)，可以在轉(zhuǎn)速降到一定程度時，切除一部分制動電阻，使制動轉(zhuǎn)矩增大，從而加強制動作用。第40頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二例2-3他勵直流電動機的銘牌數(shù)據(jù)為PN=22kW，UN

=220V，IN

=116A，nN=1500r/min，

Ra=0.175Ω，CeΦN

=0.133。1）電動機在額定工作狀態(tài)時，進行能耗制動，取最大制動電流為2IN，試求電樞回路應(yīng)串入的制動電阻Rbk1。2）用此電動機拖動起重機，當(dāng)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的2/3時，要求電動機在能耗制動狀態(tài)下，以800r/min的速度下放重物，試求電樞回路中應(yīng)串入的制動電阻Rbk2。解：1）制動前電樞電動勢為Ea=UN－INRa=(220-116×0.175)V=199.7V按式

求取串入的制動電阻值：

第41頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二2）因為CeΦN不變而此時T=2/3TN，故Ibk=2/3IN，由式或式得：=

第42頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二二、反接制動反接制動有電樞反接制動（電壓U反接制動）和倒拉反接制動（電動勢Ea反接制動）兩種方式。

1、電壓反接制動電壓反接制動的控制電路如圖2-19所示。圖2-19當(dāng)接觸器KM1的常開觸點閉合，KM2的常開觸點斷開時，電樞接正極性的電源電壓，此時電機處于電動運行狀態(tài)。進行制動時，KM1的常開觸點斷開，KM2的常開觸點閉合，此時電樞回路串入制動電阻Rbk后，接上極性相反的電源電壓，即電樞電壓由原來的正值變?yōu)樨?fù)值。此時，在電樞回路內(nèi)，UN與Ea順向串聯(lián)，共同產(chǎn)生很大的反向電流。第43頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二在電樞回路內(nèi)，UN與Ea順向串聯(lián)，共同產(chǎn)生很大的反向電流。

反向的電樞電流Ibk產(chǎn)生很大的反向電磁轉(zhuǎn)矩T，從而產(chǎn)生很強的制動作用，這就是電壓反接制動。電壓反接制動時的機械特性就是在U=－UN，Φ=ΦN，R=Ra+Rbk條件下的一條人為機械特性，即或第44頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二可見，其特性曲線是一條通過－n0點，斜率為的直線，

如圖2-20中線段bc所示。圖2-20電壓反接制動時，電動機的工作點從原來的電動狀態(tài)a點過渡到b點，電磁轉(zhuǎn)矩反向?qū)﹄妱訖C制動，使電動機轉(zhuǎn)速迅速降低，從b點沿制動機械特性下降到c點，此時n=0，如果要求停車，就必須馬上切斷電源。如果要求電機反向運行，若負(fù)載是反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，當(dāng)n=0時，若電磁轉(zhuǎn)矩，則電動機堵轉(zhuǎn)；若，電動機將反向起動，沿特性曲線至d點（第三象限）－T=－TL，電機穩(wěn)定運行在反向電動狀態(tài)。如果負(fù)載是位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，電機反向轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高將沿特性曲線到e點（第四象限），在反向回饋制動狀態(tài)下穩(wěn)定運行。第45頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二頻繁正、反轉(zhuǎn)的電力拖動系統(tǒng)常常采用電樞反接制動，系統(tǒng)先反接制動停車，接著自動反向起動，達到迅速制動并反轉(zhuǎn)的目的。電動狀態(tài)時，電樞電流的大小正比于UN與Ea之差，而反接制動時，電樞電流的大小正比于UN與Ea之和，因此反接制動時電樞電流是非常大的。為了限制過大的電樞電流，反接制動時必須在回路中串接制動電阻Rbk。Rbk的大小應(yīng)使反接制動時電樞電流Ibk=（2~2.5）IN，據(jù)此選擇制動電阻Rbk，有電機運行在第二象限即制動反抗性負(fù)載時，Ea＞0(n＞0)，而Ibk＜0；運行在反向電動狀態(tài)時，Ea＜0(n＜0)，Ibk＜0；運行在第四象限即反向回饋制動狀態(tài)下穩(wěn)定下放重物時，Ea＜0(n＜0，，)，Ibk＞0。第46頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二2、倒拉反接制動倒拉反接制動只適用于位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，發(fā)生在提升重物轉(zhuǎn)為下放重物的情況下。倒拉反接制動控制電路如圖2-21a所示。圖2-21電動機提升重物時，接觸器KM常開觸點是閉合的，電動機運行在固有機械特性的a點（電動狀態(tài)），如圖2-21b所示。

第47頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二下放重物時，KM觸點斷開，電樞電路內(nèi)串接較大電阻Rbk，這時電機轉(zhuǎn)速不能突變，工作點從a點過渡至對應(yīng)的人為機械特性b點上，由于T<TL，電機減速沿曲線下降至c點。在c點，n=0，此時仍有T<TL，在負(fù)載重物的作用下，電動機被倒拉而反轉(zhuǎn)起來，重物下放。由于n反向（n<0），Ea也反向（Ea<0）。此時，電樞回路內(nèi)UN與Ea實為順向串聯(lián)，共同產(chǎn)生很大的正向電流：（Ea<0）倒拉反接制動時，電樞電流是正值，所以電磁轉(zhuǎn)矩保持原方向，但轉(zhuǎn)速n為負(fù)值，電動機運行在制動狀態(tài)，此運行狀態(tài)是由于位能負(fù)載轉(zhuǎn)矩拖動電動機反轉(zhuǎn)而形成的。（回顧電壓反接制動狀態(tài)：n>0，但Ibk<0）。電機過c點后，仍有T<TL，電機反向加速，使Ea的絕對值增大，Ia與T也相應(yīng)增大，直到d點，T=TL，電動機以d點的速度勻速下放重物。第48頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二倒拉反接制動的機械特性方程為或

可見，倒拉反接制動時的機械特性方程式就是電動狀態(tài)時電樞串電阻的人為特性方程式，只不過此時電樞串入的電阻值較大，使得，即而已。因此，倒拉反接制動特性曲線是電動狀態(tài)電樞串電阻的人為特性在第四象限的延伸部分。下放重物的速度可以因串入電阻Rbk的大小不同而異，Rbk越大，下放速度越高。

第49頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二Rbk的大小由下式確定：由于電機運行在第四象限，故式中n<0，Ea<0，但Ibk>0。Ibk的大小由負(fù)載轉(zhuǎn)矩決定。第50頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二三、回饋制動針對電動機電樞回路平衡方程式：前面已經(jīng)討論過：1）U>Ea，屬正向電動狀態(tài)，n>0，Ia>0；2）U=0，屬能耗制動狀態(tài)，n>0，Ia<0或n<0，Ia>0；

3）U<0，屬電壓反接制動狀態(tài)，n>0但Ia<0；4）Ea<0，屬倒拉反接制動狀態(tài)，n<0但Ia>0；現(xiàn)在再來討論第5）種情況：

U<Ea，即n0<n時，n>0但Ia<0。第51頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二由于電樞電流反向，電磁轉(zhuǎn)矩T的方向也隨之改變，由驅(qū)動轉(zhuǎn)矩變?yōu)橹苿愚D(zhuǎn)矩。從能量傳遞方向看，電機處于發(fā)電狀態(tài)，將機械能變換成電能回饋給電網(wǎng)（Ea>U），因此稱這種狀態(tài)為回饋制動狀態(tài)。回饋制動的機械特性方程式為：或第52頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二可見回饋制動時的機械特性方程式與電動狀態(tài)時相同，只是運行在特性曲線上不同的區(qū)段而已。正向回饋制動時的機械特性位于第二象限，當(dāng)n>n0時，只有Ia<0即T<0；反向回饋制動時則位于第四象限（用于穩(wěn)定下放位能性負(fù)載）。分別如圖2-22中的n0a段和-n0b段。圖2-22第53頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二例2-4一臺他勵直流電動機，PN=5.6kW，UN=220V，IN=31A，nN=1000r/min，Ra=0.4Ω，TL=49N·m，電樞電流不得超過2倍額定電流（忽略空載轉(zhuǎn)矩T0）。試計算：1）電動機拖動反抗性負(fù)載，采用能耗制動停車，電樞回路應(yīng)串入的制動電阻最小值是多少？若采用電樞反接制動停車，電阻最小值是多少？2）電動機拖動位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，要求以300r/min速度下放重物，采用倒拉反接制動運行，電樞回路應(yīng)串入多大電阻？若采用能耗制動運行，電樞回路應(yīng)串入多大電阻？3）想使電機以n=―1200r/min速度，在反向回饋制動運行狀態(tài)下，下放重物，電樞回路應(yīng)串多大的電阻？若電樞回路不串電阻，在反向回饋制動狀態(tài)下，下放重物的轉(zhuǎn)速是多少？4）畫上上述各種制動情況的機械特性。第54頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二解1）計算能耗制動電阻和電樞反接制動電阻電動狀態(tài)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速能耗制動電阻，由式（2-13）得電樞反接制動電阻，由式（2-16）得第55頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二2）計算倒拉反接運行和能耗制動運行時，電樞回路應(yīng)串入電阻倒拉反接穩(wěn)定制動時的電樞電流為由式（2-19）計算倒拉反接制動電阻由式（2-13）計算能耗制動穩(wěn)定運行時的電阻第56頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二3）計算反向回饋制動運行時電阻反向回饋制動運行，不串電阻時的轉(zhuǎn)速4）畫各機械特性第57頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二圖2-23本題的各種機械特性如圖2-23所示。第58頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二綜上所述，制動狀態(tài)的特點是電動機的電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速方向相反。幾種制動方法的比較與應(yīng)用見表2-1（教材P41）所示。現(xiàn)將他勵直流電動機四個象限運行的機械特性畫在一起，如圖2-24所示，便于加深理解和綜合分析。在第一、三象限內(nèi)，T與n同方向，為電動運行狀態(tài)；在第二、四象限內(nèi)，T與n反方向，為制動運行狀態(tài)。圖2-24第59頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二第五節(jié)他勵直流電動機的調(diào)速為了提高生產(chǎn)效率或滿足生產(chǎn)工藝的要求，許多生產(chǎn)機械在工作過程中都需要調(diào)速。例如金屬切削機床，由于工件的材料和精度的要求不同，工作速度也就不同，又如軋鋼機，因軋制不同品種和不同厚度的鋼材，要采取不同的最佳速度。這種人為地改變電動機速度滿足生產(chǎn)工藝要求，通常稱為調(diào)速。調(diào)速可用機械方法，電氣方法或機械電氣相結(jié)合的方法，本節(jié)只討論電氣調(diào)速。電氣調(diào)速是人為地改變電動機的參數(shù)，使電力拖動系統(tǒng)運行于不同的人為機械特性上。這不同于由于負(fù)載變化，使電動機在同一條特性上發(fā)生的轉(zhuǎn)速變化。第60頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二一、調(diào)速指標(biāo)電動機的調(diào)速性能，常用下列指標(biāo)衡量：1．調(diào)速范圍調(diào)速范圍是指電動機在額定負(fù)載時所能達到的最高轉(zhuǎn)速nmax與最低轉(zhuǎn)速nmin之比，用D表示，即不同的生產(chǎn)機械對調(diào)速范圍的要求不同，例如車床D=20~120，龍門刨床D=10~40，軋鋼機D=3~120，造紙機D=3~20等。由式可知要擴大調(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。第61頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二2．調(diào)速的相對穩(wěn)定性（靜差率）相對穩(wěn)定性是指負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化時，轉(zhuǎn)速隨之變化的程度，工程上常用靜差率δ%來衡量相對穩(wěn)定性。靜差率表示電動機在某一機械特性上運行時，由理想空載到額定負(fù)載所出現(xiàn)的轉(zhuǎn)速降與理想空載轉(zhuǎn)速之比，用百分?jǐn)?shù)表示為顯然，在相同的n0情況下，電動機的機械特性愈硬，靜差率就愈小，相對穩(wěn)定性就愈好。生產(chǎn)機械調(diào)速時，要求靜差率小于一定值，以使負(fù)載發(fā)生變化時，轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)變化，保持一定的穩(wěn)定程度，生產(chǎn)機械容許的靜差率用δr%表示，是指實際空載轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速之差與實際空載轉(zhuǎn)速之比的百分值，與δ%略有不同。例如，普通車床要求δr%≤30%，一般設(shè)備要求δr%≤50%，高精度的造紙機要求δr%≤0.1%。第62頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二3．調(diào)速的平滑性調(diào)速的平滑性是指兩個相鄰調(diào)速級（如第i級與第i-1級）的轉(zhuǎn)速之比，用系數(shù)表示

值越接近于1，調(diào)速平滑性越好，在一定的調(diào)速范圍內(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，例如龍門刨床要求基本上近似無級調(diào)速（即

≈1）。第63頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二4．調(diào)速的經(jīng)濟性調(diào)速的經(jīng)濟性是指對調(diào)速設(shè)備的投資和電能消耗、調(diào)速效率等經(jīng)濟效果的綜合比較。5．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)速過程中軸上所能輸出的功率和轉(zhuǎn)矩。在電動機穩(wěn)定運行時，實際輸出的功率和轉(zhuǎn)矩由負(fù)載的需要來決定，故應(yīng)使調(diào)速方法適應(yīng)負(fù)載的要求。第64頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二二、改變電樞電路串聯(lián)電阻的調(diào)速電樞回路串電阻調(diào)速的原理及調(diào)速過程可用圖2-25說明。圖2-25設(shè)電樞未串接電阻Rpa時，電動機穩(wěn)定運行在固有機械特性的a點上，當(dāng)電阻Rpa1接入電樞電路瞬間，因轉(zhuǎn)速不能突變，工作點從a點過渡至人為機械特性的b點，這時電樞電流減小，電磁轉(zhuǎn)矩減小，T<TL，電動機減速，電樞電動勢減小，電流Ia回升，T增大，直到T=TL，電動機在低速的c點穩(wěn)定運行。第65頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二電樞串電阻調(diào)速的特點：1）串入電阻后轉(zhuǎn)速只能降低，由于機械特性變軟，靜差率變大，特別是低速運行時，負(fù)載稍有變動，電動機轉(zhuǎn)速波動大，因此調(diào)速范圍受到限制，一般為D=1~3。2）調(diào)速的平滑性不高。3）由于電樞電流大，調(diào)速電阻消耗的能量較多，不夠經(jīng)濟。4）調(diào)速方法簡單，設(shè)備投資少。這種調(diào)速方法適用于小容量電動機的調(diào)速，例如起重設(shè)備和運輸牽引裝置。應(yīng)該注意，調(diào)速電阻不能用起動變阻器代替，因為起動變阻器是短時使用，而調(diào)速變阻器是連續(xù)工作的。第66頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二例2-5一臺直流他勵電動機，其額定數(shù)據(jù)為：PN=100kW，IN=511A，UN=220V，nN=1500r/min，電樞電路總電阻Ra=0.04Ω，電動機拖動額定恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運行，現(xiàn)用電樞串電阻的方法將轉(zhuǎn)速調(diào)至600r/min，應(yīng)在電樞電路內(nèi)串多大電阻？解：因為調(diào)速前后的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為額定負(fù)載不變，磁通大小也不變，所以電樞電流Ia在調(diào)速前后保持恒定，Ia=IN。由調(diào)速前的額定值可求得：設(shè)轉(zhuǎn)速調(diào)至600r/min時電樞串電阻為Rpa，則故在電樞電路中必須串接的電阻為0.23Ω，比電樞電阻大得多。所以將轉(zhuǎn)速從1500r/min降至600r/min。

第67頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二三、降壓調(diào)速電動機的工作電壓不允許超過額定電壓，因此電樞電壓只能在額定電壓往下進行調(diào)節(jié)，降壓調(diào)速的原理及調(diào)速過程可用圖2-26說明。圖2-26設(shè)電動機穩(wěn)定運行a點，突然將電樞電壓從U1降至U2，因機械慣性，轉(zhuǎn)速不能突變，電動機由a點過渡到b點，此時T<TL，電機立即減速，隨n↓→Ea↓→Ia↑T↑，直到c點T=TL，電動機以較低的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行。在降壓幅度較大時，例如從U1突降到U3，電動機由a點過渡到d點，此時成為回饋制動；當(dāng)電動機減速至e點時，Ea=U，電動機重新進入電動狀態(tài)繼續(xù)減速直至f點，T=TL，電機以更低的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行。第68頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二降壓調(diào)速的特點：1）無論是高速還是低速，機械特性硬度不變，靜差率小，但略有增大，調(diào)速性能穩(wěn)定，故調(diào)速范圍廣。2）電源電壓能平滑調(diào)節(jié)，故調(diào)速平滑性好，可達到無級調(diào)速。3）降壓調(diào)速是通過減小輸入功率來降低轉(zhuǎn)速的，低速時，損耗減小，調(diào)速經(jīng)濟性好。4）調(diào)壓電源設(shè)備較復(fù)雜。降壓調(diào)速的性能好，目前被廣泛用于自動控制系統(tǒng)中。如軋鋼機，龍門刨床等。第69頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二例2-6例題2-5的電動機，現(xiàn)在用調(diào)節(jié)電樞電壓的方法調(diào)速，將電樞電壓降低至額定電壓的50%，即U’=0.5UN=110V，求電動機的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速是多少?解調(diào)速后，因負(fù)載轉(zhuǎn)矩未變，磁通也未變，故電樞電流也未變，即I=IN

=511A，根據(jù)電樞電路電動勢平衡方程式

U=Ea+INRa

則調(diào)速后的電動勢為Ea=U－INRa=（110－511×0.04）V=89.56V

降壓后的轉(zhuǎn)速為第70頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二四、弱磁調(diào)速額定運行的電動機，其磁路已基本飽和，即使勵磁電流增加很大，磁通也增加很少，從電機的性能考慮也不允許磁路過飽和。因此，改變磁通只能從額定值往下調(diào)，調(diào)節(jié)磁通來調(diào)速即是弱磁調(diào)速。其調(diào)速原理及調(diào)速過程可用圖2-27說明。

圖2-27設(shè)電動機在a點穩(wěn)定運行，當(dāng)突然將磁通從Φ1降至Φ2時，轉(zhuǎn)速來不及變化，則電動機運行由a點過渡到b點，在b點T>TL，電機立即加速，隨n↑→Ea↑→Ia↓T↓，直到c點T=TL，電動機以新的較高的工作速度穩(wěn)定運行。與降壓調(diào)速類似，在突然增磁過程中，也會出現(xiàn)回饋制動。讀者可自行分析。

第71頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二弱磁調(diào)速的特點：1）弱磁調(diào)速機械特性較軟，受電機換向條件和機械強度的限制，轉(zhuǎn)速調(diào)高幅度不大，因此調(diào)速范圍D=1~2。2）調(diào)速平滑，可以無級調(diào)速。3）在功率較小的勵磁回路中調(diào)節(jié)，能量損耗小。4）控制方便，控制設(shè)備投資少。第72頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二例2-7例2-5的電動機，用弱磁的方法調(diào)速，磁通減小10%時。試求：

1）調(diào)速瞬間的電樞電流。2）調(diào)速后的穩(wěn)定電樞電流和轉(zhuǎn)速。解1）求調(diào)速瞬間的電樞電流因為瞬間轉(zhuǎn)速不變，即n=1500r/min；磁通降為額定時的90%，即CeΦ=90%CeΦN，則可見磁通減小10%的瞬間，電樞電流增大一倍。同時電磁轉(zhuǎn)矩也增大，電動機加速。第73頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二2）求調(diào)速后的穩(wěn)定電樞電流和轉(zhuǎn)速。因為調(diào)速前后的負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，故調(diào)速前后的電磁轉(zhuǎn)矩也不變，即則調(diào)速后的穩(wěn)定電樞電流及轉(zhuǎn)速分別為：從以上計算可知，弱磁調(diào)速后，電動機的轉(zhuǎn)速提高，對于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載來說，同時電樞電流會比調(diào)速前大。若調(diào)速前是在額定狀態(tài)運行，則調(diào)速后電樞電流會大于額定電流，變成過載運行，但電動機不允許長期過載運行，應(yīng)予注意。第74頁，共81頁，2023年，2月20日，星期二第六節(jié)串勵和牽引直流電動機簡介一、串勵直流電動機串勵電動機的接線如圖2-28所示，因為直流串勵電動機的勵磁繞組與電樞電路相串聯(lián)，勵磁電流If與電樞電流Ia相等，造成了串勵電動機具有與他（并）勵電動機有很大差異的特性。從結(jié)構(gòu)上來看，由于串勵電動機的勵磁繞組流過的是電樞電流，導(dǎo)線截面與他（并）勵電動機相比較大，匝數(shù)較少。圖2-28按