第8章 他勵直流電動機(jī)電力拖動

第8章他勵流電動機(jī)電力拖動電機(jī)與拖動目錄8.1他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性8.2他勵直流電動機(jī)的起動8.3他勵直流電動機(jī)的調(diào)速8.4他勵直流電動機(jī)的制動8.5他勵電動機(jī)的四象限運行第八章直流電機(jī)電力拖動2/468.1他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性機(jī)械特性n=f(Te)當(dāng)Ua、Ra、If=常數(shù)。第八章直流電機(jī)電力拖動3/46OTe

nn0理想空載轉(zhuǎn)速機(jī)械特性的硬度8.1他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性(1)固有機(jī)械特性n=f(Te)|UaN、Ra、IfN特點-硬特性靜差率δ

?[3%,8%]第八章直流電機(jī)電力拖動4/46OTe

nn0n0'T0nNTNTst8.1他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性(2)人為機(jī)械特性n=f(Te)|Ua、Ra、If改變電樞回路串電阻特點-Ra↑

β↑

α↓

機(jī)械特性變軟第八章直流電機(jī)電力拖動5/46OTe

nn0RaRa1Ra2TLRa<

Ra1<

Ra28.1他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性(2)人為機(jī)械特性n=f(Te)|Ua、Ra、If改變降低電樞電壓特點-Ua↓

n0↓，但β、α不變

機(jī)械特性硬度不變第八章直流電機(jī)電力拖動6/46OTe

nn0UNUa1Ua2TLUN>

Ua1>

Ua2n01n028.1他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性(2)人為機(jī)械特性n=f(Te)|Ua、Ra、If改變減小勵磁電流特點-Φ↓

Tst↓

n0↑，但I(xiàn)st不變。第八章直流電機(jī)電力拖動7/46OTe

nn0ΦNΦ1Φ2TLΦN>

Φ1>

Φ2n01n02TstOIa

nn0ΦNΦ1Φ2TLΦN>

Φ1>

Φ2n01n02Ist8.1他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性例8-1

他勵直流電動機(jī)PN=22kW,UN=220V,IN=115A,nN=1500rpm，Ra=0.125Ω。如保持負(fù)載轉(zhuǎn)矩為額定值不變，試求下列情況下的電樞電流和電機(jī)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速：(1)電樞回路串入Rc=0.75Ω的電阻；(2)電樞電壓降為U=100V；(3)減弱磁通使Φ=0.85ΦN。解，(1)勵磁回路勵磁電壓不變，

主磁通不變；負(fù)載轉(zhuǎn)矩額定值TN不變，

電磁轉(zhuǎn)矩Te=TN+T0

不變；又有Te=CTΦNIa

電樞電流Ia=IN=115A不變。(2)同(1)電樞電流Ia=IN=115A不變。第八章直流電機(jī)電力拖動8/468.1他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性例8-1

他勵直流電動機(jī)PN=22kW,UN=220V,IN=115A,nN=1500rpm，Ra=0.125Ω。如保持負(fù)載轉(zhuǎn)矩為額定值不變，試求下列情況下的電樞電流和電機(jī)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速：(1)電樞回路串入Rc=0.75Ω的電阻；(2)電樞電壓降為U=100V；(3)減弱磁通使Φ=0.85ΦN。解，(3)負(fù)載轉(zhuǎn)矩額定值TN不變，

電磁轉(zhuǎn)矩Te=TN+T0

不變；弱磁0.85，又有Te=CTΦIa

第八章直流電機(jī)電力拖動9/468.2他勵直流電動機(jī)的起動起動性能起動電流Ist；起動轉(zhuǎn)矩Tst。直接起動n=0，E=0；

Ist=Ia=Ua/Ra=(10~20)IN

換向困難。Tst=Te=CTΦNIst=(10~20)TN

起動迅速。第八章直流電機(jī)電力拖動10/46Otn,iaIstME＋Ua－Rst1Rst2＋Uf－IaIfOtn,iaImaxImint1t28.2他勵直流電動機(jī)的起動電樞串聯(lián)電阻起動串聯(lián)(Rst1+Rst2)起動

R2=Ra+Rst1+Rst2起動轉(zhuǎn)矩(電流)：T1(I1)=(1.5~2.0)TN(IN)切除Rst2

R1=Ra+Rst1切換轉(zhuǎn)矩(電流)：T2(I2)=(1.1~1.2)TL(IL)切除Rst1

R1=Ra起動a點

加速到b點

跳變到c點

加速到d點

跳到e點

加速到f點。第八章直流電機(jī)電力拖動11/46ME＋Ua－Rst1Rst2＋Uf－IaIfOTenn0T1(I1)TLT2(I2)abdcef8.2他勵直流電動機(jī)的起動降低電樞電壓起動自動調(diào)節(jié)電壓，平滑起動；損耗??；需要可調(diào)直流電源。第八章直流電機(jī)電力拖動12/46ME＋Ua－＋Uf－IaIfOTenn0UaNUa1Ua2Ua3aT1(I1)cegT2(I2)bdfTLh8.2他勵直流電動機(jī)的起動他勵直流電動機(jī)的反轉(zhuǎn)

Te=CTΦIa磁場反向；Lf較大，過渡過程時間長；繞組容易斷開，失去勵磁。電樞電壓反向。如何改變并勵、串勵、復(fù)勵電動機(jī)轉(zhuǎn)向？第八章直流電機(jī)電力拖動13/46ME＋Ua－＋Uf－IaIfOTenn0－n0正向電動反向電動ME＋Ua－IaIf8.3他勵直流電動機(jī)的調(diào)速技術(shù)指標(biāo)調(diào)速范圍D

靜差率δ

平滑性φ容許輸出經(jīng)濟(jì)指標(biāo)設(shè)備投資運行費用調(diào)速方法第八章直流電機(jī)電力拖動14/46ME＋Ua－＋Uf－IaIfE＋U－＋Uf－IIfRa＋Ua－Ia8.3他勵直流電動機(jī)的調(diào)速(1)改變電樞電阻調(diào)速調(diào)速方向n<nN

Ra↑→n↓Ra↓→n↑第八章直流電機(jī)電力拖動15/46E＋U－＋Uf－IIfRa＋Ua－IaRa2OTe

nn0Ra1＞TLabcncTLOTenn0Ra2Ra1＞abcOTenn0Ra2Ra1＞TLacb8.3他勵直流電動機(jī)的調(diào)速(1)改變電樞電阻調(diào)速一般為有級調(diào)速（Ra連續(xù)變化成本較大）穩(wěn)定性變差Ra↑→β↑→α↓→δ↑調(diào)速范圍小經(jīng)濟(jì)性較差轉(zhuǎn)速越低，效率越低。調(diào)速范圍小允許負(fù)載恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、風(fēng)機(jī)類負(fù)載第八章直流電機(jī)電力拖動16/468.3他勵直流電動機(jī)的調(diào)速(1)改變電樞電阻調(diào)速運行經(jīng)濟(jì)性較差；調(diào)速方法簡單，控制設(shè)備簡單；初期設(shè)備投資少；機(jī)械特性變軟，穩(wěn)定性差。提高機(jī)械特性硬度的方法并聯(lián)電阻；穩(wěn)定性提高；效率仍然很低。第八章直流電機(jī)電力拖動17/46E＋U－＋Uf－IIfRa＋Ua－IaRc2Rc18.3他勵直流電動機(jī)的調(diào)速(2)改變電樞電壓調(diào)速調(diào)速方向n<nN

Ua↓→n↓Ua↑→n↑

調(diào)速特性平滑性好，可以實現(xiàn)無級調(diào)速；?n/

?U為常數(shù)。經(jīng)濟(jì)性運行經(jīng)濟(jì)性好、調(diào)速效率高；投資經(jīng)濟(jì)性差，需要專用可調(diào)電源。穩(wěn)定性Ua變化

α、β不變，穩(wěn)定性好；靜差率δ變大；調(diào)速范圍小。允許負(fù)載恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、風(fēng)機(jī)類負(fù)載第八章直流電機(jī)電力拖動18/46E＋U－＋Uf－IIfRa＋Ua－IaOTenUa1Ua2＞TLadbcTb8.3他勵直流電動機(jī)的調(diào)速(3)減弱磁通調(diào)速調(diào)速方向n>nN

Φ↓→n↑Φ↑→n↓

Φ↓→E↓→Ia↑→Te↑→n↑→E↑→Ia↓→Te↓→Te=TL穩(wěn)定性Φ↓n0↑、機(jī)械特性變軟，穩(wěn)定性差；靜差率δ不變；調(diào)速范圍電樞去磁反應(yīng)影響；換向能力；最大轉(zhuǎn)速、機(jī)械強度受限；一般D=2，特殊D=4。第八章直流電機(jī)電力拖動19/46E＋U－＋Uf－IIfRa＋Ua－IaOTenΦ2Φ1＞TLacb8.3他勵直流電動機(jī)的調(diào)速(3)減弱磁通調(diào)速調(diào)速平滑性勵磁電流較?。s2~5%IN）；易于實現(xiàn)連續(xù)改變勵磁電流；可實現(xiàn)無級調(diào)速。經(jīng)濟(jì)性勵磁電流較小，初期投資較少；改變勵磁電阻Rf設(shè)備成本低，易于實現(xiàn)；改變勵磁電壓Uf設(shè)備成本較高；調(diào)速設(shè)備耗能較少，運行效率高。允許負(fù)載恒功率負(fù)載Φ↓→Te↓，n↑，P

基本不變；風(fēng)機(jī)類負(fù)載、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載n↑

P2↑第八章直流電機(jī)電力拖動20/46E＋U－＋Uf－IIfRa＋Ua－IaOTenΦ2Φ1＞TLacb8.3他勵直流電動機(jī)的調(diào)速例8-5

他勵直流電動機(jī)PN=17kW,UN=220V,IN=90A,nN=1500rpm，Ra=0.146Ω。額定電壓、額定磁通時驅(qū)動某負(fù)載時n=1530rpm?，F(xiàn)在向下調(diào)速，要求最低轉(zhuǎn)速nmin=700rpm。采用降低電樞電壓方式，計算電樞電流變化范圍。(1)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載；(2)恒功率負(fù)載。解，額定，CEΦN=(UN–RaIN)/

nN=(220–0.146

90)/1500

CEΦN=0.138n=1530rpm時的感應(yīng)電動勢

Ea=CEΦN

n=0.1381530=211.14V電樞電流Ia=(UN–Ea

)/Ra

=(220–211.14)/0.146=60.69An=700rpm時(1)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，Te=TL=CTΦNIa不變

Ia'=Ia=60.69A第八章直流電機(jī)電力拖動21/468.3他勵直流電動機(jī)的調(diào)速例8-5

他勵直流電動機(jī)PN=17kW,UN=220V,IN=90A,nN=1500rpm，Ra=0.146Ω。額定電壓、額定磁通時驅(qū)動某負(fù)載時n=1530rpm?，F(xiàn)在向下調(diào)速，要求最低轉(zhuǎn)速nmin=700rpm。采用降低電樞電壓方式，計算電樞電流變化范圍。(1)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載；(2)恒功率負(fù)載。(2)恒功率負(fù)載，Pe=TeΩ

=TLΩ=CTΦNIaΩ

不變

Ia'/Ia=

Ω/Ω'

=

n

/

n'調(diào)速后電流

Ia'=Ia

n

/

n'=

60.691530/700=132.65A結(jié)論電樞電流的變化范圍是60.69A～132.65A。低速時電樞電流超過額定電樞電流，所以不能在低速時長期運行。

說明降低電樞電壓或電樞回路串電阻的調(diào)速方法不適合對恒功率負(fù)載進(jìn)行調(diào)速。第八章直流電機(jī)電力拖動22/468.3他勵直流電動機(jī)的調(diào)速例8-6

他勵直流電動機(jī)PN=17kW,UN=220V,IN=90A,nN=1500rpm，Ra=0.146Ω。額定電壓、額定磁通時驅(qū)動某負(fù)載時n=1530rpm。要求采用弱磁調(diào)速的方法把轉(zhuǎn)速升高到nmax=1900r/min。計算電樞電流變化范圍。(1)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載；(2)恒功率負(fù)載。解，額定，P2N=PeN=CTΦNINΩN=CEΦNnNIN

CEΦN=PN/(INnN)=17000/(901500)=0.1259≠0.138n=1530rpm時的感應(yīng)電動勢

Ea=CEΦN

n=0.1381530=211.14V電樞電流

Ia=(UN–Ea

)/Ra

=(220–211.14)/0.146=60.69An=1900rpm時(1)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，Te=TL=CTΦNIa=CTΦ'Ia'不變

Ia'/Ia=

ΦN/Φ'…….1第八章直流電機(jī)電力拖動23/468.3他勵直流電動機(jī)的調(diào)速例8-6

他勵直流電動機(jī)PN=17kW,UN=220V,IN=90A,nN=1500rpm，Ra=0.146Ω。額定電壓、額定磁通時驅(qū)動某負(fù)載時n=1530rpm。要求采用弱磁調(diào)速的方法把轉(zhuǎn)速升高到nmax=1900r/min。計算電樞電流變化范圍。(1)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載；(2)恒功率負(fù)載。

Ia'/Ia=

ΦN/Φ'…….1Φ'=(Ia/Ia')

ΦN又

Ia'=(UN–Ea')/Ra=

(UN–CEΦ'n')/Ra

Ia'=

UN/Ra–CEΦ'n'/Ra

…….2Ia'=

UN/Ra–CE

(Ia/Ia'

)ΦNn'/RaIa'2=(UN/Ra)Ia'–CEIaΦNn'/RaIa'2–(UN/Ra)Ia'+CEΦNIan'/Ra=0Ia'2–(220/0.146)Ia'+0.138

60.69

1900

/0.146=0求解，Ia'=

76.20A

(Ia'=

1430.67A舍去)。(2)恒功率負(fù)載，電樞電流不變，Ia'=Ia

=60.69A第八章直流電機(jī)電力拖動24/468.3他勵直流電動機(jī)的調(diào)速例8-6

他勵直流電動機(jī)PN=17kW,UN=220V,IN=90A,nN=1500rpm，Ra=0.146Ω。額定電壓、額定磁通時驅(qū)動某負(fù)載時n=1530rpm。要求采用弱磁調(diào)速的方法把轉(zhuǎn)速升高到nmax=1900r/min。計算電樞電流變化范圍。(1)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載；(2)恒功率負(fù)載。(2)恒功率負(fù)載，電樞電流不變，Ia'=Ia

=60.69A--------------------------第八章直流電機(jī)電力拖動25/468.4他勵直流電動機(jī)的制動目的：快速停車、勻速放下重物等。方法：機(jī)械制動、電氣制動。(1)能耗制動動能轉(zhuǎn)換成電能，被制動電阻消耗掉。第八章直流電機(jī)電力拖動26/46Te

nE＋Ua－Ia＋Uf－電動狀態(tài)E＋Uf－RbIaTen制動狀態(tài)TLTL8.4他勵直流電動機(jī)的制動(1)能耗制動制動前：特性1制動開始后：特性2Ua=0n0=0迅速停車（bO）

a

b，na=nb，Ea=Eb

Ia反向

Te反向，制動開始

Te+TL共同作用

n↓

O

n=0

E=0

Ia

=0，Te

=0。制動停車。第八章直流電機(jī)電力拖動27/46TLOTen12ba8.4他勵直流電動機(jī)的制動(1)能耗制動迅速停車（bO）Rb↓

Ia↑

Te↑

Tb↑更快速度制動停車。位能負(fù)載（Oc）a

b

O

Te=0，TL≠0

n<0反轉(zhuǎn)

Ea<0

Ia<0反向

Te<0|TL|>|Te||n|↑|TL|=|Te|c制動運行狀態(tài)。第八章直流電機(jī)電力拖動28/46TLOTen12ba(Ia)(Ia')2'(Rb小)b'cc'8.4他勵直流電動機(jī)的制動(1)能耗制動第八章直流電機(jī)電力拖動29/46n↓→n=0,→n＜0,E＜0制動運行nTe電動狀態(tài)制動過程8.4他勵直流電動機(jī)的制動例8-7

他勵直流電動機(jī)UN=220V,IN=115A,nN=1500rpm，Ra=0.125Ω。最大允許電流Iamax<2IN。負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL=0.9TN。試求，(1)反抗性負(fù)載時，能耗制動停機(jī)，電樞回路中需要串聯(lián)制動電阻值；(2)位能負(fù)載時，要求下放重物速度n=-300rpm，電樞串聯(lián)的制動電阻值。解，額定，Te=CTΦNIaTL=0.9TN

電樞電流Ia=0.9IN

=0.9115=103.5A(1)反抗性負(fù)載，Eb=Ea=UN–RaIa

=220-103.50.125=207.06V

制動電阻最小值，

Rbmin=Eb/Iamax–Ra

=207.06/(2

115)–0.125=0.78Ω第八章直流電機(jī)電力拖動30/468.4他勵直流電動機(jī)的制動例8-7

他勵直流電動機(jī)UN=220V,IN=115A,nN=1500rpm，Ra=0.125Ω。最大允許電流Iamax<2IN。負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL=0.9TN。試求，(1)反抗性負(fù)載時，能耗制動停機(jī)，電樞回路中需要串聯(lián)制動電阻值；(2)位能負(fù)載時，要求下放重物速度n=-300rpm，電樞串聯(lián)的制動電阻值。(2)位能負(fù)載，穩(wěn)定運行c點，TL=0.9TNTe=CTΦNIa

電樞電流Ia=0.9IN

感應(yīng)電動勢，E=CEΦNnc=0.137300=41.1V

制動電阻最小值，

Rbmin=Ec/Ia–Ra

=41.1/103.5–0.125=0.272Ω220-0.125115=CEΦN1500

CEΦN=205.625/1500=0.137第八章直流電機(jī)電力拖動31/468.4他勵直流電動機(jī)的制動(2)反接制動制動前：特性1制動開始后：特性2-Ua-n0迅速停車（bc）

a

b，na=nb，Ea=Eb

Ia反向

Te反向

制動開始

Te+TL共同作用

n↓

c

n=0

E=0

Te

≠0。立即斷電停車。第八章直流電機(jī)電力拖動32/46OTen12－n0TLbace8.4他勵直流電動機(jī)的制動(2)反接制動迅速停車（cd）

n=0

E=0，

Te

≠0。未斷電，反向起動，

n反向，E反向，|TL|<|Te||n|↑

d，|TL|=|Te|反向電動運行。第八章直流電機(jī)電力拖動33/46OTen12－n0TLbace－TLd8.4他勵直流電動機(jī)的制動(2)反接制動制動效果（bd）Rb↓

特性2斜率↓，制動轉(zhuǎn)矩|Tb|↑

制動過程更快。位能負(fù)載？第八章直流電機(jī)電力拖動34/46OTen12－n0TLbace－TLd2

Tb

b

Tbc'd'f'8.4他勵直流電動機(jī)的制動(2)反接制動位能負(fù)載？!①電樞接入Rb；②Ia↓Te↓Te＜TL

n↓③n＜0|n|↑制動前，特性1制動開始，特性2a

b

Te<TL

n↓b

c

n<0↓c

d

Te=TL倒拉制動電源能量以及重物位能全部消耗在制動電阻上。效果Rb↓

斜率越小

nd越小，制動越快第八章直流電機(jī)電力拖動35/46OTen1TLa1'2bdc8.4他勵直流電動機(jī)的制動例8-8

他勵直流電動機(jī)UN=220V,IN=115A,nN=1500rpm，Ra=0.125Ω。最大允許電流Iamax<2IN。負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL=0.9TN。試求，(1)反抗性負(fù)載時，電壓反接制動停機(jī)，電樞回路中需要串聯(lián)制動電阻值；(2)位能負(fù)載時，采用電動勢反向反接恒速下放重物速度n=-1000rpm，電樞串聯(lián)的制動電阻值。解，額定，Te=CTΦNIaTL=0.9TN

電樞電流Ia=0.9IN

=0.9115=103.5A(1)反抗性負(fù)載，Eb=Ea=UN–RaIa

=220-103.50.125=207.06V

制動電阻最小值，

Rbmin=(UN+Eb)

/Iamax–Ra

=(220+207.06)/(2

115)–0.125=1.734Ω第八章直流電機(jī)電力拖動36/468.4他勵直流電動機(jī)的制動例8-8

他勵直流電動機(jī)UN=220V,IN=115A,nN=1500rpm，Ra=0.125Ω。最大允許電流Iamax<2IN。負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL=0.9TN。試求，(1)反抗性負(fù)載時，電壓反接制動停機(jī)，電樞回路中需要串聯(lián)制動電阻值；(2)位能負(fù)載時，采用電動勢反向反接恒速下放重物速度n=-1000rpm，電樞串聯(lián)的制動電阻值。(2)位能負(fù)載，穩(wěn)定運行d點，nd

<0，電動勢E反向，E<0E=CEΦNnd=0.137(–1000)=–137V

電壓平衡方程

UN=Ea+Ia(Ra+Rb)

制動電阻

Rb=(UN–E)

/Ia–Ra

=(220–(–137))/103.5–0.125=3.32Ω

nd>0

E>0

UN+Ea=Ia(Ra+Rb)第八章直流電機(jī)電力拖動37/468.4他勵直流電動機(jī)的制動(3)回饋制動n>n0

E>Ua電動機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)；動能轉(zhuǎn)換為電能回饋電網(wǎng)；Ia<0Te<0。正向回饋

下坡

上坡時，工作在a點，Te=TL1

下坡時，TL2<0，Te>0

n↑

a

n0，na<n0<nb，Ea<UN<Eb

n>n0

E>U

Ia<0反向

Te<0反向

制動開始Te>TL2

n↑

Te=TL2

n0

b

第八章直流電機(jī)電力拖動38/46OTen1n0TL12aTL23b8.4他勵直流電動機(jī)的制動(3)回饋制動正向回饋

下坡第八章直流電機(jī)電力拖動39/46OTen1n0TL12aTL23b8.4他勵直流電動機(jī)的制動(3)回饋制動降低電壓調(diào)速