第6章直流电力拖动

1、2021-9-3电机学（2）第 6 章 直流电力拖动湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3电 机 学电机学 + 电力拖动湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3电机学内容同步电机直流电机异步电机交流电机共同理论变压器湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3电机学的分析过程基本结构运行原理运行特性暂态分析特殊问题重点掌握内容教学重点湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3电力拖动内容拖动基础交流拖动电动机选择直流拖动教学重点湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3电力拖动的分析过程起动问题调速问题各种状态暂态分析电机选择教学重点湖北工业大学稀土电机及控制

2、研究所2021-9-3电机学 -1 教学内容变压器同步电机直流电机共同理论电机学湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3电机学-2 教学内容直流拖动交流拖动电动机选择异步电机电机学+电力拖动湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3电机学课程特点 综合性、基础性以及实践性都很强是电机学课程的主要特点。湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3电机学学习要求 认真听课 及时复习 加强实践湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3平时成绩组成考勤 + 作业 + 实验湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3第 6 章 直流电力拖动6.1 直流电力拖动概述湖北工业大学

3、稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电力拖动概述一、电力拖动系统的组成二、拖动系统转动方程式三、多轴电力拖动系统及其简化湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电力拖动概述一、电力拖动系统的组成湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电机驱动冷轧轧钢机湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电机驱动龙门刨床湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电机驱动堆高车 湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3观光电动车湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3电力拖动系统组成电源控制设备电动机传动机构工作机构电力拖动系统组成示意图湖北工

4、业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3电力拖动系统组成电力拖动 是指由电动机作为原动机拖动生产机械。直流电力拖动 是指由直流电动机作为原动机拖动生产机械。湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电力拖动概述二、拖动系统转动方程式湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3拖动系统转动方程式MUIa电动机负载TemTLn单轴直流电力拖动系统湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3拖动系统转动方程式负载 TLnGD2电动机 Tem，T0单轴电力拖动系统示意图湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3拖动系统转动方程式12dvFFmdt由物理学, 物体直线转运动时,

5、 有F1F2v湖北工业大学稀土电机及控制研究所m2021-9-3拖动系统转动方程式dtdJTTLem 由物理学, 物体作旋转运动时, 有602ngGDDgGmJ44222 式中,湖北工业大学稀土电机及控制研究所转动惯量2021-9-3拖动系统转动方程式 对于外径为D1的实心圆柱体，其转动惯性直径D 为D1 1刚体的转动惯性直径 D21DD 湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3拖动系统转动方程式dtdnGDTTLem3752 拖动系统的转动方程为GD2 称为飞轮矩，单位 Nm2式中,T = TemTL 称为动转矩湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3拖动系统转动方程式0 d

6、tdn系统加速T 00 dtdn系统减速T 00 dtdn系统恒速T = 0湖北工业大学稀土电机及控制研究所电动机旋转运动的三种状态2021-9-3直流电力拖动概述三、多轴电力拖动系统 及其简化湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3多轴电力拖动系统及其简化湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3多轴电力拖动系统及其简化湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3多轴电力拖动系统及其简化多轴电力拖动系统示意图工作机构 TfnGDa2GDb2GDf2nbnfj1,1j2,2电动机 Tem，T0湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3多轴电力拖动系统及其简化 对于多轴电

7、力拖动系统，有多个转动方程，需联立才能求解。湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3多轴电力拖动系统及其简化 将负载转矩和系统的飞轮矩折算到电动机轴上去，变多轴系统为单轴系统。系统简化的方法湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3多轴电力拖动系统及其简化工作机构 TfnGDa2GDb2GDf2nbnfj1,1j2,2等效负载 TFnGD2电动机 Tem，T0湖北工业大学稀土电机及控制研究所电动机 Tem，T02021-9-3多轴电力拖动系统及其简化等效飞轮矩等效负载转矩等效负载 TFnGD2电动机 Tem，T0湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3多轴电力拖动系统及其

8、简化 负载转矩、系统飞轮矩折算时，应保持系统的功率传递关系和贮存的动能不变。系统简化（折算）的原则湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3第 6 章 直流电力拖动6.2 不同工作机构多轴 系统的简化湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3不同工作机构多轴系统的简化一、三种常见的工作机构二、多轴转动系统的简化三、转动情况折算举例湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3三种常见的工作机构一、三种常见的工作机构湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3不同工作机构多轴系统的简化3. 工作机构为升降运动三种常见的工作机构1. 工作机构为转动运动2. 工作机构为平动运动湖北

9、工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3不同工作机构多轴系统的简化工作机构为转动运动工作机构 TfnGDa2GDb2GDf2nbnfj1,1j2,2电动机 Tem，T0湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3不同工作机构多轴系统的简化v工作台（装有齿条）F工件刨刀RTemT0TFnfn刨床电力拖动示意图工作机构为平动运动湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3不同工作机构多轴系统的简化T0TFTem n 减速箱j,nfR卷筒GTfv工作机构为升降运动起重机电力拖动示意图湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3不同工作机构多轴系统的简化二、多轴转动系统的简化湖北工业大

10、学稀土电机及控制研究所2021-9-3多轴转动系统的简化工作机构为转动运动齿轮工作机构 TfnGDa2GDb2GDf2nbnfj1,1j2,2电动机 Tem，T0湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3多轴转动系统的简化1. 负载转矩的折算2. 飞轮矩的折算湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3多轴转动系统的简化1. 负载转矩的折算湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3多轴转动系统的简化 工作机构折算前的机械功率与折算后的机械功率相等，即折算前后功率守恒。负载转矩的折算原则湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3多轴转动系统的简化FffTT折算前折算后即jT

11、nnTTTfffffF或式中，j 为传动机构总的速比。湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3多轴转动系统的简化21jjnnnnnnjfbbf 传动机构的总速比工作机构 TfnGDa2GDb2GDf2nbnfj1,1j2,2湖北工业大学稀土电机及控制研究所电动机 Tem，T02021-9-3多轴转动系统的简化若考虑传动机构的损耗，则jTTTTPPFfFffFf jTTfF所以有湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3多轴转动系统的简化21 FbbfFfPPPPPP传动机构的总效率湖北工业大学稀土电机及控制研究所工作机构 TfnGDa2GDb2GDf2nbnfj1,1j2,2电动

12、机 Tem，T02021-9-3多轴转动系统的简化jTjTTff 传动机构的转矩损耗TjTjTff nTTfjTfj湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3多轴转动系统的简化2. 飞轮矩的折算湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3多轴转动系统的简化 工作机构折算前的动能与折算后的动能应相等，即动能守恒。飞轮矩的折算原则湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3多轴转动系统的简化22226024212121 ngGDJmv 旋转物体的动能湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3多轴转动系统的简化22602421ffngGD折算前工作机构的动能折算到电动机轴上的动能

13、22602421ngGDF湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3多轴转动系统的简化折算前、后 nf 轴上的动能不变，即2222602421602421ngGDngGDFff折算前折算后湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3多轴转动系统的简化222jGDGDfF所以，有湖北工业大学稀土电机及控制研究所工作机构 TfnGDa2GDb2GDf2nbnfj1,1j2,2电动机 Tem，T02021-9-3多轴转动系统的简化类似，折算前、后nb轴上的动能不变，即2222602421602421 ngGDngGDBbb 折算前折算后湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3多轴转

14、动系统的简化2122jGDGDbB所以，有湖北工业大学稀土电机及控制研究所工作机构 TfnGDa2GDb2GDf2nbnfj1,1j2,2电动机 Tem，T02021-9-3多轴转动系统的简化折算到电动机轴上的总飞轮矩221221222222jjGDjGDGDGDGDGDGDfbaFBa式中，GDa2 为电动机轴上的飞轮矩。湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3多轴转动系统的简化飞轮矩折算的一般公式22221221222jGDjjGDjGDGDGDfcba湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3多轴转动系统的简化22)1 (DGDGD 飞轮矩折算的实用公式式中，GDD2 为电

15、动机转子的飞轮矩， = 0.2 0.3。湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3不同工作机构多轴系统的简化三、转动情况折算举例湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3转动情况折算举例例题 前图所示的电力拖动系统中，已知飞轮矩GDa2 = 14.5Nm2, GDb2 = 18.8Nm2, GDf2 = 120 Nm2, 传动效率1= 0.91, 2 = 0.93 ，转矩 Tf = 85 N.m，转速 n = 2450 r/min，nb= 810 r/min，nf = 150 r/min，忽略电动机的空载转矩，求： （1） 折算到电动机轴上的系统总飞轮矩； （2） 折算到电动机轴上

16、的负载转矩 TF 。湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3转动情况折算举例2221222jGDjGDGDGDfba 解：（1）系统总飞轮矩22)1502450(120)8102459(8 .185 .14 21745. 0055. 25 .14mN 湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3转动情况折算举例系统总飞轮矩的近似计算22)1(DGDGD 2)1(aGD 5.14)2.01( 24.17mN 湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3转动情况折算举例21 fffFnnTjTT （2）负载转矩93. 091. 0150245085 mN 15. 6湖北工业大学稀土

17、电机及控制研究所2021-9-3第 6 章 直流电力拖动 6.3 负载的转矩特性湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3负载的转矩特性 一、恒转矩负载二、泵类负载 三、恒功率负载三类负载湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3负载的转矩特性一、恒转矩负载湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3恒转矩负载的转矩特性二类恒转矩负载1. 反抗性恒转矩负载2. 位能性恒转矩负载湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3恒转矩负载的转矩特性1. 反抗性恒转矩负载湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3反抗性恒转矩负载皮带运输机湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021

18、-9-3反抗性恒转矩负载重型卡车湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3反抗性恒转矩负载1）原因： 由摩擦产生；2）大小： 转矩绝对值大小恒定； 3）性质： 阻碍运动的制动转矩。特点：湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3反抗性恒转矩负载GvF=GTfTfTf0nf实际反抗性负载的转矩特性湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3反抗性恒转矩负载折算后反抗性负载的转矩特性0Tf / jTFTFnTFTTTf / j湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3恒转矩负载的转矩特性2. 位能性恒转矩负载湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3位能性恒转矩负载湖北

19、工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3位能性恒转矩负载湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3位能性恒转矩负载湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3位能性恒转矩负载特点： 1）原因： 由重力引起；2）大小： 转矩绝对值大小、方向恒定； 3）性质： 拖动、制动可变。湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3位能性恒转矩负载提升提升Tfnf下放下放Tfnf实际位能性负载的转矩特性0TfnfTf湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3位能性恒转矩负载nTF1TTfjGv重物上升TF2TnTfjGv重物下放湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3位能性恒转

20、矩负载nTF1TTfjGv重物上升TjTTfF 1 提升重物时电机轴上的负载转矩湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3位能性恒转矩负载TF2TnTfjGv重物下放TjTTfF 2 下放重物时电机轴上的负载转矩湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3位能性恒转矩负载TjTTfF 1TjTTfF 2TTTFF 212提升：下放：21FFTT湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3位能性恒转矩负载0nTFTF2TF1TTTf /j折算后位能性负载的转矩特性湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3位能性恒转矩负载jTjTTTjTTfffF2)12(2jTTfF重物下放

21、时的折算转矩湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3位能性恒转矩负载12)12(2jTjTTffF重物上升和下放时传动机构的效率湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3位能性恒转矩负载0005 . 02TTFTnTfjGv传动机构的效率的讨论之一TF2重物下放湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3位能性恒转矩负载jTTTfF005 . 02TnTfjGv传动机构的效率的讨论之二重物下放湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3位能性恒转矩负载jTTTfF005 . 02TnTfjGv传动机构的效率的讨论之三TF2重物下放湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-

22、9-3位能性恒转矩负载5 . 0的意义自锁作用电机电动运行下放重物湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3负载的转矩特性注意: 此后本课程所说的负载转矩特性，都是指折算到电动机轴上的 TF n 关系曲线。湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3负载的转矩特性二、泵类负载湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3泵类负载 水泵湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3泵类负载 鼓风机湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3泵类负载 螺旋桨湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3泵 类 负 载特点：1）原因： 由叶片运动引起；2）大小： TF n2； 3

23、）性质： 制动。湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3泵 类 负 载n0TF泵类负载的转矩特性湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3负载的转矩特性三、恒功率负载湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3恒功率负载湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3恒功率负载特点：1）大小： Tf f = C ； 2）性质： 工艺要求。湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3恒功率负载0TFnABTFATFBnAnB粗加工精加工恒功率负载的转矩特性湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3恒功率负载例如: 车床车削工件、轧钢机轧制钢板、打磨机等。湖北工业大学稀

24、土电机及控制研究所2021-9-3负载的转矩特性说明: 实际负载可能是以某种为主，或某几种典型负载的结合。如风机是以泵类负载为主，反抗性负载为辅。湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3第 6 章 直流电力拖动 6.4 电力拖动系统稳定 运行条件湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3电力拖动系统稳定运行条件一、稳定运行的概念二、稳定运行的充要条件三、分析举例湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3电力拖动系统稳定运行条件一、稳定运行的概念湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3电力拖动系统的稳定运行稳定运行的概念 电力拖动系统若突然出现了一些小的干扰，当干扰消

25、失后，系统仍能回到原来的工作点上，则称该系统是稳定的，否则是不稳定的。湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3电力拖动系统的稳定运行TTLA10nn02nA工作点系统稳定运行的工作点湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3电力拖动系统的稳定运行dtdnGDTTL3752 由拖动系统转动方程此时：0 dtdn当LTT CnA湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3电力拖动系统的稳定运行条件二、稳定运行的充要条件湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3稳定运行的充要条件2. 充分条件1. 必要要件湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3稳定运行的必要条件 电

26、力拖动系统恒速运行的必要条件是其动转矩为零，即CnTTL,湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3稳定运行的充分条件干扰： 1）电源电压波动 2）负载转矩波动湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3稳定运行的充分条件TTCTBTATA ACBn0nAA nA UNU电压波动稳定运行点分析电压波动湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3稳定运行的充分条件TTLBTLCTLAABn0nAC nB nC 负载波动稳定运行点分析TL负载波动湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3稳定运行的充分条件TTATB0ABnnAUNU电压波动不稳定运行点分析湖北工业大学稀土电机及

27、控制研究所2021-9-3稳定运行的充分条件TTLA0AnnAn0负载波动不稳定运行点分析TLTLBTLCBC湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3稳定运行的充要条件 电力拖动系统稳定运行的充分必要条件是LTT LTT 且在 处dndTdndTL湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3稳定运行的充要条件TTLAn0nA稳定运行点分析0dndTL0dndT湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3稳定运行的充要条件TTL0AnnAn0不稳定运行点分析0dndTL0dndT湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3电力拖动系统稳定运行条件三、分析举例湖北工业大学稀土电

28、机及控制研究所2021-9-3稳定运行分析举例T0A2nnA1TLBnB分析：下图中A、B点是否为稳定运行点？湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3稳定运行分析举例T0A2nnA1TLA1A2LT A 点：稳定运行点湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3稳定运行分析举例T0A2nnA1TLA 点：稳定运行点0dndTL0 dndT湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3稳定运行分析举例T02nnB1TLBLT B 点：不稳定运行点湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3稳定运行分析举例T0B2nnB1TLB 点：不稳定运行点0 dndT0dndTL湖北工业大

29、学稀土电机及控制研究所2021-9-3稳定运行分析举例分析：下图中A、B点是否为稳定运行点？T0A2nnA1BnB2湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3稳定运行分析举例T0A2nnA1A 点：稳定运行点0 dndTL0 dndT湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3稳定运行分析举例T0n1BnB2B 点：稳定运行点0 dndT0 dndTLdndTdndTL 湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3作 业 题思考题 起重机提升重物和下放重物时,传动机构损耗由电动机负担还是由重物负担 ? 提升和下放同一重物时,传动机构损耗的转矩一样大吗?传动机构的效率一样高吗?湖北

30、工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3作 业 题计算题 电机与拖动基础 (第二版), 李发海,清华大学出版社P.22 2.1湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3第 6 章 直流电力拖动6.5 直流电动机的起动湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电动机的起动一、直接起动及其问题二、电枢回路串电阻起动三、降电压起动湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电动机的起动一、直接起动及其问题湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直接起动及其问题直接起动 是指直流电动机在额定电压、电枢回路不串电阻的情况下起动。 此方法一般只适用于微型直流电动机。湖北

31、工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直接起动的问题1） 起动电流太大；2） 起动转矩也很大。湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直接起动的问题1）起动电流太大aNaaNSRUREUI 可达十几倍的额定电流。电机不能换向，并急剧发热。湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直接起动的问题2）起动转矩也很大sNTsICT 远大于额定转矩，会造成机械撞击。湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电机负载起动条件NsII)5 . 22(LsTT) 2 . 11 . 1 ( 1）2）电机起动时应同时满足上面两项条件。湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3

32、直流电动机的起动二、电枢回路串电阻起动湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3电枢回路串电阻起动nMEaNUNR2R1C2C3Uf湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3电枢回路串电阻起动电枢回路串电阻起动的机械特性TAnn0nAT s0RaRa+R1Ra+R2T LT 1湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3电枢回路串电阻起动起动电阻的计算RRUIaNS aSNRIUR 由有湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3电枢回路串电阻起动串电阻起动的优缺点 起动设备简单、成本低； 起动不平滑、能量损耗大，并引起电机发热。湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9

33、-3直流电动机的起动三、降电压起动湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3降 电 压 起 动降电压起动的机械特性Tn0T L0UNUminT SnAnAT 1湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3降 电 压 起 动最低起动电压的计算aSRUImin aSRIU min由有湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3降 电 压 起 动降电压起动的优缺点起动平滑、能量损耗小；起动设备较简单、成本较高。湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3第 6 章 直流电力拖动6.6 直流电动机的调速湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电动机的调速一、调速方法与调速

34、方式二、调速的性能指标湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电动机的调速一、调速方法与 调速方式湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电动机的调速1、调速方法湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电动机调速方法调速的一般原理 eaaCRRIUn)(TL湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电动机调速方法调速方法（1） 串电阻调速（2） 降压调速（3） 弱磁调速湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电动机调速方法（1）串电阻调速湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3电枢串电阻调速UNRnMEaNRRC1C2C3Uf湖

35、北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3电枢串电阻调速Tnn0nAT L0RaRa+R1Ra+R2n1n2AA1A2串电阻调速机械特性A湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3电枢串电阻调速Tnn0nNT N0RaRa+R1Ra+R2n1n2AA1A2A湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3电枢串电阻调速特点一 调速方向是从 基速 向下调，即 n nN 。湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3电枢串电阻调速电机稳定运行时LemTT LaTTIC 他励直流电动机， 一定，则 TLaCTILaTI 湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3电枢串电阻调速特点

36、二 电枢电流a 取决于负载大小，与电机转速 n 无关。湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3电枢串电阻调速Ia2 RaI a2（Ra+R1）I a2（Ra+R2）Tnn0nAT L0n1n2AA1A2调速时的铜耗分析湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3电枢串电阻调速特点三电机转速越低，损耗越大。湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3电枢串电阻调速Tnn0nNT L=TN0RaRa+R1n1AATLn1n调速时的转速稳定性分析湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3电枢串电阻调速特点四串入的调速电阻越大，转速的稳定性越差。湖北工业大学稀土电机及控制研究所2

37、021-9-3电枢串电阻调速串电阻调速的缺点功耗大，低速稳定性差，不能连续调速。湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电动机调速方法（2）降压调速湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电动机降压调速降压调速机械特性TnA (n)T0UNU1UA1(n1)A2(n2)A湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电动机降压调速TTnA (nN)0UNU1UA1(n1)A2(n2)A电机带额定负载运行湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电动机降压调速特点一调速方向是从 基速 向下调。湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电动机降压调

38、速特点二 电枢电流a 取决于负载大小，与电机转速 n 无关。湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电动机降压调速特点三电机铜损耗基本不变，效率高。湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电动机降压调速TnA(n)0UNU1A1(n1)nTLn调速时的转速稳定性分析湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电动机降压调速特点四电机低速运行时转速稳定性好。湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电动机降压调速特点五可实现无级调速。湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电动机调速方法（3）弱磁调速湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-

39、9-3直流电动机弱磁调速nMEaUNRUfIf湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电动机弱磁调速TnnT 0 N 1n弱磁调速机械特性湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电动机弱磁调速Tnn1T N0 N 1nN电机带额定负载运行湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电动机弱磁调速特点一调速方向是从 基速 向上调。湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电动机弱磁调速直流电机的电磁功率aaaNaaemIRIUIEP)( 当 Pem= PemN = C 时NaII NaNNaNaNemIRIUIEP)(湖北工业大学稀土电机及控制研究所20

40、21-9-3直流电动机弱磁调速特点二电机拖动恒功率负载时，电枢电流 Ia 也恒定。湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电动机弱磁调速特点三调速铜耗小，效率高。湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电动机弱磁调速特点四可实现无级调速。湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电动机调速方法 为了扩大调速范围，可采用双向调速方法，即降压和弱磁和调速方法。湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电动机的调速2、调速方式湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3调速方式额定电流 IN 的意义 电机长时间运行电枢电流的最大值（上限）。湖北工业大学

41、稀土电机及控制研究所2021-9-3调速方式电枢电流过大或过小的利弊:NaII 损耗增加，温升上升:NaII 未能充分使用电动机湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3调速方式恒转矩调速方式 在某种调速方法中，当 Ia= IN 时，若该电动机电磁转矩恒定不变，则称之为恒转矩调速方式。湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3调速方式恒转矩调速方式Tnn0nNT N0RaRa+Rn1AA1TnA0UNUA1nNn1湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3调速方式恒功率调速方式 在某种调速方法中，当 Ia= IN 时，若该电动机电磁功率恒定不变，则称之为恒功率调速方式。湖北工

42、业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3调速方式恒功率调速方式T1nT0 N 12n2n湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3调速方式调速方式的意义 表征电动机采用某种调速方法时的负载能力。湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3调速方式调速方式与负载性质的匹配表恒转矩负载恒功率负载恒转矩调速方式匹 配恒功率调速方式匹 配湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电动机的调速二、调速的性能指标湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3调速的性能指标1. 调速范围和静差率2. 调速的平滑性3. 调速的经济性湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3调速的

43、性能指标1. 调速范围和静差率湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3调速范围和静差率调速范围（D）的定义NemTT 当时minmaxnnD 湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3调速范围和静差率TnnNT L=TN0RanminA1A2Ra+RmaxminnnND 串电阻调速的调速范围湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3调速范围和静差率TnA1T0UNUminA2nnminminnnND 降压调速的调速范围湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3调速范围和静差率静差率的定义 电动机由理想空载转速到额定负载时的转速变化率，即00nnn 湖北工业大学稀土电机

44、及控制研究所2021-9-3调速范围和静差率静差率的物理意义 反映了电动机转速的相对稳定性；静差率越小，转速的相对稳定性越好。湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3调速范围和静差率静差率的讨论之一 n0 一定时， n。湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3调速范围和静差率TnnNT L=TN0RanminA1A2Ra+Rmaxn0nNn01nnN 02nn 12 串电阻调速的静差率湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3调速范围和静差率静差率的讨论之二 n 一定时， 1 / n0 。湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3调速范围和静差率TnA1T0UNUm

45、inA2nnminn0n01nNnN01nnN 012nnN 降压调速的静差率12 湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3调速范围和静差率 静差率的讨论之三 调速范围与静差率相互制约。湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3调速范围和静差率TnAT0UNU2A2nn2n0n02011nnN 022nnN A1n01U1n111nnND 22nnND 调速范围与静差率相互制约湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3调速范围和静差率 静差率一定条件下，扩大调速范围的主要措施是提高机械特性的硬度。静差率的讨论之四湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3调速范围和静差

46、率提高机械特性的硬度湖北工业大学稀土电机及控制研究所CnnN0Nnnn0nnND 2021-9-3调速范围和静差率直流转速闭环系统的静特性TnAT0UNU2nn2A1U1n1A2湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3调速范围和静差率一些生产机械的静差率和调速范围普通车床：龙门刨床：造 纸 机：4010%,30 D 4010%,10 D 203%,1 . 0 D 湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3调速的性能指标2. 调速的平滑性湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3调速的平滑性调速平滑性的定义：1 iinn 高一级的转速低一级的转速 越小，调速越平滑。1, i无

47、级调速，。湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3调速的性能指标3. 调速的经济性湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3调速的经济性调速的经济性主要考虑：（1） 调速设备成本（一次投资）（2） 调速电能损耗（电机、电源）（3） 维护、维修成本湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电动机的调速性能比较串电阻调速降压调速弱磁调速调速方向向下调向下调向上调调速范围（50%）约210201.22转速稳定性差好较好调速方式恒转矩恒转矩恒功率调速平滑性有级无级无级设备投资少多较多电能损耗多较少少湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3第 6 章 直流电力拖动6.7

48、直流电机的各种 运行状态湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电机的各种运行状态生产机械常要求电机能在不同状态下运行。湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电机的各种运行状态湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电机的各种运行状态电机的机械特性（固有、人为）和负载转矩特性分布在四个象限。湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电机的各种运行状态电机的运行状态由电机和负载共同确定。湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电机的各种运行状态这里运行表示电机处于稳态，过程表示电机为暂态。湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3

49、直流电机的各种运行状态一、电动运行二、制动状态湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电机的各种运行状态nTemnTem电动状态 制动状态湖北工业大学稀土电机及控制研究所电磁转矩与转速的方向2021-9-3直流电机的各种运行状态一、电动运行湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3他励直流电动机的电动运行1. 正向电动运行（I）2. 反向电动运行（III）湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3他励直流电动机的电动运行反向电动运行正向电动运行ABCn0n0TLTLUNU1n01n0TUN, RaUN, Ra电动运行时的机械特性TLnATemATemCnCTL湖北工业大

50、学稀土电机及控制研究所2021-9-3他励直流电动机的电动运行反向电动运行的实现条件电机：电源电压反接负载：反抗性质湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3电动运行的功率关系P1PMP2p0RRIaa2电动运行时的功率流程图湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电机的各种运行状态二、制动状态湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电机的制动状态1. 能耗制动2. 反接制动3. 倒拉反转4. 回馈制动湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电机的能耗制动状态1） 能耗制动过程2） 能耗制动运行能耗制动湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直

51、流电机的能耗制动状态1） 能耗制动过程湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3能耗制动线路他励直流电动机能耗制动过程RnMEaNIaUK湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3他励直流电动机能耗制动过程22NaemENTENaemTENURRnTCC CRRnTC C 能耗制动电机的机械特性湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3他励直流电动机能耗制动过程nn0nAncCTTLBA0RaRa+ R-TemB能耗制动过程机械特性TLnATemATLnTemB湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3他励直流电动机能耗制动过程能耗制动过程状态的实现条件电机： 切除电枢

52、电源，且在电枢 回路串入电阻负载： 反抗性质湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3他励直流电动机能耗制动过程)(RRIEUaaa)(0RRIEaaa能耗制动过程电阻aaaRIER maxmin制动瞬间的反电动势（A点）aaaRIER湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电机的能耗制动状态2） 能耗制动运行湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3nn0CTTL1BA0TL2U=0Ra+R他励直流电动机能耗制动运行能耗制动运行机械特性GTL1nATemAGTL2nCTemCvvGTL1nATemBv-TemB湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3他励直流电

53、动机能耗制动运行nn0CTTL1BA0TL2Ra+R1Ra+R2R1R2能耗制动运行机械特性湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3他励直流电动机能耗制动运行能耗制动运行状态的实现条件电机： 切除电枢电源，且在电枢 回路串入电阻负载： 位能性质湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3他励直流电动机能耗制动运行能耗制动运行电阻计算22LememETaTTTCCRRn机械特性法：湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3能耗制动的功率关系电机的输入功率01 UIP0)(22 TP电机的输出功率0)( ememTP电机的电磁功率(机电)(输入机械功率)湖北工业大学稀土电机及控制

54、研究所2021-9-3能耗制动的功率关系由电动运行的功率关系 201PpPPpPememcua emcuaemPpPpP02得能耗制动的功率关系湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3能耗制动的功率关系P2PMp0RRIaa2能耗制动时的功率流程图湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电机的制动状态2. 反接制动湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3RnMEaNIaU他励直流电动机反接制动过程反接制动线路K湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3他励直流电动机反接制动过程22NaemENTENNaemENTENURRnTCC CURRnTCC C 反接制

55、动电机的机械特性湖北工业大学稀土电机及控制研究所串入较大电阻2021-9-3他励直流电动机反接制动过程nn0nAnCTTLBA0N, RaN, Ra+R反接制动过程机械特性GTLnATemBvGTLnATemAv-TLGTLnTemCv湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3nn0nCTTLBA0反接制动过程反向电动运行DN, Ra+RN, Ra他励直流电动机反接制动过程-TL湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3他励直流电动机反接制动过程反接制动过程状态的实现条件电机： 电源反接，且在电枢回路串入 较大电阻负载： 反抗性质，且 n=0 时的制动转 矩绝对值小于负载转矩绝对值

56、湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3他励直流电动机反接制动过程)(RRIEUaaaN反接制动过程电阻aaaNRIEURmaxmin制动瞬间的反电动势aaaNRIEUR湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3U=0, Ra+R他励直流电动机反接制动过程nn0n0CTTLBA0能耗制动过程反接制动过程(Tmax)N, RaN, Ra+R两种制动过程的比较湖北工业大学稀土电机及控制研究所EF2021-9-3他励直流电动机反接制动过程P1PMP2p0RRIaa2反接制动过程时的功率流程图湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电机的制动状态3. 倒拉反转湖北工业大学稀土

57、电机及控制研究所2021-9-3他励直流电动机倒拉反转2NaemENTENURRnTCC C倒拉反转电机的机械特性湖北工业大学稀土电机及控制研究所串入大电阻2021-9-3他励直流电动机倒拉反转倒拉反转时的机械特性GTL1nATemAGTL2nCTemCvvnn0CTTL1BA0TL2nCN, Ra+RN, Ra湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3nn0CTTL1B21A0TL2N, RaN, Ra+RRa+RRa+R倒拉反转停车时的机械特性R1 R R2他励直流电动机倒拉反转湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3他励直流电动机倒拉反转GTL1nTCGTL2nTCTCTL

58、2倒拉反转重物停在空中电机的转矩关系湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3他励直流电动机倒拉反转倒拉反转状态的实现条件电机： 电源不变，且在电枢回路 串入较大电阻负载： 位能性质湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3倒拉反转时的功率关系电机的输入功率01 UIP0)(22 TP电机的输出功率0)( ememTP电机的电磁功率(机电)(输入机械功率)(输入电功率)湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3倒拉反转时的功率关系由电动运行的功率关系 201PpPPpPememcua emcuaemPpPpPP021得倒拉反转的功率关系湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021

59、-9-3倒拉反转时的功率关系P1PMP2p0RRIaa2倒拉反转时的功率流程图湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3倒拉反转时的功率关系P1RRIaa2倒拉反转重物停在空中时的功率流程图此时：P2 = 0，Pem= 0, p0= 0cuapP 1有湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电机的制动状态4. 回馈制动湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电机回馈制动1） 正向回馈制动（II）2） 反向回馈制动（IV）湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电机回馈制动1）正向回馈制动（II）湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电机正

60、向回馈制动（1）正向回馈制动过程（2）正向回馈制动运行湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电机正向回馈制动（1）正向回馈制动过程湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3正向回馈制动过程22NaemENTENaemENTENURRnTCC CURRnTCC C 正向回馈制动过程电机的机械特性湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3正向回馈制动过程n0nn010ADCBUNU1TLT降压调速时的正向回馈制动过程TLnATemATLnTemB01 aaAaREUI0 aaANaREUI湖北工业大学稀土电机及控制研究所2021-9-3直流电机正向回馈制动（2）正向回馈制