他励直流电动机的四象限运行教学课件

1、4.3 他励直流电动机的四象限运行他励直流电动机的四象限运行 在电力拖动系统中，他励直流电动机有两在电力拖动系统中，他励直流电动机有两种运转状态：种运转状态： （1 1）电动运行状态：电动机电磁转矩的方向）电动运行状态：电动机电磁转矩的方向与电动机转速的方向相同，输入电能，并变为与电动机转速的方向相同，输入电能，并变为机械能带动负载。机械能带动负载。 （2 2）制动运行状态：其特点是电动机电磁）制动运行状态：其特点是电动机电磁转矩与电动机转速方向相反，此时电磁转矩转矩与电动机转速方向相反，此时电磁转矩属制动性质的转矩，电动机吸收机械能并转属制动性质的转矩，电动机吸收机械能并转化为电能，或把这些

2、电能转变成势能消耗掉，化为电能，或把这些电能转变成势能消耗掉，或把这些电能回送给电网，因而其能量传递或把这些电能回送给电网，因而其能量传递关系与发电机相似。关系与发电机相似。 他励直流电动机的固有机械特性与各种人为他励直流电动机的固有机械特性与各种人为机械特性，分布在机械特性的四个象限内，电机械特性，分布在机械特性的四个象限内，电动机所带动的生产机械的负载转矩特性，有反动机所带动的生产机械的负载转矩特性，有反抗性恒转矩、位能性恒转矩、泵类等典型负载抗性恒转矩、位能性恒转矩、泵类等典型负载转矩特性，他们分布在四个象限内。转矩特性，他们分布在四个象限内。电动机会电动机会在四个象限内运行（包括稳态与

3、过渡过程），在四个象限内运行（包括稳态与过渡过程），即处于各种不同的运行状态。本节将具体分析即处于各种不同的运行状态。本节将具体分析他励直流电动机在各个象限内不同的运行状态他励直流电动机在各个象限内不同的运行状态。4.3.1 电动运行状态电动运行状态 其特点是电动机电磁转矩的方向与转速其特点是电动机电磁转矩的方向与转速n的方向的方向相同，电动机从电网输入电能并将其变为机械能带相同，电动机从电网输入电能并将其变为机械能带动负载，其特性曲线绘制在平面坐标系的第一、三动负载，其特性曲线绘制在平面坐标系的第一、三象限内。象限内。 1正向电动运行正向电动运行 他励直流电动机工作在第一他励直流电动机工作在

4、第一象限，如图象限，如图4.9所示的所示的a点和点和b点，电动机电磁转矩点，电动机电磁转矩t0,转速转速n0，这种状态称为正向电动运行，由于，这种状态称为正向电动运行，由于t与与n同方向，同方向，t为拖动性转矩。为拖动性转矩。2反向电动运行反向电动运行 拖动反抗性负载，正转时电动机工作在拖动反抗性负载，正转时电动机工作在第一象限，反转时电动机工作在第三象限，第一象限，反转时电动机工作在第三象限，如图如图4.9所示的所示的c点，这时电动机电源电压为点，这时电动机电源电压为负值。在第三象限运行时，电磁转矩负值。在第三象限运行时，电磁转矩t0,转转速速n0，t与与n仍然同方向，仍然同方向，t仍然为拖

5、动性转仍然为拖动性转矩，这种运行状态称为反向电动运行。矩，这种运行状态称为反向电动运行。 4.3.24.3.2能耗制动能耗制动 方法：制动瞬间，切除电动机的电源电压并方法：制动瞬间，切除电动机的电源电压并在电枢回路串入电阻在电枢回路串入电阻r r。在切换后的瞬间，由于。在切换后的瞬间，由于惯性的作用，小车转速惯性的作用，小车转速n n仍保持与原电动机运行仍保持与原电动机运行状态相同的方向和大小，不能突变，电动机运行状态相同的方向和大小，不能突变，电动机运行点从，磁通不变，电枢感应电动势的方向与大小点从，磁通不变，电枢感应电动势的方向与大小亦与电动状态时相同，亦与电动状态时相同，而电枢电流：而电

6、枢电流：0rreiaaab 能耗制动的特点是能耗制动的特点是n，u0，总电阻总电阻 ，代入式，代入式(4-1)，得到能耗制，得到能耗制动的特性方程动的特性方程 rratccrrnntea2 改变制动电阻的大小，可得到不同斜率的改变制动电阻的大小，可得到不同斜率的特性曲线，特性曲线，r越大，特性越斜；越大，特性越斜；r越小，特性越小，特性越平，制动越快。但越平，制动越快。但r不能太小，不能太小，r太小，在太小，在制动瞬间会产生过大的冲击电流，过大，换向制动瞬间会产生过大的冲击电流，过大，换向则很困难。则很困难。 4.3.3反接制动过程反接制动过程 所谓电压反接就是将电源电压反方向接到所谓电压反接

7、就是将电源电压反方向接到电动机电枢两端，如图电动机电枢两端，如图4.13所示。这时电路中所示。这时电路中感应电势的极性和外加电压的极性一致，几感应电势的极性和外加电压的极性一致，几乎有近两倍的额定电压加到电枢回路两端。乎有近两倍的额定电压加到电枢回路两端。电压电压u u的方向改变了，此时电枢电流的方向改变了，此时电枢电流 rreurreuiaaaaa 在电压反接制动过程中，在电压反接制动过程中，=n，u=-u=-un ，总电阻，代入式总电阻，代入式(41)，得到反接制动的特性，得到反接制动的特性方程方程 tccrrcunnteanen2 为了限制过大的电枢电流，在电枢回路中为了限制过大的电枢电

8、流，在电枢回路中一定要串入反接制动电阻一定要串入反接制动电阻r，所串电阻越小，所串电阻越小，机械特性的斜率越硬，制动瞬间电枢电流越大，机械特性的斜率越硬，制动瞬间电枢电流越大，为使制动时最大电流不超过允许值，应使所串为使制动时最大电流不超过允许值，应使所串电阻电阻r最小值为最小值为 anananrieuieurmax4.3.4 倒拉反转运行倒拉反转运行 这种制动方法一般发生在提升重物转为下这种制动方法一般发生在提升重物转为下放重物的情况下，负载是位能性的。在电枢回放重物的情况下，负载是位能性的。在电枢回路中串入足够大的电阻路中串入足够大的电阻r，在刚串接的一瞬间，在刚串接的一瞬间，转速不能突变

9、，工作点以转速不能突变，工作点以a点突变到对应的人点突变到对应的人为机械特性为机械特性b点上，这时由于电磁转矩点上，这时由于电磁转矩ttl，电动机的转速将不断下降，当下降到电动机的转速将不断下降，当下降到c点，点，n=0，电磁转矩电磁转矩ttl，电动机在转矩作用下倒拉着，电动机在转矩作用下倒拉着电机开始向相反方向旋转电机开始向相反方向旋转 电枢电流为电枢电流为 rreurreuiaaaaa)(4.3.5 回馈制动回馈制动 他励直流电动机在电动状态下提升重物时，如他励直流电动机在电动状态下提升重物时，如果反接电枢，就有可能过渡到机械特性的第四象限果反接电枢，就有可能过渡到机械特性的第四象限运行，

10、此时电动机便在回馈制动状态下匀速下放重运行，此时电动机便在回馈制动状态下匀速下放重物。他励直流电动机在回馈制动时，转速方向应与物。他励直流电动机在回馈制动时，转速方向应与理想空载转速方向一致，理想空载转速方向一致， 与的方向与电动状态时与的方向与电动状态时一样，但电机转速高于理想空载转速，即电枢电势一样，但电机转速高于理想空载转速，即电枢电势高于外加电压，电枢电流是电枢电势克服了外加电高于外加电压，电枢电流是电枢电势克服了外加电压产生的。压产生的。 此时，与电动状态相比，电枢电流已经反向，此时，与电动状态相比，电枢电流已经反向，电磁转矩也反向，由电动状态时的驱动转矩变电磁转矩也反向，由电动状态时的驱动转矩变为制动转矩。因此，这时电机吸收机械能，输为制动转矩。因此，这时电机吸收机械能，输出电能