机电传动控制3-直流电机

1、1第二章第二章 直流电机直流电机要求掌握直流电机的要求掌握直流电机的基本工作原理及特性基本工作原理及特性掌握直流电动机掌握直流电动机启动、调速和制动启动、调速和制动的各种方法及各种的各种方法及各种优缺点和应用场所。优缺点和应用场所。1.1 1.1 直流电机的基本结构与工作原理直流电机的基本结构与工作原理2作电源用电源用-直流发电机将机械能转化为直流电能；作-直流电动机将直流电能转化为机械能；做用一般小于10万kW即100MW的单机同步发电机要用直流发电机作为励磁机。-直流测速发电机将机械信号转换为电信号-直流伺服电动机将控制信号转换为机械信号。直流电机的用途直流电机的用途3工作原理机械特性启动

2、特性调速特性制动特性直流电机的基本知识直流电机的基本知识4直流电机的基本原理直流电机的基本原理电磁相互作用电磁相互作用 切割磁力线产生电动势切割磁力线产生电动势 通电导体在磁场中受力通电导体在磁场中受力5直流电机的组成直流电机的组成6直流电机各部分的功能直流电机各部分的功能1 1、主磁极：主磁极：励磁绕组上加上直流励磁绕组上加上直流电压，励磁绕组上有励磁电流流过，电压，励磁绕组上有励磁电流流过，使定子铁心产生固定磁场，即定子使定子铁心产生固定磁场，即定子的主要作用是产生磁场。的主要作用是产生磁场。2 2、电枢线圈：电枢线圈：在固定的磁场中旋在固定的磁场中旋转，主要作用是产生感应电动势或转，主要

3、作用是产生感应电动势或机械转矩，实现能量的转换。机械转矩，实现能量的转换。3-43-4、换向器、电刷：换向器、电刷：电刷固定在电刷固定在定子上不动，换向片与电枢绕组一定子上不动，换向片与电枢绕组一起旋转，电刷与换向片保持滑动接起旋转，电刷与换向片保持滑动接触。触。对发电机而言，换向器的作用是将电枢绕组感应的交流电动势转换成对发电机而言，换向器的作用是将电枢绕组感应的交流电动势转换成电刷间的直流电动势；电刷间的直流电动势；对电动机而言，对电动机而言，换向器的作用换向器的作用则是将外加的直流电源转换为电枢绕组则是将外加的直流电源转换为电枢绕组的交变电源，并在每一磁极下，电枢导体的电流方向不变，以产

4、生恒的交变电源，并在每一磁极下，电枢导体的电流方向不变，以产生恒定的电磁转矩。定的电磁转矩。7直流电动机直流电动机8直流电动机的基本原理直流电动机的基本原理电磁转矩：电磁转矩：电枢绕组中的电流与电枢绕组中的电流与励磁磁通励磁磁通 相互作用，产生电磁相互作用，产生电磁力和电磁转矩。力和电磁转矩。 T=KT=Kt t I Ia a：反电动势：反电动势：电枢在磁场中转动时，电枢在磁场中转动时，线圈中要产生感应电动势，其方线圈中要产生感应电动势，其方向与电流或外加电压的方向总是向与电流或外加电压的方向总是相反。相反。 E=KE=Ke e n n 为励磁磁通为励磁磁通K Ke e、 K Kt t为常数为

5、常数K Kt t 9.55 9.55 K Ke e91.2 1.2 直流发电机直流发电机10直流发电机工作原理直流发电机工作原理E=KE=Ke e n n：电源电动势电源电动势T=KT=Kt t I Ia a：电磁转矩电磁转矩阻转矩阻转矩 为励磁磁通为励磁磁通K Ke e、 K Kt t为常数为常数K Kt t9.55 9.55 K Ke e11他励发电机他励发电机12他励发电机的特性他励发电机的特性磁路未饱和磁路未饱和磁路饱和磁路饱和13他励发电机的特性他励发电机的特性14并励发电机并励发电机问题：问题： 1 1、励磁电流从何而来、励磁电流从何而来? ? 2 2、电压如何建立、电压如何建立?

6、 ?15并励发电机的特性并励发电机的特性16并励发电机的特性并励发电机的特性问题：三个条件不满足，怎么办问题：三个条件不满足，怎么办? ?17电动状态和发电状态的区别电动状态和发电状态的区别能量转换方式电磁转矩作用电动势的作用E与I的方向不同18分析电机特性的三个基本方程式分析电机特性的三个基本方程式转矩方程式转矩方程式电势方程式电势方程式电压平衡方程式电压平衡方程式T=Kt Ia发电机：发电机：T T为阻转矩，方向与为阻转矩，方向与n n相相反，原动机转矩反，原动机转矩T T1 1=T+T=T+T0 0电动机：电动机： T T为拖动转矩，方向与为拖动转矩，方向与n n相同，相同， T T =

7、 = T TL L+T+T0 0E=KE=Ke e n n发电机：发电机：E E为电源电动势，方向为电源电动势，方向与与IaIa相同相同电动机：电动机： E E为反电动势，方向与为反电动势，方向与IaIa相反相反发电机：发电机：E= U+ IE= U+ Ia aR Ra a电源电动势为负载电压和电枢电电源电动势为负载电压和电枢电阻电压所平衡。阻电压所平衡。电动机：电动机： U U = E + I= E + Ia aR Ra a 电动机外电动机外加电枢电压为电枢反电动势和电加电枢电压为电枢反电动势和电枢电阻电压所平衡枢电阻电压所平衡静态平衡，动态调整静态平衡，动态调整19直流电机的结构与励磁方式

8、直流电机的结构与励磁方式20等效电路图等效电路图21他励电动机他励电动机22他励电动机的机械特性他励电动机的机械特性nKERIEUeaa,aeaeIKRKUntaatKTIIKT/nnTKKRKUnteae02eKUnnT00时，理想空载转速：%100nTdndT机械特性硬度：23机械特性硬度机械特性硬度为了衡量电动机转速随负为了衡量电动机转速随负载变化的情况，即机械特载变化的情况，即机械特性的平直度引入性的平直度引入机械特性机械特性硬度硬度：%100nTdndT机械特性硬度：），如同步电动机等绝对硬特性（)1(等交流异步电动机的上部，如直流他励电动机，硬特性（)10)2(，如直流串励电动机等

9、软特性（)10)3(24固有机械特性固有机械特性固有机械特性：自然特性，指额定条件下（额定电压固有机械特性：自然特性，指额定条件下（额定电压和额定磁通）下和电枢电路内不外接任何电阻时的机和额定磁通）下和电枢电路内不外接任何电阻时的机械特性。械特性。TKKRKUnteae2当当U U = =U UN N ， = = N N ，且且R Ra a，K Ke e，K Kt t 都为常数，故机械特性曲线都为常数，故机械特性曲线n n = =f(T)f(T)是一条直线。是一条直线。确定两点，确定两点，1 1）理想空载点（）理想空载点（0 0， n n0 0 ）；）；2 2）额定运行点（）额定运行点（ T

10、TN N ， n nN N）。就可得到机械特性曲线。）。就可得到机械特性曲线。可以由铭牌数据求出：可以由铭牌数据求出：额定功率额定功率P PN N，额定电压额定电压U UN N，额定电流额定电流I IN N，额定转速额定转速n nN N，等。等。由上述数据可以求出由上述数据可以求出R Ra a，K Ke e ，n n0 0，T TN N25固有机械特性固有机械特性输出功率输入功率NPNNNNNNNIUIUPIUNNIU）（ 1NNaNIURI)1)(75. 05 . 0(2NNaIUR/)1)(75. 05 . 0()/(NNNIUP为电动机的效率势额定运行条件下的反电aNNNeNRIUnKE

11、NaNNenRIUK:%75%502占总功耗的在额定负载下铜耗aaRI1 1）估算电枢电阻）估算电枢电阻RaRa2 2）求）求K Ke e 26固有机械特性固有机械特性）（eNKUn/03 3）求理想空载转速）求理想空载转速 min/55. 9rWNsradWNNmNnPwPT4 4）求额定转矩）求额定转矩5 5）因此，由（）因此，由（0 0， n n0 0 ）和）和（ T TN N ， n nN N）就可得到机）就可得到机械特性曲线。械特性曲线。27例题例题一台他励直流电动机，额定功率一台他励直流电动机，额定功率P PN N=5.5KW =5.5KW ，额定电压额定电压U UN N=220V

12、 =220V ，额定电流额定电流I IN N=31A=31A，额定转速额定转速n nN N=1500rpm=1500rpm，若若忽略损耗，认为额定运行时的电磁转矩近似等于额定输忽略损耗，认为额定运行时的电磁转矩近似等于额定输出转矩，试绘出这台电动机近似的固有机械特性曲线。出转矩，试绘出这台电动机近似的固有机械特性曲线。解：解：1 1）估算电枢电阻）估算电枢电阻RaRa71. 0)1 (5 . 0NNNNNaIUIUPRrpmVnRIUKNaNNe/132.0）（2 2）求）求K Ke e rpmKUneN1667/0）（3 3）求理想空载转速）求理想空载转速mNnPTNNN.3555.94 4

13、）求额定转矩）求额定转矩5 5）得到机械特性曲线）得到机械特性曲线: :28问题问题直流他励电动机怎样才能反转？29他励直流电动机怎样才能反转？他励直流电动机怎样才能反转？1、改变外加电压的极性2、改变励磁电流方向nnTKKRKUnKTIIKTIKRKUnnKERIEUmeaemaamaeaeeaa02/,30人为机械特性人为机械特性定义：指电枢电压、磁通不为额定值，或电枢电路中接有外加电阻时的机械特性。31人为机械特性人为机械特性-电枢回路串电阻电枢回路串电阻adNteaNeNRTKKRKUn串2（1 1）二者的理想空）二者的理想空载转速是相同的；载转速是相同的；（2 2）转速降却变大）转速

14、降却变大了，即特性变软。了，即特性变软。 nnTKKRRKUnNteadaNeN0232人为机械特性人为机械特性改变电枢电压改变电枢电压nnTKKRKUnNteaNe0233人为机械特性人为机械特性改变励磁磁通改变励磁磁通nnTKKRKUnmeaeN02从上式看出，改变励磁磁通从上式看出，改变励磁磁通 时，时，n n0 0变大，变大， sttstIKT每条人为特性曲线都与固有特性曲线相交，每条人为特性曲线都与固有特性曲线相交，交点左边的一段在固有特性之上，交点右交点左边的一段在固有特性之上，交点右边的一段在固有特性之下。而额定条件下，边的一段在固有特性之下。而额定条件下，电动机总是工作在交点的

15、左边。电动机总是工作在交点的左边。nKERIEUnea，时0astRUI/34人为机械特性人为机械特性改变励磁磁通改变励磁磁通注意：磁通过分削弱后，注意：磁通过分削弱后，如果负载转矩不变，将如果负载转矩不变，将使电动机电流大大增加使电动机电流大大增加而严重过载。而严重过载。他励电动机启动前必须先加励磁电流，在运转过程中，他励电动机启动前必须先加励磁电流，在运转过程中，决不允许励磁电路断开或励磁电流为零。决不允许励磁电路断开或励磁电流为零。他励电动机在使用中一般设有他励电动机在使用中一般设有“失磁失磁”保护。保护。LamTIKT为什么？为什么？励磁电流为零时，电动机的剩磁将会使电动机的速度上励磁

16、电流为零时，电动机的剩磁将会使电动机的速度上升到机械强度所不允许的数值，通常称为升到机械强度所不允许的数值，通常称为“飞车飞车” mLaKTI/35 一般情况下，电动机额定负载转矩一般情况下，电动机额定负载转矩T TL L比比T Tstst( (启动转矩或启动转矩或堵转转矩堵转转矩) )小得多，故减弱磁通会使电动机转速升高。小得多，故减弱磁通会使电动机转速升高。只有当负载特别重或磁通只有当负载特别重或磁通 特别小时，如再减弱特别小时，如再减弱 ，转速反而下降。转速反而下降。关于减弱磁通时的人为特性关于减弱磁通时的人为特性36串励电动机的机械特性串励电动机的机械特性37aCICKRKCTKUTK

17、KRKUneateNteaeN/2以上特性近似为双曲线以上特性近似为双曲线两段特性曲线组合在一起，两段特性曲线组合在一起，就构成了串励电动机完整的就构成了串励电动机完整的特性曲线！特性曲线！CKIKTmam/2mKCT /串励电动机的机械特性串励电动机的机械特性38特点：特点：1 1）负载的大小对转速影响很大：负载转矩大时，电动机转速低；负载）负载的大小对转速影响很大：负载转矩大时，电动机转速低；负载转矩小时，电动机很快上升。转矩小时，电动机很快上升。 这一特性有利于牵引车：重载时，自行降低运行速度确保运行安全；这一特性有利于牵引车：重载时，自行降低运行速度确保运行安全；轻载时，又自行升高速度

18、以提高生产率。轻载时，又自行升高速度以提高生产率。2 2）启动时的励磁电流大，）启动时的励磁电流大，因此在电网或电动，因此在电网或电动机容许启动电流一定时，启动转矩比他励电动机大。机容许启动电流一定时，启动转矩比他励电动机大。注意：不允许空载运行注意：不允许空载运行! 为什么？为什么？串励电动机的机械特性串励电动机的机械特性39串励电动机怎样才能反转？串励电动机怎样才能反转？能否改变电源极性使能否改变电源极性使电动机反转？电动机反转？改变电源极性则电枢电流改变电源极性则电枢电流IaIa与与T=KT=Kt t I Ia a方向不变，则方向不变，则电动机不能电动机不能反转。反转。1 1、改变电枢的

19、接线极性、改变电枢的接线极性2 2、改变励磁绕组的接线极性、改变励磁绕组的接线极性二者选其一二者选其一401.4 机电传动系统运动的理论基础机电传动系统运动的理论基础学习要点：学习要点：v机电传动系统的运动方程式；机电传动系统的运动方程式；v了解几种典型生产机械的负载特性；了解几种典型生产机械的负载特性；v了解机电传动系统稳定运行的条件以及了解机电传动系统稳定运行的条件以及学会分析实际系统的稳定性；学会分析实际系统的稳定性； 机电传动系统是一个由电动机拖动、通过传动机构带动生产机械运转的整体。电动机种类繁多，特性各异；生产机械的负载特性也是各种各样。但从动力学角度分析，它们都服从统一规律。41

20、单轴拖动系统的组成单轴拖动系统的组成42运动方程式运动方程式dtdnGDdtdJTTLM3752dLMTTT结论：结论：电动机的转矩总是由负载转矩（静态转矩）和动态转矩所平衡！电动机的转矩总是由负载转矩（静态转矩）和动态转矩所平衡！43传动系统的状态传动系统的状态dtdnGDTTLM3752运动系统有两种不同的运动状态：003752dtdndtdnGDTTTLMd，即1.稳态（TM=TL)转速n为常数，传动系统以恒速运动-稳态，加速，即003752dtdndtdnGDTTTLMd2.动态（ TM ! =TL)传动系统以加速或减速运动-动态，减速，即003752dtdndtdnGDTTTLMd4

21、4的参考方向的参考方向转矩正方向的约定转矩正方向的约定 因为电动机和生产机械以共同的转速旋转，所以，因为电动机和生产机械以共同的转速旋转，所以，一般一般以以（或（或n）的转动方向为参考来确定转矩的正负。）的转动方向为参考来确定转矩的正负。nTTLM、 由于传动系统有各种由于传动系统有各种，相应地运动方程式中转速和转矩就有不同，相应地运动方程式中转速和转矩就有不同的符号。的符号。 当当TM的实际作用方向与的实际作用方向与n的方向相同时，的方向相同时，TM取与取与n相同的符号，否则相同的符号，否则取与取与n相反的符号；相反的符号； 当当TL的实际作用方向与的实际作用方向与n的方向相反时，的方向相反

22、时，TL取与取与n相同的符号，否则取相同的符号，否则取与与n相反的符号。相反的符号。45根据上述约定就可以从转矩与转速的符号上根据上述约定就可以从转矩与转速的符号上判定判定TM与与TL的性质：的性质： 的参考方向（续）的参考方向（续） nTTLM、dtdnGDTTLM3752v若若TL与与n的符号相同（同为正或同为负），则表示的符号相同（同为正或同为负），则表示TL的作用方向相同，为的作用方向相同，为制制动转矩动转矩；若；若TL与与n的符号相反，则表示的符号相反，则表示TL的作用方向相同，为的作用方向相同，为拖动转矩拖动转矩。v若若TM与与n的符号相同（同为正或同为负），则表示的符号相同（同为

23、正或同为负），则表示TM的作用方向相同，为的作用方向相同，为拖拖动转矩动转矩；若；若TM与与n的符号相反，则表示的符号相反，则表示TM的作用方向相反，为的作用方向相反，为制动转矩制动转矩。46举例举例47举例举例当重物上升时，当重物上升时，TM的作用方的作用方向与向与n的方向相同，故的方向相同，故TM的符的符号与号与n的符号相同，同为正；的符号相同，同为正；而而TL的作用方向与的作用方向与n的方向相的方向相反，故反，故TL的符号与的符号与n的符号相的符号相反，同为正。反，同为正。TM、 TL、n的方向如图（的方向如图（a）所示所示dtdnGDTTLM375248举例举例v当重物下降时，当重物下

24、降时，TM的作用方向与的作用方向与n的的方向相反，故方向相反，故TM的符号与的符号与n的符号相的符号相反，反，n n为负，为负， TM为正；为正；v而而TL的作用方向与的作用方向与n的方向相同，故的方向相同，故TL的符号与的符号与n的符号相反，为正。的符号相反，为正。vTM、 TL、n的方向如图（的方向如图（b）所示）所示 .dtdnGDTTLM3752dtdnGDTTML3752491.5 1.5 生产机械的机械特性生产机械的机械特性u负载转矩和转速之间的函数关系，称为生产机负载转矩和转速之间的函数关系，称为生产机械的机械特性。械的机械特性。u不同类型的生产机械在运动中受阻力的性质不不同类型

25、的生产机械在运动中受阻力的性质不同，其机械特性曲线的形状也有所不同。同，其机械特性曲线的形状也有所不同。50恒转矩型机械特性恒转矩型机械特性反抗转矩：又称摩擦性转矩，因摩擦、非弹性体的压缩、拉伸与扭转等作用而产生的负载转矩。机械加工过程中切削力产生的负载转矩就是反抗转矩。其特点如下：转矩大小恒定不变；作用方向始终与速度n的方向相反，当n的方向发生变化时，它的作用方向也随之发生变化，恒与运动方向相反，即总是阻碍运动的。 按转矩正方向的约定可知，反抗转矩恒与转速n取相同的符号，即n为正方向时TL为正，特性在第一象限；n为负方向时TL为负，特性在第三象限， 位能转矩：由物体的的重力和弹性体的压缩、拉

26、伸与扭转等作用而产生的负载转矩，其特点为：转矩大小恒定不变；作用方向不变，与运动方向无关，即在某一方向阻碍运动，而在另一方向促进运动。 不难理解，在运动方程式中，反抗转矩TL的符号是正的；位能转矩TL的符号则有时为正，有时为负。51离心式通风型机械特性离心式通风型机械特性2CnTL虚线表示在有摩擦负载的实际情况 根据离心机原理工作的：如离心式鼓风机、水泵等根据离心机原理工作的：如离心式鼓风机、水泵等52直线型机特性械直线型机特性械CnTL实 验 室 中 模拟负载用的他励电动机，当励磁电流和电枢电阻固定不变时，其电磁转矩与转速成正比，即呈现直线型机械特性。 负载转矩负载转矩TL随随n的增加成正比

27、地增大的增加成正比地增大53恒功率型机械特性恒功率型机械特性nCTL如在车床加工过程中，粗加工时，切削量大，负载阻力大，开低速；精加工时，切削量小，负载阻力小，开高速。但在不同转速下，切削功率基本不变。即呈现恒功率型机械特性。 负载转矩负载转矩TL与转速与转速n成反比成反比54几种负载比较几种负载比较55机电系统稳定运行的含义机电系统稳定运行的含义v系统应能以一定速度匀速运行；系统应能以一定速度匀速运行；v系统受某种外部干扰（如电压波动、负载转系统受某种外部干扰（如电压波动、负载转矩波动等）使运行速度发生变化时，应保证在矩波动等）使运行速度发生变化时，应保证在干扰消除后系统能恢复到原来的运行速

28、度。干扰消除后系统能恢复到原来的运行速度。56机电系统稳定运行的条件机电系统稳定运行的条件电动机的输出转矩电动机的输出转矩T TM M和负载转矩和负载转矩T TL L大小相等，方向相反，大小相等，方向相反，相互平衡是系统稳定运行的必要条件相互平衡是系统稳定运行的必要条件( (特性曲线有交点特性曲线有交点) )。 系统受到干扰后，要具有恢复到原平衡状态的能力，即：系统受到干扰后，要具有恢复到原平衡状态的能力，即：当干扰使速度上升时，有当干扰使速度上升时，有T TM MTTTL L 。这是稳定运行的充分条件。这是稳定运行的充分条件。57举例1故故a a点是系统的稳定平衡点点是系统的稳定平衡点a点点

29、:TM-TL=0当负载当负载TL突然增大到突然增大到TL时，由于机械惯性，速时，由于机械惯性，速度度n和电动机的输出转矩不能突变，此时和电动机的输出转矩不能突变，此时TM-TL0,系统要加速，系统要加速，n要上升，当到要上升，当到a点时，点时，系统在平衡点稳定运行系统在平衡点稳定运行58故故b b点不是系统的稳定平衡点点不是系统的稳定平衡点举例1b点点:TM-TL=0当负载突然增大时，由于机械惯性，速度当负载突然增大时，由于机械惯性，速度n和电动和电动机的输出转矩不能突变，此时机的输出转矩不能突变，此时TM-TL0,使使n上升，上升，进入到进入到a点稳定工作，回不到点稳定工作，回不到b点。点。

30、59举例2负载特性曲线各电机特性曲线有交点（平衡点）B点符合稳定运行条件。此点是稳定的，为稳定平衡点。601.6 -1 直流他励电动机的启动特性直流他励电动机的启动特性611.6-2 直流他励电动机的调速特性直流他励电动机的调速特性TKKRRKUnteadae2621、他励电动机的电枢回路串电阻调速632、他励电动机的调压调速 为常数为常数，所以所以T TL L常数时，稳定运行下的电枢电常数时，稳定运行下的电枢电流流IaIa也是一个常数也是一个常数, ,与电枢电压与电枢电压U U无关。无关。643、改变磁通调速1 1）可以平滑无级调速，只能弱磁调速，在额定转速以上）可以平滑无级调速，只能弱磁调

31、速，在额定转速以上调节；调节；2 2）调速特性较软，且受电动机换向条件等的限制，普通）调速特性较软，且受电动机换向条件等的限制，普通他励电动机的最高转速不得超过额定转速的他励电动机的最高转速不得超过额定转速的1.21.2倍，调速范倍，调速范围不大；围不大； 653 3）调速时维持电枢电压和电枢电流不）调速时维持电枢电压和电枢电流不变，电动机的输出功率不变，恒变，电动机的输出功率不变，恒功率调速。功率调速。4)4) 基于弱磁调速范围不大，它往往基于弱磁调速范围不大，它往往是和调压调速配合使用，即在额是和调压调速配合使用，即在额定转速以下，用降压调速，而在定转速以下，用降压调速，而在额定转速以上，

32、则用弱磁调速。额定转速以上，则用弱磁调速。3、改变磁通调速66例题一台直流他励电动机，其额定数据为：一台直流他励电动机，其额定数据为：P PN N=2.2kW=2.2kW，U UN N=220V=220V，I IN N=12.4A=12.4A，n nN N=1500rpm=1500rpm，Ra=1.7 Ra=1.7 欧，如果这台电动机在额定转欧，如果这台电动机在额定转矩下运行，试求：矩下运行，试求：1 1）电动机的电枢电压降至）电动机的电枢电压降至180180V V时，电动机的转速为多少？时，电动机的转速为多少？2 2）励磁电流）励磁电流I If f=0.8I=0.8IfNfN( (即磁通即磁

33、通 =0.8=0.8 N N) )时，电动机的转速为多少？时，电动机的转速为多少？3 3）电枢回路中串入附加电阻）电枢回路中串入附加电阻R Radad=2=2欧时，电动机的转速为多少？欧时，电动机的转速为多少？解：额定转矩解：额定转矩1 1）U=180VU=180VmNnPTNNN.1455. 9rpmVnRIUKNaNNNe/13.0ANmKKNeNt/24.155.9rpmTKKRKUnNNteaNe123622 2）磁通）磁通 =0.8=0.8 N NrpmVKKNee/104.08 .0ANmKKNtt/99.08 .0rpmTKKRKUnNteae196223 3）电枢回路中串入）电

34、枢回路中串入附加电阻附加电阻R Radad=2=2欧时欧时rpmTKKRRKUnNNteadaNeN13682671.7 直流他励电动机的制动直流他励电动机的制动1 1制动与启动制动与启动启动启动：施电于电动机使电动机速度从静止加速到某一稳定转速的：施电于电动机使电动机速度从静止加速到某一稳定转速的一种运动状态；一种运动状态；制动：制动：使电动机速度从某一稳定转速开始减速到停止或是限制位使电动机速度从某一稳定转速开始减速到停止或是限制位能负载下降速度的一种运行状态。能负载下降速度的一种运行状态。 几个基本的概念几个基本的概念68几个基本的概念几个基本的概念电动机有两种停止运转方式：电动机有两种

35、停止运转方式：2 2制动与自然停车制动与自然停车1 1）自然停车：自然停车：电动机脱离电网，靠很小的摩擦阻转矩消耗机械能使电动机脱离电网，靠很小的摩擦阻转矩消耗机械能使转速慢慢下降直到转速为零而停车。这种停车过程需时较长，转速慢慢下降直到转速为零而停车。这种停车过程需时较长，不能满足生产机械快速、准确停车的要求；不能满足生产机械快速、准确停车的要求； 2 2）制动：制动：外加阻力转矩，使电动机迅速停车。为了提高生产效外加阻力转矩，使电动机迅速停车。为了提高生产效率，保证产品质量，需要加快停车过程，实现准确停车等，要率，保证产品质量，需要加快停车过程，实现准确停车等，要求电动机运行在制动状态，常

36、简称为电动机的制动。求电动机运行在制动状态，常简称为电动机的制动。 69几个基本的概念几个基本的概念就能量转换观点看，电动机有两种运转状态。就能量转换观点看，电动机有两种运转状态。3 3电动机的两种运转状态电动机的两种运转状态1)1)电动状态：电动状态：电动机输出转矩的作用方向与转速的方向相同。电动机输出转矩的作用方向与转速的方向相同。 此时电动机输出转矩为拖动转矩，负载为阻转矩此时电动机输出转矩为拖动转矩，负载为阻转矩. . 电动机的作用是将电能转换机械能。电动机的作用是将电能转换机械能。 故称电动机的这种状态为电动状态。故称电动机的这种状态为电动状态。2 2）制动状态：制动状态：电动机输出

37、转矩的作用方向与转速的方向相反。电动机输出转矩的作用方向与转速的方向相反。 此时，电动机的输出转矩为阻转矩，负载为拖动转矩此时，电动机的输出转矩为阻转矩，负载为拖动转矩. . 电动机的作用是吸收或消耗负载的机械能。电动机的作用是吸收或消耗负载的机械能。 故称电动机的这种工作状态为制动状态。故称电动机的这种工作状态为制动状态。 电动状态制动制动状态状态70他励电动机的制动他励电动机的制动吸收或消耗负载的吸收或消耗负载的机械能机械能71他励电动机的反馈制动他励电动机的反馈制动72降压反馈制动降压反馈制动电动机电枢电压突然降低，低于此时电动机产生的反电势，电动机电枢电压突然降低，低于此时电动机产生的

38、反电势，也会使得电枢电流方向相反。也会使得电枢电流方向相反。adaaRREUI1EURREUIadab2273匀速下放重物反馈制动匀速下放重物反馈制动卷扬机下放重物时，和电车下坡相似。卷扬机下放重物时，和电车下坡相似。串接电阻是为了串接电阻是为了限制重物下降速限制重物下降速度。度。但但nn0，运行不运行不安全安全正转时，特性在第一象限，电动机提升重物；正转时，特性在第一象限，电动机提升重物；改变电源极性，理想空载转速为改变电源极性，理想空载转速为-n0,特性在第三象限，电动机反转特性在第三象限，电动机反转电动机反向下放速度LTtKeKadRaReKNUeKaRaINUn2 742、他励电动机的

39、反接制动、他励电动机的反接制动75他励电动机的电源反接制动他励电动机的电源反接制动TKKRRKUIKRRKUnteadaeeadae2）（）（）（正常工作时：adaaRRIEUnKRRIUERRIEUeadaaadaa）（）（电源反接时：76他励电动机的倒拉反接制动他励电动机的倒拉反接制动773、他励电动机的能耗制动、他励电动机的能耗制动线机械特性为过原点的直TKKRRnUKETKKRRKUnteadaeteadae220/78练习：一台他励直流电动机的数据如下：一台他励直流电动机的数据如下：P PN N=29KW, U=29KW, UN N=440V, =440V, I IN N=76.2A

40、,n=76.2A,nN N=1050r/min,R=1050r/min,Ra a=0.393=0.393欧。欧。（1)1)电动机带电动机带位能负载位能负载，在固有机械特性上作，在固有机械特性上作反馈制动反馈制动下放重物，下放重物，I Ia a60A60A，求电动机反向下放速度。求电动机反向下放速度。（2)2)电动机带电动机带位能负载，作反接制动位能负载，作反接制动下放，下放，I Ia a=50A=50A时，时，转速转速n=-600r/minn=-600r/min，求串接在电枢回路中的电阻、电网求串接在电枢回路中的电阻、电网的输入功率、轴上的输出功率及电阻上消耗的功率。的输入功率、轴上的输出功率

41、及电阻上消耗的功率。 （3)3)电动机电动机带反抗负载带反抗负载，从，从n=500r/minn=500r/min进行进行能耗制动能耗制动，若其最大制动电流限制在若其最大制动电流限制在100100A A，试计算串接在电枢回试计算串接在电枢回路中的电阻值。路中的电阻值。79一台他励直流电动机的数据如下：一台他励直流电动机的数据如下：P PN N=29KW, U=29KW, UN N=440V, =440V, I IN N=76.2A,n=76.2A,nN N=1050r/min,R=1050r/min,Ra a=0.393=0.393欧。欧。（1)1)电动机带电动机带位能负载位能负载，在固有机械特

42、性上作，在固有机械特性上作反馈制动反馈制动下放重物，下放重物，I Ia a60A60A，求电动机反向下放速度。求电动机反向下放速度。（2)2)电动机带电动机带位能负载，作反接制动位能负载，作反接制动下放，下放，I Ia a=50A=50A时，转速时，转速 n=-600r/minn=-600r/min，求串接在电枢回路中的电阻、电网的输入功率、求串接在电枢回路中的电阻、电网的输入功率、轴上的输出功率及电阻上消耗的功率。轴上的输出功率及电阻上消耗的功率。 （3)3)电动机电动机带反抗负载带反抗负载，从，从n=500r/minn=500r/min进行进行能耗制动能耗制动，若其最大，若其最大制动电流限

43、制在制动电流限制在100100A A，试计算串接在电枢回路中的电阻值。试计算串接在电枢回路中的电阻值。解:39. 01050393. 02 .76440NaNNnRIUeKmin/1190:) 1 (39. 0393. 060440rnneaaNKRIU电动机反向下放速度80解:39. 01050393. 02 .76440NaNNnRIUeK：电枢回路总电阻 R)2(077.13393. 048.13aRRR 电枢回路串接电阻KWWIUPPaN225044011：电网输入功率KWRIPPa7 .3348.135022：电枢回路电阻消耗功率。负号表示轴上输入功率轴上输出的功率KWWIRIUIEPPaaNaa7 .1150)48.1350440()(22一台他励直流电动机的数据如下：一台他励直流电动机的数据如下：P PN N=29KW, U