电力拖动与基础第4章 直流电机的电力拖动

1、 电动机的起动指接通电动机的起动指接通U N ，转速从，转速从n=0到到n=nN 起动要求：起动要求： 1） 大大 2） 小小 3）起动过程中消耗的能量少）起动过程中消耗的能量少 4) 起动设备简单，便于控制。起动设备简单，便于控制。 满足满足 足够大的条件下，尽量减少足够大的条件下，尽量减少 stI一、他励直流电动机的起动方法一、他励直流电动机的起动方法stIstTstTNaNstastNeaIRUIRIUnCEnt)3010(0, 0, 0:0 UEaIaK1RstaNaaNNNNaNRUREUIUE）（；）（额定运行时，07. 003. 097. 093. 0直接起动直接起动 太大，须限

2、制太大，须限制 限制限制 的方法有：的方法有：降压起动；电枢回路串电阻起动。降压起动；电枢回路串电阻起动。NSNsTTII)2 . 11 . 1 ()2;5 . 221）（）般条件是：电机拖动负载起动的一stICastRRUIstI (一一)电枢回路串电阻起动电枢回路串电阻起动CaNstRRUI我们在电枢回路中串入电阻我们在电枢回路中串入电阻 ， 可减小起可减小起动电流，动电流，当起动转矩大于负载转矩，电动机开始转动，当起动转矩大于负载转矩，电动机开始转动，cR此时此时 ，则，则 可见，随着可见，随着转速的升高，反电动势不断增大转速的升高，反电动势不断增大，起动起动电流继续减小电流继续减小，但

3、是，同时，但是，同时起动转矩也在减小起动转矩也在减小，所以为了在整个起动过程中保持一定的起动转矩所以为了在整个起动过程中保持一定的起动转矩 ，加速电动机的起动过程，我们采用将起动电阻一加速电动机的起动过程，我们采用将起动电阻一段一段逐步切除，最后电动机进入稳态运行，此段一段逐步切除，最后电动机进入稳态运行，此时，起动电阻应被完全切除。时，起动电阻应被完全切除。1.起动过程起动过程0aEcaaNstRREUIRC3RC2UNEaRaKM1RC1KM2KM3IfaT2ecTLT1I2I1ghfdbn0R3nfndbnbnbnhnTaT2ecTLT1I2I1gRahfdbn0R3R2R1nfndbn

4、bnbnhnTC IT1 I1T2 I2TL ILnn03321RRRRRCCCaabcd221RRRRCCan1n2n311RRRCaefaRghnN他励直流电动机三级电阻起动的机械特性二、分级起动电阻的计算 起动电阻的级数m、最大起动电流及及切换电流是根据生产过程与起动要求来决定的一般（.）N切换电流必须大于稳态电流L,一般取 （.）N；或 （.）L m的选择： 起动时：使，接入全部起动电阻 ，且起动电流为：fNfIINUU 321cccRRR33211RURRRRUINacccNb点bNEUIR23c点cNEUIR12d点dNEUIR22e点eNEUIR11f点fNEUIR21g点gNa

5、EUIR1,gfnn由于fNegfnCEE所以转矩比。称为起动电流比或起动则2121TTII;121aRRII则；可得：1221RRII2111223IIRRRRRRa由上面三式可得：,ednn 同理由于,cbnn 同理由于.2321RRII可得：2111223211IIRRRRRRRRRRmammmm级起动有：同理，对于mammmammaaaRRRRRRRRRRRR112112121111122121)1(1212211)()()() 1(cmammmmcmcmammmmmccacaacRRRRRRRRRRRRRRRRRRR则各级起动电阻为：计算各级起动电阻值的步骤:aR据估算）根据电动机的

6、铭牌数（1112IURINm起动电阻。从而算出最大）选取最大起动电流（；从而可初得起动电流比一般选取先初选切换电流则应先决定起动级数。）如果起动级数未知，（.)2 . 11 . 1 (.32122IIIIIN 又因为InRRInmam的值的值为，取接近代入上式可求得及、将mmmmRRam。计算起动电流比)4(。代入即可得及、，将由mRRRRammam值若不符合要求，重选或校核流然后算出实际的切换电.)2 . 11 . 1 (.)2 . 11 . 1 (.,2212mIIIIIILN电阻值值代入即可得各级起动将)5(.2,92min/980,115,220,21级数及各级起动电阻值试求分级起动最

7、大起动电流不超过。负载电流为定数据如下：例：某他励直流电机额NLNNNNIAIrnAIVUKWPaR据估算）根据电动机的铭牌数（ 1163. 0)1151021115220(21)(21232NNNNaIPIUR957. 0230115222111IURAIIINmN最大起动电阻。）选取最大起动电流（34 .2mInRRInmam取09. 2110230110922 . 12 . 13212IIAIIL先初选切换电流则应先决定起动级数。）因为起动级数未知，（804. 1163. 0957. 03mamammamRRmRRRR。代入可得及、，将由。计算起动电流比)4(满足要求所以流然后算出实际的

8、切换电32 .1127804.1230,122mIAIIIL(5)求各级起动电阻427. 053. 0957. 0236. 0294. 053. 0131. 0163. 0294. 023312211RRRRRRRRRccac则各级起动电阻为：957. 0804. 1163. 0530. 0804. 1163. 0294. 0163. 0804. 1331321212RRRRRRRRaaa例:某他励直流电动机额定数据如下: 试求(1)如果将该机直接起动,则起动电流为多少?(2)为使起动电流限制在2IN,应在电枢回路串入多大电阻?(3)如果采用降压起动,端电压应降为多少?,60KWPN,220V

9、UN,305AINmin/1000rnN(二）他励直流电动机降低电枢电压起动：二）他励直流电动机降低电枢电压起动：从最原始的公式，我们可以看出，除了增大电从最原始的公式，我们可以看出，除了增大电阻外，还可以通过减小电枢电压来减小起动阻外，还可以通过减小电枢电压来减小起动电流：电流： 这种方法在起动过程这种方法在起动过程中不会有大量的能量消中不会有大量的能量消耗。耗。串励与复励直流电动机的起动方法基本串励与复励直流电动机的起动方法基本上与并励直流电动机一样，采用串电阻的方上与并励直流电动机一样，采用串电阻的方法以减小起动电流。法以减小起动电流。但特别值得注意的是串但特别值得注意的是串励电动机绝对

10、不允许在空载下起动，否则电励电动机绝对不允许在空载下起动，否则电机的转速将达到危险的高速，电机会因此而机的转速将达到危险的高速，电机会因此而损坏。损坏。( (为什么为什么?)?)astRUIsTT0nnNULT Speed-regulation of separately excited motor 电力拖动系统的调速电力拖动系统的调速: 1)机械调速机械调速; 2)电气调电气调速速电动机稳定时T 由负载转矩决定，其不变时，改变U、电枢串电阻都可以调速要求：要求：1）计算转速）计算转速 2）分析调速物理过程，计算调速瞬间物理量）分析调速物理过程，计算调速瞬间物理量3）计算功率）计算功率TCCR

11、RCUnTeae2(一）降低电枢电压一）降低电枢电压调速：调速： 因为电机在正常工因为电机在正常工作时，电枢电压不作时，电枢电压不能超过额定电压，能超过额定电压，所以，采用向下调所以，采用向下调速。很显然，在这速。很显然，在这里，只改变了里，只改变了 ，所以我们将得到一所以我们将得到一系列平行与固有特系列平行与固有特性的曲线。如图：性的曲线。如图：0n 优点优点：1）电源电压能够平滑调节，可实现无电源电压能够平滑调节，可实现无级调速。级调速。 2）调速前后的机械特性的斜率不变，硬调速前后的机械特性的斜率不变，硬度较高，负载变化时稳定性好度较高，负载变化时稳定性好。 3）无论轻载还是负载，调速范

12、围相同，无论轻载还是负载，调速范围相同，一般可达一般可达 D=2.512。 4）电能损耗较小电能损耗较小。缺点缺点：需要一套电压可连续调节的直流电源需要一套电压可连续调节的直流电源。缺点：缺点：转速只能由额定电压对应的速度向低转速只能由额定电压对应的速度向低调。此外，应用这种方法时，电枢回路需调。此外，应用这种方法时，电枢回路需要一个专门的可调压电源，过去用直流发要一个专门的可调压电源，过去用直流发电机电机- -直流电动机系统实现，由于电力电子直流电动机系统实现，由于电力电子技术的发展，目前一般均采用可控硅调压技术的发展，目前一般均采用可控硅调压设备设备直流电动机系统来实现。直流电动机系统来实

13、现。01n1A1nBNTnTL0nANn202n2nCtt=0naNInNn1n1aIaiai（二）弱磁调速优点：这种调速方法的特点是由于励磁回路的电流很小，只有额定电流的（13）%，不仅能量损失很小，且电阻可以做成连续调节的，便于控制。弱磁升速后电枢电流增大，电动机的输入功率增大，但由于转速升高，输出功率也增大，电动机的效率基本不变，因此经济性是比较好。缺点：机械特性的斜率变大，特性变软；转速的升高受到电动机换向能力和机械强度的限制，升速范围不可能很大，一般 D2；其限制是转速只能由额定磁通时对应的速度向高调，而电动机最高转速要受到电机本身的机械强度及换向的限制。 为了扩大调速范围，通常把降

14、压和弱磁两种调速方法结合起来，在额定转速以上，采用弱磁调速，在额定转速以下采用降压 调速。(三）电枢回路串电阻调速三）电枢回路串电阻调速： 电枢回路串联电阻越大，机械特性的斜率电枢回路串联电阻越大，机械特性的斜率越大，因此在负载转矩恒定时，即为常数，越大，因此在负载转矩恒定时，即为常数，增大电阻，可以降低电动机的转速。增大电阻，可以降低电动机的转速。nTTLRan0nNA0ABn1Ra+Rc1n2Ra+Rc2CRc1Rc2tt=0n1nNIaNianian 优点：电枢串电阻调速设备简单，操作方便。缺点： 2）低速时特性曲线斜率大，静差率大，所以转速的相对稳定性差； 3）轻载时调速范围小，额定负

15、载时调速范围一般为D2； 4）损耗大，效率低，不经济。对恒转矩负载，调速前、后因磁通不变而使T和Ia不变，输入功率不变，输出功率却随转速的下降而下降，减少的部分被串联电阻消耗了。 1）由于电阻只能分段调节，所以调速的平滑性差； 直流电动机上述三种调速方法中，改变电直流电动机上述三种调速方法中，改变电枢电压和电枢回路串电阻调速属于枢电压和电枢回路串电阻调速属于恒转矩恒转矩调速调速，而弱磁调速属于，而弱磁调速属于恒功率调速恒功率调速三种调速方法的比较三种调速方法的比较调速指标调节电源电压调节电源电压电枢串接电阻电枢串接电阻减弱磁通减弱磁通调速方向从nN向下调从nN向下调从nN向上调调速范围 48

16、23(无静差要求无静差要求) 1.22调速平滑性好差好调速稳定性好差较好容许输出恒转矩恒转矩恒功率电能损耗较小大小设备投资多少较少VUkWPNN220,5 . 5,5 .30AINmin/1500,45. 0rnRNa例例: :一台他励直流电动机，一台他励直流电动机，电动机拖动额定负载运行，保持励磁电流不变，电动机拖动额定负载运行，保持励磁电流不变，要把转速降到要把转速降到1000r/min1000r/min。求：。求： 1)1)若采用电枢回路串电阻调速，应串入多大电阻若采用电枢回路串电阻调速，应串入多大电阻? ? 2)2)若采用降压调速，电枢电压应降到多大？若采用降压调速，电枢电压应降到多大

17、？3 )3 )两种方法调速时电动机的效率各是多少？两种方法调速时电动机的效率各是多少？ rVnRIUCNaNNNemin/.1375. 0150045. 05 .30220min/16001375. 0/2200rCUnNeNmin/100150016000rnnnNNmin/600100016000rnnnBBpaaBNRRRnn解：（1） 由 得：min/1100100100010rnnCUnBBNe25. 245. 011006001aNBpRnnRVnCUNe25 001（2） WnnPTPBNNBN3367601000215005 . 59550602955

18、022%6 .545 .302203367212NNRIUPPP%0 .735 .3025UIUPPP串电阻时的效率：降压时的效率：（3）输出功率二二.调速性能指标调速性能指标 (一)技术指标 1.调速范围是指电动机在额定负载转矩T=TL时，其最高转速与最低转速之比。 2.静差率 静差率也称转速变化率，指电动机由理想空载到额定负载时转速的变化率minmaxnnD Ooonnnnn 越小，相对稳定性越好； 与机械特性硬度和n0有关。 1)no一定时，机械特性越硬，额定转矩时转速降落越小，静差率 越小。 2）机械特性硬度一定是，理想空载转速越高， 越小。.两者的关系在同一

19、种调速方法中，)1 ()1 ()1 ( maxmaxmaxmaxminmaxNNoNoNonnnnnnnnnnnnnD的关系为：与D，降低电源电压时。）静差率，电枢串电阻时；）静差率，电枢串电阻时；）静差率电动机的调速范围：求下列各种情况下，电枢回路总电阻额定电流，例：某他励直流电动机203202301,04. 0min/1000,220,305,60aNNNNRrnVUAIKWP因此：1）调速范围必须是在一定的静差率限定下才有意义。否则它可以从0到最大值，这样没有意义2）在一定的静差率限定下调速范围的扩大，主要是提高机械特性的硬度，减小Nn11. 3iiiinnnn之比与低一级转速一级转速速

20、中，高其定义为：相邻两级转表示，数调速的平滑性用平滑系，有级无级调速的平滑性最好调速的平滑性 越接近1，平滑性越好，当 时，称为无级调速，即转速可以连续调节。调速不连续时，级数有限，称为有级调速。1 4.调速时电动机的容许输出 容许输出是电动机在不同转速时轴上所能输出的功率和转矩。不同的调速方法，其容许输出是不同的。电机的实际输出是由负载决定的。所以，如何根据电机的负载特性来决定调速方法，使电动机能得到充分利用是个很重要的问题。（二）经济指标（二）经济指标 经济指标包括两个方面：一是设备的初投资费，二是设备的运行与维护费用，运行费用与设备的效率有关。 各种调速方法的经济指标极为不同。 在满足一

21、定的技术指标下，确定调速方案时，应力求设备投资少，电能损耗小，而且维修方便。三、电动机调速时的容许输出三、电动机调速时的容许输出（一）电动机的容许输出（一）电动机的容许输出 电机在nmax与nmin之间调速运行时，如果始终保持Ia=IN，则电机既能充分利用，又能安全运行。这时电机输出的功率与转矩，是该转速范围所允许的限制值，称之为调速时容许输出功率与转矩。 以电机在不同转速都能得到充分利用为以电机在不同转速都能得到充分利用为条件，他励直流电动机的调速可分为条件，他励直流电动机的调速可分为恒转恒转矩调速和恒功率调速矩调速和恒功率调速。（二）恒转矩调速方式和恒功率调（二）恒转矩调速方式和恒功率调速

22、方式速方式 所谓恒转矩调速方式指的是：在某种调速方法中，保持电枢电流 若该电动机电磁转矩恒定不变，则称这种调速方式为恒转矩调速方式。 所谓恒功率调速方式指的是：在某种调速方法中，保持电枢电流 若该电动机电磁功率恒定不变，则称这种调速方式为恒功率调速方式。不变，NaII不变，NaIIKnnTnTPKTICTIIICTNllNNNTlNaaTN22,转矩分别为：率和不变，则容许输出的功如果在调速过程中保持速方法中：在调压调速和串电阻调 电动机的容许输出功率与转速成正比，而容许输出转矩为恒值-恒转矩调速。P,TPlTlnnminnN调速为恒转矩调速方式所以调压调速和串电阻输出转矩与输出功率许恒转矩调

23、速方式下的容分别为：容许输出的功率和转矩则不变，则如果在调速过程中保持是变化的，在弱磁调速方法中：,2nKnCRIUIInCRIUeaNNNaeaaNnKInKCICTNTNTl32433222kknnknTPll 电动机的容许输出转矩与转速成反比，而容许输出功率为恒值-恒功率调速。nmaxP,TPlTlnnN0输出转矩与输出功率许恒功率调速方式下的容（三）调速方式与负载转矩之间的匹配（三）调速方式与负载转矩之间的匹配P,TPlTlnnminnNP,TPlTlnmax0输出转矩与输出功率两种调速方式下的容许 以以 为界，为界，分两个区域分两个区域： 为恒转矩为恒转矩调速区调速区； 为恒功率调速

24、区NnNnn Nnn 和和 均为常数均为常数, , 和和 均与转速均与转速 成正成正比，只要选择电动机比，只要选择电动机的的 与与 相等，在任相等，在任何转速下均有：何转速下均有：LTLTTTLPPnTLTTnNaLLIITTPP电机既满足了负载要求，电机既满足了负载要求，又得到了充分利用。又得到了充分利用。这是一种理想的配合，转速这是一种理想的配合，转速是从额定转速向下调，所以是从额定转速向下调，所以额定转速为系统的最高转速额定转速为系统的最高转速。恒转矩负载配合恒转矩调速方式与P,TPlTlnnminnN0TLPLmaxmax95509550maxLNNNNNLNPnTnTPnnTT据按如

25、下确定：电动机的额定数 和和 均为常数，均为常数， 和和 均与均与 成反比，只成反比，只要选择要选择 与与 相等，相等，在任何转速下均有：在任何转速下均有：LTLPTPLPPnNaLLIITTPP电机既满足了负载要求，电机既满足了负载要求，又得到了充分利用。又得到了充分利用。TnLTT这是一种理想的配合，转速这是一种理想的配合，转速是从额定转速向上调，所以是从额定转速向上调，所以额定转速为系统的最低转速额定转速为系统的最低转速。率负载配合恒功率调速方式与恒功P,TPlTlnnminnNPlTlnmax0TLPLmaxminmin95509550TnPnPTPPnnLNNNLNN据按如下确定：电

26、动机的额定数恒转矩调速配恒功率负载恒转矩调速配恒功率负载负载转矩负载转矩CT nTL1电动机容许输出转矩电动机容许输出转矩只有在最低转速时才有：只有在最低转速时才有：NaLLIITTPP电机得到了充分利用。电机得到了充分利用。NaLLIITTPP在高于最低转速时：在高于最低转速时：电机未被充分利用。电机未被充分利用。TTnmaxnminnLTmaxmaxLNNTTnnP,TPlTlnnminnN0TLLLNNNLlNNDPnTnTPTTTnn95509550maxmaxmaxmax据按如下确定：电动机的额定数恒功率负载配合恒转矩调速方式与 上式证明上式证明： 这种配合，电动机的实际输出功率（恒

27、定的负载功这种配合，电动机的实际输出功率（恒定的负载功率）只是电动机额定功率的率）只是电动机额定功率的 （D为调速范围）为调速范围）。D1NLLLLNNNPDPDPnTnnnTnTP1955095509550minmaxminmaxmaxmax显然，这种配合将造成电动机容量的浪费。显然，这种配合将造成电动机容量的浪费。 恒转矩负载配恒功率调速恒转矩负载配恒功率调速负载转矩负载转矩CTLnT1电动机容许输出转矩电动机容许输出转矩只有在最高转速时才有只有在最高转速时才有：NaLLIITTPP电机得到了充分利用。电机得到了充分利用。NaLLIITTPP在低于最高转速时：在低于最高转速时：电机未被充分

28、利用。电机未被充分利用。TnLTmaxnminnTminnnNnP,TnminnNTlnmax0TLLLLNNNLLNNDTnnTnPnPTnTPPnnminmaxminmaxmaxmaxmin955095509550据按如下确定：电动机的额定数恒转矩负载配合恒功率调速方式与 上式证明上式证明： 在最低转速时，电动机的实际输出功率（负载功率）在最低转速时，电动机的实际输出功率（负载功率）只是电动机额定功率的只是电动机额定功率的 （D为调速范围）为调速范围）。D1NLLLLLNPDPDPnTnnnTPP195509550minminminminmaxmaxmax显然，这种配合将造成电动机容量的浪

29、费。显然，这种配合将造成电动机容量的浪费。风机型负载与两种调速方式的配合风机型负载与两种调速方式的配合由于负载转矩随转速的升高而增大，为了使电动机在最由于负载转矩随转速的升高而增大，为了使电动机在最高转速时（所需的转矩最大）能满足负载的需要，应使高转速时（所需的转矩最大）能满足负载的需要，应使)()(maxmaxnnLnnTTnmaxnLTTTT只有在最高转速时，电只有在最高转速时，电动机才被充分利用。恒动机才被充分利用。恒转矩调速方式所造成的转矩调速方式所造成的电动机容量浪费比恒功电动机容量浪费比恒功率调速方式小一些。率调速方式小一些。他励直流电动机的调速 根据以上五种情况分析可得：1）电枢

30、串电阻调速和降压调速方式属于恒转矩调速，适用于恒转矩负载 。2）弱磁调速属于恒功率调速方式，适用于恒功率负载 。3）对于泵与风机类负载，三种调速方式都不十分合适，但采用电枢串电阻和降压调速比弱磁调速合适一些。 直直 流流 电电 力力 拖拖 动动 习习 题题 课课 1、他励直流电动机：、他励直流电动机：PN=1325KW， UN=750V, IN=1930A, nN=200rpm,Ra=0.0161 , U=2V.带带额定负载转矩运行时：额定负载转矩运行时： 1）电枢串电阻）电枢串电阻Rc=0.0743 ，串电阻瞬间和最后稳定时，串电阻瞬间和最后稳定时I和和n=？ 2） 降低降低10%，最后稳定

31、时，最后稳定时I和和n=？解解:额定运行时：额定运行时：V9 .71620161. 01930750EaN U)Rr (IEUcaaaNN 1、串电阻调速瞬间、串电阻调速瞬间B点：点：n=200不变不变UrIEUaaaNN 2)0742. 00161. 0(I9 .716750a A344Ia 调速前后稳定时调速前后稳定时T不变，不变， Ia也不变也不变C点电压方程点电压方程:NeaNnCE U)Rr (IEUcaaNaN 调速前调速前A点点:2)0742. 00161. 0(1930E750a nCEea rpm1602009 .7165 .573n 调速后调速后C点点:VEa5.573 B

32、rake of separately excited motor 制动状态制动状态 电动机生产机械TnTL电动机生产机械TnTL电磁制动的概念：让电动机产生一个与电磁制动的概念：让电动机产生一个与旋转方向相反的旋转方向相反的电磁力矩电磁力矩来实现制动。来实现制动。电动机制动的目的：停车；限速电动机制动的目的：停车；限速电动机制动的方法有：机械制动；电动机制动的方法有：机械制动； 电磁制动电磁制动电磁制动分类：能耗制动；电磁制动分类：能耗制动； 反接制动；反接制动； 回馈制动回馈制动TBRB制动制动IaB + U -电动电动IanTM+ Ea If一、能耗制动：一、能耗制动：(一一)能耗制动的方

33、法和原理能耗制动过程：如图能耗制动的方法和原理能耗制动过程：如图TaaaTaaaTaNRREIRRIERRRU即：电势平衡方程式为：电枢回路总电阻此时)(0, 0,在制动时，将闸刀合向下方在制动时，将闸刀合向下方，停车。的共同制动作用下减速和电机在态，反向，电机处于制动状与态时相反，的方向也与电动机状所以转矩方向没变，反。同，与电动机状态时相相，方向与产生电流不变。此时由方向也势方向不变，所以感应电转速LaTaaaTTnTTICTEaIEEn,很明显，此时，电网的电能不再供向电动机，而是在电阻上以电阻压降的形式进行消耗，这样一来使的电机的转速迅速下降。这时电机实际处于发电机运行状态，将转动部分

34、的动能转换成电能消耗在电阻和电枢回路的电阻上，所以称为能耗制动。);()()()()()0(0000)(, 0201220021TTTPPPTPTPTIEPRRIPUIPMcuaaaMTaacuaa输出机械功率电动机空载损耗机）电磁功率（电电枢回路总损耗输入电功率LTLTNU , 00022TnTnCCRRTTCCRRnNTeTaTTNTeTa时方向相反；与可见：斜率为能耗制动时机械特性(二二)能耗制动的机械特性能耗制动的机械特性机械特性分析：机械特性分析： ，这时电动机的机械特性，这时电动机的机械特性方程式为方程式为 1.能耗制动停车过程能耗制动停车过程。点所对应的电枢电动势为电动状态时式中

35、，电流为：范围内，制动初的最大最大电流限制在容许的的作用是将制动瞬间的制动电阻AEnCeRRnCeIIRAANTaANBT;1 结果分析：结果分析：这种方法所串入的电阻越小，这种方法所串入的电阻越小，能能耗制动开始瞬间的制动转矩和电枢电耗制动开始瞬间的制动转矩和电枢电流就越大，而电流太大，会造成换向上流就越大，而电流太大，会造成换向上的困难，的困难，因此能耗制动过程中电枢电流因此能耗制动过程中电枢电流有个上限，即电动机允许的最大电流。有个上限，即电动机允许的最大电流。由可以计算出能耗制动过程电枢回路中由可以计算出能耗制动过程电枢回路中串入制动电阻的最小值：串入制动电阻的最小值：aaaRIERm

36、axminaNNTNTaNTTTaNNARIURIRRUIIRIRRRUIUE2,2,1111所以有时间短；通常取制动大，平均制动转矩大，小则冲击电流制动时间长；小，平均制动转矩小，冲击电流大则若近似地取 是一条过原点的直线，是一条过原点的直线，在由运行点到停转的在由运行点到停转的制动过程中，转速并非稳定在某一数值，而制动过程中，转速并非稳定在某一数值，而是一直在变化中，是一直在变化中，因此称为因此称为能耗制动过程。能耗制动过程。这种制动方法在转速较高时制动作用较大，随着这种制动方法在转速较高时制动作用较大，随着转速下降，制动作用也随之减小，在低速时可配转速下降，制动作用也随之减小，在低速时可

37、配合使用合使用机械制动装置机械制动装置，使系统迅速停转。，使系统迅速停转。Ra+RTTCBADRa+RT0ETDTE2.能耗制动运行：能耗制动运行： 他励直流电动机拖动位能性负他励直流电动机拖动位能性负载运行，载运行， 在达到上述零点时在达到上述零点时（电磁转矩为零），由于负载转（电磁转矩为零），由于负载转矩不为零，结果，在负载转矩的矩不为零，结果，在负载转矩的作用下，电机开始反转，如图作用下，电机开始反转，如图 随着转速的升高，随着转速的升高， 均诼渐增大，最后和负载转均诼渐增大，最后和负载转 矩相等时稳定运行，这种矩相等时稳定运行，这种 过程叫做能耗制动运行。过程叫做能耗制动运行。TIEa

38、a,LNeTaLNTeTaICRRTCCRRn2稳态转速 二.反接制动 (一)转速反向的反接制动T电动机轴nRTUNTRaAnDCBn0n0nARa+RTE 他励直流电动机他励直流电动机拖动位能性恒转矩负载拖动位能性恒转矩负载运运行，电枢回路串入电阻，将引起转速下降，行，电枢回路串入电阻，将引起转速下降，串的电阻越大，转速下降越多。如果电阻大串的电阻越大，转速下降越多。如果电阻大到一定程度，将使电动机的机械特性和负载到一定程度，将使电动机的机械特性和负载的机械特性的交点出现在第的机械特性的交点出现在第 4 象限，如图象限，如图所示，这时电动机接线未变，转速反向。是所示，这时电动机接线未变，转速

39、反向。是一种制动运行状态，称为倒拉反转制动运行。一种制动运行状态，称为倒拉反转制动运行。0, 0nT倒拉反转制动运行倒拉反转制动运行常用于起重设备低速下常用于起重设备低速下放重物的场合。放重物的场合。在这种运行方式中，电动机的电磁转矩在这种运行方式中，电动机的电磁转矩起了制动作用，限制起了制动作用，限制了了重物下降的速度。重物下降的速度。改变电阻的大小，即改变了机械特性的改变电阻的大小，即改变了机械特性的交点，使重物以不同的稳定速度下降。交点，使重物以不同的稳定速度下降。倍。值的动电阻电阻必须较大，约为能耗制为了限制电流电枢电压平衡方程式：220, 0:)(TTaTaaTaaaaTaaaRRR

40、URREURREUIEnDCRRIEU流。为稳定下放时的电枢电稳定下放的速度为：机械特性方程式为：NTTLLNTeTaoLNTeTaoNTeTaoCTIICCRRnTCCRRnnCCRRnn222(二)、电压反接制动：反接制动过程分析：如图所示，电压反接制动是将正在正向运行的他励直流电动机电枢回路的电压突然反接，电枢电流也将反向，主磁通不变，则电磁转矩反向，产生制动转矩。机械特性分析；反接前：aaNaREUI反接后反接后 ：所以：所以：因此反接后电流的数值将非常大，为了限因此反接后电流的数值将非常大，为了限制电枢电流，所以反接时必须在电枢回制电枢电流，所以反接时必须在电枢回路串入一个足够大的限

41、流电阻。路串入一个足够大的限流电阻。 NUUaaNaREUIaaaNRIEURmaxmin 电压反接制动时，电压反接制动时， ， 电枢回路的电阻：电枢回路的电阻： ， 电动机的机械特性方程式为：电动机的机械特性方程式为： NUUNTaRR ICRRnTCCRRnTCCRRCUnNeTaoNTeTaoNTeTaNeN22其对应的曲线为其对应的曲线为过过 点，斜率为点，斜率为的直线，如图的直线，如图0n2NTeTaCCRRLTLTLTLTLTLTLT反接制动反向起动过程：如果C点电动机的转矩大于负载转矩，当转速到达零时，应迅速将电源开关从电网上拉开，否则电动机将反向起动，最后稳定在D点运行，如图所

42、示。电压反接制动在整个制动过程中均具有较大的制动转矩，因此制动速度快，在可逆拖动系统，常常采用这种方法。);()()()()()(0000)(, 0201220021TTTPPPTPTPTIEPRRIPUIPMcuaaaMTaacuaa输出机械功率电动机空载损耗机）电磁功率（电电枢回路总损耗输入电功率 反向电动状态TFEOADCAnoTL-no-TLB点。，系统稳定运行在点直到动，的作用下，系统反向起系统在转矩也随之反向。反向起动后，负载转矩DTTDTTdtdnGDTTdtdnGDTTLDLLL)(375375)(22三、回馈制动：三、回馈制动：(一一)正向回馈制动正向回馈制动：他励直流电动机

43、拖动：他励直流电动机拖动负载运行，电机将系统具有的动能反馈负载运行，电机将系统具有的动能反馈回电网，且电机仍为正向转动，称之为回电网，且电机仍为正向转动，称之为正向回馈制动。如图正向回馈制动。如图nBTTLBADOUNUn0n0CTTLnn01AnAU10U2n02nCBCU21B C);()()()()()(0000)(, 0201220021TTTPPPTPTPTIEPRRIPUIPMcuaaaMTaacuaa输出机械功率电动机空载损耗机）电磁功率（电电枢回路总损耗输入电功率 1.电车下坡电车下坡 2.过渡回馈制动状态过渡回馈制动状态nBTTLTLECBADGFOUNUUn0n0n0(二）

44、反向回馈制动二）反向回馈制动：他励直流电动机拖动位：他励直流电动机拖动位能性恒转矩负载运行，采用电压反接制动，能性恒转矩负载运行，采用电压反接制动，电机将系统具有的动能反馈回电网，电机电机将系统具有的动能反馈回电网，电机为反向转动，称之为反向回馈制动。如图为反向转动，称之为反向回馈制动。如图他励直流电动机的四个象限上的运行他励直流电动机的四个象限上的运行 电动状态：特性在第一，三象限，其中第电动状态：特性在第一，三象限，其中第一象限是正向电动状态，第三象限是反向一象限是正向电动状态，第三象限是反向电动状态。电动状态。 制动状态：特性在第二，四象限，其中第制动状态：特性在第二，四象限，其中第二象

45、限是正向能耗，正向回馈制动，电压二象限是正向能耗，正向回馈制动，电压反接制动。第四象限是反向能耗，反向回反接制动。第四象限是反向能耗，反向回馈制动，转速反向反接制动，处在反向电馈制动，转速反向反接制动，处在反向电动状态时进行电压反接的电压反接制动。动状态时进行电压反接的电压反接制动。四象限运行分析四象限运行分析P1p0PcuaP2PMP1=0p0PcuaP2PM (3)反接制动 (4)回馈制动P1p0PcuaP2PMP1p0PcuaP2PM下列各种情况下,采用电动机惯例的一台他励直流电动机运行在什么状态:0, 0)4(, 0, 0) 3(; 0, 0)2(; 0, 0) 1 (11nUIEIU

46、PPPPaaaNMM0, 0)5(aNIUUnNaaaaNUUnTIEEIUU, 0, 0)8(; 0, 0)7(; 0,)6(0, 0, 0)10(0,)9(1aNaEPTnUE 例:一台他励直流电动机， 允许最大电流 ，电动机拖动负载 电动运行，求： 若采用能耗制动停车，电枢回路应串入多大电阻？ 若采用反接制动停车，电枢回路应串入多大电阻？KWPN17,220VUN,5 .92AINmin/1000,16. 0rnRNa， ，。 NaII8 . 1maxNLTT8 . 0 解：（1）电动运行时，NLTT8 . 0AIINa745 .928 . 08 . 0VRIUEaaNa16.20816

47、. 07422009. 116. 05 .928 . 116.208maxaaaTRIER14. 216. 05 .928 . 116.208220maxaaaNTRIEUR采用能耗制动停车，电枢回路应串入电阻采用反接制动停车，电枢回路应串入电阻4.4 电力拖动系统过渡过程电力拖动系统过渡过程过渡过程的概述过渡过程的概述1.稳态稳态(静态静态)：指电动机转矩指电动机转矩T和负载转矩和负载转矩TL相等。系统静止不动或以恒速运动的状态。相等。系统静止不动或以恒速运动的状态。2.动态动态：指：指 T与与TL不相等，加速或减速状态。不相等，加速或减速状态。即非平衡状态即非平衡状态dn/dt0，动态也称

48、过渡过程。，动态也称过渡过程。 转速由转速由n=0升至某一转速或从某一转速升至另升至某一转速或从某一转速升至另一转速的变化过程均称为一转速的变化过程均称为过渡过程过渡过程。电力拖动的过渡过程：从一个稳定工作状态过渡到另一个稳定工作状态的过程。3.产生过渡过程的原因产生过渡过程的原因外因外因：系统受到外部干扰，例如起动、制动、反转、系统受到外部干扰，例如起动、制动、反转、调速及负载突变等调速及负载突变等,电机参数变化，引起电机参数变化，引起T变化。变化。内因内因：系统本身的惯性,惯性主要有两种，机械惯性(GD2)和电磁惯性(电感电感L). GD2 的存在，使的存在，使n不能突变。不能突变。L的存

49、在，使电流的存在，使电流不能突变。若只考虑不能突变。若只考虑GD2影响，称机械过渡过程；影响，称机械过渡过程；只考虑只考虑L的影响，称电磁过渡过程；两者都考虑称的影响，称电磁过渡过程；两者都考虑称机电过滤过程。机电过滤过程。实际上两种惯性同时存在，但由于电磁惯性的影响远小于机械惯性的影响，为分析方便起见，忽略电磁惯性的影响，只考虑机械惯性，这种过渡过程称为机械过渡过程。4 研究过渡过程的内容 过渡过程前后两个稳定状态电动机的电枢电流、电磁转矩T和转速一般是不相同的，过渡过程就是要研究、和在这过程中随时间变化的规律。这些变化规律曲线称为负载图。重点重点：机械过渡过程，因为较多的情况下，：机械过渡

50、过程，因为较多的情况下，机械惯量的影响远大于电磁惯量影响，为简机械惯量的影响远大于电磁惯量影响，为简化分析，略去电磁惯量影响。化分析，略去电磁惯量影响。 研究过渡过程的实际意义在于：找出减研究过渡过程的实际意义在于：找出减小过渡过程持续时间，提高生产率；探讨减小过渡过程持续时间，提高生产率；探讨减少过渡过程损耗功率的途径，提高电机利用少过渡过程损耗功率的途径，提高电机利用率和力能指标；改善系统动态或稳定运行品率和力能指标；改善系统动态或稳定运行品质，使设备能安全可靠运行。质，使设备能安全可靠运行。4.4.1 过渡过程数学分析过渡过程数学分析系统的动态特性可用下列微分方程组描述：aNTNeaLa

51、aaaaICTnCEdtdnGDTTRIEdtdiLU37521.过渡过程中转速变化规律 设电动机原稳定工作在图设电动机原稳定工作在图 所示的所示的A点上，点上，现负载突然由现负载突然由TF0减小到减小到TL，电动机工作，电动机工作点从点从A点过渡到点过渡到B点，下面讨论过渡过程点，下面讨论过渡过程中转速的变化规律。中转速的变化规律。Ln0FTLT数学分析数学分析 将机械特性方程和电力拖动系统运动方程将机械特性方程和电力拖动系统运动方程联立，消除中间变量电磁转矩联立，消除中间变量电磁转矩T，可得微分，可得微分方程如下：方程如下：TCCRCUnTee2dtdnGDTTL3752dtdnTndtd

52、nTnnICRdtdnGDCCRnnMLMBLeTe0220375整理后得：上式中为 机电时间常数将式两边积分，代入初始条件，整理得： MLTdtnndn37522GDCCRTTeMMMMTtFTtLTtLFLenenennnn00)1 ()(分析分析 它有两部分组成：一部分是稳态分量，它有两部分组成：一部分是稳态分量，另一部分是暂态分量，另一部分是暂态分量，转速转速n的过渡过程是一的过渡过程是一条按指数规律变化的曲线，起始值为条按指数规律变化的曲线，起始值为nA，稳，稳态值是态值是nL，n=(t)曲线如图所示。曲线如图所示。LnXnAnABX2.过渡过程中电磁转矩变化规律过渡过程中电磁转矩变

53、化规律式中代入的关系由机械特性表示与)(00000tfnTnnTnnTnnnTFFLLMMTtLFLTtLFLeTnTnTnTnennnn)()(000000MTtLFLeTTTT)(0t0FTtTXTLTXtAXB03.过渡过程中电枢电流变化规律过渡过程中电枢电流变化规律 MTtLFLeTTTT)(0代入MTtLFLaeIIII)(0LTLICTaTICT00FTFICTt0FItIXILIXtAXB04.过渡过程时间的计算过渡过程时间的计算 当当t时，时，n=nL。实际上，当。实际上，当t=(34)TM，nnL，工程上认为系统进入稳态，所以只要已，工程上认为系统进入稳态，所以只要已知机电时间常数知机电时间常数TM，就可求出整个过渡过程所，就可求出整个过渡过程所需的时间。但实际生产中，往往还需要求过渡需的时间。但实际生产中，往往还需要求过渡过程进行到某一阶段所需的时间，例如求过程进行到某一阶段所需的时间，例如求A、B之间任意一点之间任意一点x，转速，转速nx为已知