直流电机的传动运行

1、直流电机的机械特性和动力学基础直流电机的机械特性和动力学基础 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_21.直流电动机的直流电动机的起动起动2.直流电动机的直流电动机的调速调速3.直流电动机的直流电动机的制动制动直流电机的机械特性和动力学基础直流电机的机械特性和动力学基础 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_3l起动的概念起动的概念l直接直接起动起动l电枢回路电枢回路串电阻器串电阻器起动起动l降压降压起动起动三种起动方法三种起动方法直流电机的机械特性和动力学基础直流电机的机械特性和动力学基础 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_4l起步、

2、起跑、起飞起步、起跑、起飞l起动起动：电动机接上电源，转速：电动机接上电源，转速从零达到稳定转速的过程。从零达到稳定转速的过程。l电动机起动的基本要求电动机起动的基本要求起动转矩大起动转矩大起动电流小起动电流小起动设备简单、经济、可靠起动设备简单、经济、可靠起动时间短起动时间短tOnnN直流电机的机械特性和动力学基础直流电机的机械特性和动力学基础 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_5起动电流起动电流也称堵转电流也称堵转电流 ( (起动瞬间起动瞬间n=0)n=0)。I Is s越大，越大， T Ts s 也越大。起动也越大。起动电流不能太大，否则会引起换向恶化，产生严重的火

3、花。还电流不能太大，否则会引起换向恶化，产生严重的火花。还会导致很大的线路压降，使电网电压不稳定。一般为会导致很大的线路压降，使电网电压不稳定。一般为1.52 1.52 I IN N 。直流电机的机械特性和动力学基础直流电机的机械特性和动力学基础 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_6方法：先合方法：先合Q1建立建立再合再合Q2 起动起动特点：特点：q操作简单操作简单q无需任何附加起动设备无需任何附加起动设备q冲击电流大，冲击电流大，Ist=(1020)INq只适用于小型直流电动机的起动。只适用于小型直流电动机的起动。直流电机的机械特性和动力学基础直流电机的机械特性和动力学

4、基础 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_7起动时：起动时：n0Ea=Cen0，U=Ea+IaRaIaRaIa=IstU/Ra，起动电流大，必须加以限制。，起动电流大，必须加以限制。T=CTIaIa T （注：不能直接启动）（注：不能直接启动）起动转矩大起动转矩大起动电流小起动电流小矛盾矛盾直流电机的机械特性和动力学基础直流电机的机械特性和动力学基础 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_8三点起动器三点起动器方法：在电枢回路串联一个起动器。方法：在电枢回路串联一个起动器。特点：特点：q可以有效抑制起动电流可以有效抑制起动电流 Ist=U/(Ra+Rst)

5、q需要附加起动设备需要附加起动设备q产生额外的电阻损耗产生额外的电阻损耗q适应于小容量并励电动机适应于小容量并励电动机TeOnn0R=0R1R2TL直流电机的机械特性和动力学基础直流电机的机械特性和动力学基础 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_9UfNIfNRfM-RaRs1Rs2R1=Ra+Rs1KM1KM2R2=Ra+Rs1+Rs2UN+-(a)接线图(b)机械特性电枢回路串电阻起动nn00T(I)TLT2(I2)T1(I2)RaR1AabcdeR22)分级起动(逐级切除起动电阻的起动) 为了在起动过程中使电枢电流和转矩被限制在允许的范围之内，为了在起动过程中使电枢电

6、流和转矩被限制在允许的范围之内，采用分级起动。采用分级起动。直流电机的机械特性和动力学基础直流电机的机械特性和动力学基础 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_10方法：方法：q保持励磁电流不变保持励磁电流不变(他励他励)；q降低电源电压，控制起动电流。降低电源电压，控制起动电流。特点：特点：q节能节能q需要专用的直流调压电源需要专用的直流调压电源直流电机的机械特性和动力学基础直流电机的机械特性和动力学基础 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_11TSTLOnn0T图图4.2 降电压启动降电压启动直流电机的机械特性和动力学基础直流电机的机械特性和动力学基础

7、 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_12例某他励直流电动机例某他励直流电动机PN=96kW, UN=440V, IN=250A, nN=500r/min, Ra=0.078，拖，拖动额定大小的恒转矩负载运行，忽略空载转矩。（动额定大小的恒转矩负载运行，忽略空载转矩。（1）若采用串电阻启动，）若采用串电阻启动，IS=2IN，计算所串电阻，计算所串电阻RS和和TS；（；（2）若采用降压启动，条件同上，求电压降至）若采用降压启动，条件同上，求电压降至多少并计算多少并计算TS802. 0078. 02502440aSNSRIURmNnPTNNN5 .1833500109655.

8、955. 93mNTTNS36675 .183322(1)解解VRIUaSS39078. 02502mNTTNS36675 .183322(2)解解直流电机的机械特性和动力学基础直流电机的机械特性和动力学基础 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_13l调速的概念调速的概念l调速的方法调速的方法调压调速调压调速调电枢电阻调速调电枢电阻调速调励磁电流调速调励磁电流调速电枢控制电枢控制磁场控制磁场控制直流电机的机械特性和动力学基础直流电机的机械特性和动力学基础 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_14调速：是指通过人为手段改变电力拖动系统的转速以满足生调速：是

9、指通过人为手段改变电力拖动系统的转速以满足生 产实际的需要。产实际的需要。1.1.机械调速：通过改变传动机构速比以改变转速的方法，机械调速：通过改变传动机构速比以改变转速的方法， 特点：调速时必须停车，多为有级调速。特点：调速时必须停车，多为有级调速。2. 2. 电气调速：电气调速： 通过改变电动机参数调节转速的方法通过改变电动机参数调节转速的方法特点：调速时不需停车，可实现无级调速，可采用反馈环特点：调速时不需停车，可实现无级调速，可采用反馈环节提高机械特性硬度，易于实现电气控制自动化。节提高机械特性硬度，易于实现电气控制自动化。3.3.电气电气机械调速：指上述两种方法都采用的混合调速法。机

10、械调速：指上述两种方法都采用的混合调速法。直流电机的机械特性和动力学基础直流电机的机械特性和动力学基础 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_15l电动机调速的基本要求电动机调速的基本要求调速范围：调速范围：D=nmax/nmin平滑性平滑性经济性经济性调速设备简单、可靠、操作方便调速设备简单、可靠、操作方便l调速：调节转速、转速控制调速：调节转速、转速控制tOnn1t1nN直流电机的机械特性和动力学基础直流电机的机械特性和动力学基础 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_16IaNl优点：调速设备简单、操作方便，转速可连续调节。优点：调速设备简单、操作方便

11、，转速可连续调节。l缺点：耗能，只能调低转速，轻载时调速范围不大。缺点：耗能，只能调低转速，轻载时调速范围不大。tOn1nNt1TOnn0R=0R1R2TLT=CTIa直流电机的机械特性和动力学基础直流电机的机械特性和动力学基础 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_17l优点优点操作方便，操作方便，转速可上、下连续调节，转速可上、下连续调节，节能，节能，机械特性硬度不变。机械特性硬度不变。l缺点缺点调速设备复杂，价格高。调速设备复杂，价格高。TOnU1UNU2U3UNTeNU1U2U3直流电机的机械特性和动力学基础直流电机的机械特性和动力学基础 电机学教案， 太原工业学院自

12、动化系温志明，wasxty_18l优点：调速设备简单，操作方便、控制灵活，转速可连续调节，节优点：调速设备简单，操作方便、控制灵活，转速可连续调节，节能，效率高。能，效率高。l缺点：机械特性变软，只能调高转速，有缺点：机械特性变软，只能调高转速，有“飞车飞车”的危险。的危险。If2n0If1If3If1If2If3TOnTeNnnNn1IaNIa1iatOT=CTIa直流电机的机械特性和动力学基础直流电机的机械特性和动力学基础 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_19Rs1TOnRs2Rs3Rs1Rs2U2U3TL调速方式调速方式主要优点主要优点主要缺点主要缺点改变改变Rs

13、简单简单只能调低转速只能调低转速改变改变U转速可调低、可调高转速可调低、可调高复杂复杂直流电机的机械特性和动力学基础直流电机的机械特性和动力学基础 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_20l制动的概念制动的概念l制动的方法制动的方法直流电机的机械特性和动力学基础直流电机的机械特性和动力学基础 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_21l直流电动机制动的方法直流电动机制动的方法能耗制动能耗制动、反接制动反接制动、回馈制动回馈制动l共同点共同点在维持原有磁场大小和方向不变的情况下，改变电在维持原有磁场大小和方向不变的情况下，改变电枢电流方向，以获得制动性质的电

14、磁转矩。枢电流方向，以获得制动性质的电磁转矩。 当当 与与 的方向相同时，电机运行于电动机状态，当的方向相同时，电机运行于电动机状态，当 与与 方向相反时，电机运行于制动状态。方向相反时，电机运行于制动状态。 TTnn直流电机的机械特性和动力学基础直流电机的机械特性和动力学基础 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_22l方法方法励磁回路不变，将电枢回路从电源励磁回路不变，将电枢回路从电源断开，接到制动电阻断开，接到制动电阻RL上。上。l原理原理U=Ea+Ia(Ra+RL)=0，Ia=-Ea/(Ra+RL)T=CTIa电磁转矩从电磁转矩从驱动驱动变为变为制动制动。直流电机的机

15、械特性和动力学基础直流电机的机械特性和动力学基础 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_23CBRa+RL + U -电动电动IanTM+ Ea IfTeRL制动制动IaTLTnn0RaAO直流电机的机械特性和动力学基础直流电机的机械特性和动力学基础 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_24 由于惯性，电枢保持原来方向继续旋转，电动势由于惯性，电枢保持原来方向继续旋转，电动势 方向不变。由方向不变。由 产生的电枢电流产生的电枢电流 的方向与电动状态的方向与电动状态时的时的 方向相反方向相反,对应的电磁转矩对应的电磁转矩 与与 方向相反方向相反,为为制动性质

16、制动性质,电机处于制动状态。电机处于制动状态。aEaEaBIaIBTT 制动运行时，电机靠生产机械的惯性力的拖动而制动运行时，电机靠生产机械的惯性力的拖动而发电，将生产机械储存的动能转换成电能，消耗在电发电，将生产机械储存的动能转换成电能，消耗在电阻上，直到电机停止转动。阻上，直到电机停止转动。电动机好像是一台发电机，电动机好像是一台发电机，但是没有原动机的输入功率，而是靠释放出来的动能；但是没有原动机的输入功率，而是靠释放出来的动能；电功率没有输出，完全消耗在电枢回路总电阻上。电功率没有输出，完全消耗在电枢回路总电阻上。直流电机的机械特性和动力学基础直流电机的机械特性和动力学基础 电机学教案

17、， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_25aRRCBn0naRA0LTT电动机状态工作点制动瞬间工作点制动过程工作段电动机拖动反抗性负载，电机停转。若电动机带位能性负载,稳定工作点直流电机的机械特性和动力学基础直流电机的机械特性和动力学基础 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_26能耗制动过程中的功率关系能耗制动过程中的功率关系输入电功率：输入电功率：P1 （0） 电枢回路总损耗：电枢回路总损耗：pCua （+）电磁功率（电电磁功率（电机）：机）：PM （-）电动机空载损耗：电动机空载损耗：p0 （+）输出机械功率：输出机械功率：P2 （-）规定机械能转变为电能为电

18、磁功率的正方向。规定机械能转变为电能为电磁功率的正方向。aUI2()aaIRRaaE IT0T 2T 直流电机的机械特性和动力学基础直流电机的机械特性和动力学基础 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_27l方法方法励磁回路不变，将加在电枢回路的电励磁回路不变，将加在电枢回路的电压反接。压反接。l原理原理-U=Ea+Ia(Ra+RL)Ia=-(U+Ea)/(Ra+RL)将产生很大的制动性质的电磁转矩。将产生很大的制动性质的电磁转矩。直流电机的机械特性和动力学基础直流电机的机械特性和动力学基础 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_28 + U -电动电动Ia

19、nTeM+ Ea QIfRLTe制动制动IanTn0RaAOBRa+RLC-n0直流电机的机械特性和动力学基础直流电机的机械特性和动力学基础 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_292、倒拉反转反接制动（转速反向的反接制动）、倒拉反转反接制动（转速反向的反接制动）倒拉反转反接制动只适用于位能性恒转矩负载。倒拉反转反接制动只适用于位能性恒转矩负载。 I If f及端电压及端电压U UN N不变，不变， 仅在电枢回路串入足够大的制动电仅在电枢回路串入足够大的制动电阻阻R R，使该人为特性与负载转矩特性的交点处于第四象限。，使该人为特性与负载转矩特性的交点处于第四象限。不同的不同

20、的R R，可得到不同的稳定转速。，可得到不同的稳定转速。直流电机的机械特性和动力学基础直流电机的机械特性和动力学基础 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_30电压平衡式：电压平衡式：()()aaIRRUEUE 机械特性：机械特性：002aaLLeTNeNRRRRnnTnIC CC直流电机的机械特性和动力学基础直流电机的机械特性和动力学基础 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_31aRRCBn0naRA0LTTBTDKT电枢回路串入较大电阻 后特性曲线R正向电动状态提升重物(A点)负载作用下电机反向旋转(下放重物)电机以稳定的转速下放重物D点直流电机的机械

21、特性和动力学基础直流电机的机械特性和动力学基础 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_32 电动状态下运行的电动机，在某种条件下会出现电动状态下运行的电动机，在某种条件下会出现 情况，此时情况，此时 ， 反向，反向， 反向，由驱动变为制动。反向，由驱动变为制动。从能量方向看，电机处于发电状态从能量方向看，电机处于发电状态回馈制动状态。回馈制动状态。0nn UEaaIT1 1、正向回馈制动：正向回馈制动：他励直流电动机拖动负载运行，电机将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回电网，且电机仍为正向转动，称系统具有的动能反馈回电网，且电机仍为正向转动，称之为正向回馈

22、制动。之为正向回馈制动。2 2、反向回馈制动：反向回馈制动：他励直流电动机拖动位能性恒转矩负载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，电机将系统具有的动能反馈运行，采用电压反接制动，电机将系统具有的动能反馈回电网，电机为反向转动，称之为反向回馈制动。回电网，电机为反向转动，称之为反向回馈制动。直流电机的机械特性和动力学基础直流电机的机械特性和动力学基础 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_33发生在发生在动态过程动态过程中的回馈制动过程有以下两种情况中的回馈制动过程有以下两种情况1 1、降压调速时产生的回馈制动、降压调速时产生的回馈制动Bn02nA0LTT

23、1U01nCnAn2UC12UU 制动过程为 段。02Bn直流电机的机械特性和动力学基础直流电机的机械特性和动力学基础 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_342 2、增磁调速时产生的回馈制动、增磁调速时产生的回馈制动Bn02nA0LTT101nCnAn2C12制动过程为 段。02Bn 回馈制动时由于有功功率回馈到电网，因此与能耗和回馈制动时由于有功功率回馈到电网，因此与能耗和反接制动相比，回馈制动是比较经济的。反接制动相比，回馈制动是比较经济的。直流电机的机械特性和动力学基础直流电机的机械特性和动力学基础 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_35能耗制

24、动能耗制动电动（反转）电动（反转）电动（正转）电动（正转）发电发电回馈制动回馈制动发电发电回馈制动回馈制动能耗制动能耗制动反接制动反接制动反接制动反接制动直流电机的机械特性和动力学基础直流电机的机械特性和动力学基础 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_36271Z 7.5NPkW85.2NIA750 /minNnr0.129aR 2NI型他励直流电动机，型他励直流电动机，采用电枢串电阻分三级，采用电枢串电阻分三级，试计算各级起动电阻值。，试计算各级起动电阻值。 起动，最大起动电流为起动，最大起动电流为若采用降电压起动，则电压应降为多少？若采用降电压起动，则电压应降为多少？直

25、流电机的机械特性和动力学基础直流电机的机械特性和动力学基础 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_37一台他励直流电动机，一台他励直流电动机，P PN N=4kW ,U=4kW ,UN N=220V, I=220V, IN N=22.3A=22.3A，n nN N=1000r/min=1000r/min，Ra=0.91Ra=0.91，运行于额定状态，为使电动，运行于额定状态，为使电动机停车，采用电压反接制动，串入电枢回路的电阻为机停车，采用电压反接制动，串入电枢回路的电阻为99，求：（，求：（1 1）制动开始瞬间电动机的电磁转矩；（）制动开始瞬间电动机的电磁转矩；（2 2）n

26、=0n=0时电动机的电磁转矩；（时电动机的电磁转矩；（3 3）如果负载为反抗性负载，）如果负载为反抗性负载，在制动到在制动到n=0n=0时不切断电源，电机能否反转？为什么？时不切断电源，电机能否反转？为什么？ 直流电机的机械特性和动力学基础直流电机的机械特性和动力学基础 电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_38一台他励直流电动机数据为：一台他励直流电动机数据为：P PN N=7.5kW=7.5kW，U UN N=110V=110V，I I N N=79.84A=79.84A，n nN N=1500r/min=1500r/min，电枢回路电阻，电枢回路电阻Ra=0.1014Ra=0.1014，求：（求：（1 1）U=UU=UN N，=N N条件下，电枢电流条件下，电枢电流IaIa=60A=60A时转速时转速是多少？（