直流电机电力拖动

1、第2章 直流电动机的电力拖动什么是电力拖动系统什么是电力拖动系统, ,电力拖动系统的原动机是什么？电力拖动系统的原动机是什么？电力拖动系统的组成电力拖动系统的组成电力拖动系统的运动方程及运动状态电力拖动系统的运动方程及运动状态运动方程中转矩的正、负规定运动方程中转矩的正、负规定第2章 直流电动机的电力拖动 电力拖动系统运动方程式电力拖动系统运动方程式描述了系统的运动状态，系统描述了系统的运动状态，系统的运动状态取决于作用在原动的运动状态取决于作用在原动机转轴上的各种转矩。机转轴上的各种转矩。2.1.1 2.1.1 电力拖动系统的运动方程式电力拖动系统的运动方程式一、运动方程式一、运动方程式Me

2、mTnLTU2.1.1第2章 直流电动机的电力拖动MemTnLTU 根据如图给出的系统（忽略空载转矩），根据如图给出的系统（忽略空载转矩），可写出拖动系统的运动方程式：可写出拖动系统的运动方程式：emLdTTJdt其中其中 为系统的惯性转矩。为系统的惯性转矩。dtdJ2.1.1机械角速度机械角速度rad/s飞轮矩飞轮矩机械转动惯量机械转动惯量602 ngGDDgGmJ442222.1.1 2.1.1 电力拖动系统的运动方程式电力拖动系统的运动方程式一、运动方程式一、运动方程式第2章 直流电动机的电力拖动运动方程的实用形式：运动方程的实用形式：2375emLGDdnTTdt系统旋转运动的系统旋转

3、运动的三种状态三种状态1)1)当当 或或 时时, ,系统处于系统处于静止静止或或恒转速恒转速运行状态，即处运行状态，即处于稳态。于稳态。LemTT0dtdn2)2)当当 或或 时时, ,系统处于系统处于加速加速运行状态，即处于动态。运行状态，即处于动态。LemTT0dtdn3)3)当当 或或 时时, ,系统处于系统处于减速减速运行状态，即处于动态。运行状态，即处于动态。LemTT0dtdn常把常把 或或 称为动负载转矩称为动负载转矩,把把 称为静负载转矩称为静负载转矩.dtdnGD2375)T(TLemLT2.1.1料中查到械的产品样本或设计资、生产机为飞轮矩，可从电动机2GD375375具有

4、加速度量纲具有加速度量纲第2章 直流电动机的电力拖动 规定规定电动机处在电动状态运行时的旋转方向为转速的正方电动机处在电动状态运行时的旋转方向为转速的正方向，即向，即二、运动方程式中转矩正、负号的规定二、运动方程式中转矩正、负号的规定（1 1）电磁转矩）电磁转矩 与转速与转速 的正方向相同取正的正方向相同取正emTn（2 2）负载转矩）负载转矩 与转速与转速 的正方向相反取负的正方向相反取负LTnemTLT(3)(3)惯性转矩惯性转矩 的大小由的大小由 和和 的代数和决定。的代数和决定。dtdnGD23752.1.1转矩与转矩与电动状态运行时的旋转方向电动状态运行时的旋转方向一致为正，相反为负

5、。一致为正，相反为负。在电力拖动系统中，在电力拖动系统中，第2章 直流电动机的电力拖动2.1.2 2.1.2 负载的转矩特性负载的转矩特性一、恒转矩负载特性一、恒转矩负载特性 由摩擦力产生转矩的机械属于反由摩擦力产生转矩的机械属于反抗性恒转矩负载抗性恒转矩负载。例如：皮带运输机、轧钢机等例如：皮带运输机、轧钢机等 恒转矩负载特性是指生产机械的负载转矩恒转矩负载特性是指生产机械的负载转矩 与转速与转速 无关无关的特性。分反抗性恒转矩负载和位能性恒转矩负载两种。的特性。分反抗性恒转矩负载和位能性恒转矩负载两种。nLT1.1.反抗性恒转矩负载反抗性恒转矩负载2.1.2即负载转矩方向总与转速方向相反的

6、，具有阻转矩性质。即负载转矩方向总与转速方向相反的，具有阻转矩性质。负载的转矩特性，就是负载的机械特性，简称负载特性。负载的转矩特性，就是负载的机械特性，简称负载特性。即即 与与n的关系的关系LT第2章 直流电动机的电力拖动2.2.位能性恒转矩负载位能性恒转矩负载负载转矩的大小和方向均恒定不变。负载转矩的大小和方向均恒定不变。 3.3.恒转矩负载举例恒转矩负载举例 （1 1）传送带、搅拌机、挤压机等摩擦类负载；）传送带、搅拌机、挤压机等摩擦类负载； （2 2）起重机、提升机等重力负载，提升和下降重物时，负载转矩的方）起重机、提升机等重力负载，提升和下降重物时，负载转矩的方向不变；向不变； 例如

7、：起重机例如：起重机反抗性恒转矩负载反抗性恒转矩负载位能性恒转矩负载位能性恒转矩负载第2章 直流电动机的电力拖动传送带传送带起重机起重机空气压缩机空气压缩机球磨机球磨机往复式注塞泵往复式注塞泵第2章 直流电动机的电力拖动二、恒功率负载特性二、恒功率负载特性 恒功率负载特点是：负载转恒功率负载特点是：负载转矩与转速的乘积为一常数，即矩与转速的乘积为一常数，即 与与 成反比，特性曲线为一条双成反比，特性曲线为一条双曲线。曲线。nLTT TL Ln 例如：例如： （1）轧钢机轧制钢板时，小工件需高速度低转矩，轧钢机轧制钢板时，小工件需高速度低转矩，大工件需要低速度高转矩。大工件需要低速度高转矩。 （

8、2）车床的切削：车床的切削：粗加工时需要较大的进刀量和较粗加工时需要较大的进刀量和较低的转速；精加工时需要较小的进刀量和较高的转速。低的转速；精加工时需要较小的进刀量和较高的转速。 第2章 直流电动机的电力拖动三、泵与风机类负载特性三、泵与风机类负载特性 负载的转矩负载的转矩 基本上与转基本上与转速速 的平方成正比。负载特性的平方成正比。负载特性为一条抛物线。为一条抛物线。LTnT TL Ln理想的通理想的通风机特性风机特性实际通风实际通风机特性机特性TL02.1.2例如：水泵、油泵、通风机、例如：水泵、油泵、通风机、螺旋桨等螺旋桨等（图片见下屏）（图片见下屏）。实际的负载特性可能很复杂，是几

9、种特性的结合：实际的负载特性可能很复杂，是几种特性的结合： 例如：通风机：轴承上还存在摩擦转矩例如：通风机：轴承上还存在摩擦转矩 。L0T2L0LknTT第2章 直流电动机的电力拖动水泵水泵油泵油泵螺旋桨螺旋桨通风机通风机第2章 直流电动机的电力拖动直流电动机的机械特性是在什么条件下的特性？直流电动机的机械特性是在什么条件下的特性？试着从电动机的电压平衡方程式推导出试着从电动机的电压平衡方程式推导出电动机的机械特性电动机的机械特性机械特性斜率？机械特性斜率？转速降？转速降？如何评述机械特性的软、硬特性？如何评述机械特性的软、硬特性？什么是固有机械特性？人为机械特性？什么是固有机械特性？人为机械

10、特性？几种人为机械特性参数变化后对它的影响如何？几种人为机械特性参数变化后对它的影响如何？第2章 直流电动机的电力拖动2.2.1 2.2.1 机械特性的表达式机械特性的表达式 电动机在电枢电压、励磁电流、电枢回路电电动机在电枢电压、励磁电流、电枢回路电阻为恒值的条件下，即电动机处于稳态运行时，阻为恒值的条件下，即电动机处于稳态运行时，电动机的转速与电磁转矩之间的关系：电动机的转速与电磁转矩之间的关系：)f(Tnem由电机的电路原理图可得机械特性的表达式：由电机的电路原理图可得机械特性的表达式：0 n0nNnnemTNT0T0n称为理想空载转速。称为理想空载转速。实际空载转速实际空载转速02TE

11、E0TCCRCUnem02ETnCUnemTEaTCCR2. 2.12.2 2.2 他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性MemTnLTUn n转速降转速降第2章 直流电动机的电力拖动2.2.2 2.2.2 固有机械特性和人为机械特性固有机械特性和人为机械特性一、固有机械特性一、固有机械特性当当 时的机械特性称为固有机械特性：时的机械特性称为固有机械特性：aNNRR,UU二、人为机械特性二、人为机械特性当改变当改变 或或 或或 得到的机械特性称为人为机械特性。得到的机械特性称为人为机械特性。UaR 由于电枢电阻很小，特性曲线斜率很小，所以固有机械特性由于电枢电阻很小，特性曲线斜率很小

12、，所以固有机械特性是硬特性。是硬特性。emNTEaNTCCRU2ENCn2.2.2第2章 直流电动机的电力拖动1 1、电枢串电阻时的人为特性、电枢串电阻时的人为特性 保持保持 不变不变, ,只在电枢回路中串入电阻只在电枢回路中串入电阻 的人为的人为特性特性NN,UUSRem2NTESaNENTCCRRCUnSaRR 0nnaRemT特点：特点：1 1） 不变，不变， 变大；变大； 2 2） 越大，特性越软。越大，特性越软。0n2.2.2第2章 直流电动机的电力拖动2 2、降低电枢电压时的人为特性、降低电枢电压时的人为特性 保持保持 不变，只改变电枢电压时的人为特性：不变，只改变电枢电压时的人为

13、特性：Na,RR1UNUU101n0nnNUemT特点：特点：1)1) 随随 变化变化, , 不变不变; ; 2) 2) 不同不同, ,曲线是一组平行线。曲线是一组平行线。0nUUemNTEaNTCCR2ECUn2.2.2第2章 直流电动机的电力拖动3 3、减弱励磁磁通时的人为特性、减弱励磁磁通时的人为特性 保持保持 不变，只改变励磁回路不变，只改变励磁回路调节电阻调节电阻 的人为特性：的人为特性：NaUU,RRSfR01n1202nNn0nemTkTN12特点：特点：1 1）弱磁，）弱磁， 增大；增大； 2 2）弱磁，）弱磁， 增大增大0nemTEaETCCR2NCUn2.2.2UaI1T0

14、TemTnaE第2章 直流电动机的电力拖动扰动使转速有微小下降，由扰动使转速有微小下降，由 下降下降到到 。LemATT,n An2.2.4 2.2.4 电力拖动系统稳定运行条件电力拖动系统稳定运行条件 处于某一转速下运行的电力拖动系统，由于受到某种扰动，处于某一转速下运行的电力拖动系统，由于受到某种扰动，导致系统的转速发生变化而离开原来的平衡状态，如果系统能在导致系统的转速发生变化而离开原来的平衡状态，如果系统能在新的条件下达到新的平衡状态，或者当扰动消失后系统回到原来新的条件下达到新的平衡状态，或者当扰动消失后系统回到原来的转速下继续运行，则系统是的转速下继续运行，则系统是稳定稳定的，否则

15、系统是的，否则系统是不稳定不稳定的。的。nAemTLTAn0在在 点，系统平衡点，系统平衡ALemTTAn扰动使转速有微小增量，转速由扰动使转速有微小增量，转速由 上升到上升到 ， 。AnAnLemTTA扰动消失扰动消失, ,系统减速，回到系统减速，回到 点运行。点运行。A扰动消失扰动消失, ,系统加速，回到系统加速，回到 点运行。点运行。An 2.2.4第2章 直流电动机的电力拖动BnnBemTLTBn0Bn 在在 点，系统平衡点，系统平衡BLemTT扰动使转速有微小增量，转速由扰动使转速有微小增量，转速由 上升到上升到 ， , ,系统加速系统加速 。BnBnLemTTB即使扰动消失即使扰动

16、消失, ,也不能回到也不能回到 点运行。点运行。LemBTT,n 扰动使转速有微小下降，由扰动使转速有微小下降，由 下降下降到到 , ,系统减速系统减速。BnB即使扰动消失即使扰动消失, ,也不能回到也不能回到 点运行。点运行。2.2.4这样的情况，这样的情况，系统不稳定。系统不稳定。第2章 直流电动机的电力拖动2.2.4 大多数负载转矩随转速的升高而增大或保持恒定，因大多数负载转矩随转速的升高而增大或保持恒定，因此只要电动机具有下降的机械特性，就能满足稳定运行此只要电动机具有下降的机械特性，就能满足稳定运行的条件，就是说系统就是稳定的。的条件，就是说系统就是稳定的。电力拖动系统稳定运行的电力

17、拖动系统稳定运行的充分必要条件充分必要条件是：是：(1)(1)必要条件必要条件: :电动机的机械特性与负载的转矩特性必须有交点电动机的机械特性与负载的转矩特性必须有交点, ,即存在即存在LemTT(2)充分条件充分条件:在交点的转速以上存在在交点的转速以上存在 ,在交点的转速以下存在在交点的转速以下存在LemTTLemTT第2章 直流电动机的电力拖动1.1.起动的定义、起动转矩和起动电流起动的定义、起动转矩和起动电流2.2.对起动的基本要求对起动的基本要求3.3.电机起动时电流过大会有什么危害？电机起动时电流过大会有什么危害？4.4.为了限制起动电流，他励直流电动机采用哪些方法起动为了限制起动

18、电流，他励直流电动机采用哪些方法起动5.5.电枢回路串电阻起动、电枢回路串电阻起动、 降压起动降压起动第2章 直流电动机的电力拖动2.3.0 2.3.0 起动概述起动概述 1.1.定义：电动机的定义：电动机的起动起动是指电动机接通电源后，由静止状态加速到稳是指电动机接通电源后，由静止状态加速到稳 定运行状态的过程。定运行状态的过程。 起动时由于转速为零，电枢电动势为零，而且电枢电阻很小，起动时由于转速为零，电枢电动势为零，而且电枢电阻很小，所以起动电流将达很大值。所以起动电流将达很大值。2.3一、起动的定义、起动转矩和起动电流一、起动的定义、起动转矩和起动电流3.起动电流：起动电流：起动瞬间的

19、电枢电流起动瞬间的电枢电流aNstRUIstTstICT2.2.起动转矩：起动瞬间的电磁转矩起动转矩：起动瞬间的电磁转矩起动电流一般是额定电流的起动电流一般是额定电流的10201020倍倍第2章 直流电动机的电力拖动 为了限制起动电流，他励直流电动机通常采用为了限制起动电流，他励直流电动机通常采用电枢回路串电阻电枢回路串电阻或或降低电降低电枢电压枢电压起动。起动。过大的起动电流将过大的起动电流将: （1）引起电网电压下降、影响电网上其它用户的正常用电；）引起电网电压下降、影响电网上其它用户的正常用电； 二、对起动的基本要求二、对起动的基本要求三、起动方法三、起动方法（2）使电动机的换向恶化；）

20、使电动机的换向恶化； （3）过大的冲击转矩会损坏电枢绕组和传动机构。）过大的冲击转矩会损坏电枢绕组和传动机构。 一般直流电动机不允许直接起动。除个别特别小型的电机外一般直流电动机不允许直接起动。除个别特别小型的电机外（4）起动设备简单、可靠。）起动设备简单、可靠。stI）（1stT）（ 2stt3）（第2章 直流电动机的电力拖动一、起动过程一、起动过程2.3.1 2.3.1 电枢回路串电阻起动电枢回路串电阻起动MaRS1SU1stR2stR3stR2S3S2.3.1staNstRRUI以三级电阻起动时电动机为例：以三级电阻起动时电动机为例：(1) (1) 起动时，励磁回路电阻起动时，励磁回路电

21、阻 放在最放在最小位置，小位置， 最大，最大， 最大，最大， 最大；最大；fIstTsfR（2 2）电枢回路电阻放最大位置，限制起动电流，）电枢回路电阻放最大位置，限制起动电流，起动完毕后，将起动电阻切除。起动完毕后，将起动电阻切除。P55 P55 图图2.3.12.3.1第2章 直流电动机的电力拖动2.3.2 2.3.2 降压起动降压起动 当直流电源电压可调时，可采用降压方法起动当直流电源电压可调时，可采用降压方法起动。 起动时，以较低的电源电压起动电动机，起动电流随电源起动时，以较低的电源电压起动电动机，起动电流随电源电压的降低而正比减小。随着电动机转速的上升，反电动势逐电压的降低而正比减

22、小。随着电动机转速的上升，反电动势逐渐增大，再逐渐提高电源电压，使起动电流和起动转矩保持在渐增大，再逐渐提高电源电压，使起动电流和起动转矩保持在一定的数值上，保证按需要的加速度升速。一定的数值上，保证按需要的加速度升速。 降压起动需专用电源，设备投资较大，但它起动平稳，起降压起动需专用电源，设备投资较大，但它起动平稳，起动过程能量损耗小，因此得到广泛应用。动过程能量损耗小，因此得到广泛应用。2.3.2 1. 1.直流发电机直流发电机直流电动机直流电动机 2.2.晶闸管整流电源晶闸管整流电源直流电动机直流电动机第2章 直流电动机的电力拖动他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动能耗制动能耗制动反

23、接制动反接制动回馈制动回馈制动反转反转第2章 直流电动机的电力拖动2.4.0 2.4.0 制动概述制动概述 U电动电动MaEaInemTfIS制动制动BRaBIemBT1.电动运行状态：电磁转矩与转速同方向，电动运行状态：电磁转矩与转速同方向，电磁转矩为驱动转矩，电能转变为机械能。电磁转矩为驱动转矩，电能转变为机械能。2.4.1一、根据电磁转矩与转速的方向关系，将电机分为两种运行状态一、根据电磁转矩与转速的方向关系，将电机分为两种运行状态2.制动运行状态：电磁转矩与转速反方向，制动运行状态：电磁转矩与转速反方向，电磁转矩为制动转矩，机械能转变为电能。电磁转矩为制动转矩，机械能转变为电能。二、制

24、动举例二、制动举例 起重机下放重物时，为获得稳定的下起重机下放重物时，为获得稳定的下放速度，电动机须运行在制动运行状态。放速度，电动机须运行在制动运行状态。三、制动分类三、制动分类 1.能耗制动；能耗制动；2.反接制动；反接制动；3.回馈制动。回馈制动。第2章 直流电动机的电力拖动2.4.1 2.4.1 能耗制动能耗制动 U电动电动MaEaInemTfIS制动制动BRaBIemBT电动状态，如图所示：电动状态，如图所示：将开关将开关S S投向制动电阻投向制动电阻 上即实现制动上即实现制动. .BRaI 由于惯性，电枢保持原来方向继续旋由于惯性，电枢保持原来方向继续旋转，电动势转，电动势 方向不

25、变。由方向不变。由 产生的电枢产生的电枢电流电流 的方向与电动状态时的的方向与电动状态时的 方向相方向相反反, ,对应的电磁转矩对应的电磁转矩 与与 方向相反方向相反, ,为为制动性质制动性质, ,电机处于制动状态。电机处于制动状态。aEaEaBIemBTemT 制动运行时，电机靠生产机械的惯性力的制动运行时，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拖动而发电，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。能，消耗在电阻上，直到电机停止转动。2.4.1一、制动的定义及方法一、制动的定义及方法第2章 直流电动机的电力拖动二、能耗制动时的机械特性二、能耗制

26、动时的机械特性BaRR CBn0naRA0LTemT电动机状态工电动机状态工作作点点制动瞬间制动瞬间工作点工作点制动过程制动过程工作段工作段电动机拖动反抗性电动机拖动反抗性负载，电机停转。负载，电机停转。若电动机若电动机带位能性带位能性负载负载, ,稳稳定工作点定工作点ememNTEBaTTCCRRn022.4.1三、能耗制动过程分析三、能耗制动过程分析第2章 直流电动机的电力拖动22 5aaBmaxNaBEII( . )IRR 能耗制动操作简单能耗制动操作简单, ,但随着转速下降但随着转速下降, ,电动势减小电动势减小, ,制动电流和制动电流和制动转矩也随着减小制动转矩也随着减小, ,制动效

27、果变差。若为了尽快使电机停转制动效果变差。若为了尽快使电机停转, ,可可在转速下降到一定程度时在转速下降到一定程度时, ,切除一部分制动电阻切除一部分制动电阻, ,增大制动转矩。增大制动转矩。 （1） 改变制动电阻改变制动电阻 的大小可以改变能耗制动特性曲线的斜的大小可以改变能耗制动特性曲线的斜率率, ,从而可以改变制动转矩及下放负载的稳定速度。从而可以改变制动转矩及下放负载的稳定速度。 BR22.5aBaNERR()I其中其中 为制动瞬间的电枢电动势。为制动瞬间的电枢电动势。aE2.4.1（4）选择制动电阻的原则）选择制动电阻的原则讨论：讨论：（2 2） 越小越小, ,特性曲线的斜率越小特性

28、曲线的斜率越小, ,起始制起始制动转矩越大动转矩越大, ,而下放负载的速度越小。而下放负载的速度越小。BR（3）制动电阻越小，制动转矩大，制动）制动电阻越小，制动转矩大，制动时间短，工作效率高，但时间短，工作效率高，但 过小，使制过小，使制动电流越大。动电流越大。BR如制动前额定运行，则如制动前额定运行，则 。NNaNaUIRUE U电动电动MaEaInemTfIS制动制动BRaBIemBT第2章 直流电动机的电力拖动2.4.2 2.4.2 反接制动反接制动1.定义：电压与电动势顺向串联。定义：电压与电动势顺向串联。电压反接制动时接线如右下图所示：电压反接制动时接线如右下图所示：一、电压反接制

29、动一、电压反接制动 U电动电动MaEaInemTfIS制动制动BRaBIemBT 开关开关S S投向投向“电动电动”侧时，电枢接正极侧时，电枢接正极性的电源电压，电机处于电动状态。进行制性的电源电压，电机处于电动状态。进行制动时，开关投向动时，开关投向“制动制动”侧，电枢回路串入侧，电枢回路串入制动电阻制动电阻 后，接上极性相反的电源电压，后，接上极性相反的电源电压，电枢回路内产生反向电流：电枢回路内产生反向电流：BRaaaBaBaBUEUEIRRRR 反向的电枢电流产生反向的电磁转矩，从反向的电枢电流产生反向的电磁转矩，从而产生很强的制动作用而产生很强的制动作用电压反接制动电压反接制动。2.

30、4.22.制动电阻的计算制动电阻的计算aNaNBRIEUR)5 . 22(第2章 直流电动机的电力拖动二、倒拉反转反接制动二、倒拉反转反接制动倒拉反转反接制动只适用于倒拉反转反接制动只适用于位能性恒转矩负载位能性恒转矩负载BaRR CBn0naRA0LTemTBTDKT电枢回路串入较大电电枢回路串入较大电阻阻 后特性曲线后特性曲线BR正向电动状态提正向电动状态提升重物升重物(A(A点点) )负载作用下负载作用下电机反向旋电机反向旋转转( (下放重物下放重物) )电机以稳电机以稳定的转速定的转速下放重物下放重物D D点点在电枢回路中串联一个较大的电阻在电枢回路中串联一个较大的电阻,即可实即可实现

31、制动现制动.工作点由工作点由A-B-A-B-C-DC-D,CD,CD段为制段为制动段动段2.4.2第2章 直流电动机的电力拖动 倒拉反转反接制动时的机械特性方程就是电动状态时电倒拉反转反接制动时的机械特性方程就是电动状态时电枢串电阻时的人为特性方程。由于串入电阻很大，有枢串电阻时的人为特性方程。由于串入电阻很大，有倒拉反转反接制动时的能量关系和电压反接制动时相同倒拉反转反接制动时的能量关系和电压反接制动时相同。思考思考题题位能性以外的负载能否实现倒拉反转反接制动位能性以外的负载能否实现倒拉反转反接制动? ?LNTEBa0TCCRRnn20 02.4.2第2章 直流电动机的电力拖动2.4.3 2

32、.4.3 回馈制动回馈制动 回馈制动时的机械特性方回馈制动时的机械特性方程与电动状态时相同。程与电动状态时相同。 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，情况，此时此时 ， 反向，反向， 反向，由驱动变为制动。从能量方向看，反向，由驱动变为制动。从能量方向看，电机处于发电状态电机处于发电状态回馈制动状态。回馈制动状态。0nn UEaaIemT稳定运行有稳定运行有两种情况两种情况: :Bn0nA0LTemTLT 0n当电车下当电车下坡时，运坡时，运行转速可行转速可能超过理能超过理想空载转想空载转速速, ,进入第进入第二象限二象限电压反电压反接制

33、动接制动带位能带位能性负载性负载进入第进入第四象限四象限2.4.3第2章 直流电动机的电力拖动 发生在动态过程中的回馈制动过程有以下两种情况发生在动态过程中的回馈制动过程有以下两种情况: :1 1、降压调速时产、降压调速时产生的回馈制动生的回馈制动Bn02nA0LTemT1U01nCnAn2UC12UU 制动过程为制动过程为 线段线段02Bn2 2、增磁调速时产、增磁调速时产生的回馈制动生的回馈制动Bn02nA0LTemT101nCnAn2C12 制动过程为制动过程为 线段线段02Bn 回馈制动时由于有功率回馈到电网，因此与能耗和反接制回馈制动时由于有功率回馈到电网，因此与能耗和反接制动相比，

34、回馈制动是比较经济的。动相比，回馈制动是比较经济的。2.4.3第2章 直流电动机的电力拖动2.4.4 2.4.4 直流电动机的反转直流电动机的反转aTemICT一、改变励磁电流方向（很少采用）一、改变励磁电流方向（很少采用）励磁绕组电感较大，切换励磁绕组时将产生较大自感电动势，励磁绕组电感较大，切换励磁绕组时将产生较大自感电动势，击穿绝缘，故很少采用。击穿绝缘，故很少采用。二、改变电枢电流方向二、改变电枢电流方向直流电机的转向是由电枢电直流电机的转向是由电枢电流方向和主磁场方向确定。流方向和主磁场方向确定。转向可以按下列方式实现：转向可以按下列方式实现：如果同时改变电枢电流方向、主磁通方向，电

35、机不会如果同时改变电枢电流方向、主磁通方向，电机不会转向。转向。电磁转矩：电磁转矩：第2章 直流电动机的电力拖动2.4教学重点：教学重点：1 1 能耗制动机械特性及制动过程能耗制动机械特性及制动过程2 2 反接制动机械特性及制动过程反接制动机械特性及制动过程3 3 回馈制动特点回馈制动特点教学难点：教学难点：电压反接制动机械特性及制动四象限特点电压反接制动机械特性及制动四象限特点作业：作业：P68P68：2.122.12小结小结4 4 直流电动机的反转方法直流电动机的反转方法第2章 直流电动机的电力拖动2.5 2.5 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速2.5教学内容：教学内容：2.5.1

36、 2.5.1 评价调速的指标评价调速的指标2.5.2 2.5.2 调速方法调速方法2.5.3 2.5.3 调速方式与负载类型的配合调速方式与负载类型的配合教学目的与要求：教学目的与要求：1 1 掌握评价调速的性能指标掌握评价调速的性能指标2 2 熟练掌握直流电机的三种调速方法熟练掌握直流电机的三种调速方法3 3 了解调速方法与负载类型的配合了解调速方法与负载类型的配合第2章 直流电动机的电力拖动调速概述：调速概述： 电力拖动系统的调速可以采用机械调速、电气调速或二者配电力拖动系统的调速可以采用机械调速、电气调速或二者配合调速。通过改变传动机构速比进行调速的方法称为合调速。通过改变传动机构速比进

37、行调速的方法称为机械调速机械调速；通过改变电动机参数进行调速的方法称为通过改变电动机参数进行调速的方法称为电气调速电气调速。电气调速方法电气调速方法: :1.1.调压调速调压调速; ;2.2.电枢串电阻调速电枢串电阻调速; ;3.3.调磁调速调磁调速。 改变电动机的参数就是人为地改变电动机的机械特性，使改变电动机的参数就是人为地改变电动机的机械特性，使工作点发生变化，转速发生变化。调速前后，电动机工作在不工作点发生变化，转速发生变化。调速前后，电动机工作在不同的机械特性上。同的机械特性上。他励直流电动机的转速为他励直流电动机的转速为ESaaCRRIUn）（2.5调压调速调压调速电枢串电阻调速电

38、枢串电阻调速调磁调速调磁调速第2章 直流电动机的电力拖动2.5.1 2.5.1 评价调速的指标评价调速的指标 一、调速范围一、调速范围minmaxnnD 二、静差率（相对稳定性）二、静差率（相对稳定性）%100%100%0N0N0nnnnn2.5.1定义：指额定负载下电动机可能运行的最高转速定义：指额定负载下电动机可能运行的最高转速 与最低与最低转速转速 之比，用之比，用D表示。表示。maxnminn 1.定义：转速的相对稳定性是指负载变化定义：转速的相对稳定性是指负载变化时，转速变化的程度。用静差率时，转速变化的程度。用静差率 表示。表示。%第2章 直流电动机的电力拖动（1 1）机械特性）机

39、械特性越硬越硬，其静差率，其静差率% % 越小越小，转速的相对稳定性，转速的相对稳定性越好越好；%大小不仅与大小不仅与机械特性的硬度机械特性的硬度有关，还与有关，还与理想空载转速理想空载转速的的大小有关。大小有关。例如：例如：%,32030232nnnn结论：结论：（2 2）两条硬度相同的机械特性，理想）两条硬度相同的机械特性，理想空载转速空载转速越低越低，其静差率，其静差率%就就越大越大。可见，可见，%与与 大小有关。大小有关。0n第2章 直流电动机的电力拖动)(1nnnnnnnnnnDNmaxNNmaxNminmaxminmax0 D D与与%相互制约：相互制约： （1 1）对静差率这一指

40、标要求过高，对静差率这一指标要求过高，即即越小越小, ,则则D D就越小就越小; ; （2 2）反之，要求）反之，要求D D越大，则越大，则也越也越大，转速的相对稳定性就越差。大，转速的相对稳定性就越差。 2.静差率与调速范围的关系静差率与调速范围的关系 式中：式中： 为最低转速机械特性上的转为最低转速机械特性上的转速降；速降；为最低为最低转速时的静差率，即系转速时的静差率，即系统最大静差率。统最大静差率。Nn第2章 直流电动机的电力拖动 不同的生产机械，对静差率的要求不同：不同的生产机械，对静差率的要求不同： 普通车床：普通车床：%30 高精度的造纸机：高精度的造纸机：.1%0 在保证一定静

41、差率指标的前提下，要扩大调速范围，就必在保证一定静差率指标的前提下，要扩大调速范围，就必须减小转速降落须减小转速降落 ，即必须提高机械特性的硬度。，即必须提高机械特性的硬度。Nn三、调速的平滑性三、调速的平滑性1iinn 在一定的调速范围内，调速的级数越多，调速越平滑。相在一定的调速范围内，调速的级数越多，调速越平滑。相邻两级转速之比，为平滑系数邻两级转速之比，为平滑系数第2章 直流电动机的电力拖动 越接近越接近1 1，平滑性越好，当，平滑性越好，当 时，称为无级调速，即转时，称为无级调速，即转速可以连续调节。速可以连续调节。 调速不连续时，级数有限，称为有级调速。调速不连续时，级数有限，称为

42、有级调速。1四、调速的经济性四、调速的经济性主要指调速设备的投资、运行效率及维修费用等主要指调速设备的投资、运行效率及维修费用等。2.5.11iinn第2章 直流电动机的电力拖动2.5.2 2.5.2 调速方法调速方法一、电枢回路串电阻调速一、电枢回路串电阻调速未串电阻时未串电阻时的工作点的工作点串电阻后串电阻后, ,工作点由工作点由AAAABB0aRn0nNnLTemTA1SaRR 1nAB2.5.22. 特点特点nRs，0最高，最高，sRn，转速只能向低调。转速只能向低调。多用于对调速性能要求不高的生多用于对调速性能要求不高的生产机械上，如起重机、电车等。产机械上，如起重机、电车等。第2章

43、 直流电动机的电力拖动 nRs 不变，不变， )(fIU、到达到达B 点，点， ，达到新的平衡，达到新的平衡第2章 直流电动机的电力拖动（1）优点：）优点：电枢串电阻调速设备简单，操作方便。电枢串电阻调速设备简单，操作方便。2 2）低速时特性曲线斜率大）低速时特性曲线斜率大, ,静差率大静差率大, ,所以转速的相所以转速的相对稳定性差；对稳定性差；3 3）轻载时调速范围小，额定负载时调速范围一般为）轻载时调速范围小，额定负载时调速范围一般为D D2 2；4 4）损耗大，效率低，不经济。对恒转矩负载，调速前、后）损耗大，效率低，不经济。对恒转矩负载，调速前、后因磁通不变而使电磁转矩和电枢电流不变

44、，输入功率不变，因磁通不变而使电磁转矩和电枢电流不变，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。耗了。（2 2）缺点：）缺点：1 1）由于电阻只能分段调节，所以调速的平滑性差；）由于电阻只能分段调节，所以调速的平滑性差；2.5.24. 优缺点优缺点 第2章 直流电动机的电力拖动 nU1. 物理过程物理过程1UU A 点：点：aE不突变不突变emaT与ILemTT aEaIemT到达到达B 点（达到新的平衡）点（达到新的平衡） 。LemTT 2. 特点特点n二、降低电源电压调速二、降低电源电压调速LemTTNnn

45、）（AA）（BA ),(nUnU，受绝缘的限制，转速只能向低调。受绝缘的限制，转速只能向低调。第2章 直流电动机的电力拖动2.5.2（1）优点：）优点：3. 优缺点优缺点 1 1）调速平滑，可以实现无级调速；）调速平滑，可以实现无级调速； 2 2）调速前后的机械特性的斜率不变，硬度较高，负载变化时）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。稳定性好。3 3）无论轻载还是负载，调速范围相同，一般可达）无论轻载还是负载，调速范围相同，一般可达 D=2.5D=2.51212。 4 4）电能损耗较小。）电能损耗较小。4. 应用应用 应用在对调速性能要求较高的生产机械上，如机床、应用在

46、对调速性能要求较高的生产机械上，如机床、轧钢机、造纸机等。轧钢机、造纸机等。 第2章 直流电动机的电力拖动Tem0nnNUTLNnA1U01nAB1n调速压前调速压前工作点工作点A A降压瞬间降压瞬间工作点工作点稳定后工稳定后工作点作点 降压调速降压调速过程与电枢串过程与电枢串电阻调速过程电阻调速过程相似，调速过相似，调速过程中转速和电程中转速和电枢电流（或转枢电流（或转矩）随时间变矩）随时间变化的曲线也相化的曲线也相似似。第2章 直流电动机的电力拖动2.5.2三、减弱磁通调速三、减弱磁通调速nIRfSf1. 物理过程物理过程调节磁场前调节磁场前工作点工作点弱磁瞬间工作弱磁瞬间工作点点AAAA

47、弱磁稳定后的弱磁稳定后的工作点工作点Nn0nANnemTLT01n11nBA减弱磁通后，减弱磁通后，理想空载转速理想空载转速上升上升, 曲线的曲线的斜率值增大。斜率值增大。 第2章 直流电动机的电力拖动弱磁调速前、后的电枢电流和转速的变化情况弱磁调速前、后的电枢电流和转速的变化情况减弱磁通调速减弱磁通调速前、后转速变前、后转速变化曲线化曲线减弱磁通前、减弱磁通前、后的电枢电流后的电枢电流变化曲线变化曲线结论结论：磁场越弱，：磁场越弱，转速越高。因此电转速越高。因此电机运行时励磁回路机运行时励磁回路不能开路。不能开路。aNInNn1n1aIaiait0tn2.5.22. 特点特点第2章 直流电动

48、机的电力拖动优点：优点： 由于在电流较小的励磁回路中进行调节，因而控制方便，由于在电流较小的励磁回路中进行调节，因而控制方便，能量损耗小，设备简单，调速平滑性好。弱磁升速后电枢电流能量损耗小，设备简单，调速平滑性好。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。增大，电动机的效率基本不变，因此经济性是比较好。2 2）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）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，一般围不可能很大，一般 D2D2；

49、 为了扩大调速范围，通常把降压和弱磁两种调速方法结合起为了扩大调速范围，通常把降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。调速。缺点：缺点：1 1）机械特性的斜率变大，特性变软；）机械特性的斜率变大，特性变软；2.5.2第2章 直流电动机的电力拖动2.5.3 2.5.3 调速方式与负载类型的配合调速方式与负载类型的配合容许输出容许输出：指电动机在某一转速下长期可靠工作时所能输出的：指电动机在某一转速下长期可靠工作时所能输出的最大转矩和功率。最大转矩和功率。充分利用充分利用：指在一定的转速下电动机的实际输出转矩和功率达：指在一定的转速下电动机的实际输出转矩和功率达到它的容许值，即电枢电流达到额定值。到它的容许值，即电枢电流达到额定值。 当电动机调速时，在不同的