第2章直流電動機拖動基礎

1、2.1 2.1 電力系統(tǒng)的運動方程和負載特性電力系統(tǒng)的運動方程和負載特性2.2 2.2 他勵直流電動機的機械特性他勵直流電動機的機械特性 2.3 2.3 他勵直流電動機的起動方法他勵直流電動機的起動方法 本章主要介紹電力拖動系統(tǒng)的運動方程、負載特性、直流電本章主要介紹電力拖動系統(tǒng)的運動方程、負載特性、直流電動機的機械特性、起動、調速、制動等方法的物理過程。動機的機械特性、起動、調速、制動等方法的物理過程。2.5 2.5 他勵直流電動機的制動方法他勵直流電動機的制動方法2.4 2.4 他勵直流電動機的調速方法他勵直流電動機的調速方法第二章 直流電動機的電力拖動2.12.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程和

2、負載特性電力拖動系統(tǒng)的運動方程和負載特性 電力拖動系統(tǒng)運動方程用于描述電力拖動系統(tǒng)的運動狀態(tài)，電力拖動系統(tǒng)運動方程用于描述電力拖動系統(tǒng)的運動狀態(tài)，系統(tǒng)的運動狀態(tài)取決于作用在電動機轉軸上的各種轉矩。系統(tǒng)的運動狀態(tài)取決于作用在電動機轉軸上的各種轉矩。2.1.1 2.1.1 電力拖動系統(tǒng)的運動方程式電力拖動系統(tǒng)的運動方程式1.電力拖動系統(tǒng)的運動方程 根據(jù)如圖給出的系統(tǒng)轉矩，可寫出根據(jù)如圖給出的系統(tǒng)轉矩，可寫出電力拖動系統(tǒng)的運動方程：電力拖動系統(tǒng)的運動方程：emLdTTJdt其中其中 為系統(tǒng)的慣性轉矩。為系統(tǒng)的慣性轉矩。dtdJ電力拖動系統(tǒng)是指：電力拖動系統(tǒng)是指： 以電動機為原動機拖動生產機械，按給定

3、運動方式完成生產任務的控制系統(tǒng)。以電動機為原動機拖動生產機械，按給定運動方式完成生產任務的控制系統(tǒng)。 電力拖動系統(tǒng)運動方程的實用形式：電力拖動系統(tǒng)運動方程的實用形式：2375emLGDdnTTdt3.3.系統(tǒng)旋轉的三種運動狀態(tài)系統(tǒng)旋轉的三種運動狀態(tài)2.2.運動方程的正方向規(guī)定運動方程的正方向規(guī)定以以n n為參考方向，為參考方向，（1）T=TL時， T-TL=0dn/dt =0 n=C 系統(tǒng)勻速運行，穩(wěn)態(tài)；（2）TTL時，T-TL0 dn/dt0 n系統(tǒng)加速運行，動態(tài)；（3）TTL時，T-TL0dn/dt0 n系統(tǒng)減速運行，動態(tài)。T T與與n n方向一致時為正，方向一致時為正，T TL L與與n

4、 n方向相反時為正。方向相反時為正。2.1.2 2.1.2 生產機械的轉矩特性生產機械的轉矩特性用用n =f（TL）表示，簡稱負載特性。表示，簡稱負載特性。他勵電動機機械特性：他勵電動機機械特性：他勵電動機轉速與電磁轉矩之間的函數(shù)關系。他勵電動機轉速與電磁轉矩之間的函數(shù)關系。用用n =f（T）表示，簡稱機械特性。表示，簡稱機械特性。 生產機械的轉矩特性：生產機械的轉矩特性：生產機械的轉速與機械轉矩之間的函數(shù)關系。生產機械的轉速與機械轉矩之間的函數(shù)關系。負載特性的分類：負載特性的分類：（2 2）恒功率負載轉矩特性；）恒功率負載轉矩特性；（3 3）通風機負載轉矩特性。）通風機負載轉矩特性。（1 1

5、）恒轉矩負載轉矩特性；）恒轉矩負載轉矩特性；1.恒轉矩負載特性（1 1）反抗性恒轉矩負載）反抗性恒轉矩負載T TL Ln（2 2）位能性恒轉矩負載）位能性恒轉矩負載T TL Ln恒轉矩負載轉矩特性：恒轉矩負載轉矩特性：負載轉矩大小保持恒定不變。負載轉矩大小保持恒定不變。分為：反抗性負載轉矩特性，位能性負載轉矩特性。分為：反抗性負載轉矩特性，位能性負載轉矩特性。 負載轉矩大小保持恒定不變，轉矩方向恒與轉向相反；負載轉矩大小保持恒定不變，轉矩方向恒與轉向相反；表示為表示為TL=C（反抗）（反抗）。負載轉矩大小保持恒定不變，轉矩方向保持恒定不變；負載轉矩大小保持恒定不變，轉矩方向保持恒定不變；表示為

6、表示為TL=C（位能）（位能）。2.恒功率負載特性T TL Ln3.泵與風機類負載特性T TL Ln理想的通理想的通風機特性風機特性實際通風實際通風機特性機特性TL0負載功率大小保持恒定不變，轉矩方向恒與轉向相反；負載功率大小保持恒定不變，轉矩方向恒與轉向相反；表示為表示為PL=C。負載轉矩大小隨著轉速變化，轉矩方向恒與轉向相反；負載轉矩大小隨著轉速變化，轉矩方向恒與轉向相反；表示為表示為TL=Kn2。2.2 2.2 他勵直流電動機的機械特性他勵直流電動機的機械特性2.2.1 2.2.1 他勵電動機的機械特性方程他勵電動機的機械特性方程直流電機的電力拖動：直流電機的電力拖動：對直流電動機進行的

7、起動、調速及制動等方面的控制。對直流電動機進行的起動、調速及制動等方面的控制。 電力拖動系統(tǒng)主要由生產機械和電動機共同組成，要想了解拖動系統(tǒng)必須同時掌握負載特性和機械特性。 從本質上來說，控制電力拖動系統(tǒng)的運行狀態(tài)就是在掌握負載從本質上來說，控制電力拖動系統(tǒng)的運行狀態(tài)就是在掌握負載特性的基礎上控制他勵電動機的機械特性。特性的基礎上控制他勵電動機的機械特性。1、機械特性方程、機械特性方程2、機械特性種類、機械特性種類3、機械特性形式、機械特性形式（1）固有機械特性；（2）人為機械特性。（1）機械特性方程；（2）機械特性曲線。 )(TfTCCRCUnTee2.2.2 2.2.2 他勵電動機的固有機

8、械特性他勵電動機的固有機械特性他勵電動機固有特性：他勵電動機固有特性：在在U=UN、=N、R=Ra條件下，條件下，他勵電動機轉速與電磁轉矩之間的函數(shù)關系。他勵電動機轉速與電磁轉矩之間的函數(shù)關系。n = n0- -n。 1、特性方程形式（1）基本形式基本形式：n =(UN /CeN)- -(Ra /CeN CTN)T （2）斜率形式：斜率形式：n = n0- -NT （3）轉矩形式：轉矩形式：n = n0- -(T/TN)nN （4）速降形式：速降形式： 其中： n0 = UN /CeN固有機械特性的理想空載轉速；固有機械特性的理想空載轉速； N = Ra/CeNCTN固有機械特性的特性斜率；固

9、有機械特性的特性斜率；nN =NTN固有機械特性的額定轉速降；固有機械特性的額定轉速降； n=NT=(T/TN)nN固有機械特性的負載轉速降固有機械特性的負載轉速降。 2、特性方程曲線 （1）三個特殊交點：三個特殊交點： 理想空載點：用用T=0、 n=n0 表示。表示。用用T=TN、n=nN表示。表示。額定轉矩點：特性曲線與額定電磁轉矩的交點。特性曲線與額定電磁轉矩的交點。特性曲線與縱軸（特性曲線與縱軸（n軸）的交點。軸）的交點。直接起動點： 特性曲線與橫軸（特性曲線與橫軸（T軸）的交點。軸）的交點。 用用T=TS、n=0 表示。表示。 （2）特性曲線繪制： 理想空載點：T=0， n= n0，

10、 n0 = UN /CeN ， CeN=(UN- -INRa)/nN ， 電樞電阻的估算公式：Ra=(1/22/3)(1-N)UN /IN。 額定轉矩點：T= TN，n= nN，TN =CT N IN ， CT N =(60/2)CeN 。 計算額定轉矩TN。特性曲線繪制方法：估算電樞電阻Ra；計算電勢常數(shù)CeN；計算空載轉速n0：計算轉矩常數(shù)CTN；2.2.3 2.2.3 他勵電動機的人為機械特性他勵電動機的人為機械特性他勵電動機人為特性：他勵電動機人為特性： 在在UUN、N、RRa條件下，條件下，他勵電動機轉速與電磁轉矩之間的函數(shù)關系。他勵電動機轉速與電磁轉矩之間的函數(shù)關系。 他勵電動機人

11、為機械特性的種類： （1）串阻特性；（3）弱磁特性。（2）降壓特性；1、他勵電動機串阻特性串阻特性他勵電動機串阻特性：他勵電動機串阻特性： 他勵電動機通過外串調節(jié)電阻而獲得的人為機械特性。他勵電動機通過外串調節(jié)電阻而獲得的人為機械特性。（1）特性條件： U=UN、=N(If =IfN)、R=Ra+RC(RC0、RRa)。 （2）特性電路： （3）特性方程： （4）特性曲線： KM打開時外串調節(jié)電阻打開時外串調節(jié)電阻RC。 n = n0- -(Ra+RC)/Ra (T/TN)nN= n0- -nR。 n0=UN /CeN =C理想空載點保持不變； nR=(Ra+RC)/Ra(T/TN)nN負載轉

12、速降變大。2、他勵電動機降壓特性降壓特性他勵電動機他勵電動機降壓特性：降壓特性： 他勵電動機他勵電動機通過降低電樞電壓而獲得的人為機械特性。通過降低電樞電壓而獲得的人為機械特性。（1）特性條件： UUN、=N(If=IfN)、R=Ra(RC=0)。 （2）特性電路： （3）特性方程： （4）特性曲線： 通過調節(jié)電源電壓降低電樞電壓。通過調節(jié)電源電壓降低電樞電壓。 n =(U/UN)n0- -(T/TN)nN = n0U- -n。 n0U=(U/UN)n0n0 理想空載點下降； n=(T/TN)nN負載轉速降保持不變。3、他勵電動機弱磁特性弱磁特性他勵電動機他勵電動機弱磁特性：弱磁特性： 他勵電

13、動機他勵電動機通過通過減弱每極磁通減弱每極磁通而獲得的人為機械特性。而獲得的人為機械特性。（1）特性條件： U=UN 、N(IfIfN) 、R=Ra(RC=0)。 （2）特性電路： （3）特性方程： （4）特性曲線： 通過增加調節(jié)電阻減小勵磁電流。通過增加調節(jié)電阻減小勵磁電流。 n =(N /)n0- -(N /)2(T/TN)nN = n0- -n。 n0=(N /)n0n0 理想空載點上升； n=(N /)2(T/TN)nN 負載轉速降增加。例2-2-1已知：他勵電動機，PN =40kW，UN =220V，IN =210A，nN =750r/min，恒轉矩負載，TL =TN。 試求：（1）

14、CeN =？n0 =？nN =？N =？TN =？ （2）繪制他勵電動機的固有機械特性曲線。例2-2-2已知：他勵電動機，PN =40kW，UN =220V，IN =210A， （3）=0.8N時的人為機械特性。 （2）U =110V時的人為機械特性； 試求：（1）RC=0.4時的人為機械特性； 恒轉矩負載，TL =TN。 nN =750r/min，Ra=0.07029，2.3 2.3 他勵直流電動機的起動他勵直流電動機的起動2.3.1 2.3.1 他勵直流電動機起動的基本概念他勵直流電動機起動的基本概念1、他勵電動機起動的基本概念他勵電動機起動定義：他勵電動機起動定義：電動機接通電源后，轉速

15、由零上升至穩(wěn)定轉速的過程。電動機接通電源后，轉速由零上升至穩(wěn)定轉速的過程。2、他勵電動機起動的基本方法3、他勵電動機起動的基本要求（1）、直接起動；（1）起動電流較??；（2）、串阻起動；（3）、降壓起動。（2）起動轉矩較大；（3）起動時間較短；（4）起動過程平滑；（5）起動損耗較少；（6）起動設備簡單。他勵電動機起動轉矩：他勵電動機起動轉矩：電動機接通電源后，起動瞬間電樞電流所產生的轉矩。電動機接通電源后，起動瞬間電樞電流所產生的轉矩。起動轉矩過小的影響：時間過長、散熱不好、溫度上升、效率下降。時間過長、散熱不好、溫度上升、效率下降。起動時對轉矩的要求：TS(1.11.2)TL。 若使IS較小

16、而TS較大，由于TS =CT IS ，則必須使CT =max=N If=IfN （滿勵磁）。 他勵電動機起動電流：他勵電動機起動電流：電動機接通電源后，起動瞬間電樞繞組中通過的電流。電動機接通電源后，起動瞬間電樞繞組中通過的電流。起動電流過大的影響：換向困難、損耗增加、絕緣老化、壽命減少。換向困難、損耗增加、絕緣老化、壽命減少。起動時對電流的要求： IS(22.5)IN。用用IS表示。表示。用用TS表示。表示。2.3.2 2.3.2 他勵直流電動機的直接起動他勵直流電動機的直接起動他勵電動機直接起動：他勵電動機直接起動：在額定磁通、額定電壓、固有電阻條件下的起動方法。在額定磁通、額定電壓、固有

17、電阻條件下的起動方法。1、起動條件：U=UN，=N，R=Ra。2、起動瞬間： n=0Ea=0IS=UN /RaTS=CT N IS 。 電機較大時：Ra很小IS=(340.0)IN TS=(340.0) TN不能直接起動；電機較小時： Ra很大IS=(2.02.5)INTS=(2.02.5)TN可以直接起動。3、起動過程： nn=CEa IS=(UN Ea)/RaTSdn/dt =dn/dt =04、起動特點： （1）瞬間電流較大；（2）平均轉矩較?。唬?）起動時間較長； （4）起動過程沖擊；（5）起動損耗較大；（6）起動設備簡單。 2.3.3電樞回路串電阻起動電樞回路串電阻起動串阻起動串阻起

18、動 他勵電動機串阻起動：他勵電動機串阻起動：通過增加電樞回路總電阻來限制起動電流的起動方法。通過增加電樞回路總電阻來限制起動電流的起動方法。1、起動條件：U=UN，=N，R=Ra+RS。2、起動瞬間：TS=(22.5)TN 可以起動。 n=0Ea=0IS=UN /(Ra+RS)=(22.5)IN3、起動過程：nEa IS=(UN- -CeNn)/RTSdn/dttS若使IS=(UN- -Ea)/(Ra+RS)=C(UN-CeNn)/(Ra+RS)=C，要求起動電阻隨轉速上升而相應減小。那么IS=CTS=CTS- -TL =C dn/dt=CtS =min。起動電阻實際上是分(35)段切除。 4

19、、起動特點：（1）瞬間電流較小；（2）平均轉矩較大；（3）起動時間較短； （4）起動過程動蕩；（5）起動損耗較多；（6）起動設備較多。以起動電阻分為3段為例，各段起動電阻分別為： RS1、RS2、RS3 。通過開關KM3、 KM2、KM1控制各段起動電阻 2.3.4電樞回路降電壓起動電樞回路降電壓起動降壓起動降壓起動 他勵電動機降壓起動：他勵電動機降壓起動：通過降低電樞回路端電壓來限制起動電流的起動方法。通過降低電樞回路端電壓來限制起動電流的起動方法。 1、起動條件： UUN，=N，R=Ra。2、起動瞬間：TS=(22.5)TN 可以起動。n=0Ea=0IS=U/Ra=(22.5)IN3、起動

20、過程：n EaIS=(U- -Ea)/RatSTS dn/dt若使IS=(U- -Ea)/Ra=CU- -CeNn =C，要求電樞電壓隨轉速上升而相應提高。那么IS=CTS=CTS- -TL =C dn/dt=CtS =min。 電樞電壓可以通過整流器實現(xiàn)連續(xù)變化。4、起動特點（1）瞬間電流較小；（2）平均轉矩很大；（3）起動時間很短；（4）起動過程平滑；（5）起動損耗較少；（6）起動設備復雜。下面以電樞電壓分為23段為例，給出降壓起動的機械特性。 如果電樞電壓可以實現(xiàn)連續(xù)變化，則他勵電動機可以獲得恒加速度特性。2.4 2.4 他勵直流電動機的調速他勵直流電動機的調速2.4.12.4.1他勵電

21、動機調速的基本概念他勵電動機調速的基本概念1、他勵電動機調速的基本概念n=Cdn/dt=0T- -TL=0T=TLn=f(T)與n=f(TL)的交點工作點， 穩(wěn)定轉速由電機的n=f(T)與負載的n=f(TL)共同決定。電力拖動系統(tǒng)的調速：電力拖動系統(tǒng)的調速：負載特性負載特性n=f(TL)保持不變，保持不變，通過改變機械特性通過改變機械特性n=f(T)獲得的一系列轉速。獲得的一系列轉速。電力拖動系統(tǒng)的擾動：電力拖動系統(tǒng)的擾動：機械特性機械特性n=f(T)保持不變，保持不變，通過改變負載特性通過改變負載特性n=f(TL)引起的一系列轉速。引起的一系列轉速。2、他勵電動機調速的基本方法負載特性n=f

22、(TL)保持不變，例如TL=C恒轉矩負載，則機械特性n=f(T)為：n=(U/UN)(N /)n0- -(Ra+RC)/Ra(N /)2(TL /TN)nN = f(R、U)（1）改變電樞電阻調速串阻調速R=Ra+RCRanRn，RC nR n= n0- -nRnnN，nmax=nN； （2）降低電樞電壓調速降壓調速UUN n0U= U /Ce Nn0，Un0U n= n0 U- -nnnN，nmax=nN；（3）減弱每極磁通調速弱磁調速N n0= UN /Ce n0，n0 n= n0- -nnnN，nmin=nN。3、他勵電動機調速的基本要求（1）直流電機調速穩(wěn)定性：直流電機調速穩(wěn)定性：用相

23、對靜差表示：(T=TN)=nmax / n0 =(n0- -nmin)/ n0 （2）直流電機調速平滑性：直流電機調速平滑性： 用平滑系數(shù)k表示：k(T=TN)=ni /ni1 （3）直流電機的調速范圍是指：直流電機的調速范圍是指：用范圍系數(shù)D表示：D(T=TN)=nmax /nmin （4）直流電機的調速方式：直流電機的調速方式：用T=C或PM =C表示：若調速前后電樞電流不變則調速前后電磁轉矩也不變；若調速前后電樞電流不變則調速前后電磁轉矩也不變；用T = C表示。若調速前后電樞電流不變則調速前后電磁功率也不變。若調速前后電樞電流不變則調速前后電磁功率也不變。用PM =C表示。（5）直流電

24、機調速經濟性是指：直流電機調速經濟性是指：用經濟系數(shù)J表示。調速設備的初次投資；調速系統(tǒng)的維護費用；調速方法的損耗情況；電機能力的發(fā)揮程度。匹配調速方式與負載類型一致。2.4.22.4.2他勵電動機串阻的調速他勵電動機串阻的調速他勵電動機串阻調速：他勵電動機串阻調速：他勵電動機通過外串調節(jié)電阻改變轉子轉速的調速方法。他勵電動機通過外串調節(jié)電阻改變轉子轉速的調速方法。1、調速條件：調速時機械特性：U=UN，=N，R=Ra+RCRa；調速時負載特性：TL =C (0TLT N)恒轉矩負載。2、調速電路：電樞回路外串調節(jié)電阻RC，通過改變調節(jié)電阻RC可獲得不同的電樞回路總電阻R。設電樞回路總電阻R=

25、Ra+RCRa。RC可分為若干段。3、特性方程： 機械特性方程： n =n0- -nR，nR =(Ra+RC)/Ra(TL /TN)nN。電樞電壓方程： UN = Ea+Ia(Ra+RC)，Ea= CeN n。4、特性曲線： 理想空載點：n0=UN /CeN，n0與電阻RC無關，RCn0 =C 理想空載點不變，理想空載點不變，額定轉矩點：nR=( Ra+RC )/Ra (TL /TN )nN，RCnR負載轉速降增加負載轉速降增加。5、調速過程：由由A點切換到點切換到B點，是一個瞬變過程：點，是一個瞬變過程：R由由B點過渡到點過渡到C點，是一個漸變過程：點，是一個漸變過程：T- -TL0T=TB

26、、n=nA；Ia=(UN- -Ea )/R T= CT N IaT=TL、n=nC。dn/dt0n Ea Ia T串阻瞬間的電樞電流：串阻瞬間的電樞電流： nB=nA，EaB=EaA，EaA=UN- IaARa，EaB=UN- IaB(Ra+RC)，IaB(Ra+RC)=IaARa，IaB=Ra /(Ra+RC)IaA，6、調速方式：7、穩(wěn)定轉速：在調速前的A點上：TA =CT N IaA，在調速后的C點上：TC =CT N IaC，若使調速前后電樞電流不變Ia=IaA=IaC=C，由于CTN=C，故電磁轉矩不變T=TA=TC=C。 Ia=CT=C 恒轉矩調速方式。恒轉矩調速方式。 他勵電動機

27、串阻調速適合帶動恒轉矩負載他勵電動機串阻調速適合帶動恒轉矩負載TL =C。在調速前的A點上：nA=(TL /TN)nN， 在調速后的C點上：nA=n0- (TL /TN)nN=n0-nA，nC=n0- (Ra+RC)/RanA=n0-nR，nR =(Ra+RC)/RanA， (Ra+RC)/Ra1，nRnA，即nCnA。RC(Ra+RC)nRnC串阻調速時，調節(jié)電阻越大，穩(wěn)定轉速越低。串阻調速時，調節(jié)電阻越大，穩(wěn)定轉速越低。nR=(Ra+RC)/RanA，RC=(nR /nA)-1Ra。8、調速效率： 在調速前的A點上：A=TA A /UN IaA， 在調速后的C點上：C =TC C /UN

28、IaC， TA=TC，IaA=IaC，A/C=nA/nC，A/C=TA A /UN IaA/TC C /UN IaC=(nA/nC)，即：C=(nC /nA)A。 (nC /nA)1，CA串阻調速時，調節(jié)電阻越大，運行效率越低。串阻調速時，調節(jié)電阻越大，運行效率越低。9、調速性能：穩(wěn)定性不好，平滑性較差，調速范圍窄，恒轉矩調速方式，經濟性較好。穩(wěn)定性不好，平滑性較差，調速范圍窄，恒轉矩調速方式，經濟性較好。 適用于他勵電動機帶動恒轉矩負載，用于對調速性能要求不太高的場合。適用于他勵電動機帶動恒轉矩負載，用于對調速性能要求不太高的場合。 C =nR / n0，RCC穩(wěn)定性不好。k=ni /ni1

29、，k1平滑性較差。D=nN/nmin，nmin不可能太低調速范圍窄。Ia=CT=C 恒轉矩調速方式。初次投資小，維護費用低，運行損耗大，發(fā)揮程度好經濟性較好。10、調速計算： 串阻調速主要有兩種計算：串阻調速主要有兩種計算：（1）給定穩(wěn)定轉速可以求解調節(jié)電阻；）給定穩(wěn)定轉速可以求解調節(jié)電阻；（2）給定調節(jié)電阻可以求解穩(wěn)定轉速。）給定調節(jié)電阻可以求解穩(wěn)定轉速。（1）給定負載轉矩TL(Ia)、穩(wěn)定轉速nC，求解調節(jié)電阻RC =？ 利用機械特性：RC = (nR /nA )- -1Ra。 計算步驟：計算步驟：CeNn0nNnAnRRC。利用電壓方程：RC =(UN-Ea)/Ia- -Ra。 計算步驟

30、：計算步驟：CeNEaIaRC。（2）給定負載轉矩TL(Ia)、調節(jié)電阻RC，求解穩(wěn)定轉速nC =？利用機械特性：nC= n0- -nR。 計算步驟：計算步驟：CeNn0nNnAnRnC。利用電壓方程：nC =Ea /CeN。 計算步驟：計算步驟：CeNIaEanC 。例2-4-1 已知：他勵電動機，PN=55.0KW，UN=440V，IN=148A， Ra=0.2468，nN=600r/min，TL =0.9TN。 試求：（1）采用串阻調速，若使nC=400 r/min，求RC =？ （2）采用串阻調速，若使RC=1，求nC=？ （3）采用串阻調速，若使nC=200 r/min，求RC =？

31、 （4）采用串阻調速，若使RC=2，求nC =？ 2.4.32.4.3他勵電動機降壓的調速他勵電動機降壓的調速他勵電動機降壓調速：他勵電動機降壓調速：他勵電動機通過降低電樞電壓改變轉子轉速的調速方法。他勵電動機通過降低電樞電壓改變轉子轉速的調速方法。1、調速條件：調速時機械特性：U UN，=N，R=Ra；2、調速電路：通過調節(jié)直流調壓電源獲得可連續(xù)變化的電樞電壓。設電樞回路電壓為0UUN。調速時負載特性：TL =C (0TLT N)恒轉矩負載。3、特性方程： 機械特性方程： n= n0U- -nA，n0U= (U/UN)n0。電樞電壓方程： U=Ea+IaRa，Ea= CeN n。4、特性曲線

32、： 理想空載點：n0U =(U/UN)n0，n0U與電壓U成正比，Un0U理想空載點下降理想空載點下降，額定轉矩點：n=(TL /TN)nN ，n與U無關，Un= C 負載轉速降不變負載轉速降不變。5、調速過程：由由A點切換到點切換到B點，是一個瞬變過程：點，是一個瞬變過程：U由由B點過渡到點過渡到C點，是一個漸變過程：點，是一個漸變過程：T- -TL0T=TB、n=nA； Ia=(U-Ea ) / RaT= CT N IaT=TL、n=nC。dn/dt0n Ea Ia T串阻瞬間的電樞電流：串阻瞬間的電樞電流： nB=nA，EaB=EaA，EaA=UN-IaARa，EaB=U-IaBRa，I

33、aB=(U+ +IaARa- -UN)/Ra，6、調速方式：7、穩(wěn)定轉速：在調速前的A點上：TA =CT N IaA，在調速后的C點上：TC =CT N IaC，若使調速前后電樞電流不變Ia=IaA=IaC=C，由于CTN=C，故電磁轉矩不變T=TA=TC=C。 Ia=CT=C 恒轉矩調速方式。恒轉矩調速方式。 他勵電動機降壓調速適合帶動恒轉矩負載他勵電動機降壓調速適合帶動恒轉矩負載TL =C。在調速前的A點上：n0=UN/CeN，在調速后的C點上：nA=n0- (TL /TN)nN=n0-nA，nC=(U/UN)n0-nA=n0U-nA， n0U=(U/UN)(UN/CeN)=(U/UN)n

34、0，U /UN1，n0Un0，即nCnA。Un0UnC降壓調速時，電樞電壓越小，穩(wěn)定轉速越低。降壓調速時，電樞電壓越小，穩(wěn)定轉速越低。n0U =(U/UN)n0，U =(n0U /n0)UN。8、調速效率： 在調速前的A點上：A=TA A /UN IaA， 在調速后的C點上：C =TC C /U IaC， TA=TC，IaA=IaC，A/C=nA/nC，A/C=TA A /UN IaA/TC C /U IaC=(nA/nC) (U/UN)，即：C=(nC /nA) (UN /U)A。 CA降壓調速時，電樞電壓越小，運行效率越低。降壓調速時，電樞電壓越小，運行效率越低。9、調速性能：穩(wěn)定性很好，

35、平滑性很好，調速范圍寬，恒轉矩調速方式，經濟性較差。穩(wěn)定性很好，平滑性很好，調速范圍寬，恒轉矩調速方式，經濟性較差。 適用于他勵電動機帶動恒轉矩負載，用于對調速性能要求比較高的場合。適用于他勵電動機帶動恒轉矩負載，用于對調速性能要求比較高的場合。 C =nR / n0，UC，但U=N=C穩(wěn)定性很好。k=ni /ni1，k=1平滑性很好。D=nN/nmin，nmin可以調節(jié)的很低調速范圍寬。Ia=CT=C 恒轉矩調速方式。初次投資大，維護費用高，運行損耗小，發(fā)揮程度好經濟性較差。10、調速計算： 降壓調速主要有兩種計算：降壓調速主要有兩種計算：（1）給定穩(wěn)定轉速可以求解電樞電壓；）給定穩(wěn)定轉速可

36、以求解電樞電壓；（2）給定電樞電壓可以求解穩(wěn)定轉速。）給定電樞電壓可以求解穩(wěn)定轉速。（1）給定負載轉矩TL(Ia)、穩(wěn)定轉速nC，求解電樞電壓U =？ 利用機械特性：U=(n0U /n0)UN。 計算步驟：計算步驟：CeNn0nNnAn0UU。利用電壓方程：U = Ea +IaRa。 計算步驟：計算步驟：CeNEaIaU。（2）給定負載轉矩TL(Ia)、電樞電壓U ，求解穩(wěn)定轉速nC =？利用機械特性： nC =n0U- -nA。 計算步驟：計算步驟： CeNn0nNnAn0UnC 。利用電壓方程：nC =Ea /CeN。 計算步驟：計算步驟：CeNIaEanC 。例2-4-2 已知：他勵電動

37、機，PN=96.0KW，UN=440V，IN=250A， nN=600r/min，Ra=0.078，TL =0.85TN。 試求：（1）采用降壓調速，若使nC=300 r/min，求U=？ （2）采用降壓調速，若使U=230V，求nC=？ （3）采用降壓調速，若使nC=100 r/min，求U=？ （4）采用降壓調速，若使U=90V，求nC =？ 例題1 一臺他勵直流電動機，一臺他勵直流電動機，PN=21kW，UN=220V，IN=112A，nN=950r/min，Ra=0.145，在負載轉，在負載轉矩為額定值不變的情況下工作，現(xiàn)在在電樞回路矩為額定值不變的情況下工作，現(xiàn)在在電樞回路串入電阻串

38、入電阻Rs=1.4。在接入。在接入Rs瞬間，轉速來不及變瞬間，轉速來不及變化，求：化，求： （1）在此瞬間的電樞電流和電磁轉矩；）在此瞬間的電樞電流和電磁轉矩； （2）電動機轉入新的穩(wěn)定狀態(tài)時，電動機的電）電動機轉入新的穩(wěn)定狀態(tài)時，電動機的電樞電流和轉速；樞電流和轉速； （3）新的穩(wěn)定狀態(tài)下，電動機的靜差率和調速）新的穩(wěn)定狀態(tài)下，電動機的靜差率和調速前后的效率。前后的效率。 例題2 一臺他勵直流電動機，一臺他勵直流電動機，PN=21kW，UN=220V，IN=112A，nN=950r/min，Ra=0.145，在負載轉矩為額定值不變的情，在負載轉矩為額定值不變的情況下工作，電壓降至況下工作，電

39、壓降至180V，求：，求： （1）此瞬間的電樞電流和電磁轉矩；）此瞬間的電樞電流和電磁轉矩； （2）電動機轉入新的穩(wěn)定狀態(tài)時，電動機）電動機轉入新的穩(wěn)定狀態(tài)時，電動機的電樞電流和轉速；的電樞電流和轉速； （3）新的穩(wěn)定狀態(tài)下，電動機的靜差率和）新的穩(wěn)定狀態(tài)下，電動機的靜差率和效率。效率。例題3 一臺他勵直流電動機，一臺他勵直流電動機，PN=21kW，UN=220V，IN=112A，nN=950r/min，Ra=0.145，在負載轉矩為額定值不變的情，在負載轉矩為額定值不變的情況下工作，磁通減至況下工作，磁通減至0.75 N時，求：時，求： （1）此瞬間的電樞電流和電磁轉矩；）此瞬間的電樞電流和

40、電磁轉矩； （2）電動機轉入新的穩(wěn)定狀態(tài)時，電動機）電動機轉入新的穩(wěn)定狀態(tài)時，電動機的電樞電流和轉速；的電樞電流和轉速； （3）新的穩(wěn)定狀態(tài)下，電動機的靜差率和）新的穩(wěn)定狀態(tài)下，電動機的靜差率和效率。效率。例題4 一臺他勵直流電動機，一臺他勵直流電動機，PN=21kW，UN=220V，IN=112A，nN=950r/min，Ra=0.145，在，在TL=0.8TN情況下工作，現(xiàn)在在電樞回路串入電阻情況下工作，現(xiàn)在在電樞回路串入電阻Rs=1.4。 求：電動機轉入新的穩(wěn)定狀態(tài)時，電動機的電樞求：電動機轉入新的穩(wěn)定狀態(tài)時，電動機的電樞電流和轉速；電流和轉速；2.5 2.5 他勵直流電動機的制動他勵直

41、流電動機的制動2.5.12.5.1他勵電動機制動的基本概念他勵電動機制動的基本概念1、他勵電動機制動的基本概念直流電動機電動狀態(tài)是指：直流電動機電動狀態(tài)是指：直流電動機電磁轉矩與轉子轉向方向相同的運行方式。直流電動機電磁轉矩與轉子轉向方向相同的運行方式。直流電動機制動狀態(tài)是指：直流電動機制動狀態(tài)是指：直流電動機電磁轉矩與轉子轉向方向相反的運行方式。直流電動機電磁轉矩與轉子轉向方向相反的運行方式。（1）電動狀態(tài)： T與n同向PM =T0電動狀態(tài)的本質就是使電動機將吸收的電能轉換為機械能電動狀態(tài)的本質就是使電動機將吸收的電能轉換為機械能。正向電動：n0、T0 反向電動：n0、T0 （1）制動狀態(tài)：

42、 T與n反向PM =T0制制動狀態(tài)的本質就是使電動機將儲存的機械能轉換為電能動狀態(tài)的本質就是使電動機將儲存的機械能轉換為電能。制動過程：n0、T0 制動運行：n0、T0 2、他勵電動機制動的基本方法 （1）若使n保持方向不變：n0， 則必須使T改變作用方向：T0，則要求： n0 Ea0制動前電動機一定處于正向電動狀態(tài)。 T0 Ia0Ia=(U- -Ea)/R0 U- -Ea0：使電源電壓為零：U=0，Ea0U- -Ea0Ia 0T0正向能耗制動； 使電源電壓反接：U0，Ea0U- -Ea0Ia0 T0電源反接制動；使電源電壓降低：U0，UEaU- -Ea0Ia0T0正向回饋制動。 （2）若使T

43、保持方向不變：T0， 則必須使n改變作用方向：n0，則要求： n 0Ea0制動時負載轉矩一定為位能負載轉矩。T0Ia0Ia=(U- -Ea)/R0 U- -Ea0：使電源電壓為零：U=0，Ea0U- -Ea0Ia0T0反向能耗制動； 使電樞外串電阻：U 0，Ea0U- -Ea0Ia0T0倒拉反接制動；使電源電壓反接：U0，|U|Ea|U- -Ea0Ia0T0反向回饋制動。 3、他勵電動機制動的基本分類：（1）按制動用途不同進行分類，可以分為：制動過程、制動運行。制動分類：正向能耗制動；電源反接制動；正向回饋制動。 制動象限：T0、n0；制動用途：緊急停車；使電動機的轉速迅速減至轉速為零并停止制

44、動的運行方式。使電動機的轉速迅速減至轉速為零并停止制動的運行方式。直流電動機制動過程是指：直流電動機制動過程是指：制動分類：反向能耗制動；倒拉反接制動；反向回饋制動。 制動象限：T0、n0；制動用途：下放重物；使電動機的轉速迅速減至另一轉速并保持制動的運行方式。使電動機的轉速迅速減至另一轉速并保持制動的運行方式。直流電動機制動運行直流電動機制動運行是指：是指：（2）按制動方式不同分類，分為：能耗制動、反接制動、回饋制動。使使U=0、Ea0實現(xiàn)的制動實現(xiàn)的制動能耗制動能耗制動正向能耗制動U =0、Ea0、Ia0、n0、T0；反向能耗制動U =0、Ea0、Ia0、n0、T0。使使U或或Ea 反向實

45、現(xiàn)的制動反向實現(xiàn)的制動反接制動反接制動電源反接制動U0、Ea0、Ia0、n0、T0；電勢反接制動U0、Ea0、Ia0、n0、T0。使使| |U| | | |Ea | |實現(xiàn)的制動實現(xiàn)的制動回饋制動回饋制動正向回饋制動U0、Ea0、Ia0、n0、T0；反向回饋制動U0、Ea0、Ia0、n0、T0。4、他勵電動機制動的基本要求 制動過程：制動電流較?。恢苿愚D矩較大；制動時間較短； 制動過程平滑；制動損耗較?。恢苿釉O備簡單。 制動運行：制動穩(wěn)定性好；制動平滑性好；制動范圍較寬； 制動方式合適；制動經濟性好。2.5.22.5.2他勵電動機的正向能耗制動他勵電動機的正向能耗制動他勵電動機正向能耗是指：他

46、勵電動機正向能耗是指：在電動狀態(tài)下通過斷開電樞電壓、轉子外串電阻實現(xiàn)的制動。在電動狀態(tài)下通過斷開電樞電壓、轉子外串電阻實現(xiàn)的制動。他勵電動機正向能耗特點：他勵電動機正向能耗特點：U=0、Ea0、Ia0；n0、T0。1、制動條件：制動前電機的運行狀態(tài)：n0 制動前他勵電動機一定處于正向電動狀態(tài)； 制動時電機的機械特性：=N、U =0、RC0斷開電樞電壓，轉子外串電阻；制動時負載的轉矩特性：TL=C。(0TLTN)恒轉矩負載，反抗與位能均可以。2、制動電路：KM1閉合，KM2打開：U=UN，R=Ra原為正向電動運行。電樞電流IaA是在電樞電壓作用下產生的，IaA與電樞電壓U同向，電樞電流IaA與電

47、樞電勢EaA反向。即：EaA0，IaA0。KM1打開，KM2閉合： U=0，RC0進入正向能耗制動。由于電樞電壓U為零，IaB在電樞電勢EaB的作用下改變作用方向，電樞電流IaB與電樞電勢EaB同向，即：EaB0，IaB0。3、制動原理：正向電動運行時的轉速轉矩圖：nB0，EaB0，IaB0，TB0，nA0，EaA0，IaA0，TA0，由于nA0、TA0，T與n同向，所以他勵電動機處于正向電動運行。正向能耗制動時的轉速轉矩圖：由于nB0、TB0，T與n反向，所以他勵電動機進入正向能耗制動。4、制動方程：機械特性方程：n= - -nR，nR= - - (Ra+RC)/Ra(TB /TN)nN=

48、- - (Ra+RC)/RanB。電樞電壓方程： 0=Ea+ Ia(Ra+RC)，Ea= CeN n。5、制動曲線：理想空載點：U=0n0=0正向能耗制動的機械特性曲線必通過坐標原點，瞬間制動點：T= TB，n =nB 正向能耗制動的機械特性曲線通過瞬間制動點。連接理想空載點與瞬間制動點，可以確定他勵電動機正向能耗制動時的機械特性曲線。RC|IaB|TB|正向能耗制動時，制動電阻越大，制動電流越小，制動轉矩也越小正向能耗制動時，制動電阻越大，制動電流越小，制動轉矩也越小。6、制動過程：他勵電動機斷開電樞電壓，電樞外串電阻后：機械特性由A點瞬間切換到B點，即：nB=nA，U=0Ia=- -Ea

49、/R0 TB0、nB0TB與nB反向制動起始于B點，TB- -TL0dn/dt0nEa| Ia |T |制動由B點逐漸過渡到0點，n =0Ea =0Ia =0T =0n=0時電磁轉矩T = 0制動終止于0點。7、制動后期：TL為反抗負載：在n=0時，電磁轉矩T =0、而且負載轉矩TL =0，根據(jù)運動方程：T- -TL =0dn/dt=0n=C= 0TL為位能負載：在n=0時，電磁轉矩T =0、但是負載轉矩TL0，他勵電動機穩(wěn)定運行于自然停車狀態(tài)；根據(jù)運動方程：T- -TL0dn/dt0n0他勵電動機將進入反向能耗制動狀態(tài)。8、制動能量： P1=UI=0、pCua=Ia2R0、PM= T=EaI

50、a0、p0=T0 0、P2=TL 0。制動時：無機能輸入制動時：無機能輸入系統(tǒng)釋放儲存的機能，系統(tǒng)釋放儲存的機能，無電能輸出無電能輸出電阻消耗產生的電能。電阻消耗產生的電能。9、制動用途： 緊急停車。10、制動計算： 正向能耗制動主要有兩種計算：正向能耗制動主要有兩種計算：（1）給定制動轉矩可以求解制動電阻；）給定制動轉矩可以求解制動電阻；（2）給定制動電阻可以求解制動轉矩。）給定制動電阻可以求解制動轉矩。（1）給定負載轉矩TL(Ia)、制動轉矩TB(IaB)，求解制動電阻RC =？ 利用機械特性：RC =(nR /nB ) - -1Ra，計算步驟：計算步驟：CeNn0nNnAnAnRnBRC

51、。利用電壓方程：RC =(- -EaB /IaB)- -Ra， 計算步驟：計算步驟：CeNn0nNnAnBEaBIaBRC。（2）給定負載轉矩TL(IaA)、制動電阻RC，求解制動轉矩TB(IaB)=？ 利用機械特性： TB =Ra/(RC+Ra)(nR/nN)TN， 計算步驟：計算步驟： CeNn0nNnAnAnRTB。利用電壓方程： TB =CTNIaB， 計算步驟：計算步驟： CeNCTNIaAEaBIaBTB。利用電壓方程： RC =(UN- -IaA Ra)/IaB- -Ra， 計算步驟：計算步驟： IaAEaAIaBRC 。例2-5-1 已知：他勵電動機，PN =39KW，UN =

52、220V，IN =200A， Ra=0.07，nN =1100r/min，TL =0.8TN。 試求：（1）采用正向能耗制動，若使制動電流I=2IN， 求制動電阻RC =？ （2）采用正向能耗制動，若使制動轉矩T=1.8TN， 求制動電阻RC =？ （3）采用正向能耗制動，若使制動電阻RC =0.48， 求制動轉矩T=？制動電流I=？ 2.5.32.5.3他勵電動機的電源反接制動他勵電動機的電源反接制動他勵電動機電源反接是指：他勵電動機電源反接是指：在電動狀態(tài)下通過電樞電壓反接、轉子外串電阻實現(xiàn)的制動。在電動狀態(tài)下通過電樞電壓反接、轉子外串電阻實現(xiàn)的制動。他勵電動機電源反接特點：他勵電動機電源

53、反接特點：U 0、Ea0、Ia0；n0、T0。1、制動條件：制動前電機的運行狀態(tài)：n0 制動前他勵電動機一定處于正向電動狀態(tài)； 制動時電機的機械特性：=N、U=- -UN、RC0電樞電壓反接，轉子外串電阻；制動時負載的轉矩特性：TL=C。(0TLTN)恒轉矩負載，反抗與位能均可以。2、制動電路：KM1閉合，KM2打開：U=UN，R=Ra原為正向電動運行。電樞電流IaA是在電樞電壓作用下產生的，IaA與電樞電壓U同向，電樞電流IaA與電樞電勢EaA反向。即：EaA0，IaA0。KM1打開，KM2閉合： U=- -UN ，RC0進入電源反接制動。由于電樞電壓U為負，IaB在- -UN與EaB的共同

54、作用下改變作用方向，電樞電流IaB與電樞電勢EaB同向，即：EaB0，IaB0。3、制動原理：正向電動運行時的轉速轉矩圖：nB0，EaB0，IaB0，TB0，nA0，EaA0，IaA0，TA0，由于nA0、TA0，T與n同向，所以他勵電動機處于正向電動運行。電源反接制動時的轉速轉矩圖：由于nB0、TB0，T與n反向，所以他勵電動機進入電源反接制動。4、制動方程：機械特性方程：n=- - n0 - -nR，nR= - - (Ra+RC)/RanB。電樞電壓方程：- -UN=Ea+ Ia(Ra+RC)，Ea= CeN n。5、制動曲線：理想空載點：U=- -UNn0=- - n0電源反接制動的機械

55、特性曲線通過反向空載點，瞬間制動點：T= TB，n =nB 電源反接制動的機械特性曲線通過瞬間制動點。連接理想空載點與瞬間制動點，可以確定他勵電動機電源反接制動時的機械特性曲線。RC|IaB|TB|電源反接制動時，制動電阻越大，制動電流越小，制動轉矩也越小電源反接制動時，制動電阻越大，制動電流越小，制動轉矩也越小。6、制動過程：他勵電動機電樞電壓反接，電樞外串電阻后：機械特性由A點瞬間切換到B點，即：nB=nA，U=- -UN Ia=(- -UN- -Ea)/R0TB0、nB0TB與nB反向制動起始于B點，TB- -TL0dn/dt0nEa| Ia |T |制動由B點逐漸過渡到E點，n =0E

56、a =0、U=- -UNIa0T0n=0時電磁轉矩T0制動終止于E點。7、制動后期：TL為反抗負載：在n=0時，電磁轉矩T0、而且負載轉矩TL0，根據(jù)運動方程：若T- -TL 0TL Tn=C= 0TL為位能負載：在n=0時，電磁轉矩T0、但是負載轉矩TL0，他勵電動機穩(wěn)定運行于反向堵轉狀態(tài)；根據(jù)運動方程：T- -TL0dn/dt0n0他勵電動機經反向起動進入反向回饋。8、制動能量： P1=UI0、pCua=Ia2R0、PM= T=EaIa0、p0=T0 0、P2=TL 0。制動時：無機能輸入制動時：無機能輸入系統(tǒng)釋放儲存的機能，系統(tǒng)釋放儲存的機能，無電能輸出無電能輸出電阻消耗產生的電能。電阻

57、消耗產生的電能。9、制動用途： 緊急停車。若T- -TL0dn/dt0n0他勵電動機經反向起動進入反向電動；10、制動計算： 電源反接制動主要有兩種計算：電源反接制動主要有兩種計算：（1）給定制動轉矩可以求解制動電阻；）給定制動轉矩可以求解制動電阻；（2）給定制動電阻可以求解制動轉矩。）給定制動電阻可以求解制動轉矩。（1）給定負載轉矩TL(Ia)、制動轉矩TB(IaB)，求解制動電阻RC =？ 利用機械特性：RC =(nR /nB ) - -1Ra，計算步驟：計算步驟：CeNn0nNnAnAnRnBRC。利用電壓方程： RC =- -(UN+EaB)/IaB- -Ra ， 計算步驟：計算步驟：

58、CeNn0nNnAnBEaBIaBRC。（2）給定負載轉矩TL(IaA)、制動電阻RC，求解制動轉矩TB(IaB)=？ 利用機械特性： TB =Ra/(RC+Ra)(nR/nN)TN， 計算步驟：計算步驟： CeNn0nNnAnAnRTB。利用電壓方程： TB =CTNIaB， 計算步驟：計算步驟： CeNCTNIaAEaAEaBIaBTB 。利用電壓方程： RC =- -(2UN- -IaARa)/IaB Ra ， 計算步驟：計算步驟： IaA IaB RC 。例2-5-3 已知：他勵電動機，PN =39KW，UN =220V，IN =200A， Ra=0.07，nN =1100r/min，

59、TL =0.6TN。 試求：（1）采用電源反接制動，若使T=2TN， 求RC =？ （2）采用電源反接制動，若使T=2.5TN， 求RC =？ （3）采用電源反接制動，若使RC=1.33， 求T=？ 2.5.42.5.4他勵電動機的反向能耗制動他勵電動機的反向能耗制動他勵電動機反向能耗是指：他勵電動機反向能耗是指：在位能負載下通過斷開電樞電壓、轉子外串電阻實現(xiàn)的制動。在位能負載下通過斷開電樞電壓、轉子外串電阻實現(xiàn)的制動。他勵電動機反向能耗特點：他勵電動機反向能耗特點：U=0、Ea0、Ia0；n0、T0。1、制動條件：制動前電機的運行狀態(tài)：n=0 制動前他勵電動機處于正向能耗制動后的停車狀態(tài)；

60、制動時電機的機械特性：=N、U =0、RC 0斷開電樞電壓，轉子外串電阻；制動時負載的轉矩特性：TL=C。(0TLTN)恒轉矩負載，而且必須為位能。2、制動電路：KM1打開，KM2閉合：U=0，RRa進入正向能耗制動。由于電樞電壓U為零，IaB在電樞電勢EaB的作用下改變作用方向，電樞電流IaB與電樞電勢EaB同向，即：EaB0，IaB0。KM1打開，KM2閉合： U=0，RC0進入反向能耗制動。由于電樞電壓U為零，IaC在電樞電勢EaC的作用下再次改變方向，電樞電流IaC與電樞電勢EaC同向，即：EaC0，IaC0。3、制動原理：正向電動運行時的轉速轉矩圖：nC0，EaC0，IaC0，TC0