第4章直流電機的電機拖動

1、第4章 直流電機的電機拖動4.1 4.1 電力拖動系統(tǒng)的動力學基礎電力拖動系統(tǒng)的動力學基礎4.2 4.2 他勵直流電動機的機械特性他勵直流電動機的機械特性 4.3 4.3 他勵直流電動機的起動他勵直流電動機的起動 本章主要介紹電力拖動系統(tǒng)的運動方程、負載轉(zhuǎn)矩特性、本章主要介紹電力拖動系統(tǒng)的運動方程、負載轉(zhuǎn)矩特性、直流電動機的機械特性、起動、調(diào)速、制動等方法和物理過程。直流電動機的機械特性、起動、調(diào)速、制動等方法和物理過程。4.4 4.4 他勵直流電動機的制動他勵直流電動機的制動4.5 4.5 他勵直流電動機的調(diào)速他勵直流電動機的調(diào)速4.6 4.6 串勵直流電動機的電力拖動串勵直流電動機的電力拖

2、動大連理工大學電氣工程系 拖動：原動機帶動生產(chǎn)機械運動。拖動：原動機帶動生產(chǎn)機械運動。 電力拖動：用電動機作為原動機的拖動方式。電力拖動：用電動機作為原動機的拖動方式。4.1.1 電力拖動系統(tǒng)的組成電力拖動系統(tǒng)的組成電動機電動機傳動機構傳動機構工作機構工作機構控制設備控制設備電源電源電力拖動系統(tǒng)的優(yōu)點電力拖動系統(tǒng)的優(yōu)點(1) 電能易于生產(chǎn)、傳輸、分配。電能易于生產(chǎn)、傳輸、分配。(2) 電動機類型多、規(guī)格全，具有各種特性，能滿電動機類型多、規(guī)格全，具有各種特性，能滿 足各種生產(chǎn)機械的不同要求。足各種生產(chǎn)機械的不同要求。4.1 電力拖動系統(tǒng)的動力學基礎電力拖動系統(tǒng)的動力學基礎大連理工大學電氣工程系

3、(3) 電動機損耗小、效率高、具有較大的短時電動機損耗小、效率高、具有較大的短時 過載能力。過載能力。(4) 電力拖動系統(tǒng)容易控制、操作簡單、電力拖動系統(tǒng)容易控制、操作簡單、 便于實現(xiàn)自動化。便于實現(xiàn)自動化。應用舉例應用舉例 精密機床、重型銑床、精密機床、重型銑床、 初軋機、初軋機、 高速冷軋機、高速造紙機、風機、水泵高速冷軋機、高速造紙機、風機、水泵大連理工大學電氣工程系4.1.2 典型生產(chǎn)機械的運動形式典型生產(chǎn)機械的運動形式一、單軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)一、單軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng) 電動機、傳動機構、工作機構等所有運動部件電動機、傳動機構、工作機構等所有運動部件 均以同一轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。均以同一轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。二、多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)

4、二、多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng) 電動機電動機工作機構工作機構電動機電動機工作機構工作機構大連理工大學電氣工程系三、多軸旋轉(zhuǎn)運動加平移運動系統(tǒng)三、多軸旋轉(zhuǎn)運動加平移運動系統(tǒng) 四、多軸旋轉(zhuǎn)運動加升降運動系統(tǒng)四、多軸旋轉(zhuǎn)運動加升降運動系統(tǒng) 電動機電動機 工作機構工作機構 電動機電動機 G大連理工大學電氣工程系4.1.3 電力拖動系統(tǒng)的運動方程式電力拖動系統(tǒng)的運動方程式一、單軸電力拖動系統(tǒng)的運動方程一、單軸電力拖動系統(tǒng)的運動方程 T2TL= Jd d t J 轉(zhuǎn)動慣量（轉(zhuǎn)動慣量（kgm2） 旋轉(zhuǎn)角加速度（旋轉(zhuǎn)角加速度（rad/s2） 慣性轉(zhuǎn)矩（慣性轉(zhuǎn)矩（Nm） T2 = TT0 電動狀態(tài)時，電動狀態(tài)時，T0 與與

5、T 方向相反，方向相反，T20，T00。 制動狀態(tài)下放重物時，制動狀態(tài)下放重物時，T0 與與 T 方向相同，方向相同，T20，T00。 第第11 章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學基礎電力拖動系統(tǒng)的動力學基礎d d tJd d t 電動狀態(tài)電動狀態(tài) T2T0 制動狀態(tài)下放重物制動狀態(tài)下放重物 T2T0 正方向正方向 大連理工大學電氣工程系11.3 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TTL= Jd d t忽略忽略 T0 ，則，則 飛輪矩飛輪矩(Nm2)因為因為 J = m 2 Gg=D2（）2GD24g=旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)部分的質(zhì)量（質(zhì)量（kg）回轉(zhuǎn)半徑回轉(zhuǎn)半徑 (m)2 n60T2TL =

6、GD2 d 4g d t 回轉(zhuǎn)直徑回轉(zhuǎn)直徑 (m) 對于均勻?qū)嵭膱A柱體，對于均勻?qū)嵭膱A柱體， 與幾何半徑與幾何半徑 R 的關系為的關系為 R 2 = = GD2 dn375 d tGD2 dn375 d tT2TL = 大連理工大學電氣工程系11.3 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GD2 dn375 d tTTL = 忽略忽略 T0 ，有，有 當當 T2TL 時，時， n dnd t0 加速的瞬態(tài)過程。加速的瞬態(tài)過程。 當當 T2 = TL 時，時， dnd t = 0 穩(wěn)定運行。穩(wěn)定運行。 當當 T2TL 時，時， n dnd t0 減速的瞬態(tài)過程。減速的瞬態(tài)過程。 n =

7、 0n = 常數(shù)常數(shù) 確定電動機處于電動狀態(tài)時的旋轉(zhuǎn)方向為轉(zhuǎn)速的確定電動機處于電動狀態(tài)時的旋轉(zhuǎn)方向為轉(zhuǎn)速的正方向，然后規(guī)定：正方向，然后規(guī)定：（1 1）電磁轉(zhuǎn)矩）電磁轉(zhuǎn)矩 與轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速 的正方向相同時為正，相反時為負。的正方向相同時為正，相反時為負。emTn（2 2）負載轉(zhuǎn)矩）負載轉(zhuǎn)矩 與轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速 的正方向相同時為負，相反時為正。的正方向相同時為負，相反時為正。LTnemTLT（3 3）慣性轉(zhuǎn)矩）慣性轉(zhuǎn)矩 的大小和正負號由的大小和正負號由 和和 的代數(shù)和決定。的代數(shù)和決定。dtdnGD3752大連理工大學電氣工程系負載吸收負載吸收的功率的功率1. T2 0 ， 電動機輸出機械功率電動機輸出機

8、械功率2. T2 0 ， 電動機輸入機械功率電動機輸入機械功率二、單軸電力拖動系統(tǒng)的功率平衡方程二、單軸電力拖動系統(tǒng)的功率平衡方程 T2 TL = J d d t（ ） =dd tJ 212電動機輸電動機輸出的功率出的功率系統(tǒng)動能系統(tǒng)動能P2PL = J d d t11.3 電力拖動系統(tǒng)的運動方程式電力拖動系統(tǒng)的運動方程式即即 T2 與與 方向相同。方向相同。 電動狀態(tài)。電動狀態(tài)。 即即 T2 與與 方向相反。方向相反。 制動狀態(tài)。制動狀態(tài)。 電動狀態(tài)電動狀態(tài)1 T2TL 制動狀態(tài)制動狀態(tài)1 T2TL電動狀態(tài)電動狀態(tài)2T2TL制動狀態(tài)制動狀態(tài)2T2TL大連理工大學電氣工程系3. TL 0， 負

9、載從電動機吸收機械功率。負載從電動機吸收機械功率。4. TL 0， 負載釋放機械功率給電動機（拖動系統(tǒng)）。負載釋放機械功率給電動機（拖動系統(tǒng)）。 5. P2PL，6. P2PL， 和和 n 不能突變，不能突變， 即系統(tǒng)不可能具有無窮大的功率。即系統(tǒng)不可能具有無窮大的功率。11.3 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 即即 TL 與與 方向相反。方向相反。 即即 TL與與 方向相同。方向相同。 ，加速狀態(tài)，加速狀態(tài)， ，減速狀態(tài)，減速狀態(tài)，否則否則 J d d t 電動狀態(tài)電動狀態(tài)1 T2TL 制動狀態(tài)制動狀態(tài)1 T2TL電動狀態(tài)電動狀態(tài)2T2TL制動狀態(tài)制動狀態(tài)2T2TL系統(tǒng)動能

10、增加。系統(tǒng)動能增加。系統(tǒng)動能減少。系統(tǒng)動能減少。大連理工大學電氣工程系11.4 多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的折算多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的折算z1 z4 z5 z2 z3 z6 效效等等一、等效負載轉(zhuǎn)矩一、等效負載轉(zhuǎn)矩 等效（折算）原則：機械功率不變。等效（折算）原則：機械功率不變。 TL =Tm tm L= Tmj t第第11 章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學基礎電力拖動系統(tǒng)的動力學基礎電動機電動機工作機構工作機構nTLn1n2nmTm電動機電動機等效負載等效負載nTLTL t = Tmm 傳動機構傳動機構的效率的效率傳動機構傳動機構的轉(zhuǎn)速比的轉(zhuǎn)速比大連理工大學電氣工程系 傳動機構的總轉(zhuǎn)速比傳動機構的總轉(zhuǎn)速比 j = j1

11、 j2 jmmj = nnm= 1 j1 = nn1= 1 2 j2 = n1n2= 2 m jm = n2nm=11.4 多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的折算多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的折算 常見傳動機構的轉(zhuǎn)速常見傳動機構的轉(zhuǎn)速 比的計算公式：比的計算公式：(1) 齒輪傳動齒輪傳動n1n2j =z2z1=(2) 皮帶輪傳動皮帶輪傳動 n1n2j =D2D1=(3) 蝸輪蝸桿傳動蝸輪蝸桿傳動 n1n2j =z2z1=齒輪的齒數(shù)齒輪的齒數(shù) 皮帶輪的直徑皮帶輪的直徑 蝸輪的齒數(shù)蝸輪的齒數(shù) 蝸桿的頭數(shù)蝸桿的頭數(shù) 大連理工大學電氣工程系二、等效轉(zhuǎn)動慣量（飛輪矩）二、等效轉(zhuǎn)動慣量（飛輪矩） 等效（折算）原則：動能不變。等效（折算）原則

12、：動能不變。設各部分的轉(zhuǎn)動慣量為：設各部分的轉(zhuǎn)動慣量為：12J2 = 12JR 2 12J1 1212Jmm2 11.4 多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的折算多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的折算nTLn1n2z1 z4 z5 z2 z3 z6 電動機電動機工作機構工作機構nmTmJRJ1J2Jm12J2 22 J = JRJ1 J2 Jm n1nnmn2 2 2 n2nJ = JRJ1 J2 Jm 1m2 2 2 2大連理工大學電氣工程系如果在電動機和工作機構之間總共還有如果在電動機和工作機構之間總共還有 n 根中間軸，根中間軸， 則則: j = j1 j2 jn jm或或: :GD2 = 4gJ 11.4 多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的折算多

13、軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的折算J2 j1 j2 J = JR J1j12 22Jm j1 j2 jm2 2 2 J2 j1 j2 = JR J1j12 22Jm j 2 J = JRJ1 J2 Jn Jm n1nnnn2 2 2 2 n2nnmnJ2 ( j1 j2)J = JR J1j12 2Jn( j1 j2 jn )2 Jm j 2 大連理工大學電氣工程系11.4 多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的折算多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的折算 【例例 11.4.1】 某車床電力拖動系統(tǒng)，傳動機構為某車床電力拖動系統(tǒng)，傳動機構為齒輪組（如圖示），經(jīng)兩級減速后拖動車床的主軸，已齒輪組（如圖示），經(jīng)兩級減速后拖動車床的主軸，已知知 n = 1 44

14、0 r/min ，切削力，切削力 F = 2 000 N，工件直徑，工件直徑 d = 150 mm，各齒輪的齒數(shù)為，各齒輪的齒數(shù)為 z1 = 15，z2 = 30，z3 = 30，z4 = 45，各部分的轉(zhuǎn)動慣量，各部分的轉(zhuǎn)動慣量 JR = 0.076 5 kgm2，J1 = 0.051 kgm2，Jm = 0.063 7 kgm2 。傳動機構的傳動效率。傳動機構的傳動效率 t = 0.9。求：。求：(1) 切削功率切削功率 Pm 和切削轉(zhuǎn)矩和切削轉(zhuǎn)矩 Tm ； (2) 折算成單折算成單軸系統(tǒng)后的等效軸系統(tǒng)后的等效 TL、JL 和和 GD2 。 解：解：(1) 切削功率切削功率 Pm 和切削轉(zhuǎn)

15、矩和切削轉(zhuǎn)矩 Tmn JR n1J1z1 z4 z2 z3 電動機電動機車床車床nm Jm z2z1j2 = = = 2 3015z4z3jm = = = 1.5 4530j = j1 jm = 21.5 = 3 njnm = = r/min = 480 r/min 1 4403大連理工大學電氣工程系11.4 多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的折算多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的折算 d nm60Pm = F 3.140.1548060 = 2 000 W = 7.536 kW TN = 2 60Pmnm = Nm = 150 Nm 60 23.14 7 536 480(2) 折算成單軸系統(tǒng)后的等效折算成單軸系統(tǒng)后的等效 TL、J

16、L 和和 GD2 TL = Tmj t = Nm = 55.56 Nm 150 30.9 J = JR J1j12Jm j 2 = 0.076 5 kgm2 = 0.096 3 kgm2 0.051220.063 7 32( ) GD2 = 4gJ = 49.810.096 3 Nm2 = 3.78 Nm2 大連理工大學電氣工程系 目的目的 將平移作用力將平移作用力 Fm 折算為等效轉(zhuǎn)矩折算為等效轉(zhuǎn)矩 TL 。 將平移運動的質(zhì)量將平移運動的質(zhì)量 m 折算為等效折算為等效 J 或或 GD2 。 一、等效負載轉(zhuǎn)矩一、等效負載轉(zhuǎn)矩 等效（折算）原則：機械功率不變。等效（折算）原則：機械功率不變。 T

17、L t = Fmvm11.5 平移運動系統(tǒng)的折算平移運動系統(tǒng)的折算vmFm 作用力作用力 平移速度平移速度 第第11 章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學基礎電力拖動系統(tǒng)的動力學基礎432n1工件工件 (m) 刨刀刨刀 齒條齒條 齒輪齒輪 電動機輸出電動機輸出 的機械功率的機械功率 切削功率切削功率 TL = Fmvm t= Fmvm t n602 大連理工大學電氣工程系二、等效轉(zhuǎn)動慣量（飛輪矩）二、等效轉(zhuǎn)動慣量（飛輪矩） 等效（折算）原則：動能不變。等效（折算）原則：動能不變。1. 平移運動折算成旋轉(zhuǎn)運動平移運動折算成旋轉(zhuǎn)運動11.5 平移運動系統(tǒng)的折算平移運動系統(tǒng)的折算vmFm 作用力作用力 平移速

18、度平移速度 432n1工件工件 (m) 刨刀刨刀 齒條齒條 齒輪齒輪 12Jm2 = 12m vm 2 Jm =m vm 22 Gmg vm n2Jm = 602 2 2 = 9.3 Gm vm n22 大連理工大學電氣工程系2. 等效單軸系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量和飛輪矩等效單軸系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量和飛輪矩11.5 平移運動系統(tǒng)的折算平移運動系統(tǒng)的折算12J2 = 12JR 2 12J1 1212J2 22 12m vm 2 12J2 = JR 2 J1 12 J2 22 Jm2 12121212J = JRJ1 J2 Jm 12 2 2J = JRJ1 J2 Jm n1n2 2 n2n 一般公式：一般公式：

19、 J2 ( j1 j2)J = JR Jm J1j12 2Jn( j1 j2 jn )2 大連理工大學電氣工程系 【例例 11.5.1】 有一大型車床，有一大型車床，傳動機構如圖示。已知：傳動機構如圖示。已知：刀架重：刀架重： Gm = 1 500 N 移動速度：移動速度：vm= 0.3 m/s刀架與導軌之間的摩擦系數(shù)：刀架與導軌之間的摩擦系數(shù)： = 0.1電動機：電動機： n = 500 r/min， JM = 2.55 kgm2齒輪齒輪1：z1 = 20，Jz1 = 0.102 kgm2齒輪齒輪2：z2 = 50，Jz2 = 0.51 kgm2齒輪齒輪3：z3 = 30，Jz3 = 0.2

20、55 kgm2齒輪齒輪4：z4 = 60，Jz4 = 0.765 kgm2傳動機構：傳動機構： t = 0.8求求: 電動機軸上的等效電動機軸上的等效 TL 和和 J 。 解解: (1) 等效等效TL 平移作用力平移作用力 Fm = Gm = 0.11 500 N = 150 NvmFm432n1工件工件 (m) 刨刀刨刀 齒條齒條 齒輪齒輪 11.5 平移運動系統(tǒng)的折算平移運動系統(tǒng)的折算大連理工大學電氣工程系11.5 平移運動系統(tǒng)的折算平移運動系統(tǒng)的折算TL= Fmvm t n602 = Nm = 1.075 Nm 60 6.28 1500.3 0.8500 (2) 等效轉(zhuǎn)動慣量等效轉(zhuǎn)動慣量

21、J z2 z1 j1 = 50 20 = = 2.5 z4 z3 j2 = 60 30 = = 2 JR = JMJz1 J1 = Jz2Jz3 J2 = Jz4 = (2.550.102) kgm2 = 2.652 kgm2 = (0.510.255) kgm2 = 0.765 kgm2 = 0.765 kgm2 Jm = 9.3 Gm vm n22 = 9.3 kgm2 1 5000.32 5002 = 0.005 02 kgm2 大連理工大學電氣工程系J2 ( j1 j2)J = JR Jm J1j12 20.765 (2.52)2 = 2.652 0.005 02 kgm2 0.765

22、2.52= 2.652 kgm2 11.5 平移運動系統(tǒng)的折算平移運動系統(tǒng)的折算大連理工大學電氣工程系 電動機輸出電動機輸出 的機械功率的機械功率PL 工作機構的工作機構的 機械功率機械功率Pm 11.6 升降運動系統(tǒng)的折算升降運動系統(tǒng)的折算 目的目的 將將 Gm 折算為等效折算為等效 TL。 將將 m 折算為等效折算為等效 J。 一、等效負載轉(zhuǎn)矩（升降力的折算）一、等效負載轉(zhuǎn)矩（升降力的折算） TL t = Gmvm第第11 章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學基礎電力拖動系統(tǒng)的動力學基礎Gm電動機電動機 vmz2 z1z4 z3 提升重物時，提升重物時，Gm 是阻力，電動機工作在電動是阻力，電動機工

23、作在電動 狀態(tài)，狀態(tài)，PLPm ；下放重物時，；下放重物時，Gm 是動力，是動力， 電動機工作在制動狀態(tài)，電動機工作在制動狀態(tài)，PLPm 。TL = Gmvm t= Gmvm t n602 大連理工大學電氣工程系 傳動效率：傳動效率： 11.6 升降運動系統(tǒng)的折算升降運動系統(tǒng)的折算 t = 100% Pm PL則提升時則提升時 t1 ，下放時，下放時 t1。二、等效轉(zhuǎn)動慣量（升降質(zhì)量的折算）二、等效轉(zhuǎn)動慣量（升降質(zhì)量的折算） 1. 升降運動折算成旋轉(zhuǎn)運動升降運動折算成旋轉(zhuǎn)運動12Jm2 = 12m vm 2 Jm =m vm 22 = 9.3 Gm vm n22 2. 等效單軸系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量等

24、效單軸系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量J2 ( j1 j2)J = JR Jm J1j12 2Jn( j1 j2 jn )2 大連理工大學電氣工程系 a b c d e f g h 電動機電動機 蝸桿蝸桿 蝸輪蝸輪 齒輪齒輪 齒輪齒輪 卷筒卷筒 導輪導輪 重物重物 雙頭雙頭 20 10 40 0.15 0.025 0.40 0.075 8 1.25 1.25 10 000 0.1 0.111.6 升降運動系統(tǒng)的折算升降運動系統(tǒng)的折算 【例例 11.6.1】 某起重機的電力拖動系統(tǒng)如圖示。各某起重機的電力拖動系統(tǒng)如圖示。各運動部件的的有關數(shù)據(jù)如下：運動部件的的有關數(shù)據(jù)如下： 編號編號 名稱名稱齒數(shù)齒數(shù)轉(zhuǎn)動慣量轉(zhuǎn)動

25、慣量J/kgm2 重力重力G/N直徑直徑 d/m傳動效率傳動效率 t = 0.8，提，提升速度升速度 vm = 9.42 m/s。試求電動機的轉(zhuǎn)速試求電動機的轉(zhuǎn)速 na以及折算到電動機軸以及折算到電動機軸上的等效上的等效 TL 和和 J。dnabafgcehvm大連理工大學電氣工程系11.6 升降運動系統(tǒng)的折算升降運動系統(tǒng)的折算 解解: (1) 電動機的轉(zhuǎn)速電動機的轉(zhuǎn)速 na 卷筒和導輪的轉(zhuǎn)速卷筒和導輪的轉(zhuǎn)速 nf = ng = vm dg = r/min = 30 r/min 9.42 3.140.1 轉(zhuǎn)速比轉(zhuǎn)速比 zc zb j1 = 20 2 = = 10 ze zd j2 = 40 1

26、0 = = 4 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 na na = nb = j1 j2 nf = 10430 r/min = 1 200 r/mindnabafgcehvm大連理工大學電氣工程系dnabafgcehvm(2) 求等效負載轉(zhuǎn)矩求等效負載轉(zhuǎn)矩 TL TL= Gmvm t n602 = Nm = 937 Nm 60 6.28 10 0009.42 0.81 200 (3) 求等效轉(zhuǎn)動慣量求等效轉(zhuǎn)動慣量 J JR = JaJb J1 = JcJd J2 = JeJfJg = (81.251.25) kgm2 = 10.5 kgm2 = (0.150.025) kgm2 = 0.175 kgm2 = (0.40

27、.075) kgm2 = 0.475 kgm2 11.6 升降運動系統(tǒng)的折算升降運動系統(tǒng)的折算大連理工大學電氣工程系11.6 升降運動系統(tǒng)的折算升降運動系統(tǒng)的折算 Jm = 9.3 Gm vm n22 = 9.3 kgm2 10 0009.422 1 2002 = 5.73 kgm2 dnabafgcehvmJ2 ( j1 j2)J = JR Jm J1j12 210.5 (104)2 = 0.175 5.73 kgm2 0.475 102= 5.916 kgm2 大連理工大學電氣工程系傳傳 動動 機機 構構第第11 章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學基礎電力拖動系統(tǒng)的動力學基礎 更多的圖片更多的圖片

28、 大連理工大學電氣工程系W 系列螺旋平面減速電機系列螺旋平面減速電機第第11 章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學基礎電力拖動系統(tǒng)的動力學基礎 更多的圖片更多的圖片 大連理工大學電氣工程系S 系列斜齒輪蝸輪蝸桿減速電機系列斜齒輪蝸輪蝸桿減速電機第第11 章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學基礎電力拖動系統(tǒng)的動力學基礎 更多的圖片更多的圖片 大連理工大學電氣工程系R 系列斜齒輪減速電機系列斜齒輪減速電機第第11 章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學基礎電力拖動系統(tǒng)的動力學基礎 更多的圖片更多的圖片 大連理工大學電氣工程系K 系列斜齒輪傘齒輪減速電機系列斜齒輪傘齒輪減速電機第第11 章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學基礎電力拖動系統(tǒng)的

29、動力學基礎 更多的圖片更多的圖片 大連理工大學電氣工程系F 系列平行軸斜齒輪減速機系列平行軸斜齒輪減速機第第11 章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學基礎電力拖動系統(tǒng)的動力學基礎 更多的圖片更多的圖片 大連理工大學電氣工程系蝸蝸 輪輪 蝸蝸 桿桿第第11 章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學基礎電力拖動系統(tǒng)的動力學基礎 更多的圖片更多的圖片 大連理工大學電氣工程系*11.7 電力拖動系統(tǒng)的瞬態(tài)過程電力拖動系統(tǒng)的瞬態(tài)過程 機械慣性機械慣性 由于由于J（GD2）的存在，使）的存在，使 n 不能躍變。不能躍變。 電磁慣性電磁慣性 由于由于 Lf 的存在，使的存在，使 if 不能躍變。不能躍變。 由于由于 La 的存在，

30、使的存在，使 ia 不能躍變。不能躍變。第第11 章章 電力拖動系統(tǒng)的動力學基礎電力拖動系統(tǒng)的動力學基礎 熱慣性熱慣性 機械慣性與電磁慣性產(chǎn)生機械慣性與電磁慣性產(chǎn)生機電瞬態(tài)過程機電瞬態(tài)過程。 只考慮機械慣性時的順態(tài)過程稱為只考慮機械慣性時的順態(tài)過程稱為機械瞬態(tài)過程。機械瞬態(tài)過程。 大連理工大學電氣工程系 他勵直流電動機的機械瞬態(tài)過程他勵直流電動機的機械瞬態(tài)過程 1. 轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律 *11.7 電力拖動系統(tǒng)的瞬態(tài)過程電力拖動系統(tǒng)的瞬態(tài)過程n = n0T GD2375 = dnd t n = nS 機械瞬態(tài)過程機械瞬態(tài)過程 的時間常數(shù)：的時間常數(shù)： =Ra GD2 375CECT2

31、 TTL=dnd t GD2 375= n0( TL ) dnd tGD2375n = n0TL dnd tGD2375 轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)值轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)值： nS = n0TL = nLt n = nS( ni nS ) e 初始值初始值大連理工大學電氣工程系*11.7 電力拖動系統(tǒng)的瞬態(tài)過程電力拖動系統(tǒng)的瞬態(tài)過程微分方程的通解微分方程的通解： t n = nL( ni nL ) e 2. 電磁轉(zhuǎn)矩的變化規(guī)律電磁轉(zhuǎn)矩的變化規(guī)律 因為因為 n = n0T所以所以 ni = n0Ti ， nS = n0TS 即即 nL = n0TL 代入代入 n 的解中，可得的解中，可得 t T = TS( TiTS )

32、 e 3. 電樞電流的變化規(guī)律電樞電流的變化規(guī)律 因為因為 T = CT ia所以所以 Ti = CT Iai， TS = CT IaS 即即 TL = CT IL代入代入 T 的解中，可得的解中，可得 ia = IaS( IiIaS ) e t t T = TL( TiTL ) e ia = IL( IaiIL ) e t 大連理工大學電氣工程系*11.7 電力拖動系統(tǒng)的瞬態(tài)過程電力拖動系統(tǒng)的瞬態(tài)過程4. 分級起動的機械瞬態(tài)過程分級起動的機械瞬態(tài)過程 對于對于 a1a2 段：段： IanLOnn0I1ILI2a1a2b1b2c1c2ia = IL( I1IL ) e t 1 a1 a2 段的

33、起動時間：段的起動時間： I2 = IL( I1IL ) e t 1 e =t 1 I1 IL I2IL = ln t 1 I1 IL I2IL t = 1 ln I1 IL I2IL a1a2 段的段的時間常數(shù)時間常數(shù)4.1.2 負載的轉(zhuǎn)矩特性負載的轉(zhuǎn)矩特性1）恒轉(zhuǎn)矩負載特性負載的轉(zhuǎn)矩特性，就是負載的機械特性，簡稱負載特性。負載的轉(zhuǎn)矩特性，就是負載的機械特性，簡稱負載特性。 恒轉(zhuǎn)矩負載特性是指生產(chǎn)機械的負載轉(zhuǎn)矩恒轉(zhuǎn)矩負載特性是指生產(chǎn)機械的負載轉(zhuǎn)矩 與轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速 無關無關的特性。分反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載和位能性恒轉(zhuǎn)矩負載兩種。的特性。分反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載和位能性恒轉(zhuǎn)矩負載兩種。nLT1.反抗性恒轉(zhuǎn)矩負

34、載T TL Ln2.位能性恒轉(zhuǎn)矩負載T TL Ln4.1.2 負載的轉(zhuǎn)矩特性負載的轉(zhuǎn)矩特性2）恒功率負載特性 恒功率負載特點是：負載轉(zhuǎn)矩恒功率負載特點是：負載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的乘積為一常數(shù)，即與轉(zhuǎn)速的乘積為一常數(shù)，即 與與 成反比，特性曲線為一條雙曲線。成反比，特性曲線為一條雙曲線。nLTT TL Ln3）泵與風機類負載特性 負載的轉(zhuǎn)矩負載的轉(zhuǎn)矩 基本上與轉(zhuǎn)速基本上與轉(zhuǎn)速 的平方成正比。負載特性為一的平方成正比。負載特性為一條拋物線。條拋物線。LTnT TL Ln12TL04.2 4.2 他勵直流電動機的機械特性他勵直流電動機的機械特性4.2.1 固有機械特性和人為機械特性1 1）電樞串電阻時的人為

35、特性）電樞串電阻時的人為特性 保持保持 不變不變,只在電樞回路中串入電阻只在電樞回路中串入電阻 的人為特性的人為特性NNUU,SRemNTeSaNeNTCCRRCUn2SaRR 0nnaRemT特點：特點：1 1） 不變，不變， 變大；變大； 2 2） 越大，特性越軟。越大，特性越軟。0n4.2.2 固有機械特性和人為機械特性固有機械特性和人為機械特性2 2）降低電樞電壓時的人為特性）降低電樞電壓時的人為特性 保持保持 不變，只改變電樞電壓不變，只改變電樞電壓 時的人為特性：時的人為特性：NaRR,UemNTeaNeTCCRCUn21UNUU101n0nnNUemT特點：特點：1)1) 隨隨

36、變化變化, , 不變不變; ; 2) 2) 不同不同, ,曲線是一組平行線。曲線是一組平行線。0nUU3 3）減弱勵磁磁通時的人為特性）減弱勵磁磁通時的人為特性 保持保持 不變，只改變勵磁回路調(diào)節(jié)電阻不變，只改變勵磁回路調(diào)節(jié)電阻 的人為特性：的人為特性：NaUURR,SfRemTeaeNTCCRCUn201n11kT202n2kTNn0nemTkTN12特點：特點：1 1）弱磁，）弱磁， 增大；增大； 2 2）弱磁，）弱磁， 增大增大0n4.2.3 機械特性求取機械特性求取1 1）固有特性的求取）固有特性的求取 ), 0(0nnTem),(NNemnnTT已知已知 ，求兩點求兩點:1:1）理想

37、空載）理想空載點點 和額定運行和額定運行 。NNNNnIUP,具體步驟：具體步驟：（1）估算）估算:aR2)3221(NNNNaIPIUR（2 2）計算）計算:NTNeCC 和NNNNNenPIUCNeNTCC55.9（3）計算理想空載點：）計算理想空載點：NeNemCUnT0, 0（4 4）計算額定工作點：）計算額定工作點：NNNTNnnICT,2 2）人為特性的求取）人為特性的求取 在固有機械特性在固有機械特性方程方程 的基礎上，根據(jù)人為的基礎上，根據(jù)人為特性所對應的參數(shù)特性所對應的參數(shù) 或或 或或 變化，重新變化，重新計算計算 和和 ，然后得，然后得到人為機械特性方程到人為機械特性方程式

38、。式。emTnn0SRU0n4.2.4 電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行條件電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行條件 處于某一轉(zhuǎn)速下運行的電力拖動系統(tǒng)，由于受到某種擾動，處于某一轉(zhuǎn)速下運行的電力拖動系統(tǒng)，由于受到某種擾動，導致系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化而離開原來的平衡狀態(tài)，如果系統(tǒng)能在導致系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化而離開原來的平衡狀態(tài)，如果系統(tǒng)能在新的條件下達到新的平衡狀態(tài)，或者當擾動消失后系統(tǒng)回到原來新的條件下達到新的平衡狀態(tài)，或者當擾動消失后系統(tǒng)回到原來的轉(zhuǎn)速下繼續(xù)運行，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的，否則系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。的轉(zhuǎn)速下繼續(xù)運行，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的，否則系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。nAemTLTAn0在在 點，系統(tǒng)平衡點，系統(tǒng)平衡ALemTTAn擾動使轉(zhuǎn)

39、速有微小增量，轉(zhuǎn)速由擾動使轉(zhuǎn)速有微小增量，轉(zhuǎn)速由 上升到上升到 ， ，擾動消失，系，擾動消失，系統(tǒng)減速，回到統(tǒng)減速，回到 點運行。點運行。AAnAnLemTTnAemTLTAn0An 擾動使轉(zhuǎn)速由擾動使轉(zhuǎn)速由 下降到下降到 ， ，擾動消失，系統(tǒng)加速，回到擾動消失，系統(tǒng)加速，回到 點運行。點運行。AAnAn LemTTBn擾動使轉(zhuǎn)速由擾動使轉(zhuǎn)速由 上升到上升到 ， ，即使擾動消失，系統(tǒng)也將一直加速，即使擾動消失，系統(tǒng)也將一直加速，不能回到不能回到 點運行。點運行。BBnBnLemTTnBemTLTBn0在在 點，系統(tǒng)平衡點，系統(tǒng)平衡BLemTTBn 擾動使轉(zhuǎn)速由擾動使轉(zhuǎn)速由 下降到下降到 ， ，

40、系統(tǒng)將一直減速，不可能回到系統(tǒng)將一直減速，不可能回到 點運點運行。行。BBnBn LemTT4.2.4 電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行條件電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行條件電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的充分必要條件是：電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的充分必要條件是：1.必要條件: 電動機的機械特性與負載轉(zhuǎn)矩特性有交點電動機的機械特性與負載轉(zhuǎn)矩特性有交點, ,即存在即存在LemTT2.充分條件: 在交點在交點 處滿足處滿足 。 或者說，在交點的轉(zhuǎn)速以上或者說，在交點的轉(zhuǎn)速以上存在存在 , ,在交點的轉(zhuǎn)速以下存在在交點的轉(zhuǎn)速以下存在 。LemTTdndTdndTLemLemTTLemTT平衡點穩(wěn)定點？4.3 4.3 直流電動機的起動直

41、流電動機的起動 4.3.1 起動基本情況起動基本情況 1） 定義：電動機接到規(guī)定電源后，轉(zhuǎn)速從零上定義：電動機接到規(guī)定電源后，轉(zhuǎn)速從零上升到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的過程稱為起動過程。升到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的過程稱為起動過程。啟動時啟動時,n= 0 Ea=0，若加入額定電壓，則，若加入額定電壓，則aNaNastIRUI Iast太大會使換向器產(chǎn)生嚴重的火花，燒壞換太大會使換向器產(chǎn)生嚴重的火花，燒壞換向器。一般向器。一般Iast限制在限制在 (2-2.5)IaN 內(nèi)。內(nèi)。 起動問題是評價電動機性能的重要方面之一。這是一個起動問題是評價電動機性能的重要方面之一。這是一個動態(tài)過程，即在電動機接入電源瞬間，轉(zhuǎn)子待轉(zhuǎn)而未轉(zhuǎn)動這動

42、態(tài)過程，即在電動機接入電源瞬間，轉(zhuǎn)子待轉(zhuǎn)而未轉(zhuǎn)動這一瞬間的狀態(tài)。系統(tǒng)要求起動電流要小，起動轉(zhuǎn)矩要大的原一瞬間的狀態(tài)。系統(tǒng)要求起動電流要小，起動轉(zhuǎn)矩要大的原因是要保證電源供電質(zhì)量和起動時間要短。因是要保證電源供電質(zhì)量和起動時間要短。2）對電動機起動的要求）對電動機起動的要求（1）起動電流要?。唬┢饎与娏饕?；（2）起動轉(zhuǎn)矩要大；）起動轉(zhuǎn)矩要大；（3）起動設備要簡單、可靠。）起動設備要簡單、可靠。限制限制Iast的措施：的措施：（1）啟動時在電樞回路串電阻。）啟動時在電樞回路串電阻。（2）啟動時降低電樞電壓。）啟動時降低電樞電壓。1）起動過程4.3.2 電樞回路串電阻起動三級電阻起動時電動機的電路

43、原理圖和機械特性為三級電阻起動時電動機的電路原理圖和機械特性為3321RRRRRstststaLLIT22IT11ITITem0nabn1221RRRRststa1ncd211RRRsta2nef3aRNngh3nMaRS1SU1stR2stR3stR2S3S2）分組起動電阻的計算4.3.2 電樞回路串電阻起動 設對應轉(zhuǎn)速設對應轉(zhuǎn)速n n1 1、n n2 2、n n3 3時電勢分別為時電勢分別為E Ea1a1、E Ea2a2、E Ea3a3，則有：，則有：b點123aNEUIRc點112aNEUIRd點222aNEUIRe點211aNEUIRf點321aNEUIRg點31aNaEUIR比較以上

44、各式得：2111223IIRRRRRRa 在已知起動電流比在已知起動電流比和電樞電和電樞電阻阻R Ra a前提下，經(jīng)推導可得各級串聯(lián)前提下，經(jīng)推導可得各級串聯(lián)電阻為電阻為: :11223121)1()1()1()1( stmamstmstaststastastRRRRRRRRRRR（5）計算轉(zhuǎn)矩）計算轉(zhuǎn)矩: :12TT，校驗校驗LTT) 3 . 11 . 1 (2如果不滿足，應另選如果不滿足，應另選 或或 值并重新計算，直到滿足該條件為止。值并重新計算，直到滿足該條件為止。1Tm（6 6）計算各級起動電阻。）計算各級起動電阻。（1 1）估算或查出電樞電阻）估算或查出電樞電阻 ；aR1T1I（2

45、 2）根據(jù)過載倍數(shù)選取最大轉(zhuǎn)矩）根據(jù)過載倍數(shù)選取最大轉(zhuǎn)矩 對應的最大電流對應的最大電流；m（3 3）選取起動級數(shù)）選取起動級數(shù) ；（4 4）計算起動電流比：）計算起動電流比：maNRIU1 取整數(shù)取整數(shù)m計算各級起動電阻的步驟：計算各級起動電阻的步驟：4.3.2 電樞回路串電阻起動4.3.3 降壓起動 當直流電源電壓可調(diào)時，可采用降壓方法起動。當直流電源電壓可調(diào)時，可采用降壓方法起動。 起動時，以較低的電源電壓起動電動機，起動電流起動時，以較低的電源電壓起動電動機，起動電流隨電源電壓的降低而正比減小。隨著電動機轉(zhuǎn)速的上升，隨電源電壓的降低而正比減小。隨著電動機轉(zhuǎn)速的上升，反電動勢逐漸增大，再逐

46、漸提高電源電壓，使起動電流反電動勢逐漸增大，再逐漸提高電源電壓，使起動電流和起動轉(zhuǎn)矩保持在一定的數(shù)值上，保證按需要的加速度和起動轉(zhuǎn)矩保持在一定的數(shù)值上，保證按需要的加速度升速。升速。 降壓起動需專用電源，設備投資較大，但它起動平降壓起動需專用電源，設備投資較大，但它起動平穩(wěn)，起動過程能量損耗小，因此得到廣泛應用。穩(wěn)，起動過程能量損耗小，因此得到廣泛應用。4.3 4.3 直流電動機的起動直流電動機的起動（1）若電動機原本靜止，由于勵磁轉(zhuǎn)矩）若電動機原本靜止，由于勵磁轉(zhuǎn)矩 T = KT Ia，而，而 0 ，電機將不能啟動，因此，反電動勢為零，電樞電流會很大，電樞電機將不能啟動，因此，反電動勢為零，

47、電樞電流會很大，電樞繞組有被燒毀的危險。繞組有被燒毀的危險。直流機在啟動和工作時，勵磁電路一定要接通，直流機在啟動和工作時，勵磁電路一定要接通，不能讓它斷開，而且啟動時要滿勵磁。否則，磁不能讓它斷開，而且啟動時要滿勵磁。否則，磁路中只有很少的剩磁，可能產(chǎn)生以下事故：路中只有很少的剩磁，可能產(chǎn)生以下事故：注意：注意：（2）如果電動機在有載運行時磁路突然斷開則）如果電動機在有載運行時磁路突然斷開則 E ，Ia ，T 和和 ，可能不滿足可能不滿足TL的要求，電動機必將減速或停轉(zhuǎn)，使的要求，電動機必將減速或停轉(zhuǎn)，使 Ia更大，也很危險。更大，也很危險。（3）如果電機空載運行，可能造成飛車。）如果電機空

48、載運行，可能造成飛車。 E Ia T T0 n 飛車飛車措施：措施：他勵直流電動機一定要有他勵直流電動機一定要有失磁保護失磁保護。一般在勵磁繞組加失壓繼電器或欠一般在勵磁繞組加失壓繼電器或欠流繼電器。當失壓或欠流時，自動流繼電器。當失壓或欠流時，自動切斷電樞電源切斷電樞電源U U。M他勵他勵UfIfIaU電動機驅(qū)動生產(chǎn)機械，對電動機的轉(zhuǎn)速不僅要能調(diào)電動機驅(qū)動生產(chǎn)機械，對電動機的轉(zhuǎn)速不僅要能調(diào)節(jié)，而且要求調(diào)節(jié)的范圍寬廣、過程平滑、調(diào)節(jié)的節(jié)，而且要求調(diào)節(jié)的范圍寬廣、過程平滑、調(diào)節(jié)的方法簡單、經(jīng)濟。方法簡單、經(jīng)濟。4.2 4.2 他勵直流電動機的調(diào)速他勵直流電動機的調(diào)速 目的：目的： 為了提高生產(chǎn)效

49、率；保證產(chǎn)品質(zhì)量，大量的生產(chǎn)機械為了提高生產(chǎn)效率；保證產(chǎn)品質(zhì)量，大量的生產(chǎn)機械根據(jù)其工藝對電力拖動系統(tǒng)的具體要求不同，要求在不同根據(jù)其工藝對電力拖動系統(tǒng)的具體要求不同，要求在不同的情況下，以不同的速度進行工作，這就要人為地采用一的情況下，以不同的速度進行工作，這就要人為地采用一定方法來改變生產(chǎn)機械的工作轉(zhuǎn)速，以滿足生產(chǎn)的需要，定方法來改變生產(chǎn)機械的工作轉(zhuǎn)速，以滿足生產(chǎn)的需要，稱為調(diào)速。稱為調(diào)速。 機械調(diào)速機械調(diào)速 電氣調(diào)速電氣調(diào)速4.2.1 4.2.1 調(diào)速方法調(diào)速方法 根據(jù)此式知道，直流電動機有三種調(diào)速方法。改根據(jù)此式知道，直流電動機有三種調(diào)速方法。改變變 R 電樞回路外串電阻電樞回路外串電

50、阻 即改變勵磁回路外串電阻即改變勵磁回路外串電阻 U 改變電樞上的外加電壓。改變電樞上的外加電壓。TCeCRaCeUnT21 1 電樞回路串電阻調(diào)速電樞回路串電阻調(diào)速nTemTLRan0nNA0ABn1Ra+Rs1未串電阻時未串電阻時的工作點的工作點串電阻串電阻R Rs1s1后后, ,工作點由工作點由AABAAB4.2.1 4.2.1 調(diào)速方法調(diào)速方法調(diào)速過程調(diào)速過程: : U=C，TZ = C ， = CRa Ia T n E Ia T 暫時暫時T TL最后達到新的平衡最后達到新的平衡T =TLn暫時暫時不變不變aaREUI優(yōu)點優(yōu)點： 1）電源電壓能夠平滑調(diào)節(jié)，可實現(xiàn)無級調(diào)速。）電源電壓能夠

51、平滑調(diào)節(jié)，可實現(xiàn)無級調(diào)速。 2）調(diào)速前后的機械特性的斜率不變，硬度較高，負載變化）調(diào)速前后的機械特性的斜率不變，硬度較高，負載變化時穩(wěn)定性好。時穩(wěn)定性好。 3）無論輕載還是負載，調(diào)速范圍相同，一般）無論輕載還是負載，調(diào)速范圍相同，一般D=2.512。 4）電能損耗較小。）電能損耗較小。缺點缺點： 需要一套電壓可連續(xù)調(diào)節(jié)的直流電源。需要一套電壓可連續(xù)調(diào)節(jié)的直流電源。 2 2 降低電源電壓調(diào)速降低電源電壓調(diào)速3 3 減弱磁通調(diào)速減弱磁通調(diào)速01n1A1nBNTemnTL0nANn調(diào)節(jié)磁場前調(diào)節(jié)磁場前工作點工作點弱磁瞬間工作弱磁瞬間工作點點AA弱磁穩(wěn)定后的弱磁穩(wěn)定后的工作點工作點4.2.1 4.2.

52、1 調(diào)速方法調(diào)速方法減弱磁通調(diào)速前、后轉(zhuǎn)速變化曲線減弱磁通前、后的電樞電流變化曲線tt=0naNInNn1n1aIaiai結論結論：磁場越弱，轉(zhuǎn)速越高。因此電機運行時勵磁回路不能開路。3 3 減弱磁通調(diào)速減弱磁通調(diào)速優(yōu)點優(yōu)點：由于在電流較小的勵磁回路中進行調(diào)節(jié)，因而控制方便，由于在電流較小的勵磁回路中進行調(diào)節(jié)，因而控制方便，能量損耗小，設備簡單，調(diào)速平滑性好。弱磁升速后電樞電流增能量損耗小，設備簡單，調(diào)速平滑性好。弱磁升速后電樞電流增大，電動機的輸入功率增大，但由于轉(zhuǎn)速升高，輸出功率也增大，大，電動機的輸入功率增大，但由于轉(zhuǎn)速升高，輸出功率也增大，電動機的效率基本不變，因此經(jīng)濟性是比較好。電動

53、機的效率基本不變，因此經(jīng)濟性是比較好。 為了擴大調(diào)速范圍，通常把降壓和弱磁兩種調(diào)速方法結合起為了擴大調(diào)速范圍，通常把降壓和弱磁兩種調(diào)速方法結合起來，在額定轉(zhuǎn)速以上，采用弱磁調(diào)速，在額定轉(zhuǎn)速以下采用降壓來，在額定轉(zhuǎn)速以上，采用弱磁調(diào)速，在額定轉(zhuǎn)速以下采用降壓 調(diào)速。調(diào)速。缺點：缺點：1）機械特性的斜率變大，特性變軟；機械特性的斜率變大，特性變軟； 2）轉(zhuǎn)速的升高受到電動機換向能力和機械強度的限制，）轉(zhuǎn)速的升高受到電動機換向能力和機械強度的限制，升速范圍不可能很大，一般升速范圍不可能很大，一般 D2；3 3 減弱磁通調(diào)速減弱磁通調(diào)速例例1：已知他勵電動機的已知他勵電動機的 PN=22KW, UN=

54、220V ,IN=115A Ra=0.1 , nN=1500r/min。忽略空載轉(zhuǎn)矩。忽略空載轉(zhuǎn)矩T0 求把求把 轉(zhuǎn)速降到轉(zhuǎn)速降到1000r/min，如何實現(xiàn)？并計算電動機的，如何實現(xiàn)？并計算電動機的 輸入和輸出功率。輸入和輸出功率。解解（1）串電阻）串電阻aaeRIUnCE139. 015001151 . 0220NaaNNNenRIUnECTCCRRCUnNeTaNeN2aNNeaNeNICRRCUn605. 01 . 0115220139. 01500aaNNNeRIUnCR（2）降壓調(diào)速）降壓調(diào)速TCCRCUnNeTaNe2aNNeaNeICRCUnVRInCUaaNNe5 .1501

55、 . 0115139. 01500（3）輸入和輸出功率輸入和輸出功率Nm1 .14015002295509550NNNnPT降速后的輸出功率降速后的輸出功率WnTTP1467010006021 .140602222串電阻后的輸入功率串電阻后的輸入功率WIUPNN253001152201降壓后的輸入功率降壓后的輸入功率WUIPN173081155 .1501例：例：已知他勵電動機的已知他勵電動機的 PN=2.2KW, UN=220V ,IaN=12.4A Ra=0.5 , nN=1500r/min。 求：求：（1）TL=0.5TN 時時, n=? （2） =0.8 N 時時, n=? 解：（解：

56、（1） TL=0.5TN 時時aaNeRIUnCE143. 015004 .125 . 0220NaaNenRIUnECNm1415002.295509550NNNnPTaTNICT13.14 .1214aNTITCTCCRCUneTae2min)/ r (8 .151666.2146.153821413. 1143. 05 . 0143. 022022TCCRCUnTeae（2） =0.8 N 時時min)/ r (188984.331923148 . 013. 1143. 05 . 0143. 08 . 02202nD nmax ，nminnmax 受電機機械強度、換受電機機械強度、換 向

57、等方面的限制向等方面的限制 Nmin 受低速運行時相對穩(wěn)定性受低速運行時相對穩(wěn)定性的限制，即的限制，即TZ的變化，的變化，n變化程度。變化程度。4.2.2 調(diào)速指標調(diào)速指標 直流電動機調(diào)速方法的評價。直流電動機調(diào)速方法的評價。 技術指標技術指標 a. 調(diào)速范圍調(diào)速范圍：生產(chǎn)機械要求的轉(zhuǎn)速范圍有多大，：生產(chǎn)機械要求的轉(zhuǎn)速范圍有多大，一般用最大轉(zhuǎn)速一般用最大轉(zhuǎn)速nmax和最小轉(zhuǎn)速和最小轉(zhuǎn)速nmin之比來表示。之比來表示。 minmaxnnD b. 靜差率靜差率：電機在一條機械特性上運行時，由理：電機在一條機械特性上運行時，由理想空載轉(zhuǎn)速加到額定負載，所出現(xiàn)的轉(zhuǎn)速降想空載轉(zhuǎn)速加到額定負載，所出現(xiàn)的轉(zhuǎn)

58、速降 nN與理想空載轉(zhuǎn)速之比。與理想空載轉(zhuǎn)速之比。%100%100%000nnnnnN n2nn0n0 n1TnN%越小，相對穩(wěn)定性越越小，相對穩(wěn)定性越好；好；%與機械特性硬度與機械特性硬度和和n n0 0有關。有關。v 電動機的機械特性越硬則靜差率越小，相對穩(wěn)定性就越高。電動機的機械特性越硬則靜差率越小，相對穩(wěn)定性就越高。v 生產(chǎn)機械調(diào)速時，要保持一定穩(wěn)定度，要求靜差率要小于某生產(chǎn)機械調(diào)速時，要保持一定穩(wěn)定度，要求靜差率要小于某一值，但兩條硬度相同、相互平行的機械特性曲線一值，但兩條硬度相同、相互平行的機械特性曲線 不同，不同，轉(zhuǎn)速低的轉(zhuǎn)速低的 大，愈難滿足生產(chǎn)機械對靜差率的要求。大，愈難滿

59、足生產(chǎn)機械對靜差率的要求。v 靜差率和調(diào)速范圍是互有聯(lián)系的兩項指標，系統(tǒng)可能達到的靜差率和調(diào)速范圍是互有聯(lián)系的兩項指標，系統(tǒng)可能達到的最低轉(zhuǎn)速最低轉(zhuǎn)速nmin決定于低速特性的靜差率，調(diào)速范圍決定于低速特性的靜差率，調(diào)速范圍D也因此受也因此受到低速特性靜差率到低速特性靜差率 的制約。的制約。)1 (maxmaxmin0maxminmaxNNNNnnnnnnnnnnDc. 平滑性平滑性：在一定調(diào)速范圍內(nèi)，調(diào)速的級數(shù)愈多則在一定調(diào)速范圍內(nèi)，調(diào)速的級數(shù)愈多則認為調(diào)速愈平滑。可用平滑系數(shù)來衡量。即相鄰認為調(diào)速愈平滑。可用平滑系數(shù)來衡量。即相鄰兩級轉(zhuǎn)速之比。兩級轉(zhuǎn)速之比。1iinn 越接近越接近1 1平滑

60、性越好，平滑性越好， =1=1時為無級調(diào)速，轉(zhuǎn)速連續(xù)時為無級調(diào)速，轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)?？烧{(diào)。d. 調(diào)速時的功率與轉(zhuǎn)矩調(diào)速時的功率與轉(zhuǎn)矩 在電機充分利用的條件下，調(diào)速過程中軸上輸出的功率在電機充分利用的條件下，調(diào)速過程中軸上輸出的功率和轉(zhuǎn)矩，不同的電機，用不同的調(diào)速方法，容許輸出的功率和和轉(zhuǎn)矩，不同的電機，用不同的調(diào)速方法，容許輸出的功率和轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律不同。同時，不同的負載，需要的功率轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律不同。同時，不同的負載，需要的功率和轉(zhuǎn)矩也是不同的，所以調(diào)速方法也應適應負載要求。和轉(zhuǎn)矩也是不同的，所以調(diào)速方法也應適應負載要求。 恒轉(zhuǎn)矩恒轉(zhuǎn)矩 恒功率恒功率 經(jīng)濟指標經(jīng)濟指標 決定于調(diào)速系統(tǒng)