第2章直流电机电力拖动

1、第二章 直流电动机的电力拖动 2.1 电力拖动系统的运动方程和负载转矩特性 2.2 他励直流电动机的机械特性 2.3 他励直流电动机的起动 本章主要介绍电力拖动系统的运动方程、负载转矩特性、直本章主要介绍电力拖动系统的运动方程、负载转矩特性、直 流电动机的机械特性、起动、调速、制动等方法和物理过程。流电动机的机械特性、起动、调速、制动等方法和物理过程。 2.4 他励直流电动机的制动 2.5 他励直流电动机的调速 2.6 串励直流电动机的电力拖动 思考题与习题 第二章 直流电动机的电力拖动 2.1电力拖动系统的运动方程式和负载转矩特性 电力拖动系统运动方程式描述了系统的电力拖动系统运动方程式描述

2、了系统的 运动状态，系统的运动状态取决于作用在原运动状态，系统的运动状态取决于作用在原 动机转轴上的各种转矩。动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 M em T n L T U 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： emL d TTJ dt 其中其中 为系统的惯性转矩。为系统的惯性转矩。 dt d J 第二章 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： 2 375 emL GDdn TT dt 系统旋转运动

3、的系统旋转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。 Lem TT 0 dt dn 2)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。 Lem TT 0 dt dn 3)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。 Lem TT 0 dt dn 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. dt dnGD 2 375 )T(T Lem L T 第二章 直流电动机的

4、电力拖动 首先确定电动机处于电动状态时的旋转方向为转速的正方首先确定电动机处于电动状态时的旋转方向为转速的正方 向，然后规定：向，然后规定： 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 的正方向相同时为正，相反时为负。的正方向相同时为正，相反时为负。 em Tn （2 2）负载转矩）负载转矩 与转速与转速 的正方向相同时为负，相反时为正。的正方向相同时为负，相反时为正。 L Tn em T L T(3)(3)惯性转矩惯性转矩 的大小和正负号由的大小和正负号由 和和 的代数和决定。的代数和决定。 dt dnGD 2 375 第

5、二章 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 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。 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。 n L T 1.1.反抗性恒转矩负载反抗性恒转矩负载 T TL L n 2.2.位能性恒转矩负载位能性恒转矩负载 T TL L n 第二章 直流电动机的电力拖动 二、恒功率负载特性 恒功率负载特点

6、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。 n L T T TL L n 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。 L T n T TL L n 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 TL0 第二章 直流电动机的电力拖动 2.2 他励直流电动机的机械特性 2.2.1 2.2.1 机械特性的表达式机械特性的表达式 直流电动机的机械特性是指电动机在

7、电枢电压、励磁电流、直流电动机的机械特性是指电动机在电枢电压、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，电动电枢回路电阻为恒值的条件下，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：机的转速与电磁转矩之间的关系：)f(Tn em 2 em eeT 0em UR nT C C C nT 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 n 0 n N n n em T N T0 T 0 n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 0 2 0 T CC R C U n Tee 第二章 直流电动机的电力拖动

8、 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 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： aNN RR,UU 2 aN em eNeTN RU nT C C C 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。U a R 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，所以固有机械特性 是硬特性。是硬特性。 第二章 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

9、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 ,UU S R em NTe Sa Ne N T CC RR C U n 2 Sa RR 0 n n a R em T 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。 0 n 第二章 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特性： Na ,RR 2 a em eNeTN RU nT C C C 1 U N UU 1 01 n 0 n n N U em T 特点：特点

10、：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。 0 n U U 第二章 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，只改变励磁回路调节电阻不变，只改变励磁回路调节电阻 的人为特性：的人为特性： Na UU,RR Sf R 2 aN em eeT RU nT C C C 01 n 1 1k T 2 02 n 2k T N n 0 n em T k T N 12 特点：特点：1 1）弱磁，）弱磁， 增大；增大； 2 2）弱磁，）弱磁， 增大增大 0 n 第二章 直流电动机的电力

11、拖动 2.2.3 2.2.3 机械特性求取机械特性求取 一、固有特性的求取一、固有特性的求取 )nn,(T em0 0)nn,T(T NNem 已知已知 ，求两点，求两点:1:1）理想空载）理想空载 点点 和额定运行和额定运行 。 NNN,N n,IU,P 具体步骤：具体步骤： (1)(1)估算估算:R a 2 N NNN a I PIU )(R 3 2 2 1 (2)(2)计算计算:CC NTNe 和 N NNN Ne n PIU C NeNT CC9.55 (3)(3)计算理想空载点：计算理想空载点： Ne N em C U n,T 0 0 (4)(4)计算额定工作点：计算额定工作点： N

12、NNTN nn,ICT 二、人为特性的求取二、人为特性的求取 在固有机械特性在固有机械特性 方程方程 的基础上，根据人为的基础上，根据人为 特性所对应的参数特性所对应的参数 或或 或或 变化，重新变化，重新 计算计算 和和 ，然后得，然后得 到人为机械特性方程到人为机械特性方程 式式。 em0 Tnn S R U 0 n 第二章 直流电动机的电力拖动 2.2.4 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

13、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，否则系统是的，否则系统是不稳定不稳定的。的。 n A em T L T A n 0 在在 点，系统平衡点，系统平衡A Lem TT A n 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 ， 。 A n A n Lem TT A 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。 LemA TT,n 扰动使转速有微小下降，由扰动使

14、转速有微小下降，由 下降下降 到到 。 A n 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。 A n 第二章 直流电动机的电力拖动 电力拖动系统稳定运行的电力拖动系统稳定运行的充分必要条件充分必要条件是：是： B n n B em T L T B n 0 B n 在在 点，系统平衡点，系统平衡B Lem TT 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 。 B n B n Lem TT B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。 LemB TT,n 扰动使转速有微小下降，由扰动使转速

15、有微小下降，由 下降下降 到到 , ,系统减速系统减速。 B n B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。 (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 Lem TT (2)充分条件充分条件:在交点处在交点处,满足满足: 。 或者说或者说,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交点的转速以下存 在在 dn dT dn dT Lem Lem TT Lem TT 第二章 直流电动机的电力拖动 2.3 他励直流电动机的起动 电动机的电动机的起动起动是指

16、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。 stTst N st a TC I U I R 起动瞬间，起动转矩和起动电流分别为起动瞬间，起动转矩和起动电流分别为 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枢回路串 电阻电阻或或降低电枢电压降低电枢电压起动。起动。 起动时由于转速为零，电枢电动势为零，而且电枢电阻很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。小，所以起动电流将达很大值。 过大的起动电流将引起电网电压下降、影响电网上其它用户过

17、大的起动电流将引起电网电压下降、影响电网上其它用户 的正常用电、使电动机的换向恶化；同时过大的冲击转矩会损的正常用电、使电动机的换向恶化；同时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。坏电枢绕组和传动机构。一般直流电动机不允许直接起动。 第二章 直流电动机的电力拖动 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 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 331 RRRRR st2ststa L L I T 2 I T2 1 I T1 I Tem 0 n a b n 1 122astst RRRR 1 n c d 2 11a

18、st RRR I Tem e f 3 a R N n g h 3 n M a R S 1 S U 1st R 2st R 3st R 2 S 3 S 第二章 直流电动机的电力拖动 二、分组起动电阻的计算 设对应转速设对应转速n n1 1、n n2 2、n n3 3时电势分别为时电势分别为E Ea1 a1、 、E Ea2 a2、 、E Ea3 a3，则有 ，则有： b b点点 123aN EUIR c c点点 1aN EUIR 12 d d点点 222aN EUIR e e点点 211aN EUIR f f点点 321aN EUIR g g点点 31aNa EUIR 比较以上各式得：比较以上各式

19、得： I I R R R R R R a 2 11 1 2 2 3 在已知起动电流比在已知起动电流比和电枢电和电枢电 阻前提下，经推导可得各级串联电阻前提下，经推导可得各级串联电 阻为阻为: : 1 2 2 3 12 1 1 1 1 1 stma 1m stm stast stast ast RR)(R RR)(R RR)(R R)(R 第二章 直流电动机的电力拖动 （6 6）计算各级起动电阻。）计算各级起动电阻。 （1 1）估算或查出电枢电阻）估算或查出电枢电阻 ； a R 1 T 1 I （2 2）根据过载倍数选取最大转矩）根据过载倍数选取最大转矩 对应的最大电流对应的最大电流 ； m（3

20、 3）选取起动级数）选取起动级数 ； （4 4）计算起动电流比：）计算起动电流比： m a N RI U 1 取整数取整数 m （5 5）计算转矩）计算转矩: : T T 1 2 ，校验校验： L T).(T3111 2 如果不满足，应另选如果不满足，应另选 或或 值并重新计算，直到满足该条件为止值并重新计算，直到满足该条件为止. . 1 Tm 计算各级起动电阻的步骤：计算各级起动电阻的步骤： 第二章 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

21、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。 第二章 直流电动机的电力拖动 2.4 他励直流电动机的制动 当电磁转矩

22、的方向与转速方向相同时当电磁转矩的方向与转速方向相同时, ,电机运行于电动机状电机运行于电动机状 态态; ;当电磁转矩方向与转速方向相反时当电磁转矩方向与转速方向相反时, ,电机运行于制动状态。电机运行于制动状态。 2.4.1 能耗制动 U 电动电动 M a E a I n em T f I S 制动制动 B R aB I emB T 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. . B R 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 方向不变。由方向不变。由 产生的电枢产生的电枢

23、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。 a E a E aB I a I emB T em T 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。 第二章 直流电动机的电力拖动 能耗制动时的机械特性为：能耗制动时的机械特性为： 2 0 aB emem eTN R

24、R nTT C C Ba RR C B n 0 n a R A 0 L T em T 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 第二章 直流电动机的电力拖动 制动电阻越小，制动电流越大。制动电阻越小，制动电流越大。选择制动电阻的原则选择制动电阻的原则是是 22 5 a aBmaxN aB E II( . )I RR 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

25、电动势减小, ,制动电流制动电流 和制动转矩也随着减小和制动转矩也随着减小, ,制动效果变差。若为了尽快停转电机制动效果变差。若为了尽快停转电机, ,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。 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率的大小可以改变能耗制动特性曲线的斜率, , 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。 越小越小, ,特性曲特性曲 线的斜率越小线的斜率越小, ,起始制动转矩越大起始制动转矩越大, ,而下放负载的速度越小。而下放负载的

26、速度越小。 B R B R 22.5 a Ba N E RR ()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。 a E 第二章 直流电动机的电力拖动 2.4.2 2.4.2 反接制动反接制动 电压反接制动时接线如图所示。电压反接制动时接线如图所示。 一、电压反接制动 U 电动电动 M a E a I n em T f I S 制动制动 B RaB I emB T 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 电压，电机处于电动状态。进行制动时，开电压，电机处于电动状态。进行制动时，开 关投向关投向“制动制动”侧，电枢回路串入制动电阻侧，电枢回路串入制动电

27、阻 后，接上极性相反的电源电压，电枢回路内后，接上极性相反的电源电压，电枢回路内 产生反向电流：产生反向电流： B R aa aB aBaB UEUE I RRRR 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。 第二章 直流电动机的电力拖动 电压反接制动时的机械特性为：电压反接制动时的机械特性为： 0 2 aBN emem eNeTN RRU nTnT C C C 曲线如图中曲线如图中 所示。所示。BC Ba RR C B n 0 n a R A 0 L T em T L T 0 n D 工作点变化

28、为：工作点变化为： 。CBA 制动过程中制动过程中 、 、 均为负均为负, ,而而 、 为正为正U a I em T n a E 1 0 a PUI表明电机从电源吸收电功率表明电机从电源吸收电功率 22 0 em PT T表明电机从轴上吸收机械功率表明电机从轴上吸收机械功率 0 emaa PE I 表明轴上输入的机械功率转变为电枢回路电功率。表明轴上输入的机械功率转变为电枢回路电功率。 可见可见, ,反接制动时反接制动时, ,从电源输入的电功率和从轴上输入的机械从电源输入的电功率和从轴上输入的机械 功率转变成的电功率一起消耗在电枢回路电阻上。功率转变成的电功率一起消耗在电枢回路电阻上。 第二章

29、 直流电动机的电力拖动 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 Ba RR C B n 0 n a R A 0 L T em T B T D K T 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 B R 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 现制动现制动. 工作点由工作点

30、由A-B-A-B- C-DC-D,CD,CD段为制段为制 动段动段 第二章 直流电动机的电力拖动第二章 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 0 aB 0L 2 eTN RR nnT C C 倒拉反转反接制动倒拉反转反接制动时的机械特性曲线就是电动状态时电枢时的机械特性曲线就是电动状态时电枢 串电阻时的人为特性在串电阻时的人为特性在第四象限第四象限的部分的部分。 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

31、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? ? 第二章 直流电动机的电力拖动 2.4.3 2.4.3 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。 0 nn UEa a I em

32、 T 稳定运行有稳定运行有 两种情况两种情况: : B n 0 n A 0 L T em T L T 0 n 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 第二章 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 B n 02 n A 0 L T em T 1 U 01 n C n A n 2 U C

33、12 UU 制动过程为制动过程为 线段线段 02 Bn 2 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 B n 02 n A 0 L T em T 1 01 n C n A n 2 C 12 制动过程为制动过程为 线段线段 02 Bn 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，回馈制动是比较经济的。动相比，回馈制动是比较经济的。 第二章 直流电动机的电力拖动 2.5 他励直流电动机的调速 电力拖动系统的调速可以采用机械调、电气调速或二者配合电力拖动系统的调速可以采用机械调、电气调速或二者配合 调速。通过改变传动机

34、构速比进行调速的方法称为调速。通过改变传动机构速比进行调速的方法称为机械调速机械调速；通；通 过改变电动机参数进行调速的方法称为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。 他励直流电动机的转速为他励直流电动机的转速为 aas e UI (RR ) n C 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

35、作在不 同的机械特性上。同的机械特性上。 第二章 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: min max n n D 二、静差率（相对稳定性）二、静差率（相对稳定性） %越小，相对稳定性越好；越小，相对稳定性越好；%与机械特性硬度和与机械特性硬度和n n0 0有关有关。 % n n % n nn % NN 100100 00 0 指负载变化时，转速变化的程度，转速变化小，稳定性好。指负载变化时，转速变化的程度，转速变化小，稳定性好。 )(1n n n n n nn n n n D N max N N max Nmin max mi

36、n max 0 D D与与%相互制约相互制约: :越小越小,D,D越小越小, ,相对稳定性越好相对稳定性越好; ;在保证一定在保证一定 的的指标的前提下指标的前提下, ,要扩大要扩大D,D,须减少须减少n,n,即提高机械特性的硬度。即提高机械特性的硬度。 第二章 直流电动机的电力拖动 三、调速的平滑性三、调速的平滑性 1 i i n n 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。调速不连续时，级数有限，称为有级调速。速可以连续调节。调速不连续时，级数有限，称为有级调速。 1 四、调速的经济性 在一定的调速范围内，调速的级数

37、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 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。 第二章 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 AABAAB 0 a R n 0 n N n L T em T A 1Sa RR 1 n A B 第二章 直流电动机的电力拖动 调速过程电流变调速过程电流变 化曲线化曲线:调速前、调速前

38、、 后电流不变后电流不变 调速过程转速调速过程转速 变化曲线变化曲线 结论：带恒转矩结论：带恒转矩 负载时负载时, ,串电阻越串电阻越 大大, ,转速越低。转速越低。 调速过程中电流和转速的变化情况调速过程中电流和转速的变化情况 a in aN I N n 1 n 0t t 0 a i n 第二章 直流电动机的电力拖动 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, ,所以转速的相对稳定性差所以转速的相对稳定性差 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

39、定负载时调速范围一般为D2D2； 4 4）损耗大，效率低，不经济。对恒转矩负载，调速前、后因）损耗大，效率低，不经济。对恒转矩负载，调速前、后因 增通不变而使电磁转矩和电枢电流不变，输入功率不变，输出增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耗了。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。 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； 第二章 直流电动机的电力拖动 二、降低电源电压调速二、降低电源电压调速 Tem 0 n n N U TL N n A 1 U

40、 01 n A B 1 n 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。 第二章 直流电动机的电力拖动 优点优点： 1 1）电源电压能够平滑调节，可实现无级调速。）电源电压能够平滑调节，可实现无级调速。 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

41、 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。 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。 第二章 直流电动机的电力拖动 三、减弱磁通调速三、减弱磁通调速 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 弱磁稳定后的弱磁稳定后的 工作点工作点 N n 0 n A N n em T L T 01 n 1 1 n B A 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。

42、第二章 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。 aN I n N n 1 n 1a I a i a i t 0t n 第二章 直流电动机的电力拖动 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，

43、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； 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

44、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； 第二章 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，即电枢到它的容许值，即电枢 电流达到

45、额定值。电流达到额定值。 当电动机调速时，在不同的转速下，电枢电流能否总保持当电动机调速时，在不同的转速下，电枢电流能否总保持 为额定值，即电动机能否在不同转速下都得到充分利用，这个为额定值，即电动机能否在不同转速下都得到充分利用，这个 问题与问题与调速方式调速方式和和负载类型负载类型的配合有关的配合有关。 以电机在不同转速都能得到充分利用为条件，他励直流电以电机在不同转速都能得到充分利用为条件，他励直流电 动机的调速可分为动机的调速可分为恒转矩调速恒转矩调速和和恒功率调速恒功率调速。 第二章 直流电动机的电力拖动 nC Tn PCICTT NNTem1 9550 电动机的容许输出功率与转速成

46、正比，而容许输出转矩为电动机的容许输出功率与转速成正比，而容许输出转矩为 恒值恒值-恒转矩调速恒转矩调速。 电枢串电阻调速电枢串电阻调速和和降压调速降压调速时，磁通时，磁通 保持不变，若保持不变，若 在不同转速下保持电流在不同转速下保持电流 不变，即电机得到充分利用，容不变，即电机得到充分利用，容 许输出转矩和功率分别为：许输出转矩和功率分别为： N Na II 减弱磁通调速减弱磁通调速时，磁通时，磁通 是变化的，在不同转速下若保持是变化的，在不同转速下若保持 电流电流 不变，即电机得到充分利用，容许输出转矩和功不变，即电机得到充分利用，容许输出转矩和功 率别为：率别为： Na II 9550

47、95509550 222 e aNN TNTem Cn n CTn P n C nC RIU CICTT 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 值值-恒功率调速恒功率调速。 第二章 直流电动机的电力拖动 为了使电动机得到充分利用，为了使电动机得到充分利用，拖动恒转矩负载时，应采用拖动恒转矩负载时，应采用 恒转矩调速方式。恒转矩调速方式。拖动恒功率负载时，应采用恒功率调速方式。拖动恒功率负载时，应采用恒功率调速方式。 对风机类负载，三种方式都不是十分适合，但采用串电阻或降对风机类负载，三种方式都不是十分适合，但采用串电阻或降 压调速比弱磁调速合适一些压调速比弱磁调速合适一些。 思考题思考题 他励电动机的降压调速属于恒转矩调速方式，他励电动机的降压调速属于恒转矩调速方式， 因此只能拖动恒转矩负载，这种说法是否正确？因此只能拖动恒转矩负载，这种说法是否正确？ 为什么？为什么？ 第二章 直流电动机的电力拖