直流电机电力拖动

1、第三章第三章 本章主要教学内容本章主要教学内容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2. 2. 负载的转矩特性及电力拖动系统稳定运行条件负载的转矩特性及电力拖动系统稳定运行条件 3. 3. 他励直流电动机的启动他励直流电动机的启动 4. 4. 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速 5. 5. 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动 6. 6. 其他直流电动机的电力拖动其他直流电动机的电力拖动 第三章第三章3.1 3.1 电力拖动系统的运动方程式电力拖动系统的运动方程式电力拖动系统的构成电力拖动系统的构成示意图示意图3.1.13.1.1 运动方程式运动方程式直线运动方

2、程式直线运动方程式dtdvmFFL第三章第三章dtdnGDTTL3752旋转运动方程式旋转运动方程式dtdJTTLgGDDgGmJ4)2(222602 n整理得整理得电力拖动系统运动方程式电力拖动系统运动方程式 的大小反映了系统的运行状态的大小反映了系统的运行状态： ，系统处于加速运动的过渡过程系统处于加速运动的过渡过程； ，系统处于静止或恒速运动系统处于静止或恒速运动； ，系统处于减速运动的过渡过程系统处于减速运动的过渡过程。LTT 0, 0dtdnTTL0, 0dtdnTTL0, 0dtdnTTL第三章第三章在应用电力拖动系统运动方程式时在应用电力拖动系统运动方程式时，要注意要注意：(1)

3、(1)转矩不但有大小而且有方向转矩不但有大小而且有方向。首先规定正方向，然后判断首先规定正方向，然后判断电磁转矩与负载转矩取正值还是负值（注意电磁转矩与负电磁转矩与负载转矩取正值还是负值（注意电磁转矩与负载转矩的区别）载转矩的区别）。(2)(2)转速不但有大小也有方向转速不但有大小也有方向。当实际旋转的方向与所规定的。当实际旋转的方向与所规定的正方向相同时取正值，反之取负值正方向相同时取正值，反之取负值。(3)(3)转速变化时转速变化时，电力拖动系统的，电力拖动系统的状态状态（加速状态还是减速状（加速状态还是减速状态），要由态），要由转速变化的方向转速变化的方向来决定而不是由转速的数值增来决定

4、而不是由转速的数值增加或减小来决定。加或减小来决定。 例如例如，当转速正向增加时，系统处于加速状态；而当转速，当转速正向增加时，系统处于加速状态；而当转速反向增加时，尽管反向增加时，尽管n可能增大了可能增大了( (实际旋转方向与规定的正实际旋转方向与规定的正方向相反方向相反) )，但系统仍是处于减速状态，但系统仍是处于减速状态。 第三章第三章3.1.23.1.2 单轴与多轴系统单轴与多轴系统单轴系统单轴系统多轴系统多轴系统速度折算；速度折算；转矩折算；转矩折算；飞轮矩折算；飞轮矩折算；保证保证功率传递关系功率传递关系系统储存的动能系统储存的动能不变不变第三章第三章3.1.23.1.2 单轴与多

5、轴系统单轴与多轴系统dtdnGDdtdJTTL3752LTFv222121ffJvm负载转矩折算系统传递的功率不变飞轮矩折算系统储存动能不变线速度与转速的折算通过齿数比折算转速若为直线运动：第三章第三章3.1.23.1.2 单轴与多轴系统单轴与多轴系统kTTTLLLL2222122212122/.)/(/kGDkkGDkGDGDGDLm22222112221.21212121LLMJJJJJ第三章第三章3.1.23.1.2 单轴与多轴系统单轴与多轴系统nvFTIII55. 9222121IIvmJ222365nvGGDII第三章第三章3.2 3.2 负载的转矩特性及电力拖动系统稳定运行条件负载

6、的转矩特性及电力拖动系统稳定运行条件 指生产机械工作指生产机械工作机构的负载转矩机构的负载转矩 与转速与转速 的关系的关系。 FTn1. 1. 恒转矩负载的恒转矩负载的转矩特性转矩特性右图右图为反抗性恒转为反抗性恒转矩负载的转矩特性矩负载的转矩特性实际特性实际特性折算后的特性折算后的特性cT传动机构的转矩传动机构的转矩3.2.1 3.2.1 负载的转矩特性负载的转矩特性第三章第三章轧钢机轧钢机第三章第三章右图为右图为位能性位能性恒转矩负载的恒转矩负载的转矩特性转矩特性 实际特性实际特性折算后特性折算后特性第三章第三章第三章第三章2 2 恒功率负载的转矩特性恒功率负载的转矩特性常数55. 955

7、. 9602KnTnTTPFFFF恒功率负载恒功率负载第三章第三章3 3 风机、泵类负载的转矩特性风机、泵类负载的转矩特性2knTF风机、泵类负载特性风机、泵类负载特性实际的通风机负载特性实际的通风机负载特性第三章第三章例例3-13-1 已知某电动机的额定转矩为已知某电动机的额定转矩为 ，额定转额定转速速 ，拖动系统的总飞轮矩拖动系统的总飞轮矩 ，负载为额定恒转矩负载。求负载为额定恒转矩负载。求 若电动机的转速由零起动到若电动机的转速由零起动到 的加速时间为的加速时间为0.8s0.8s，加速过，加速过程中设电动机的输出转矩不变，则电动机输出转矩为多少？程中设电动机的输出转矩不变，则电动机输出转

8、矩为多少？ 若要求电动机转速由若要求电动机转速由 制动到停止的时间为制动到停止的时间为0.4s0.4s，制动减，制动减速过程中设电动机输出转矩不变，则电动机输出转矩为多少？速过程中设电动机输出转矩不变，则电动机输出转矩为多少？ mNTN 260min/1000rnN2272mNGD解解：设起动时电动机旋转方向为转速设起动时电动机旋转方向为转速 的正方向，电动机输的正方向，电动机输出转矩出转矩 与转速与转速 同向。而在加速和减速过程中电动机的同向。而在加速和减速过程中电动机的输出转矩和负载转矩都不变，则加速度输出转矩和负载转矩都不变，则加速度( (减速度减速度) )不变，故有不变，故有 NnNn

9、nnT第三章第三章 加速过程中电动机的输出转矩加速过程中电动机的输出转矩)(6002608 . 001000375723752mNTdtdnGDTL 减速过程中电动机的输出转矩减速过程中电动机的输出转矩 )(2202604 . 010000375723752mNTdtdnGDTL式中，转矩式中，转矩 为为负值负值表示电动机实际输出转矩方向与转表示电动机实际输出转矩方向与转速方向相反速方向相反 T第三章第三章3.2.2 3.2.2 电力拖动系统稳定运行条件电力拖动系统稳定运行条件1.1.系统稳定运行的概念系统稳定运行的概念 当拖动系统受到干扰，使电动机工作状态发生变化或负当拖动系统受到干扰，使电

10、动机工作状态发生变化或负载转矩发生波动时，系统若能进入新的稳态恒速运行，且当载转矩发生波动时，系统若能进入新的稳态恒速运行，且当干扰消失后，系统仍能回到原来的稳态恒速运行，则称系统干扰消失后，系统仍能回到原来的稳态恒速运行，则称系统是稳定运行的；若当拖动系统受到干扰，系统不能进入新的是稳定运行的；若当拖动系统受到干扰，系统不能进入新的稳态恒速运行，或者当干扰消失后，不能回到原来的稳态恒稳态恒速运行，或者当干扰消失后，不能回到原来的稳态恒速运行，则称系统是不稳定运行的。速运行，则称系统是不稳定运行的。 由定义可知，电力拖动系统稳定运行的由定义可知，电力拖动系统稳定运行的必要条件必要条件为为 LT

11、T 第三章第三章2.2.系统稳定运行的充要条件系统稳定运行的充要条件A A点点为稳定运行点，为稳定运行点，B B点点为不稳定运行点为不稳定运行点第三章第三章2.2.系统稳定运行的充要条件系统稳定运行的充要条件A点点为稳定运行点，为稳定运行点，E点点为不稳定运行点为不稳定运行点ABCDEFTL1TL2第三章第三章拖动系统稳定运行拖动系统稳定运行充要条件充要条件推导推导： 设电力拖动系统在某稳态运行点设电力拖动系统在某稳态运行点H H点运行，转速为点运行，转速为 ，电动机的电磁转矩为电动机的电磁转矩为 ，生产机械转矩为，生产机械转矩为 ，系统的运，系统的运动方程式为动方程式为 HnHTLHT037

12、52dtdnGDTTHLHH在干扰作用下，运动方程式变为在干扰作用下，运动方程式变为)(375)()(2nndtdGDTTTTHLLHH两式相减得两式相减得)(3752ndtdGDTTL第三章第三章在各增量很小时在各增量很小时，上式可改写为上式可改写为)(3752ndtdGDndndTndndTL变换一下得到变换一下得到dtndnGDdndTdndTL)(375/2考虑边值条件考虑边值条件： 时，时， ，解方程得解方程得 2375)(GDtdndTdndTcLenn0tcnn 系统离开稳态运行点系统离开稳态运行点H H的初始转速的初始转速 对稳态点转速对稳态点转速的增量，即的增量，即 cncn

13、HnHccnnn第三章第三章从上式可知，当指数的幂为从上式可知，当指数的幂为负值负值时，转速的增量时，转速的增量 随时间的随时间的增加呈指数规律增加呈指数规律衰减衰减；当指数的幂为；当指数的幂为正值正值，则转速的增量，则转速的增量 随时间的增加呈指数规律随时间的增加呈指数规律增加增加。 nn电力拖动系统稳定运行的电力拖动系统稳定运行的充要条件充要条件为为处）在LLLTTdndTdndTTT(0第三章第三章3.3 3.3 他励直流电动机的启动他励直流电动机的启动对直流电动机启动的对直流电动机启动的一般要求一般要求：(1)(1)启动转矩启动转矩 足够大足够大，即即 Tst （1.11.2）TN ；

14、(2)(2)启动电流启动电流 不能太大，即不能太大，即 Ist IN ；(3)(3)启动设备与控制装置简单、可靠启动设备与控制装置简单、可靠。 stTstI启动顺序启动顺序：先励磁，在电机气隙中建立额定磁场，然后电：先励磁，在电机气隙中建立额定磁场，然后电枢回路通电。若直接启动，则枢回路通电。若直接启动，则aRaaastRUREUI因因 很小，故很小，故 会很大，可达额定电流的会很大，可达额定电流的10102020倍倍 ，有有危害，危害，故除了微型直流电动机和航空直流电动机由于故除了微型直流电动机和航空直流电动机由于 较大较大可以直接启动外可以直接启动外，一般直流电动机都一般直流电动机都不允许

15、直接启动不允许直接启动。aRstI第三章第三章如何限制如何限制 : (1) : (1) 降低电枢电压；降低电枢电压；(2) (2) 电枢回路串电阻。电枢回路串电阻。3.3.1 3.3.1 降压启动降压启动aNstaLRIURI2以保证有足够大的启以保证有足够大的启动转矩和启动电流不动转矩和启动电流不太大，即太大，即NstII2降压启动机械特性降压启动机械特性特点特点：启动平稳，能量损耗少：启动平稳，能量损耗少实现方法实现方法: (1)(1)采用采用发电机电动机组发电机电动机组；(2)(2)采用整流装置采用整流装置。stI第三章第三章3.3.2 3.3.2 电枢回路串电阻启动电枢回路串电阻启动

16、电动机电枢回路串启动电阻时，启动电流为电动机电枢回路串启动电阻时，启动电流为：staNstRRUI1.分级启动过程分级启动过程分级启动：保证整个启动过程中都能限制启动电流，且分级启动：保证整个启动过程中都能限制启动电流，且使使 。LTT 在启动过程中，逐段切除启动电阻，启动完成后，电在启动过程中，逐段切除启动电阻，启动完成后，电阻全部切除阻全部切除 。第三章第三章他励直流电动机三级启动他励直流电动机三级启动接线图接线图及及机械特性机械特性优点优点：操作简单、可靠；：操作简单、可靠；缺点缺点：启动电阻要消耗大量电能，效率较低。：启动电阻要消耗大量电能，效率较低。第三章第三章2.2.分级启动电阻的

17、计算分级启动电阻的计算要点要点：取好：取好 和和 ，计算出起动电流比，计算出起动电流比通常取通常取： ， 或或1T2T各级各级总电阻总电阻计算公式为计算公式为 ammmammmaaRRRRRRRRRRR11212121) 1(11)()2(221) 1(1212211) 1() 1()() 1(mstammmmstmstammmmststastaastRRRRRRRRRRRRRRRRRRR各各分段电阻分段电阻计算公式为计算公式为NTT21NTT)2 . 11 . 1 (2LTT)5 . 12 . 1 (2第三章第三章mamRR /计算时的计算时的具体方法具体方法如下如下：(1)(1)启动级数启

18、动级数m m未定未定: : 首先选择首先选择 ( (或或 ) )，初定，初定 ( (或或 ) )，由由 计算计算 ，由由 初定启动电流比初定启动电流比 ，根据，根据 求出启动级数求出启动级数m m，并将其修正为相近的整数，并将其修正为相近的整数。再根据再根据m m值和值和 计算出新的计算出新的 值值，然后即可利用前面的然后即可利用前面的公式计算出各级电阻公式计算出各级电阻。(2)(2)启动级数启动级数m m已定已定：选择：选择 ( (或或 ) )，由，由 计算计算 ，由，由 求出求出 ，然后即可利用前面的公式计算出各级电阻，然后即可利用前面的公式计算出各级电阻。 在计算得出在计算得出 值后值后

19、，可由可由 校验切换电流校验切换电流 ，如如果过小应适当增大起动级数，反之则应适当减少起动级数。果过小应适当增大起动级数，反之则应适当减少起动级数。1T1I2T2I1/ IURmmR21/ IIlg/ )/lg(amRRm mamRR /21/ II2I1I1/ IURmmR1T第三章第三章例例3-23-2 一台他励直流电动机的额定数据为一台他励直流电动机的额定数据为： ， , ,现拖动恒转矩负载现拖动恒转矩负载 , ,求求：采用电枢串电阻启动，问需要串入多大的启动电阻采用电枢串电阻启动，问需要串入多大的启动电阻？采用电枢串三级电阻启动，问各分段电阻为多少？采用电枢串三级电阻启动，问各分段电阻

20、为多少？NLTT8 . 0KWPRNa5 . 7,48. 0min/1500,40,220rnAIVUNNN解解： 启动电流启动电流80402248. 0220NststaNstIRRRUI)(27. 248. 080220stR第三章第三章 取取 )(8040221AIIN3m，由由 得得)(75. 28022013IURN79. 148. 075. 2333aRR)(7 .4479. 18012AII)(32408 . 08 . 0AIINL)(4 .38322 . 12 . 1)(7 .442AIAIL)(215. 148. 0) 179. 1 (79. 1) 1()(879. 048.

21、 0) 179. 1 (79. 1) 1()(379. 048. 0) 179. 1 () 1(22321astastastRRRRRR各级启动电阻为各级启动电阻为：第三章第三章3.4 3.4 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速调速的调速的原因原因：使生产机械以最合理的速度进行工作，从而提：使生产机械以最合理的速度进行工作，从而提 高产品的质量和生产效率高产品的质量和生产效率。 调速的调速的实现实现：机械方法、电气方法和机械电气方法：机械方法、电气方法和机械电气方法 。本节只讨论电气调速方法本节只讨论电气调速方法。3.4.13.4.1 调速方法调速方法TCCRRCUnTecae2调速方法

22、有调速方法有三种三种：(1)(1)改变端电压；改变端电压；(2)(2)改变电枢回路所串改变电枢回路所串电阻；电阻；(3)(3)改变励磁磁通改变励磁磁通。 第三章第三章1.1.降低端电压调速降低端电压调速TCCRCUnNTeaNe2降压调速的机械特性降压调速的机械特性特点特点：对恒转矩负载，电动机对恒转矩负载，电动机运行在不同转速上时，运行在不同转速上时，电枢电流电枢电流 不变不变；调速的稳定性较好调速的稳定性较好；可实现无级调速可实现无级调速；(1)(1)只能是基速向下调只能是基速向下调。 aI第三章第三章2.2.电枢回路串电阻调速电枢回路串电阻调速TCCRRCUnNTecaNeN2串电阻调速

23、机械特性串电阻调速机械特性特点：特点：对恒转矩负载，电动机对恒转矩负载，电动机运行在不同转速上时，运行在不同转速上时，电枢电流电枢电流 不变不变；调速的稳定性较差；调速的稳定性较差；调速过程能量损耗大；调速过程能量损耗大；只能实现有级调速；只能实现有级调速；(1)只能是基速向下调只能是基速向下调。aI第三章第三章3.3.弱磁调速弱磁调速TCCRCUnTeaeN2特点特点：(1)(1)对恒功率负载，电动机对恒功率负载，电动机运行在不同转速上时，电枢运行在不同转速上时，电枢电流电流 不变；不变；(2)(2)可实现无级调速；可实现无级调速；(3)(3)只能实现基速向上调。只能实现基速向上调。aI弱磁

24、调速机械特性弱磁调速机械特性实际中实际中，他励直流电动机的调速常采用降低端电压向下调速与，他励直流电动机的调速常采用降低端电压向下调速与减弱磁通向上调速相结合的调速方法减弱磁通向上调速相结合的调速方法。 第三章第三章调压调速是工程调速的主要方式，需要有专门的连续的，调压调速是工程调速的主要方式，需要有专门的连续的，可调直流电源供电。可调直流电源供电。（1）旋转变流机组系统）旋转变流机组系统 发电机发电机电动机系统，通过调节直流发电机磁通，电动机系统，通过调节直流发电机磁通， 改变电动机电压。改变电动机电压。（2）晶闸管脉冲相位控制系统）晶闸管脉冲相位控制系统 晶闸管晶闸管电动机系统，通过改变给

25、定电压，电动机系统，通过改变给定电压， 改变晶闸管整流装置的触发脉冲相位，改变晶闸管整流装置的触发脉冲相位， 从而改变晶闸管整流器输出电压平均值。从而改变晶闸管整流器输出电压平均值。（3）直流脉宽调速系统（）直流脉宽调速系统（Pulse Width Modulation) 通过改变脉冲宽度，对直流电源进行调制，通过改变脉冲宽度，对直流电源进行调制， 从而改变输出电压平均值。从而改变输出电压平均值。第三章第三章转速负反馈晶闸管转速负反馈晶闸管调速系统组成及电路调速系统组成及电路第三章第三章脉宽调制系统原理及专用控制器脉宽调制系统原理及专用控制器第三章第三章例例3-33-3 一台他励直流电动机，额

26、定数据为：一台他励直流电动机，额定数据为： ， 。现拖动额定负载运。现拖动额定负载运行，求行，求(1)(1)采用电枢串电阻调速，使电动机转速降为采用电枢串电阻调速，使电动机转速降为1000r/min1000r/min，串入，串入的电阻应为多大？的电阻应为多大？(2)(2)采用降低端电压调速，使电动机转速降为采用降低端电压调速，使电动机转速降为1000r/min1000r/min，电源，电源电压应降为多少？电压应降为多少？(3)(3)上述两种调速情况下，电动机输入功率和输出功率各为多上述两种调速情况下，电动机输入功率和输出功率各为多少少( (输入功率不计励磁回路的功率输入功率不计励磁回路的功率)

27、 )？VUKWPNN220,13min/1500,225. 0,5 .68rnRAINaN解解：(1) 电枢串电阻值的计算电枢串电阻值的计算1364. 01500225. 05 .68220NaNNNenRIUC第三章第三章10001364. 05 .68)225. 0(220)(2cNeacaNNTecaNeNRCIRRUTCCRRCUn)(995. 0cR(2) (2) 降低端电压数值的计算降低端电压数值的计算10001364. 05 .68225. 02UCIRUTCCRCUnNeaaNTeaNe)(8 .151VU (3) (3) 电动机降速后输入功率和输出功率的计算电动机降速后输入功

28、率和输出功率的计算)(77.82150013955095502mNnPTNN第三章第三章)(66. 8100060277.82602222KWnTTP电枢串电阻降速时的输入功率为电枢串电阻降速时的输入功率为)(07.155 .682201KWIUPNN降低端电压降速时的输入功率为降低端电压降速时的输入功率为)(398.105 .688 .15111KWIUPN第三章第三章例例3-43-4 例题例题3-33-3中的他励直流电动机，忽略空载转矩，采用弱中的他励直流电动机，忽略空载转矩，采用弱磁升速磁升速。若要求负载转矩若要求负载转矩 ，转速升到转速升到 ，此时磁通应降为额定值的多少倍此时磁通应降为

29、额定值的多少倍？NLTT6 . 0min/2000rn VUfN220110fR若已知电动机的磁化曲线如图所示，若已知电动机的磁化曲线如图所示，且励磁绕组额定电压且励磁绕组额定电压 ，励磁励磁绕组电阻绕组电阻 ，在在的情况下，的情况下，励磁回路应串入多大电阻？励磁回路应串入多大电阻？要不使电枢电流超过额定电流，在按要不使电枢电流超过额定电流，在按题题要求减弱磁通后不变的情况下要求减弱磁通后不变的情况下，该该电动机所能输出的最大转矩为多少？电动机所能输出的最大转矩为多少？电机磁化特性曲线电机磁化特性曲线第三章第三章解解： ，转速转速 时磁通的计算时磁通的计算NLTT6 . 0min/2000rn

30、 )(23.895 .681364. 055. 955. 9mNICTNNeN200023.896 . 0)(55. 9225. 022022eeTeaeNCCTCCRCUn1039. 0eC解得解得 或或 0061. 0eC（舍去）（舍去）762. 01364. 01039. 0NeeNCC磁通减少到额定磁通的倍数为磁通减少到额定磁通的倍数为第三章第三章 在在情况下，励磁回路串入电阻值的计算情况下，励磁回路串入电阻值的计算从图中磁化曲线查到从图中磁化曲线查到 时，励磁电流为时，励磁电流为 N762. 0AIf2 . 1)(33.731102 . 1220fffRIUR 在磁通减少的情况下，不

31、使在磁通减少的情况下，不使 超过超过 ，电动机可能，电动机可能输出的最大转矩为输出的最大转矩为aINI)(97.675 .681039. 055. 955. 92mNICTNe励磁回路所串电阻为励磁回路所串电阻为第三章第三章3.4.2 3.4.2 调速性能指标调速性能指标1.1.调速范围调速范围：指电动机在额定负载转矩下调速时，最高转：指电动机在额定负载转矩下调速时，最高转速与最低转速之比速与最低转速之比 。minmax/nnD 2.2.静差率静差率：指电动机在一条机械特性上运行时，由理想空：指电动机在一条机械特性上运行时，由理想空载到额定负载时转速的变化率载到额定负载时转速的变化率 。%10

32、0%100000nnnnn上式中上式中 为低速静差率。一般调速范围为低速静差率。一般调速范围D D越大越好，静差越大越好，静差率率 越小越好越小越好。 调速范围与静差率之间的调速范围与静差率之间的关系关系)1 ()1 ()1 (maxmax00max0maxminmaxNNNNnnnnnnnnnnnnnD第三章第三章机械特性与调速指标的关系机械特性与调速指标的关系 调速范围与静调速范围与静差率的差率的分析分析第三章第三章3.3.调速的平滑性调速的平滑性1iinn4.4.调速的经济性调速的经济性 取决于调速系统的设备初投资、调速时电能的损耗及运行取决于调速系统的设备初投资、调速时电能的损耗及运行

33、时的维修费用等时的维修费用等。 选择选择调速方法时，应在满足调速范围调速方法时，应在满足调速范围D D、静差率及调速平、静差率及调速平滑性要求的基础上，力求设备投资少，电能损耗小，维护简单滑性要求的基础上，力求设备投资少，电能损耗小，维护简单方便。方便。第三章第三章例例3-53-5 某他励直流电动机有关数据为某他励直流电动机有关数据为： , , , , , , , 。求求：静差率静差率 ，电枢串电阻调速时的调速范围，电枢串电阻调速时的调速范围；静差率静差率 ，降低电源电压调速时的调速范围，降低电源电压调速时的调速范围；生产机械要求调速范围生产机械要求调速范围 且低速静差率且低速静差率 ，应采用

34、什么调速方法应采用什么调速方法。 KWPN22VUN220AIN1151 . 0aRmin/1500rnN%30%103D%20解解：静差率静差率 ，电枢串电阻调速时的调速范围的计算，电枢串电阻调速时的调速范围的计算 %30139. 015001 . 0115220NaNNNenRIUCmin)/(73.1582139. 02200rCUnNeN第三章第三章0min0nnn min)/(91.110773.1582%)301 (00minrnnn35. 191.11071500minnnDN静差率静差率 ，降压调速时的调速范围的计算，降压调速时的调速范围的计算%10min)/(73.82150

35、073.15820rnnnNN最低转速对应机械特性的理想空载转速最低转速对应机械特性的理想空载转速min)/( 3 .8271 . 073.820rnnN第三章第三章min)/(57.74473.823 .8270minrnnnN01. 257.7441500minmaxnnD要求要求 ， ，时调速方法的选择计算，时调速方法的选择计算3D%20min)/(1500maxrnnNmin)/(50031500maxminrDnn采用串电阻调速，则低速静差率为采用串电阻调速，则低速静差率为%20%4 .6873.158250073.15820min0nnn不满足不满足要求要求第三章第三章采用降压调速

36、，则低速特性的理想空载转速为采用降压调速，则低速特性的理想空载转速为min)/(73.582)150073.1582(500min0rnnnN%20%2 .1473.58250073.5820min0nnn满足要求，故应采用降压调速的方法满足要求，故应采用降压调速的方法。低速静差率为低速静差率为第三章第三章3.4.3 3.4.3 调速方式与负载性质的配合调速方式与负载性质的配合 1.1.调速方式调速方式 如何既能使电动机安全可靠地运行，电枢电流不超过额如何既能使电动机安全可靠地运行，电枢电流不超过额定电流，又能使电动机得到充分利用定电流，又能使电动机得到充分利用？ (1) (1) 恒转矩调速方

37、式恒转矩调速方式 指在某种调速方法中保持指在某种调速方法中保持 不变不变，如果电动机电如果电动机电磁转矩磁转矩 恒定不变恒定不变，则称这种调速方式为恒转矩调速方式，则称这种调速方式为恒转矩调速方式。 典型例子：他励直流电动机的典型例子：他励直流电动机的降压调速降压调速和电枢回路和电枢回路串电串电阻调速阻调速 。 特点特点：电动机容许输出的功率与转速成正比，即：电动机容许输出的功率与转速成正比，即 nP NaIIT第三章第三章(2) (2) 恒功率调速方式恒功率调速方式 指在某种调速方法中保持指在某种调速方法中保持 不变不变，如果电动机电磁功率，如果电动机电磁功率 恒定恒定不变不变，则称这种调速

38、方式为恒功率调，则称这种调速方式为恒功率调速方式速方式。 典型例子：他励直流电动机的典型例子：他励直流电动机的弱弱磁调速磁调速。 特点特点：电动机容许输出的转矩与：电动机容许输出的转矩与转速近似成反比，即转速近似成反比，即 NaIIMPnT1他励电动机调速时容许输出的他励电动机调速时容许输出的转矩与功率转矩与功率 右图左边右图左边为恒转矩调速区为恒转矩调速区，右边，右边为恒功率调速区为恒功率调速区第三章第三章 2.2.调速方式与负载性质的匹配调速方式与负载性质的匹配 电动机采用恒转矩调速方式时，如果拖动恒转矩负载运电动机采用恒转矩调速方式时，如果拖动恒转矩负载运行，并且使电动机额定转矩与负载转

39、矩相等，则不论运行在行，并且使电动机额定转矩与负载转矩相等，则不论运行在什么转速下，电动机的电枢电流什么转速下，电动机的电枢电流始终等于始终等于 ，电动机得到，电动机得到了充分利用，即恒转矩调速方式与恒转矩负载性质匹配了充分利用，即恒转矩调速方式与恒转矩负载性质匹配。 电动机采用恒功率调速方式时，如果拖动恒功率负载运电动机采用恒功率调速方式时，如果拖动恒功率负载运行，并且使电动机电磁功率行，并且使电动机电磁功率 不变，则不论运行在不变，则不论运行在什么转速下，电动机的电枢电流什么转速下，电动机的电枢电流始终等于始终等于 ，电动机得到，电动机得到了充分利用，即恒功率调速方式与恒功率负载性质匹配了

40、充分利用，即恒功率调速方式与恒功率负载性质匹配。结论结论：恒转矩调速方式与恒转矩负载性质匹配；：恒转矩调速方式与恒转矩负载性质匹配； 恒功率调速方式与恒功率负载性质匹配恒功率调速方式与恒功率负载性质匹配。NINNMTPNI第三章第三章(1) (1) 恒转矩调速方式与恒功率负载恒转矩调速方式与恒功率负载恒转矩调速方式与恒功率恒转矩调速方式与恒功率负载的配合负载的配合 常数95509550minmaxnTnTPbaL若采用降压调速，则应选择若采用降压调速，则应选择bNTTmaxnnN电动机的额定功率电动机的额定功率DPnnnTnTnTPLbbNNNminmaxminmax955095509550结

41、论结论：恒功率负载若与恒转矩调速方：恒功率负载若与恒转矩调速方式配合，则电动机的额定功率为所拖式配合，则电动机的额定功率为所拖动负载功率的动负载功率的D D倍倍。 第三章第三章(2) (2) 恒功率调速方式与恒转矩负载恒功率调速方式与恒转矩负载常数LT若采用弱磁调速，则应选择若采用弱磁调速，则应选择minnnN(保证保证TTL)9550maxnTPLN结论结论：当：当 时，电动机时，电动机容许输出的转矩及功率均比负载容许输出的转矩及功率均比负载实际需要的大实际需要的大。 maxnn 恒功率调速方式与恒转矩负载恒功率调速方式与恒转矩负载的配合的配合在在n=nmin时时DPnnnTnTnTPLLL

42、bmin.minmaxminmaxmin955095509550电机第三章第三章 对于风机、泵类负载，既非恒转矩类型，也非恒功率类对于风机、泵类负载，既非恒转矩类型，也非恒功率类型，采用型，采用恒转矩调速恒转矩调速方式浪费要小一点方式浪费要小一点。两点结论两点结论： 恒转矩调速方式与恒功率调速方式只是用来表征电动机采恒转矩调速方式与恒功率调速方式只是用来表征电动机采用某种调速方法时的用某种调速方法时的负载能力负载能力，并不是指电动机拖动的，并不是指电动机拖动的实际实际负载负载。 电动机的调速方式与其拖动的实际负载匹配时，电动机才电动机的调速方式与其拖动的实际负载匹配时，电动机才可以得到充分利用

43、。从可以得到充分利用。从理论理论上讲，匹配时，可以让电动机的上讲，匹配时，可以让电动机的额定转矩或额定功率与负载实际转矩或功率相等；但额定转矩或额定功率与负载实际转矩或功率相等；但实际实际上，上，由于电动机容量分为若干等级，有时电枢电流只能由于电动机容量分为若干等级，有时电枢电流只能尽量接近尽量接近额定电流而不能相等额定电流而不能相等。 第三章第三章例例3-63-6 某生产机械采用他励直流电动机作原动机，采用弱磁调某生产机械采用他励直流电动机作原动机，采用弱磁调速方法进行调速。电动机的有关参数为速方法进行调速。电动机的有关参数为： 。求求若电动机拖动额定恒转矩负载，当弱磁至若电动机拖动额定恒转

44、矩负载，当弱磁至 时时，电电动机的稳定转速和电枢电流为多少？能否长期运行？为什么？动机的稳定转速和电枢电流为多少？能否长期运行？为什么？若电动机拖动额定恒功率负载，当弱磁至若电动机拖动额定恒功率负载，当弱磁至 时，电时，电动机的稳定转速和电枢电流为多少？能否长期运行？为什么？动机的稳定转速和电枢电流为多少？能否长期运行？为什么？VUKWPNN220,5 .18min/500min,/1500,18. 0,103maxrnrnRAINaN3/N3/N解解： 拖动额定恒转矩负载，拖动额定恒转矩负载， 时时 和和 的计算的计算3/NnaI)min/(403. 050018. 01032201rVnR

45、IUCNaNNNe第三章第三章aTNNTNLICICTT)(309103333/AIIIINNNNNNamin)/(12253/403. 018. 0309220rCRIUneaaN可知，电枢电流远大于额定电流可知，电枢电流远大于额定电流, , 会造成电动机不能换向会造成电动机不能换向及绕组过热烧坏的结果，故不能长期运行及绕组过热烧坏的结果，故不能长期运行。 拖动额定恒功率负载，拖动额定恒功率负载， 时时 和和 的计算的计算 恒功率负载采用弱磁调速时，恒功率负载采用弱磁调速时， 不变不变( (说明）说明）。3/NnaINaII第三章第三章min)/(150050033rnnnNNN)(103

46、AIINa可知，由于电枢电流等于额定电流可知，由于电枢电流等于额定电流, ,电动机换向不受影响，电动机换向不受影响，电动机的温升等均在允许范围内，故能够长期运行。电动机的温升等均在允许范围内，故能够长期运行。 nCnCEeNNeaaaaRIUE对于对于具体的负载具体的负载，可选择合适的调速方法使电动机电枢，可选择合适的调速方法使电动机电枢电流电流 等于或接近等于或接近 ，达到匹配，达到匹配。 aINI第三章第三章3.5 3.5 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动3.5.1 3.5.1 电动运行与制动运行电动运行与制动运行 电动运行时，电动机的电电动运行时，电动机的电磁转矩与转速方向磁转矩

47、与转速方向相同相同，为拖，为拖动转矩，电动机从电源动转矩，电动机从电源吸收吸收电电功率，向负载功率，向负载传递传递机械功率。机械功率。特征特征： ， ，0T0n0T0n他励直流电动机的电动他励直流电动机的电动运行状态运行状态 第三章第三章制动制动目的目的：使电力拖动系统减速或停车，或使位能性负载获：使电力拖动系统减速或停车，或使位能性负载获得稳定的下放速度得稳定的下放速度。 制动制动方式方式：机械制动，电气制动：机械制动，电气制动。电气制动的电气制动的特征特征：电动机的电磁转矩：电动机的电磁转矩 与转速与转速 反向而成反向而成为制动转矩，即为制动转矩，即 ， 或或 ， 电动机在电动机在制动运行

48、制动运行时，时，既既可使电力拖动系统减速或停车，可使电力拖动系统减速或停车，又又可使位能性负载获得稳定的下放速度可使位能性负载获得稳定的下放速度。 电气制动的电气制动的方法方法： (1)(1)能耗制动；能耗制动；(2)(2)反接制动；反接制动；(3)(3)回馈制动。回馈制动。 Tn0T0n0T0n第三章第三章3.5.2 3.5.2 能耗制动能耗制动能能耗制动分为耗制动分为两种两种：(1)(1)能耗制动过程，；能耗制动过程，；(2)(2)能耗制动运行。能耗制动运行。下图下图为能耗制动原理图为能耗制动原理图。能耗制动原理图能耗制动原理图能耗制动的机械特性方程能耗制动的机械特性方程TCCRRnTea

49、2第三章第三章1.1. 能耗制动过程分析能耗制动过程分析2.2. 能耗制动运行分析能耗制动运行分析能耗制动过程能耗制动过程能耗制动运行能耗制动运行第三章第三章3. 3. 能耗制动的功率关系能耗制动的功率关系000021PPnTPUM反向与能耗制动负载向电动机输入了机负载向电动机输入了机械功率械功率 机械功率来源机械功率来源：能耗制动过程中，机械功率来源于系统：能耗制动过程中，机械功率来源于系统转速从高到低制动时所释放出来的转速从高到低制动时所释放出来的动能动能；在能耗制动运；在能耗制动运行中，机械功率来源于位能性负载减少的行中，机械功率来源于位能性负载减少的位能位能。机械功率去处机械功率去处：

50、扣除空载损耗，其余的通过电磁作用转：扣除空载损耗，其余的通过电磁作用转变成电功率，消耗在电枢回路总电阻上变成电功率，消耗在电枢回路总电阻上。 第三章第三章4. 能耗制动电阻的计算能耗制动电阻的计算能耗制动中，起始制动转矩的大小与外串制动电阻的大能耗制动中，起始制动转矩的大小与外串制动电阻的大小有关小有关 。aaaRIERmaxminmaxaI能耗制动电阻能耗制动电阻最最小值小值 最大最大制动电流制动电流 能耗制动能耗制动开始瞬间开始瞬间的电枢感应电动势的电枢感应电动势 aE第三章第三章例例3-73-7 一台他励电动机的铭牌数据为：一台他励电动机的铭牌数据为： ， 。用这台电动机拖动。用这台电动

51、机拖动提升机构。试求提升机构。试求：电动机原先运行在额定状态，现进行能耗制动，若容许最大电动机原先运行在额定状态，现进行能耗制动，若容许最大制动电流不超过制动电流不超过 ，电枢电路中应串接多大的电阻，电枢电路中应串接多大的电阻。电动机带位能性负载电动机带位能性负载 ，要求以，要求以 的稳速的稳速下放重物，采用能耗制动，电枢电路中应串接多大的电阻下放重物，采用能耗制动，电枢电路中应串接多大的电阻。NI2min/800r2/NLTTVUKWPNN220,22min/1500,174. 0,116rnRAINaN解解：电枢回路串接电阻的计算电枢回路串接电阻的计算)min./(133. 0150017

52、4. 01162201rVnRIUCNaNNNe第三章第三章)(8 .199174. 0116220VRIUEaNNaN)(687. 0174. 011628 .1992aNaNRIER以稳速下放重物时电枢回路串接电阻的计算以稳速下放重物时电枢回路串接电阻的计算LNeaICRRn根据已知条件有根据已知条件有2116133. 0174. 0800R)(656. 1R第三章第三章3.5.3 3.5.3 反接制动反接制动反接制动有反接制动有两种两种：(1) (1) 电枢电源反接的反接制动；电枢电源反接的反接制动；(2) (2) 转速转速反向的反接制动反向的反接制动。 1 1电枢电源反接电枢电源反接的

53、反接制动的反接制动 控制电路原理控制电路原理图如图如右图右图。机械特性方程式机械特性方程式TCCRRCUnTeae2电源反接的反接制动原理图电源反接的反接制动原理图第三章第三章(1) (1) 反接制动过程分析反接制动过程分析A A点点：T0，n0B B点点：Ea0，Ia0，T0;C C点点：T0，n=0，制动过制动过程结束程结束。第三章第三章(2) (2) 功率关系功率关系0000021PPnTPIUMa反向与反接制动电源向电动机输入电电源向电动机输入电功率，负载向电动机功率，负载向电动机输入机械功率输入机械功率。机械功率的机械功率的来源来源：系统转速从高到低制动时所释放出来的动：系统转速从高

54、到低制动时所释放出来的动能；扣除空载损耗能；扣除空载损耗 ，其余的通过电磁作用转变成电功率，其余的通过电磁作用转变成电功率。 0p功率的功率的去处去处：从电源输入的电功率和由机械功率转变成的：从电源输入的电功率和由机械功率转变成的电功率，都消耗在电枢回路总电阻上电功率，都消耗在电枢回路总电阻上。 (3) (3) 制动电阻的计算制动电阻的计算aaaRIEURmaxmin 最小制动电阻值最小制动电阻值 最大制动电流值最大制动电流值minRmaxaI第三章第三章(4) (4) 反向电动运行反向电动运行C C点点：T0T0，n0；B B点点：T0，n0， 但但 ， 电动机沿曲线电动机沿曲线2 2减速，

55、到减速，到C C点：虽然点：虽然 n=0n=0，但仍，但仍 有有 ，电动机继续沿曲线电动机继续沿曲线2 2减速，减速，到到D D点点： ，稳定稳定下发重物下发重物。LTT LTT LTT 第三章第三章(2) (2) 功率关系功率关系0000021PPnTPIUMa反向与转速反向电源向电动机输入电功率，电源向电动机输入电功率，负载向电动机输入机械功负载向电动机输入机械功率率。机械功率的机械功率的来源来源：位能性负载减少的位能；扣除空载损：位能性负载减少的位能；扣除空载损耗耗 ，其余的通过电磁作用转变成电功率，其余的通过电磁作用转变成电功率。功率的功率的去处去处：从电源输入的电功率和由机械功率转变

56、成的：从电源输入的电功率和由机械功率转变成的电功率，都消耗在电枢回路总电阻上电功率，都消耗在电枢回路总电阻上。(3) (3) 制动电阻的计算制动电阻的计算对于某给定的下放速度对于某给定的下放速度 ，所串电阻值为，所串电阻值为aLaDRIEURDnDeaDnCE第三章第三章3.5.4 3.5.4 回馈制动回馈制动特征特征：T T与与n n反向，且转速高于理想空载转速反向，且转速高于理想空载转速 ，即，即 电机处于发电状态，将机械能变成电能回馈给电网电机处于发电状态，将机械能变成电能回馈给电网 。0nn 回馈制动回馈制动分为分为：正向回馈制动，反向回馈制动：正向回馈制动，反向回馈制动。1.1.正向

57、回馈制动正向回馈制动 (1) (1) 正向回馈制动过程：降压调速和增磁降速过程正向回馈制动过程：降压调速和增磁降速过程第三章第三章(2) (2) 正向回馈制动运行：电车下坡正向回馈制动运行：电车下坡A A点点：T0，n0，下坡下坡，合成负载转矩合成负载转矩 ，在在 的作用下沿的作用下沿ABAB加加速，速，到到 ，T=0T=0时，电时，电动机只靠本身的负载转矩加动机只靠本身的负载转矩加速下坡，使速下坡，使 ， 使使 改变方向，进入正改变方向，进入正向回馈制动运行，向回馈制动运行，到到B B点点， ，稳定运行，稳定运行。02LT2LTT 0nn 0nn UEaTIa,2LTT 第三章第三章(3)

58、(3) 功率关系功率关系 与直流发动机相同，将机械功率转变为电功率输出。区别：与直流发动机相同，将机械功率转变为电功率输出。区别： 正向回馈制动的机械功率是系统从高速降为低速释放出正向回馈制动的机械功率是系统从高速降为低速释放出的动能或是系统减少的位能；的动能或是系统减少的位能； 电功率不是输出给用电设备，而是回馈给直流电源。电功率不是输出给用电设备，而是回馈给直流电源。2.2.反向回馈制动运行反向回馈制动运行实质上为电源反接的反接制动用于位能性负载的运行情况，实质上为电源反接的反接制动用于位能性负载的运行情况，只有反向回馈制动运行只有反向回馈制动运行。第三章第三章反向回馈制动运行反向回馈制动

59、运行分析分析A A点点：T0T0，n0n0，提升重物，提升重物，现电源反接，进行反接制动，现电源反接，进行反接制动，工作点从工作点从 。C C点点：T0T0T0，直到，直到D D点点： ，稳定运行，稳定运行。 CBA0nn0nnUEa0aILTT 功率关系功率关系与正向回馈制动运行是一致的与正向回馈制动运行是一致的。 第三章第三章例例3-83-8 一台他励直流电动机，有关参数一台他励直流电动机，有关参数： ， ，忽略空载转矩。要忽略空载转矩。要求求 ，若运行于正向电动状态时，若运行于正向电动状态时， ，求，求： 负载为反抗性恒转矩负载，采用反接制动停车，电枢回路负载为反抗性恒转矩负载，采用反接

60、制动停车，电枢回路应串入的制动电阻最小值为多少应串入的制动电阻最小值为多少？ 负载为位能性恒转矩负载，传动机构转矩损耗负载为位能性恒转矩负载，传动机构转矩损耗 ，要求电动机运行在要求电动机运行在 ，匀速下放重物，采用转速反，匀速下放重物，采用转速反向的反接制动，电枢回路应串入的电阻值是多少？该电阻上的向的反接制动，电枢回路应串入的电阻值是多少？该电阻上的功率损耗是多少功率损耗是多少？ 负载同题负载同题，采用反向回馈制动运行，电枢回路不串电阻，采用反向回馈制动运行，电枢回路不串电阻，电动机转速是多少电动机转速是多少？ NaII2maxNLTT9 . 0VUKWPNN220,22min/1500,