直流电动机的拖动

1、课 程 介 绍 课程性质：本课程是电气类专业的技术基础课，是一门既有基础性又有专业性的课程。 课程任务：掌握电机基本结构和工作原理，以及 拖动系统的运行性能、分析计算、电机选择及试验方法，培养在电机及电力拖动方面分析和解决问题的能力，为今后学习和工作打下坚实的基础。 第二章 直流电动机的电力拖动主要内容 本章主要分析直流电机拖动系统的运动方程、机械特性、启动、调速及制动的原理及方法。第二章 直流电动机的电力拖动 第一节第一节 电力拖动系统的动力学基础电力拖动系统的动力学基础 电力拖动电力拖动系统是指由各种电动机作为原动系统是指由各种电动机作为原动机，拖动各种生产机械，完成一定生产任务机，拖动各

2、种生产机械，完成一定生产任务的系统。的系统。 电源电源控制设备控制设备电动机电动机传动和工作机构传动和工作机构直流电动机的电力拖动 一、单轴电力拖动系统的运动方程式一、单轴电力拖动系统的运动方程式 最简单的电力拖动系统是电动机转轴与生产最简单的电力拖动系统是电动机转轴与生产机械的工作机构直接相连，称为机械的工作机构直接相连，称为单轴单轴电力拖动电力拖动系统系统生产机械电动机TTLT：电磁转矩：电磁转矩 TL：负载转矩：负载转矩 直流电动机的电力拖动T：电磁转矩；电磁转矩； TL：负载转矩负载转矩,N.m J：电动机轴上的总转动惯量，电动机轴上的总转动惯量，kg.m2单轴电气传动的动力学方程式为

3、：单轴电气传动的动力学方程式为：dtdJTTL-直流电动机的电力拖动m：系统转动部分的质量，系统转动部分的质量，Kg4DgGmJ60n222直流电动机的电力拖动dtdn375GDTT2L-（T-TL）为动转矩（T-TL）=0 系统处于恒转速运行的稳态（T-TL）0 系统处于加速运行过程（T-TL）0 系统处于减速运行过程直流电动机的电力拖动 在电力拖动系统中，由于生产机械负载类型的不同，电动机的运行状态也发生变化。即电动机的电磁转矩并不都是驱动性质的转矩，生产机械的负载转矩也并不都是阻转矩，它们的大小和方向都可能随系统运行状态的不同而发生变化。 规定电动机处于电动状态时的旋转方向为转速n的正方

4、向。电动机的电磁转矩T与转速n的正方向相同时为正，相反时为负；负载转矩TL与转速n的正方向相反时为正，相同时为负； 的正负由T和TL的代数和决定。 tndd直流电动机的电力拖动 实际的拖动系统，电动机和工作机构之间由若干级传动齿轮或其他传动机件联接。这样通过一套传动机构，才能使电动机的转速n变换成工作机构所需要的转速nL，这种系统我们称为多轴系统。 （a）实际的多轴系统；（）实际的多轴系统；（b）等效的单轴系统）等效的单轴系统直流电动机的电力拖动 多轴系统由于电机的转速和生产机械的转速不同，需通过折算来分析。同样平移机械和升降机械也需折算来解决。 电气传动系统转速是在一定范围内变化的，要解决整

5、个生产过程中的速度问题，必须要了解负载的机械特性，同时要考虑电动机的机械特性与负载的机械特性的稳定性关系。直流电动机的电力拖动二、生产机械的负载特性 负载的机械特性负载的机械特性就是生产机械的负载就是生产机械的负载特性。它表示同一转轴上转速与负载转矩之特性。它表示同一转轴上转速与负载转矩之间的函数关系，即间的函数关系，即n=f (TL)。 直流电动机的电力拖动（一）恒转矩负载特性恒转矩负载特性 它的机械特性的它的机械特性的特点特点是：负载转矩是：负载转矩TL的大小与转速的大小与转速n无关，即无关，即当转速变化时，负当转速变化时，负载转矩保持常数载转矩保持常数。根据负载转矩的方向是否。根据负载转

6、矩的方向是否与转向有关，恒转矩负载又分为反抗性恒转与转向有关，恒转矩负载又分为反抗性恒转矩负载和位能性恒转矩负载两种。矩负载和位能性恒转矩负载两种。 直流电动机的电力拖动（1）反抗性恒转矩负载反抗性恒转矩负载 这类负载的这类负载的特点特点是：负载转矩的大小恒定不变，是：负载转矩的大小恒定不变，而负载转矩的方向总是与转速的方向相反，即而负载转矩的方向总是与转速的方向相反，即负载负载转矩始终是阻碍运动的转矩始终是阻碍运动的。 直流电动机的电力拖动 桥式起重机的行走机构的行走车轮，在轨道上的摩擦力总是和运动方向相反的。b图为对应的机械特性曲线，显然，反抗性恒转矩负载特性位于第一和第三象限内。 直流电

7、动机的电力拖动（2）位能性恒转矩负载位能性恒转矩负载 这类负载的特点是：不仅负载转矩的大小恒定不变，而且负载转矩的方向也不变。属于这一类的负载有起重机的提升机构 直流电动机的电力拖动 负载转矩是由重力作用产生的，无论起重机是提升重物还是下放重物，重力作用方向始终不变。图b为对应的机械特性曲线，显然位能性恒转矩负载特性位于第一与第四象限内。 直流电动机的电力拖动（二）恒功率负载特性恒功率负载特性 恒功率负载的特点是：负载转矩与转速的乘积为一常数 ,成反比。常数n602JJPLLLJL与n成反比 ，机械特性是一条双曲线 直流电动机的电力拖动（三）转矩随转速而变的其它负载特性转矩随转速而变的其它负载

8、特性 负载转矩与转速的平方成正比，即TLkn，其中k是比例常数。负载特性是一条抛物线 。 实际的负载转矩特性往实际的负载转矩特性往往是几种典型特性的综往是几种典型特性的综合。如实际的鼓风机除合。如实际的鼓风机除了主要是通风机负载特了主要是通风机负载特性外，轴上还有一定的性外，轴上还有一定的摩擦转矩。摩擦转矩。直流电动机的电力拖动第二节 他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性 直流电动机的机械特性直流电动机的机械特性是指电动机在电枢电是指电动机在电枢电压，励磁电流、电枢回路电阻为恒定值的条件下，压，励磁电流、电枢回路电阻为恒定值的条件下，即电动机处于稳定运行时，电动机的转速即电动机处于

9、稳定运行时，电动机的转速n与电与电磁转矩磁转矩T之间的关系：之间的关系：n=f(T)。 一、机械特性方程直流电动机的电力拖动 以他励电动机为例，电动机的电压方程 aaRIEU将电枢电动势和电磁转矩的公式代入 nCEeaaTICT0n称为理想空载转速称为理想空载转速(T0=0)实际空载转速实际空载转速020TCCRCUnTeennTnTCCRCUn002Tee为机械特性的斜率为机械特性的斜率直流电动机的电力拖动二、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 他励直流电动机的固有机械特性是指：在电源电压他励直流电动机的固有机械特性是指：在电源电压U=

10、UN，气隙磁通气隙磁通=N，电枢外串电阻电枢外串电阻Rs=0时，时，n=(T)的的机械特性，其数学表达式为：机械特性，其数学表达式为： 式中式中 称为斜率，称为斜率，nN为额定负载时的转速为额定负载时的转速降。降。NNNTeaNeNnnTnTCCRCUn0022NTeaNCCR直流电动机的电力拖动一般计算理想空载点（一般计算理想空载点（T=0，n=n0）和额定运行点（和额定运行点（T=TN，n=nN）的）的数据来绘制。数据来绘制。 直流电动机的电力拖动 他励直流电动机固有机械特性是一条过理想他励直流电动机固有机械特性是一条过理想空载点（空载点（n=n0，T=0）斜率很小的特性曲线。当空斜率很小

11、的特性曲线。当空载转矩为载转矩为T0时，实际空载转速为时，实际空载转速为n0（由于存在空（由于存在空载损耗）。载损耗）。直流电动机的电力拖动 转速降转速降n=n0n=T是电动机在某一定负载和电枢电是电动机在某一定负载和电枢电路电阻时理想空载转速与实际转速之差。在转矩一定时，路电阻时理想空载转速与实际转速之差。在转矩一定时，与机械特性的斜率与机械特性的斜率成正比；在机械特性的斜率成正比；在机械特性的斜率一定时一定时（电动机磁通（电动机磁通和电枢电路电阻一定时），负载越大，转和电枢电路电阻一定时），负载越大，转速降越大。速降越大。通常称通常称大的机械特性为大的机械特性为“软软”特性，而特性，而小的

12、特小的特性为性为“硬硬”特性。特性。 直流电动机的电力拖动（二）人为机械特性（二）人为机械特性 每台电动机只有一条固有机械特性，当改变每台电动机只有一条固有机械特性，当改变电气参数（电气参数（U=UN，=N，R=Ra），所得到的机），所得到的机械特性，称为人为机械特性。械特性，称为人为机械特性。（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U=UN，=N，在电枢回路中串入电阻，在电枢回路中串入电阻Rs。直流电动机的电力拖动式中式中 称为人为特性的斜率，当改变外串电阻称为人为特性的斜率，当改变外串电阻RS的大小，可的大小，可得到一簇人为特性曲线，如图所示。得到一簇人为特性曲线，如图

13、所示。2NTeSaCCRR直流电动机的电力拖动特性的特点是：特性的特点是： 理想空载点理想空载点n0与固有机械特性的相同；与固有机械特性的相同； 斜率斜率随外串电阻随外串电阻RS的增大而增大，使特性变软。的增大而增大，使特性变软。电枢回路串电阻时的人为机械特性可用于电机起动和电枢回路串电阻时的人为机械特性可用于电机起动和调速。调速。 直流电动机的电力拖动（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=N，R=Ra ，降低电枢电压。，降低电枢电压。TCUTCCRCUnNNeNTeaNe2直流电动机的电力拖动特性的特点是：特性的特点是： 斜率不变，对应不同电压的人为特性互相斜率不

14、变，对应不同电压的人为特性互相平行。平行。 理想空载转速与电枢电压理想空载转速与电枢电压U成正比。成正比。直流电动机的电力拖动（3）减弱励磁磁减弱励磁磁通通时的人为特性时的人为特性 一般电动机在额定磁通下运行时，电机磁路一般电动机在额定磁通下运行时，电机磁路已接近饱和。因此只能是减弱磁通。通过增大励已接近饱和。因此只能是减弱磁通。通过增大励磁回路中串联电阻，减小励磁电流，从而减小磁磁回路中串联电阻，减小励磁电流，从而减小磁通通保持保持U=UN，R=Ra ，减弱磁通时的人为特性，减弱磁通时的人为特性TCCRCUnTeaeN2直流电动机的电力拖动特性的特点是：特性的特点是： 磁通减弱会使磁通减弱会

15、使n0升高，升高，n0与与成反比。成反比。 磁通减弱会使斜率磁通减弱会使斜率加大，加大，成成2反比。反比。 人为机械特性是一族直线，但既不平行，人为机械特性是一族直线，但既不平行， 又非放射形。磁通减弱时，特性上移，而且又非放射形。磁通减弱时，特性上移，而且变软。变软。 直流电动机的电力拖动 三、电力拖动系统稳定运行条件（一）电力拖动系统稳定运行的概念（一）电力拖动系统稳定运行的概念 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，则系统是稳定的，否则系统是不稳

16、定的。直流电动机的电力拖动dtdn375GDTT2L-生产机械电动机TnTL 系统稳定运行的必要条件：n不变，T=TL ，但不充分。Tn0TLn0A负载转矩特性电动机机械特性 0tnddn不变稳定运行时，直流电动机的电力拖动 拖动系统稳定运行的必要和充分条件是： 1电动机的机械特性与生产机械的负载特性有交点，即存在 ； 2在交点所对应的转速之上（ ），应保证（ 使电动机减速）；而在这一转速之下（ ），则要求（ 使电动机加速）。直流电动机的电力拖动稳定的系统稳定的系统不稳定的系统不稳定的系统直流电动机的电力拖动 第三节第三节 直流电动机的启动直流电动机的启动 电动机的启动是指电动机接通电源后，由

17、电动机的启动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。静止状态加速到稳定运行状态的过程。启动瞬间（启动瞬间（n=0)，启动转矩和启动电流分，启动转矩和启动电流分别为：别为：aNststTstRUIICT直流电动机的电力拖动 由于电枢电阻Ra很小，所以直接起动电流将达到额定电流的1020倍。这样大的电流会使电动机换向困难，甚至产生环火烧坏电机。另外过大的起动电流会引起电网电压下降，影响电网上其他用户的正常用电。因此，必须把起动电流限制在一定的范围内（除极小容量电动机外，不允许直接起动）。 只有电动机的启动转矩大于负载转矩，系统才能获得一定的加速度而很快起动起来。因此要求电动机起动

18、时应有足够大的起动转矩，起动转矩越大，起动时间就越短。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电枢回路串电阻起动或降低电枢电压起动。不论是哪一种起动方法，起动时都应保证电动机的磁通达到最大值。这是因为在同样的起动电流下，大则Tst大；而在同样的起动转矩下， 大则启动电流就可以小一些。直流电动机的电力拖动 一一、电枢电路串电阻启动电枢电路串电阻启动 电枢电路串电阻启动需要在启动过程中，将启电枢电路串电阻启动需要在启动过程中，将启动电阻分段切除。动电阻分段切除。 电动机起动前，应使励磁电路的调节电阻为电动机起动前，应使励磁电路的调节电阻为零，励磁电流达到最大值，以保证磁通最大

19、。零，励磁电流达到最大值，以保证磁通最大。 电枢利用接触器电枢利用接触器KMKM接入电网，启动电阻利用接入电网，启动电阻利用接触器的触点来切除。接触器的触点来切除。 启动过程：三级电阻启动时电动机的电路原理图和机械特性为：三级电阻启动时电动机的电路原理图和机械特性为：3321RRRRRstststaLLIT22IT11ITIT0nabn1221RRRRststa1ncd211RRRsta2nef3aRNngh3nMaRKM1KMU1stR2stR3stR2KM3KM直流电动机的电力拖动二、降压方法二、降压方法 降低直流电动机的电枢电压，同样可以减小启动电流。降低直流电动机的电枢电压，同样可以减

20、小启动电流。当直流电源电压可调时，就应选择降压起动。启动时，当直流电源电压可调时，就应选择降压起动。启动时，以较低的电源电压启动电动机，启动电流便随电压的降以较低的电源电压启动电动机，启动电流便随电压的降低而成正比减小。随着电动机转速的上升，反电动势逐低而成正比减小。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，使启动电流和启动转矩渐增大，再逐渐提高电源电压，使启动电流和启动转矩保持在一定的数值上，从而保证电动机按需要的加速度保持在一定的数值上，从而保证电动机按需要的加速度升速。升速。 电压调节，现已逐步被晶闸管可控整流电源所取代。电压调节，现已逐步被晶闸管可控整流电源所取代。这

21、种启动方法需要专用电源，投资较大大但启动电流小，这种启动方法需要专用电源，投资较大大但启动电流小，启动转矩容易控制，启动平稳启动能耗小，是一种较好启动转矩容易控制，启动平稳启动能耗小，是一种较好的启动方法。的启动方法。 直流电动机的电力拖动 第四节第四节 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速 为了改变拖动系统的运行速度，一般可采用为了改变拖动系统的运行速度，一般可采用两种方法：一种是不改变电动机的速度，通过改两种方法：一种是不改变电动机的速度，通过改变电动机与生产机械之间传动装置的速比来达到变电动机与生产机械之间传动装置的速比来达到调速的目的，工程上称为机械调速。另一种方法调速的目的，工程

22、上称为机械调速。另一种方法是用改变电动机的参数来达到改变电动机运行速是用改变电动机的参数来达到改变电动机运行速度，工程上称为电气调速。除了单独应用上述两度，工程上称为电气调速。除了单独应用上述两种调速方法外，生产中有时也将机械调速和电气种调速方法外，生产中有时也将机械调速和电气调速配合起来以满足调速要求。调速配合起来以满足调速要求。 直流电动机的电力拖动 这里所讲的调速是指在任一负载下（负载保这里所讲的调速是指在任一负载下（负载保持不变），用人为的办法，改变电动机的参数，持不变），用人为的办法，改变电动机的参数，以得到不同的人为机械特性，使负载的工作点发以得到不同的人为机械特性，使负载的工作点

23、发生变化，转速随之变化。至于电机拖动系统由负生变化，转速随之变化。至于电机拖动系统由负载变化而引起的速度变化，不属调速内容。载变化而引起的速度变化，不属调速内容。 与人为机械特性对应，他励直流电动机的调与人为机械特性对应，他励直流电动机的调速方法有三种：速方法有三种：（1）改变串入电枢回路电阻；（）改变串入电枢回路电阻；（2）改变电枢供）改变电枢供电电压；（电电压；（3）改变磁通。）改变磁通。 直流电动机的电力拖动一、评价调速方法的主要指标一、评价调速方法的主要指标（一）调速范围（一）调速范围调速范围是指电动机在额定负载下（电枢电流保调速范围是指电动机在额定负载下（电枢电流保持额定值不变），可

24、能达到的最高转速与最低转持额定值不变），可能达到的最高转速与最低转速之比速之比 minmaxnnD 电动机的最高转速受到电动机的机械强度、换向电动机的最高转速受到电动机的机械强度、换向条件、电压等级方面的限制，而最低转速则受到条件、电压等级方面的限制，而最低转速则受到低速运行时转速的相对稳定性的限制。低速运行时转速的相对稳定性的限制。 直流电动机的电力拖动（二）调速的稳定性（二）调速的稳定性 调速的稳定性是指负载转矩发生变化时，使调速的稳定性是指负载转矩发生变化时，使电动机转速随之变化的程度。工程上常用静差率电动机转速随之变化的程度。工程上常用静差率来衡量。所谓静差率是指电动机在某一机械特性来

25、衡量。所谓静差率是指电动机在某一机械特性上运行时，在额定负载下的转速降上运行时，在额定负载下的转速降n和对应的和对应的机械特性的理想空载转速机械特性的理想空载转速n0之比之比 %100nn%100nnn0N0N0 静差率越小，转速的相对稳定性越好，负载波动时，转速变化也小。直流电动机的电力拖动静差率与以下两个因素有关：1）当 n0一定时，机械特性越硬，n越小，静差率越小。2）机械特性硬度一定时，n0越高，静差率越小。直流电动机的电力拖动（三）调速的平滑性（三）调速的平滑性 调速时，相邻两级转速的接近程度叫做调速调速时，相邻两级转速的接近程度叫做调速的平滑性。可用平滑系数来表示：的平滑性。可用平

26、滑系数来表示：1iinn值越接近1，则平滑性越好，当 =1时，称为无级调速。即转速是连续可调的。 直流电动机的电力拖动（四）调速的经济性（四）调速的经济性 经济性包含两方面的内容，一是指调速所需经济性包含两方面的内容，一是指调速所需的设备投资和调速过程中的能量损耗，另一方面的设备投资和调速过程中的能量损耗，另一方面是指电动机在调速时能否得到充分利用，也就是是指电动机在调速时能否得到充分利用，也就是在调速过程所能输出的功率和转矩。在调速过程所能输出的功率和转矩。直流电动机的电力拖动二、调速方法二、调速方法 （一）改变串入电枢回路电阻调速（一）改变串入电枢回路电阻调速 保持UUN且 N不变，电枢回

27、路中串入调速电阻，使同一个负载得到不同转速的方法， 称为电枢串电阻调速。 串入电枢回路的电阻越大 ， 转速越低。T0TLnRaAn0nn1n2Ra+R1Ra+R2A1A2R1R2直流电动机的电力拖动 电机运行于固有机械特性上的转速称为基速。电枢回路串电阻调速的方向 只能从基速往下调。 电枢串电阻调速如拖动恒转矩负载，Ia与n无关( Ia=TL/CTN )。 转速越低，串电阻越大，损耗越大（ IaRa） T0TLnRaAn0nn1n2Ra+R1Ra+R2A1A2R1R2直流电动机的电力拖动T0TLnRaAn0nn1n2Ra+R1Ra+R2A1A2R1R2 串电阻越大，机械特性越软。低速运行时，当

28、负载变动时，转速变化大，转速稳定性差。 Ia大，R容量大，不易实现R值连续调节。调速为多节调速，一般为六级调速。 直流电动机的电力拖动（二）降低电枢供电电压调速（二）降低电枢供电电压调速 保持励磁电压（他励）和电枢电阻不变，在一定TL下，加不同的电压可得到不同的转速。UN突变为U1的调速过程：当电源为额定值时，转速nN；降低至U1，机械特性变为U1，速度不能突变，工作点移到A；TTL，减速，工作点沿机械特性曲线到A1点，T=TL，电动机转速稳定在n1，n1U1U2 U3 U1n01U2n02U3n03A(n)TLA1(n1)A2(n2)A3(n3)A直流电动机的电力拖动 同理降低电源电压调速如

29、拖动恒转矩负载，Ia与n无关。 降低U，n0降低， Ia 与Ra不变，损耗不变。机械特性硬度不变。 低速运行时，转速随负载变化的幅度小，转速稳定性好。 U连续变化时，转速也连续变化，无级调速。比电枢串电阻调速要平滑的多，是直流电力拖动系统广泛采用的调速方式。直流电动机的电力拖动（三）减弱电动机的磁通调速（三）减弱电动机的磁通调速 他励和并励电动机改变磁通方法比较简单，在励磁电路串联调节电阻来改变励磁电流，从而达到改变磁通的目的。由于电动机额定运行时，磁路已经饱和，增磁调速效果不大，通常是在额定磁通下减弱磁通调速。减弱磁通的人为机械特性的理想空载转速与磁通成反比，转速降则与磁通的平方成反比。 直

30、流电动机的电力拖动 调速前，电动机在=N的固有特性上A点运行，其转速为nN，电枢电流为IN 当增加励磁电路调节电阻时，磁通减小，电动机的反电动势随之减小，虽然反电动势和磁通减小不多，由于电枢内电阻很小，电枢电流将急剧增加。 直流电动机的电力拖动 在此瞬间，由于系统的机械惯性，电动机的转速不能突变，电枢电流和电磁转矩因磁通的减小而增大。这时运行点固有特性的A点过渡到人为特性上的A点，电动机的转速开始上升。 转速上升的同时，反电动势随之增大，使得电枢电流及电磁转矩减小，工作点沿AB方向移动，当到达B点，出现了新的平衡。直流电动机的电力拖动 弱磁调速优点： 励磁回路的电流小调节空制方便，能量损耗小，

31、调速平滑。 缺点：机械特性斜率大，特性变软；调速范围小。（ 1.22倍） 通常把调压和弱磁调速结合起来，以扩大调速范围。直流电动机的电力拖动第五节第五节 直流电动机反转和制动直流电动机反转和制动 一、直流电动机的反转一、直流电动机的反转 在生产实际中，许多生产机械要求电动机在生产实际中，许多生产机械要求电动机做正、反转运行。例如：直流电动机拖动龙做正、反转运行。例如：直流电动机拖动龙门刨床的工作台往复运动；矿井卷扬机的上门刨床的工作台往复运动；矿井卷扬机的上下运动，起重机的升、降等。下运动，起重机的升、降等。 直流电动机的电力拖动 要改变电磁转矩的方向，从理论上讲，一是要改变电磁转矩的方向，从

32、理论上讲，一是保持电动机励磁电流方向（磁场方向）不变而改保持电动机励磁电流方向（磁场方向）不变而改变电枢电流方向，即改变电枢电压极性。二是保变电枢电流方向，即改变电枢电压极性。二是保持电枢电压极性不变而改变励磁电流方向。注意，持电枢电压极性不变而改变励磁电流方向。注意，同时改变电枢电流和励磁电流的方向，电动机的同时改变电枢电流和励磁电流的方向，电动机的转向不变。转向不变。 aTICT直流电动机的电力拖动 改变电动机转向应用最多的是改变电枢电流改变电动机转向应用最多的是改变电枢电流的方向，原因是励磁绕组匝数多，电感较大，切的方向，原因是励磁绕组匝数多，电感较大，切换励磁绕组时会产生较大的自感电压

33、，危及励磁换励磁绕组时会产生较大的自感电压，危及励磁绕组的绝缘。另一方面，励磁电流的反向过程比绕组的绝缘。另一方面，励磁电流的反向过程比电枢电流反向要慢得多，影响系统快速性。所以电枢电流反向要慢得多，影响系统快速性。所以改变励磁电流方向只用于正反转不太频繁的大容改变励磁电流方向只用于正反转不太频繁的大容量系统。量系统。 直流电动机的电力拖动 假设接触器触点KM1闭合（KM2断开），电动机为正转状态运行。现将触点KM2闭合（KM1断开），这时加到电枢绕组两端的电源电压极性便和正转运行时相反。因磁场方向不变，这时电枢电流变为负值（与正转时相反），电磁转矩的方向 也随之改变（中间经制动、起动），最后

34、电动机以反向状态运行。 直流电动机的电力拖动二、直流电动机的制动二、直流电动机的制动 在电力拖动系统中，有时需要电动机快速在电力拖动系统中，有时需要电动机快速停车或者由高速运行迅速转为低速运行，这停车或者由高速运行迅速转为低速运行，这时就需要对电动机进行制动。时就需要对电动机进行制动。直流电动机的电力拖动电动机的制动方法：电动机的制动方法：断开电源断开电源 自由停车：停车时间长，不易控自由停车：停车时间长，不易控制制抱闸抱闸机械制动：有机械磨损，不易控制机械制动：有机械磨损，不易控制能耗制动能耗制动反接制动反接制动 电气制动：无机械磨损，易控制电气制动：无机械磨损，易控制回馈制动回馈制动直流电

35、动机的电力拖动 对电动机的制动有以下的要求：对电动机的制动有以下的要求：（1）制动转矩要足够大，制动电流不超过电动机换向和发热）制动转矩要足够大，制动电流不超过电动机换向和发热所允许的数值（可仿照起动电流选取）；所允许的数值（可仿照起动电流选取）；（2）制动过程要平滑，有的生产机械（如载人电梯）制动时，）制动过程要平滑，有的生产机械（如载人电梯）制动时，要求电动机的转速均匀降低，当采用分级制动时，要求相邻要求电动机的转速均匀降低，当采用分级制动时，要求相邻的两级转速差要小，即平滑性好；的两级转速差要小，即平滑性好；（3）能按生产工艺的要求，准确、可靠地停止在预定位置，）能按生产工艺的要求，准确

36、、可靠地停止在预定位置，或将转速限定到指定值；或将转速限定到指定值；（4）制动过程中能量的损耗及设备投资要少，即经济性好）制动过程中能量的损耗及设备投资要少，即经济性好（5）制动时间要符合制动要求，一般来说，制动越快越好，）制动时间要符合制动要求，一般来说，制动越快越好，但要考虑电动机及传动机构所允许的条件。但要考虑电动机及传动机构所允许的条件。 U电动MaEaInTfIS制动BRaBIBT 在电动状态，电枢电流、电枢电动势、在电动状态，电枢电流、电枢电动势、转速及驱动性质的电磁转矩如图所示。转速及驱动性质的电磁转矩如图所示。需要制动时需要制动时,将开关将开关S S投向制动电阻投向制动电阻 上

37、即可。上即可。BR 制动运行时，电机靠生产机械的惯性力制动运行时，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的拖动而发电，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。成电能，消耗在电阻上，直到电机停止转动。直流电动机的直流电动机的电力拖动电力拖动（一）（一） 能耗制动能耗制动 由于惯性，电枢保持原来方向继续旋转，由于惯性，电枢保持原来方向继续旋转，电动势电动势 方向不变。由方向不变。由 产生的电枢电流产生的电枢电流 的方向与电动状态时的的方向与电动状态时的 方向相反方向相反,对应的电对应的电磁转矩磁转矩 与与 方向相反方向相反,为制动性质为制动性质,电机处

38、电机处于制动状态。于制动状态。aEaEaBIaIBTT能耗制动时的机械特性为：能耗制动时的机械特性为：TTCCRRnNTeBa02BaRR CBn0naRA0LTT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,稳定稳定工作点工作点直流电动机的直流电动机的电力拖动电力拖动 但制动电阻越小，制动电流越大。选择制动电阻的原则是但制动电阻越小，制动电流越大。选择制动电阻的原则是NBaaaBIIRREI)5 . 22(max 改变制动电阻改变制动电阻 的大小

39、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,特性曲线特性曲线的斜率越小的斜率越小,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。而下放负载的速度越小。BRBR即：即：aNaBRIER)5 . 22(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。aE直流电动机的直流电动机的电力拖动电力拖动直流电动机的电力拖动能耗制动的功率关系:1）输入电功率为0，输出电功率也为0；2）高速运转的机械动能通过PM，变为电功率全部消耗在Ra+RB上。Ia2(Ra+RB)|PM

40、|P2|p03) 制动瞬间Ia与（Ra+RB) 成反比， Ia大停车快。但Ia过大换向困难。amaxaaminRIER直流电动机的电力拖动 电机实际处于发电机发电机运行状态，将转动部分的动能转换成电能消耗在电阻和电枢回路的电阻上，所以称为能耗制动能耗制动。 能耗制动的接线和操作都比较简单，不需从电网能耗制动的接线和操作都比较简单，不需从电网输入电功率，因而比较经济。而且用这种方法实现停输入电功率，因而比较经济。而且用这种方法实现停车比较准确。但也存在着一定的缺点，随着转速的下车比较准确。但也存在着一定的缺点，随着转速的下降，制动电流和制动转矩也随之减小，制动效果变差。降，制动电流和制动转矩也随

41、之减小，制动效果变差。若为了使电机能更快地停转，可以在转速降到一定程若为了使电机能更快地停转，可以在转速降到一定程度时，切除一部分制动电阻（二级能耗制动），使制度时，切除一部分制动电阻（二级能耗制动），使制动转矩增大，加强制动作用，也可以与机械制动配合动转矩增大，加强制动作用，也可以与机械制动配合使用。使用。 （二） 反接制动 电压反接制动时接线如图所示。（1）电压反接制动 U电动MaEaInTfIS制动BRaBIBT 开关S投向“电动”侧时，电枢接正极电压，电机处于电动状态。进行制动时，开关投向“制动”侧，电枢回路串入制动电阻 后，接上极性相反的电源电压，电枢回路内产生反向电流：BRBaaB

42、aaaBRREURREUI 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电压反接制动。直流电动机的直流电动机的电力拖动电力拖动机械特性为：TnTCCRRCUnNTeBaNeN02曲线如图中 所示。BCBaRR CBn0naRA0LTTLT0nD工作点变化为： 。CBA制动过程中, 、 、 均为负，而 、 为正。UaITnaE01aUIP022TTP0aamIEP,表明电机从电源吸收电功率；,表明电机从轴上吸收机械功率;,表明轴上输入的机械功率转变为电枢回路电功率。 可见,反接制动时,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。直流电动机的直流电动机的电力拖动电力拖动 拖动反抗性恒转矩负载正向电动状态在A点运行，反接电源瞬间n不能突变，运行在反接特性的B点；-n0naAT