第3章 直流电机电力拖动_hq

1、第第3 3章章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动图3.1 典型电力拖动系统的组成框图v电力拖动系统的基本问题，包括：电力拖动的动力学方程式及相关问题、电力拖动系统的稳定运行条件；v各类典型机械的负载转矩特性； v由他励直流电动机组成电力拖动系统的起、制动与调速方法及分析。 内容简介3.1 电力拖动系统的动力学方程式A、单轴电力拖动系统的动力学方程式图3.2 单轴电力拖动系统的示意图单轴电力拖动系统的动力学方程式可由下式给出：dtdJTTLem(3-1)其中，转动惯量 由下式给出：JgGDDgGmJ44222(3-2)考虑到机械角速度 与转速 之间的关系： ，于是有：60/2 n2375em

2、LGD dnTTdt(3-3)对于实际电力拖动系统，考虑到（1）电机可能正、反转运行；（2）电机可能运行在电动机或发电机运行状态；（3）负载转矩也可能由上升过程中的制动性变为下降过程中的驱动性转矩。因此，使用上式时需注意正、负号问题。正负号一般按如下惯例选取正负号一般按如下惯例选取：（1 1）首先取转速的方向为正方向；）首先取转速的方向为正方向；（2 2）对于电磁转矩，若与相同，则取）对于电磁转矩，若与相同，则取“+”+”；反之，若与方；反之，若与方 向相反，则取向相反，则取“-”-”；（3 3）对负载转矩而言，若与方向相反，则取）对负载转矩而言，若与方向相反，则取 “ “+”+”；方向相；方

3、向相 同则取同则取“-”-”；根据上述正负号选取规则，式（根据上述正负号选取规则，式（3-33-3）运算结果存在下列三种情况：）运算结果存在下列三种情况：1.1.若若 时，则时，则 = =常值，系统稳态运行；常值，系统稳态运行；2.2.若若 时，则时，则 ，电机处于加速状态；，电机处于加速状态；3.3.若若 时，则时，则 ，电机处于减速状态。，电机处于减速状态。 emLTTnemLTT0dndtemLTT0dndt 考虑到对实际的大多数拖动系统而言，在电机和生产机械之间存在诸如减速箱、皮带等传动机构，构成了所谓的多轴拖动系统多轴拖动系统。在使用式（3-3）时需进行多轴系统到单轴系统的折算，具体

4、折算方法介绍如下： B、多轴电力拖动系统的折算a a、折算的概念、折算的概念 图3.3 多轴电力拖动系统的简化折算的原则是：确保折算前后系统所传递的功率或系统储存的动能折算的原则是：确保折算前后系统所传递的功率或系统储存的动能不变。不变。b b、折算的方法、折算的方法 机械机构的转矩折算机械机构的转矩折算 折算时需考虑电动机和生产机械的工作状态。现分析如下： （1）当电动机驱动机械负载电动机驱动机械负载时，传动机构的损耗是由电动机承担的。于是有：LtLLTT根据上式，折算后的负载转矩为：()()LLLLtttLLTTTTnjn（3-4）式中， 为传动机构总的转速比； 为工作机构输出轴的机械角速

5、度； 为工作机构的实际负载转矩； 为传动机构的总效率。 LnjnLLTt（2）当生产机械驱动电动机生产机械驱动电动机时，传动机构的损耗是由生产机械承担的。于是有：LLLtTT 根据上式，折算后的负载转矩为：()LtLtLLTTTj（3-5）2）直线作用力的折算直线作用力的折算折算时同样应考虑功率的流向问题。图3.4给出了电机拖动起重机负载实现升降运动的示意图。 图3.4 电机带动起重机负载的示意图（1）当重物提升时，传动机构的损耗自然由电动机承担。于是有：LtLLTF v又 ，则上式变为：260n 609.552LLLLLttF vF vTnn （3-6）（2）当重物下放时，传动机构的损耗由工

6、作机构承担。于是有：LLLtTF v 式中， 为重物提升时传动机构的效率。t将角速度与转速的关系代入上式得：609.552LLtLLtLF vF vTnn（3-7）式中， 为重物下放时传动机构的效率。t 重物下放时传动机构的效率 与同一重物提升时传动机构的效率 之间满足下列关系式：tt12tt （3-8）3）惯量与飞轮矩惯量与飞轮矩 的折算的折算2GD按照折算前后系统储存的动能保持不变的原则，于是有：2222211221111122222MLLJJJJJ （3-9）则折算后的转动惯量为：2221212LMLJJJJJ（）（）（）将 代入上式，则折算后的飞轮矩为： 24GDJg222221122

7、12()()()LLMLG DG DG DGDGDnnnnnn即：222221122222112()LLMG DG DG DGDGDjj jj（3-10）4）直线运动的质量折算直线运动的质量折算按照折算前后储存的动能保持不变的原则，有：221122MLLJm v 将 ， 代入上式，则有：24MMGDJg （）260n 22222260()()365LLLLMG vG vGDnn （3-11） 通过上述折算，便可以将多轴拖动系统（包括旋转及直线运动）折算为单轴拖动系统。然后借助于单轴拖动系统的动力学方程式对多轴拖动系统的静、动态问题进行分析研究。3.2 各类生产机械的负载转矩特性定义： 生产机械

8、的负载转矩与转速之间的关系 即为生产机生产机械的负载转矩特性械的负载转矩特性，它与电动机的机械特性相对应。()Lnf T大多数生产机械可归纳为： A、恒转矩负载的转矩特性、恒转矩负载的转矩特性特点： 负载转矩不受转速变化的影响。在任何转速下，负载转矩总是保持恒定或大致恒定。 反抗性恒转矩负载的转矩特性如图3.6所示。图3.6 反抗性恒转矩负载的转矩特性 由图由图3.63.6可见，反抗性恒转矩负载的转矩与转速的方向总是相反，可见，反抗性恒转矩负载的转矩与转速的方向总是相反，亦即负载转矩总是阻碍电机的运动。亦即负载转矩总是阻碍电机的运动。 位能性恒转矩负载的转矩特性如图3.7所示。图3.7 位能性

9、恒转矩负载的转矩特性 由图由图3.73.7可见，位能性恒转矩负载的转矩不随转速方向的改变而可见，位能性恒转矩负载的转矩不随转速方向的改变而改变。无论电机正、反转，负载转矩始终为单一方向。改变。无论电机正、反转，负载转矩始终为单一方向。B、风机与泵类负载的转矩特性、风机与泵类负载的转矩特性特点：2LTKn图3.8给出了通风机类负载的转矩特性。图3.8 通风机类负载的转矩特性C、恒功率负载的转矩特性、恒功率负载的转矩特性特点：1LTkn图3.9给出了恒功率负载的转矩特性。图3.9 恒功率负载的转矩特性 实际生产机械大都是上述典型负载特性的组合。如实际的通风机负载转矩特性可表示为：20LTTKn（3

10、-13）上式可用图3.10所示曲线表示之。图3.10 实际通风机的转矩特性 对于机床的刀架平移机构，其特性为反抗性恒转矩负载特性、通风机类负载特性的组合，且低速时负载转矩加大3.3 电力拖动系统的稳定运行条件 A、电力拖动系统的稳态运行点定义：定义： 根据根据 可知，当可知，当 时，则时，则 = = 常值。若将电动常值。若将电动机的机械特性与负载的转矩特性绘制在同一坐标平面上，则两条曲机的机械特性与负载的转矩特性绘制在同一坐标平面上，则两条曲线的交点必为电力拖动系统的线的交点必为电力拖动系统的稳态运行点稳态运行点（见下图）。（见下图）。 2375emLGD dnTTdtemLTTn图3.12

11、电力拖动系统的稳态运行点B、电力拖动系统的稳定运行条件 定义：定义： 对于稳态运行的电力拖动系统，若受到外部扰动（如电网电对于稳态运行的电力拖动系统，若受到外部扰动（如电网电压的波动，负载转矩的变化等）后系统偏离原来的稳态运行点。一压的波动，负载转矩的变化等）后系统偏离原来的稳态运行点。一旦干扰消除，系统能够恢复到原来的稳态运行点，则称旦干扰消除，系统能够恢复到原来的稳态运行点，则称系统是稳定系统是稳定的的；否则，；否则，系统是不稳定的系统是不稳定的。 图3.13说明了电力拖动系统稳定的概念。图3.13 电力拖动系统的稳定运行分析系统要稳态运行，电机的机械特性与负载的转矩特性必须有交点，在交点

12、A处()()emALATnT n2375emLGD dnTTdt(3-14)将式(3-3)在稳态运行点A处线性化，设转速增量为n,则将Annn代入式(3-3)，然后减去式(3-14)，便可获得线性化的方程2()()()375AemALALd nnGDTnnT nndt()()emALATnT n(3-3)2()()375AAAAememLLnnnnTTTTGD dnnnndtnnnn微分方程的特征根由下式给出2375AAemLnnTTGDnn2()/375AAemLnnTTGDnn即由自动控制理论(微分方程)的基本知识可知，若希望系统稳定，则系统的特征值应位于复平面的左半平面。即00AAAAe

13、memLLnnnnTTTTnnnn上述条件的物理意义上述条件的物理意义是：若在电机的机械特性与负载的转矩特性的交点附近转速有所升高，则电磁转矩的增加必须小于负载转矩的增加，只有这样，系统的转速才可能有所下降，最终回到原来的稳定运行点。此时整个拖动系统是稳定运行的。若电磁转矩的增加超过负载负载转矩的增加，系统必然会进一步加速并脱离原来的稳定运行点，最终导致系统部稳定。AAemLnnTTnn电力拖动系统稳定运行的必要条件为：电力拖动系统稳定运行的必要条件为：（3-15）稳定运行的充要条件：稳定运行的充要条件：LemTT()emLemLdTdTTTdndn处扰动去除后，能够自动回复扰动去除后，能够自

14、动回复物理意义物理意义：当在A点处于稳定运行系统受到外部扰动使得转速增加时，负载转矩的增加应大于电磁转矩的增加，系统才能够减速，回到原来的运行点。此时，系统在A点处是稳定运行的。nTemA0TATBBTAATCC1111()LemLemLTTdTdTTTdndnKK处为负载的转矩特性曲线在A点的斜率(切线)为电机的机械特性曲线在A点的斜率(切线)TKLTK电力拖动系统稳定运行的充分必要条件充分必要条件是： Tem=TL。只有在两条机械特性的交点处，才能实现 转矩平衡。该点称为工作点。 在工作点处，dndTdndTLem简便判定法：做一条水平直线于工作点上方，分别与两条机械特性相交。比较两个转矩

15、的增量，若dTem dTL，则系统稳定。否则，系统不稳定。在工作点上方做一条水平直线，分别交Tem-n 曲线于A点，TL-n 曲线于B点，若A点在B点左侧，则系统稳定，否则，系统不稳定。 .nTemT-n曲线TL-n曲线.dndTemdTLAB.3.4 直流电力拖动系统动态过程的一般分析与计算 动态过程(或过渡过程): 电力拖动系统从一种稳态向另一种稳态转换的过程(如起动、调速与制动），称为动态过程动态过程。 对电力拖动系统动态过程的研究主要集中在对转速、转矩以及电流在过渡过程中随时间的变化规律，即 ， （或 ），这些规律是正确选择或校验电机及其定额的依据。( )nf t( )aIf t( )

16、emTf tA、电力拖动系统的动态数学模型a、直流电动机的微分方程式直流电动机的微分方程式 图3.14 他励直流电动机的动态等效电路根据他励直流电动机的动态等效电路图3.14和 KVL，写出电枢回路的微分方程式为：1( )( )( )( )( )aaaaaedi tu tLRi te tdte tCn（3-16）励磁回路的微分方程式为：( )fffffdiutLR idt（3-17）机械系统的动力学方程式为：1emLemTadJBTdtCi （3-18）b、直流电动机的传递函数模型直流电动机的传递函数模型 对微分方程式（3-16）和式（3-18）取拉氏变换，可得直流电动机的传递函数： 1( )

17、( )( )eaaU sCsIsL sR（3-19）1( )( )( )TaLC IsT ssJsB（3-20）考虑到激磁电流固定，上式中的 和 为常数。602eeCCTTCC由此获得直流电动机的传递函数框图如图3.15所示。 图3.15 直流电机的传递函数框图（电枢控制方式）根据图3.15可分别求出传递函数为： 21011( )( )()LTTaaeTCsU sL JsL BJR sRBC C（3-21）12011()( )( )()aLUaaeTL sRsT sL JsL BJR sRBC C（3-22）若忽略粘性阻尼系数，则式（3-21）和（3-22）可进一步简化为： 2101( )(

18、)( )1LeIMaMTCsG sU sT T sT s120(1)( )( )( )1aeTIILMaMuT sR C CsGsT sT T sT s（3-23）（3-24） 其中， 为电枢回路的电磁时间常数电磁时间常数；定义 为电力拖动系统的机电时间常数机电时间常数。RLTaa22375MeTGD RTC C忽略磁路饱和，则可利用叠加原理求得系统总的响应为：1( )( )( )( )( )IIILsG s U sGs T s（3-25）c、直流电动机的状态空间模型直流电动机的状态空间模型 取 和 为状态变量，则将微分方程式写成如下矩阵方程形式，即可获得他励直流电动机的状态空间描述：( )a

19、i t( ) t111010eaaaaaLTCRuiiLdLLTdtCBJJJ（3-26）矩阵方程（3-26）可用下面标准形式表示为： XAXBU（3-27）其中， ， 为状态变量； 为输入矢量。1,aLXiUuTXU1eaaTCRLLACBJJ1010aLBJB、直流电力拖动系统动态过程的一般分析计算a、直流电动机动态过程的一般分析计算直流电动机动态过程的一般分析计算 电力拖动系统存在下列两个时间常数：（1）电磁时间常数： ；（2）机电时间常数：在对电力拖动系统进行分析时，可根据实际系统按下列两种情况进行分析： RLTaa22375MeTGD RTC C1 1）忽略电磁时间常数（即仅考虑机械

20、惯量）的过渡过程分析）忽略电磁时间常数（即仅考虑机械惯量）的过渡过程分析在这种情况下，电力拖动系统的微分方程式变为：12375aaeaemLTaUERIC nRIGD dnTTCIdt（3-28） 现假定系统由某一稳态A向另一稳态B过渡（见图3.16a），要求计算过渡过程中转速与电枢电流随时间的变化规律，即： 与 。( )nf t( )aIf t（1 1）电枢电流的变化规律）电枢电流的变化规律( )aIf t由式（3-28）中的第1个方程得：1aeURInC（3-29）将其代入式（3-28）的第2个方程得：22375aaLaBMTeTdIdITGD RIITCC Cdtdt（3-30）其中，

21、为对应于 （即B点）的稳态负载电流；LBTTICLT图3.16 他励直流电动机的过渡过程曲线式（3-30）可整理为：1aBaMMdIIIdtTT利用三要素法便可求得电枢电流的变化规律为：( )()tTMaBABItIIIe（3-31）式（3-31）可用图3.16b所示曲线表示之。（2 2）转速的变化规律）转速的变化规律( )nf t将式（3-31）代入式（3-29）得：111( )()tTMBABeeeURIURIURIn teCCC（）即:()tTMBABnnnne（3-32）式（3-32）可用图3.16c所示曲线表示之。2 2）同时考虑机械惯量和电磁时间常数的过渡过程分析）同时考虑机械惯量

22、和电磁时间常数的过渡过程分析在这种情况下，电力拖动系统的微分方程式变为：12375aaaaaaaeemLTadIdIURILERILC ndtdtGD dnTTCIdt（3-36）现计算过渡过程中转速与电枢电流随时间的变化规律： ， 。( )nf t( )aIf t由式（3-36）的第2式可得：2375aBTGDdnIICdt（3-37）将式（3-36）的第1式减去稳态电势平衡方程式： 得：1BeBURIC n()()0aaaBeBdILR IICnndt将式（3-37）代入上式并整理得：22aMMBd ndnT TTnndtdt（3-38）式（3-38）即为他励直流电动机拖动系统的一般微分方

23、程。式（3-38）对应的特征方程为：210aMMT TT 相应的特征根为：1,2411122aaaMTTTT 根据时间常数的大小，现分两种情况进行讨论：（i）当 时， 为一对相异的负实根，则微分方程（3-38）的一般解可表示为：4MaTT1 2，1212ttBnc ec en（3-39）根据上式绘出过渡过程中曲线如图图3.17a所示。图3.17 他励直流电动机的过渡过程曲线（ii）当 时， 为一对具有负实部的共轭实根： ，其中， ， 。4MaTT1 2，1 2j ，12aT4112aaMTTT此时，微分方程（3-38）的一般解可表示为：sin()tBnAetn根据上式绘出过渡过程中的曲线 如图

24、图3.17b所示。（3-43）( )nf t3.5 直流电动机的起动A、对直流电动机起动过程的一般要求 起动转矩应足够大； 起动电流要小； 起动设备简单、经济与可靠。 起动时：转速 ，相应的感应电势 ，起动电流 较大。一般情况下， 。0n 0aeEC n NstaUIRNstII)2010(为此，起动时要求满足：（1） ；（2） 。(2 2.5)stNII(1.11.2)stNTTB、他励直流电动机的常用的起动方法 为了获得足够大的起动转矩的同时降低起动电流，起动时一般应按照如下为了获得足够大的起动转矩的同时降低起动电流，起动时一般应按照如下步骤进行：（步骤进行：（1 1）首先在励磁绕组中加入

25、额定励磁电流，以建立满载主磁场；（）首先在励磁绕组中加入额定励磁电流，以建立满载主磁场；（2 2）待主磁场建立之后再加入电枢电压。待主磁场建立之后再加入电枢电压。a、电枢回路串电阻起动电枢回路串电阻起动图3.19a、b分别给出了他励直流电动机采用两级电阻起动时的电路图和相应的机械特性。3.18 直流电动机人工起动器的电气原理图图3.19 直流电机分两级起动的机械特性b、降压起动降压起动 图3.20给出了降压起动过程中他励直流电动机的机械特性。其起动过程与电枢回路串电阻起动过程类似。图3.20 他励直流电动机的降压起动过程降压起动的优点是，起动电流小，起动过程平滑，能量消耗少，因降压起动的优点是

26、，起动电流小，起动过程平滑，能量消耗少，因而在直流电力拖动系统中得到广泛采用。而在直流电力拖动系统中得到广泛采用。1. 调速的技术指标(1) 调速范围D调速范围是指电动机在额定负载时，最高转速nmax与最低转速nmin之比。用符号D表示，即NTTnnDminmax最高转速nmax受电动机换向能力和机械强度的限制。最低转速nmin受静差率指标的限制。 nmin不可过低。一般取为电动机的额定转速nN。弱磁调速除外。.我们希望调速范围越大越好！我们希望调速范围越大越好！n0TTNnn0nmaxnnnminn.3.6 直流电机的调速(2) 静差率（相对稳定性）静差率是指电动机带额定负载时的转速降n与对

27、应机械特性上理想空载转速n0之比。用符号表示，即表明负载变化引起转速变化的大小程度，静差率与调速范围是互相联系的两项指标，系统可能达到最低速 nmin 决定于低速特性的静差率。NNTTTTnnnnn0000TeNTen0an0bab nNa nNb nO不同转速下的静差率静差率与机械特性硬度的区别静差率是反映运行转速相对稳定的一个指标。静差率静差率越小，因负载波动而引起的转速变化就越小，越小，因负载波动而引起的转速变化就越小，转速的相对稳定性就越好。转速的相对稳定性就越好。注意：注意：静差率不仅与机械特性的硬度有关， 还与理想空载转速n0的高低有关。相同的硬度，而不同的理想空载转速，其静差率是

28、不一样的。因为当n为常数时，n0增加，则下降 ；反之亦然。.maxmaxmax1nn nmax ； ； n。采用转速反馈闭环控制系统转速反馈闭环控制系统，是扩大调速范围的最好方法。当n0为常数时，n，n，。而是越小越好是越小越好。min0min0max1nnnnnnmin0min0max1nnnnnnnmin0maxminmaxnnD.扩大调速范围D的途径：.maxmaxNnnn1(1)(1)DD表示调压调速系统的调速范围、静差率和额表示调压调速系统的调速范围、静差率和额定速降之间所应满足的关系。对于同一个定速降之间所应满足的关系。对于同一个调速系统，调速系统， nN 值一定，由式可见，如果值

29、一定，由式可见，如果对静差率要求越严，即要求对静差率要求越严，即要求 值越小时，值越小时，系统能够允许的调速范围也越小系统能够允许的调速范围也越小。 结论 一个调速系统的调速范围，是指在最低一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足所需静差率的转速可调范围。速时还能满足所需静差率的转速可调范围。若D和已定，则例题例题 某直流调速系统电动机额定转速为，某直流调速系统电动机额定转速为，额定速降额定速降 nN = 115r/min，当要求静差率，当要求静差率 30%时，允许多大的调速范围？如果时，允许多大的调速范围？如果要求静差率要求静差率 20%，则调速范围是多少？，则调速范围是多少？如果希望

30、调速范围达到如果希望调速范围达到10，所能满足的，所能满足的静差率是多少？静差率是多少？解解 要求 30%时，调速范围为 若要求 20%，则调速范围只有若调速范围达到10，则静差率只能是NN1430 0.35.3(1)115 (10.3)nDn1 . 3)2 . 01 (1152 . 01430DNNN10 1150.44644.6%1430 10 115D nnD n（3）平滑性1iinn定义：相邻两级转速中，高一级转速ni与低一级转速ni-1之比，用平滑系数 表示，即越大，调速的平滑性越差。越接近1，调速的平滑性越好。1为无级调速，即转速可以连续调节。.（4）调速时的容许输出（或调速时的功

31、率与转矩）2. 调速的经济指标调速的经济性主要是指调速装置的初投资、电能损耗及运转维修费用。 .电动机带负载运行时的输出功率和轴上的输出转矩均由负载的大小来决定由负载的大小来决定。容许输出是指电动机在保持额定电流的条件下，在调速过程中电动机所能输出的功率和转矩。电动机在采用电枢串电阻和降压调速时为恒转矩调速方式恒转矩调速方式。电动机在采用弱磁调速时为恒功率调速方式恒功率调速方式。电动机转矩必须与负载转矩的配合得当，电动机转矩必须与负载转矩的配合得当，才能充分使用。才能充分使用。.二、电枢回路串电阻调速工作点变动情况：a b c。电枢回路串电阻，只能在额定转速（基速）以下调速，一般称为由基速向下

32、调速基速向下调速。.特点特点： 机械特性变软，受负载波动影响大； 在空载或轻载时，调速范围小； 有级调速； 损耗大，电动机效率低。它应用于对调速性能要求不高的场合（如起重机、电车等）。TCCRRCUnNTeaNeN2 恒转矩调速方式。TnabcTLRaRa+R1TRa+R2三、降低电源电压调速工作点变动情况：a ab。特点特点： 基速向下调速； 机械特性的硬度不变，速度稳定性好； 可实现无级调速； 损耗小，电动机效率高。TCCRCUnNTeaNe2 恒转矩调速方式。TnaabTLUNU1U2.它应用于对调速性能要求高的场合（如造纸机、轧钢机等）。四、弱磁调速特点特点： 基速向上调速； 可实现无

33、级调速； 损耗小，电动机效率高。TCCRCUnTeaeN2 恒功率调速方式。 55.955.9nInCRIUCNeaNNe55.955.9nICnTTPNT常数NaNNaNNIEIRIU)(endTnaabTLN21调速方式的选择 电动机在额定转速下容许输出的功率主要取电动机在额定转速下容许输出的功率主要取决于电机的发热，而发热又主要取决于电枢电流决于电机的发热，而发热又主要取决于电枢电流在调速过程中，只要在不同转速下电流不超过额在调速过程中，只要在不同转速下电流不超过额定值定值IN，电机长时间运行，其发热不会超过允许，电机长时间运行，其发热不会超过允许的限度，因此，额定电流是电机长期工作的利

34、用的限度，因此，额定电流是电机长期工作的利用限度。电机在调速过程中，如在不同转速下都能限度。电机在调速过程中，如在不同转速下都能保持电流保持电流Ia=IN，则电机利用充分，运行安全。从，则电机利用充分，运行安全。从合理使用电动机的角度考虑，提出了调速方式与合理使用电动机的角度考虑，提出了调速方式与负载类型相配合的问题。负载类型相配合的问题。1.恒转矩调速恒转矩调速 调速过程中保持调速过程中保持Ia=IN，=N=常数，则常数，则 T=常数，电动机常数，电动机允许输出转矩不变的调速方法称恒转矩调速。在实际调速时允许输出转矩不变的调速方法称恒转矩调速。在实际调速时改变电动机供电电压和改变电枢回路串入

35、的电阻均属恒转矩改变电动机供电电压和改变电枢回路串入的电阻均属恒转矩调速。电动机输出功率调速。电动机输出功率P=T，T=常数常数, P ,即电动机即电动机转速越低，输出功率越小转速越低，输出功率越小,P 。 TaTNNTCICIconst调速方式是在IaIN不变的前提下，用来表征电动机采用某种调速方法时的负载能力或允许输出的性能指标。2. 恒功率调速恒功率调速 调速中，保持调速中，保持Ia=IN，若，若n，P =常数。在保持电枢常数。在保持电枢电流接近或等于额定值条件下，调速过程中电动机允许输电流接近或等于额定值条件下，调速过程中电动机允许输出功率不变的调速方法称为恒功率调速。如改变电动机主出

36、功率不变的调速方法称为恒功率调速。如改变电动机主磁通磁通 的调速方法就属于恒功率调速方法。的调速方法就属于恒功率调速方法。11 NTaTITCIC CCnn1aaNaNeeUR IUR InCCCconstPnnCnnCnTnTPNNNN95501955019550955011调速方式是在IaIN不变的前提下，用来表征电动机采用某种调速方法时的负载能力或允许输出的性能指标。匹配匹配 最好的配合方式为：恒功率负载，采用最好的配合方式为：恒功率负载，采用恒功率的调速方法。恒功率的调速方法。(弱磁调速弱磁调速)；恒转矩负；恒转矩负载，采用恒转矩的调速方法。载，采用恒转矩的调速方法。(变电压或变串变电

37、压或变串入电阻调速入电阻调速)。 这样匹配，使电机在整个调速范围内容这样匹配，使电机在整个调速范围内容量能充分利用，且量能充分利用，且 Ia=IN 不变，电动机的调速不变，电动机的调速转矩与负载一致时，电机容量能充分利用。转矩与负载一致时，电机容量能充分利用。恒功率调速方式的电动机，若拖动恒转矩负载运行，情况怎样呢?我们可以使系统在高速运行时负载转矩等于电动机允许转矩，这时电动机电枢电流则等于额定电流IN，电动机得到充分利用。一台可以弱磁调速的直流电动机，假如弱磁范围为0.5 N N,拖到一负载转矩为TL的恒转矩负载运行。低速与高速时负载转矩都一样大。高速时， = 0.5 N 低速时， = 0

38、.9 N 110.5 0.5LTNaLaNTNTTCITIIC220.9 0.9LTNaLaNTNTTCITIIC2aNII电动机没能得到充分利用。(这里说明一下，弱磁升速的调速方式下，所谓低速，对带额定负载转矩的电动机来讲，转速也高于nN)如果拖动恒功率负载，高速时负载转矩TL小，低速时负载转矩TL大。其电枢电流与高速时的电流差不多。拖动恒转矩负载的电动机，若采用恒功率调速方式，只能按高速运行转速选配合适的电动机，而低速时电动机容量则有所浪费。拖动恒功率负载的电动机，若采用恒转矩调速方式，只能按低速运行转速选配合适的电动机，而高速时电动机容量则有所浪费。3.7 他励直流电动机的制动一、电动运

39、行与制动运行1. 电动运行改变电动机转向的方法：将电枢绕组两端的极性保持不变，而将励磁绕组反接励磁绕组反接 ；将励磁绕组两端的极性保持不变，而将电枢绕组反接电枢绕组反接 。前者较少用，而后者最常用。.电动运行的特点电动运行的特点：电磁转矩T与转速n同方向同方向； 电动机输入电能，输出机械能。电动机克服阻力带动负载运行叫做电动运行。电动运行的工作区域为第一象限和第三象限。正向电动运行正向电动运行反向电动运行反向电动运行从某一稳定转速开始减速到停止。从某一稳定转速开始减速到停止。制动方式 自然停车 机械制动 电气制动 能耗制动 反接制动 回馈制动制动运行的特点制动运行的特点：电磁转矩T与转速n反方

40、向反方向。.2. 制动运行电动机产生与旋转方向相反的转矩，使转速降低的运动叫做制动运行。制动运行的能量关系：电动机输入机械能，输出电能并转化为热能。电动机输入机械能和电能，输出电能并转化为热能。电动机输入机械能，输出电能且回馈给电网。制动运行的工作区域为第二象限和第四象限。制动形式制动形式限制位能性负载稳定运行下放重物。限制位能性负载稳定运行下放重物。.二、能耗制动运行 制动原理外加的电枢电压U=0，在反电势Ea的作用下产生电流Ia，其方向与电动运行时相反，进而产生的电磁转矩T的方向也相反。从而起制动作用。.工作点变动情况：A B O C 在整个制动过程中 U=Ea+Ia (Ra+RB) =0

41、aaaBEIRR aTaBECRR 能耗制动的电流和转矩0U2aBeTRRnTC C aTICT. 能耗制动的机械特性工作点变动情况：A B O.TnOABTL-TLRaC-T1Ra +RBnC但RB不可过分小，以免使T1太大而损坏电动机。一般限制T12TN，或Iamax2IN，从能量的观点看，能耗制动的能量是由从能量的观点看，能耗制动的能量是由机械能转变为电能，再转变成热能。机械能转变为电能，再转变成热能。能耗制动操作简单，电动机拖动反抗性负载能迅速停车，但在转速降到较低时，制动效果就不太明显，此时或采用分级切除制动电阻，或采用机械抱闸，以加快制动效果。2aNBNaBEIIRR22aNNBa

42、aNNEURRRII.能耗制动运行能耗制动运行 下放重物下放重物 BOTn 1n0TLA2CA点点B点点O 点点 T = 0， TL0n 反向起动反向起动(n0)E 反向反向(E0) Ia 再次反向再次反向 (Ia0) T 再次反向再次反向 (T0)， n T 反向起动反向起动制动过程制动过程能耗制能耗制动运行动运行 E Ia T = TL (c 点点)。 RB Ia |T | 制动快，停车迅速。制动快，停车迅速。 2()aaIRR他励直流电动机能耗制动过程中的功率关系表电磁功率Pem0，也就是在电动机内，电磁作用是把机械功率转变为电功率；机械功率P20，说明电动机轴上非但没有输出机械功率到负

43、载上，反而是负载向电动机输入了机械功率扣除了空载损耗p0，其余的通过电磁作用转变成电功率了。从电磁功率把机械功率转换为电功率这一点讲，能耗制动过程扣电动机好象是一台发电机，但与一般发电机又不相同，表现在：(1)没有原动机输入机械功率，其机械能靠的是系统转速从高到低，制动时所释放出来的动能；(2)电功率没有输出，而是消耗在电枢回路的总电阻(Ra+R)上了。能耗制动功率流程图三、反接制动运行1. 电枢反接的反接制动外加电压的方向改变了。由于电动机转速n及电枢电势Ea不能突变，而使外加电压与电枢电势Ea极性一致，使得电枢电流的方向发生改变，从而电磁转矩的方向也改变了，为制动性质的转矩。NaaaBUEIRRNaaaBUEIRR NaTaBUECRR aTICT.当他励直流电动机的电枢电压U和电枢电势Ea之中任意一个在外部条件作用下改变了极性改变了极性时，电动机就处于反接制动状态。 制动原理 反接制动时的电流和转矩.2NaBeeTURRnTCC C Tn0这是一条通过（0，n0）点，且电枢回路串电阻R的人为特性曲线。电枢反接的反接制动工作点变动情况：注意：注意：工作点到达C点时，n=0