第3章直流电动机电力拖动该

1、电力拖动与控制电力拖动与控制第三章第三章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动Page 1第第 三三 章章 直流电机的拖动与控制直流电机的拖动与控制电力拖动与控制电力拖动与控制第三章第三章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动Page 2本章教学基本要求本章教学基本要求1.掌握他励直流电动机的串电阻启动方法，并能设计与计掌握他励直流电动机的串电阻启动方法，并能设计与计算启动电阻；算启动电阻；2.掌握他励直流电动机的电动与制动；掌握他励直流电动机的电动与制动；3.掌握他励直流电动机的电枢串电阻调速、调电压调速等掌握他励直流电动机的电枢串电阻调速、调电压调速等法；法；4.熟悉调速方法与负载性质的匹

2、配问题。熟悉调速方法与负载性质的匹配问题。重点重点 他励直流电动机拖动系统的启动、制动、调速、控制基他励直流电动机拖动系统的启动、制动、调速、控制基本规律。本规律。 电力拖动与控制电力拖动与控制第三章第三章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动Page 3加额定电压加额定电压UNUN，电枢回路不串电阻即，电枢回路不串电阻即直接起动直接起动，即，即 直接启动直接启动3.3.1 1他励直流电动机的启动他励直流电动机的启动 系统启动的要求系统启动的要求 ：1 1、较大的、较大的启动转矩。启动转矩。2 2、启动后的转速启动后的转速不能过高。不能过高。3 3、应该、应该满磁通启动满磁通启动，即励磁电流为

3、额定值，每极，即励磁电流为额定值，每极磁通为额定值。因此启动时励磁回路不能串电阻。而且绝对磁通为额定值。因此启动时励磁回路不能串电阻。而且绝对不允许励磁回路出现断路。不允许励磁回路出现断路。 当直流电动机启动时，必须先保证有磁场（先通励磁电流），当直流电动机启动时，必须先保证有磁场（先通励磁电流），而后加电枢而后加电枢电压。电压。为什么？为什么？ 定义：定义： 直流电动机从接入电网开始，一直到达稳定运行速度的直流电动机从接入电网开始，一直到达稳定运行速度的整个过程称为直流电动机的启动。整个过程称为直流电动机的启动。N aRRNUU，。，。启动时，启动时，n=0n=0 ，故在电枢回路的反电动势，

4、故在电枢回路的反电动势Ea=CeQn=0Ea=CeQn=0 ，此时电枢电流称为启，此时电枢电流称为启动电流动电流IsIs， 由于电枢电阻很小（只有几个欧姆），由于电枢电阻很小（只有几个欧姆），IsIs很大。很大。NasaUIIR电力拖动与控制电力拖动与控制第三章第三章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动Page 43.3.1 1他励直流电动机的启动他励直流电动机的启动 启动电流大启动电流大IsIs20ININ会引起：会引起：使换向困难，产生严重的火花；导致电枢绕组的损坏（因严使换向困难，产生严重的火花；导致电枢绕组的损坏（因严重过热而损坏绝缘材料）。重过热而损坏绝缘材料）。启动转矩启动转矩

5、，过大的启动转矩会对电动机的转轴，过大的启动转矩会对电动机的转轴造成机械冲击，损坏传动机构，这也是不允许的。造成机械冲击，损坏传动机构，这也是不允许的。会引起电网电压的波动，影响电网上其它用户的正常工作。会引起电网电压的波动，影响电网上其它用户的正常工作。因此必须对启动电流进行控制，所以一般直流电动机绝对不允因此必须对启动电流进行控制，所以一般直流电动机绝对不允许直接启动（除微型直流电机由于许直接启动（除微型直流电机由于RaRa较大可以直接起动外）。较大可以直接起动外）。 ，20stNsNTCIT为了限制启动电流，他励直流电动机常用的启动方法有两种。为了限制启动电流，他励直流电动机常用的启动方

6、法有两种。电力拖动与控制电力拖动与控制第三章第三章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动 电抠回路串电阻电抠回路串电阻R R，启动电流为，启动电流为 由启动电流产生的启动转矩使电动机开始转动并由启动电流产生的启动转矩使电动机开始转动并加速加速，随着，随着Page 51 1电抠回路串电阻启动电抠回路串电阻启动在电抠回路串电阻来限制启动电流，在启动过程中见启动电阻在电抠回路串电阻来限制启动电流，在启动过程中见启动电阻逐步切除，这种串电阻分级启动方法一般应用在无轨电车上和逐步切除，这种串电阻分级启动方法一般应用在无轨电车上和一些工矿企业中。一些工矿企业中。RRUIaNs3.3.1 1他励直流电动机的

7、启动他励直流电动机的启动 启动加速度启动加速度dn/dtdn/dt减小，为了缩短启动时间，减小，为了缩短启动时间，保证电动机在启动过程中保证电动机在启动过程中加速度加速度不变，就要不变，就要求在启动过程中电枢电流维持不变。因此随求在启动过程中电枢电流维持不变。因此随着转速的增加，平滑地将启动电阻减小。着转速的增加，平滑地将启动电阻减小。一般我们将启动电阻分若干段，逐步切除电一般我们将启动电阻分若干段，逐步切除电阻，启动级数为阻，启动级数为2 25 5级，在工厂中使用接触级，在工厂中使用接触器，通过使用不同的接点将电阻串入或切除。器，通过使用不同的接点将电阻串入或切除。电力拖动与控制电力拖动与控

8、制第三章第三章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动Page 6图图3- -6电枢回路串电阻启动电枢回路串电阻启动下图为下图为三级启动三级启动的机械特性和主电路图。的机械特性和主电路图。3.3.1 1他励直流电动机的启动他励直流电动机的启动 启动电阻分为三启动电阻分为三段段R1、R2、R3I1为限定的起始为限定的起始启动电流启动电流（过程中的最大电流）（过程中的最大电流）I1=(2-2.5)IN;相应相应启动过程中启动过程中最大转矩最大转矩T1= =(2-2.5)TNI2为启动过程中电流的为启动过程中电流的切换值切换值通常通常I2=(1.1-1.2)IN;相应的相应的转矩转矩T2称为称为切换转

9、矩切换转矩，显然，显然T2 =(2-2.5)TN假定启动过程中假定启动过程中负载转矩负载转矩TL不变不变电力拖动与控制电力拖动与控制第三章第三章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动Page 7电抠回路串电阻启动电抠回路串电阻启动1) 1) 分级启动电阻的计算分级启动电阻的计算b123aNEUIRc112aNEUIRd222aNEUIRe311aNEUIRf321aNEUIRg31aNaEUIR点点点点点点点点点点点点、则有则有： 设对应转速设对应转速n1、n2和和n3时，电动势分别为时，电动势分别为Ea1、Ea2和和Ea3最后电机稳定运行在最后电机稳定运行在A点。点。电力拖动与控制电力拖动与

10、控制第三章第三章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动Page 8电抠回路串电阻启动电抠回路串电阻启动2) 2) 计算各级启动电阻的步骤计算各级启动电阻的步骤 （1 1）估算或测出电枢回路电阻）估算或测出电枢回路电阻Ra；（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T1对应的最大电流对应的最大电流I1；（3 3）选取启动级数）选取启动级数m；（4 4）计算启动电流比：）计算启动电流比： , , m取整数；取整数；（5 5）计算转矩：）计算转矩：T2=T1/校验校验T2（1.11.2）TL ；如果不满；如果不满足，应另选足，应另选T1或值或值m并重新计算，直到满足该条件为止；并重

11、新计算，直到满足该条件为止；（6 6）计算各级启动各级电阻和分段电阻。）计算各级启动各级电阻和分段电阻。maNRIU1电力拖动与控制电力拖动与控制第三章第三章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动Page 9降电压启动降电压启动 图图3- -7降压启动降压启动降低电源电压到降低电源电压到U ，启动电流，启动电流为为asRUI 负载为巳知，根据启动条件的要求，可以确定电压的大小。负载为巳知，根据启动条件的要求，可以确定电压的大小。有时为了保持启动过程中有时为了保持启动过程中电磁转矩一直较大电磁转矩一直较大及及电抠电流一直较电抠电流一直较小小，可以逐渐升高电压，可以逐渐升高电压U，直至最后升到，直

12、至最后升到UN。A点为稳定运行点 21NUUUaaaaUEnEITR实际上，电源电压可以连续升实际上，电源电压可以连续升高，启动更快、更稳。高，启动更快、更稳。 他励直流电动机空载起动或他励直流电动机空载起动或拖动拖动反抗性反抗性恒转矩负载启动时，恒转矩负载启动时，改变电源电压改变电源电压U的方向或改变励的方向或改变励磁电流的方向，电动机都要反磁电流的方向，电动机都要反方向启动。然后稳定运行。方向启动。然后稳定运行。电力拖动与控制电力拖动与控制第三章第三章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动例例3-13-1某他励直流电动机额定功率某他励直流电动机额定功率PN=50KWPN=50KW，额定电压

13、，额定电压UN=220VUN=220V。额。额定电流定电流IN=250AIN=250A。额定转速。额定转速nN=400r/min,nN=400r/min,电枢回路在电阻电枢回路在电阻Ra=0.09Ra=0.09欧，拖动额定大小的恒转矩负载运行，忽略空载转欧，拖动额定大小的恒转矩负载运行，忽略空载转矩。（矩。（1 1）若采用电枢回路串电阻启动，启动电流）若采用电枢回路串电阻启动，启动电流Is=Is=2IN2IN时时计算应串入的电阻值及额的转矩（计算应串入的电阻值及额的转矩（2 2）若采用降压启动，条）若采用降压启动，条件同上，电压应该至多少并计算启动转矩。件同上，电压应该至多少并计算启动转矩。解

14、解： （1 1）电枢回路串电阻启动，）电枢回路串电阻启动， 应串电阻应串电阻35. 009. 0250*2220RRaIsUNs额定转矩额定转矩NmnPTNNN119440010*5055. 955. 93 （2 2）降压启动，）降压启动， 启动电压启动电压V4509. 0*250*2IsURas启动转矩启动转矩NmTs23881194*2T2N（启动电流（启动电流2倍，启动转矩倍，启动转矩2倍）倍）电力拖动与控制电力拖动与控制第三章第三章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动Page 113.33.3他励直流电动机的电动与制动他励直流电动机的电动与制动 (1)(1)电动机电动机稳态工作点稳态

15、工作点是指满足稳定运行条件的那些电动机机械特是指满足稳定运行条件的那些电动机机械特性与负载转矩特性的交点，电动机在工作点性与负载转矩特性的交点，电动机在工作点恒速恒速运行。运行。(2)(2)电动机运行在工作点之外的机械特性上时，电磁转矩与负载转电动机运行在工作点之外的机械特性上时，电磁转矩与负载转矩不相等系统处于加速或减速的矩不相等系统处于加速或减速的过渡过渡过程。过程。(3)(3)他励直流电动机的固有机械特性与各种人为机械特性，分布在他励直流电动机的固有机械特性与各种人为机械特性，分布在机械特性的四个象限内。机械特性的四个象限内。(4)(4)生产机械的负载转矩特性，有反抗性恒转矩、位能性恒转

16、矩、生产机械的负载转矩特性，有反抗性恒转矩、位能性恒转矩、泵类等典型负载转矩持性，也有由几种典型负载同时存在的各种负泵类等典型负载转矩持性，也有由几种典型负载同时存在的各种负载转矩特性，他们分布在四个象限之内。载转矩特性，他们分布在四个象限之内。综合考虑以上四点，他励直流电动机拖动各种类型负载运行时，若综合考虑以上四点，他励直流电动机拖动各种类型负载运行时，若改变其电源电压、磁通及电枢回路所串电阻，电动机的机械特性和改变其电源电压、磁通及电枢回路所串电阻，电动机的机械特性和工作点就会分布在工作点就会分布在四个象限四个象限之内，也就是说电动机会在四个象限内之内，也就是说电动机会在四个象限内运行运

17、行(包括稳态与过渡过程包括稳态与过渡过程)，即处于各种不同的运行状态。本节将，即处于各种不同的运行状态。本节将具体分析他励直流电动机在各个象限内不同的运行状态。具体分析他励直流电动机在各个象限内不同的运行状态。电力拖动与控制电力拖动与控制第三章第三章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动Page 12他励直流电动机的电动他励直流电动机的电动 图3-8他励直流电动机电动运行1. 1. 正向电动运行正向电动运行 他励直流电动机工作点在第他励直流电动机工作点在第象限时，如图所示的象限时，如图所示的A点和点和B点，电动机电磁转矩点，电动机电磁转矩T0，转，转速速n0，这种运行状态称为正，这种运行状态称

18、为正向电动运行，向电动运行， T与与n仍同方向，仍同方向，T为为拖动性转矩拖动性转矩。 2. 2. 反向电动运行反向电动运行若拖动反抗性负载，正转时电动机若拖动反抗性负载，正转时电动机工作点在第工作点在第象限，反转时，电动象限，反转时，电动机工作点则在第机工作点则在第象限，如图象限，如图C点，点，这时电动机电源电压为负值。在第这时电动机电源电压为负值。在第象限运行时，电磁转矩象限运行时，电磁转矩T0，转，转速速n0,T与与n仍同方向仍同方向，T仍为仍为拖动拖动性转矩性转矩，其功率关系与正向电动运，其功率关系与正向电动运行完全相同，这种运行状态称为反行完全相同，这种运行状态称为反向电动运行。向电

19、动运行。都为拖动性转矩。都为拖动性转矩。对于要求频繁，快速正反转的直流拖动系统通常对于要求频繁，快速正反转的直流拖动系统通常采用电枢反向，而不采用磁场反向。采用电枢反向，而不采用磁场反向。电力拖动与控制电力拖动与控制第三章第三章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动Page 13他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动 n电动机有两种运行状态，另一种是电动机有两种运行状态，另一种是制动制动状态：状态：T与与n方向相反方向相反，吸收机械能，输出电能，位于第，吸收机械能，输出电能，位于第II、IV象限，第象限，第II象限的为正象限的为正向制动状态，第向制动状态，第IV象限的为反向制动状态。象限的为

20、反向制动状态。n制动目的：停车；制动目的：停车；n 降低转速；降低转速； 对于位能性恒转矩负载可得到稳定下降速度（电车下坡）对于位能性恒转矩负载可得到稳定下降速度（电车下坡）。n制动方法：制动方法： 自由停车法：断开电源，靠各种摩擦阻转矩，自由停车法：断开电源，靠各种摩擦阻转矩，需要较长时间；需要较长时间； 电磁制动器电磁制动器“抱闸抱闸”； 电气制动法：使电动机产生一个负的转矩，使系统减速，电气制动法：使电动机产生一个负的转矩，使系统减速，n常用的方法有，常用的方法有，能耗制动、反接制动、倒拉反转制动、回馈制动能耗制动、反接制动、倒拉反转制动、回馈制动电力拖动与控制电力拖动与控制第三章第三章

21、 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动Page 14他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动 图图3-9 能耗制动过程能耗制动过程 1.1.能耗制动能耗制动1) 1) 能耗制动过程能耗制动过程他励直流电动机拖动着反抗他励直流电动机拖动着反抗性恒转矩负载运行于正向电性恒转矩负载运行于正向电动运行状态，电动机工作点动运行状态，电动机工作点在第在第I象限象限A点。点。 制动时，磁场保持不变，当刀闸从制动时，磁场保持不变，当刀闸从上拉至下边时，也就是突然切除了上拉至下边时，也就是突然切除了电动机的电源电压并在电枢回路中电动机的电源电压并在电枢回路中串入了电阻串入了电阻R，这样他励直流电动，这样他励直流

22、电动机的机械特性不再是机的机械特性不再是(b)图中的曲图中的曲线线1而成了曲线而成了曲线2。 成为制动转矩成为制动转矩 制动过程中，电机作制动过程中，电机作发电机运行将系统的发电机运行将系统的动能变为电能，消耗动能变为电能，消耗在电阻在电阻 上，直上，直到电动机停止转动为到电动机停止转动为止。所以这种制动方止。所以这种制动方式称为式称为能耗能耗制动。制动。aRR他励直流电动机如果他励直流电动机如果拖动位能性负载，本拖动位能性负载，本来运行在正向电动状来运行在正向电动状态，突然采用能耗制态，突然采用能耗制动，电动机的运行点动，电动机的运行点从从 A-B-0，B-0 是是能耗制动过程，与能耗制动过

23、程，与拖拖动反抗性负载动反抗性负载时完全时完全一样。但是到一样。但是到0点以点以后，如果不采用其他后，如果不采用其他办法停车，如抱闸抱办法停车，如抱闸抱住电动机轴，则由于住电动机轴，则由于电磁转矩电磁转矩T小于负载小于负载转矩，系统会继续减转矩，系统会继续减速，即开始反转了。速，即开始反转了。0AB应用场合应用场合适宜用于不要求反转、减速要求较平稳的场合，也可用于控制位能性负载下降的适宜用于不要求反转、减速要求较平稳的场合，也可用于控制位能性负载下降的速度。速度。优缺点优缺点优点：制动、减速较平稳可靠；优点：制动、减速较平稳可靠；控制线路简单；控制线路简单；便于实现准确停车（转速减到零时，制动

24、转矩也减小到零）。便于实现准确停车（转速减到零时，制动转矩也减小到零）。缺点：制动转矩随转速降低成正比减小，低速时制动设备效果不好。缺点：制动转矩随转速降低成正比减小，低速时制动设备效果不好。拖动反抗性负载拖动反抗性负载 拖动位能性负载拖动位能性负载 电力拖动与控制电力拖动与控制第三章第三章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动Page 15反接制动过程反接制动过程 图3-12 他励直流电动机反接制动过程采用能耗制动采用能耗制动3的电力拖动系统，当转速接近于零的电力拖动系统，当转速接近于零时，制动转矩就很小了。如果这时时，制动转矩就很小了。如果这时TL不大，系统制不大，系统制动到动到n0需要时

25、间较长。在这种情况下，若需要时间较长。在这种情况下，若采用采用反接制动反接制动，可以得到强烈的制动效果，缩短制动时，可以得到强烈的制动效果，缩短制动时间。反接制动停车是把正向运行的他励直流电动机间。反接制动停车是把正向运行的他励直流电动机的电源电压突然反接，同时在电枢回路串入限流的的电源电压突然反接，同时在电枢回路串入限流的反接制动电阻反接制动电阻R来实现的。来实现的。电动机在制动前工作在电动状态在固有特性的电动机在制动前工作在电动状态在固有特性的A点，电枢反接制动特性变为人为特性点，电枢反接制动特性变为人为特性BC上，由上，由于机械惯性，转速不能突变，电动机运行点转于机械惯性，转速不能突变，

26、电动机运行点转移到人为特性的移到人为特性的B点，点，B点的点的TB为负，为负，n为正，为正，在第在第II象限。制动时，运行点沿象限。制动时，运行点沿B点向点向C点变化。点变化。直线在第直线在第II象限的一段象限的一段BC，即为反接制动特性。，即为反接制动特性。 过程称为反接制动过程。过程称为反接制动过程。应用场合应用场合用于要求迅速反转，要求强烈制动效果的场合用于要求迅速反转，要求强烈制动效果的场合 优缺点优缺点优点：制动过程中，制动转矩较稳定（随转速降低变化小），制动效果强烈优点：制动过程中，制动转矩较稳定（随转速降低变化小），制动效果强烈，制动较快；，制动较快；在电机停止转动时，也存在制动

27、转矩。在电机停止转动时，也存在制动转矩。缺点：制动过程中有大量的能量损耗；缺点：制动过程中有大量的能量损耗；制动转速等于零时，如不及时切除电动机的电源，电动机会自行反向启动加制动转速等于零时，如不及时切除电动机的电源，电动机会自行反向启动加速。速。电力拖动与控制电力拖动与控制第三章第三章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动Page 16倒拉反转运行倒拉反转运行（位能性负载）（位能性负载）图图3- -14 倒拉反转运行倒拉反转运行 他励直流电动机如果拖动位能性负载运行，电枢回路串入电他励直流电动机如果拖动位能性负载运行，电枢回路串入电阻时，转速阻时，转速n下降，但是如果电阻值大到一定程度后，就

28、会使转下降，但是如果电阻值大到一定程度后，就会使转速速n0，与，与n方向相反，是一方向相反，是一种制动运行状态，称为倒拉反转运行或限速反转运行。种制动运行状态，称为倒拉反转运行或限速反转运行。当当n=0时，时，TcTL ，n反向启动加速，反向启动加速，随着转速在负方向增加，转矩随着转速在负方向增加，转矩T也加也加大，一直增加到大，一直增加到D，转速稳定，获得，转速稳定，获得稳定的下放速度。因此，它可用于低稳定的下放速度。因此，它可用于低速下放重物。串接的电阻越大，所获速下放重物。串接的电阻越大，所获得的稳定转速也越高。得的稳定转速也越高。 一方面从电源吸收电功率，另一方面从电源吸收电功率，另一

29、方面从机械负载吸收机械能一方面从机械负载吸收机械能（机械负载的位能），这两部（机械负载的位能），这两部分功率全部消耗在电枢回路的分功率全部消耗在电枢回路的总电阻总电阻 上。上。优缺点优缺点优点：操作简单；优点：操作简单；在电机停止转动时，也存在制动转矩。在电机停止转动时，也存在制动转矩。缺点：制动过程中有大量的能量损耗。缺点：制动过程中有大量的能量损耗。应用场合应用场合 可应用于位能性负载，在可应用于位能性负载，在n0，转，转速速nn0 时，为回馈制动部分时，为回馈制动部分,电电动机发出的电能大部分送回电能。动机发出的电能大部分送回电能。稳定运行点稳定运行点E点点,当当TTL，电动机，电动机稳

30、定工作在稳定工作在E点，电动机以恒速点，电动机以恒速nE高高速速下放重物。下放重物。 为了使位能性负载得到较低的稳定下放速度，一般为了使位能性负载得到较低的稳定下放速度，一般在回馈制动时，将电枢电路中串联的电阻在回馈制动时，将电枢电路中串联的电阻R切除，切除，稳定运行点为固有特性的一点，如图稳定运行点为固有特性的一点，如图(a)B点。点。思考：思考： ，若打算使电动机以，若打算使电动机以 下放重物，能下放重物，能否采用回馈制动？如不能，可以采用何种方法达到目的？否采用回馈制动？如不能，可以采用何种方法达到目的？01600 /minnr500 /minr优点：不需要改接线路，即可从电动状态自行进

31、入回馈制动状态；优点：不需要改接线路，即可从电动状态自行进入回馈制动状态；电能可回馈电网，电能可回馈电网，与能耗制动和反接制动相比与能耗制动和反接制动相比较为经济；较为经济；应用场合：应用场合：可应用于位能性负载，在条件下稳速下降。可应用于位能性负载，在条件下稳速下降。电力拖动与控制电力拖动与控制第三章第三章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动电力拖动与控制电力拖动与控制第三章第三章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动TCCRRCUnNTeaNeN2电力拖动与控制电力拖动与控制第三章第三章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动能耗制动能耗制动 aaaRIERmaxmin能耗制动过程中能耗制

32、动过程中电枢电流有个上限，即电动电枢电流有个上限，即电动机允许的最大电流。由可以计算出能耗制动机允许的最大电流。由可以计算出能耗制动过程电枢回路中串入制动电阻的最小值：过程电枢回路中串入制动电阻的最小值：这种制动方法在转速较高时制动作用较大，这种制动方法在转速较高时制动作用较大，随着转速下降，制动作用也随之减小随着转速下降，制动作用也随之减小电力拖动与控制电力拖动与控制第三章第三章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动他励直流电动机拖动势能性负载运行，他励直流电动机拖动势能性负载运行， 在达到上述零点时（电磁转矩为零在达到上述零点时（电磁转矩为零），由于负载转矩不为零，结果，在负载转矩的作用下

33、，电机开始反转，如），由于负载转矩不为零，结果，在负载转矩的作用下，电机开始反转，如图。随着转速的升高，均诼渐增大，最后和负载转矩相等时稳定运行，这种图。随着转速的升高，均诼渐增大，最后和负载转矩相等时稳定运行，这种过程叫做过程叫做能耗制动运行。能耗制动运行。电力拖动与控制电力拖动与控制第三章第三章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动电压反接制动：电压反接制动： 如果如果C点电动机的转矩大于负载转矩，当转速到达点电动机的转矩大于负载转矩，当转速到达零时，应迅速将电源开关从电网上拉开，否则电零时，应迅速将电源开关从电网上拉开，否则电动机将反向起动，最后稳定在动机将反向起动，最后稳定在D点运行点

34、运行aaNaREUIaaaNRIEURmaxminD电压反接制动在整个制动过程中均具有较大的制电压反接制动在整个制动过程中均具有较大的制动转矩，因此制动速度快，在可逆拖动系统，常动转矩，因此制动速度快，在可逆拖动系统，常常采用这种方法。常采用这种方法。 电力拖动与控制电力拖动与控制第三章第三章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动倒拉反转制动运行倒拉反转制动运行 ： 他励直流电动机拖动位能性恒转矩负载运行，他励直流电动机拖动位能性恒转矩负载运行，电枢回路串入电阻，将引起转速下降，串的电枢回路串入电阻，将引起转速下降，串的电阻越大，转速下降越多。如果电阻大到一电阻越大，转速下降越多。如果电阻大到

35、一定程度，将使电动机的机械特性和负载的机定程度，将使电动机的机械特性和负载的机械特性的交点出现在第四象限，这时电动机械特性的交点出现在第四象限，这时电动机接线未变，转速反向，是一种制动运行状态，接线未变，转速反向，是一种制动运行状态，称为倒拉反转制动运行。称为倒拉反转制动运行。电路图？电路图？倒拉反转制动运行常用于起重设备低速下放重物的场合。在这倒拉反转制动运行常用于起重设备低速下放重物的场合。在这种运行方式中，电动机的电磁转矩起了制动作用，限制了重物种运行方式中，电动机的电磁转矩起了制动作用，限制了重物下降的速度。改变电阻的大小，即可改变机械特性的交点，使下降的速度。改变电阻的大小，即可改变

36、机械特性的交点，使重物以不同的稳定速度下降。重物以不同的稳定速度下降。电力拖动与控制电力拖动与控制第三章第三章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动回馈制动回馈制动 ： 正向回馈制动运行正向回馈制动运行降低电枢电压的正向回馈制降低电枢电压的正向回馈制电动机机车下坡电动机机车下坡反向回馈制动运行反向回馈制动运行电力拖动与控制电力拖动与控制第三章第三章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动回馈制动回馈制动 ： 反向回馈制动运行反向回馈制动运行如果他励直流电动机拖动如果他励直流电动机拖动位能性负载位能性负载，当电源电压反接时，当电源电压反接时 0nnBC为反接制动过程为反接制动过程CD为反向电动状态

37、为反向电动状态时，为回馈制动部分时，为回馈制动部分稳定运行点：稳定运行点：E点点电动机以恒速电动机以恒速nE高速下放重物。高速下放重物。为了使位能性负载得到较低的稳定下放速度，一般在回馈制动为了使位能性负载得到较低的稳定下放速度，一般在回馈制动时，将电枢电路中串联的电阻时，将电枢电路中串联的电阻R切除，稳定运行点为固有特性切除，稳定运行点为固有特性的一点，如图的一点，如图4.18(a)B点。点。思考：，若打算使电动机以下放重物，能否采用回馈制动？如思考：，若打算使电动机以下放重物，能否采用回馈制动？如不能，可以采用何种方法达到目的？不能，可以采用何种方法达到目的？电力拖动与控制电力拖动与控制第

38、三章第三章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动回馈制动回馈制动 ： 反向回馈制动运行反向回馈制动运行稳定运行点：稳定运行点：E点点电动机以恒速电动机以恒速nE高速下放重物。高速下放重物。为了使位能性负载得到较低的稳定下放速度，一般在回馈制动为了使位能性负载得到较低的稳定下放速度，一般在回馈制动时，将电枢电路中串联的电阻时，将电枢电路中串联的电阻R切除，稳定运行点为固有特性的切除，稳定运行点为固有特性的一点，如图一点，如图4.18(a)B点。点。思考：思考： 若打算使电动机以若打算使电动机以 下放重物，能下放重物，能否采用回馈制动？如不能，可以采用何种方法达到目的？否采用回馈制动？如不能，可以

39、采用何种方法达到目的？01600 /minnr500 /minr电力拖动与控制电力拖动与控制第三章第三章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动Page 29功率流程图功率流程图(a)电动运行 (b)能耗制动 (c)倒拉反转和反接制动 (d)回馈制动图图3-10 3-10 他励直流电动机各种运行状态下功率流程图他励直流电动机各种运行状态下功率流程图电力拖动与控制电力拖动与控制第三章第三章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动例例3-23-2：一台他励直流电动机：一台他励直流电动机： ， ， ， ， ， 设电机原工作在额定状态。设电机原工作在额定状态。1、若带动位能性负载，有几种办法使负载以、若带

40、动位能性负载，有几种办法使负载以100r/min的转速恒速下放重的转速恒速下放重物，求相应的参数；物，求相应的参数；2、若带反抗性负载，采用电源反接制动，求电枢电路内应串入的电阻，制、若带反抗性负载，采用电源反接制动，求电枢电路内应串入的电阻，制动到动到n=n0时，不切断电源，电机能否反转？如不能，请说明理由；若能，时，不切断电源，电机能否反转？如不能，请说明理由；若能，求稳定转速，并说明电动机最后工作于什么状态？求稳定转速，并说明电动机最后工作于什么状态？3、绘出相应的机械特性曲线。、绘出相应的机械特性曲线。10NPkW112NIA750 /minNnr0.1aR mI2axNI解：解：1

41、1、 VUN110110 112 0.10.132750NNaeNNUI RCn110 112 0.198.8( )aNNNaEUI RV0110833( /min)0.132NeNUnrCNaaeNeNURRnICC1100.132 ( 100)0.11( )112NeNaNUCnRRI a、采用倒拉反转制动、采用倒拉反转制动则有则有电力拖动与控制电力拖动与控制第三章第三章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动 需要验证能耗制动开始时的电流，因能耗制动出现的最大电流出现在需要验证能耗制动开始时的电流，因能耗制动出现的最大电流出现在制动开始时，则制动开始时，则112NIAaaeNRRnIC 0

42、.132 ( 100)0.10.018( )112eNaNCnRRI 98.8838.9( )7.520.118aNaNNaEIAIIRR b、采用能耗制动、采用能耗制动因此不能采用能耗制动因此不能采用能耗制动。mI2axNI电力拖动与控制电力拖动与控制第三章第三章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动112NIA电力拖动与控制电力拖动与控制第三章第三章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动例例3-33-3：一台他励直流电动机，以一台他励直流电动机，以n=nN/2 的速度下放位能性额定负载的重物，电的速度下放位能性额定负载的重物，电动机的数据为：动机的数据为： 1、采用倒拉反接制动时，求电枢电

43、路内应串入的电阻、采用倒拉反接制动时，求电枢电路内应串入的电阻2、采用能耗制动时，求电枢电路内应串入的电阻，、采用能耗制动时，求电枢电路内应串入的电阻，3、采用回馈制动时，电枢电路不串入的电阻，电源电压应降为多少伏、采用回馈制动时，电枢电路不串入的电阻，电源电压应降为多少伏4、在以上三种制动情况下，电枢回路上的损耗功率各有多大？、在以上三种制动情况下，电枢回路上的损耗功率各有多大？解：解：KwPrnAIVURaNNNN75. 2min,/1450,20,110,7 . 0设上升方向转速为正向，下放时转速为：设上升方向转速为正向，下放时转速为：)min)./(066. 014507 . 0*20

44、1101rVnRIUCNaNNNe1、倒拉反转制动、倒拉反转制动U=UN，则，则min).(725214502rnnN23. 7min)./(725066. 0)7 . 0(*20110)(RrRCIRRUnNeaaN电力拖动与控制电力拖动与控制第三章第三章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动2、能耗制动、能耗制动U=0，则，则69. 1min)./(725066. 0)7 . 0(*20)(-RrRCIRRnNeaa3、回馈制动、回馈制动R=0，则，则，且电枢反接即电源电压下降至V85.33,85.33min)./(725066. 020*7 . 0-U-VUrUCIRnNeaa4、电枢回

45、路损耗功率、电枢回路损耗功率W2807 . 0*20PW95669. 17 . 020RPW317223. 77 . 020RP232221222aaaaaaRIRIRI回馈制动时）（）（能耗制动时）（）（倒拉反接制动时电力拖动与控制电力拖动与控制第三章第三章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动3.43.4他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速 1、什么叫调速？指调节转速。、什么叫调速？指调节转速。2、什么要调速？、什么要调速？在生产机械中，往往同一型号、同一容量电动机所服务的对象不在生产机械中，往往同一型号、同一容量电动机所服务的对象不同，不同的生产机械要求有不同的运行速度，甚至同一生产

46、机械同，不同的生产机械要求有不同的运行速度，甚至同一生产机械在不同的生产过程时需要不同的运行速度。在不同的生产过程时需要不同的运行速度。譬如，车床切削工件时，精加工用高转速，粗加工用低转速。龙譬如，车床切削工件时，精加工用高转速，粗加工用低转速。龙门刨床刨切时，刀具切入和切出工件用较低速度，中间一段切削门刨床刨切时，刀具切入和切出工件用较低速度，中间一段切削用较高速度，而工作台返回时用高速度。用较高速度，而工作台返回时用高速度。这就要求我们根据生产机械工艺的要求，来改变电动机拖动系统这就要求我们根据生产机械工艺的要求，来改变电动机拖动系统的运行速度，以提高劳动生产率和保证产品质量，这种方法称为

47、的运行速度，以提高劳动生产率和保证产品质量，这种方法称为调速调速 3、调速方法、调速方法电力拖动与控制电力拖动与控制第三章第三章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动3.43.4他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速 机械调速：机械调速：改变电动机与生产机械之间传动机构的速比来达到调速的改变电动机与生产机械之间传动机构的速比来达到调速的目的，结构复杂，易出事故；目的，结构复杂，易出事故；电气调速：电气调速：通过改变电动机参数而改变系统运行转速的调速方法，这通过改变电动机参数而改变系统运行转速的调速方法，这样可使电动机在一定负载下可获得不同的稳定转速，如采用样可使电动机在一定负载下可获得不同的

48、稳定转速，如采用人为特性人为特性； 机械电气调速：机械电气调速：用电动机获得几种转速，配合几套（一般三套左右）用电动机获得几种转速，配合几套（一般三套左右）机械变速机构来调速。究竟采用哪种方案，要针对具体情况，进行技术经济比机械变速机构来调速。究竟采用哪种方案，要针对具体情况，进行技术经济比较才能决定。较才能决定。 本本节介绍他励直流电动机的电气调速方法以及调速的性能节介绍他励直流电动机的电气调速方法以及调速的性能。他励直流电动机有良好的调速性能，能够在宽广的调速范围实他励直流电动机有良好的调速性能，能够在宽广的调速范围实现平滑的无级调速，这是交流机所不能比拟的。现平滑的无级调速，这是交流机所

49、不能比拟的。因此在调速性能要求较高的生产机械上，例如龙门刨床、高精因此在调速性能要求较高的生产机械上，例如龙门刨床、高精度车床、电铲、某些轧钢机等，还应用他励直流电动机。度车床、电铲、某些轧钢机等，还应用他励直流电动机。电力拖动与控制电力拖动与控制第三章第三章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动Page 373.43.4他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速 图图3-18电枢回路串电阻调速电枢回路串电阻调速21RR 他励直流电动机的调速方法他励直流电动机的调速方法从他励直流电动机的机械特性从他励直流电动机的机械特性 ，当，当TLTL一定时，电动机稳定运行一定时，电动机稳定运行时，时，T=T

50、LT=TL不变。可见，改变串入电枢回路电阻，改变外加电枢端电压及改变不变。可见，改变串入电枢回路电阻，改变外加电枢端电压及改变主磁通，得到不同的人为特性，从而在一定负载下获得不同的运行速度，从主磁通，得到不同的人为特性，从而在一定负载下获得不同的运行速度，从而达到调速的目的。而达到调速的目的。 1 1电枢串电阻调速电枢串电阻调速2aeetRRUnTCC C优缺点：优点：优缺点：优点：a a、设备简单，只需增设电阻和切换电阻的设备；、设备简单，只需增设电阻和切换电阻的设备；b b、操作简单。、操作简单。缺点：缺点：a a、由于所串电阻是分段改变，电动机相邻两级转速之间变化较大，这种调速属于有级调

51、速；、由于所串电阻是分段改变，电动机相邻两级转速之间变化较大，这种调速属于有级调速；（由于（由于IaIa较大，电阻的容量较大，较笨重，不易做到电阻值连续调节，因而电动机转速也较大，电阻的容量较大，较笨重，不易做到电阻值连续调节，因而电动机转速也不能连续调节，一般最多分为六级）不能连续调节，一般最多分为六级）b b、空载时，几乎没有调速作用；、空载时，几乎没有调速作用；c c、低速时，、低速时，大，机械特性软，转速的稳定性较差，调速范围不大；大，机械特性软，转速的稳定性较差，调速范围不大；d d、低速时，功率损耗大，效率低、低速时，功率损耗大，效率低用途：由于这种调速方法功率损耗大，不能连续调速

52、，低速时转速不稳定，调速范围小等用途：由于这种调速方法功率损耗大，不能连续调速，低速时转速不稳定，调速范围小等缺点，只应用于调速性能要求不高的中、小电机上，如起重机、电车等。缺点，只应用于调速性能要求不高的中、小电机上，如起重机、电车等。电力拖动与控制电力拖动与控制第三章第三章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动Page 38降低电源电压调速降低电源电压调速 图图3- -19降压电源电压调速降压电源电压调速 保持他励直流电动机磁通为额定值不变，电枢回路不串电保持他励直流电动机磁通为额定值不变，电枢回路不串电阻，降低电枢的电源电压可调节转速，使电动机拖动负载运行阻，降低电枢的电源电压可调节转速

53、，使电动机拖动负载运行于不同的转速上，如图所示。于不同的转速上，如图所示。 优缺点：优点：优缺点：优点：a a、无论转速高低，机械特性的硬度不变；、无论转速高低，机械特性的硬度不变； b b、低速稳定性好，调速范围大；、低速稳定性好，调速范围大； c c、当电源电压连续变化时，转速的变化也是连续的，这种调速称为无级调速。、当电源电压连续变化时，转速的变化也是连续的，这种调速称为无级调速。与串电阻调速与串电阻调速( (有级调速有级调速) )相比，这种速度调节要平滑得多，并且还可以得到任意多级的转相比，这种速度调节要平滑得多，并且还可以得到任意多级的转速。因此降低电源电压从基速向下调速的调速方法，

54、在直流电力拖动系统中较广泛采用。速。因此降低电源电压从基速向下调速的调速方法，在直流电力拖动系统中较广泛采用。 缺点：直流电动机降压调速需要一个可调电压的直流电源，这种电源目前用得比较多缺点：直流电动机降压调速需要一个可调电压的直流电源，这种电源目前用得比较多的是晶闸管整流装置，设备投资大。的是晶闸管整流装置，设备投资大。电力拖动与控制电力拖动与控制第三章第三章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动Page 39弱磁调速弱磁调速 图图3-203-20弱磁调速弱磁调速 保持他励直流电动机电源电压不变，电枢回路也不串电保持他励直流电动机电源电压不变，电枢回路也不串电阻，在电动机拖动的负载不过分大时

55、，降低他励直流电动机的阻，在电动机拖动的负载不过分大时，降低他励直流电动机的磁通，可以使转矩电动机转速升高。磁通，可以使转矩电动机转速升高。 优缺点：优点：优缺点：优点：a a、弱磁调速是在电流较小的励磁回路中进行调节，控制方便，能量损耗小。、弱磁调速是在电流较小的励磁回路中进行调节，控制方便，能量损耗小。他励直流电动机在正常运行情况下，励磁电流比电枢电流要小很多（一般直流电机的励磁他励直流电动机在正常运行情况下，励磁电流比电枢电流要小很多（一般直流电机的励磁功率只有电机总容量的功率只有电机总容量的1 15 5），因此励磁回路中所串的调速电阻消耗的功率要比电枢回），因此励磁回路中所串的调速电阻

56、消耗的功率要比电枢回路串调速电阻时电阻消耗的功率小得多；而且由于励磁电路电阻的容量很小，控制很方便。路串调速电阻时电阻消耗的功率小得多；而且由于励磁电路电阻的容量很小，控制很方便。b b、调速的平滑性好，可以实现无级调速。、调速的平滑性好，可以实现无级调速。减弱磁通，在励磁回路串接小容量可调电阻，可以连续调节电阻值，实现转速连续调节。减弱磁通，在励磁回路串接小容量可调电阻，可以连续调节电阻值，实现转速连续调节。缺点：调速范围小。缺点：调速范围小。电力拖动与控制电力拖动与控制第三章第三章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动他励直流电动机电力拖动系统中，为了提高电动机的他励直流电动机电力拖动系统

57、中，为了提高电动机的调速范围，常常把调速范围，常常把降压降压和和弱磁弱磁两种调速方法结合起来两种调速方法结合起来使用，使用，以电动机的额定转速为基本转速，以电动机的额定转速为基本转速，在基速以在基速以下下用降压调速，用降压调速，在基速以在基速以上上用弱磁调速。用弱磁调速。这样，可以得到很宽的调速范围，而且调速时损耗较这样，可以得到很宽的调速范围，而且调速时损耗较小，运行效率较高，因此，能很好地满足各种生产机小，运行效率较高，因此，能很好地满足各种生产机械对调速的要求。械对调速的要求。电力拖动与控制电力拖动与控制第三章第三章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动Page 41调速的性能指标调速的

58、性能指标 图图3-21电枢串电阻调速时静差率与调速范围电枢串电阻调速时静差率与调速范围1 1调速范围调速范围电动机在额定负载转矩（电动机在额定负载转矩（T=TN）调速时，其最高转速与最低转速调速时，其最高转速与最低转速之比，用之比，用D表示表示显然，要提高调速范围，必须提显然，要提高调速范围，必须提高最高转速，降低最低转速。最高最高转速，降低最低转速。最高转速受电动机的换向及机械强高转速受电动机的换向及机械强度限制，所以在额定转速以上提度限制，所以在额定转速以上提高转速的范围不太；最低转速受高转速的范围不太；最低转速受生产机械对转速相对稳定性要求生产机械对转速相对稳定性要求(即即静差率静差率要

59、求要求)的限制。的限制。衡量一种调速方法的优劣需要有一定的标准，这些标准叫指标。衡量一种调速方法的优劣需要有一定的标准，这些标准叫指标。调速的性能指标时决定电动机选择哪一种方法的依据。调速的性能指标时决定电动机选择哪一种方法的依据。 maxminnDn电力拖动与控制电力拖动与控制第三章第三章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动Page 42调速的性能指标调速的性能指标 图图3-21电枢串电阻调速时静差率与调速范围电枢串电阻调速时静差率与调速范围2 2静差率静差率即转速变化率，指电动机由理想空载到额定负载时转速的变化率，用即转速变化率，指电动机由理想空载到额定负载时转速的变化率，用表示。表示。T=TN时时 静差率静差率越小，转速的相对稳定性越好，负载波越小，转速的相对稳定性越好，负载波动时转速变化也越小，