第4章直流电动机的电力拖动

1、第四章第四章 直流电动机的电力拖动直流电动机的电力拖动 本章主要介绍直流电动机的起动、调速、制动等方法和本章主要介绍直流电动机的起动、调速、制动等方法和物理过程。物理过程。重点：他励直流电动机起动、调速、制动的实现方法及特重点：他励直流电动机起动、调速、制动的实现方法及特性性4.1 4.1 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动 电动机的起动是指电动机接通电源后，由静止状态加速到稳电动机的起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。定运行状态的过程。aNststTstRUIICT 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（不超过

2、为了限制起动电流（不超过1.52IN），他励直流电动机通常），他励直流电动机通常采用采用电枢回路串电阻电枢回路串电阻或或降低电枢电压降低电枢电压起动。起动。0n 起动时由于转速起动时由于转速 ，电枢电动势，电枢电动势 ，而且电枢电阻，而且电枢电阻 很小，所以起动电流将达很大值。很小，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的正常用电、使电动机的换向恶化；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；同时同时过大的冲击转矩会损坏电枢绕组和传动机构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。一般直流电动机不允许直

3、接起动。机不允许直接起动。 0 aEaR一、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，起动降压起动需专用

4、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。过程能量损耗小，因此得到广泛应用。点。点。行于行于电动机稳定运电动机稳定运，直至，直至此时升高此时升高随着随着A,NaaeaUUUREUInCEn 1. 起动过程起动过程二、 电枢回路串电阻起动三级电阻起动时电动机的电路原理图三级电阻起动时电动机的电路原理图和机械特性为和机械特性为3321RRRRRstststa LLIT22IT11ITITem0nabn1221RRRRststa 1ncd211RRRsta 2nef3MaRS1SU1stR2stR3stR2S3S此方法电流可以不此方法电流可以不超过限值，起动过超过限值，

5、起动过程中起动转矩大小、程中起动转矩大小、起动速度、起动平起动速度、起动平稳性决定于所选择稳性决定于所选择的起动级数，级数的起动级数，级数多，平稳性好，但多，平稳性好，但设备复杂，初投资设备复杂，初投资高。一般空载起动高。一般空载起动取取m m1 12 2，重载，重载取取m m3 34 4。haRgn最大起动电流最大起动电流I I1 1的选取原的选取原则：为满足生产机械对快则：为满足生产机械对快速起动的要求，起动转矩速起动的要求，起动转矩要大些，但也不能太大，要大些，但也不能太大，因为电机允许的最大电流因为电机允许的最大电流受到换向器和机械强度的受到换向器和机械强度的限制，一般允许最大电流限制

6、，一般允许最大电流I I1 1约为约为nI1（1.52）IN2. 起动电阻的计算起动电阻的计算二、 电枢回路串电阻起动n切换电流切换电流I I2 2选取原则：既使选取原则：既使电动机能够带负载起动，又电动机能够带负载起动，又要保证切换时的加速转矩不要保证切换时的加速转矩不过小。一般过小。一般I I2 2选择范围为选择范围为nI2（1.11.2）INnI2（1.21.5）IL。3321RRRRRstststa LLIT22IT11ITITem0nabn1221RRRRststa 1ncd211RRRsta 2nef3haRg222132bREUIdREUIcREUIdcb 点：点：点：点：点：点

7、：agfeREUIgREUIfREUIe 11211点点：点点：点点：2121TTII 式中，式中，称为起动电流比或起动转矩比。称为起动电流比或起动转矩比。上列关系式中上列关系式中 E Eb bE Ec c，E Ed dE Ee e，E Ef fE Eg g。将上列六个关系式。将上列六个关系式两两相除，则可得两两相除，则可得 aRRRRRRII1122321（4-1）2. 起动电阻的计算起动电阻的计算LLIT22IT11ITITem0nabn11ncd22nef3gfh3R2R1RaRmR1 mR式中式中 ， 为第为第m m级，第级，第m m1 1级级 电枢回路总电阻。电枢回路总电阻。 amm

8、mmRRRRRRRRII11221121（4-2） ammmammmaaRRRRRRRRRRR 11211212于是：于是：（4-3）级级：推推广广到到由由mRRRRRRIIa 11223212. 2. 起动电阻的计算起动电阻的计算2310)3221(NNNNaIPIUR 将将（4-44-4）两边）两边同时取对数，可得同时取对数，可得 ）（5-4lglg amRRm ,3221R Ra a未知时，需估算。根据铜耗约占总损耗的未知时，需估算。根据铜耗约占总损耗的 2. 2. 起动电阻的计算起动电阻的计算mR1IURNm 式中式中最大起动电阻，最大起动电阻，）（得：得：由由4-4amammRRmR

9、R 计算起动电阻分两种情况：计算起动电阻分两种情况：（1 1）当起动级数）当起动级数m为已知数时，步骤如下：为已知数时，步骤如下： 1. 1. 根据电机铭牌数据，估算电枢回路电阻根据电机铭牌数据，估算电枢回路电阻Ra； 2. 2. 预选最大起动电流预选最大起动电流I I1 1（或（或T T1 1），算出），算出 ，将将m及及Rm的的3. 3. 按按 ，计算计算I I2 2，如果，如果I I2 2(1.11.2)I IN N或或( (1.211.52)I IL L1IURNm 12II 数值代入式（数值代入式（4-44-4），算出），算出值；值；4.4. 按式按式（4-3）计算各级电阻。计算各级

10、电阻。2. 2. 起动电阻的计算起动电阻的计算（2 2）当起动级数）当起动级数m m未知时，步骤如下：未知时，步骤如下： 1. 1. 根据电机铭牌数据，估算电枢回路电阻根据电机铭牌数据，估算电枢回路电阻R Ra a； 2. 2. 预选预选I I1 1与与I I2 2的值，算出的值，算出和和R Rm m的值；的值； 3. 3. 由式（由式（4-54-5）求起动级数）求起动级数m m。如果求得的。如果求得的m m不是整数，不是整数，选取接近的整数。再将此选取接近的整数。再将此m m值代入式（值代入式（4-24-2），修正切换），修正切换电流电流I2I2的数值；的数值； 4. 4. 按式（按式（4-

11、34-3）计算各级电阻。）计算各级电阻。 2. 2. 起动电阻的计算起动电阻的计算【例例4-14-1】 他励直流电动机，他励直流电动机，P PN N =22W=22W，U UN N220V220V，I IN N120A120A，n nN N800r/min800r/min，T TL L0.8T0.8TN N，用三级起动。试求起动电阻值。，用三级起动。试求起动电阻值。解：解：1. 1. 估算估算R Ra a 153. 012022000120220211021223NNNNaIPIUR2. 2. 预选最大电流预选最大电流I1，计算，计算Rm和和 I1（1.52）IN，预选，预选I12IN2120

12、240A 917. 02402201IURNm816. 1153. 0917. 03 ammRR 2. 2. 起动电阻的计算起动电阻的计算符符合合要要求求，验验算算：22125 . 12 . 1961208 . 08 . 016.132816. 1240. 3IIIIAIIAIILLNL 917. 0505. 0816. 1505. 0278. 0816. 1278. 0153. 0816. 1.23121RRRRRRa 计算起动电阻：计算起动电阻： 412. 0505. 0917. 0227. 0278. 0505. 0125. 0153. 0278. 023312211RRRRRRRRRs

13、tstast则则：2. 2. 起动电阻的计算起动电阻的计算4.2 4.2 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动1、制动的目的：、制动的目的： 1）使电动机减速或停车。）使电动机减速或停车。2）限制电动机转速的升高。（如电车下坡）限制电动机转速的升高。（如电车下坡）2、制动的方式：、制动的方式：1）机械（抱闸）制动：利用）机械（抱闸）制动：利用电磁或电磁液压驱动装置，使电磁或电磁液压驱动装置，使闸瓦抱紧或松开制动盘（闸瓦抱紧或松开制动盘（得电得电松闸、失电抱闸松闸、失电抱闸 ）一、概述一、概述2）电磁制动：当）电磁制动：当 电磁转矩电磁转矩T 与与 n的方向相同时，电磁转矩的方向相同时，电磁

14、转矩为驱动转矩，电机运行于电动状态，当为驱动转矩，电机运行于电动状态，当 T 与与 n方向相方向相反时，电磁转矩为制动转矩，电机运行于电磁制动状态反时，电磁转矩为制动转矩，电机运行于电磁制动状态（本质本质）。）。a) 能耗制动能耗制动b)反接制动反接制动c) 回馈（再生）制动回馈（再生）制动 注：机械制动具有快速、准确的优点，但是对于高速、注：机械制动具有快速、准确的优点，但是对于高速、惯性大的设备，机械冲击比较大；电磁制动则具有制动相惯性大的设备，机械冲击比较大；电磁制动则具有制动相对平稳、制动转矩容易控制的特点。对平稳、制动转矩容易控制的特点。 很多情况下采用机械制动结合电磁制动的方法来进

15、行很多情况下采用机械制动结合电磁制动的方法来进行制动，即先通过电磁制动将电机转速降到一个比较低的速制动，即先通过电磁制动将电机转速降到一个比较低的速度（接近零速），然后再机械抱闸制动，这样既避免了机度（接近零速），然后再机械抱闸制动，这样既避免了机械冲击又有比较好的制动效果。械冲击又有比较好的制动效果。二、能耗制动二、能耗制动 在电动状态（开关在电动状态（开关S打到电源上），电打到电源上），电枢电流、电枢电动势、转速及驱动性质的枢电流、电枢电动势、转速及驱动性质的电磁转矩如图实线箭头所示。电磁转矩如图实线箭头所示。 制动时将开关制动时将开关S打到制动电阻打到制动电阻RB上，由上，由于惯性，电枢

16、保持原来方向继续旋转，电动于惯性，电枢保持原来方向继续旋转，电动势势 Ea 方向不变。由方向不变。由 Ea 产生的电枢电流产生的电枢电流I IaBaB的方向与电动状态时的方向与电动状态时 I Ia a 的方向相反的方向相反,对应的对应的电磁转矩电磁转矩 TB与与 T方向相反方向相反,为制动性质为制动性质,电机电机处于能耗制动状态。处于能耗制动状态。 U电动电动MaEaInTfIS制动制动BRaBIBT P1=UI Ia a=0 0 P2=T2=T 0 n0情情况，此时况，此时Ea U， Ia 反向，反向， T 反向，由驱动变为制动。从能量反向，由驱动变为制动。从能量方向看，电机处于发电状态方向

17、看，电机处于发电状态回馈制动状态（回馈制动状态（ P1=U Ia 0 、 P2=T 0 ）。）。稳定运行有两稳定运行有两种情况种情况: :1 1）正向回馈）正向回馈2 2）反向回馈）反向回馈正向回馈：正向回馈：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反向回反向回馈：电馈：电压反接压反接制动带制动带位能性位能性负载进负载进入第四入第四象限象限Bn0nA0LTTLT 0n 反向电动反向电动机运行机运行 发生在调速过程中的回馈制动过程有以下两种情况发生在调速过程中的回馈制动过程有以下两种情况1、降压调速时产生的回馈制动、降压调

18、速时产生的回馈制动Bn02nA0LTT1U01nCnAn2UC12UU 制动过程制动过程为为 段。段。02Bn2、增磁调速时产生的回馈制动、增磁调速时产生的回馈制动Bn02nA0LTT101nCnAn2C12 制动过程制动过程为为 段。段。02Bn 回馈制动时由于有功功率回馈到电网，因此与能耗和反接回馈制动时由于有功功率回馈到电网，因此与能耗和反接制动相比，回馈制动是比较经济的。制动相比，回馈制动是比较经济的。五、他励直流电动机的四象限运行五、他励直流电动机的四象限运行 一、调速指标：一、调速指标：影响调速范围的因素影响调速范围的因素:1）最高转速受电动机机械强度和换向等方面的制约；）最高转速

19、受电动机机械强度和换向等方面的制约；2）最小转速受相对稳定性限制。）最小转速受相对稳定性限制。 4.3 4.3 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速minmaxnnD 1、调速范围、调速范围: 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。 2nN2nmin1nTnN1n0nNTN2、调速的稳定性（相对稳定性）、调速的稳定性（相对稳定性）：指负载变化时，转速变化的程度，指负载变化时，转速变化的程度，转速变化小，稳定性好。转速变化小，稳定性好。n0nN33%100%100000 nnnnnNN 1）静差率：）静差率： 看出低速机械特性的静差

20、率看出低速机械特性的静差率大，稳定性差。一般以系统的大，稳定性差。一般以系统的最低转速时的静差率为准。最低转速时的静差率为准。 2）D与与的关系：的关系：)1(maxmaxmin0maxminmax NNNNnnnnnnnnnnD D与与相互制约相互制约:越小越小,D越小越小,相对稳定性越好相对稳定性越好;在保证一定的在保证一定的指标的前提下指标的前提下,要扩大要扩大D,须减少须减少nN,即提高机械特性的硬度。即提高机械特性的硬度。 3 3、调速的平滑性、调速的平滑性1 iinn 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

21、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。14、调速的经济性、调速的经济性 在一定的调速范围内，调速的级数越多，调速越平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，为平滑系数滑。相邻两级转速之比，为平滑系数 ： 主要指调速设备的投资、运行效率及维修费用以及调主要指调速设备的投资、运行效率及维修费用以及调速过程中的电能损耗等速过程中的电能损耗等。 二、机械调速二、机械调速改变传动机构速比进行调速的方法称为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；改变电动机参数进行调速的方法称为改变电动机参数进行调速的方法称为电气调速

22、电气调速。三、电气调速三、电气调速 改变电动机的参数就是人为地改变电动机的机械特性，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，电动机工作在不同的机械特性上，如果机械特性不变，因负载变化作在不同的机械特性上，如果机械特性不变，因负载变化而引起转速的变化，则不能称为调速。而引起转速的变化，则不能称为调速。电气调速方法：降压调速；电枢串电阻调速；调磁调速。电气调速方法：降压调速；电枢串电阻调速；调磁调速。调速方法：调速方法：TCCRCUnTeaeN2 四、调速方法四、调速方法1 1、电枢回路串电阻调速、

23、电枢回路串电阻调速nTemTLRan0nNA0ABn1Ra+Rs1未串电阻时未串电阻时的工作点的工作点串电阻串电阻R Rs1s1后后, ,工作点由工作点由AAAABBBCRa+Rs1+Rs21）原理：）原理：在电枢中串入电阻，在电枢中串入电阻，n 不变，即电机的特性曲线不变，即电机的特性曲线变陡，使变陡，使 n 、在相同力矩下，在相同力矩下，n 。2 2）电枢电流和转速在调速过程中的变化曲线）电枢电流和转速在调速过程中的变化曲线调速过程电流变化曲线调速过程电流变化曲线调速前、后电流不变调速前、后电流不变调速过程转调速过程转速变化曲线速变化曲线tt=0n1nNIaNianian结论：结论：带恒转

24、矩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。3）特点：）特点： （1）串电阻后，转速只能降低。）串电阻后，转速只能降低。（3 3）串入电阻后机械特性变软，串入电阻后机械特性变软，静差率变大静差率变大, ,所以转速的所以转速的 相对稳定性差；相对稳定性差； （4 4）轻载时调速范围小，额定负载时调速范围为）轻载时调速范围小，额定负载时调速范围为D=1-3D=1-3受到限制。受到限制。 ）（5 5）电阻上的功率损耗较大电阻上的功率损耗较大，效率低，不经济。，效率低，不经济。（6 6）调速方法简单，设备投资少。）调速方法简单，设备投资少。 （2 2）由于电阻只能分段调节，所以调

25、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； 4）适应场合：这种调速方法适用于调速性能要求不高的中小）适应场合：这种调速方法适用于调速性能要求不高的中小型电机。型电机。2 2、降低电源电压调速、降低电源电压调速T0nnNUTLNnA1U01nAB1n调速压前调速压前工作点工作点A降压瞬间降压瞬间工作点工作点稳定后工作点稳定后工作点 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。1）原理）原理:由机械特性方程知：调电枢电压由机械特性方程知：

26、调电枢电压U，n0变化，变化，斜率不变，所以调速特性是一组平行曲线。斜率不变，所以调速特性是一组平行曲线。 （2）电源电压能平滑调节，调速平滑性好，可实现无级调速。）电源电压能平滑调节，调速平滑性好，可实现无级调速。 （3）调速前后的机械特性的斜率不变，硬度较高，静差率）调速前后的机械特性的斜率不变，硬度较高，静差率 小，调速小，调速稳定性好。稳定性好。 （4 4）无论轻载还是满载，调速范围相同，可达）无论轻载还是满载，调速范围相同，可达 D=2.5D=2.51212， 较广。较广。 （5 5）降压调速是通过减小输入功率来降低转速的，低速时，）降压调速是通过减小输入功率来降低转速的，低速时，

27、电能损耗较小，电能损耗较小，故故调速经济性好。调速经济性好。 （6）调压电源设备较复杂。）调压电源设备较复杂。 2 2）特点：）特点： （1）工作时电枢电压一定，电压调节时，不允许超过）工作时电枢电压一定，电压调节时，不允许超过UN，而而n U，所以调速只能向下调。，所以调速只能向下调。3）适用场合：）适用场合：这种调速方法适用于对调速性能要求较高的这种调速方法适用于对调速性能要求较高的设备，如造纸机、轧钢机等。设备，如造纸机、轧钢机等。 3 3、减弱磁通调速、减弱磁通调速01n1A1nB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AA弱磁稳定后的弱磁稳定后的工作点工作点1）原

28、理：）原理：NTnTL0nANn）减弱磁通调速）减弱磁通调速在调速过程中的变化曲线在调速过程中的变化曲线减弱磁通调速前、减弱磁通调速前、后转速变化曲线后转速变化曲线减弱磁通前、后减弱磁通前、后的电枢电流变化的电枢电流变化曲线曲线tt=0naNInNn1n1aIaiai注意：注意：磁场越弱，磁场越弱，转速越高。因此转速越高。因此电机运行时励磁电机运行时励磁回路不能开路。回路不能开路。）特点：）特点：优点优点：由于在电流较小的励磁回路中进行调节，由于在电流较小的励磁回路中进行调节，能量损耗小能量损耗小; 控控制方便，制方便，设备简单设备简单; 调速平滑性好调速平滑性好, 可以无级调速可以无级调速

29、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：机械特性的斜率变大，特性变软；受换向条件和机械强度机械特性的斜率变大，特性变软；受换向条件和机械强度的限制，转速调高的幅度不大。的限制，转速调高的幅度不大。一般一般 D2）适应场合：弱磁调速只能在高于额定转速的范围内调节）适应场合：弱磁调速只能在高于额定转速的范围内调节 。五、 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

30、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

31、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。1 1、恒转矩调速恒转矩调速nCTnPCICTTNNTem19550 电动机的容许输出功率与转速成正比，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： NNaII955095509

32、550222CnnCTnPnCnCRIUICICTTeaNNNTNTem 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。 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，容许输出转矩和功率不变，即电机得到充分利用，容许输出转矩和功率别为：别为： NaII 为了使电动机得到充分利用，拖动恒转矩负载时，应采用恒转为了使电动机得到充分利用，拖动恒转矩负载时，应采用恒转矩调速方式。拖动恒功率负载时，应采用恒功率调速方式。矩调速方式。

33、拖动恒功率负载时，应采用恒功率调速方式。2、恒功率调速、恒功率调速4.4 4.4 串励直流电动机的电力拖动串励直流电动机的电力拖动（双双曲曲线线）不不饱饱和和时时：eaTeNCRCTCUn )(Tfn 固固有有机机械械特特性性一一、串串励励直直流流电电动动机机的的（直直线线）饱饱和和时时：aNTeaNeNICCRCUn2 常常数数饱饱和和：不不饱饱和和时时：注注：NafaaIRRR ,k.人人为为机机械械特特性性二二、串串励励直直流流电电动动机机的的串串电电阻阻的的人人为为机机械械特特性性. 1（双双曲曲线线）不不饱饱和和时时：eaTeNCRRCTCUn （直直线线）饱饱和和时时：aNTeaN

34、eNICCRRCUn2 即降压调速时转速与所降电压成正比。即降压调速时转速与所降电压成正比。应用应用: :比如城市电车比如城市电车, ,为了降速为了降速, ,但又不能改变直流电网电压但又不能改变直流电网电压, ,故有时就将电车上的两台串励直流电动机串联故有时就将电车上的两台串励直流电动机串联, ,而每台电机而每台电机的电压降一半的电压降一半, ,转速也就近似降一半。转速也就近似降一半。降降压压时时的的人人为为机机械械特特性性. 2不变不变饱和时：饱和时：不变不变不变，即不变，即不饱和时：不饱和时：不变不变负载转矩不变，即负载转矩不变，即N2TT TaTLkCICT212211212222111

35、12121UUURIURIUnnRIUnCERIUnCEUUaaaaeaaaea ：时，时，从从当电压当电压性性分分流流）时时的的人人为为机机械械特特弱弱磁磁（串串励励绕绕组组并并电电阻阻. 3小小小小大大NfBNfBIRIR 2211时：并大时：不并其机械特性由于其机械特性由于使曲线上移。使曲线上移。能耗制动时：能耗制动时：当电源切断后，让励磁绕组当电源切断后，让励磁绕组1、2倒接，即倒接，即“1”接电枢，接电枢，“2”接接RB，其作用是保持，其作用是保持If不反向，仅不反向，仅Ia反向，所反向，所以以T反向与反向与n反向，迅速制动。反向，迅速制动。问题：问题：IaIf（ ）故制动转矩）故制

36、动转矩T太快太快,制动力小。制动力小。断开电源制制动动三三、串串励励直直流流电电动动机机的的能能耗耗制制动动. 1解决办法：解决办法：能耗制动时，把串励绕组打开，另接一低能耗制动时，把串励绕组打开，另接一低压额定励磁电源，保证压额定励磁电源，保证不随不随n nEaEaIaIa I If f, , 保证了足够制动力矩，快速制停保证了足够制动力矩，快速制停。反反接接制制动动. 2分析：电枢反接分析：电枢反接IaIa反向（反向（IfIf不反向）不反向）T T反向反向T T与与n n的方向的方向相反相反迅速制动。迅速制动。当当n=0n=0时不切断电源时不切断电源电动机将会反转进入反向电动机状态。电动机

37、将会反转进入反向电动机状态。（1 1）电源反接制动）电源反接制动反反接接制制动动. 2（2 2）倒拉反转反接制动）倒拉反转反接制动串入串入R RB BIIa aTTTTL Ln nn n继续继续EaEaIaIaT T 当当n=0,T=Tn=0,T=Tk k( (堵转转矩堵转转矩)T)TL L重物不再重物不再正向上升而是下落即电机反转正向上升而是下落即电机反转E Ea a反反向。使其在向。使其在-n-n低转速下匀速下落。低转速下匀速下落。4.5 4.5 电力拖动系统的过渡过程电力拖动系统的过渡过程 n电力拖动系统的过渡过程是指系统从一个稳定工作状态电力拖动系统的过渡过程是指系统从一个稳定工作状态

38、过渡到另一个稳定工作状态的过程。过渡到另一个稳定工作状态的过程。n在过渡过程中，在过渡过程中，n n、I Ia a、T T均在变化，为时间的函数，其均在变化，为时间的函数，其变化规律，及称为电力拖动系统运行的负载图。变化规律，及称为电力拖动系统运行的负载图。n电力拖动系统同时存在：机械惯性、电磁惯性和热惯性。电力拖动系统同时存在：机械惯性、电磁惯性和热惯性。 热惯性一般不予考虑。只考虑机械惯性产生的过渡过程热惯性一般不予考虑。只考虑机械惯性产生的过渡过程叫做机械过渡过程，同时考虑机械与电磁两种惯性影响叫做机械过渡过程，同时考虑机械与电磁两种惯性影响的过渡过程称为电气机械过渡过程。本节只考虑机械

39、的过渡过程称为电气机械过渡过程。本节只考虑机械过渡过程。过渡过程。一、电力拖动系统的过渡过程方程式一、电力拖动系统的过渡过程方程式 )(. 1tfn 转转速速变变化化TCCRCUnTee2 特特性性：他他励励直直流流电电动动机机的的机机械械代入上式得：代入上式得：将运动方程将运动方程dtdnGDTTL3752 dtdnTnndtdnCCRGDTCCRCUnMLTeLTee 0222375dtdnTnnML ).()(),(tfItfTtfnTUaL 和和求过渡过程中的求过渡过程中的不变，不变，和负载转矩和负载转矩、磁通、磁通假定过渡过程中电压假定过渡过程中电压MTtLstLLststennnn

40、nnKnt )(n0则：则：代入上式可得：代入上式可得：时，时，将初始条件将初始条件 上式为过渡过程中转速上式为过渡过程中转速n n随时间随时间t t变化的一般公式，它适变化的一般公式，它适用于起动、调速、制动、反转等一切机械过渡过程。应用时用于起动、调速、制动、反转等一切机械过渡过程。应用时只需确定三个值：起始值、稳态值与机电时间常数。只需确定三个值：起始值、稳态值与机电时间常数。 一、电力拖动系统的过渡过程方程式一、电力拖动系统的过渡过程方程式 MTtLMLMLKennTdtnndndtdnTnn 方程，求解如下：方程，求解如下：为非齐次常数一阶微分为非齐次常数一阶微分)1(0n0MTtL

41、stennt 则则，时，时，)(. 2tfT 转转矩矩变变化化TnTCCRCUnTee 02特特性性：他他励励直直流流电电动动机机的的机机械械LLststTnnTnn 00点的转速：点的转速：过渡过程的起点和稳定过渡过程的起点和稳定上式即为过渡过程中上式即为过渡过程中T T随时间随时间t t变化的一般公式。变化的一般公式。 一、电力拖动系统的过渡过程方程式一、电力拖动系统的过渡过程方程式 MMTtLstLTtLstLeTTTTennnn )()(得：得：将以上三式代入将以上三式代入)(. 3tfIa 电流变化电流变化mMTtLstLaTTtLstLeIIIIeTTTtfT )(:C)()(得得同除同除将将。相同，只差一个常数相同，只差一个常数与与 TatfTtfIC)()(一、电力拖动系统的过渡过程方程式一、电力拖动系统的过渡过程方程式 二、二、 过渡过程时间的计算过渡过程时间的计算 （稳稳态态值值）。时时，达达工工程程上上，认认为为（稳稳态态值值）；时时