电机原理及拖动 第二章 直流电机

1、第二章第二章 直流电机直流电机v 工作原理和结构工作原理和结构v 直流电机的基本理论直流电机的基本理论v 直流电动机的运行特性直流电动机的运行特性v 直流电动机起动和制动直流电动机起动和制动第四节第四节 直流电动机起动和制动直流电动机起动和制动一一.他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动将静止状态的电动机接通电源后，拖动负载转动将静止状态的电动机接通电源后，拖动负载转动起来，达到要求的转速稳定运行，称为起动。起来，达到要求的转速稳定运行，称为起动。电动机起动基本要求：电动机起动基本要求：（1）起动转矩要大：快速可靠）起动转矩要大：快速可靠（2）起动电流要小：防止冲击电网，保护电机）起动电流要

2、小：防止冲击电网，保护电机（3）起动设备简单、经济、可靠。）起动设备简单、经济、可靠。1.直接起动直接起动将电动机电枢绕组直接接到额定电压的电压源上。将电动机电枢绕组直接接到额定电压的电压源上。起动瞬间，转速起动瞬间，转速 ， ，电枢电流，电枢电流 ，由于，由于 很小，所以起动电流将达到额定值的很小，所以起动电流将达到额定值的1020倍。倍。会影响电网电压下降，使换向恶化，甚至烧毁换会影响电网电压下降，使换向恶化，甚至烧毁换向器，过大的转矩冲击会造成传动机构损坏。向器，过大的转矩冲击会造成传动机构损坏。0 n0 aEaaRUI aR只有小容量的直流电动机，由于转动惯量小、转只有小容量的直流电动

3、机，由于转动惯量小、转速上升快、电枢绕组相对较大，才允许直接起动。速上升快、电枢绕组相对较大，才允许直接起动。一般的，应限制起动电流，将其限制在一般的，应限制起动电流，将其限制在 ，为此常采用为此常采用降低电源电压起动降低电源电压起动，或在，或在电枢回路串电枢回路串电阻起动电阻起动。aI )25 . 1(2.降低电源电压起动降低电源电压起动即在启动瞬间，降低供电电源电压，随着转速的即在启动瞬间，降低供电电源电压，随着转速的升高，反电势增大，再逐步提高供电电压，使升高，反电势增大，再逐步提高供电电压，使起动电流和转矩保持在一定数值上，按需要的起动电流和转矩保持在一定数值上，按需要的加速度升速，最

4、后达到额定电压时，电动机达加速度升速，最后达到额定电压时，电动机达到所要求的转速。到所要求的转速。降低电源电压起动接线及机械特性降低电源电压起动接线及机械特性2.电枢回路串电阻起动电枢回路串电阻起动启动时，电枢回路串接启动电阻启动时，电枢回路串接启动电阻Rst，此时启动，此时启动电流电流Ist=UN/(Ra+Rst)将受外加启动电阻的限制。将受外加启动电阻的限制。随着转速的升高，反电势增大，再逐步切除外随着转速的升高，反电势增大，再逐步切除外加电阻直到全部切除，电动机达到所要求的转加电阻直到全部切除，电动机达到所要求的转速。速。电枢回路串电阻起动接线及机械特性电枢回路串电阻起动接线及机械特性4

5、.他励直流电机的反转他励直流电机的反转二二. 直流电动机的调速直流电动机的调速电力拖动系统调速可以采用机械调速、电气调速电力拖动系统调速可以采用机械调速、电气调速或二者配合调速。或二者配合调速。改变转动机构的传动比来改变工作机构的速度，改变转动机构的传动比来改变工作机构的速度，称为称为机械调速机械调速。人为改变电动机的参数（如端电压、励磁电流或人为改变电动机的参数（如端电压、励磁电流或电枢回路电阻），使同一机械负载得到不同的电枢回路电阻），使同一机械负载得到不同的转速，称为转速，称为电气调速电气调速。三三. 直流电动机的制动直流电动机的制动1.一般概念一般概念所谓制动，是使拖动系统从某一稳定转

6、速开始减所谓制动，是使拖动系统从某一稳定转速开始减速至停止，或者限制位能性负载的速度，使其速至停止，或者限制位能性负载的速度，使其在某一稳定转速下运行。在某一稳定转速下运行。切断电源切断电源自由停车自由停车机械抱闸机械抱闸机械制动机械制动能耗制动能耗制动反接制动反接制动电气制动电气制动回馈制动回馈制动电动机的运行状态电动机的运行状态电动状态：电动状态：电磁转矩方向与转速方向一致，电动电磁转矩方向与转速方向一致，电动机从电网吸收电能并转变为机械能带动负载。机从电网吸收电能并转变为机械能带动负载。制动状态：制动状态：电磁转矩方向与转速方向相反，电动电磁转矩方向与转速方向相反，电动机吸收机械能并转变

7、为电能。机吸收机械能并转变为电能。制动运行过程制动运行过程用于拖动系统的减速停车。用于拖动系统的减速停车。制动运行状态制动运行状态用于位能性负载限速运行。用于位能性负载限速运行。2.能耗制动能耗制动（1）能耗制动过程）能耗制动过程电动状态电动状态能耗制动过程能耗制动过程（1）能耗制动过程）能耗制动过程 ，电磁功率电磁功率 ，说明电动机从轴，说明电动机从轴上输入机械功率（降速过程中释放的动能），去上输入机械功率（降速过程中释放的动能），去除空载损耗，其余功率通过电磁作用转变成电功除空载损耗，其余功率通过电磁作用转变成电功率，消耗在电枢回路电阻上。率，消耗在电枢回路电阻上。能耗制动功率流程图能耗制

8、动功率流程图0 TIEPaaM0 U)/(acaaRREI （1）能耗制动过程）能耗制动过程 ， ，TCCRRn teca0 UN （1）能耗制动过程）能耗制动过程两级能耗制动线路及机械特性两级能耗制动线路及机械特性（2）能耗制动运行）能耗制动运行（2）能耗制动运行）能耗制动运行（2）能耗制动运行）能耗制动运行3.反接制动反接制动（1）电压反接制动）电压反接制动3.反接制动反接制动（1）电压反接制动）电压反接制动 TnTCCRRCUnNNNN 0tecaeNUU N 3.反接制动反接制动（1）电压反接制动）电压反接制动 0 caaNaRREUINUU 0 n0 aE01 aNIUP从电源吸收电

9、功率从电源吸收电功率 022 aaIETTP轴上输入机械功率转轴上输入机械功率转变为电枢回路电功率变为电枢回路电功率 3.反接制动反接制动（1）电压反接制动）电压反接制动 3.反接制动反接制动（2）电动势反接制动）电动势反接制动 3.反接制动反接制动（2）电动势反接制动）电动势反接制动只适用于只适用于位能性恒转矩负载位能性恒转矩负载。制动时机械特性方程是电动状态时电枢串电阻时制动时机械特性方程是电动状态时电枢串电阻时的人为机械特性，由于串入电阻足够大，可以在的人为机械特性，由于串入电阻足够大，可以在第四象限与位能负载特性曲线相交，稳定运行，第四象限与位能负载特性曲线相交，稳定运行，处于处于制动

10、运行状态。制动运行状态。电势反接制动机械能量的输入是由系统位能的减电势反接制动机械能量的输入是由系统位能的减少提供的。少提供的。 3.回馈制动回馈制动（1）一般概念）一般概念当电枢电动势高于电源电压，电枢电流改变方向，当电枢电动势高于电源电压，电枢电流改变方向，电磁转矩变为制动转矩，电机进入制动状态。电磁转矩变为制动转矩，电机进入制动状态。由于由于 ，电机成为与电网并联运行的发电，电机成为与电网并联运行的发电机，向电网馈送功率，称为机，向电网馈送功率，称为回馈制动回馈制动。与能耗制。与能耗制动和反接制动比，具有较高的经济性。动和反接制动比，具有较高的经济性。 0 aUI3.回馈制动回馈制动（2

11、）降低电源电压的回馈制动）降低电源电压的回馈制动转速高于理想空载转速转速高于理想空载转速 3.回馈制动回馈制动（3）位能负载下放重物时的回馈制动）位能负载下放重物时的回馈制动 直流电机的元件经过电刷，从一条支路进入另一条直流电机的元件经过电刷，从一条支路进入另一条支路时支路时, ,元件里的电流改变方向。元件里的电流改变方向。换向的过程即元件被电刷短路的过程。换向的过程即元件被电刷短路的过程。换向不好会使电刷产生火花，火花严重时会影响电换向不好会使电刷产生火花，火花严重时会影响电机运行机运行四四. 直流电机的换向直流电机的换向单叠绕组单叠绕组1号元件的换向过程，电刷宽度与换向片号元件的换向过程，

12、电刷宽度与换向片宽度相等，电枢以宽度相等，电枢以va的速度从右向左旋转。的速度从右向左旋转。（1 1）自感电动势自感电动势（2 2）互感电动势）互感电动势 （3 3）电枢反应电动势）电枢反应电动势 与与 都反对换向元件电流变化，换向电流不随时都反对换向元件电流变化，换向电流不随时间线性变化，比直线换向慢，延迟换向。间线性变化，比直线换向慢，延迟换向。采取措施产生采取措施产生 ，使，使 为为0 0，形成直线换向。如，形成直线换向。如作用大于作用大于 ，产生超越换向。，产生超越换向。换向元件中的电动势换向元件中的电动势redtdiLeL dtdiMeM ae二者之和称为电抗二者之和称为电抗电动势电动势 ，反对，反对