第2章直流电动机拖动基础

1、2.1 2.1 电力系统的运动方程和负载特性电力系统的运动方程和负载特性2.2 2.2 他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性 2.3 2.3 他励直流电动机的起动方法他励直流电动机的起动方法 本章主要介绍电力拖动系统的运动方程、负载特性、直流电本章主要介绍电力拖动系统的运动方程、负载特性、直流电动机的机械特性、起动、调速、制动等方法的物理过程。动机的机械特性、起动、调速、制动等方法的物理过程。2.5 2.5 他励直流电动机的制动方法他励直流电动机的制动方法2.4 2.4 他励直流电动机的调速方法他励直流电动机的调速方法第二章 直流电动机的电力拖动2.12.1电力拖动系统的运动方程和

2、负载特性电力拖动系统的运动方程和负载特性 电力拖动系统运动方程用于描述电力拖动系统的运动状态，电力拖动系统运动方程用于描述电力拖动系统的运动状态，系统的运动状态取决于作用在电动机转轴上的各种转矩。系统的运动状态取决于作用在电动机转轴上的各种转矩。2.1.1 2.1.1 电力拖动系统的运动方程式电力拖动系统的运动方程式1.电力拖动系统的运动方程 根据如图给出的系统转矩，可写出根据如图给出的系统转矩，可写出电力拖动系统的运动方程：电力拖动系统的运动方程：emLdTTJdt其中其中 为系统的惯性转矩。为系统的惯性转矩。dtdJ电力拖动系统是指：电力拖动系统是指： 以电动机为原动机拖动生产机械，按给定

3、运动方式完成生产任务的控制系统。以电动机为原动机拖动生产机械，按给定运动方式完成生产任务的控制系统。 电力拖动系统运动方程的实用形式：电力拖动系统运动方程的实用形式：2375emLGDdnTTdt3.3.系统旋转的三种运动状态系统旋转的三种运动状态2.2.运动方程的正方向规定运动方程的正方向规定以以n n为参考方向，为参考方向，（1）T=TL时， T-TL=0dn/dt =0 n=C 系统匀速运行，稳态；（2）TTL时，T-TL0 dn/dt0 n系统加速运行，动态；（3）TTL时，T-TL0dn/dt0 n系统减速运行，动态。T T与与n n方向一致时为正，方向一致时为正，T TL L与与n

4、 n方向相反时为正。方向相反时为正。2.1.2 2.1.2 生产机械的转矩特性生产机械的转矩特性用用n =f（TL）表示，简称负载特性。表示，简称负载特性。他励电动机机械特性：他励电动机机械特性：他励电动机转速与电磁转矩之间的函数关系。他励电动机转速与电磁转矩之间的函数关系。用用n =f（T）表示，简称机械特性。表示，简称机械特性。 生产机械的转矩特性：生产机械的转矩特性：生产机械的转速与机械转矩之间的函数关系。生产机械的转速与机械转矩之间的函数关系。负载特性的分类：负载特性的分类：（2 2）恒功率负载转矩特性；）恒功率负载转矩特性；（3 3）通风机负载转矩特性。）通风机负载转矩特性。（1 1

5、）恒转矩负载转矩特性；）恒转矩负载转矩特性；1.恒转矩负载特性（1 1）反抗性恒转矩负载）反抗性恒转矩负载T TL Ln（2 2）位能性恒转矩负载）位能性恒转矩负载T TL Ln恒转矩负载转矩特性：恒转矩负载转矩特性：负载转矩大小保持恒定不变。负载转矩大小保持恒定不变。分为：反抗性负载转矩特性，位能性负载转矩特性。分为：反抗性负载转矩特性，位能性负载转矩特性。 负载转矩大小保持恒定不变，转矩方向恒与转向相反；负载转矩大小保持恒定不变，转矩方向恒与转向相反；表示为表示为TL=C（反抗）（反抗）。负载转矩大小保持恒定不变，转矩方向保持恒定不变；负载转矩大小保持恒定不变，转矩方向保持恒定不变；表示为

6、表示为TL=C（位能）（位能）。2.恒功率负载特性T TL Ln3.泵与风机类负载特性T TL Ln理想的通理想的通风机特性风机特性实际通风实际通风机特性机特性TL0负载功率大小保持恒定不变，转矩方向恒与转向相反；负载功率大小保持恒定不变，转矩方向恒与转向相反；表示为表示为PL=C。负载转矩大小随着转速变化，转矩方向恒与转向相反；负载转矩大小随着转速变化，转矩方向恒与转向相反；表示为表示为TL=Kn2。2.2 2.2 他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性2.2.1 2.2.1 他励电动机的机械特性方程他励电动机的机械特性方程直流电机的电力拖动：直流电机的电力拖动：对直流电动机进行的

7、起动、调速及制动等方面的控制。对直流电动机进行的起动、调速及制动等方面的控制。 电力拖动系统主要由生产机械和电动机共同组成，要想了解拖动系统必须同时掌握负载特性和机械特性。 从本质上来说，控制电力拖动系统的运行状态就是在掌握负载从本质上来说，控制电力拖动系统的运行状态就是在掌握负载特性的基础上控制他励电动机的机械特性。特性的基础上控制他励电动机的机械特性。1、机械特性方程、机械特性方程2、机械特性种类、机械特性种类3、机械特性形式、机械特性形式（1）固有机械特性；（2）人为机械特性。（1）机械特性方程；（2）机械特性曲线。 )(TfTCCRCUnTee2.2.2 2.2.2 他励电动机的固有机

8、械特性他励电动机的固有机械特性他励电动机固有特性：他励电动机固有特性：在在U=UN、=N、R=Ra条件下，条件下，他励电动机转速与电磁转矩之间的函数关系。他励电动机转速与电磁转矩之间的函数关系。n = n0- -n。 1、特性方程形式（1）基本形式基本形式：n =(UN /CeN)- -(Ra /CeN CTN)T （2）斜率形式：斜率形式：n = n0- -NT （3）转矩形式：转矩形式：n = n0- -(T/TN)nN （4）速降形式：速降形式： 其中： n0 = UN /CeN固有机械特性的理想空载转速；固有机械特性的理想空载转速； N = Ra/CeNCTN固有机械特性的特性斜率；固

9、有机械特性的特性斜率；nN =NTN固有机械特性的额定转速降；固有机械特性的额定转速降； n=NT=(T/TN)nN固有机械特性的负载转速降固有机械特性的负载转速降。 2、特性方程曲线 （1）三个特殊交点：三个特殊交点： 理想空载点：用用T=0、 n=n0 表示。表示。用用T=TN、n=nN表示。表示。额定转矩点：特性曲线与额定电磁转矩的交点。特性曲线与额定电磁转矩的交点。特性曲线与纵轴（特性曲线与纵轴（n轴）的交点。轴）的交点。直接起动点： 特性曲线与横轴（特性曲线与横轴（T轴）的交点。轴）的交点。 用用T=TS、n=0 表示。表示。 （2）特性曲线绘制： 理想空载点：T=0， n= n0，

10、 n0 = UN /CeN ， CeN=(UN- -INRa)/nN ， 电枢电阻的估算公式：Ra=(1/22/3)(1-N)UN /IN。 额定转矩点：T= TN，n= nN，TN =CT N IN ， CT N =(60/2)CeN 。 计算额定转矩TN。特性曲线绘制方法：估算电枢电阻Ra；计算电势常数CeN；计算空载转速n0：计算转矩常数CTN；2.2.3 2.2.3 他励电动机的人为机械特性他励电动机的人为机械特性他励电动机人为特性：他励电动机人为特性： 在在UUN、N、RRa条件下，条件下，他励电动机转速与电磁转矩之间的函数关系。他励电动机转速与电磁转矩之间的函数关系。 他励电动机人

11、为机械特性的种类： （1）串阻特性；（3）弱磁特性。（2）降压特性；1、他励电动机串阻特性串阻特性他励电动机串阻特性：他励电动机串阻特性： 他励电动机通过外串调节电阻而获得的人为机械特性。他励电动机通过外串调节电阻而获得的人为机械特性。（1）特性条件： U=UN、=N(If =IfN)、R=Ra+RC(RC0、RRa)。 （2）特性电路： （3）特性方程： （4）特性曲线： KM打开时外串调节电阻打开时外串调节电阻RC。 n = n0- -(Ra+RC)/Ra (T/TN)nN= n0- -nR。 n0=UN /CeN =C理想空载点保持不变； nR=(Ra+RC)/Ra(T/TN)nN负载转

12、速降变大。2、他励电动机降压特性降压特性他励电动机他励电动机降压特性：降压特性： 他励电动机他励电动机通过降低电枢电压而获得的人为机械特性。通过降低电枢电压而获得的人为机械特性。（1）特性条件： UUN、=N(If=IfN)、R=Ra(RC=0)。 （2）特性电路： （3）特性方程： （4）特性曲线： 通过调节电源电压降低电枢电压。通过调节电源电压降低电枢电压。 n =(U/UN)n0- -(T/TN)nN = n0U- -n。 n0U=(U/UN)n0n0 理想空载点下降； n=(T/TN)nN负载转速降保持不变。3、他励电动机弱磁特性弱磁特性他励电动机他励电动机弱磁特性：弱磁特性： 他励电

13、动机他励电动机通过通过减弱每极磁通减弱每极磁通而获得的人为机械特性。而获得的人为机械特性。（1）特性条件： U=UN 、N(IfIfN) 、R=Ra(RC=0)。 （2）特性电路： （3）特性方程： （4）特性曲线： 通过增加调节电阻减小励磁电流。通过增加调节电阻减小励磁电流。 n =(N /)n0- -(N /)2(T/TN)nN = n0- -n。 n0=(N /)n0n0 理想空载点上升； n=(N /)2(T/TN)nN 负载转速降增加。例2-2-1已知：他励电动机，PN =40kW，UN =220V，IN =210A，nN =750r/min，恒转矩负载，TL =TN。 试求：（1）

14、CeN =？n0 =？nN =？N =？TN =？ （2）绘制他励电动机的固有机械特性曲线。例2-2-2已知：他励电动机，PN =40kW，UN =220V，IN =210A， （3）=0.8N时的人为机械特性。 （2）U =110V时的人为机械特性； 试求：（1）RC=0.4时的人为机械特性； 恒转矩负载，TL =TN。 nN =750r/min，Ra=0.07029，2.3 2.3 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动2.3.1 2.3.1 他励直流电动机起动的基本概念他励直流电动机起动的基本概念1、他励电动机起动的基本概念他励电动机起动定义：他励电动机起动定义：电动机接通电源后，转速

15、由零上升至稳定转速的过程。电动机接通电源后，转速由零上升至稳定转速的过程。2、他励电动机起动的基本方法3、他励电动机起动的基本要求（1）、直接起动；（1）起动电流较小；（2）、串阻起动；（3）、降压起动。（2）起动转矩较大；（3）起动时间较短；（4）起动过程平滑；（5）起动损耗较少；（6）起动设备简单。他励电动机起动转矩：他励电动机起动转矩：电动机接通电源后，起动瞬间电枢电流所产生的转矩。电动机接通电源后，起动瞬间电枢电流所产生的转矩。起动转矩过小的影响：时间过长、散热不好、温度上升、效率下降。时间过长、散热不好、温度上升、效率下降。起动时对转矩的要求：TS(1.11.2)TL。 若使IS较小

16、而TS较大，由于TS =CT IS ，则必须使CT =max=N If=IfN （满励磁）。 他励电动机起动电流：他励电动机起动电流：电动机接通电源后，起动瞬间电枢绕组中通过的电流。电动机接通电源后，起动瞬间电枢绕组中通过的电流。起动电流过大的影响：换向困难、损耗增加、绝缘老化、寿命减少。换向困难、损耗增加、绝缘老化、寿命减少。起动时对电流的要求： IS(22.5)IN。用用IS表示。表示。用用TS表示。表示。2.3.2 2.3.2 他励直流电动机的直接起动他励直流电动机的直接起动他励电动机直接起动：他励电动机直接起动：在额定磁通、额定电压、固有电阻条件下的起动方法。在额定磁通、额定电压、固有

17、电阻条件下的起动方法。1、起动条件：U=UN，=N，R=Ra。2、起动瞬间： n=0Ea=0IS=UN /RaTS=CT N IS 。 电机较大时：Ra很小IS=(340.0)IN TS=(340.0) TN不能直接起动；电机较小时： Ra很大IS=(2.02.5)INTS=(2.02.5)TN可以直接起动。3、起动过程： nn=CEa IS=(UN Ea)/RaTSdn/dt =dn/dt =04、起动特点： （1）瞬间电流较大；（2）平均转矩较小；（3）起动时间较长； （4）起动过程冲击；（5）起动损耗较大；（6）起动设备简单。 2.3.3电枢回路串电阻起动电枢回路串电阻起动串阻起动串阻起

18、动 他励电动机串阻起动：他励电动机串阻起动：通过增加电枢回路总电阻来限制起动电流的起动方法。通过增加电枢回路总电阻来限制起动电流的起动方法。1、起动条件：U=UN，=N，R=Ra+RS。2、起动瞬间：TS=(22.5)TN 可以起动。 n=0Ea=0IS=UN /(Ra+RS)=(22.5)IN3、起动过程：nEa IS=(UN- -CeNn)/RTSdn/dttS若使IS=(UN- -Ea)/(Ra+RS)=C(UN-CeNn)/(Ra+RS)=C，要求起动电阻随转速上升而相应减小。那么IS=CTS=CTS- -TL =C dn/dt=CtS =min。起动电阻实际上是分(35)段切除。 4

19、、起动特点：（1）瞬间电流较小；（2）平均转矩较大；（3）起动时间较短； （4）起动过程动荡；（5）起动损耗较多；（6）起动设备较多。以起动电阻分为3段为例，各段起动电阻分别为： RS1、RS2、RS3 。通过开关KM3、 KM2、KM1控制各段起动电阻 2.3.4电枢回路降电压起动电枢回路降电压起动降压起动降压起动 他励电动机降压起动：他励电动机降压起动：通过降低电枢回路端电压来限制起动电流的起动方法。通过降低电枢回路端电压来限制起动电流的起动方法。 1、起动条件： UUN，=N，R=Ra。2、起动瞬间：TS=(22.5)TN 可以起动。n=0Ea=0IS=U/Ra=(22.5)IN3、起动

20、过程：n EaIS=(U- -Ea)/RatSTS dn/dt若使IS=(U- -Ea)/Ra=CU- -CeNn =C，要求电枢电压随转速上升而相应提高。那么IS=CTS=CTS- -TL =C dn/dt=CtS =min。 电枢电压可以通过整流器实现连续变化。4、起动特点（1）瞬间电流较小；（2）平均转矩很大；（3）起动时间很短；（4）起动过程平滑；（5）起动损耗较少；（6）起动设备复杂。下面以电枢电压分为23段为例，给出降压起动的机械特性。 如果电枢电压可以实现连续变化，则他励电动机可以获得恒加速度特性。2.4 2.4 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速2.4.12.4.1他励电

21、动机调速的基本概念他励电动机调速的基本概念1、他励电动机调速的基本概念n=Cdn/dt=0T- -TL=0T=TLn=f(T)与n=f(TL)的交点工作点， 稳定转速由电机的n=f(T)与负载的n=f(TL)共同决定。电力拖动系统的调速：电力拖动系统的调速：负载特性负载特性n=f(TL)保持不变，保持不变，通过改变机械特性通过改变机械特性n=f(T)获得的一系列转速。获得的一系列转速。电力拖动系统的扰动：电力拖动系统的扰动：机械特性机械特性n=f(T)保持不变，保持不变，通过改变负载特性通过改变负载特性n=f(TL)引起的一系列转速。引起的一系列转速。2、他励电动机调速的基本方法负载特性n=f

22、(TL)保持不变，例如TL=C恒转矩负载，则机械特性n=f(T)为：n=(U/UN)(N /)n0- -(Ra+RC)/Ra(N /)2(TL /TN)nN = f(R、U)（1）改变电枢电阻调速串阻调速R=Ra+RCRanRn，RC nR n= n0- -nRnnN，nmax=nN； （2）降低电枢电压调速降压调速UUN n0U= U /Ce Nn0，Un0U n= n0 U- -nnnN，nmax=nN；（3）减弱每极磁通调速弱磁调速N n0= UN /Ce n0，n0 n= n0- -nnnN，nmin=nN。3、他励电动机调速的基本要求（1）直流电机调速稳定性：直流电机调速稳定性：用相

23、对静差表示：(T=TN)=nmax / n0 =(n0- -nmin)/ n0 （2）直流电机调速平滑性：直流电机调速平滑性： 用平滑系数k表示：k(T=TN)=ni /ni1 （3）直流电机的调速范围是指：直流电机的调速范围是指：用范围系数D表示：D(T=TN)=nmax /nmin （4）直流电机的调速方式：直流电机的调速方式：用T=C或PM =C表示：若调速前后电枢电流不变则调速前后电磁转矩也不变；若调速前后电枢电流不变则调速前后电磁转矩也不变；用T = C表示。若调速前后电枢电流不变则调速前后电磁功率也不变。若调速前后电枢电流不变则调速前后电磁功率也不变。用PM =C表示。（5）直流电

24、机调速经济性是指：直流电机调速经济性是指：用经济系数J表示。调速设备的初次投资；调速系统的维护费用；调速方法的损耗情况；电机能力的发挥程度。匹配调速方式与负载类型一致。2.4.22.4.2他励电动机串阻的调速他励电动机串阻的调速他励电动机串阻调速：他励电动机串阻调速：他励电动机通过外串调节电阻改变转子转速的调速方法。他励电动机通过外串调节电阻改变转子转速的调速方法。1、调速条件：调速时机械特性：U=UN，=N，R=Ra+RCRa；调速时负载特性：TL =C (0TLT N)恒转矩负载。2、调速电路：电枢回路外串调节电阻RC，通过改变调节电阻RC可获得不同的电枢回路总电阻R。设电枢回路总电阻R=

25、Ra+RCRa。RC可分为若干段。3、特性方程： 机械特性方程： n =n0- -nR，nR =(Ra+RC)/Ra(TL /TN)nN。电枢电压方程： UN = Ea+Ia(Ra+RC)，Ea= CeN n。4、特性曲线： 理想空载点：n0=UN /CeN，n0与电阻RC无关，RCn0 =C 理想空载点不变，理想空载点不变，额定转矩点：nR=( Ra+RC )/Ra (TL /TN )nN，RCnR负载转速降增加负载转速降增加。5、调速过程：由由A点切换到点切换到B点，是一个瞬变过程：点，是一个瞬变过程：R由由B点过渡到点过渡到C点，是一个渐变过程：点，是一个渐变过程：T- -TL0T=TB

26、、n=nA；Ia=(UN- -Ea )/R T= CT N IaT=TL、n=nC。dn/dt0n Ea Ia T串阻瞬间的电枢电流：串阻瞬间的电枢电流： nB=nA，EaB=EaA，EaA=UN- IaARa，EaB=UN- IaB(Ra+RC)，IaB(Ra+RC)=IaARa，IaB=Ra /(Ra+RC)IaA，6、调速方式：7、稳定转速：在调速前的A点上：TA =CT N IaA，在调速后的C点上：TC =CT N IaC，若使调速前后电枢电流不变Ia=IaA=IaC=C，由于CTN=C，故电磁转矩不变T=TA=TC=C。 Ia=CT=C 恒转矩调速方式。恒转矩调速方式。 他励电动机

27、串阻调速适合带动恒转矩负载他励电动机串阻调速适合带动恒转矩负载TL =C。在调速前的A点上：nA=(TL /TN)nN， 在调速后的C点上：nA=n0- (TL /TN)nN=n0-nA，nC=n0- (Ra+RC)/RanA=n0-nR，nR =(Ra+RC)/RanA， (Ra+RC)/Ra1，nRnA，即nCnA。RC(Ra+RC)nRnC串阻调速时，调节电阻越大，稳定转速越低。串阻调速时，调节电阻越大，稳定转速越低。nR=(Ra+RC)/RanA，RC=(nR /nA)-1Ra。8、调速效率： 在调速前的A点上：A=TA A /UN IaA， 在调速后的C点上：C =TC C /UN

28、IaC， TA=TC，IaA=IaC，A/C=nA/nC，A/C=TA A /UN IaA/TC C /UN IaC=(nA/nC)，即：C=(nC /nA)A。 (nC /nA)1，CA串阻调速时，调节电阻越大，运行效率越低。串阻调速时，调节电阻越大，运行效率越低。9、调速性能：稳定性不好，平滑性较差，调速范围窄，恒转矩调速方式，经济性较好。稳定性不好，平滑性较差，调速范围窄，恒转矩调速方式，经济性较好。 适用于他励电动机带动恒转矩负载，用于对调速性能要求不太高的场合。适用于他励电动机带动恒转矩负载，用于对调速性能要求不太高的场合。 C =nR / n0，RCC稳定性不好。k=ni /ni1

29、，k1平滑性较差。D=nN/nmin，nmin不可能太低调速范围窄。Ia=CT=C 恒转矩调速方式。初次投资小，维护费用低，运行损耗大，发挥程度好经济性较好。10、调速计算： 串阻调速主要有两种计算：串阻调速主要有两种计算：（1）给定稳定转速可以求解调节电阻；）给定稳定转速可以求解调节电阻；（2）给定调节电阻可以求解稳定转速。）给定调节电阻可以求解稳定转速。（1）给定负载转矩TL(Ia)、稳定转速nC，求解调节电阻RC =？ 利用机械特性：RC = (nR /nA )- -1Ra。 计算步骤：计算步骤：CeNn0nNnAnRRC。利用电压方程：RC =(UN-Ea)/Ia- -Ra。 计算步骤

30、：计算步骤：CeNEaIaRC。（2）给定负载转矩TL(Ia)、调节电阻RC，求解稳定转速nC =？利用机械特性：nC= n0- -nR。 计算步骤：计算步骤：CeNn0nNnAnRnC。利用电压方程：nC =Ea /CeN。 计算步骤：计算步骤：CeNIaEanC 。例2-4-1 已知：他励电动机，PN=55.0KW，UN=440V，IN=148A， Ra=0.2468，nN=600r/min，TL =0.9TN。 试求：（1）采用串阻调速，若使nC=400 r/min，求RC =？ （2）采用串阻调速，若使RC=1，求nC=？ （3）采用串阻调速，若使nC=200 r/min，求RC =？

31、 （4）采用串阻调速，若使RC=2，求nC =？ 2.4.32.4.3他励电动机降压的调速他励电动机降压的调速他励电动机降压调速：他励电动机降压调速：他励电动机通过降低电枢电压改变转子转速的调速方法。他励电动机通过降低电枢电压改变转子转速的调速方法。1、调速条件：调速时机械特性：U UN，=N，R=Ra；2、调速电路：通过调节直流调压电源获得可连续变化的电枢电压。设电枢回路电压为0UUN。调速时负载特性：TL =C (0TLT N)恒转矩负载。3、特性方程： 机械特性方程： n= n0U- -nA，n0U= (U/UN)n0。电枢电压方程： U=Ea+IaRa，Ea= CeN n。4、特性曲线

32、： 理想空载点：n0U =(U/UN)n0，n0U与电压U成正比，Un0U理想空载点下降理想空载点下降，额定转矩点：n=(TL /TN)nN ，n与U无关，Un= C 负载转速降不变负载转速降不变。5、调速过程：由由A点切换到点切换到B点，是一个瞬变过程：点，是一个瞬变过程：U由由B点过渡到点过渡到C点，是一个渐变过程：点，是一个渐变过程：T- -TL0T=TB、n=nA； Ia=(U-Ea ) / RaT= CT N IaT=TL、n=nC。dn/dt0n Ea Ia T串阻瞬间的电枢电流：串阻瞬间的电枢电流： nB=nA，EaB=EaA，EaA=UN-IaARa，EaB=U-IaBRa，I

33、aB=(U+ +IaARa- -UN)/Ra，6、调速方式：7、稳定转速：在调速前的A点上：TA =CT N IaA，在调速后的C点上：TC =CT N IaC，若使调速前后电枢电流不变Ia=IaA=IaC=C，由于CTN=C，故电磁转矩不变T=TA=TC=C。 Ia=CT=C 恒转矩调速方式。恒转矩调速方式。 他励电动机降压调速适合带动恒转矩负载他励电动机降压调速适合带动恒转矩负载TL =C。在调速前的A点上：n0=UN/CeN，在调速后的C点上：nA=n0- (TL /TN)nN=n0-nA，nC=(U/UN)n0-nA=n0U-nA， n0U=(U/UN)(UN/CeN)=(U/UN)n

34、0，U /UN1，n0Un0，即nCnA。Un0UnC降压调速时，电枢电压越小，稳定转速越低。降压调速时，电枢电压越小，稳定转速越低。n0U =(U/UN)n0，U =(n0U /n0)UN。8、调速效率： 在调速前的A点上：A=TA A /UN IaA， 在调速后的C点上：C =TC C /U IaC， TA=TC，IaA=IaC，A/C=nA/nC，A/C=TA A /UN IaA/TC C /U IaC=(nA/nC) (U/UN)，即：C=(nC /nA) (UN /U)A。 CA降压调速时，电枢电压越小，运行效率越低。降压调速时，电枢电压越小，运行效率越低。9、调速性能：稳定性很好，

35、平滑性很好，调速范围宽，恒转矩调速方式，经济性较差。稳定性很好，平滑性很好，调速范围宽，恒转矩调速方式，经济性较差。 适用于他励电动机带动恒转矩负载，用于对调速性能要求比较高的场合。适用于他励电动机带动恒转矩负载，用于对调速性能要求比较高的场合。 C =nR / n0，UC，但U=N=C稳定性很好。k=ni /ni1，k=1平滑性很好。D=nN/nmin，nmin可以调节的很低调速范围宽。Ia=CT=C 恒转矩调速方式。初次投资大，维护费用高，运行损耗小，发挥程度好经济性较差。10、调速计算： 降压调速主要有两种计算：降压调速主要有两种计算：（1）给定稳定转速可以求解电枢电压；）给定稳定转速可

36、以求解电枢电压；（2）给定电枢电压可以求解稳定转速。）给定电枢电压可以求解稳定转速。（1）给定负载转矩TL(Ia)、稳定转速nC，求解电枢电压U =？ 利用机械特性：U=(n0U /n0)UN。 计算步骤：计算步骤：CeNn0nNnAn0UU。利用电压方程：U = Ea +IaRa。 计算步骤：计算步骤：CeNEaIaU。（2）给定负载转矩TL(Ia)、电枢电压U ，求解稳定转速nC =？利用机械特性： nC =n0U- -nA。 计算步骤：计算步骤： CeNn0nNnAn0UnC 。利用电压方程：nC =Ea /CeN。 计算步骤：计算步骤：CeNIaEanC 。例2-4-2 已知：他励电动

37、机，PN=96.0KW，UN=440V，IN=250A， nN=600r/min，Ra=0.078，TL =0.85TN。 试求：（1）采用降压调速，若使nC=300 r/min，求U=？ （2）采用降压调速，若使U=230V，求nC=？ （3）采用降压调速，若使nC=100 r/min，求U=？ （4）采用降压调速，若使U=90V，求nC =？ 例题1 一台他励直流电动机，一台他励直流电动机，PN=21kW，UN=220V，IN=112A，nN=950r/min，Ra=0.145，在负载转，在负载转矩为额定值不变的情况下工作，现在在电枢回路矩为额定值不变的情况下工作，现在在电枢回路串入电阻串

38、入电阻Rs=1.4。在接入。在接入Rs瞬间，转速来不及变瞬间，转速来不及变化，求：化，求： （1）在此瞬间的电枢电流和电磁转矩；）在此瞬间的电枢电流和电磁转矩； （2）电动机转入新的稳定状态时，电动机的电）电动机转入新的稳定状态时，电动机的电枢电流和转速；枢电流和转速； （3）新的稳定状态下，电动机的静差率和调速）新的稳定状态下，电动机的静差率和调速前后的效率。前后的效率。 例题2 一台他励直流电动机，一台他励直流电动机，PN=21kW，UN=220V，IN=112A，nN=950r/min，Ra=0.145，在负载转矩为额定值不变的情，在负载转矩为额定值不变的情况下工作，电压降至况下工作，电

39、压降至180V，求：，求： （1）此瞬间的电枢电流和电磁转矩；）此瞬间的电枢电流和电磁转矩； （2）电动机转入新的稳定状态时，电动机）电动机转入新的稳定状态时，电动机的电枢电流和转速；的电枢电流和转速； （3）新的稳定状态下，电动机的静差率和）新的稳定状态下，电动机的静差率和效率。效率。例题3 一台他励直流电动机，一台他励直流电动机，PN=21kW，UN=220V，IN=112A，nN=950r/min，Ra=0.145，在负载转矩为额定值不变的情，在负载转矩为额定值不变的情况下工作，磁通减至况下工作，磁通减至0.75 N时，求：时，求： （1）此瞬间的电枢电流和电磁转矩；）此瞬间的电枢电流和

40、电磁转矩； （2）电动机转入新的稳定状态时，电动机）电动机转入新的稳定状态时，电动机的电枢电流和转速；的电枢电流和转速； （3）新的稳定状态下，电动机的静差率和）新的稳定状态下，电动机的静差率和效率。效率。例题4 一台他励直流电动机，一台他励直流电动机，PN=21kW，UN=220V，IN=112A，nN=950r/min，Ra=0.145，在，在TL=0.8TN情况下工作，现在在电枢回路串入电阻情况下工作，现在在电枢回路串入电阻Rs=1.4。 求：电动机转入新的稳定状态时，电动机的电枢求：电动机转入新的稳定状态时，电动机的电枢电流和转速；电流和转速；2.5 2.5 他励直流电动机的制动他励直

41、流电动机的制动2.5.12.5.1他励电动机制动的基本概念他励电动机制动的基本概念1、他励电动机制动的基本概念直流电动机电动状态是指：直流电动机电动状态是指：直流电动机电磁转矩与转子转向方向相同的运行方式。直流电动机电磁转矩与转子转向方向相同的运行方式。直流电动机制动状态是指：直流电动机制动状态是指：直流电动机电磁转矩与转子转向方向相反的运行方式。直流电动机电磁转矩与转子转向方向相反的运行方式。（1）电动状态： T与n同向PM =T0电动状态的本质就是使电动机将吸收的电能转换为机械能电动状态的本质就是使电动机将吸收的电能转换为机械能。正向电动：n0、T0 反向电动：n0、T0 （1）制动状态：

42、 T与n反向PM =T0制制动状态的本质就是使电动机将储存的机械能转换为电能动状态的本质就是使电动机将储存的机械能转换为电能。制动过程：n0、T0 制动运行：n0、T0 2、他励电动机制动的基本方法 （1）若使n保持方向不变：n0， 则必须使T改变作用方向：T0，则要求： n0 Ea0制动前电动机一定处于正向电动状态。 T0 Ia0Ia=(U- -Ea)/R0 U- -Ea0：使电源电压为零：U=0，Ea0U- -Ea0Ia 0T0正向能耗制动； 使电源电压反接：U0，Ea0U- -Ea0Ia0 T0电源反接制动；使电源电压降低：U0，UEaU- -Ea0Ia0T0正向回馈制动。 （2）若使T

43、保持方向不变：T0， 则必须使n改变作用方向：n0，则要求： n 0Ea0制动时负载转矩一定为位能负载转矩。T0Ia0Ia=(U- -Ea)/R0 U- -Ea0：使电源电压为零：U=0，Ea0U- -Ea0Ia0T0反向能耗制动； 使电枢外串电阻：U 0，Ea0U- -Ea0Ia0T0倒拉反接制动；使电源电压反接：U0，|U|Ea|U- -Ea0Ia0T0反向回馈制动。 3、他励电动机制动的基本分类：（1）按制动用途不同进行分类，可以分为：制动过程、制动运行。制动分类：正向能耗制动；电源反接制动；正向回馈制动。 制动象限：T0、n0；制动用途：紧急停车；使电动机的转速迅速减至转速为零并停止制

44、动的运行方式。使电动机的转速迅速减至转速为零并停止制动的运行方式。直流电动机制动过程是指：直流电动机制动过程是指：制动分类：反向能耗制动；倒拉反接制动；反向回馈制动。 制动象限：T0、n0；制动用途：下放重物；使电动机的转速迅速减至另一转速并保持制动的运行方式。使电动机的转速迅速减至另一转速并保持制动的运行方式。直流电动机制动运行直流电动机制动运行是指：是指：（2）按制动方式不同分类，分为：能耗制动、反接制动、回馈制动。使使U=0、Ea0实现的制动实现的制动能耗制动能耗制动正向能耗制动U =0、Ea0、Ia0、n0、T0；反向能耗制动U =0、Ea0、Ia0、n0、T0。使使U或或Ea 反向实

45、现的制动反向实现的制动反接制动反接制动电源反接制动U0、Ea0、Ia0、n0、T0；电势反接制动U0、Ea0、Ia0、n0、T0。使使| |U| | | |Ea | |实现的制动实现的制动回馈制动回馈制动正向回馈制动U0、Ea0、Ia0、n0、T0；反向回馈制动U0、Ea0、Ia0、n0、T0。4、他励电动机制动的基本要求 制动过程：制动电流较小；制动转矩较大；制动时间较短； 制动过程平滑；制动损耗较小；制动设备简单。 制动运行：制动稳定性好；制动平滑性好；制动范围较宽； 制动方式合适；制动经济性好。2.5.22.5.2他励电动机的正向能耗制动他励电动机的正向能耗制动他励电动机正向能耗是指：他

46、励电动机正向能耗是指：在电动状态下通过断开电枢电压、转子外串电阻实现的制动。在电动状态下通过断开电枢电压、转子外串电阻实现的制动。他励电动机正向能耗特点：他励电动机正向能耗特点：U=0、Ea0、Ia0；n0、T0。1、制动条件：制动前电机的运行状态：n0 制动前他励电动机一定处于正向电动状态； 制动时电机的机械特性：=N、U =0、RC0断开电枢电压，转子外串电阻；制动时负载的转矩特性：TL=C。(0TLTN)恒转矩负载，反抗与位能均可以。2、制动电路：KM1闭合，KM2打开：U=UN，R=Ra原为正向电动运行。电枢电流IaA是在电枢电压作用下产生的，IaA与电枢电压U同向，电枢电流IaA与电

47、枢电势EaA反向。即：EaA0，IaA0。KM1打开，KM2闭合： U=0，RC0进入正向能耗制动。由于电枢电压U为零，IaB在电枢电势EaB的作用下改变作用方向，电枢电流IaB与电枢电势EaB同向，即：EaB0，IaB0。3、制动原理：正向电动运行时的转速转矩图：nB0，EaB0，IaB0，TB0，nA0，EaA0，IaA0，TA0，由于nA0、TA0，T与n同向，所以他励电动机处于正向电动运行。正向能耗制动时的转速转矩图：由于nB0、TB0，T与n反向，所以他励电动机进入正向能耗制动。4、制动方程：机械特性方程：n= - -nR，nR= - - (Ra+RC)/Ra(TB /TN)nN=

48、- - (Ra+RC)/RanB。电枢电压方程： 0=Ea+ Ia(Ra+RC)，Ea= CeN n。5、制动曲线：理想空载点：U=0n0=0正向能耗制动的机械特性曲线必通过坐标原点，瞬间制动点：T= TB，n =nB 正向能耗制动的机械特性曲线通过瞬间制动点。连接理想空载点与瞬间制动点，可以确定他励电动机正向能耗制动时的机械特性曲线。RC|IaB|TB|正向能耗制动时，制动电阻越大，制动电流越小，制动转矩也越小正向能耗制动时，制动电阻越大，制动电流越小，制动转矩也越小。6、制动过程：他励电动机断开电枢电压，电枢外串电阻后：机械特性由A点瞬间切换到B点，即：nB=nA，U=0Ia=- -Ea

49、/R0 TB0、nB0TB与nB反向制动起始于B点，TB- -TL0dn/dt0nEa| Ia |T |制动由B点逐渐过渡到0点，n =0Ea =0Ia =0T =0n=0时电磁转矩T = 0制动终止于0点。7、制动后期：TL为反抗负载：在n=0时，电磁转矩T =0、而且负载转矩TL =0，根据运动方程：T- -TL =0dn/dt=0n=C= 0TL为位能负载：在n=0时，电磁转矩T =0、但是负载转矩TL0，他励电动机稳定运行于自然停车状态；根据运动方程：T- -TL0dn/dt0n0他励电动机将进入反向能耗制动状态。8、制动能量： P1=UI=0、pCua=Ia2R0、PM= T=EaI

50、a0、p0=T0 0、P2=TL 0。制动时：无机能输入制动时：无机能输入系统释放储存的机能，系统释放储存的机能，无电能输出无电能输出电阻消耗产生的电能。电阻消耗产生的电能。9、制动用途： 紧急停车。10、制动计算： 正向能耗制动主要有两种计算：正向能耗制动主要有两种计算：（1）给定制动转矩可以求解制动电阻；）给定制动转矩可以求解制动电阻；（2）给定制动电阻可以求解制动转矩。）给定制动电阻可以求解制动转矩。（1）给定负载转矩TL(Ia)、制动转矩TB(IaB)，求解制动电阻RC =？ 利用机械特性：RC =(nR /nB ) - -1Ra，计算步骤：计算步骤：CeNn0nNnAnAnRnBRC

51、。利用电压方程：RC =(- -EaB /IaB)- -Ra， 计算步骤：计算步骤：CeNn0nNnAnBEaBIaBRC。（2）给定负载转矩TL(IaA)、制动电阻RC，求解制动转矩TB(IaB)=？ 利用机械特性： TB =Ra/(RC+Ra)(nR/nN)TN， 计算步骤：计算步骤： CeNn0nNnAnAnRTB。利用电压方程： TB =CTNIaB， 计算步骤：计算步骤： CeNCTNIaAEaBIaBTB。利用电压方程： RC =(UN- -IaA Ra)/IaB- -Ra， 计算步骤：计算步骤： IaAEaAIaBRC 。例2-5-1 已知：他励电动机，PN =39KW，UN =

52、220V，IN =200A， Ra=0.07，nN =1100r/min，TL =0.8TN。 试求：（1）采用正向能耗制动，若使制动电流I=2IN， 求制动电阻RC =？ （2）采用正向能耗制动，若使制动转矩T=1.8TN， 求制动电阻RC =？ （3）采用正向能耗制动，若使制动电阻RC =0.48， 求制动转矩T=？制动电流I=？ 2.5.32.5.3他励电动机的电源反接制动他励电动机的电源反接制动他励电动机电源反接是指：他励电动机电源反接是指：在电动状态下通过电枢电压反接、转子外串电阻实现的制动。在电动状态下通过电枢电压反接、转子外串电阻实现的制动。他励电动机电源反接特点：他励电动机电源

53、反接特点：U 0、Ea0、Ia0；n0、T0。1、制动条件：制动前电机的运行状态：n0 制动前他励电动机一定处于正向电动状态； 制动时电机的机械特性：=N、U=- -UN、RC0电枢电压反接，转子外串电阻；制动时负载的转矩特性：TL=C。(0TLTN)恒转矩负载，反抗与位能均可以。2、制动电路：KM1闭合，KM2打开：U=UN，R=Ra原为正向电动运行。电枢电流IaA是在电枢电压作用下产生的，IaA与电枢电压U同向，电枢电流IaA与电枢电势EaA反向。即：EaA0，IaA0。KM1打开，KM2闭合： U=- -UN ，RC0进入电源反接制动。由于电枢电压U为负，IaB在- -UN与EaB的共同

54、作用下改变作用方向，电枢电流IaB与电枢电势EaB同向，即：EaB0，IaB0。3、制动原理：正向电动运行时的转速转矩图：nB0，EaB0，IaB0，TB0，nA0，EaA0，IaA0，TA0，由于nA0、TA0，T与n同向，所以他励电动机处于正向电动运行。电源反接制动时的转速转矩图：由于nB0、TB0，T与n反向，所以他励电动机进入电源反接制动。4、制动方程：机械特性方程：n=- - n0 - -nR，nR= - - (Ra+RC)/RanB。电枢电压方程：- -UN=Ea+ Ia(Ra+RC)，Ea= CeN n。5、制动曲线：理想空载点：U=- -UNn0=- - n0电源反接制动的机械

55、特性曲线通过反向空载点，瞬间制动点：T= TB，n =nB 电源反接制动的机械特性曲线通过瞬间制动点。连接理想空载点与瞬间制动点，可以确定他励电动机电源反接制动时的机械特性曲线。RC|IaB|TB|电源反接制动时，制动电阻越大，制动电流越小，制动转矩也越小电源反接制动时，制动电阻越大，制动电流越小，制动转矩也越小。6、制动过程：他励电动机电枢电压反接，电枢外串电阻后：机械特性由A点瞬间切换到B点，即：nB=nA，U=- -UN Ia=(- -UN- -Ea)/R0TB0、nB0TB与nB反向制动起始于B点，TB- -TL0dn/dt0nEa| Ia |T |制动由B点逐渐过渡到E点，n =0E

56、a =0、U=- -UNIa0T0n=0时电磁转矩T0制动终止于E点。7、制动后期：TL为反抗负载：在n=0时，电磁转矩T0、而且负载转矩TL0，根据运动方程：若T- -TL 0TL Tn=C= 0TL为位能负载：在n=0时，电磁转矩T0、但是负载转矩TL0，他励电动机稳定运行于反向堵转状态；根据运动方程：T- -TL0dn/dt0n0他励电动机经反向起动进入反向回馈。8、制动能量： P1=UI0、pCua=Ia2R0、PM= T=EaIa0、p0=T0 0、P2=TL 0。制动时：无机能输入制动时：无机能输入系统释放储存的机能，系统释放储存的机能，无电能输出无电能输出电阻消耗产生的电能。电阻

57、消耗产生的电能。9、制动用途： 紧急停车。若T- -TL0dn/dt0n0他励电动机经反向起动进入反向电动；10、制动计算： 电源反接制动主要有两种计算：电源反接制动主要有两种计算：（1）给定制动转矩可以求解制动电阻；）给定制动转矩可以求解制动电阻；（2）给定制动电阻可以求解制动转矩。）给定制动电阻可以求解制动转矩。（1）给定负载转矩TL(Ia)、制动转矩TB(IaB)，求解制动电阻RC =？ 利用机械特性：RC =(nR /nB ) - -1Ra，计算步骤：计算步骤：CeNn0nNnAnAnRnBRC。利用电压方程： RC =- -(UN+EaB)/IaB- -Ra ， 计算步骤：计算步骤：

58、CeNn0nNnAnBEaBIaBRC。（2）给定负载转矩TL(IaA)、制动电阻RC，求解制动转矩TB(IaB)=？ 利用机械特性： TB =Ra/(RC+Ra)(nR/nN)TN， 计算步骤：计算步骤： CeNn0nNnAnAnRTB。利用电压方程： TB =CTNIaB， 计算步骤：计算步骤： CeNCTNIaAEaAEaBIaBTB 。利用电压方程： RC =- -(2UN- -IaARa)/IaB Ra ， 计算步骤：计算步骤： IaA IaB RC 。例2-5-3 已知：他励电动机，PN =39KW，UN =220V，IN =200A， Ra=0.07，nN =1100r/min，

59、TL =0.6TN。 试求：（1）采用电源反接制动，若使T=2TN， 求RC =？ （2）采用电源反接制动，若使T=2.5TN， 求RC =？ （3）采用电源反接制动，若使RC=1.33， 求T=？ 2.5.42.5.4他励电动机的反向能耗制动他励电动机的反向能耗制动他励电动机反向能耗是指：他励电动机反向能耗是指：在位能负载下通过断开电枢电压、转子外串电阻实现的制动。在位能负载下通过断开电枢电压、转子外串电阻实现的制动。他励电动机反向能耗特点：他励电动机反向能耗特点：U=0、Ea0、Ia0；n0、T0。1、制动条件：制动前电机的运行状态：n=0 制动前他励电动机处于正向能耗制动后的停车状态；

60、制动时电机的机械特性：=N、U =0、RC 0断开电枢电压，转子外串电阻；制动时负载的转矩特性：TL=C。(0TLTN)恒转矩负载，而且必须为位能。2、制动电路：KM1打开，KM2闭合：U=0，RRa进入正向能耗制动。由于电枢电压U为零，IaB在电枢电势EaB的作用下改变作用方向，电枢电流IaB与电枢电势EaB同向，即：EaB0，IaB0。KM1打开，KM2闭合： U=0，RC0进入反向能耗制动。由于电枢电压U为零，IaC在电枢电势EaC的作用下再次改变方向，电枢电流IaC与电枢电势EaC同向，即：EaC0，IaC0。3、制动原理：正向电动运行时的转速转矩图：nC0，EaC0，IaC0，TC0