第3章 直流电机的过渡过程

1、LFChun 制作 河南科技学院机电学院第第 3 章章 直流电机的过渡过程直流电机的过渡过程3.1 电力拖动系统的过渡过程电力拖动系统的过渡过程3.2 直流电动机的起动直流电动机的起动3.3 直流电动机的调速直流电动机的调速3.4 它励直流电机的制动它励直流电机的制动3.1 电力拖动系统的过渡过程电力拖动系统的过渡过程3.2 直流电动机的起动直流电动机的起动3.3 直流电动机的调速直流电动机的调速3.4 他励直流电机的制动他励直流电机的制动电机拖动电机拖动3.1 3.1 电力拖动系统的过渡过程电力拖动系统的过渡过程3.1 3.1 电力拖动系统的过渡过程电力拖动系统的过渡过程河南科技学院机电学院

2、过渡过程就是电机从一种稳定运行状态过渡到另一种稳定运行状态的过程过渡过程就是电机从一种稳定运行状态过渡到另一种稳定运行状态的过程 动态特性是电力拖动系统在过渡过程的变化规律和性能动态特性是电力拖动系统在过渡过程的变化规律和性能 3.1.1 3.1.1 电力拖动系统动态分析的假设条件电力拖动系统动态分析的假设条件（1）忽略电磁过渡过程，只考虑机械过渡过程。（2）电源电压在过渡过程中基本不变。（3）磁通量基本保持不变。（4）负载转矩基本保持不变Tnn0dtdnGDTTL3752dtdnGDTndtdnGDTnnLL375)375(20203.1.2 3.1.2 电力拖动系统转速动态方程电力拖动系统

3、转速动态方程综合机械特性综合机械特性 与运动方程式与运动方程式 可得可得令令 为过渡过程的稳态值 为过渡过程的时间常数也称LssTnn03752GDTM（电机时间常数）则上式可写成 解微分方程可得通解 可得三要素法dtdnTnnMssMTtssKenn速度速度 = = 稳态值稳态值 - -（稳态值（稳态值 - -起始值起始值 ） nssnisnssnMTte(a) (a) 电动机的加速过程电动机的加速过程 (b) (b) 电动机的减速过程电动机的减速过程 图图3.2 3.2 电力拖动系统转速电力拖动系统转速的过渡过程曲线的过渡过程曲线河南科技学院机电学院3.1.3 电力拖动系统转矩的动态方程3

4、.1 3.1 电力拖动系统的过渡过程电力拖动系统的过渡过程MTtissssseTTTT)(a) (a) 电动机的加速过程电动机的加速过程 (b) (b) 电动机的减速过程电动机的减速过程 图图3.3 3.3 电力拖动系统转矩电力拖动系统转矩的过渡过程曲线的过渡过程曲线3.1.4 过渡过程时间的计算从电动机转速（转矩）的起始值到稳态值，理论上需时间无穷大，但实际上当 时，各量便达到了稳态值的95%以上，一般就可以认为过渡过程结束了。针对过渡过程中任意过渡值 （ ）则过渡过程的时间3 (tMT)4 xnxTssxssisMnxnnnnTtlnssxssisMTxTTTTTtln3.2 3.2 直流

5、电动机的起动直流电动机的起动3.1 3.1 电力拖动系统的起动电力拖动系统的起动 河南科技学院机电学院起动就是电动机从静止状态过渡到某一稳定运行状态的过程；实际上也就是转子的速度从零升速到某一稳定速度的过程。3.2.1 直流电动机起动的基本要求1直流电动机起动线路控制的要求必须先保证有磁场必须先保证有磁场( (即先通励磁电流即先通励磁电流) )，而后加电枢电压。如果先加电枢电，而后加电枢电压。如果先加电枢电压，而后有磁场，则会出现不能正常起动的问题。下面分析：压，而后有磁场，则会出现不能正常起动的问题。下面分析：（1 1）空载或轻载起动）空载或轻载起动: :出现出现“飞车飞车” （2 2）负载

6、起动）负载起动: :会烧毁绕组会烧毁绕组 2直流电动机起动性能的要求(1) 要有足够大的起动转矩 (2) 起动电流要限制在一定范围内 (3) 起动设备要简单、可靠 一般限制起动电流的方法有两种，一种方法是在电枢回路内串入适当的外加电阻起动，另一种方法是降低电枢电压的降压起动。4(0aaaaaRURUREUINI )73.2.2 3.2.2 电枢回路串电阻起动电枢回路串电阻起动1 1电枢回路串电阻起动的基本要求电枢回路串电阻起动的基本要求3.2 3.2 直流电动机的起动直流电动机的起动河南科技学院机电学院（1 1）技术上起动电阻的计算应保证必需的起动转矩。）技术上起动电阻的计算应保证必需的起动转

7、矩。 （2 2）在经济上要求起动设备简单、经济和可靠）在经济上要求起动设备简单、经济和可靠 2 2起动过程分析起动过程分析（1.82.5）2111KKaRRRURUINI (a) (a) 电路图电路图 (b) (b) 特性图特性图 图3.4 直流他励电动机二级起动电路和特性3. 3. 起动电阻的计算起动电阻的计算4. 4. 电枢回路串电阻起动的特点电枢回路串电阻起动的特点（1 1）电枢串接的附加电阻）电枢串接的附加电阻 越大，电枢电流流过越大，电枢电流流过 所产生的损耗就越大。所产生的损耗就越大。（2 2）属于有级起动，主要是电阻连续变化困难引起。）属于有级起动，主要是电阻连续变化困难引起。（

8、3 3）只能用于容量较小、不频繁起动、也不长时间）只能用于容量较小、不频繁起动、也不长时间 运行的电动机。运行的电动机。KRKR（4 4）实现方法简单。）实现方法简单。3.2.3 3.2.3 降低电枢电压的降压起动降低电枢电压的降压起动 1. 1. 电枢电压降压起动电路电枢电压降压起动电路3.2 3.2 直流电动机的起动直流电动机的起动河南科技学院机电学院图3.5 晶闸管直流电源整流装置降压起动2. 2. 电枢电压降压起动的机械特性电枢电压降压起动的机械特性图3.6 电枢电压降压起动的机械特性3. 3. 电枢电压降压起动的特点电枢电压降压起动的特点（1 1）由于）由于RK=0 ，损耗较小，比较

9、经济。，损耗较小，比较经济。 （2 2）恒加速起动。电枢静止，反电动势为）恒加速起动。电枢静止，反电动势为零；当开始起动时，加给电动机的电压零；当开始起动时，加给电动机的电压应以不产生超过电动机最大允许电流为应以不产生超过电动机最大允许电流为限。待电动机转动以后，随着转速升高，限。待电动机转动以后，随着转速升高，其反电动势也升高，再让外加电压也随其反电动势也升高，再让外加电压也随之升高。这样如果能够控制得好，可以之升高。这样如果能够控制得好，可以保持起动过程电枢电流为最大允许值，保持起动过程电枢电流为最大允许值，并几乎不变和变化极小，从而获得恒加并几乎不变和变化极小，从而获得恒加速速无级无级起

10、动过程。起动过程。（3 3）电源装置比较复杂，技术含量高。电源装置比较复杂，技术含量高。（4 4）适用于自动化程度较高的情况。）适用于自动化程度较高的情况。3.2.4 3.2.4 直流电动机起动的过渡过程直流电动机起动的过渡过程1. 1. 电枢串固定电阻电枢串固定电阻起动时的过渡过程起动时的过渡过程3.2 3.2 直流电动机的起动直流电动机的起动河南科技学院机电学院（a a）机械特性）机械特性 （b b）转速的变化）转速的变化 （c c）转矩的变化）转矩的变化电动机的时间常数电动机的时间常数 图图3.7 3.7 他励直流电动机串固定电阻起动过渡过程他励直流电动机串固定电阻起动过渡过程22375

11、)(TeKaMCCRRGDT根据过渡过程的三要素法 nssnisnssnMTte速度速度 = = 稳态值稳态值 - -（稳态值（稳态值 - -起始值起始值 ） MMTtAATtAAennennn)0(转速转速转矩转矩MTtstLLeTTTT)(2.2.多级电阻起动时的过渡过程多级电阻起动时的过渡过程（a a）机械特性）机械特性 （b b）转速的变化）转速的变化 （c c）转矩的变化）转矩的变化图图3.83.8他励直流电动二级起动过渡过程他励直流电动二级起动过渡过程（1）第一级起动（2）二级过渡（3）固有特性级（4）起动过程的综合分析总的时间总的时间 3(ln)(2121321LLMMTTTTT

12、TttttMT)4 3.3 3.3 直流电动机的调速直流电动机的调速3.3.1 3.3.1 调速的概念调速的概念河南科技学院机电学院1. 1. 调速的定义调速的定义: :依生产机械工艺要求，通过人为改变机械传动或改变电气参依生产机械工艺要求，通过人为改变机械传动或改变电气参数，改变电力拖动系统速度的一种控制方法数，改变电力拖动系统速度的一种控制方法2. 2. 调速方法的分类：调速方法的分类：机械方法、电气方法或机械电气配合的方法 （1）机械调速方法：电机转子的速度没有变化，通过改变传动机构的速度比来实现，但机械变速机构较复杂。（2）电气调速方法：电动机在一定负载情况通过改变电气参数，人为改变电

13、力拖动系统速度的一种控制方法。（3）机械电气调速方法：机械调速变化有限；单靠电气上调速，控制系统可能较复杂。配合调速能更好的满足生产设备调速的需要。3. 3. 调速与负载变化转速变化的区别调速与负载变化转速变化的区别调速一般是在某一不变的负载条件下，人为地改变电路的参数，而得到调速一般是在某一不变的负载条件下，人为地改变电路的参数，而得到不同的速度。调速与因负载变化而引起的转速变化是不同的。调速不同的速度。调速与因负载变化而引起的转速变化是不同的。调速是主动的，它需要人为的改变电气参数，则机械特性变化。是主动的，它需要人为的改变电气参数，则机械特性变化。负载变化而引起电机转速的变化，不是自动进

14、行的，而是被动的。负载变化而引起电机转速的变化，不是自动进行的，而是被动的。 3.3.2 调速指标技术指标包括调速范围、静差度（调速的稳定性）、调速的平滑性、调速时的技术指标包括调速范围、静差度（调速的稳定性）、调速的平滑性、调速时的容许输出；经济指标容许输出；经济指标 3.3 3.3 直流电动机的调速直流电动机的调速河南科技学院机电学院1. 技术指标（1）调速范围：在一定负载下，电动机可能运行的最大转速与最小转速之比 （2）调速的静差率（也称静差度或相对稳定性） 负载转矩在给定的范围内变化时，所引起的速度变化；实质上是指当电动机在一条机械特性上运行时，由理想空载到满载时的转速降落与理想空载转

15、速的比值 （3）调速的平滑性：在一定的调速范围内，相邻两级速度之比 K=1:无级调速；K=2、3、4有级调速（4）调速时的容许输出：是指电动机在某一转速下长期可靠工作时，所能输出的最大功率和转矩 2. 2. 经济指标：是指在调速时的经济性等经济指标：是指在调速时的经济性等（1 1）调速设备的投资：调速方法不同技术含量不同，调速设备价格不同）调速设备的投资：调速方法不同技术含量不同，调速设备价格不同 （2 2）运行损耗）运行损耗 ：调速方法不同，设备运行损耗不同，运行费用也不同（3 3）维护费用：）维护费用：调速方法不同，设备可靠性不同，则故障概率也不同；另外故障影调速方法不同，设备可靠性不同，

16、则故障概率也不同；另外故障影响生产的成本，维修元器件的成本，以及维护人员的成本等都在维护费用中。响生产的成本，维修元器件的成本，以及维护人员的成本等都在维护费用中。 minmaxnnD 000100%100%nnnnniiiinnKnnK11或3.3.3 直流他励电动机的调速方法及其调速性能由直流他励电动机的机械特性方程式3.3 3.3 直流电动机的调速直流电动机的调速河南科技学院机电学院改变电枢回路的电阻Ra、端电压U及主磁通可得不同的人为调速机械特性 1.电枢回路串电阻的调速方法及其调速性能a2eeTRUnTCC C (a) (a) 升速特性 (a) (a) 降速特性降速特性 图图3.93

17、.9电枢串电阻的调电枢串电阻的调速特性速特性（1）理想空载转速不变，只能在额定转速下调节（2）改变机械特性硬度。电阻大，特性软稳定性差 （3）属于有级调速，调速的平滑性很差。 （4）串电阻越大，且运行时间越长，损耗也就越大（5 5）属于强电流调速。电枢回路的电阻变化，直接控）属于强电流调速。电枢回路的电阻变化，直接控制电枢电流变化，而电枢电路为主电路，电枢电流制电枢电流变化，而电枢电路为主电路，电枢电流一般来说要比励磁电流大，所以属于强电流调速。一般来说要比励磁电流大，所以属于强电流调速。 （6）串电阻调速在电气控制上实现简单操作方便可靠（7）属于恒转矩调速性质，因为在调速范围内，其长时间输出

18、的额定转矩基本未变。 （8）应用：只能用在调速平滑性要求不高，低速工作时间不长，容量较小的电动机。一般在采用其他调速方法不值得的地方采用这种调速方法。 3.3.3 直流他励电动机的调速方法及其调速性能2. 2. 改变电源电压的调速方法及其调速性能改变电源电压的调速方法及其调速性能3.3 3.3 直流电动机的调速直流电动机的调速河南科技学院机电学院 (a) (a) 升速特性 (a) (a) 降速特性降速特性 图图3.10 3.10 降压调速特性降压调速特性（1）理想空载转速发生变化，随电源电压降低的而降低 （2）理想空载转速随外加电压的平滑调节而改变。特性斜率不变，因此机械特性斜率硬，稳定性好。

19、故调速的范围也相对大得多。 （3）调速是无级的，调速的平滑性很好。 （4）损耗较小，比较经济。 （5 5）降低电枢电压，降低电枢电压，属于强电流调速。属于强电流调速。 （6）电源成本高。因采用电压可调的电源技术，所以电源装置技术含量，在结构上复杂 （7）属于恒转矩调速性质，因为在调速范围内，其长时间输出的额定转矩基本未变。 （8）适用于对调速性能要求较高的中、大容量拖动系统，以及自动化程度较高的系统。在冶金、机床、轧钢、重型机床(龙门刨)、精密机床、矿井提升以及造纸机等方面得到广泛应用。3.3.3 直流他励电动机的调速方法及其调速性能3. 3. 改变电动机主磁通的调速方法改变电动机主磁通的调速

20、方法3.3 3.3 直流电动机的调速直流电动机的调速河南科技学院机电学院 (a) (a) 升速特性 (a) (a) 降速特性降速特性 图图3.113.11改变主磁通改变主磁通 的调速性能的调速性能 （1）理想空载转速发生变化。理想空载转速与磁通成反比，即当下降时，上升。普通非调磁电动机额定转速一般可高达1500r/min左右，但弱磁调节的专用电机速度可更高（2）特性变软稳定性差（3）调速是无级的，调速的平滑性很好。 （4）损耗较小，比较经济。 （5）属于小电流调速。因励磁电流较小，调节控制中的控制电流也就较小，但可通过磁场的变化，间接引起电枢电流变化 （6）控制简单，容易实现。 （7）属于恒功

21、率的调速方式。因为电动机发热所允许的电枢电流不变，所以电动机的转矩随磁通的减小而减小，故这种调速方法是恒功率调节。（8）可调磁电动机的设计是在允许最高转速的情况下降低额定转速以增加调速范围。适于高转速工作，一般调速范围可达12、13或14。常与调压调速联合使用，以扩大调速范围，因而在生产中可到广泛应用。3.3.4 3.3.4 调速方式与负载类型的配合调速方式与负载类型的配合电动机实际输出的转矩和功率随转速如何变化，由负载的性质来决定3.3 3.3 直流电动机的调速直流电动机的调速河南科技学院机电学院恒转矩调速方式配恒转矩负载恒转矩调速方式配恒转矩负载: : （1）恒转矩调速方式：调速过程中保持

22、电动机电磁转矩不变的调速方式 （2）负载转矩和电动机的容许输出转矩均为常数，负载功率和电动机的容许输出功率均与转速成正比（ ）；这是因为由 ，可知当 时，若 ，则转矩为常数。因此，只要选择电动机的容许输出转矩(也就是额定转矩)与负载转矩相等，则负载转矩特性与电动机的容许输出转矩特性就完全重合，此时，电动机既满足了负载的要求，又得到了充分利用，因此恒转矩负载配恒转矩调速方式是一种理想的配合。需要指出的是，此时电动机的额定转速为系统的最高转速。 TPaTICTNaII NaTICTTP NaIIP2 2恒功率调速方式配恒功率负载恒功率调速方式配恒功率负载 （1 1）恒功率调速方式，调速过程中保持电

23、动机功率不变的调速方式。 （2）此时负载功率和电动机的容许输出功率均为常数，负载转矩和电动机的容许输出转矩均与转速成反比；这是因为由 、 ，当 时，若 减小，则转矩减小，同时转速上升，保持 为常数。因此只要选择电动机的容许输出功率(额定功率)与负载功率相等，则负载转矩特性也与电动机的容许输出转矩特性完全重合，在任何转速下，电动机既满足负载的要求，又得到充分利用，这是一种理想的配合。恒功率调速时，转速一般是从额定转速往上调节的，故电动机的额定转速为系统的最低转速。 3. 3. 负载变化的调速配合负载变化的调速配合3.3 3.3 直流电动机的调速直流电动机的调速河南科技学院机电学院图3.12 电动

24、机的调速转矩与负载一致 3.3.4 3.3.4 调速方式与负载类型的配合调速方式与负载类型的配合如图3.12,负载在nx以下为恒转矩负载，如果在nx以下用调节电动机电枢端电压的方法调速，其允许的连续长期输出转矩恒定不变；负载在nx以上为恒功率负载，如果在nx以上，调节电动机主磁通，其允许连续长期工作的负载为恒功率性质。这样就选配得合适，既能满足生产要求，又能充分利用电动机容量4. 4. 恒转矩调速方式配恒功率负载恒转矩调速方式配恒功率负载如选在最低速时的负载转矩，与电动机额定转矩相等在转速nx以上，电动机转矩没充分利用，因负载转矩减小很多，但电动机转矩仍能保持恒定不变，因此电动机转矩没得到充分

25、发挥。如按最高转速的负载转矩选电动机额定转矩，如图3.13（b）所示。电动机只在最高转速时可以工作，在其他任何转速下都拖不动负载，因电动机容量远远不够，因此这样选择将会使电动机烧毁，是绝对不允许的。(a) nx以上转矩没有充分利用的情况 (b)nN 以下转矩超出额定转矩的情况 图3.13 恒转矩调速配恒功率负载 3.3 3.3 直流电动机的调速直流电动机的调速河南科技学院机电学院5. 恒功率调速方式配恒转矩负载3.3.4 3.3.4 调速方式与负载类型的配合调速方式与负载类型的配合若负载转矩为恒转矩负载，而选配了恒功率调速的电动机时，同样会因为类似的原因使系统不能工作。6.6.风机型（泵类）负

26、载与两种调速方式的配合风机型（泵类）负载与两种调速方式的配合 7. 7. 调速方式与负载类型的配合调速方式与负载类型的配合(1)电枢串电阻调速和降压调速属于恒转矩调速方式，适用于配恒转矩负载。 (2)弱磁调速属于恒功率调速方式，适用于配恒功率负载。 (3)对于风机型负载，采用电枢串电阻调速和降压调速要比弱磁调速合适一些；在实际中针对于风机型（泵类）负载多采用交流变频调速方式。采用恒转矩调速方式或恒功率调速方式拖动风机型（泵类）负载，无论怎样都不能达到调速方式与负载匹配。这是因为风机型负载转矩随转速的升高而增大，为了使电动机在最高转速时(所需要的转矩最大)仍能满足负载的需要，对于恒转矩调速方式，

27、只有在最高转速这一点上电动机才被充分利用，而在其他转速下电动机得不到充分利用。风机型负载配恒功率调速方式相比配恒转矩调速方式所造成的电机容量浪费更大一些。 3.4 3.4 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动 所谓的制动实质上就是指电动机从某一稳定运行状态减速到所谓的制动实质上就是指电动机从某一稳定运行状态减速到另外一种稳定运行状态的过渡过程。另外一种稳定运行状态的过渡过程。 河南科技学院机电学院（2 2）抱闸装置：）抱闸装置：是利用专用的机械装置，把转轴抱死一种制动方法。这种制动有电磁抱闸与液压抱闸装置两种。这种停车的方法停车时间极短，对设备的冲击很大，一般使用在设备需要停车且安全要求较

28、高的情况下。1. 1. 机械制动：机械制动：所谓的机械制动就是利用机械摩擦获得制动转矩方法的制动。机械制动一般有自然停车和抱闸装置。（1 1）自然停车：）自然停车：是切断设备的电源，靠设备转轴本身的摩擦以及风阻而使设备停下来的一种制动方法。这种停车的方法停车时间很长，经常用在设备停止工作且安全要求不高的情况下。 制动通常可分为机械制动、电气制动、机械与电气联合制动制动通常可分为机械制动、电气制动、机械与电气联合制动 3.4.13.4.1制动的分类制动的分类3.4 3.4 它励直流电动机的制动它励直流电动机的制动河南科技学院机电学院3.4.13.4.1制动的分类制动的分类2. 2. 电气制动电气

29、制动 所谓的电气制动就是使电动机的电磁转矩成为制动转矩的一种制所谓的电气制动就是使电动机的电磁转矩成为制动转矩的一种制动。特点是电动机的电磁转矩方向与转速方向相反，为制动性质动。特点是电动机的电磁转矩方向与转速方向相反，为制动性质 根据实现制动的方法和制动时电机内部能量传递关系的不同，电根据实现制动的方法和制动时电机内部能量传递关系的不同，电气制动的方法有能耗制动、反接制动和回馈制动三种制动方法。气制动的方法有能耗制动、反接制动和回馈制动三种制动方法。（1 1）能耗制动）能耗制动 在切断电源停车时，利用电气控制方法将电枢组成闭合回路，将电枢储存的惯性动能，转换为电能，消耗在电枢回路电阻上的一种

30、电气制动。这种制动停车的方法，制动时间较长、可调，对设备冲击不大广泛应用在机床设备上 （2 2）回馈制动（再生制动）回馈制动（再生制动） 是利用电枢储存的机械惯性动能，克服电磁转矩，将机械惯性动能转换成电能，馈送电源的一种电气制动。这种制动运行不一定就是完全为了停车，实际上就是一种发电机运行方式。一般在调压调速、弱磁调速的机床设备上出现，或者是位能型负载下降运行时采用，但都有一个特点就是电机当前运行的速度，大于理想空载转速（交流电机中大于旋转磁场转速或同步速度）。一般经常用在一般以位能性负载为主的负载上，如电力机车下坡的运行中或起重设备的下降运行中。3.4 3.4 它励直流电动机的制动它励直流

31、电动机的制动河南科技学院机电学院3.4.13.4.1制动的分类制动的分类 2. 2. 电气制动电气制动（3 3）反接制动）反接制动 有两种形式，一种是电源反接（电枢电压）制动，另一种是转速反向的反接制动（倒拉反接制动）。 电源反接制动：电源反接制动：是正在运行的电机，利用电气控制将其电枢回路的电源反接，电机一方面从电源吸收能量，另一方面将电枢储存的惯性动能，二者一并转换为电能，消耗在电枢回路电阻上的一种电气制动。这种制动方法，制动时间很短、可调，对设备的冲击较大，一般用在容量较小电机正反转的机床设备，目的并不是停车，而是反向电动运行。 转速反向的反接制动（倒拉反接制动）：转速反向的反接制动（倒

32、拉反接制动）：是利用电气控制方法，在电机起动时，使电机的起动电磁转矩小于负载下降的机械转矩，从而使电机拖动的位能性负载，在下降运行时不超过一定速度的电气制动。这种制动方法目的并不是停车，而是限制位能型负载下降运行速度的限制。一般经常用在一般以位能型负载为主的负载上，如起重设备、电力机车等。 3. 3. 机械与电气联合制动机械与电气联合制动 在某些特殊的生产场合，需要同时用电气制动和机械制动，如起重设备，下降时采用转速反向的反接制动（倒拉反接制动），停车时采用抱闸装置制动。 3.4.2 3.4.2 能耗制动能耗制动3.4 3.4 它励直流电动机的制动它励直流电动机的制动河南科技学院机电学院NI

33、1. 1. 实现能耗制动的实现方法实现能耗制动的实现方法 (a)(a)能耗制动电路图能耗制动电路图 2. 2. 能耗制动的分析能耗制动的分析（1 1）能耗制动时的机械特性）能耗制动时的机械特性(b)能耗制动机械特性图3.14 直流它励电动机的能耗制动aNaaaaaZRUREREUI （47）机械特性方程式为机械特性方程式为 ZTeZaTCCRRn2（2 2）能耗制动的电阻）能耗制动的电阻R RZ ZaNNZRIUR23. 3. 能耗制动的过渡过程能耗制动的过渡过程 （1 1）拖动反抗性恒转矩负载，能耗过程就是一个制动停车）拖动反抗性恒转矩负载，能耗过程就是一个制动停车的过程，从的过程，从B B

34、点到点到0 0点为止（图点为止（图3.143.14（b b）第二象限的直线）。）第二象限的直线）。根据过渡过程的讨论，要想获得根据过渡过程的讨论，要想获得 与与 应获应获得时间常数得时间常数 、初始值、稳态值。、初始值、稳态值。 )(tfn )(tfT MT22375)(TeZaMCCRRGDT3.4 3.4 它励直流电动机的制动它励直流电动机的制动河南科技学院机电学院 nssnisnssnMTteMTtBCCennnn)(MTtZLLeTTTT)(3.4.2 3.4.2 能耗制动能耗制动 3. 3. 能耗制动的过渡过程能耗制动的过渡过程（1 1）拖动反抗性恒转矩负载）拖动反抗性恒转矩负载根据

35、三要素法可得根据三要素法可得 速度速度 = = 稳态值稳态值 - -（稳态值（稳态值 - -起始值起始值 ） (a) (a) 转速变化曲线转速变化曲线 (b)(b)转矩变化曲线转矩变化曲线 图图3.15 3.15 它励能耗它励能耗制动的过渡过程制动的过渡过程过渡时间过渡时间 ssxssisMnxnnnnTtln不过在这里的过渡值 则 0 xnCCBMnnnTtln0（2 2）拖动位能性恒转矩负载，与拖动反抗性恒）拖动位能性恒转矩负载，与拖动反抗性恒转矩负载过渡过程的讨论基本一样。不过需转矩负载过渡过程的讨论基本一样。不过需要说明的是，在拖动位能性恒转矩负载时，要说明的是，在拖动位能性恒转矩负载

36、时，C C点为真正的稳态点，所以方程一样；过渡点为真正的稳态点，所以方程一样；过渡过程的时间为。过程的时间为。3.4 3.4 它励直流电动机的制动它励直流电动机的制动河南科技学院机电学院3.4.2 3.4.2 能耗制动能耗制动4. 二级能耗制动 能耗制动方法的特点是比较经济，简单；在零速时没有转矩，可以准确停车。制动过程中与电源隔离，当电源断电时也可以通过保护线路换接到制动状态进行安全停车，所以能耗制动方法的缺点是其制动转矩随转速降低而减小，因而拖长了制动时间。 为了克服这个缺点，在有些生产机械中采用二级能耗制动的线路，如图3.16所示。开始制动时，将和全部串入电路中，系统由点进行制动降速，随

37、之制动转矩减小，一直到点时，制动转矩为。这时制动效果已经很小，为此令接触器触点闭合，把制动电阻切除掉，这时制动电流加大，其对应制动转矩加大到点，系统再以较大的制动转矩进行制动，直到停车。(a) (a) 原理图原理图 (b) 机械特性图图3.16 二级能耗制动原理图及机械特性图3.4 3.4 它励直流电动机的制动它励直流电动机的制动河南科技学院机电学院3.4.3 3.4.3 反接制动反接制动1. 1. 转速反向的反接制动转速反向的反接制动图3.17 转速反向的反接制动 转速反向的反接制动也称倒拉反转速反向的反接制动也称倒拉反接制动，主要是电动机拖动位能接制动，主要是电动机拖动位能性负载下降限速稳

38、定运行的一种性负载下降限速稳定运行的一种制动方法。制动方法。(a)(a)正向电动状态正向电动状态 (b) 转速反向的反接制动状态 (c) 机械特性 （1 1）实现方法）实现方法（2 2）转速反向反接制动的机械特性）转速反向反接制动的机械特性机械特性方程机械特性方程TCCRRCUnTeZae2（3 3）转速反向反接制动的分析）转速反向反接制动的分析电源向电枢输入电功率；位能负载转换成的电磁功率为负值（因转电源向电枢输入电功率；位能负载转换成的电磁功率为负值（因转速反向为负值）；全为电枢回路消耗速反向为负值）；全为电枢回路消耗aaZaaaEIRRIUI)(2（4 4）适用场合）适用场合 这种制动方

39、法所用设备简单，操作方便，电枢回路串联电阻较这种制动方法所用设备简单，操作方便，电枢回路串联电阻较大，机械特性较软，转速稳定性差，能量损耗大，适用于低速匀速下放重大，机械特性较软，转速稳定性差，能量损耗大，适用于低速匀速下放重物，不能长时间运行。物，不能长时间运行。3.4 3.4 它励直流电动机的制动它励直流电动机的制动河南科技学院机电学院3.4.3 3.4.3 反接制动反接制动2电枢反接的反接制动图3.18 直流它励电动机的电枢反接制动 电枢反接的反接制动也称为电源电枢反接的反接制动也称为电源反向的反接制动。反向的反接制动。(a) 电枢反接制动电路图(b) 电枢反接制动时的机械特性（1 1）

40、实现方法：）实现方法：制动电流制动电流aNaaaZRUREUI2NI（814）TCCRRnTCCRRCUnTeZaTeZae202NZaNZaaaZIRRURREUI22aNNaNaZRIURIEUR2aaZaaaEIRRIUI)(2（2 2）机械特性）机械特性机械特性方程机械特性方程(3) (3) 制动电阻制动电阻欲欲则则能量转换能量转换因电流反向因电流反向电源向电枢输入的电功率，轴上的机械功率转换成的电磁功率，全为电枢回路消耗全为电枢回路消耗（4 4）适用场合：所用设备简单，操作方便，制动转矩平均值较大，制动强劲，）适用场合：所用设备简单，操作方便，制动转矩平均值较大，制动强劲，但能量损耗

41、大，适用于但能量损耗大，适用于 要求快速停车的拖动系统，对于要求快速并立即反要求快速停车的拖动系统，对于要求快速并立即反转的系统更为理想。因而这种制动方法经常用于反转拖动系统，以及作为转的系统更为理想。因而这种制动方法经常用于反转拖动系统，以及作为位能负载下放重物，以获得稳定的下放速度。位能负载下放重物，以获得稳定的下放速度。河南科技学院机电学院河南科技学院机电学院3.4.4 3.4.4 回馈制动回馈制动3.4 3.4 它励直流电动机的制动它励直流电动机的制动 1 1特性分析特性分析 1 1特性分析特性分析 1) 平地或上坡行驶时工作在平地或上坡行驶时工作在 A点。点。 2)下坡行驶时下坡行驶

42、时 TL 反向反向T L nn0 EaU Ia0 T0 B点（点（T L = T ）。）。即即 n n0 则则 EUa 电动机处于发电状态，电动机处于发电状态，动能转换为电能回馈电网。动能转换为电能回馈电网。 特点：电动机当前运行的速度大于其理想空载转速特点：电动机当前运行的速度大于其理想空载转速 OTn1n0(1) 正向回馈制动正向回馈制动 电车下坡电车下坡 TL2T L3n n AB电动状态电动状态n E Ia(T) n=n0, E=Ua, T=0制动状态制动状态n E (Ua) Ia(T)0|T| 3.4 3.4 它励直流电动机的制动它励直流电动机的制动 3.4.4 3.4.4 回馈制动回馈制动 1 1特性分析特性分析 (1) (1) 正向回馈制动正向回馈制动 nTEUIaUfTLMUfUTLIaTnEMnUfUTL