第9章 直流电动机的电力拖动

1、19.1 他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性9.2 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动9.3 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动9.4 他励电动机在四象限中的运行状态他励电动机在四象限中的运行状态9.5 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速* 9.6 并励直流电动机的电力拖动并励直流电动机的电力拖动* 9.7 串励直流电动机的电力拖动串励直流电动机的电力拖动* 9.8 复励直流电动机的电力拖动复励直流电动机的电力拖动电机与拖动电机与拖动29.1 他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性aR当当 U、R、If = 常数时：常数时： n = f (T ) 机械

2、特性机械特性9.1.1 机械特性方程式机械特性方程式aEaIUI+-fU+-+-fI9.1 他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性R3由电机的电路原理图可得机械特性的表达式由电机的电路原理图可得机械特性的表达式aTICTnCEeaRIEUaaCRIUnea 电磁转矩电磁转矩： 感应电动势感应电动势： 电枢回路电动势平衡方程式电枢回路电动势平衡方程式： 电动机转速特性电动机转速特性： 机械特性方程式机械特性方程式：n = U Ce R CeCT2 T = n0 T= n0n理想空载转速理想空载转速（含义？）（含义？）9.1 他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性4 R：电枢回

3、路总电阻，包括电枢电阻：电枢回路总电阻，包括电枢电阻Ra和电枢回路外和电枢回路外串电阻串电阻R； Ce：电动机电动势常数，：电动机电动势常数，Ce=pZ/(60a)； CT：电动机转矩常数，：电动机转矩常数， CT=pZ/(2a)eTCC55. 9 理想空载转速理想空载转速CUne0 实际空载转速实际空载转速0200TCCRnnTen0nTO0TNT0nNn9.1 他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性5 = dndTRCeCT2= = 1 机械特性的硬度机械特性的硬度9.1 他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性l机械特性斜率机械特性斜率 电动机带负载后的转速降电动机带负

4、载后的转速降nnTTCCRnTe02%100%0NNNnnnn 额定转速变化率额定转速变化率nNnTONT0nNn6 国产国产Z2系列他励直流电动机的系列他励直流电动机的nN%一般为一般为10%18%，大容量电动机为，大容量电动机为3%8%。电枢反应对电动机机械特性的影响电枢反应对电动机机械特性的影响l当电枢电流较大时，产生去磁作用。磁通降低，转当电枢电流较大时，产生去磁作用。磁通降低，转速就要回升，机械特性在负载大时呈上翘现象。速就要回升，机械特性在负载大时呈上翘现象。电枢反应对机械电枢反应对机械特性的影响特性的影响nTO0n9.1 他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性7 减少电

5、枢反应对电动机机械特性的影响减少电枢反应对电动机机械特性的影响 在主磁极上加一个匝数很少的串励绕组，其磁动势可以在主磁极上加一个匝数很少的串励绕组，其磁动势可以减少电枢反应的去磁作用；减少电枢反应的去磁作用； 实质上变为复励电动机；实质上变为复励电动机； 由于串励磁动势较弱，其机械特性与没有电枢反应时的由于串励磁动势较弱，其机械特性与没有电枢反应时的他励直流电动机相同，因此仍视为他励直流电动机。他励直流电动机相同，因此仍视为他励直流电动机。9.1 他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性81. 固有特性固有特性 9.1 他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性9.1.2 固有机

6、械特性和人为机械特性固有机械特性和人为机械特性 当他励电动机电压及磁通均为额定值时，电枢没有串当他励电动机电压及磁通均为额定值时，电枢没有串联电阻时的机械特性称为固有机械特性。联电阻时的机械特性称为固有机械特性。:,时即aNNRRUUTCCRCUneae2NTNN由于电枢电阻很小，特性曲线斜率很由于电枢电阻很小，特性曲线斜率很小，所以固有机械特性是硬特性。小，所以固有机械特性是硬特性。OTnn0NnNTNMnMTMn = f (T )UN, IfN, Ra N 点：额定状态。点：额定状态。 M 点：临界状态。点：临界状态。 99.1 他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性n = TU

7、NCeNRaR CeCTN2 OTnn0RaR 2. 人为特性人为特性 (1) 电枢串电阻时的人为特性电枢串电阻时的人为特性 R=(RaR) 即机械特性变软。即机械特性变软。 固有机械特性电枢串联电阻时的人为机械特性由交纵坐标轴于一点（由交纵坐标轴于一点（n=n0）但具有不同斜率的射线族组但具有不同斜率的射线族组成成 特点：特点： 不变，不变， 变大；变大； 越大，特性越软。越大，特性越软。0n特点：特点： 不变，不变， 变大；变大； 越大，特性越软。越大，特性越软。0n特点：特点： 不变，不变， 变大；变大； 越大，特性越软。越大，特性越软。0n109.1 他励直流电动机的机械特性他励直流电

8、动机的机械特性(2) 降低电枢电压时的人为特性降低电枢电压时的人为特性n = U CeN Ra CeCTN2 T n0n0NU n0 但但、 不变不变机械特性的硬度不变。机械特性的硬度不变。OTnUNU特点：特点： 随随 变化变化, , 不变不变； 不同不同, ,曲线是一组平行线。曲线是一组平行线。0nUU固有机械特性电压降低时的人为机械特性119.1 他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性(3) 减小励磁电流时的人为特性减小励磁电流时的人为特性n = UN Ce Ra CeCT2 T OTnn0n0NIfIfNIf n0 、 机械特性变软。机械特性变软。特点：特点： 弱磁，弱磁，

9、增大；增大； 弱磁，弱磁， 增大。增大。0naeaeICRCUnN 弱磁时人为机械特性的另一种表达方式弱磁时人为机械特性的另一种表达方式129.1 他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性21NnaIO0nN21SCIaSCRUIN)(0堵转电流，SCaIIn139.1 他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性9.1.3 机械特性的绘制 由电动机机械特性方程式可知，计算或绘制机械特性，由电动机机械特性方程式可知，计算或绘制机械特性，必须知道必须知道Ce与与CT等参数，而这些参数电动机结构参等参数，而这些参数电动机结构参数数p、a、Z等有关，但这些参数不易得到；等有关，但这些参数

10、不易得到； 设计时，一般根据电动机铭牌数据、产品目录或实测数设计时，一般根据电动机铭牌数据、产品目录或实测数据来计算或绘制机械特性；据来计算或绘制机械特性； 对计算有用的数据通常有：对计算有用的数据通常有：PN、UN、IN和和nN。149.1 他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性1 1、固有特性的绘制、固有特性的绘制 固有机械特性是一条直线，只要求出线上两个点的数据，固有机械特性是一条直线，只要求出线上两个点的数据，就可绘出这条直线。一般选择理想空载及额定运行两点就可绘出这条直线。一般选择理想空载及额定运行两点较为方便较为方便；(1) 理想空载点理想空载点NN0CUneNNNNaN

11、NnRIUnECae其中其中 UN、IN和和nN为已知，为已知，Ra可实测，或通过下式估算可实测，或通过下式估算：2NNNN3221IPIURa), 0(0nnT即电枢铜耗占总即电枢铜耗占总损耗的损耗的1/22/3159.1 他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性),(NNnnTT(2) 额定运行点额定运行点NNTNICT NN55. 9CCeTCe N N已在前面求得已在前面求得。2、人为机械特性的绘制、人为机械特性的绘制 各种人为机械特性的计算较为简单，只要把相应的各种人为机械特性的计算较为简单，只要把相应的参数值代入相应的人为机械特性方程式即可参数值代入相应的人为机械特性方程式

12、即可；),(), 0NN0nTTnnT和求取两点（169.1 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) 改变电枢电压时的人为机械特性改变电枢电压时的人为机械特性TCCRCUneae2NTN(3) 减弱电动机励磁时的人为机械特性减弱电动机励磁时的人为机械特性TCCRCUneae2TNTCCRRCUneae2NTNN(1) 电枢串电阻时的人为机械特性电枢串电阻时的人为机械特性179.1 他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性 【例例9.1】 一台他励直流电动机，一台他励直流电动机， PN = 40 kW，UN = 220 V，IN = 210 A，nN = 750 r/mi

13、n ，求，求 (1) 固有特性；固有特性；(2) 固有特性的斜率和硬度固有特性的斜率和硬度 。 解：解： (1) 固有特性固有特性忽略忽略 T0 ，则，则509.55210= = 2.426 TNINCT = 2200.254= r/min = 866.25 r/min 602 PNnNTN =606.2840103750= Nm = 509.55 Nm 2 60Ce = CT 6.2860= 2.426 = 0.254 UNCe n0 = 18连接连接 n0 和和 N ( TN，nN ) 两点即可得到固有特性。两点即可得到固有特性。(2) 固有特性的斜率和硬度固有特性的斜率和硬度 Ea =

14、Ce nN 9.1 他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性 UNEa INRa = 0.254750 V = 190.5 V = 1 RaCeCT2 = 220190.5 210= = 0.14 0.14 2.4260.254 = 0.228 10.228= = 4.39 19例：他励直流电动机铭牌数据PN=22kW,UN=220V,IN=116A,nN=1500r/min,试分别求取下列机械特性方程式并绘制其特性曲线。（1）固有机械特性；（2）电枢串电阻Rs=0.7时的认为机械特性（3）电源电压降至110V的人为机械特性；（4）磁通减弱至2/3N的人为特性；（5）当负载转矩为额定转

15、矩时，要求电动机以n=1000r/min的速度运转，试问有几种可能方案，并分别求出他们的参数。20解：（1）固有机械特性2222220 116220000.17533116NNNaNU IPRI220 116 0.1750.1331500NNaENNUI RCn02201654 / min0.133NENUnrC220.1751.049.55 0.1339.55aENRC01654 1.04ememnnTT00,1654 / minemTnnr固有机械特性理想空载点额定工作点9.559.55 0.133 116147.31500 / minemNENNNTTCIN mnnrnTem016541

16、500147.321（3）电源电压降至110V1.04不变0110827 / min0.133NENUnrC 人为特性为0827 1.04ememnnTTemNTT时,n=827-1.04 147.3=674r/min（2）电枢串电阻Rs=0.7时01654 / minnr不变220.1750.75.189.55 0.1339.55aSENRRC 人为特性为016545.18ememnnTTemNTT时,n=1654-5.18 147.3=891r/min 人为特性为016545.18ememnnTTnTem016541500147.3891nTem0147.3827674220n和 均发生变

17、化（4）磁通减弱至2/3N02202481 / min220.13333NENUnrC 220.1752.33229.559.550.13333aENRC 人为特性为02481 2.33ememnnTTemNTT时,n=2481-2.33 147.3=2138r/minnTem0147.382767421382481165423（5）当负载转矩为额定转矩时，n=1000r/min，可以采用电枢串电阻或降低电源电压的方法来实现1000 / min,147.3NnrTN m2210001654147.34.449.559.55 0.1334.440.1750.575SENaRCR 应串入的电阻值为

18、1000=1.04 147.30.133153.4UUV当电压下降时249.1 他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性9.1.4 电力拖动系统稳定运行条件电力拖动系统稳定运行条件他励直流电动机的机械特性负载特性负载特性 主要研究：生产机械负载转矩特性与电动机的机械特性主要研究：生产机械负载转矩特性与电动机的机械特性这两种特性的配合问题。这两种特性的配合问题。 在电力拖动运动方程式中，在电力拖动运动方程式中，当转矩当转矩T T 与与T Tz z 方向相反，方向相反，大小相等而相互平衡时，大小相等而相互平衡时，转速为某一稳定值，拖动转速为某一稳定值，拖动系统处于稳态，或称静态。系统处于稳

19、态，或称静态。nTO0n1ZTAB2ZT123259.1 他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性 稳定运行的必要条件是：两种特性有交点。稳定运行的必要条件是：两种特性有交点。 稳定运行的充分条件是：如果电力拖动系统原在交点处稳定运行的充分条件是：如果电力拖动系统原在交点处稳定运行，由于出现某种干扰作用（如电网电压波动、稳定运行，由于出现某种干扰作用（如电网电压波动、负载转矩的微小变化等），使原来两种特性的平衡变成负载转矩的微小变化等），使原来两种特性的平衡变成不平衡，电动机转速便稍有变化，这时，当干扰消除后，不平衡，电动机转速便稍有变化，这时，当干扰消除后，拖动系统必须有能力使转速恢

20、复到原来交点处的数值。拖动系统必须有能力使转速恢复到原来交点处的数值。 “在交点所对应的转速之上应保证在交点所对应的转速之上应保证TTZ”。 电力拖动系统如能满足这样的特性配合条件，则该系统电力拖动系统如能满足这样的特性配合条件，则该系统是稳定的，否则是不稳定的。是稳定的，否则是不稳定的。269.1 他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性 稳定运行系统分析稳定运行系统分析 不稳定运行系统分析不稳定运行系统分析nTO0nAZT稳定运行点稳定运行点nTO0nZTB不稳定运行点不稳定运行点279.2 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动 起动性能起动性能 起动电流起动电流 Ist ;

21、起动转矩起动转矩 Tst。 9.2 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动 他励直流电动机起动时，必须保证先有磁场（即他励直流电动机起动时，必须保证先有磁场（即先通励磁电流），而后加电枢电压。先通励磁电流），而后加电枢电压。 不考虑电枢电感对电枢电流的影响，电枢电流不考虑电枢电感对电枢电流的影响，电枢电流Ia为为aaaREUI9.2.1直接起动存在的问题直接起动存在的问题289.2 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动 Ist = UNRa= (10 20) IN T = Tst = CT Ist = (10 20) TN l 直接起动直接起动 起动瞬间：起动瞬间：U=UN, n = 0

22、，Ea = 0。 过大的起动电流将引起电网电压下降、影响电网上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；同时过大其它用户的正常用电、使电动机的换向恶化；同时过大的冲击转矩会损坏电枢绕组和传动机构。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接起动。机不允许直接起动。 很小）（aR 为了限制起动电流，他励直流电动机通常采用为了限制起动电流，他励直流电动机通常采用电枢电枢回路串电阻回路串电阻或或降低电枢电压降低电枢电压起动。起动。299.2 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动1. 降低电枢电压起动降低电枢电压起动需要可调直流

23、电源，如励磁可调节的需要可调直流电源，如励磁可调节的直流发电机或晶闸管可控直流电源等。直流发电机或晶闸管可控直流电源等。9.2.2 起动方法起动方法0T2Tz1TnTUN 起动时，以较低的起动时，以较低的电源电压起动电动机，起电源电压起动电动机，起动电流随电源电压的降低动电流随电源电压的降低而正比减小。随着电动机而正比减小。随着电动机转速的上升，反电动势逐转速的上升，反电动势逐渐增大，再逐渐提高电源渐增大，再逐渐提高电源电压，使起动电流和起动电压，使起动电流和起动转矩保持在一定的数值上，转矩保持在一定的数值上，保证按需要的加速度升速。保证按需要的加速度升速。 降压起动需专用电源，降压起动需专用

24、电源，设备投资较大，但它起动设备投资较大，但它起动平稳，起动过程能量损耗平稳，起动过程能量损耗小，因此得到广泛应用。小，因此得到广泛应用。309.2 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动2. 电枢串联电阻起动电枢串联电阻起动（1 1）限流原理限流原理 直接起动时：直接起动时：电枢电路串电阻起动时：电枢电路串电阻起动时：起动电流减小。起动电流减小。astRUI21RRRUIast。，：段电阻，外串电阻mmRRRRR321mamRRRRR21级电阻31OT (Ia)nT1(I1)TZ(IZ)T2(I2)a1a2(2) 起动过程起动过程 串联串联 (R1+R2) 起动：起动： R2 = RaR1

25、R2 起动转矩起动转矩 (电流电流)：T1 (I1) = (1.5 2.0) TN (IN) 切除切除 R2 ：R1 = RaR1 切换转矩切换转矩 (电流电流)： T2 (I2) = (1.1 1.2) TN (IN) 或或(1.2 1.5) TZ (IZ)b2b19.2 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动MIfUIaUfR1 R2ba32OT (Ia)nT1(I1)TZ(IZ)T2(I2)a1a2b2b1ba 切除切除 R1 ：R = RaMIfUIaUfR1 R2起动起动 a1 点点a2 点点 加速加速瞬间瞬间 n 不变不变 b1 点点 cc1c2p切除切除R1b2 点点 加速加速

26、切除切除R2 c1 点点 c2 点点 加速加速p 点。点。 加速加速瞬间瞬间 n 不变不变 9.2 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动33 起切电流（转矩）比：起切电流（转矩）比： 求出电枢电路电阻求出电枢电路电阻 Ra 若忽略若忽略T0 ，则，则 Pe=EaIa= (CT/9.55)nIa =(CTn)Ia/9.55 =Tn/9.55 =(T0+TZ)n/9.55=P2 在额定运行时在额定运行时 确定起动电流确定起动电流 I1 和切换电流和切换电流 I2 I1 (T1) = (1.5 2.0) IN (TN) I2 (T2) = (1.1 1.2) IN (TN) = I1I2 R =

27、 UNEa IN=UN IN PN IN9.2 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动9.2.3 起动电阻的计算起动电阻的计算1.解析法解析法34nb2 = nc1 即：即：Eab2 = Eac1 UNR1I2 = UNRaI1 R1I2 = RaI1 R1 =Ra同理，由同理，由 na2 = nb1 可得可得 R2 =R1对于对于 m 级起动，有级起动，有 Rm=mRa=2Ra OT (Ia)nT1(I1)TZ(IZ)T2(I2)a1a2b2b1bacc1c2p9.2 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动 确定各级电阻值和各段电阻值确定各级电阻值和各段电阻值 35各级总电阻值：各级总电

28、阻值：R1 =Ra = Ra R2 =R1=2Ra R3 =R2=3Ra Rm =Rm1 =mRa各段电阻值：各段电阻值： R1 = R1Ra R2 = R2R1 R3 = R3R2 Rm = RmRm19.2 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动369.2 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动(1) 起动级数未定时的起动电阻的计算起动级数未定时的起动电阻的计算 选择起动电流选择起动电流 I1 和和I2或或T1和和T2，初步确定初步确定值。值。 测出或由铭牌数据计算出测出或由铭牌数据计算出 Ra 。 用用n=0，T=T1点，结合电压平衡方程式，算出点，结合电压平衡方程式，算出Rm 。初

29、步确定起动级数初步确定起动级数 m，并向上取整。，并向上取整。 重新计算重新计算，校验校验 I2 或或T2是否在规定的范围内。是否在规定的范围内。Rm =UN I1m =RmRa lg lg37(2) 起动级数已定时的起动电阻的计算起动级数已定时的起动电阻的计算 选择起动电流选择起动电流 I1 。 测出或由铭牌数据估算出测出或由铭牌数据估算出 Ra 。 计算计算Rm 。 计算计算 。 计算切换电流计算切换电流 I2 ，并校验之。，并校验之。 确定各级电阻值和各段电阻值。确定各级电阻值和各段电阻值。9.2 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动 =RmRam 确定各级电阻值和各段电阻值。确定各

30、级电阻值和各段电阻值。38 【例例9.2】 一台一台 他励直流电动机的铭牌数据为：型他励直流电动机的铭牌数据为：型号号Z-290，额定功率，额定功率 PN =29 kW，额定电压，额定电压UN = 440 V，额，额定电流定电流IN = 76 A，额定转速，额定转速nN = 1 000 r/min ，电枢绕组电阻，电枢绕组电阻Ra= 0.377 。试用解析法计算四级起动时的起动电阻值。试用解析法计算四级起动时的起动电阻值。 解：解： (1) 选择选择 I1 I1 = (1.5 2.0) IN = (114 152) A取取 I1 = 152 A。 (2) 计算计算Rm Rm= R4=UN/I1

31、=440/152=2.895 (3) 计算起切电流比计算起切电流比 (4)计算切换电流计算切换电流 I2 ，并校验之。，并校验之。9.2 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动664. 1377. 0895. 2444aRR39 满足要求。满足要求。(5)确定各级电阻值和各段电阻值。确定各级电阻值和各段电阻值。9.2 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动2 . 191.35/76/A35.91664. 1/152/N212IIII889. 2736. 1664. 1736. 1043. 1664. 1043. 1627. 0664. 1627. 0377. 0664. 1342312a1

32、RRRRRRRR153. 1736. 1889. 2693. 0043. 1736. 1416. 0627. 0043. 1250. 0377. 0627. 034423312211RRRRRRRRRRRRa40 【例例9.3】 一台一台 Z4 系列他励直流电动机，系列他励直流电动机， PN = 200 kW，UN = 440 V，IN = 497 A，nN = 1 500 r/min ，Ra = 0.076 ，采用电枢串电阻起动。求起动级数和各级起动，采用电枢串电阻起动。求起动级数和各级起动电阻电阻 。 解：解： (1) 选择选择 I1 和和 I2 I1 = (1.5 2.0) IN = (

33、745.5 994) A I2 = (1.1 1.2) IN = (546.7 596.4) A取取 I1 = 840 A， I2 = 560 A。(2) 求出起切电流比求出起切电流比 (3) 求出起动时的电枢总电阻求出起动时的电枢总电阻 Rm840560= = 1.5 = I1I2 9.2 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动41(4) 求出起动级数求出起动级数 m取取 m = 5。(5) 重新计算重新计算 ，校验，校验 I2 440840= = 0.524 8.2 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动Rm =UN I1m =RmRa lg lg= = 4.76 0.5240.076

34、 lg1.5 lg =RmRam0.524 0.076 = 1.47 58401.47= A = 571 A I2 = I1 (在规定的范围内在规定的范围内) 42(6) 求出各段总电阻值和各段电阻值求出各段总电阻值和各段电阻值 R1 =RaR2 =2RaR3 =3RaR4 =4Ra R5 =5RaR1 = R1RaR2 = R2R1R3 = R3R2R4 = R4R3R5 = R5R4= 1.470.076 = 0.11 = 1.4720.076 = 0.16 = 1.4730.076 = 0.24 = 1.4740.076 = 0.35 = 1.4750.076 = 0.52 = (0.1

35、10.076 ) = 0.034 = (0.160.11 ) = 0.05 = (0.240.16 ) = 0.08 = (0.350.24 ) = 0.11 = (0.520.35 ) = 0.17 9.2 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动439.2 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动2.图解法图解法 首先绘出他励直流电动首先绘出他励直流电动机串电阻分级起动时，机串电阻分级起动时，机械特性图，作图步骤机械特性图，作图步骤如下。如下。1）绘制固有机械特性。）绘制固有机械特性。2）选取起动过程中的最大）选取起动过程中的最大电流电流I1与电阻切除时的切与电阻切除时的切 换电流换电流I

36、2（或（或T1、T2）。）。 一般取一般取I1=(1.52)IN， I2=(1.11.2)IN 或或I2=(1.21.5)IZ。0nn0hII2IzI1R1RaR2R3abcdefg449.2 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动3 3）绘制分级起动特性图）绘制分级起动特性图a a）在图中横坐标上截取在图中横坐标上截取I1及及I2两点，并分别向上作垂直线；两点，并分别向上作垂直线；b）过固有机械特性与）过固有机械特性与I1的交点的交点g作水平线交作水平线交I2与与f，过，过n0与与f作人作人为机械特性为机械特性R1,与与I1的交点为的交点为e；c）过）过e点作水平线交点作水平线交I2于点，

37、过于点，过n0与与d点做人为机械特性点做人为机械特性R2，与与I1的交点为的交点为c；d）过）过c点作水平线交点作水平线交I2于于b点，过点，过n0与与c点做人为机械特性点做人为机械特性R3,如果如果和横轴与和横轴与I1的交点的交点a相交，既可以用此特性图计算起动电阻。相交，既可以用此特性图计算起动电阻。如果如果R3不与不与a点相交，修改点相交，修改I1或或I2重新作图，直到满足上述要求重新作图，直到满足上述要求为止。为止。459.2 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动0nn0hII2IzI1R1RaR2R3abcdefg4）分级电阻计算）分级电阻计算 计算根据：计算根据：ICRnne0

38、RCInnne0hggehghgheaaannnnnRRRRR11hggeannRR1同一电流下，转速降落于电同一电流下，转速降落于电枢回路的总电阻成正比。枢回路的总电阻成正比。469.2 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动hggchghghcaaannnnnRRRRRR212hgecannRR2 同理同理hgecgeannnRRR21hgcaannRR30nn0hII2IzI1R1RaR2R3abcdefg479.2 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动电枢回路串电阻起动控制电路原理图电枢回路串电阻起动控制电路原理图KVC1、 KVC2、 KVC3为电路继电器，其线圈串接在电为电路

39、继电器，其线圈串接在电枢电路中，这三个继电器的吸合电流都一样，但释放电流枢电路中，这三个继电器的吸合电流都一样，但释放电流不一样，其中不一样，其中KVC3的释放电流最大，的释放电流最大， KVC2次之，次之， KVC1最小。刚起动时，起动电流很大，最小。刚起动时，起动电流很大， KVC1、 KVC2、 KVC3都吸合，它们的常闭触点打开，接触器都吸合，它们的常闭触点打开，接触器KM1、 KM2、 KM3不动作，全部电阻接入，当电动机转速升高不动作，全部电阻接入，当电动机转速升高后电枢电流减小，后电枢电流减小， KVC3首先释放，其触点闭合，接触器首先释放，其触点闭合，接触器KM3线圈通电，其常

40、开触点闭合，短接第三段电阻，线圈通电，其常开触点闭合，短接第三段电阻，。489.2 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动MUIaKM3 R3R2R1KM2KM1 KM4 SB1SB2 KM1KVC1KM4 KM2 KM3KVC2KVC3KM4KM4 KA KA电枢回路串电阻起动控制电路原理图电枢回路串电阻起动控制电路原理图KVC3KVC2KVC1499.2 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动9.2.4 他励直流电动机起动的过渡过程他励直流电动机起动的过渡过程 电力拖动的过渡过程是指电力拖动系统由一个稳定电力拖动的过渡过程是指电力拖动系统由一个稳定工作状态过渡到另一个稳定工作状态的过程

41、，如起工作状态过渡到另一个稳定工作状态的过程，如起动、制动、反转、调速和负载突变等。动、制动、反转、调速和负载突变等。 研究过渡过程可以分析如何缩短过渡过程时间，提研究过渡过程可以分析如何缩短过渡过程时间，提高生产率；探讨减小过渡过程损耗的途径，提高电高生产率；探讨减小过渡过程损耗的途径，提高电动机利用率；研究如何改善电力拖动的运行情况，动机利用率；研究如何改善电力拖动的运行情况，使设备能安全运行。使设备能安全运行。 主要研究过渡过程中主要研究过渡过程中n = f（t）、）、T = f（t）、）、Ia = f（t）和）和P = f（t）的变化规律）的变化规律。509.2 他励直流电动机的起动他

42、励直流电动机的起动 在电力拖动系统中，一些电气参数（如电压、电阻等）在电力拖动系统中，一些电气参数（如电压、电阻等）与负载转矩的突然变化，会引起电动机的转速、电流、与负载转矩的突然变化，会引起电动机的转速、电流、转矩及磁通的变化；转矩及磁通的变化； 由于由于惯性的作用惯性的作用，电动机的转速、电流、转矩及磁通，电动机的转速、电流、转矩及磁通等参量却不能突变，而是一个连续变化的过程；等参量却不能突变，而是一个连续变化的过程； 电气参数（如电压、电阻等）与负载转矩的变化势必电气参数（如电压、电阻等）与负载转矩的变化势必引起过渡过程；引起过渡过程； 电力拖动系统中一般存在三种惯性：电力拖动系统中一般

43、存在三种惯性：机械惯性机械惯性 、电磁、电磁惯性惯性 、热惯性、热惯性。519.2 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动1 1机械惯性机械惯性 反映在系统的飞轮惯量上，它使转速反映在系统的飞轮惯量上，它使转速不能突变。不能突变。 2 2电磁惯性电磁惯性 反映在电枢回路电感及励磁回路电感反映在电枢回路电感及励磁回路电感上，它们分别使电枢电流和励磁电流不能突变，从而上，它们分别使电枢电流和励磁电流不能突变，从而使磁通不能突变。使磁通不能突变。 3 3热惯性热惯性 它使电动机的温度不能突变。由于温度它使电动机的温度不能突变。由于温度的变化比转速、电流等参量的变化慢的多，一般不考的变化比转速、电流

44、等参量的变化慢的多，一般不考虑热惯性的影响。虑热惯性的影响。529.2 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动 电力拖动的过渡过程一般分为两种：电力拖动的过渡过程一般分为两种：1 1）机械过渡过程）机械过渡过程 它只考虑机械惯性，忽略影响较它只考虑机械惯性，忽略影响较小的电磁惯性。小的电磁惯性。2 2）电气机械过渡过程）电气机械过渡过程 它同时考虑机械与电磁两它同时考虑机械与电磁两种惯性。种惯性。 他励直流电动机起动的过渡过程，首先应分析起动时他励直流电动机起动的过渡过程，首先应分析起动时的机械过渡过程，再分析电枢回路电感对起动过渡过的机械过渡过程，再分析电枢回路电感对起动过渡过程的影响。程

45、的影响。539.2 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动aT2zdd375ICtnGDTTeaCRIUntICCRGDCTIdd375a2Te2TzatITIddatMz（1 1）串固定电阻起动的过渡过程电流变化规律串固定电阻起动的过渡过程电流变化规律 1 1 起动时的机械过渡过程起动时的机械过渡过程1 1）电枢串固定电阻起动的过渡过程）电枢串固定电阻起动的过渡过程549.2 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动tITItICCRGDCTIdddd375atMza2Te2TzaTZZ/CTI2Te2tM375CCRGDT IZ负载转矩对应的负载电流，即电动机起动完毕负载转矩对应的负载电

46、流，即电动机起动完毕后，保持稳定转速运行时的电枢电流后，保持稳定转速运行时的电枢电流 TtM电力拖动系统的机电时间常数，是表征机械电力拖动系统的机电时间常数，是表征机械惯性的一个非常重要的物理量惯性的一个非常重要的物理量 559.2 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动tMztMaaddTITItItM/zstae)(TtzIIII其中：其中：IST为电流的起始值为电流的起始值 或或tMtM/st/zae)e1 (TtTtIII569.2 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动eaCRIUntMTtzaIIII/zste)(或或tMTtzstznnnn/e )(tMtMTtstTtznn

47、n/e)e1 (或或tMTtezestezCRIUCRIUCRIUn/e（2 2）串固定电阻起动的过渡过程转速变化规律）串固定电阻起动的过渡过程转速变化规律579.2 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动 前面虽然根据他励直流电动机起动过程推导而得，但他前面虽然根据他励直流电动机起动过程推导而得，但他是电流、转速变化的一般形式，适用于电力拖动系统的是电流、转速变化的一般形式，适用于电力拖动系统的起动、制动、反转、调速及负载突变等各种过程，应用起动、制动、反转、调速及负载突变等各种过程，应用时注意起始值和稳态值的不同特点。时注意起始值和稳态值的不同特点。 当当nst=0时，时，Ist=U/R

48、，则，则)e1 (/tMTtznntMTtzaIRUII/ze)/(589.2 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动 求过渡过程某一阶段时间例如：求转速从求过渡过程某一阶段时间例如：求转速从nst（Ist、Tst）变化）变化到到nx（Ix、Tx）所需要的时间）所需要的时间tx。zxzsttMxIIIITtlnzxzsttMxnnnnTtln或或zxzsttMxTTTTTtln或或599.2 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动 以串两级电阻起动为例以串两级电阻起动为例 第一级起动时第一级起动时212RRRRa2T2121375)(CCRRRGDTeatM)e1 (1/1tMTtznn1

49、1/1/e)e1 (tMtMTtTtzaIII（3 3）电枢串多级电阻起动的过渡过程）电枢串多级电阻起动的过渡过程609.2 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动 第二级起动时第二级起动时11RRRa222375)(T1CCRRGDTeatM22/1/2e)e1 (tMtMTtTtznnn22/1/e)e1 (tMtMTtTtzaIII 末级起动时末级起动时aRR 122375TCCRGDTeatMtMtMTtTtznnn/2/)1 (eetMtMTtTtzaIII/1/e)e1 (619.2 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动 各阶段持续时间分别为：各阶段持续时间分别为：zztMI

50、IIITt2111lnzztMIIIITt2122lntMTt)43(3629.2 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动2 2）加快起动过程的途径）加快起动过程的途径（1 1） 起动过程延缓的原因起动过程延缓的原因a)a) 系统本身的机械惯性，惯性（系统本身的机械惯性，惯性（GDGD2 2）越大，转）越大，转速上升越慢；速上升越慢；b)b) 起动电流随时间呈指数规律衰减，使系统的加起动电流随时间呈指数规律衰减，使系统的加速度在起动过程中不断衰减。速度在起动过程中不断衰减。639.2 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动（2 2） 加快起动过程的途径加快起动过程的途径 针对上述两个原因，

51、加快起动针对上述两个原因，加快起动过程的措施过程的措施a)a) 设法减小系统的飞轮转矩设法减小系统的飞轮转矩GDGD2 2以以减小机电时间常数；电动机电减小机电时间常数；电动机电枢的飞轮转矩占整个系统飞轮枢的飞轮转矩占整个系统飞轮转矩的主要部分，应设法减小转矩的主要部分，应设法减小电动机电枢的飞轮转矩，如采电动机电枢的飞轮转矩，如采用双电机拖动；用双电机拖动；b)b) 在设计电力拖动系统时，尽可在设计电力拖动系统时，尽可能设法改善起动过程中电枢电能设法改善起动过程中电枢电流的波形，理想的起动电流波流的波形，理想的起动电流波形如右下图所示。形如右下图所示。649.2 他励直流电动机的起动他励直流

52、电动机的起动2 2 电枢回路电感对起动过程的影响电枢回路电感对起动过程的影响 在晶闸管整流电路向直流电动机供电时，通常在电动在晶闸管整流电路向直流电动机供电时，通常在电动机电枢回路中串电感（平波电抗器后续课程机电枢回路中串电感（平波电抗器后续课程电力电力电子技术电子技术），这时，电感引起的电磁惯性不能忽视，），这时，电感引起的电磁惯性不能忽视，电磁时间常数为电磁时间常数为aataRLT 式中：式中：La电枢回路总电感（包括电枢绕组电感和电枢回路总电感（包括电枢绕组电感和串联的电感），串联的电感），Ra电枢电阻电枢电阻659.2 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动 当电动机带负载起动时，则

53、过渡过程分两阶段：当电动机带负载起动时，则过渡过程分两阶段：1) 第一阶段，电枢电流从零增加到第一阶段，电枢电流从零增加到Iz 之前，电之前，电动机转速为零。动机转速为零。这时这时tILRIUaaaadd)e1 (/taTtscaIIascRUI/式中式中 为短路电流为短路电流第一阶段持续时间第一阶段持续时间tz称滞后时间称滞后时间zscsctazIIITtln669.2 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动2) 第二阶段，过了第二阶段，过了tz 后，电动机开始加速，机械惯性后，电动机开始加速，机械惯性与电磁惯性同时存在与电磁惯性同时存在 。aaaaaEtILRIUddtnCGDIITza

54、dd3752ztatMtatMtanTTnTTtnTtn11dd1dd22679.2 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动 c1及及c2积分常数，由初始条件决定积分常数，由初始条件决定 zttnccn21ee21式中式中tMtatataTTTT4121211tMtatataTTTT4121212zTttaICGDccI375)ee(2221121689.2 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动当当TtM4Tta 时，时，1和和2为负实数为负实数根据第二阶段起始条件（根据第二阶段起始条件（t=0时，时，n0，Ia=Iz）可计算）可计算出出c1、c2 znc2121znc2112ztztz

55、nnnn21ee211212ztttMtazscaITTIII)ee (4121699.2 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动 TtM4Tta 时，起动过程转速、电流变化曲时，起动过程转速、电流变化曲线如下图所示。线如下图所示。IanIscI,nnzIz709.2 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动当当TtM4Tta 时，起动过程时，起动过程转速、电流变化曲线如转速、电流变化曲线如右图所示。右图所示。729.3 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动9.3 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动制动的目的制动的目的1)1) 使电力拖动系统停车；使电力拖动系统停车；2)2) 使电

56、力拖动系统转速降低；使电力拖动系统转速降低；3)3) 使位能负载工作机构匀速下降。使位能负载工作机构匀速下降。4) 4) 反转，电动机从正转变为反转，首先要制动停车，反转，电动机从正转变为反转，首先要制动停车，然后才能反向起动。然后才能反向起动。使电力拖动系统制动的方法使电力拖动系统制动的方法1)1) 断电源自由停车断电源自由停车 较慢，生产效率低；较慢，生产效率低；2)2) 机械制动机械制动 电磁制动器，即机械抱闸；电磁制动器，即机械抱闸；3)3) 电气制动电气制动 能耗制动、反接制动、回馈制动。能耗制动、反接制动、回馈制动。739.3 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动 制动运行的基

57、本特征制动运行的基本特征(1)(1)产生与产生与n n相反的电磁转矩；相反的电磁转矩；(2)(2)用电动机吸收系统贮存的机械能并转化为电能，实用电动机吸收系统贮存的机械能并转化为电能，实现能量的迅速转移。现能量的迅速转移。 结论：制动运行状态本质上为发电机运行状态。结论：制动运行状态本质上为发电机运行状态。与发电机运行的差异与发电机运行的差异(1)(1)输入能量有限；输入能量有限；(2)(2)机电能量转换不是目的，而是一种能量转移的手段。机电能量转换不是目的，而是一种能量转移的手段。749.3 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动9.3.1 他励直流电动机的能耗制动他励直流电动机的能耗制动

58、 他励直流电动机在电动状态下运行时，去掉直流电源，他励直流电动机在电动状态下运行时，去掉直流电源，同时在电枢回路串入电阻。同时在电枢回路串入电阻。 由于系统机械惯性的作用，电机的旋转方向来不及变由于系统机械惯性的作用，电机的旋转方向来不及变化，电枢电动势方向不变，但电枢电流方向改变，和电动化，电枢电动势方向不变，但电枢电流方向改变，和电动状态时相反，电磁转矩随之改变方向，和电机旋转方向相状态时相反，电磁转矩随之改变方向，和电机旋转方向相反，电动机处于制动运行状态，各量方向如图下所示。反，电动机处于制动运行状态，各量方向如图下所示。1、实现方法、实现方法759.3 他励直流电动机的制动他励直流电

59、动机的制动电动状态电动状态nTMUIaUfMUfRIaTn制动状态制动状态EaEa2、能耗制动过程分析、能耗制动过程分析制动前：电动运行状态，特性制动前：电动运行状态，特性 1。TCCRCUnTeae2稳定运行速度稳定运行速度nA76制动开始后：制动开始后： U = 0， 特性特性 2 n = RaR CeCT2 T制动过程制动过程9.3 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动BOTn 1n0TZA-TZ(1)能耗制动过程（反抗性能耗制动过程（反抗性恒转矩负载）恒转矩负载） 迅速停机迅速停机 A 点点B 点，点，Ia 反向反向(Ia0)制动开始制动开始n = 0，Ea= 0 nA = nB，

60、EaA = EaB T 反向反向 (T0 ) ， T 和和 TZ的共同作用的共同作用 Ia= 0，T = 0，n O 点点 自动停车。自动停车。 2MTZTnMTZnT77 TB TB 制动效果制动效果 R 2 (R大大)BOTn1TZA2 (R小小)BIa |TB | 制动快，停车迅速。制动快，停车迅速。 Ia =EaB RaR Iamax 切换点（切换点（B 点）点） R 的选择的选择 RaR EaBIamax9.3 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动MUfRIaTnEa789.3 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动NaNaaNaaaIRRURRERREI2maxaNNRIUR