电机及拖动基础第二章 直流电动机的电力拖动课件

1、第二章 直流电动机的电力拖动 第三节 他励直流电动机的机械特性第四节 他励直流电动机的启动和反转第五节 他励直流电动机的调速第六节 他励直流电动机的制动 第二章 直流电动机的电力拖动第一节 电力拖动系统的运动方程式第二节 生产机械的负载转矩特性(1)电力拖动 拖动：原动机带动生产机械运转叫拖动。电力拖动：电动机作为原动机，生产机械是负载，电动机带动生产机械运转的拖动方式称电力拖动。(2)电力拖动系统：用电动机将电能转换成机械能，拖动生产机械，并完成一定工艺要求的系统。电力拖动系统的基本概念（3）电力拖动系统组成电力拖动系统示意图传动机构生产机械控制设备电动机电源各种控制电器元件，工业控制PC及

2、PLC控制器等常见的有齿轮及传送带等动画1动画2采用电力拖动主要原因 现代化生产中，多数生产机械都采用电力拖动，主要原因是 ：1. 电能的运输、分配、控制方便经济。2. 电动机的种类和规格很多，它们具有各种各样的特性，能很好的满足大多数生产机械的不同要求。3. 电力拖动系统的操作和控制简便，可以实现自动控制和远距离操作等等。在单轴电力拖动系统结构中，生产机械轴的负载转速nL 与该系统中的电动机的转速nM 相同，即 2.1.1 单轴电力拖动系统运动方程式2.1 电力拖动系统的运动方程式 电力拖动系统运动方程式描述了系统的运动状态，系统的运动状态取决于作用在原动机转轴上的各种转矩。如图为一单轴电力

3、拖动系统示意图及各种物理量的参考方向对于单轴电力拖动系统作旋转运动的物体，同理，对于单轴电力拖动系统作旋转运动的物体，有：式中：T电动机的电磁转矩，即拖动转矩， 单位为Nm(牛顿米） TL生产机械的负载转矩，即阻矩， 单位为Nm(牛顿米） J系统的转动惯量，单位为kgm2 转轴的机械角速度，单位为rad/s t时间，单位为s这就是单轴电力拖动系统的运动方程式它代表了系统转矩与转速变化率之间的关系其中 为系统的惯性转矩。 习惯上，将运动方程式中的转动惯量 J 用飞轮矩GD2表示 式中：m 系统转动部分的质量，单位kg p与D 系统转动部分的惯性半径和惯性直径,单位m G 系统转动部分的重力，单位

4、N g 重力加速度，g=9.8m/s2 GD2 转动部分的飞轮矩，是一个整体的物理 量，反映了转动体的惯性大小单位Nm2将角速度（rad/s）化成用每分钟转数 n (r/min) 表示的形式将角速度（rad/s）化成用每分钟转数 n (r/min) 表示的形式,并以n为变量取导数 这个公式描述了电力拖动系统的 转矩与转速变化率之间的关系,由此式可知电力拖动系统的转速变化率dn/dt（加速度）是由T-TL决定的,T-TL称为动态转矩,因此根据这个公式可分析电力拖动系统的运动状态。 首先规定某一旋转方向为转速的正方向,即n0。在此旋转方向下,根据这个公式分析电力拖动系统旋转运动的三种运动状态的分析

5、如下： 2.1.2、运动方程式的分析由分析可知,当T=TL时, 系统处于稳定平衡运转状态。但当受到外界的干扰时,如负载转矩TL的增加或减小,电源电压的变化等影响时,平衡将被打破,转速将发生变化。对于一个稳定的电力拖动系统来说,当系统的平衡状态被打破后,应具有恢复新的平衡状态的能力,在新的平衡状态下稳定运行。2.1.3、运动方程式中转矩正、负号的规定 首先确定电动机处于电动状态时的旋转方向为转速的正方向（可任意选取，一般为顺时针或逆时针），然后规定：（1）电磁转矩T 与转速n 的正方向相同时为正，相反时为负（2）负载转矩TL 与转速n 的正方向相同时为负，相反时为正。（3）惯性转矩 的大小和正负

6、号由T 和 TL 的代数和决定。（1）多轴系统2.1.3 多轴电力拖动系统转矩及飞轮矩折算（2）多轴系统折算 分析多轴系统采用的方法是：用一个等效的单轴系统代替原来实际的多轴系统。这种方法称为“折算”。 折算原则：折算前后系统传递功率不变，系统的动能不变。 折算方向：一般是从生产机械轴向电动机轴折算。原因是研究对象是电动机。且电动机轴一般是高速。根据传送功率不变的原则，高速轴上的负载转矩数值小。2.2 生产机械的负载转矩特性 定义： 负载的机械特性是指生产机械的转矩与转 速之间的关系即：n=f(TL)2.2.1、恒转矩负载特性 恒转矩负载是指负载转矩为常数，其大小与转速n无关。恒转矩负载又分为

7、：反抗性恒转矩负载特性和位能 性恒转矩负载特性。负载的转矩特性，就是负载的机械特性，简称负载性。（1）反抗性恒转矩负载特性反抗性恒转矩负载特性的特点：恒值（常数值）的负载转矩TL的方向总是与生产机械的运动方向相反，当运动方向改变时负载转矩的方向也随着改变。1）当正转时n为正（即n0）时， TL与n方向相反，应为正（TL0），即在第一象限 2）当反转时n为负（即n0）时，TL与n方向相反，应为负（TL0），即在第三象限。（2）位能性恒转矩负载特性位能性恒转矩负载特性特点：负载转矩TL的大小是一个恒定常数。且具有固定不变的方向。当n0 时， TL0，负载转矩TL为制动转矩（即阻转矩）；当n0 时，

8、 TL0，负载转矩TL为拖动转矩。 例如：起重机的提升机构，不论是提升重物还是下放重物，重力的作用总是方向朝下的，即重力产生的负载转矩方向固定。 例如：起重机的提升机构，不论是提升重物还是下放重物，重力的作用总是方向朝下的。即重力产生的负载转矩方向固定不变，故在第一和第四象限。（3）通风机型负载转矩特性负载的转矩TL的大小与转速n 的平方成正比。负载特性为一条抛物线。如水泵，油泵等，如图所示，虚线是在考虑了轴承上的摩擦转矩后得出的实际鼓风机负载转矩。 以上所述的三种负载特性是从实际中概括出来的比较典型的负载转矩特性。实际的负载转矩特性往往是几种典型特性的综合。例如实际鼓风机,除了有风机负载特性

9、外,轴上还有一个磨擦转矩,为反抗性的恒转矩,所以实际的鼓风机负载转矩特性应为风机负载转矩特性与恒转矩负载特性的组合。第二节小结2.3 他励直流电动机的机械特性2.3.1、机械特性方程式定义：直流电动机的机械特性是指电动机在电枢电压U、励磁电流If（气隙磁通）、电枢回路电阻R为恒定值（常数）的条件下，即电动机处于稳态运行时，电动机产生的电磁转矩T与电力拖动系统的转速n之间的关系，即n = f (T)。直流电动机的机械特性方程式,可由直流电动机的基本方程式推导出。如图所示为他励直流电动机的接线图。把电枢电压 代入可得转速程：根据基尔霍夫电压定律可列出直流电动机的电动势平衡方程式为根据电动机的转矩公

10、式 T=CTIa 得 把Ia代入上式可得机械特性方程: 当电动机在电枢电压U、励磁电流If（气隙磁通）、电枢回路电阻R为恒定值时特性曲线为一向下倾斜的直线。如图1）令 机械方程式可写成我们把称为机械特性的斜率。值越小，机械特性的倾斜度就越小，转速随转矩的变化就越小，机械特性就越硬；值越大，机械特性的倾斜度就越大，转速随转矩的变化就越大，机械特性就越软。机械特性的软硬只是相对而言的，并没有严格的界定。对机械特性方程式分析2）方程式中的 为理想空载转速，即负载转矩T=0 时的转速。电动机在实际空载状态运行时,虽然轴上的输出转矩T2=0,但电动机还必须克服空载阻转矩T0,使T=T00。所以实际空载转

11、速n0略低于理想空载转速n0。 3）令 则方程的左右两边都变为转速的形态，我们把 称为转速降， 值越大，在相同的电磁转矩下，转速降也越大，电动机的转速也就越低。 2.3.2 他励直流电动机的固有机械特性定义：当电动机的电源电压U=UN,每极磁通=N ,电路不串入附加电阻,即Rpa=0时的机械特性,称为固有机械特性。 把 代入机械特性方程式可得固有机械特性的方程式为：由于电路没有串联接入附加电阻Rpa ，而原有的电枢绕组的电阻Ra又很小，故而固有机械特性曲线斜率值很小，所以他励直流电动机的固有机械特性是硬特性。2.3.3 他励直流电动机的人为机械特性由于他励直流电动机的固有机械特性是硬特性的，故

12、而在实际应用中用处不大，为了拓宽应用范围，需人为的改变他励直流电动机的固有机械特性的硬度，即是特性曲线的斜率的值人为的变大。从固有机械特性的方程式看，只要任意改变电源电压U、每极磁通和电枢电路串接附加电阻三个变量中的任意一个量，都能改变他励直流电动机的固有机械特性。定义：当改变U或或Ra 得到的机械特性称为人为机械特性。1、电枢电路串电阻时的人为机械特性电枢电路串电阻时的人为机械特性是指保持电源电压U=UN,每极磁通=N不变，只在电枢电路串接附加电阻Rpa 来改变机械特性。其改变后的机械特性方程式为2、改变电枢电压时的人为机械特性 保持每极磁通 不变，在电枢电路不串接附电阻（即 ）, 仅改变（

13、降低）电压时的机械特性。其改变后的机械特性方程式为 由于受电动机绝缘强制,改变电压时,仅限于在额定电压的基础上降低电压，因此该人为特性与固有机械特性相比,理想空载转速n0电压U的降低成正比降低，特性曲线的斜率不变3、改变磁通时的人为机械特性保持电源电压U=UN ,电枢电路不接入联串附加电阻（R pa=0，R=R a）,只改变励磁回路调节电阻Rpf ,减小每极磁通来改变固有的机械特性。其改变后的机械特性方程式为 由于电动机在设计制造时,磁通已接近于饱和,不容易增加,磁通一般只能在额定值的基础上减弱,因此该人为特性与固有机械特性相比,理想空载转速n0随磁通的减小而升高,斜率随磁通的平方成反比地增大

14、,机械特性变软,不同磁通时的机械特性如下图,这是一组n0升高,斜率变大的直线 附：机械特性的绘制（一）固有特性的绘制 具体步骤：(1)估算(2)计算(3)计算理想空载点：(4)计算额定工作点：n0点在y轴nN 点在x轴（二）人为特性的绘制 在固有机械特性方程 的基础上，根据人为特性所对应的参数 Rpa 或U 或 变化，重新计算 和 ，然后得到人为机械特性方程式。2.3.4 电力拖动系统稳定运行的条件电力拖动系统是由电动机和生产机械负载构成的,在分析电力拖动系统的运动情况时,应将电动机的机械特性和负载的转矩特性结合起来。通常是把电动机的机械特性和负载转矩特性画在同一直角坐标内。直线1为恒转矩负载

15、特性，直线2为电动机的机械特性（电磁转矩）。观察图中的A点处，在A点电动机的电磁转矩与负载转矩大小相等，即T=TL，方向相反，相互平衡。A点被称为工作点。由于T-TL=0， 系统能够在A点平稳运行。 稳定运行的概念：当T=TL，n=f(T)与n=f(TL)有交点 称静态平衡，这是稳定运行的必要条件。在电力拖动系统中 T=TL 是平衡稳定运行的一个必要条件。（电力拖动中，为使问题简化均忽略即 T00, T=T2=TL 。）结论: 在A点, 有T=TL，系统能在A点平稳运行，转速为nA ,当扰动使负载转矩由TL1突然增大到TL2时，因负载变化的循间系统转速和电磁转矩不能突变，此时的电磁转矩T=TL

16、1 ，满足TTL2 ，根据运动方程可知系统开始减速，随着转速的下降，电枢电动势Ea减小，电枢电流Ia增大，电磁转矩T 增大，直到T=TL2时，系统在新的工作点B形成新的平衡，以低于nA的转速nB在B点稳定运行。如果扰动消失，系统将以相反的变化返回A点。 处于某一转速下稳定运行的电力拖动系统，由于到某种扰动，导致系统的转速发生变化而离开原来的平衡状态，如果系统能在新的条件下达到新的平衡状态，或者当扰动消失后系统回到原来的转速下继续运行，则系统是稳定的，结论: 右图是考虑到他励直流电动机有电枢反映的情况，当电磁转矩较大时枢电流增大，去磁较强，磁通减小，转速升高。表现在机械特性上出现上翘现象。系统在

17、A点能够稳定运行。当有干扰出现负载转矩TL出现增大到TB时，由于电磁转矩不能突变，T=TL ，此时就有T TB，根据拖动系统的运动方程，当电磁转矩小于负载转矩的情况时，拖动系统是处在减速状态的，也就是说此时，转速是下降到C点。电磁转矩也下降到TC，使得转速进一步下降，不能在C点形成稳定状态。反之，当负载转矩下降时，则TTL，根据拖动系统的运动方程，当电磁转矩大于负载转矩的 处于某一转速下运行的电力拖动系统，由于到某种扰动，导致系统的转速发生变化而离开原来的平衡状态，如果系统不能在新的条件下达到新的平衡状态，则系统是不稳定的。情况时，拖动系统是处在加速状态，此时转速上升到nB ，对应图中为B点，

18、电磁转矩增大，转速进一步上升。因此，在A点虽然能满足T=TL的稳定运行条件，但负载转矩少有增加或减少时，系统都不能稳定运行在新的平衡点上。结论: 电力拖动系统稳定运行的充分必要条件是：（1） 必要条件:电动机的机械特性与负载的转矩特性必须有交点,即存在 （2）充分条件: 在交点处, 满足:或或者说：在交点的转速以上存在 TTL ,在交点的转速以下存在TTL。 如图所示的系统中,恒转矩负载特性与下降的电动机机械特性配合,在两线的交点A处,dT/dn0,负载仍为恒转矩, dTL/dn=0,因此, dT/dndTL/dn,不符合上述稳定运行的条件,系统不能在A点稳定运行。2.4 他励直流电动机的启动

19、和反转 电动机的启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。起动瞬间，起动转矩和起动电流分为2.4.1 他励直流电动机的启动电动机的起动分为：全压启动，降压启动和电枢回 路串电阻启动 直流电动机对启动的要求： 不同的生产机械对启动有不同的要求。例如，无轨电车要求起动慢些平稳些，但一般生产机械都要求快速起动。即要求起动时间 Tst小些，则起动转矩Tst大些。一般地， 1、要求启动转矩要足够的大，启动转矩要大于负载转矩，尽量缩短启动时间。 2、启动电流不能太大。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；同时过大的冲击转矩会损坏电枢绕组和传

20、动机构。一般直流电动机不允许直接起动。 3、启动设备简单可靠。 全压启动是他励直流电动机直接加额定电压进行启动,亦称直接启动。这种启动方法在启动开始瞬间,电动机因为机械惯性作用,转速n=0,电枢电动势Ea=Cen=0,忽略电枢电路电感的作用,则启动瞬间的启动电流为Ist为起动电流，在起动瞬间n=0，也称为堵转电流 1全压启动Tst=CTIst ,使拖动系统受到冲击,损坏拖动系统的传动机构。所以只有小容量（几百瓦）的电动机允许全压（直接）启动。一般允许直流电动机的启动电流Ist=(1.52)IN,为此,对于大容量的直流电动机,在启动时必须限制启动电流,常用的方法是降低电源电压或在电枢电路串电阻。

21、 由于他励直流电动机的电枢电阻Ra较小,这时的启动电流可达1020 倍的额定电流,大的启动电流产生较强的火花,甚至产生环火,烧坏换向器和电刷,而且这个瞬间,启动电流产生大的启动转矩2、 降压启动降压启动是电动机的电枢绕组由一可调电压的电源（如可控整流器）供电启动时,先接通励磁绕组电源,并将励磁电流调到额定值,然后由低向高调节电枢绕组电压。开始时,加到电枢两端的电压应使得电枢电路的电流Ist不超过（1.52）IN,电磁转矩TstTL ,电动机开始启动,随着转速的升高,a也逐渐增大,电枢电流减小,电磁转矩也相应减小。为保证启动过程中有足够大的电磁转矩,电压必须不断地提高,直到U=UN。降压启动法在

22、启动过程中损耗较小,启动平稳,便于实现自动化。如工业PC控制，PLC控制等。降压启动时的机械特性如图所示。电动机将沿图中的abck加速到p点,起动瞬间把加在电枢两端电源电压降低，可把电源电压降低到 U=(1.52.0) INRa，随着转速n的上升，电势Ea也逐渐增大，Ia相应减小，此时电压U必须不断升高(手动调节或自动调节)，而且使Ia保持在 (1.52.0)IN 范围内，直到电压升到额定电压UN ，电动机进入稳定运行状态，起动过程结束。3、电枢电路串电阻启动为了限制起动电流，他励直流电动机通常采用电枢回路接入串联电阻启动。保持所有电压不变，在他励电动机的电枢电路串接可调电阻Rst ,这个电阻

23、被称为启动电阻,接入启动电阻的他励电动机，可将启动时的启动电流Ist限制在允许值范围Ist=（1.52）IN 若启动电流为 Ist=UN/(Ra+Rst)则启动电阻则为 启动电阻采用分级串联接入方式，级数一般为25级。上图为一三级启动时的启动接线图。动电阻分为三级，分别是Rst1、Rst2和Rst3,分别与KM1、KM2和KM3并联，通过时间继电器来控制km1、km1和km3依次闭合，实现分级启动。启动过程分析 在电动机启动过程中,为减小启动时对系统生产机械的冲击,各级启动电阻的计算,应以在启动过程中最大的启动电流Ist1 (或最大启动转矩Tst1)与切换启动电流Ist2（或切换启动转矩Tst

24、2）不变为原则。对普通的直流电动机通常取 Ist1=(1.52)IN Ist2=(1.11.2)IN 起动电阻计算 设对应转速n1、n2、n3时电势分别为Ea1、Ea2、Ea3，则有：b点c点d点e点f点g点比较以上各式得： 在已知起动电流比和电枢电阻前提下，经推导可得各级串联电阻为:计算各级起动电阻的步骤：（1）估算或查出电枢电阻 ；（2）根据过载倍数选取最大转矩对应的最大电流 ；（3）选取起动级数 ；（4）计算起动电流比： 取整数（5）计算转矩:，校验： 如果不满足，应另选 或 值并重新计算，直到 满足该条件为止.（6）计算各级起动电阻。2.4.2 他励直流电动机的反转两种方法：1) 改变

25、励磁电流的方向保持电枢绕组两端电源电压的极性不变,将励磁绕组反接,使励磁电流反向,从而改变磁通的方向。2) 改变电枢绕组两端电源电压的极性保持励磁绕组的电压极性不变,将电枢绕组反接,使电枢电流改变方向。 2.5 他励直流电动机的调速调速：是指通过人为手段改变电力拖动系统的转速以满足生产实际的需要。1、调速方法 1）机械调速：指通过改变变速机构传动比以改变转速的方法。 特点是：调速时必须停，多为有级调速，同生活中如变速自行车原理基本相似。2. 电气调速： 指通过改变电动机有关电气参数电动机转速的方法，特点是简化机械传动与变速机 构，调速时不需停车，在运行中便可以调速，可实现无级调速，必要时还可采

26、用各种反馈环节提高机械特性硬度，以便提高拖动系统静态与动态运行指标，易于实现电气控制自动化。3.电气机械调速：指上述两种方法都采用的混合调速法。（主要介绍电气调速）注意：调速与转速自然变化的区别。 “转速的自然变化”是指生产机械的负载转矩发生变化时，电动机的电磁转矩T要相应发生变化，电动机的转速也将随着发生变化。调速是通过人为手段改变电机参数而实现的转速变化。如图所示为他励直流电动机拖动恒转矩负载TL,工作在固有机械特性的A点上,转速为nA,若人为地降低电枢电压,使机械特性平行下移,与负载机械特性的交点移至B点,转速为nB。转速变了而转矩未变。这就是我们讨论的速。因为负载转矩变化,如由TL增大

27、为TL,使工作点由A点移至C点,转速变为nC,这属于因负载转矩变化而引起的转速变化。转速变了而转矩也变了。 根据他励直流电动机的机械特性方程式可以看出,当转矩不变时,改变电枢电路串接的电阻Rpa、电枢两端电压U和气隙磁通都可以改变电动机的转速。2、电气调速方法1）降压调速： 降低电枢外加电压的数值，使理想空载转速n0下降，导致转速下降。2.电枢回路串电阻调速 电枢回路串入不同数值的附加电阻，使机械特性斜率变大，负载转速降变大，导致转速下降。3. 弱磁调速 减少他励直流电动机的励磁电流If，使每极磁通减少(N),导致理想空载转速n0与特性斜率均增加。在一定负载条件下，转速将增大。2.5.1 调速

28、指标 调速范围是指电动机在额定负载转矩下,可调到的最高转速nmax与最低转速nmin之比,用D表示, 即 不同的生产机械对调速的范围要求不同,例如车床要求D=20120,龙门刨床要求D=1040,轧钢机要求D=3120,造纸机械要求D=320等 1 调速范围D 静差率是指电动机在某一条机械特性上运行时,由理想空载到额定负载运行的转速降n与理想空载转速n0之比(用百分数表示),用表示, 即 静差率的大小反映了静态转速的相对稳定性,即负载转矩变化时,转速变化的程度。 2静差率（相对稳定性）1）电动机的机械特性愈硬，则静差率愈小，相对稳定性愈高。2）生产机械调速时，为保持一定的稳定程度，要求静差率%

29、小于某一允许值，不同的生产机械，其允许的静差率是不同的。如：普通机床30%;起重类机械 50%；精密机床 1%;精度高的造纸机0.1%3）静差率和机械特性的硬度有关系，但又有不同之处，两条平行的机械特性，硬度一样，1=2 ，但静差率不同。4）静差率与调速范围存在相互制约。 调速的平滑性是指相邻两极（i级和i-1级）转速之比,用表示,即 在允许的调速范围内调速级数越多,亦即每一级调节的量越小,调速的平滑性越好。 显然, 愈接近1,平滑性愈好,当1 时,可近似看作无级调速。不同的生产机械对平滑性的要求不同。3 调速的平滑性4调速时的允许输出电动机在额定转速下容许输出的功率主要取决于电机的发热，而发

30、热又主要取决于电枢电流在调速过程中，只要在不同转速下电流不超过额定值IN，电机长时间运行，其发热不会超过允许的限度，因此，额定电流是电机长期工作的利用限度。电机在调速过程中，如在不同转速下都能保持电流Ia=IN，则电机利用充分，运行安全。从合理使用电动机的角度考虑，提出了调速方式与负载类型相配合的问题。调速的经济性是指对调速设备的投资、运行过程中的电能损耗、维护费用等进行合性比较,在满足一定的技术指标下,确定调速方案,力求投资设备少,电能损耗小,且维护便。5调速的经济性 调速时的允许输出是指在额定电流条件下调速时,电动机允许输出的最大转矩或最大功率。允许输出的最大转矩与转速无关的调速方法,称为

31、恒转矩调速; 允许输出的最大功率与转速无关的调速方法,称为恒功率调速。2.5.2 他励直流电动机的调速方法1 电枢电路串电阻调速 电枢电路串电阻调速是指保持电源电压U=UN,不变，保持励磁磁通=N不变，通过在电枢电路串接电阻Rpa进行调速。电枢电路串电阻调速时,电动机的机械特性如图2-19所示。 （1）转速只能从额定值往下调,且机械特性变软,转速降nN增大,静差率明显增大,转速的稳定性变差, 因此调速范围较小,一般情况下D=13。（2）调速电阻pa中有较大电流Ia流过,消耗较多的电能,不经济。（3）调速电阻Rpa不易实现连续调节,只能分段有级调节,调速平滑性差。（4）调速时和电枢电流Ia均不变

32、,允许输出的转矩T=CTIa不变,属于恒转矩调速。（5）调速设备投资少,方法简单。电枢电路串电阻调速的方法具有以下特点：例2.1 一台他励直流电动机,其铭牌数据为PN=22kW,UN=220V,IN=115A, nN=1500r/min, 已知电枢电阻Ra=0.1,电动机拖动额定恒转矩负载运行,若采用电枢串电阻的方法将转速降至1000r/min,应串多大的电阻？ 解 根据他励直流电动机的电动势平衡方程式,可得额定运行时电枢电动势为EaN=UN-INRa=220-1150.1=208.5 V 根据Ea=Cen ,由于串电阻调速前后的磁通不变,因此调速前后的电动势与转速成正比,故转速为1000r/

33、min时的电动势为根据T=CTIa,由于调速前后的磁通不变,T=TL未变,因此调速前后的电枢电流Ia=IN不变,故串电阻调速至1000r/min时的电动势平衡方程式为UN=Ea+IN(Ra+Rpa)所串电阻为2. 降低电枢电压调速降低电枢电压调速是指保持磁通=N,且电枢电路不串接附加电阻（pa=0）,通过降低电枢两端电压U进行调速。降低电枢电压调速时的机械特性如图2-20所示。 优点：1）电源电压能够平滑调节，可实现无级调速。 2）转速随电压的降低而减小，调速前后的机械特性的斜率不变，硬度较高， 负载变化时稳定性好。3）无论轻载还是负载，调速范围相同，一般可达 D=2.512。 4）电能损耗较

34、小。缺点： 需要一套电压可连续调节的直流电源。例 2.2 在例2.1的他励直流电动机中,参数不变,若采用降低电源电压的方法进行调速,将转速调至1000 r/min,电源电压应为多少伏？ 解 由例题2.1的计算可知,采用降低电压的方法把转速降至1000r/min时,电枢电动势Ea=139V,T=TL未变,电枢电流Ia=IN,故转速降到1000r/min时的电压为 U=Ea+INRa=139+1150.1=150.5V3 弱磁调速保持电动机的电枢电压U=UN，电枢电路Rpa=0,通过减少他励直流电动机的励磁电流If， 使每极磁通减少(N),导致理想空载转速n0与特性斜率均增加。在一定负载条件下，转

35、速将增大。 由于直流电动机在额定工作状态时，其磁场是处于临界饱和，所以要通过改变磁通来进行调速，就只能在额定磁通以下进行调节，所以称其为弱磁调速。弱磁调速的方法具有以下特点： （1） 转速只能向上调,由于转速受转向条件及机械强度的限制,因此调速的范围不大，一般D=12。（2） 机械特性稍有变软,静差率基本保持不变,转速稳定性好。（3） 励磁电流较小,便于连续调节,可平滑调速,实现无级调速。（4） 调节励磁的可变电阻器功率较小,所以电能损耗小。（5） 调速设备投资小,控制和维护方便,较为经济例2.3 在例2.1中,电动机参数不变,如果采用弱磁调速,将磁通降至0.8N时,试求： (1) 减少瞬间的

36、电动势和电枢电流； (2) 调速后的稳定转速。解 (1) 弱磁调速瞬间,转速n=nN不变,减小,根据Ea=Cen可知电动势Ea与磁通成正比, 故磁通降至0.8N瞬间的电动势为根据弱磁调速瞬间的电动势平衡方程式得弱磁瞬间的电枢电流为由上式结果可知,弱磁调速瞬间磁通只减小到原来的0.8倍,却使电枢电流变得很大,是原来的532/1154.6倍。(2) 弱磁调速后稳定运行时,T=TL。 由于 T=CT0.8NIa, TL=TN=CTNIN 此两式相等,得稳定运行时的电枢电流根据稳定运行时的电动势平衡方程式4. 他励直流电动机调速时的允许输出 电动机允许输出的转矩和功率是表示它在调速时所具备的带负载的能

37、力,其前提条件是合理使用电动机,即在使用电动机时,既要使它得到充分利用,又要保证它的使用寿命1） 恒转矩调速方式 恒转矩调速方式是指在某种调速方法中,若保持Ia=IN不变, 则电动机允许输出的转矩保持不变,且与转速n无关。当采用他励直流电动机电枢串电阻调速和降低电枢电压调速时,因为=N不变,在Ia=IN的条件下,电磁转矩T=CTNIN=TN不变,与n无关,所以电动机的允许输出转矩也不变,属于恒转矩调速方式。这时允许输出的功率（近似为电磁功率）则与转速n成正比。在实际调速时改变电动机供电电压和改变电枢回路串入的电阻均属恒转矩调速。 电动机输出功率P=T，T=常数P ,即电动机转速越低，输出功率越

38、小, P 。 恒功率调速方式是指在某种调速方法中,若保持Ia=IN不变, 则电动机允许输出的功率保持不变,且与转速n无关。当采用他励直流电动机弱磁调速时,U=UN,是变化的,若保持Ia=IN不变,则电磁转矩T=CTIN,且与n有如下关系2） 恒功率调速方式式中,1=(UN-INRa)/Ce为常数。电磁转矩可表示为式中,C2=C1CTIN为常数。该式表明T与n成反比变化。故电动机的电磁功率可表示为 弱磁调速时电动机的电磁功率保持不变，允许输出的功率也保持不变。与转速无关。属恒功率调速方式。允许输出的转矩与转速成反比。在图中， T=f（n）和 P=f（n） 曲线表示在保证电动机得到充分利用的条件下(即Ia=IN)，允许输出的转矩和功率，并不代表电动机实际输出的转矩和功率，只是理论值。电动机实际输出的转矩和功率要由它所拖动的负载转矩和负载功率特性来决定。实际上，电动机在调速时实际输出的功率和转矩是多大，则要看电动机拖动是什么类型的负载。如果配合适当，电机实际输出即为允许输出。2.6 他励直流电