机车直流电机的电力拖动-直流牵引电动机的启动、反转、调速和制动

变磁通调速直流牵引电动机的启动、反转、调速和制动改变主磁通调速图示为串励电动机磁通减弱时的机械特性。在某一负载下磁通越弱，转速越高。一般电机的额定磁通已设计得使铁心接近饱和，因此，改变磁通只能在额定磁通下减弱磁通，所以又称为削弱磁场调速。削弱磁场需要在励磁绕组的两端并联电阻，一般电动机励磁功率只有电机容量的1%～5%，因此用于削弱磁场的并联电阻容量也很小。这种调速方法设备简单，控制方便，功率损耗小，可以提高电机的转速，是直流牵引电动机常用的调速方法之一。直流牵引电动机，为扩大调速范围，常把几种方法配合使用。如地铁电动车组，常采用电枢串接电阻和弱磁调速；电力机车和内燃机车，常采用改变电压和弱磁调速。变电压调速直流牵引电动机的启动、反转、调速和制动改变电源电压调速图示为串励电动机电压降低时的机械特性。在某一负载下，电压越低，转速也越低。为保证电机安全运行，电压只能以额定电压为上限下调，也称降压调速。

这种调速方法的优点是电源电压如能平滑调节，就可实现无级调速；调速中无附加能量损耗。缺点是需要专用的调压电源，成本较高；转速只能调低，不能调高。串电阻调速直流牵引电动机的启动、反转、调速和制动直流牵引电动机的调速在电动机机械负载不变的条件下，用人为方法调节电动机转速叫作调速。直流电动机的调速可以采用机械调速、电气调速或二者配合调速。通过改变传动机构速比进行调速的方法称为机械调速；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转速，称为电气调速。电动机驱动生产机械，对电动机的转速不仅要能调节，而且要求调节的范围宽广、过程平滑、调节的方法简单、经济。直流牵引电动机的启动、反转、调速和制动分析：（1）改变电枢电压调速；（2）电枢电路串附加电阻调速；（3）改变励磁调速；直流牵引电动机的启动、反转、调速和制动电枢回路串接电阻调速图示为串励电动机电枢串接电阻时的机械特性。在某一负载下，电阻越大，转速越低。

这种调速方法的优点是只需增设电阻和切换开关，设备简单，控制方便。缺点是能耗较大，经济性差；速度调节是有级的，调速平滑性差。反接制动直流牵引电动机的启动、反转、调速和制动反接制动反接制动转速反向（用于位能负载）电枢反接（用于反抗性负载）（电动势反向）（电压反向）回馈制动直流牵引电动机的启动、反转、调速和制动回馈制动电机作电动机运行时，电源电压U大于反电势Ea，电枢电流方向与U同方向，电磁转矩方向与转向相同。若保持磁通方向不变，当转速升高到一定数值后，感应电势Ea大于电源电压U，电枢电流方向与Ea同方向，电机作发电机运行，电磁转矩与转向相反起制动作用，发电机产生的电能送回到电网。这种制动方法称为回馈制动。直流牵引电动机的启动、反转、调速和制动电力机车下坡时，重力加速度的作用使车速增高，牵引电机感应电势Ea随之增大，若Ea=U，则Ia=0，牵引电机就不需要从电网输入电能，电力机车由本身的位能自动滑行并继续加速。转速继续升高，将使Ea>U，则Ia反向，牵引电机自动转换为发电机运行状态。此时，电力机车下坡的位能，通过电机转换成电能，回馈给电网。由于电枢电流Ia反向，电磁转矩也随之反向，起到制动作用，车速越高，制动转矩越大，如图所示。直流牵引电动机的启动、反转、调速和制动转速增高到一定程度，下坡时的位能产生的动力转矩与牵引电机的制动转矩和摩擦转矩相平衡时，电力机车将恒速稳定运行(b点)。他励和复励牵引电动机回馈制动时，需要保持励磁电流方向不变，电枢回路的接线不变。串励牵引电动机进行回馈制动时，由于串励发电机在许可范围内工作不稳定，需要将串励绕组改接为他励，由较低的电压供电以得到所需要的励磁电流。能耗制动直流牵引电动机的启动、反转、调速和制动直流牵引电动机的制动机车运行过程中，有时需要尽快使牵引电动机停转或从高速运行转换到低速运行；下坡时，需要限制牵引电动机的转速，以控制机车的速度。这就需要在牵引电动机轴上加一个与转向相反的转矩(称制动转矩)来实现，称为牵引电动机的制动。制动转矩是由机械制动闸产生的摩擦转矩，称为机械制动；制动转矩是牵引电动机本身产生的电磁转矩，称为电气制动。直流牵引电动机的电气制动可分为能耗制动和回馈制动两种。直流牵引电动机的启动、反转、调速和制动断开电源抱闸能耗制动反接制动回馈制动机械制动电气制动自由停车直流牵引电动机的启动、反转、调速和制动能耗制动图示为串励牵引电动机采用能耗制动的电路。电气制动时，励磁绕组由单独的励磁电源供电，并保持励磁电流方向不变(磁通方向不变)，将电枢绕组从电源上断开并立即接到一个制动电阻RL上。这时电枢绕组外加电压U=0，而电机转子靠惯性继续旋转，切割方向未变的磁通，所感应的电势仍存在且方向不变，因此，产生的电枢电流(制动电流)为：直流牵引电动机的启动、反转、调速和制动能耗制动电枢电流Ia改变了方向，而磁通ф的方向未变，电磁转矩则改变了方向。因此，T与n的方向相反，T成为制动转矩，使电机转速很快下降。直流牵引电动机的启动、反转、调速和制动在制动过程中，电机靠惯性继续旋转，在磁场不变情况下，产生感应电势方向不变并输出电流，变成一台他励发电机，把机车的动能转换成电能，消耗在制动电阻上，故称为能耗制动。直流牵引电动机的启动、反转、调速和制动调节制动电阻RL或调节励磁电流改变磁通的大小，都可以改变制动电流的大小，以调节制动转矩的大小。另外，电机的转速越高，制动转矩越大，制动的效果越好；而低速时，制动转矩相应变小，需要配用机械制动，使电机迅速停转。电力机车上多采用串励牵引电动机，在电气制动时，由于串励发电机特性不稳定，需要将励磁绕组改为他励。能耗制动所需设备简单，成本低，操作方便。不足之处是列车的动能转换为电能后消耗在制动电阻上，变成热能散发到大气中，没有被利用；不易迅速制停，因为当电机转速n较小时，Ea较小，Ia也较小，使制动转矩相应减小。此时，应采用减小制动电阻RL来增大电枢电流Ia以提高低速区的制动转矩。直流牵引电动机的降压启动直流牵引电动机的启动、反转、调速和制动降低电源电压起动(降压起动)在起动瞬间，给电动机加较低的直流电压，随着电动机转速的升高，电枢电势逐渐增加，同时端电压U也人为地不断增加，U与Ea的差值使起动过程中电枢电流保持在允许范围内，直到电动机端电压上升到额定值，电动机起动完毕。采用降低电源电压方法起动并励电动机时必须注意：起动时必须加上额定励磁电压，使磁通一开始就有额定值，否则电动机起动电流虽然比较大，但起动转矩却较小，电动机仍无法起动。直流牵引电动机的启动、反转、调速和制动降压起动的优点是在起动过程中无电阻损耗，并可达到平稳升速，但需要专用电源设备，多用于要求经常起动的大中型直流电动机。在采用直流电动机作为牵引动力的机车上，电源由专门的发电机或变压器供给，通过调节发电机的励磁和变压器的抽头很容易改变其输出电压。因此，降压起动广泛应用于电力机车和内燃机车中。直流牵引电动机的启动、反转、调速和制动2.电枢回路串电阻起动(变阻起动)直流电动机在电枢回路串人适当的启动电阻Rst，按照把起动电流Ist限制在1.5～2.5IN的范围内来选择启动电阻的大小。在启动过程中，随着转速n的升高，电枢电势Ea也升高，电枢电流相应地减小。为了保持一定的转矩，应逐渐将起动电阻切除，直到起动电阻全部切除，电动机起动完毕，达到额定转速稳定运行。变阻起动能有效的限制启动电流，所需启动设备简单，广泛应用于各种中小型直流牵引电动机，如工矿机车，城市电车上多采用电阻起动。但变阻起动过程中能量消耗大，不适用于经常起动的大中型直流牵引电动机。直流牵引电动机的启动、反转、调速和制动直流牵引电动机的启动问题直流牵引电动机的启动、反转、调速和制动直流牵引电动机的启动电动机由静止状态达到正常运转状态的过程称为起动过程。直流电动机在起动过程中不仅转速发生变化，而且转矩、电流等也发生变化。

直流牵引电动机的启动、反转、调速和制动由于电枢绕组电阻Ra很小，如果直接加额定电压起动，起动电流Ist很大，可达到额定电流的十几倍。这样大的起动电流将带来以下不良影响：(1)使电动机换向恶化，产生严重的火花，导致电刷和换向器表面烧损；(2)产生很大的电磁转矩，使传动机构和生产机械受到强烈冲击而损坏；(3)使电网电压波动，影响供电的稳定性。为此，在起动时必须设法限制起动电流。直流牵引电动机的直接启动直流牵引电动机的启动、反转、调速和制动直接启动由于电枢绕组电阻Ra很小，如果直接加额定电压起动，起动电流Ist很大，可达到额定电流的十几倍。这样大的起动电流将带来以下不良影响：(1)使电动机换向恶化，产生严重的火花，导致电刷和换向器表面烧损；(2)产生很大的电磁转矩，使传动机构和生产机械受到强烈冲击而损坏；(3)使电网电压波动，影响供电的稳定性。为此，在起动时必须设法限制起动电流。一般直流电动机不允许直接起动。直流牵引电动机的启动、反转、调速和制动限流措施：分析：（2）电枢回路串接附加起动电阻（1）降低电枢电压两种方法中，从电磁转矩角度考虑都需要保持电动机的磁通达到最大值，因为在同样起动电流下，磁通大则电磁转矩大；而在同样的起动转矩下，磁通大则起动电流可以小些。直流牵引电动机的转向直流牵引电动机的启动、反转、调速和制动改变直流牵引电动机转向的方法直流电动机的旋转方向取决于