第8章 直流电动机的电力拖动

第8章直流电动机的电力拖动8.2他励直流电动机的起动8.3他励直流电动机的调速8.4他励直流电动机的制动8.5他励电动机的四象限运行8.1他励直流电动机的机械特性电机与拖动8.1他励直流电动机的机械特性n=UaCEΦ－RCECTΦ2Te当Ua、R、If

=常数时：

n=f(Te)——机械特性=n0－β

Te=n0－△n理想空载转速β=

dndTeRCECTΦ2=α=1β——机械特性的硬度电机与拖动——固有机械特性一、固有机械特性OTe

nn0二、人为机械特性1.电枢回路串电阻的人为特性:n=－TeUNCEΦNRa+RcCECTΦN2RaRa1Ra2Ra＜Ra1＜Ra2Ra↑→β↑→α↓即机械特性变软。n=f(Te

)UaN,

IfN,Ra电机与拖动特点：硬特性，

＝(3～8)%2.降低电枢电压时的人为特性n=UaCEΦN－RaCECTΦN2TeOTenn0UNUa1n01Ua2n02UN＞Ua1＞Ua2Ua↓→n0↓但β、α不变→机械特性的硬度不变。电机与拖动3.减小励磁电流时的人为特性OTenn0ΦNΦ1n01Φ2n02Tst堵转转矩ΦN＞Φ1＞Φ2n=UNCEΦ－RaCECTΦ2Te

Φ1n01Φ2n02OIann0ΦNIst堵转电流Ist=UN/RaTst=

CTΦUN/Ra电机与拖动8.2他励直流电动机的起动●

起动性能:①起动电流Ist

；②起动转矩Tst。●

直接起动：起动瞬间：n=0，E=0Ia=

Ist=UaRa=(10~20)IN——换向决不允许!Te=

Tst=CTΦIst=(10~20)TN电机与拖动一、电枢串联电阻起动OTenn0T1(I1)TLT2(I2)ab1.分级起动过程(1)串联(Rst1+Rst2)起动：起动转矩(电流)：T1(I1)=(1.5~2.0)TN(IN)

d(2)切除Rst2:切换转矩(电流)：T2(I2)

=(1.1~1.2)TL(IL)c

R2=Ra+Rst1+Rst2

R1=Ra+Rst1ME＋Ua－Rst1Rst2＋Uf－电机与拖动eOTenn0T1(I1)TLT2(I2)abcd(2)切除Rst1:电枢总电阻为:Ra起动a点→加速到b点切除Rst2瞬间n不变跳变到c点↓→加速到d点跳变到e点切除Rst1瞬间n不变加速到f点←稳定运行于f点←fME+Ua－Rst1Rst2+Uf－电机与拖动2.起动级数未定时的起动电阻的计算(1)测出或由铭牌数据估算出Ra；(2)确定最大起动电流I1

、切换电流I2

；

起切电流比：β=

I1

I2

(3)求出起动时的电枢总电阻RmRm=

Ua

I1

=

UN

(1.5~2)IN

(4)确定起动级数m：m

=RmRa

lgβ

lg电机与拖动eOTenn0T1(I1)TLT2(I2)abcdfnd

=ne即：Ed

=EeUa－R1I2=Ua－RaI1R1I2=RaI1R1=RaI1I2=βRa同理，由nb

=nc可得：R2=R1I1I2=βR1=β2Ra对于m级起动，有：Rm=βmRam=RmRa

lgβ

lgRaR1R2电机与拖动(5)确定各段总电阻值和各段电阻值：各段总电阻值：R1=βRaR2=βR1=β2RaR3=βR2=β3Ra……Rm=βR(m－1)=βmRa各段电阻值：

Rst1=R1－RaRst2=R2－R1Rst3=

R3－R2……Rstm=Rm－R(m－1)电机与拖动3.起动级数已定时的起动电阻的计算(1)测出或由铭牌数据估算出Ra；(2)确定最大起动电流I1，计算：Rm

=UNI1β=RmRa

mI2

=

β

I1

校验：I2

=(1.1~1.2)IL(4)确定各段总电阻值和各段电阻值。(3)确定切换电流I2电机与拖动二、降低电枢电压起动

OTenn0UaNUa1Ua2Ua3aT1(I1)cegT2(I2)bdfTLh

自动调节电压，平滑起动，损耗小。

需要可调直流电源。三、

他励直流电动机的反转OTenn01.磁场反向Te=CTΦIa2.电枢反向－n0●

Lf大，过渡过程时间长。●

容易使绕组断开。正向电动反向电动问题：怎样改变并励、串励、积复励电动机的转向？电机与拖动8.3他励直流电动机的调速◆

调速的技术指标：调速范围、静差率、平滑性、容许输出。车床龙门刨床轧钢机造纸机

Dδ20~12020~403~1203~20

30%5%0.2%0.01%◆

调速的经济指标：调速系统的设备投资、运行费用。n=CEΦUa－RaCECTΦ2TeUaRaΦΦ电机与拖动◆

调速方法：一、改变电枢电阻调速Ra2OTe

nn0Ra1＞TLabcncTLOTenn0Ra2Ra1＞abcOTenn0Ra2Ra1＞TLacb(1)

调速方向：在nN以下调节。

(Ra+Rc)↑→n↓，(Ra+Rc)↓→n↑。(2)

调速的稳定性:

(Ra+Rc)↑

→β↑→α↓→δ↑→稳定性变差。(3)

调速范围：受稳定性影响，D较小。电机与拖动(4)

调速的平滑性：P2=

Pe

－

P0

≈Pe=CE

nIa

=P2P1=nn0——低速效率低。(6)

调速时的允许负载：

Te=CTΦNIaN——恒转矩调速。取决于Ra

的调节方式，一般为有级调速。(5)

调速的经济性：

P1=Ua

Ia

=CE

n0

Ia电机与拖动●

结论：(1)调速的经济性很差；(2)调速方法简单，控制设备不复杂；(3)一般用于：串励或复励直流电动机拖动的电车、炼钢车间的浇铸吊车等生产机械。●

提高机械特性硬度的方法：ME＋U－Rc1＋Uf－Rc2Ra+RcOTenn0Ran0'电机与拖动二、改变电枢电压调速OTenUa1Ua2＞TL降低Ua

调速的过程:adbcTb(1)

调速方向:

在UN（或nN）以下调节。

Ua↓→n↓，Ua↑→n↑。(2)

调速的稳定性:

改变Ua

→α、β不变，但δ↑→稳定性变差。(3)

调速范围：D不大（D≤8）。(4)

调速的平滑性：连续调节Ua

，可实现无级调速。(5)

调速的经济性：需要专用直流电源。(6)

调速时的允许负载:Te=CTΦNIaN——恒转矩调速。电机与拖动三、减弱磁通调速OTenΦ2Φ1＞TLacbΦ↓n不能跃变E↓→Ia↑→Te↑→n↑→

Ia和Te→E

回升→Te=TL下降→n=nc→

Ta

>Tc

，Ia1=

Ia2电机与拖动在nN以上（ΦN以下）调节。(2)

调速的稳定性:

Φ↓(1)

调速方向:→△n↑，n0↑→δ

不变，稳定性好。(3)

调速范围：受机械强度（nmax）的限制，D不大。普通M：D=2，特殊设计的M：D=4。(4)

调速的平滑性:

连续调节Uf（或Rf）可实现无级调速。(5)

调速的经济性:

调节Rf

比较经济；调节Uf

则需要专用直流电源。(6)

调速时的允许负载：

Φ↓→Te↓，n↑，P基本不变，

为恒功率调速。电机与拖动◆

应用：不经常逆转的重型机床。如：国产C660、C670等机床，重型龙门刨床的主传动在高速区的调速。电机与拖动8.4他励直流电动机的制动制动目的：快速停车、匀速下放重物等。制动方法：机械制动、电气制动一、能耗制动Te

nE＋Ua－Ia＋Uf－电动状态E＋Uf－RbIaTen制动状态能耗制动时：动能转换成电能，被电阻消耗掉。电机与拖动TLTLTLOTen12制动前：制动开始后：特性2Ua

=0，n0=0

n=－Ra+RbCECTΦ2Te特性1ba1.迅速停车(反抗性恒转矩负载)(1)制动原理：工作点由a→b，na=nb，→Te

和TL的共同作用→n↓Ea=Eb→Ia

反向→Te

反向，制动开始→O点→n=0，E=0

→Ia=0，Te=0，制动停车。

制动过程电机与拖动(Ia)(Ia')(2)制动效果Rb↓2(Rb大)bOTen1TLa2'(Rb小)b'→Ia↑→|Tb

|↑→制动快，停车迅速。Ia

=EbRa+Rb≤(1.5~2)IaN切换点:Rb

的选择:Ra+Rb

≥Eb(1.5~2)IaN电机与拖动E＋Uf－RbIaTenTL2.下放重物（位能性恒转矩负载）TLOTen12ba→Te=0，TL≠0→Te

再次反向，工作点由a→b→O

点→n

反向起动→E反向→

Ia再次反向n反向↑→E反向↑→Ia↑制动过程(1)制动原理c→Te↑→Te=TL→c点。制动运行状态电机与拖动(2)制动效果Rb↓TLOTen12bac2'c’→特性2斜率↓→|

nc|

↓→下放重物慢。Rb

的选择:(Ia)ncRa＋Rb

=|Ec|Iac=CEΦ|nc|IL校验:Ra＋Rb≥Eb

(1.5~2)IaN电机与拖动b’E＋Uf－Rbnn↓→n=0,→n＜0,E＜0IaTe制动运行电机与拖动nTeTLE＋Ua－Ia＋Uf－电动状态TenTLE＋Uf－RbIaTen制动过程TL二、反接制动1.电压反向反接制动——迅速停车E＋Uf－－Ua＋RbnIaTe

制动状态电枢反接时：动能、电源电能均被R

消耗掉。电机与拖动E＋Ua－Ia＋Uf－电动状态TenTLTL2－n0OTen1n0TL制动前：n=CEΦUa－RaCECTΦ2Te制动开始后：特性1特性2ban=CEΦ－Ua－Ra+RbCECTΦ2Tece电机与拖动2OTen1n0TLbaa→b，na=nb，Ea=Eb，→Te

和TL的共同作用→n↓工作点由→Ia

反向→Te反向，制动开始↓→c点→n=0，Te

≠

0,

立刻断电，停车。

制动过程(1)制动原理－TLcd未断电，反向起动

→d点，反向电动运行。电机与拖动MTe

nTLMTe

nTLMTe

nTL（反抗性负载）(2)制动效果Rb↓→特性2斜率↓→制动转矩Tb↑，制动快。Rb

的选择:制动开始时的ERa＋Rb

≥(1.5~2)IaNUa

＋Eb

电机与拖动2b1OTenn0TLa2‘b

TbTb’E＋Ua－Ia＋Uf－2.电动势反向反接制动——低速下放重物n开始减速TeRbnE①电枢接入Rb；②Ia

→Te↓→Te＜TL→n↓E↓→Ia↑Te＜TLn

=0,Te＜TL③n↓→

n＜0

→|n|↑→|E|↑→Ia↑→Te↑→Te

=TL制动状态电机与拖动E＋Ua－Ia＋Uf－电动状态TenTLTLTLOTen12bada点n↓,Te↑①由正向电动提升重物到反向制动下放重物的过程：制动前（特性

1）：c点(1)制动原理cn=CEΦUa－RaCECTΦ2Te

制动开始后（特性

2）：n=CEΦUa－Ra+RbCECTΦ2Te

b点电枢串联RbTb＜TLd点，Te

=TLTc＜TLn↓,Te↑n不能跃变制动运行状态n＜0,Te＞0电机与拖动n0②重物由静止到反向制动下放重物的过程

制动前：n=0制动开始后：n=CEΦUa－Ra+RbCECTΦ2TeTLOTnbaTsta点b点，Te

=TLTst＜TL电动机反向起动Te＜

TL－n↑,Te↑→制动运行状态。

(2)制动效果：

Rb↓→机械特性斜率↓→

b

点上移Rb的选择:→nL↓。Ua+|CEΦ

nL|ILRa+Rb

=nL电机与拖动三、回馈制动特点：n＞n0→E＞Ua

→电动机处于发电状态，动能转换为电能回馈电网。OTen1n01.正向回馈制动——电车下坡TL12a●平地或上坡行驶时工作在a点。●下坡行驶时：

TL反向→TL2TL23→n↑→n＞n0→E＞Ua

→Ia＜0→Te＜0

b→n↑

→b点（TL2=Te）。电机与拖动TLEn＋Ua－＋Uf－制动运行状态TLEIa电动状态Ten＋Ua－＋Uf－TLEIaTen＋Ua－＋Uf－n

→E

→Ia(Te)

→n=n0,

E=Ua,

T=0n

→E(＞Ua)

→Ia(Te)＜0→|Te|

En0＋Ua－＋Uf－TLIaTe下坡电机与拖动●在降低电枢电压调速过程中OTenUa1Ua2＞bcTLada点n↓,Te↑c点b点降低UaTb＜0,n＞n0d点，Te

=TLTc＜TLn↓,Te

↑n不能跃变bc段：n＞