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1、第第10章章电动机额定功率的选择电动机额定功率的选择面向21世纪高职高专系列教材电机拖动与控制电机拖动与控制第第10 章章 直流电动机直流电动机主讲：李志龙主讲：李志龙张张 勇勇 主编主编第第10章章电动机额定功率的选择电动机额定功率的选择在电力拖动系统中，选择电动机一般包括确定电动机的种类、型式、额定在电力拖动系统中，选择电动机一般包括确定电动机的种类、型式、额定电压、额定转速和额定功率、工作方式等。而最重要的是选择电动机的额定功电压、额定转速和额定功率、工作方式等。而最重要的是选择电动机的额定功率。决定电动机功率时，要考虑电动机的发热、允许过载能力和起动能力等因率。决定电动机功率时，要考虑
2、电动机的发热、允许过载能力和起动能力等因素，以发热问题最重要。素，以发热问题最重要。一、电动机的种类、型式、额定电压与额定转速的选择一、电动机的种类、型式、额定电压与额定转速的选择1.电动机种类的选择电动机种类的选择选择电动机的原则是电动机性能满足生产机械要求的前提下，优先选用结构简单、选择电动机的原则是电动机性能满足生产机械要求的前提下，优先选用结构简单、价格便宜、工作可靠、维护方便的电动机。在这方面交流电动机优于直流电动机，交流异价格便宜、工作可靠、维护方便的电动机。在这方面交流电动机优于直流电动机，交流异步电动机优于交流同步电动机，笼型异步电动机优于绕线式异步电动机。步电动机优于交流同步
3、电动机，笼型异步电动机优于绕线式异步电动机。负载平稳，对起，制动无特殊要求的连续运行的生产机械，宜优先选用普通笼型异步负载平稳，对起，制动无特殊要求的连续运行的生产机械，宜优先选用普通笼型异步电动机，普通的笼型异步电动机广泛用于机械、水泵、风机等。深槽式和双鼠笼是异步电电动机，普通的笼型异步电动机广泛用于机械、水泵、风机等。深槽式和双鼠笼是异步电动机用于大中功率，要求起动转距较大的生产机械、如空压机、皮带运输机等。动机用于大中功率，要求起动转距较大的生产机械、如空压机、皮带运输机等。起动、制动比较频繁，要求有较大的起动、制动转矩的生产机械，如桥式起重机、起动、制动比较频繁，要求有较大的起动、制
4、动转矩的生产机械，如桥式起重机、矿井提升机、空气压缩机、不可逆轧钢机等，应采用绕线式异步电动机。矿井提升机、空气压缩机、不可逆轧钢机等，应采用绕线式异步电动机。无调速要求，需要转速恒定或要求改善功率因数的场合，应采用同步电动机，例如中、无调速要求，需要转速恒定或要求改善功率因数的场合，应采用同步电动机，例如中、大容量的水泵，空气压缩机等。大容量的水泵，空气压缩机等。只要求几种转速的小功率机械，可采用变极多速只要求几种转速的小功率机械，可采用变极多速(双速、三速、四速双速、三速、四速)鼠笼式异步电动鼠笼式异步电动机，例如电梯、锅炉引风机和机床等。机，例如电梯、锅炉引风机和机床等。第第10章章电动
5、机额定功率的选择电动机额定功率的选择调速范围要求在调速范围要求在1 3以上，且需连续稳定平滑调速的生产机械，宜采用他励以上，且需连续稳定平滑调速的生产机械，宜采用他励直流电动机或用变频调速的鼠笼式异步电动机，例如大型精密机床、龙门刨床、直流电动机或用变频调速的鼠笼式异步电动机，例如大型精密机床、龙门刨床、轧钢机、造纸机等。轧钢机、造纸机等。要求起动转距大，机械特性软的生产机械，使用串励或复励直流电动机，要求起动转距大，机械特性软的生产机械，使用串励或复励直流电动机，例如电车、电机车、重型起重机等。例如电车、电机车、重型起重机等。2.电动机型式的选择电动机型式的选择(1)安装型式的选择安装型式的
6、选择电动机安装型式按其位置的不同，可分为卧式和立式电动机安装型式按其位置的不同，可分为卧式和立式两种。一般选卧式，立式电动机的价格贵，只有在为了简化传动装置，必须垂两种。一般选卧式，立式电动机的价格贵，只有在为了简化传动装置，必须垂直运转时才采用。直运转时才采用。(2)防护型式的选择防护型式的选择为防止电动机受周围环境影响而不能正常运行，或因为防止电动机受周围环境影响而不能正常运行，或因电机本身故障引起灾害，必须根据不同的环境选择不同的防护型式。电动机常电机本身故障引起灾害，必须根据不同的环境选择不同的防护型式。电动机常见的防护型式有开启式、防护式、封闭式和防爆式见的防护型式有开启式、防护式、
7、封闭式和防爆式4种。种。开启式开启式这种电机价格便宜，散热条件较好，但容易进入水气、水滴、这种电机价格便宜，散热条件较好，但容易进入水气、水滴、灰尘、油垢等杂物，影响电机的寿命及正常运转，故只能用于干燥清洁的环境灰尘、油垢等杂物，影响电机的寿命及正常运转，故只能用于干燥清洁的环境之中。之中。防护式防护式这种电机一般防止水滴，等杂物落入机内，但不能防止潮气及这种电机一般防止水滴，等杂物落入机内，但不能防止潮气及灰尘的侵入，故只能用于干燥和灰尘不多又无腐蚀和爆炸性气体的环境。灰尘的侵入，故只能用于干燥和灰尘不多又无腐蚀和爆炸性气体的环境。防闭式防闭式这类电机又分为自冷式、强迫通风式和密封式这类电机
8、又分为自冷式、强迫通风式和密封式3种，前两种电种，前两种电机，潮气和灰尘不易进入机内，能防止任何方向飞溅的水滴和杂物侵入，适用机，潮气和灰尘不易进入机内，能防止任何方向飞溅的水滴和杂物侵入，适用于潮湿、多尘土、易受风雨侵袭，有腐蚀性蒸汽或气体的各种场合。密封式电于潮湿、多尘土、易受风雨侵袭，有腐蚀性蒸汽或气体的各种场合。密封式电机，一般使用于液体机，一般使用于液体(水或油水或油)中的生产机械，例如潜水泵等。中的生产机械，例如潜水泵等。第第10章章电动机额定功率的选择电动机额定功率的选择防爆式防爆式在封闭结构的基础上制成隔爆型，增安型和正压型在封闭结构的基础上制成隔爆型，增安型和正压型3类，都适
9、类，都适用于有易燃易爆气体的危险环境，例如油库、煤气站或矿井等场所。用于有易燃易爆气体的危险环境，例如油库、煤气站或矿井等场所。对于湿热地带、高海拔地区及船用电机等，还得选用有特殊防护要求的电对于湿热地带、高海拔地区及船用电机等，还得选用有特殊防护要求的电机。机。3.额定电压的选择额定电压的选择电动机的额定电压的选择，取决于电力系统对该企业的供电电压和电动机电动机的额定电压的选择，取决于电力系统对该企业的供电电压和电动机容量的大小。容量的大小。交流电动机电压等级的选择主要依使用场所供电电压等级而定。一般低电交流电动机电压等级的选择主要依使用场所供电电压等级而定。一般低电压网为压网为380V，故
10、额定电压为，故额定电压为380V(Y或或接法接法)、220/380V(/Y接法接法)，380/660V(/Y接法接法)3种；矿山及煤厂或大型化工厂等联合企业，越来越要求使种；矿山及煤厂或大型化工厂等联合企业，越来越要求使用用660V(接法接法)或或660/1140V(/Y接法接法)的电机。等电动机功率较大，供电电压的电机。等电动机功率较大，供电电压为为6000V或或10000V时，电动机的额定电压应选与之适应的高电压。时，电动机的额定电压应选与之适应的高电压。直流电动机的额定电压也要与电源电压相配合。一般为直流电动机的额定电压也要与电源电压相配合。一般为110V、220V和和440V。其中。其
11、中220V为常用电压等级，大功率电机可提高到为常用电压等级，大功率电机可提高到6001000V。当交流。当交流电源为电源为380V，用三相桥式可控硅整流电路供电时，其直流电动机的额定电压应，用三相桥式可控硅整流电路供电时，其直流电动机的额定电压应选选440V，当用三相半波可控硅整流电源供电时，直流电动机的额定电压应为，当用三相半波可控硅整流电源供电时，直流电动机的额定电压应为220V，若用单相整流电源，其电动机的额定电压应为，若用单相整流电源，其电动机的额定电压应为160V。第第10章章电动机额定功率的选择电动机额定功率的选择4.额定转速的选择额定转速的选择额定功率相同的电动机，其额定转速越高
12、，则电动机的体积越小，重量额定功率相同的电动机，其额定转速越高，则电动机的体积越小，重量越轻，造价越低，一般地说电动机的飞轮距越轻，造价越低，一般地说电动机的飞轮距GD2也越小。但生产机械的转速一也越小。但生产机械的转速一定，电动机的额定转速越高，拖动系统传动机构的速比越大，传动机构越复杂。定，电动机的额定转速越高，拖动系统传动机构的速比越大，传动机构越复杂。电动机的电动机的GD2和额定转速和额定转速影响到电动机过渡程持续的时间和过渡过程影响到电动机过渡程持续的时间和过渡过程中的能量损耗。电动机的中的能量损耗。电动机的GD2越小，过渡过程越快，能量损耗越小。越小，过渡过程越快，能量损耗越小。因
13、此，电动机额定转速的选择，应根据生产机械的具体情况，综合考虑因此，电动机额定转速的选择，应根据生产机械的具体情况，综合考虑上面所述的各个因素来确定。上面所述的各个因素来确定。二、电动机的发热与冷却二、电动机的发热与冷却1.电动机的发热电动机的发热电动机运行过程中，各种能量损耗最终变成热能，使得电动机的各个电动机运行过程中，各种能量损耗最终变成热能，使得电动机的各个部分温度上升，因而会超过周围环境温度。温度升高的热过渡过程，称之部分温度上升，因而会超过周围环境温度。温度升高的热过渡过程，称之为电动机的发热过程，电动机温度高出环境温度的值称为温升。一旦有了为电动机的发热过程，电动机温度高出环境温度
14、的值称为温升。一旦有了温升，电动机就要向周围散热。当电动机单位时间发出的热量等于散出的温升，电动机就要向周围散热。当电动机单位时间发出的热量等于散出的热量时，温度不再增加，而保持一个稳定不变的温升，称为动态热平衡。热量时，温度不再增加，而保持一个稳定不变的温升，称为动态热平衡。第第10章章电动机额定功率的选择电动机额定功率的选择2.电动机的冷却电动机的冷却负载运行的电动机，在温升稳定以后，如果减少或去掉负载，那么电动机负载运行的电动机，在温升稳定以后，如果减少或去掉负载，那么电动机内耗及单位时间发热量都会随之减少。这样，原来的热平衡状态被破坏，变为内耗及单位时间发热量都会随之减少。这样，原来的
15、热平衡状态被破坏，变为发热少于散热，电动机温度就要下降，温升降低。降温过程中，随着温升减小，发热少于散热，电动机温度就要下降，温升降低。降温过程中，随着温升减小，单位时间散热量也减少。当重新达到平衡时，电动机不再继续降温，而稳定在单位时间散热量也减少。当重新达到平衡时，电动机不再继续降温，而稳定在一个新的温升上。这个温升下降的过程称为电动机的冷却过程。一个新的温升上。这个温升下降的过程称为电动机的冷却过程。3.电动机的绝缘等级电动机的绝缘等级从发热方面来看，决定电动机容量的一个主要因素就是它的绕组绝缘材料从发热方面来看，决定电动机容量的一个主要因素就是它的绕组绝缘材料的耐热能力，也就是绕组绝缘
16、材料所能容许的温度。电动机在运行中最高温度的耐热能力，也就是绕组绝缘材料所能容许的温度。电动机在运行中最高温度不能超过绕组绝缘的最高温度，超过这一极限时，电动机使用年限就大大缩短，不能超过绕组绝缘的最高温度，超过这一极限时，电动机使用年限就大大缩短，甚至因绝缘很快烧坏而不能使用。根据国际电工委员会规定，电工用的绝缘材甚至因绝缘很快烧坏而不能使用。根据国际电工委员会规定，电工用的绝缘材料可分为料可分为7个等级，而电动机中常用的有个等级，而电动机中常用的有A、E、B、F、H5个等级，而各等级的个等级，而各等级的最高容许温升分别为最高容许温升分别为105、120、130、155、180。我国规定。我
17、国规定40为为标准环境温度，绝缘材料或电动机的温度减去标准环境温度，绝缘材料或电动机的温度减去40即为允许温升，用即为允许温升，用max表表示。示。第第10章章电动机额定功率的选择电动机额定功率的选择三、电动机的工作方式三、电动机的工作方式电动机工作时，负载持续时间的长短对电动机的发热情况影响很大，因而电动机工作时，负载持续时间的长短对电动机的发热情况影响很大，因而对选择的电动机功率影响也很大。按电动机发热的不同情况，可分为以下对选择的电动机功率影响也很大。按电动机发热的不同情况，可分为以下3种种工作方式。工作方式。1.连续工作方式连续工作方式连续运行方式是指电动机工作时间连续运行方式是指电动
18、机工作时间tr(34)(为电动机的发热时间常为电动机的发热时间常数，表征电动机热惯性的大小数，表征电动机热惯性的大小)后温升可以达到稳态值，也称长期工作制。属后温升可以达到稳态值，也称长期工作制。属于这类生产机械的有水泵、鼓风机、造纸机等。于这类生产机械的有水泵、鼓风机、造纸机等。2.短时工作方式短时工作方式短时工作方式是指电动机工作时间短时工作方式是指电动机工作时间tr(34)。这样工作时温升达不到稳态值这样工作时温升达不到稳态值，而停歇后温升降为零。属于此类生产机械，而停歇后温升降为零。属于此类生产机械的有机床的夹紧装置、某些冶金辅助机械、水闸闸门启闭机等。的有机床的夹紧装置、某些冶金辅助
19、机械、水闸闸门启闭机等。短时工作方式下电动机的额定功率是与规定的工作时间相对应的，这一短时工作方式下电动机的额定功率是与规定的工作时间相对应的，这一点需要注意，与连续工作方式的情况不完全一样。电动机铭牌上给定的额定功点需要注意，与连续工作方式的情况不完全一样。电动机铭牌上给定的额定功率是按率是按15min、30min、60min、90min4种标准时间规定的。种标准时间规定的。第第10章章电动机额定功率的选择电动机额定功率的选择3.周期性断续工作方式周期性断续工作方式周期性断续工作方式是指工作和与停歇相互交替进行，两者时间都比较短，周期性断续工作方式是指工作和与停歇相互交替进行，两者时间都比较
20、短，即工作时间即工作时间tr(34)，停歇时间，停歇时间t0TTL L时；电动时；电动机就开始起动。起动后，随着转速上升，机就开始起动。起动后，随着转速上升，反电动势逐渐增大，再反电动势逐渐增大，再逐渐提高电源电压，使起动电流和起动转矩保持在一定的数值上，逐渐提高电源电压，使起动电流和起动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。起动过程的机械特性如图所示：起动过程的机械特性如图所示：Qnn00UNTTL TS1W图图3-14 3-14 降压起动机械特性降压起动机械特性第第10章章电动机额定功率的选择电动机额定功率的选择3.4.4 3.4.4 直流电动机的反转直流
21、电动机的反转电机反转电机反转即改变电磁转矩的方向，由电磁转矩公式（即改变电磁转矩的方向，由电磁转矩公式（T=CT=CT TF FI Ia a）可知，欲改变电磁转矩的方向，只需改变励磁磁通方向或电枢电可知，欲改变电磁转矩的方向，只需改变励磁磁通方向或电枢电流方向即可。所以，改变直流电动机转向的方法有两个：流方向即可。所以，改变直流电动机转向的方法有两个：v保持电枢绕组两端极性不变，将励磁绕组反接。保持电枢绕组两端极性不变，将励磁绕组反接。v保持励磁绕组极性不变，将电枢绕组反接。保持励磁绕组极性不变，将电枢绕组反接。第第10章章电动机额定功率的选择电动机额定功率的选择3.4 3.4 他励电动机的起
22、动和反转他励电动机的起动和反转 例例3-13-1：某他励直流电动机额定功率某他励直流电动机额定功率P PN N=96kW=96kW，额定电压，额定电压U UN N=440V=440V，额定电流，额定电流I IN N=250A=250A，额定转速，额定转速n nN N=500r/min=500r/min，电枢回路电阻，电枢回路电阻R Ra a=0.078=0.078W W，拖动额定恒转矩负，拖动额定恒转矩负载运行，忽略空载转矩。载运行，忽略空载转矩。（1 1）若采用电枢回路串电阻起动，起动电流若采用电枢回路串电阻起动，起动电流I Is1s1=2I=2IN N时，计算应串入的电阻值时，计算应串入的
23、电阻值及起动转矩。及起动转矩。（2 2）若采用减压起动，条件同上，电压应降至多少？计算起动转矩。若采用减压起动，条件同上，电压应降至多少？计算起动转矩。解解：(1)(1)串电阻起动时，串电阻起动时，应串电阻应串电阻 R RS S=U=UN N/I/IS1S1-R-Ra a=（440/2250-0.078440/2250-0.078）=0.802=0.802W W额定转矩额定转矩 T TN N9.55P9.55PN N/n/nN N=(9.5596103/500)=1833.5Nm=(9.5596103/500)=1833.5Nm起动转矩起动转矩 T Ts s=2T=2TN N=(21833.5
24、)=3667Nm=(21833.5)=3667Nm(2)(2)减压起动时，减压起动时，起动电压起动电压 U Us s=I=IS SRRa a=(22500.078)V=39V=(22500.078)V=39V起动转矩起动转矩 T Ts s=2T=2TN N=(21833.5)=3667Nm=(21833.5)=3667Nm第第10章章电动机额定功率的选择电动机额定功率的选择3.5 3.5 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动 .能耗制动能耗制动 .反接制动反接制动(倒拉、电源反接）倒拉、电源反接）.回馈制动回馈制动(又称再生发电又称再生发电)制动的概念制动的概念 电动机的电磁转矩方向与旋转
25、方向相反时，就称为电动电动机的电磁转矩方向与旋转方向相反时，就称为电动机处于制动状态。机处于制动状态。制动的目的：制动的目的：1 1）使电动机减速或停车。）使电动机减速或停车。2 2）限制电动机转速的升高。（如电车下坡）限制电动机转速的升高。（如电车下坡）制动的方法制动的方法（1 1）机械制动）机械制动 （2 2）电磁制动）电磁制动v电磁制动的方法电磁制动的方法第第10章章电动机额定功率的选择电动机额定功率的选择机械（抱闸）制动机械（抱闸）制动：利用电磁或电磁液压驱动装置，使闸瓦抱紧或松开制动盘（得电松闸、失电抱闸）3.5 3.5 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动 机械抱闸制动示意图机
26、械抱闸制动示意图第第10章章电动机额定功率的选择电动机额定功率的选择3.5.1 3.5.1 能耗制动能耗制动 电动电动状态（开关状态（开关S S打到电源上），打到电源上），电枢电流、电枢电动势、转速及驱动电枢电流、电枢电动势、转速及驱动性质的电磁转矩如图实线箭头所示。性质的电磁转矩如图实线箭头所示。制动制动时将开关时将开关S S打到制动电阻打到制动电阻R RB B上，上，由于惯性，电枢保持原来方向继续旋由于惯性，电枢保持原来方向继续旋转，电动势转，电动势 E Ea a(E Ea a=C=Ce eF Fn n)方向不变。方向不变。由由E Ea a产生的电枢电流产生的电枢电流I IaBaB 的方向
27、与电的方向与电动状态时动状态时I Ia a的方向相反的方向相反IIaBaB=(U-E=(U-Ea a)/R,)/R,此时此时U=0,U=0,对应的电磁转矩对应的电磁转矩 T TB B与与T T方向方向相反相反,为制动性质为制动性质,电机处于能耗制动电机处于能耗制动状态。状态。能耗制动运行时，电动机靠将生能耗制动运行时，电动机靠将生产机械的产机械的动能转换成电能动能转换成电能，消耗在制，消耗在制动电阻上。动电阻上。电动制动图图3-15 3-15 电动机运行状态电动机运行状态第第10章章电动机额定功率的选择电动机额定功率的选择3.5.1 3.5.1 能耗制动能耗制动 能耗制动时的能耗制动时的机械特
28、性方程机械特性方程为：为：T电动机状态工作点制动瞬间工作点制动过程工作段电动机拖动反抗性负载，电机停转。若电动机带位能性负载,稳定工作点TTCCRRnNTeBab-=F+-=n=n0 002(n0=U/CeF=0,U=0)第第10章章电动机额定功率的选择电动机额定功率的选择3.5.1 3.5.1 能耗制动能耗制动 但制动电阻越小，制动电流越大。选择制动电阻的原则是：但制动电阻越小，制动电流越大。选择制动电阻的原则是：能耗制动操作简单能耗制动操作简单,制动平稳制动平稳,随着电机转随着电机转速的减小速的减小,制动转矩也不断减小制动转矩也不断减小,制动效果变差。制动效果变差。若为了尽快停转电机若为了
29、尽快停转电机,可在转速下降到一定程度可在转速下降到一定程度时时,切除一部分制动电阻切除一部分制动电阻,增大制动转矩。增大制动转矩。改变制动电阻改变制动电阻R RB B的大小可以改变能耗制动特性曲线的斜率的大小可以改变能耗制动特性曲线的斜率,从而可以改变制动转矩及下放负载的从而可以改变制动转矩及下放负载的稳定稳定速度。速度。R RB B越小越小,特性曲特性曲线的斜率越小线的斜率越小,起始制动转矩越大起始制动转矩越大,而下放负载的速度越小。而下放负载的速度越小。即即其中其中E Ea a=C Ce eF Fn n为制动瞬间的电枢电动势。为制动瞬间的电枢电动势。TCB第第10章章电动机额定功率的选择电
30、动机额定功率的选择3.5.2 3.5.2 倒拉反接制动倒拉反接制动 倒拉反转反接制动适用于低速下放重物。倒拉反转反接制动适用于低速下放重物。制动时在电路串入一个大电阻，此时制动时在电路串入一个大电阻，此时I Ia a变小，电磁转矩变小。变小，电磁转矩变小。T+-+-Eaa+T-Ea+nnTLIa电动机提升重物电动机提升重物T+-+-EaRZIa+T-Ea+nnTL 倒拉反接倒拉反接 图图3-17 3-17 倒拉反接原理图倒拉反接原理图第第10章章电动机额定功率的选择电动机额定功率的选择 倒拉反接制动时的机械特性方倒拉反接制动时的机械特性方程就是电动状态时电枢串电阻时的程就是电动状态时电枢串电阻
31、时的人为特性方程。由于串入电阻很大，人为特性方程。由于串入电阻很大，有有020nn n0 0情况，情况，此时此时E Ea a U U，I Ia a 反向，反向，T T反向，由驱动变为制动。从能量方向反向，由驱动变为制动。从能量方向看，电机处于发电状态看，电机处于发电状态回馈制动状态（回馈制动状态（P P1 1=UI=UIa a 0 0、P P2 2=T0=T0）。）。稳定运行有两稳定运行有两种情况种情况:1 1）正向回馈）正向回馈2 2）反向回馈）反向回馈当电车下当电车下坡时，运坡时，运行转速可行转速可能超过理能超过理想空载转想空载转速速,进入第进入第二象限二象限电压反接电压反接制动带位制动带
32、位能性负载能性负载进入第四进入第四象限象限第第10章章电动机额定功率的选择电动机额定功率的选择3.5.4 3.5.4 回馈制动回馈制动 （再生制动）（再生制动）发生在调速过程中的回馈制动过程有以下两种情况：发生在调速过程中的回馈制动过程有以下两种情况：1 1、降压调速时产生的回馈制动、降压调速时产生的回馈制动制动过程制动过程为为 段。段。2 2、增磁调速时产生的回馈制动、增磁调速时产生的回馈制动制动过程制动过程为为 段。段。回馈制动时由于有功功率回馈到电网，因此与能耗和反接回馈制动时由于有功功率回馈到电网，因此与能耗和反接制动相比，回馈制动是比较经济的。制动相比，回馈制动是比较经济的。第第10
33、章章电动机额定功率的选择电动机额定功率的选择3.5 3.5 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动 注意：注意：机械制动具有快速、准确的优点，但是对于高机械制动具有快速、准确的优点，但是对于高速、惯性大的设备，机械冲击比较大；电磁制动则具速、惯性大的设备，机械冲击比较大；电磁制动则具有制动相对平稳、制动转矩容易控制的特点。有制动相对平稳、制动转矩容易控制的特点。说明：说明：很多情况下采用机械制动结合电磁制动的方法很多情况下采用机械制动结合电磁制动的方法来进行制动，即先通过电磁制动将电机转速降到一个来进行制动，即先通过电磁制动将电机转速降到一个比较低的速度（接近零速），然后再机械抱闸制动，比较
34、低的速度（接近零速），然后再机械抱闸制动，这样既避免了机械冲击又有比较好的制动效果。这样既避免了机械冲击又有比较好的制动效果。第第10章章电动机额定功率的选择电动机额定功率的选择3.5 3.5 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动 例例3-23-2：Z Z2 2-92-92型的直流他励电动机额定数据如下：型的直流他励电动机额定数据如下：P PN N=40kW=40kW，U UN N=220V=220V，I IN N=210A=210A，n nN N=1000r/min=1000r/min，电枢内电阻，电枢内电阻R Ra a=0.07=0.07W W，试求：，试求：（1 1）在额定负载下进行
35、能耗制动，欲使制动电流等于在额定负载下进行能耗制动，欲使制动电流等于2I2IN N时，电枢应接入多大时，电枢应接入多大的电阻？的电阻？（2 2）求出它的机械特性的方程。求出它的机械特性的方程。（3 3）如电枢直接短接，制动电流应多大？如电枢直接短接，制动电流应多大？解解：(1)(1)额定负载时，电动机电动势额定负载时，电动机电动势E EaNaN=U=UN N-I-Ia aR Ra a=（220-2100.07220-2100.07）=205.3V=205.3V按要求按要求 I Ia a=-2I=-2IN N=(-2210)=-420A=(-2210)=-420A能耗制动时，电枢回路总电阻能耗制
36、动时，电枢回路总电阻 R=-ER=-EaNaN/I/Ia a=(-205.3/-420)=0.489=(-205.3/-420)=0.489W W应接入制动电阻应接入制动电阻 R RZ Z =R-R=R-Ra a=(0.489-0.07)=0.419=(0.489-0.07)=0.419W W第第10章章电动机额定功率的选择电动机额定功率的选择3.5 3.5 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动 (3)(3)如电枢直接短接，制动电流如电枢直接短接，制动电流 I IZ Z=-=-E EaNaN/R/Ra a=-205.3/0.07=-2933A=-205.3/0.07=-2933A(2)(2
37、)电动势系数电动势系数C Ce eFN N=E=EaNaN/n/nN N=205.3/1000=0.2053=205.3/1000=0.2053转矩系数转矩系数 C CT TFN N=9.55=9.55C Ce eFN N=9.559.550.2053=1.960.2053=1.96所以机械特性方程为所以机械特性方程为 n=-RT/Cn=-RT/Ce eC CT TFN N2 2=-0.489T/0.20531.96=-1.215T=-0.489T/0.20531.96=-1.215T注：注：此电流约为额定电流的此电流约为额定电流的1414倍，所以能耗制动时，不许直接将倍，所以能耗制动时，不许
38、直接将电枢短接，必须接入一定数值的制动电阻。电枢短接，必须接入一定数值的制动电阻。第第10章章电动机额定功率的选择电动机额定功率的选择3.6 3.6 他励电动机的调速他励电动机的调速（1 1）调速范围）调速范围衡量调速好坏的指标：衡量调速好坏的指标：（2 2）调速的平滑性）调速的平滑性 在一定的调速范围内，调速的级数越多，调速越平滑。相在一定的调速范围内，调速的级数越多，调速越平滑。相邻两级转速之比称为调速的平滑性，平滑系数为：邻两级转速之比称为调速的平滑性，平滑系数为：越接近越接近1 1，平滑性越好，当，平滑性越好，当 时，称为无级调速，即转时，称为无级调速，即转速可以连续调节。调速不连续时
39、，级数有限，称为有级调速。速可以连续调节。调速不连续时，级数有限，称为有级调速。第第10章章电动机额定功率的选择电动机额定功率的选择（3）调速的稳定性（静差率）调速的稳定性（静差率）指负载变化时，转速变化的程度，转速变化小，稳定性好。指负载变化时，转速变化的程度，转速变化小，稳定性好。静差率静差率，是指电动机在某机械特性上运转时，由理想空载是指电动机在某机械特性上运转时，由理想空载至满载时的转速降对理想空载转速的百分比，即：至满载时的转速降对理想空载转速的百分比，即：%越小，相对稳定性越好；越小，相对稳定性越好；%与机械特性硬度和与机械特性硬度和n n0 0有关。有关。D D与与%相互制约相互
40、制约:越小越小,D,D越小越小,相对稳定性越好相对稳定性越好;在保证一定在保证一定的的指标的前提下指标的前提下,要扩大要扩大D,D,须减少须减少n,n,即提高机械特性的硬度。即提高机械特性的硬度。3.6 3.6 他励电动机的调速他励电动机的调速衡量调速好坏的指标：衡量调速好坏的指标：第第10章章电动机额定功率的选择电动机额定功率的选择（4）调速的经济性主要指调速设备的投资、运行效率及维修费用等。主要指调速设备的投资、运行效率及维修费用等。3.6 3.6 他励电动机的调速他励电动机的调速衡量调速好坏的指标：衡量调速好坏的指标：（5）调速时电动机的容许输出是指电动机得到充分利用的情况下，在调速过程
41、中所能输出是指电动机得到充分利用的情况下，在调速过程中所能输出的功率和转矩。的功率和转矩。第第10章章电动机额定功率的选择电动机额定功率的选择3.6.1 3.6.1 电枢回路串电阻调速电枢回路串电阻调速3.6 3.6 他励电动机的调速他励电动机的调速ABn1Ra+R1未串电阻时未串电阻时的工作点的工作点串电阻串电阻R R1 1后后,工作点由工作点由AAAABB 拖动恒转矩负载为例。拖动恒转矩负载为例。保持电源电压及主极磁通为额定值保持电源电压及主极磁通为额定值不变，在电枢回路内串入不同的电阻。不变，在电枢回路内串入不同的电阻。C Cn n2 2串入更大的串入更大的电阻电阻R R2 2后后,将将
42、以更低的速以更低的速度度n n2 2运行运行nTTLRan0nNA0 图图3-21 3-21 电枢回路串电阻调速电枢回路串电阻调速第第10章章电动机额定功率的选择电动机额定功率的选择3.6.1 3.6.1 电枢回路串电阻调速电枢回路串电阻调速调速过程电流变化曲线调速前、调速过程电流变化曲线调速前、后电流不变。（稳定时后电流不变。（稳定时T=TL，T=CTFIFIa a，故，故I Ia a不变）不变）调速过程转速变化曲调速过程转速变化曲线。线。(E(Ea a=C=Ce eF Fn)n)随之变随之变化化tt=0n1nNIaNianian结论：带恒转矩结论：带恒转矩负载时负载时,串电阻越串电阻越大大
43、,转速越低。转速越低。调速时，电流变化及转速变化曲线如下：调速时，电流变化及转速变化曲线如下：第第10章章电动机额定功率的选择电动机额定功率的选择3.6.1 3.6.1 电枢回路串电阻调速电枢回路串电阻调速优点：优点：电枢串电阻调速设备简单，操作方便。电枢串电阻调速设备简单，操作方便。1 1）由于电阻只能分段调节，所以调速的平滑性差；）由于电阻只能分段调节，所以调速的平滑性差；2 2）电枢回路串电阻越大，稳定运行时转速越低，所以，只）电枢回路串电阻越大，稳定运行时转速越低，所以，只能在低于额定转速的范围内调速，一般称为由能在低于额定转速的范围内调速，一般称为由基速基速基速基速（额定（额定转速）
44、向下调速。转速）向下调速。3 3）低速时特性曲线斜率大）低速时特性曲线斜率大,静差率大静差率大,所以转速的相对稳定所以转速的相对稳定性差；（即受负载波动的影响大）性差；（即受负载波动的影响大）4 4）轻载时调速范围小，额定负载时调速范围一般为）轻载时调速范围小，额定负载时调速范围一般为D2D2；5 5）损耗大，效率低，不经济。对恒转矩负载，调速前、后）损耗大，效率低，不经济。对恒转矩负载，调速前、后I Ia a不变，输入功率不变，输出功率却随转速的下降而下降，不变，输入功率不变，输出功率却随转速的下降而下降，减少的部分被串联电阻消耗了。减少的部分被串联电阻消耗了。缺点缺点：第第10章章电动机额
45、定功率的选择电动机额定功率的选择3.6.2 3.6.2 降低电源电压调速降低电源电压调速 拖动恒转矩负载为例。拖动恒转矩负载为例。保持主极磁通为额定值不变，电枢保持主极磁通为额定值不变，电枢回路不串入电阻，降低电源电压。回路不串入电阻，降低电源电压。TTLAAB降压前工降压前工作点作点A A降压瞬间降压瞬间工作点工作点稳定后工作点稳定后工作点降压调速过程降压调速过程与电枢串电阻与电枢串电阻调速过程相似，调速过程相似，调速过程中转调速过程中转速和电枢电流速和电枢电流（或转矩）随（或转矩）随时间变化的曲时间变化的曲线也相似。线也相似。图图3-22 3-22 降低电源电压调速降低电源电压调速C CD
46、 DU2U2U U2 2 U U1 1 U UN N第第10章章电动机额定功率的选择电动机额定功率的选择3.6.2 3.6.2 降低电源电压调速降低电源电压调速优点：优点：1 1）电源电压能够平滑调节，可实现无级调速。）电源电压能够平滑调节，可实现无级调速。2 2）调速前后的机械特性的斜率不变，硬度较高，负载变化时）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。稳定性好。3 3）无论轻载还是负载，调速范围相同，一般可达）无论轻载还是负载，调速范围相同，一般可达 D=2.5D=2.51212。4 4）电能损耗较小。）电能损耗较小。缺点：缺点：需要一套电压可连续调节的直流电源。需要一
47、套电压可连续调节的直流电源。第第10章章电动机额定功率的选择电动机额定功率的选择3.6.3 3.6.3 弱磁调速弱磁调速 拖动恒转矩负载为例。拖动恒转矩负载为例。保持电枢电压不变，电枢回路不串保持电枢电压不变，电枢回路不串入电阻，减小电动机的励磁电流使主极磁通值减弱。入电阻，减小电动机的励磁电流使主极磁通值减弱。ABTTLA调节磁场前调节磁场前工作点工作点弱磁瞬间工作弱磁瞬间工作点点AAAABB弱磁稳定后的弱磁稳定后的工作点工作点 图图3-23 3-23 减弱磁通调速减弱磁通调速第第10章章电动机额定功率的选择电动机额定功率的选择3.6.3 3.6.3 弱磁调速弱磁调速减弱磁通调速前、减弱磁通
48、调速前、后转速变化曲线后转速变化曲线减弱磁通前、后的电枢电流变化减弱磁通前、后的电枢电流变化曲线曲线(E(Ea a=C=Ce eF Fn n，弱磁瞬间，弱磁瞬间n n不能不能突变，突变，F F减小则减小则E Ea a减小，减小，U UN N=E Ea a+I+Ia aR Ra a，I Ia a增大增大)tt=0n结论：结论：磁场越弱，磁场越弱，转速越高。因此转速越高。因此电机运行时励磁电机运行时励磁回路不能开路。回路不能开路。调速时，电流变化及转速变化曲线如下：调速时，电流变化及转速变化曲线如下：第第10章章电动机额定功率的选择电动机额定功率的选择3.6.3 3.6.3 弱磁调速弱磁调速优点：
49、优点：由于在电流较小的励磁回路中进行调节，因而控制方便，由于在电流较小的励磁回路中进行调节，因而控制方便，能量损耗小，设备简单，调速平滑性好。弱磁升速后电枢电流能量损耗小，设备简单，调速平滑性好。弱磁升速后电枢电流增大，电动机的输入功率增大，但由于转速升高，输出功率也增大，电动机的输入功率增大，但由于转速升高，输出功率也增大，电动机的效率基本不变，因此经济性是比较好。增大，电动机的效率基本不变，因此经济性是比较好。2 2）转速的升高受到电动机换向能力和机械强度的限制，升速范）转速的升高受到电动机换向能力和机械强度的限制，升速范围不可能很大；围不可能很大；为了扩大调速范围，通常把降压和弱磁两种调
50、速方法结合起为了扩大调速范围，通常把降压和弱磁两种调速方法结合起来，在额定转速以上，采用弱磁调速，在额定转速以下采用降压来，在额定转速以上，采用弱磁调速，在额定转速以下采用降压 调速。调速。缺点：缺点：1 1）机械特性的斜率变大，特性变软；）机械特性的斜率变大，特性变软；第第10章章电动机额定功率的选择电动机额定功率的选择3.6 3.6 他励电动机的调速他励电动机的调速例例3-33-3：某台他励直流电动机，额定功率某台他励直流电动机，额定功率P PN N=220kW=220kW，U UN N=220V=220V，I IN N=115A=115A，n nN N=1500r/min=1500r/m