直流电机电力拖动.pptx

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1、直流电机的可逆原理l直流电机l直流电机的可逆原理：一台电机既可作为发电机运行，又可作为电动机运行。l感应电动势“发电作用”电磁转矩“电动作用”l发电机：主电动势 反转矩 电动机：反电动势 主转矩原动机 EaU 电负载电源 Ea 1.1TL 起动电流限制在安全范围内，一般起动电流限制在安全范围内，一般 Ist(1.5-2.0)IN 直接起动后果直接起动后果 起动瞬间：起动瞬间：n=0，Ea=0，对于他励电动机，对于他励电动机 他励直流电动机的起动 起动起动：指电动机接通电源后，转速从：指电动机接通电源后，转速从 n=0 上升到稳上升到稳定负载转速定负载转速nL的过程称为起动过程或起动。的过程称为

2、起动过程或起动。Ist=UNRa=(10 20)IN 换向决不允许换向决不允许!T=Tst=CTN Ist=(10 20)TN 四个后果四个后果：电磁力大，损坏绕组；换向困难；加速过电磁力大，损坏绕组；换向困难；加速过快，损坏传动机构；电网电压波动快，损坏传动机构；电网电压波动 第51页/共131页OT(Ia)nT1(I1)TL(IL)T2(I2)abdcefp降低电枢电压起动过程降低电枢电压起动过程需要可调直流电源需要可调直流电源从低到高调节电枢回路电压从低到高调节电枢回路电压 降低电枢电压起动起动瞬间起动瞬间 Ist 通常限制在通常限制在(1.52)IN起动时最低电压为起动时最低电压为 U

3、=(1.52)IN Ra 1.1TL Te (1.52)TN 他励直流电动机的三种起动方法：直接起动、降压起他励直流电动机的三种起动方法：直接起动、降压起动和电枢回路串电阻起动动和电枢回路串电阻起动。第52页/共131页二、电枢回路串联电阻分级起动 电枢回路允许串入的最大电阻电枢回路允许串入的最大电阻值值 Rst=UNImax-Ra 1、起动过程、起动过程 可以达到限制起动电流的目的起动后，若仍串接可以达到限制起动电流的目的起动后，若仍串接Rst系统只能在较低转速下运行，为了得到额定转速，系统只能在较低转速下运行，为了得到额定转速，必须逐渐切除必须逐渐切除Rst以三级起动为例以三级起动为例第5

4、3页/共131页OT(Ia)nT1(I1)TL(IL)T2(I2)abdcefghwMIfIa Uf Rst1 UN Rst2Rst3RaR1R2R3KM1KM2KM3R1=Ra+Rst1 R2=Ra+Rst1+Rst2 R3=Ra+Rst1+Rst2+Rst3 T1=(1.5 2)TN T2=(1.11.2)TN 第54页/共131页OT(Ia)n2.电枢回路起动电阻的计算电枢回路起动电阻的计算T1(I1)TL(IL)T2(I2)a1a2(1)起动过程起动过程 串联串联(Rst1+Rst2)起动：起动：R2=RaRst1Rst2 起动转矩起动转矩(电流电流)：T1(I1)=(1.5 2)TN

5、(IaN)切除切除 Rst2：R1=RaRst1 切换转矩切换转矩(电流电流)：T2(I2)=(1.1 1.2)TL(IL)b2b1MIfUaIaUfRst1 Rst2TMba第55页/共131页OT(Ia)nT1(I1)TL(IL)T2(I2)a1a2b2b1TMba 切除切除 Rst1：R0=RaMIfUaIaUfRst1 Rst2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Rst1b2 点点 加速加速切除切除Rst2 c1 点点 c2 点点 加速加速p 点。点。加速加速一般级数取一般级数取 m=24第56页/共131页 起切电流（转矩）

6、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(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 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)IaN(TN)I2(T2)=(1.1 1.2)IaN(TL)=I1I2 Ra=UaN IaN IaN PN 22第57页/共131页求出起动时的电枢求出起动时的电枢总电阻总电阻(即电枢回路最大总电阻即电枢回路最大总电阻)Rm 确定确定起动级数起动级数 mm=RmRa lglgRm=UaN I1第58页/共131页nb2=nc1 即：即：Eb2=Ec1 UaNR1I2=UaNR

7、0 I1 R1I2=R0I1 R1=R0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 重新计算重新计算 ，校验，校验 I2 是否在规定的范围内是否在规定的范围内=2R0 OT(Ia)nT1(I1)TL(IL)T2(I2)a1a2b2b1bacc1c2p =RmRam第59页/共131页 确定各段总电阻值和各段电阻值确定各段总电阻值和各段电阻值 各段总电阻值：各段总电阻值：R1=R0=Ra R2=R1=2Ra R3=R2=3Ra Rm=Rm1=mRa各段电阻值：各段电阻值：Rst1=R1Ra Rst2=R2R1 Rst3=R3R2 Rst

8、m=RmRm1第60页/共131页(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;确定各段总电阻值和各段电阻值。确定各段总电阻值和各段电阻值。第61页/共131页 【例例2.2.1】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，UaN=440 V，IaN=497 A，nN=1500 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

9、各级起动电阻电阻。解：解：(1)选择选择 I1 和和 I2 I1=(1.5 2.0)IaN=(745.5 994)A I2=(1.1 1.2)IaN=(546.7 596.4)A选取选取 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 第62页/共131页(4)求出起动级数求出起动级数 m取取 m=5。(5)重新重新 ，校验，校验 I2 440840=0.524 Rm=UaN I1m=RmRa lg lg=4.76 0.5240.076 lg1.5 lg =RmRam0.524 0.

10、076=1.47 58401.47=A=571 A I2=I1 (在规定的范围内在规定的范围内)第63页/共131页(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=5RaRst1=R1RaRst2=R2R1Rst3=R3R2Rst4=R4R3Rst5=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 =(0.110.076)=0.034 =(0.160.11)=0.05 =(0.240.16)=

11、0.08 =(0.350.24)=0.11 =(0.520.35)=0.17 第64页/共131页他励直流电动机的调速调速概念：调速概念：为满足生产机械工艺的速度要求，通过为满足生产机械工艺的速度要求，通过改变电机参数改变电机参数使使电机转速发生改变，称为电机转速发生改变，称为电气调速电气调速。区别两个概念：区别两个概念：调速、速度变化调速、速度变化一、调速指标 调速范围、调速的静差率、调速平滑性、经济性、容许调速范围、调速的静差率、调速平滑性、经济性、容许输出输出第65页/共131页 调速范围调速范围 指电动机指电动机在额定负载时在额定负载时所能达到的最高转速与最低转所能达到的最高转速与最低

12、转速之比。速之比。例如：车床例如：车床D=2120，龙门刨床，龙门刨床D=1040，造纸机，造纸机D=120，轧钢机，轧钢机D=3120D=nmaxnmin 扩大调速范围扩大调速范围D的两条限制的两条限制 nmax受到电动机的机械强度和换向条件的限制，受到电动机的机械强度和换向条件的限制，nmin受受到相对稳定性的限制到相对稳定性的限制第66页/共131页 调速的静差率调速的静差率 指指在同一条机械特性上，额定负载时的转速降与理想在同一条机械特性上，额定负载时的转速降与理想空载转速之比。空载转速之比。机械特性越硬，机械特性越硬，n愈小，静差率就愈小，静差率就愈小，转速相对稳定性就愈好。愈小，转

13、速相对稳定性就愈好。普通车床要求普通车床要求%30%，龙门刨床，龙门刨床小于小于10%，高精度的造纸机要求小于，高精度的造纸机要求小于0.1%=nn0 100%=n0-nn0 100%OTnRaTNbn0an第67页/共131页 调速平滑性调速平滑性指相邻两级转速之比，用系数指相邻两级转速之比，用系数表示表示 调速经济性调速经济性 容许输出容许输出 比值越接近于比值越接近于1，调速平滑性越好。一定范围内调速级，调速平滑性越好。一定范围内调速级数越多，平滑性越好。数越多，平滑性越好。=nini-1指调速设备的初期投资、运行效率、维护费用等。指调速设备的初期投资、运行效率、维护费用等。指电机在得到

14、充分利用时，调速过程所能输出的功率和指电机在得到充分利用时，调速过程所能输出的功率和转矩。稳态时，电机的实际输出由负载决定，应使调速方转矩。稳态时，电机的实际输出由负载决定，应使调速方法适应负载的要求。法适应负载的要求。第68页/共131页n=CeUaRaCeCT 2T二、调速方法OTnMIfUaIaUfRc RaRaRcbcn0a1.改变电枢电阻调速改变电枢电阻调速三种方法：三种方法：电枢串电阻调速、降压调速、减弱磁通调速电枢串电阻调速、降压调速、减弱磁通调速TL第69页/共131页aOTnRaRaRc n0TLTLbcOTnRaRaRc n0bca 调速方向：在调速方向：在 nN 以下调节

15、。以下调节。(Ra+Rc)n ，(Ra+Rc)n 。调速的稳定性调速的稳定性 (Ra+Rc)稳定性变差稳定性变差。调速范围：受稳定性影响，调速范围：受稳定性影响，D 较小。较小。第70页/共131页 调速的平滑性调速的平滑性 电枢电路总电阻电枢电路总电阻PCu =R Ia2 =Ua Ia E Ia =Ua Ia(1 E/Ua)=Ua Ia(1 n/n0)=P1PP1=nn0 低速效率低。低速效率低。调速时的允许负载调速时的允许负载 T=CTN IaN 恒转矩调速。恒转矩调速。取决于取决于 Ra 的调节方式，一般为有级调速。的调节方式，一般为有级调速。调速的经济性调速的经济性 P1=Ua Ia=

16、E IaR Ia2第71页/共131页 结论：结论：优点：设备简单，初期投资少。优点：设备简单，初期投资少。缺点：缺点：(1)属于有级调速，且有限级数，平滑性差属于有级调速，且有限级数，平滑性差(2)轻载时，调速范围小轻载时，调速范围小(3)低速时，效率低，电能损耗大低速时，效率低，电能损耗大(4)低速时，转速稳定性差低速时，转速稳定性差(5)一般用于对调速性能要求不高的场合一般用于对调速性能要求不高的场合 第72页/共131页 【例例2.3.1】一台他励电动机，一台他励电动机，PN=22 kW，UN=220 V，IN=115A，nN=1500 r/min，Ra=0.125，现拖动恒转，现拖动

17、恒转矩负载在额定工作点稳定运行。要使电动机转速降低至矩负载在额定工作点稳定运行。要使电动机转速降低至 1000 r/min，需在电枢电路串联多大的调速电阻，需在电枢电路串联多大的调速电阻？由于拖动恒转矩负载，且磁通不变，根据由于拖动恒转矩负载，且磁通不变，根据 Te=CT Ia=Te=C可知，调速前后电枢电流不变，故转速降为可知，调速前后电枢电流不变，故转速降为1000r/min时，应串联的电阻值为时，应串联的电阻值为解：解：220-0.1251151500=0.137 Ce=UN-RaINnN Rc=UN-CenIN-Ra =220-0.1371000115-0.125=0.6第73页/共1

18、31页2.改变电枢电压调速改变电枢电压调速TLOTnUaUabcn0n0a 调速方向：调速方向：在在 UN（或（或nN）以下调节。）以下调节。Ua n ，Ua n 。调速的平滑性：调速的平滑性：连续调节连续调节 Ua，可实现无级调速。，可实现无级调速。调速的稳定性：调速的稳定性：改变改变 Ua 调速范围：调速范围：D 不大（不大（D8）。调速的经济性：需要专用直流电源。调速的经济性：需要专用直流电源。调速时的允许负载调速时的允许负载:T=CTN IaN 不变，不变，但但 稳定性变差稳定性变差。恒转矩调速。恒转矩调速。第74页/共131页 【例例2.3.2】例例 2.3.1 中的他励电动机，中的

19、他励电动机，PN=22 kW，UN=220V，IN=115A，nN=1500 r/min，Ra=0.125，拖动恒转矩负载运行，拖动恒转矩负载运行，TL=TN。现采用改变电枢电压调速。现采用改变电枢电压调速。试问要使转速降低至试问要使转速降低至 1000 r/min，电枢电压应降低到多少，电枢电压应降低到多少？解：解：拖动恒转矩负载，且磁通不变，根据拖动恒转矩负载，且磁通不变，根据 Te=CT Ia=Te=C可知，调速前后电枢电流不变，故转速降为可知，调速前后电枢电流不变，故转速降为1000r/min时，电枢电压应降为时，电枢电压应降为Ua=CE n+RaIN =0.1371000+0.125

20、115 =151V第75页/共131页3.改变励磁电流调速改变励磁电流调速n不能跃变不能跃变E=Ce nTLOTn21 bcan0n0If E Ia T n E 下降至某一最小值后回升下降至某一最小值后回升 Ia 和和 T 上升至某一最大值后下降上升至某一最大值后下降 T=TL，n=nc。调速方向调速方向 在在 nN 以上（以上（IfN 以下）调节。以下）调节。调速的平滑性调速的平滑性 连续调节连续调节Uf（或（或Rf）可实现无级调速。）可实现无级调速。第76页/共131页 调速的稳定性调速的稳定性 调速范围调速范围 受机械强度（受机械强度（nmax）的限制，）的限制，D 不大。不大。普通普通

21、 M：D=2，特殊设计的，特殊设计的M：D=4。调速的经济性调速的经济性 调节调节Rf 比较经济；比较经济；调节调节Uf 则需要专用直流电源。则需要专用直流电源。调速时的允许负载调速时的允许负载 T ，n ，n ，n0 不变，不变，稳定性好。稳定性好。P 基本不变，基本不变，为恒功率调速。为恒功率调速。第77页/共131页 应用应用 不经常逆转的重型机床。不经常逆转的重型机床。如：国产如：国产 C660、C670 等机床，等机床，重型龙门刨床的主传动在高速区的调速。重型龙门刨床的主传动在高速区的调速。通常把降压调速和弱磁通调速配合起来用，以电通常把降压调速和弱磁通调速配合起来用，以电动机的额定

22、转速作为基速，在基速以下调压，在基动机的额定转速作为基速，在基速以下调压，在基速以上调磁，可扩大速以上调磁，可扩大 D，实现双向调速。，实现双向调速。第78页/共131页 由于电动机在弱磁状态下的电枢电流是额定值的由于电动机在弱磁状态下的电枢电流是额定值的1.25倍，倍，故不能长期使用。此时电动机的转速为故不能长期使用。此时电动机的转速为 【例例2.3.3】例例 2.3.1 中的他励电动机，拖动恒功率负载中的他励电动机，拖动恒功率负载运行，现采用改变励磁电流调速。当磁通降低为运行，现采用改变励磁电流调速。当磁通降低为=0.8N时，电机转速为多少？时，电机转速为多少？电动机能否长期运行于弱磁状态

23、？电动机能否长期运行于弱磁状态？解：解：由于负载为恒转矩性质，由转矩平衡方程式可得，由于负载为恒转矩性质，由转矩平衡方程式可得，CTN IN=CT(0.8N)Ia，所以，所以 Ia=1.25 IN=1.25115=143.75 An=UN-RaIaCN(0.8N)=220-0.1251.251150.80.137=1843第79页/共131页制动的目的：制动的目的：快速停车快速停车、匀速下放重物匀速下放重物等。等。第四节 他励直流电动机的制动 制动制动：使拖动系统从某一稳定转速很快减速停车：使拖动系统从某一稳定转速很快减速停车，或是为了限制电动机转速的升高（如起重机下放重，或是为了限制电动机转

24、速的升高（如起重机下放重物时、电车下坡时），使其在某一转速下稳定运行，物时、电车下坡时），使其在某一转速下稳定运行，以确保设备和人生安全。以确保设备和人生安全。能耗制动能耗制动反接制动反接制动回馈制动回馈制动机械制动机械制动电气制动电气制动自由停车自由停车 电压反接制动电压反接制动电势反接制动电势反接制动正向回馈制动正向回馈制动反向回馈制动反向回馈制动制动方法：制动方法：第80页/共131页电气制动特点：电气制动特点：电磁转矩与转速方向相反！电磁转矩与转速方向相反！自由停车：自由停车：电机运行时，切断电枢电源，系统的转速电机运行时，切断电枢电源，系统的转速 慢慢的降下来慢慢的降下来机械制动：机

25、械制动：采用机械抱闸的方式进行制动采用机械抱闸的方式进行制动电气制动：电气制动：由电动机本身产生一个与转动方向相反的由电动机本身产生一个与转动方向相反的 电磁转矩（即制动转矩）来实现制动电磁转矩（即制动转矩）来实现制动电气制动优点：电气制动优点：制动转矩大，制动时间短，便于控制，制动转矩大，制动时间短，便于控制，容易实现自动化容易实现自动化第81页/共131页一、能耗制动 电动状态电动状态nTMEUaIaUfMUfRbIaTnE制动状态制动状态能耗制动时：能耗制动时：动能转换成电能动能转换成电能 第82页/共131页制动前：制动前：特性特性 1。制动开始后：制动开始后：Ua=0，Ia=n=Ra

26、Rb CE CT 2 T 特性 2 制动过程制动过程(1)能耗制动过程能耗制动过程 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，E=0 na=nb，Ea=Eb T 反向反向(T0)，T 和和 TL的共同作用的共同作用 Ia=0，T=0，nO 点点 自动停车。自动停车。bOTn 1n0TLaTL2-Ea RaRb 第83页/共131页 制动效果制动效果 Tb Tb2(Rb大大)bOTn1TLa2(Rb小小)bRb Ia|Tb|制动快，停车迅速。制动快，停车迅速。Ia =Eb RaRb Iamax 切换点（切换点（b 点）点）Rb 的选择的选择 RaRb

27、EbIamaxMUfRbIaTnE第84页/共131页(2)能耗制动运行能耗制动运行 下放重物下放重物 a 点点b 点点O 点点 T=0，TL0n 反向起动反向起动(n0)E 反向反向(E0)Ia 再次反向再次反向(Ia0)T 再次反向再次反向(T0)，n T E Ia T=TL (c 点点)。bOTn 1n0TLa2c反向起动反向起动制动过程制动过程能耗制能耗制动运行动运行nTTL第85页/共131页制动过程制动过程电动状态电动状态nTMEaUaIaUfTLMUf RbIaTnEaTL反向起动反向起动TMUf RbTLnEaIa能耗制动运行能耗制动运行第86页/共131页nLnL2 bOTn

28、1TLac 制动效果制动效果 2(Rb小小)bTT Rb 特性特性 2 斜率斜率 下放速度下放速度|nL|。Rb 的选择（的选择（各量取绝对值各量取绝对值）RaRb=EcIac=CE nL T/CT 校验校验 RaRb Eb Iamax=CE CT2 nL Tc(Rb大大)=CE CT2 nL TLT0稳定运行稳定运行 c 点点的的 E 和和 Ia（对切换点（对切换点 b 点电流的限制）点电流的限制）第87页/共131页 【例例2.3.1】一台他励直流电动机，一台他励直流电动机，PN=40 kW，UaN=220 V，IaN=210 A，nN=1000 r/min，电枢内阻，电枢内阻Ra=0.0

29、7，T0 忽略不计。试求：忽略不计。试求：(1)在额定负载下进行能耗制动，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2 IaN 时，电枢应外接多大电阻？时，电枢应外接多大电阻？(2)求出它的机械特性方程式？求出它的机械特性方程式？(3)如果电枢直接短接，制动电流应多大？如果电枢直接短接，制动电流应多大？(4)拖动拖动 TL=0.8 TN 的位能性恒转矩负载，采用能耗制的位能性恒转矩负载，采用能耗制动以动以 800 r/min 的速度下放重物，电枢电路应串联多大的制的速度下放重物，电枢电路应串联多大的制动电阻？动电阻？第88页/共131页解：(1)额定负载时，电动机电动势额定负载

30、时，电动机电动势EaN=UaN IaNRa=220-2100.07=205.3 V 按要求按要求 Imax=-2 IaN=-2210=-420 A 能耗制动时，电枢应外接电阻能耗制动时，电枢应外接电阻 (2)机械特性方程式机械特性方程式第89页/共131页机械特性方程式为：机械特性方程式为：(3)如果电枢直接短接，则制动电流为如果电枢直接短接，则制动电流为 此电流约为额定电流的此电流约为额定电流的14倍，由此可见能耗制动时，倍，由此可见能耗制动时，不允许直接将电枢短接不允许直接将电枢短接，必须接入一定数值的制动电阻，必须接入一定数值的制动电阻第90页/共131页(4)当当TL=0.8 TN时，

31、电机稳定下放重物时电枢电流为时，电机稳定下放重物时电枢电流为 二、反接制动 反接制动时，电压反接制动时，电压U与电枢电动势与电枢电动势Ea变为同方向，变为同方向，实现反接制动有两种方法实现反接制动有两种方法 电压反向反接制动电压反向反接制动 转速反向反接制动转速反向反接制动 第91页/共131页MUf1.电压反向反接制动电压反向反接制动 Rb电动状态电动状态nTMEUaIaUfTLIaTnE制动状态制动状态 UaTL 作用？作用？限制限制 Iamax Ia 的方向的方向？T 的方向的方向？1)制动原理：制动原理：第92页/共131页电枢反接时：电枢反接时：Ua和电动势和电动势Ea 方向一致，使

32、得电枢回路有近方向一致，使得电枢回路有近 两倍的额定电压；两倍的额定电压；由于电枢电阻由于电枢电阻Ra很小，导致大的反向电流很小，导致大的反向电流；为限制过大的电流，在电压反接的同时，在为限制过大的电流，在电压反接的同时，在 电枢回路中需串入反接制动电阻电枢回路中需串入反接制动电阻Rb电枢反接时：电枢反接时：动能、电源电能均被动能、电源电能均被 Rb 消耗掉。消耗掉。第93页/共131页2n0 OTn1n0 TL 制动前：制动前：特性特性1 n=Ua Ce Ra CeCT 2 T制动开始后：制动开始后：特性特性2 制动过程制动过程 TL n=Ua Ce RaRb CeCT2 Tbacda 点点

33、b 点点，Ia 反向反向(Ia0)T 和和 TL 的共同作用的共同作用 n=0，T 0，na=nb，Ea=Eb，T 反向反向(T0)，n 立刻断电，立刻断电，未断电，反向起动未断电，反向起动 制动开始；制动开始；c 点点 停机。停机。d 点，反向电动运行。点，反向电动运行。立刻立刻 断电断电e第94页/共131页电压反接制动到达电压反接制动到达c点时：点时：n=0,电磁转矩电磁转矩Tc为负值，此时：为负值，此时：a.若要求停车，就必须马上断开电源，并施加机械抱闸若要求停车，就必须马上断开电源，并施加机械抱闸 b.若负载是反抗性负载时，当若负载是反抗性负载时，当 时，时，使使 ，电动机将反向起动

34、，并加速到，电动机将反向起动，并加速到d点稳定运点稳定运行（行（-Td=-TL）。则电动机工作在反向电动状态。）。则电动机工作在反向电动状态。c.若负载是位能性负载时，无论若负载是位能性负载时，无论 多大，都有多大，都有在位能负载和在位能负载和Tc的共同作用下，电动机都将反向加速，并的共同作用下，电动机都将反向加速，并加速到加速到e点稳定运行。电动机工作在回馈制动状态。点稳定运行。电动机工作在回馈制动状态。第95页/共131页2)机械特性及制动电阻的计算：机械特性及制动电阻的计算：电压反接制动的特点：电压反接制动的特点：Ua 反向，反向，=N，R=Ra+Rb 故理想空载转速为：故理想空载转速为

35、：=n0 Ua Ce 故机械特性方程式为：故机械特性方程式为：n=RaRb CeCT2 T-n0 第96页/共131页制动瞬间制动瞬间b 点的点的 ERaRb Ua Eb Iamax2(Rb小小)bT T Rb 特性特性 2 斜率斜率 制动转矩制动转矩 制动快。制动快。Rb 的选择的选择 （各量取绝对值各量取绝对值）2(Rb大大)n0n0 bOTn1TLaMUfRbIaE Ua 制动效果制动效果第97页/共131页2 电动势电动势(转速转速)反向反接制动反向反接制动 下放重物下放重物 1)制动原理：制动原理：拖动位能性负载时，在电枢回路串联制动拖动位能性负载时，在电枢回路串联制动 电阻，使电阻

36、，使Tst 02)机械特性及制动电阻的计算：机械特性及制动电阻的计算：第100页/共131页2dn0bOTn1TLa 制动效果制动效果 Rb 特性特性 2 斜率斜率 下放速度下放速度 。2(Rb大大)dnL nL(Rb小小)UaEd IadRaRb=Rb的选择的选择(各量取绝对值各量取绝对值)=UaCe nL T/CT=(UaCe nL)CT TLT0MUfUaRbIaE稳定运行稳定运行 d 点点的的 E 和和 Ia第101页/共131页 【例例2.3.2】一台他励电动机，一台他励电动机，PN=22 kW，UaN=440 V，IaN=65.3 A，nN=600 r/min，Iamax=2IaN

37、，T0 忽略忽略 不计。试求：不计。试求：(1)拖动拖动 TL=0.8 TN 的反抗性恒转矩负载的反抗性恒转矩负载 (2)拖动拖动 TL=0.8 TN 的位能性恒转矩负载，采用反接制动以的位能性恒转矩负载，采用反接制动以 300 r/min 的速度下放重物，电枢电路应串联多大的制动电阻？的速度下放重物，电枢电路应串联多大的制动电阻？解：解：由额定数据求得由额定数据求得 PN IaN E=22103 65.3=V=336.91 V Ra=UaN IaN PN IaN=1.58 440 65.3 22103 34.4第102页/共131页(1)迅速停机时迅速停机时 TL=0.8TN =0.8350

38、.32=280.256 Nm CT=9.55 CE=9.550.562=5.365 602 PNnNTN=606.28 22103 600=Nm=350.32 Nm 336.91 600=0.562 CE=EnN 280.256 5.365=A=52.24 A Ia=TL CT E=UaNRa Ia =(4401.5852.24)V=357.46 V（切换点（切换点 b 点的点的 Eb）第103页/共131页RF Ra Ua Eb Iamax=1.58 =4.526 440357.46 265.3(2)下放重物时（忽略下放重物时（忽略 T0）Rb=(UaCE n)Ra CT TL 5.365

39、280.256=(4400.562300)1.58 =10.07 第104页/共131页 n n0 T也变向，使也变向，使T与与n反向，反向，T为制动转矩为制动转矩 电动机处于发电状态，电动机处于发电状态，动能转换为电能回馈电网。动能转换为电能回馈电网。特点：特点：Ea U，迫使迫使 Ia改变方向改变方向,由电枢由电枢流向电源流向电源三、回馈制动 在电动机制动的同时，使电动机转速高于理想空载转在电动机制动的同时，使电动机转速高于理想空载转速，把拖动系统的动能转换成电能回馈给电网。速，把拖动系统的动能转换成电能回馈给电网。电动机既工作在制动状态，又向电源回馈能量的工作电动机既工作在制动状态，又向

40、电源回馈能量的工作状态称为回馈制动状态称为回馈制动正向回馈制动正向回馈制动 反向回馈制动反向回馈制动 第105页/共131页1 正向回馈制动正向回馈制动 电车下坡电车下坡 平地或上坡行驶时工作在平地或上坡行驶时工作在 a 点。点。下坡行驶时下坡行驶时 TL 反向反向TL2 nn0 EUa Ia0 T0 b 点（点（TL2=T）。）。n n OTn1n0TL12TL23ab第106页/共131页电动状态电动状态nTMEUaIaUfTLMUfUaTLIaTnE下下坡坡n E Ia(T)n=n0,E=Ua,T=0nMUfUaTLE制动状态制动状态n E (Ua)Ia(T)0|T|MUfUaTLnEI

41、aT第107页/共131页TL 在降低电枢电在降低电枢电 压调速过程中压调速过程中 TLOTnUa1n01Ua2n02acbd 回馈制回馈制 动过程动过程 在增加励磁电在增加励磁电 流调速过程中流调速过程中 OTnIf1n01If2n02acbd 工作点工作点 跳到何处？跳到何处？回馈制回馈制 动过程动过程 第108页/共131页MUfnE UaTL2 反向回馈制动反向回馈制动 下放重物下放重物 电压反向电压反向电动状态电动状态nTMEUaIaUfTLRbIaT制动过程制动过程反向起动反向起动MUfRb UaTLIaTnE n n0 n EUaIa(T)反向反向制动状态制动状态MUfRb Ua

42、TLnEIaTIa 的方向的方向？T 的方向的方向？作用？作用？限制限制 Iamax 第109页/共131页OTn1n0TL2n0acbd e a 点点改变改变Ua极性极性n不能跃变不能跃变c 点点b 点点反接制动反接制动d 点点反向起动反向起动e 点，点，T=TL。电压反向反电压反向反 接制动过程接制动过程 反向起动过程反向起动过程 回馈制动过程回馈制动过程 回馈制回馈制 动运行动运行 T TL回馈制动回馈制动第110页/共131页 制动效果制动效果 Rb 特性特性 2 斜率斜率 下放速度下放速度 。EeUa IaeRaRb=Rb 的选择的选择 （各量取绝对值）（各量取绝对值）=Ce nLU

43、a T/CT=(Ce nL Ua)CT TLT0稳定运行稳定运行 e 点点的的 E 和和 Ia第111页/共131页 校验校验 （各量取绝对值）（各量取绝对值）RaRb UaEb IamaxOTn1n0TL2n0acbd e 2(Rb小小)enL nL(Rb大大)b制动瞬间制动瞬间b 点的点的 EMUfUaRbIaE电压反接后瞬间电压反接后瞬间第112页/共131页 电压反向反接制动与反向回馈制动的比较电压反向反接制动与反向回馈制动的比较 电压反向制动过程电压反向制动过程 回馈制动状态回馈制动状态 电动状态电动状态nTMEUaIaUfTLMUfRbIaTnE UaTLMUfRbIaTnE Ua

44、TL第113页/共131页第四节 他励直流电动机的调速调速概念：调速概念：为满足生产机械工艺的速度要求，通过为满足生产机械工艺的速度要求，通过改变电机参数改变电机参数使使电机转速发生改变，称为电机转速发生改变，称为电气调速电气调速。区别两个概念：区别两个概念：调速、速度变化调速、速度变化一、调速指标 调速范围、调速的静差率、调速平滑性、经济性、容许调速范围、调速的静差率、调速平滑性、经济性、容许输出输出第114页/共131页 调速范围调速范围 指电动机指电动机在额定负载时在额定负载时所能达到的最高转速与最低转所能达到的最高转速与最低转速之比。速之比。例如：车床例如：车床D=2120，龙门刨床，

45、龙门刨床D=1040，造纸机，造纸机D=120，轧钢机，轧钢机D=3120D=nmaxnmin 扩大调速范围扩大调速范围D的两条限制的两条限制 nmax受到电动机的机械强度和换向条件的限制，受到电动机的机械强度和换向条件的限制，nmin受受到相对稳定性的限制到相对稳定性的限制第115页/共131页 调速的静差率调速的静差率 指指在同一条机械特性上，额定负载时的转速降与理想在同一条机械特性上，额定负载时的转速降与理想空载转速之比。空载转速之比。机械特性越硬，机械特性越硬，n愈小，静差率就愈小，静差率就愈小，转速相对稳定性就愈好。愈小，转速相对稳定性就愈好。普通车床要求普通车床要求%30%，龙门刨

46、床，龙门刨床小于小于10%，高精度的造纸机要求小于，高精度的造纸机要求小于0.1%=nn0 100%=n0-nn0 100%OTnRaTNbn0an第116页/共131页 调速平滑性调速平滑性指相邻两级转速之比，用系数指相邻两级转速之比，用系数表示表示 调速经济性调速经济性 容许输出容许输出 比值越接近于比值越接近于1，调速平滑性越好。一定范围内调速级，调速平滑性越好。一定范围内调速级数越多，平滑性越好。数越多，平滑性越好。=nini-1指调速设备的初期投资、运行效率、维护费用等。指调速设备的初期投资、运行效率、维护费用等。指电机在得到充分利用时，调速过程所能输出的功率和指电机在得到充分利用时

47、，调速过程所能输出的功率和转矩。稳态时，电机的实际输出由负载决定，应使调速方转矩。稳态时，电机的实际输出由负载决定，应使调速方法适应负载的要求。法适应负载的要求。第117页/共131页n=CeUaRaCeCT 2T二、调速方法OTnMIfUaIaUfRc RaRaRcbcn0a1.改变电枢电阻调速改变电枢电阻调速三种方法：三种方法：电枢串电阻调速、降压调速、减弱磁通调速电枢串电阻调速、降压调速、减弱磁通调速TL第118页/共131页aOTnRaRaRc n0TLTLbcOTnRaRaRc n0bca 调速方向：在调速方向：在 nN 以下调节。以下调节。(Ra+Rc)n ，(Ra+Rc)n 。调

48、速的稳定性调速的稳定性 (Ra+Rc)稳定性变差稳定性变差。调速范围：受稳定性影响，调速范围：受稳定性影响，D 较小。较小。第119页/共131页 调速的平滑性调速的平滑性 电枢电路总电阻电枢电路总电阻PCu =R Ia2 =Ua Ia E Ia =Ua Ia(1 E/Ua)=Ua Ia(1 n/n0)=P1PP1=nn0 低速效率低。低速效率低。调速时的允许负载调速时的允许负载 T=CTN IaN 恒转矩调速。恒转矩调速。取决于取决于 Ra 的调节方式，一般为有级调速。的调节方式，一般为有级调速。调速的经济性调速的经济性 P1=Ua Ia=E IaR Ia2第120页/共131页 结论：结论

49、：优点：设备简单，初期投资少。优点：设备简单，初期投资少。缺点：缺点：(1)属于有级调速，且有限级数，平滑性差属于有级调速，且有限级数，平滑性差(2)轻载时，调速范围小轻载时，调速范围小(3)低速时，效率低，电能损耗大低速时，效率低，电能损耗大(4)低速时，转速稳定性差低速时，转速稳定性差(5)一般用于对调速性能要求不高的场合一般用于对调速性能要求不高的场合 第121页/共131页 【例例2.4.1】一台他励电动机，一台他励电动机，PN=4 kW，UaN=160 V，IaN=34.4 A，nN=1 450 r/min，用它拖动恒转矩负，用它拖动恒转矩负载运行。现采用改变电枢电路电阻调速。试问要

50、使转速降载运行。现采用改变电枢电路电阻调速。试问要使转速降低至低至 1 200 r/min，需在电枢电路串联多大的电阻，需在电枢电路串联多大的电阻 Rb？解：解：电枢电阻电枢电阻 116.31 1 450=0.080 2 CE=EnN Ra=UaN IaN PN IaN=1.27 160 34.4 4 000 34.4额定运行时额定运行时 E=UaNRa IaN =(1601.2734.4)V=116.31 V 第122页/共131页CT=9.55 CE=9.550.080 2=0.766 602 PNnNTN=606.284 0001 450=Nm=26.36 Nm n=n0 n=795 r