电力行业--电力拖动系统的运动方程和负载转矩特性

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1、第二章 直流电动机的电力拖动2.1 电力拖动系统的运动方程和负载转矩特性2.2 他励直流电动机的机械特性 2.3 他励直流电动机的起动 本章主要介绍电力拖动系统的运动方程、负载转矩特性、直本章主要介绍电力拖动系统的运动方程、负载转矩特性、直流电动机的机械特性、起动、调速、制动等方法和物理过程。流电动机的机械特性、起动、调速、制动等方法和物理过程。2.4 他励直流电动机的制动2.5 他励直流电动机的调速2.6 串励直流电动机的电力拖动思考题与习题第二章 直流电动机的电力拖动2.1电力拖动系统的运动方程式和负载转矩特性 电力拖动系统运动方程式描述了系统的电力拖动系统运动方程式描述了系统的运动状态，

2、系统的运动状态取决于作用在原运动状态，系统的运动状态取决于作用在原动机转轴上的各种转矩。动机转轴上的各种转矩。2.1.1 2.1.1 电力拖动系统的运动方程式电力拖动系统的运动方程式一、运动方程式MemTnLTU 根据如图给出的系统忽略空载转矩，可写出拖动系统的运动方程式：emLdTTJdt其中其中 为系统的惯性转矩。为系统的惯性转矩。dtdJ第二章 直流电动机的电力拖动运动方程的实用形式：运动方程的实用形式：2375emLGDdnTTdt系统旋转运动的系统旋转运动的三种状态三种状态1)1)当当 或或 时时,系统处于系统处于静止静止或或恒转速恒转速运行状态，即处运行状态，即处于稳态。于稳态。L

3、emTT0dtdn2)2)当当 或或 时时,系统处于系统处于加速加速运行状态，即处于动态。运行状态，即处于动态。LemTT0dtdn3)3)当当 或或 时时,系统处于系统处于减速减速运行状态，即处于动态。运行状态，即处于动态。LemTT0dtdn常把常把 或或 称为动负载转矩称为动负载转矩,把把 称为静负载转矩称为静负载转矩.dtdnGD2375)T(TLemLT第二章 直流电动机的电力拖动 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，然后规定：向，然后规定：二、运动方程式中转矩正、负号的规定二、运动方程式中转矩正、负号的规定（1 1

4、）电磁转矩）电磁转矩 与转速与转速 的正方向相同时为正，相反时为负。的正方向相同时为正，相反时为负。emTn（2 2）负载转矩）负载转矩 与转速与转速 的正方向相同时为负，相反时为正。的正方向相同时为负，相反时为正。LTnemTLT(3)(3)惯性转矩惯性转矩 的大小和正负号由的大小和正负号由 和和 的代数和决定。的代数和决定。dtdnGD2375第二章 直流电动机的电力拖动2.1.2 2.1.2 负载的转矩特性负载的转矩特性一、恒转矩负载特性负载的转矩特性，就是负载的机械特性，简称负载特性。负载的转矩特性，就是负载的机械特性，简称负载特性。恒转矩负载特性是指生产机械的负载转矩恒转矩负载特性是

5、指生产机械的负载转矩 与转速与转速 无关无关的特性。分反抗性恒转矩负载和位能性恒转矩负载两种。的特性。分反抗性恒转矩负载和位能性恒转矩负载两种。nLT1.1.对抗性恒转矩负载对抗性恒转矩负载T TL Ln2.2.位能性恒转矩负载位能性恒转矩负载T TL Ln第二章 直流电动机的电力拖动二、恒功率负载特性 恒功率负载特点是：负载转恒功率负载特点是：负载转矩与转速的乘积为一常数，即矩与转速的乘积为一常数，即 与与 成反比，特性曲线为一条双成反比，特性曲线为一条双曲线。曲线。nLTT TL Ln三、泵与风机类负载特性 负载的转矩负载的转矩 基本上与转基本上与转速速 的平方成正比。负载特性的平方成正比

6、。负载特性为一条抛物线。为一条抛物线。LTnT TL Ln理想的通理想的通风机特性风机特性实际通风实际通风机特性机特性TL0第二章 直流电动机的电力拖动2.2 他励直流电动机的机械特性2.2.1 2.2.1 机械特性的表达式机械特性的表达式 直流电动机的机械特性是指电动机在电枢电压、励磁电流、直流电动机的机械特性是指电动机在电枢电压、励磁电流、电枢回路电阻为恒值的条件下，即电动机处于稳态运行时，电动电枢回路电阻为恒值的条件下，即电动机处于稳态运行时，电动机的转速与电磁转矩之间的关系：机的转速与电磁转矩之间的关系：)f(Tnem2emeeT0emURnTC C C nT由电机的电路原理图可得机械

7、特性的表达式：由电机的电路原理图可得机械特性的表达式：0 n0nNnnemTNT0T0n称为理想空载转速。称为理想空载转速。实际空载转速实际空载转速020TCCRCUnTee第二章 直流电动机的电力拖动2.2.2 2.2.2 固有机械特性和人为机械特性固有机械特性和人为机械特性一、固有机械特性当当 时的机械特性称为固有机械特性：时的机械特性称为固有机械特性：aNNRR,UU2aNemeNeTNRUnTC C C 二、人为机械特性当改变当改变 或或 或或 得到的机械特性称为人为机械特性。得到的机械特性称为人为机械特性。UaR 由于电枢电阻很小，特性曲线斜率很小，所以固有机械特性由于电枢电阻很小，

8、特性曲线斜率很小，所以固有机械特性是硬特性。是硬特性。第二章 直流电动机的电力拖动1 1、电枢串电阻时的人为特性、电枢串电阻时的人为特性 保持保持 不变不变,只在电枢回路中串入电阻只在电枢回路中串入电阻 的人为的人为特性特性NN,UUSRemNTeSaNeNTCCRRCUn2SaRR 0nnaRemT特点：特点：1 1）不变，不变，变大；变大；2 2）越大，特性越软。越大，特性越软。0n第二章 直流电动机的电力拖动2 2、降低电枢电压时的人为特性、降低电枢电压时的人为特性 保持保持 不变，只改变电枢电压时的人为特性：不变，只改变电枢电压时的人为特性：Na,RR2aemeNeTNRUnTC C

9、C 1UNUU101n0nnNUemT特点：特点：1)1)随随 变化变化,不变不变;2)2)不同不同,曲线是一组平行线。曲线是一组平行线。0nUU第二章 直流电动机的电力拖动3 3、减弱励磁磁通时的人为特性、减弱励磁磁通时的人为特性 保持保持 不变，只改变励磁回路调节电阻不变，只改变励磁回路调节电阻 的人为特性：的人为特性：NaUU,RRSfR2aNemeeTRUnTC C C 01n11kT202n2kTNn0nemTkTN12特点：特点：1 1）弱磁，）弱磁，增大；增大；2 2）弱磁，）弱磁，增大增大0n第二章 直流电动机的电力拖动2.2.3 2.2.3 机械特性求取机械特性求取一、固有特

10、性的求取一、固有特性的求取 )nn,(Tem00)nn,T(TNNem已知已知 ，求两点，求两点:1:1）理想空载）理想空载点点 和额定运行和额定运行 。NNN,Nn,IU,P具体步骤：具体步骤：(1)(1)估算估算:Ra2NNNNaIPIU)(R3221(2)(2)计算计算:CCNTNe和NNNNNenPIUCNeNTCC9.55(3)(3)计算理想空载点：计算理想空载点：NeNemCUn,T00(4)(4)计算额定工作点：计算额定工作点：NNNTNnn,ICT二、人为特性的求取二、人为特性的求取 在固有机械特性在固有机械特性方程方程 的基础上，根据人为的基础上，根据人为特性所对应的参数特性

11、所对应的参数 或或 或或 变化，重新变化，重新计算计算 和和 ，然后得，然后得到人为机械特性方程到人为机械特性方程式式。em0TnnSRU0n第二章 直流电动机的电力拖动2.2.4 2.2.4 电力拖动系统稳定运行条件电力拖动系统稳定运行条件 处于某一转速下运行的电力拖动系统，由于受到某种扰动，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到达新的平衡状态，或者当扰动消失后系统回到原来的转速下继续运行，那么系统是稳定的，否那么系统是不稳定的。nAemTLTAn0在在 点，系统平衡点，系统平衡ALemTTAn扰动使转速有微小增量，转速由扰动使转速有微小增量，转速由 上升到上升

12、到 ，。AnAnLemTTA扰动消失扰动消失,系统减速，回到系统减速，回到 点运行。点运行。LemATT,n 扰动使转速有微小下降，由扰动使转速有微小下降，由 下降下降到到 。AnA扰动消失扰动消失,系统加速，回到系统加速，回到 点运行。点运行。An 第二章 直流电动机的电力拖动电力拖动系统稳定运行的电力拖动系统稳定运行的充分必要条件充分必要条件是：是：BnnBemTLTBn0Bn 在在 点，系统平衡点，系统平衡BLemTT扰动使转速有微小增量，转速由扰动使转速有微小增量，转速由 上升到上升到 ，,系统加速系统加速。BnBnLemTTB即使扰动消失即使扰动消失,也不能回到也不能回到 点运行。点

13、运行。LemBTT,n 扰动使转速有微小下降，由扰动使转速有微小下降，由 下降下降到到 ,系统减速系统减速。BnB即使扰动消失即使扰动消失,也不能回到也不能回到 点运行。点运行。(1)(1)必要条件必要条件:电动机的机械特性与负载的转矩特性必须有交点电动机的机械特性与负载的转矩特性必须有交点,即存在即存在LemTT(2)充分条件充分条件:在交点处在交点处,满足满足:。或者说或者说,在交点的转速以上存在在交点的转速以上存在 ,在交点的转速以下存在交点的转速以下存在在dndTdndTLemLemTTLemTT第二章 直流电动机的电力拖动2.3 他励直流电动机的起动 电动机的电动机的起动起动是指电动

14、机接通电源后，由静止状态加速到稳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。定运行状态的过程。stTstNstaTC IUIR起动瞬间，起动转矩和起动电流分别为起动瞬间，起动转矩和起动电流分别为 为了限制起动电流，他励直流电动机通常采用为了限制起动电流，他励直流电动机通常采用电枢回路串电枢回路串电阻电阻或或降低电枢电压降低电枢电压起动。起动。起动时由于转速为零，电枢电动势为零，而且电枢电阻很起动时由于转速为零，电枢电动势为零，而且电枢电阻很小，所以起动电流将达很大值。小，所以起动电流将达很大值。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过大的起动电流将引起电网电压下降、

15、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动机构。一般直流电动机不允许直接起动。坏电枢绕组和传动机构。一般直流电动机不允许直接起动。第二章 直流电动机的电力拖动一、起动过程2.3.1 2.3.1 电枢回路串电阻起动电枢回路串电阻起动以三级电阻起动时电动机为例以三级电阻起动时电动机为例331RRRRRst2ststaLLIT2IT21IT1ITem0nabn1122aststRRRR1ncd211astRRRITemef3aRNngh3nMaRS1SU1stR2stR3stR2S3S第二章 直流电动

16、机的电力拖动二、分组起动电阻的计算 设对应转速n1、n2、n3时电势分别为Ea1、Ea2、Ea3，那么有：b b点点123aNEUIRc c点点1aNEUIR12d d点点222aNEUIRe e点点211aNEUIRf f点点321aNEUIRg g点点31aNaEUIR比较以上各式得：比较以上各式得：IIRRRRRRa2111223 在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:12231211111 stma1mstmstaststastastRR)(RRR)(RRR)(RR)(R第二章 直流电动机的电力拖动6 6计算各级起动电阻。计算各级起动电阻。（1 1）估算或查出电枢电阻

17、）估算或查出电枢电阻 ；aR1T1I（2 2）根据过载倍数选取最大转矩）根据过载倍数选取最大转矩 对应的最大电流对应的最大电流 ；m（3 3）选取起动级数）选取起动级数 ；（4 4）计算起动电流比：）计算起动电流比：maNRIU1 取整数取整数m（5 5）计算转矩）计算转矩:TT12，校验校验：LT).(T31112如果不满足，应另选如果不满足，应另选 或或 值并重新计算，直到满足该条件为止值并重新计算，直到满足该条件为止.1Tm计算各级起动电阻的步骤：计算各级起动电阻的步骤：第二章 直流电动机的电力拖动2.3.2 2.3.2 降压起动降压起动 当直流电源电压可调时，可采用降压方法起动当直流电

18、源电压可调时，可采用降压方法起动。起动时，以较低的电源电压起动电动机，起动电流随电源起动时，以较低的电源电压起动电动机，起动电流随电源电压的降低而正比减小。随着电动机转速的上升，反电动势逐电压的降低而正比减小。随着电动机转速的上升，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，保证按需要的加速度升速。一定的数值上，保证按需要的加速度升速。降压起动需专用电源，设备投资较大，但它起动平稳，起降压起动需专用电源，设备投资较大，但它起动平稳，起动过程能量损耗小，因此得到广泛应用。动过程能量损耗小，因此得到广泛应用。第

19、二章 直流电动机的电力拖动2.4 他励直流电动机的制动 当电磁转矩的方向与转速方向相同时当电磁转矩的方向与转速方向相同时,电机运行于电动机状电机运行于电动机状态态;当电磁转矩方向与转速方向相反时当电磁转矩方向与转速方向相反时,电机运行于制动状态。电机运行于制动状态。2.4.1 能耗制动 U电动电动MaEaInemTfIS制动制动BRaBIemBT电动状态，如下图。电动状态，如下图。将开关将开关S S投向制动电阻投向制动电阻 上即实现制动上即实现制动.BR 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 方向不变。由方向不变。由 产生的电枢产生的电枢电流电流

20、 的方向与电动状态时的的方向与电动状态时的 方向相方向相反反,对应的电磁转矩对应的电磁转矩 与与 方向相反方向相反,为为制动性质制动性质,电机处于制动状态。电机处于制动状态。aEaEaBIaIemBTemT 制动运行时，电机靠生产机械的惯性力的制动运行时，电机靠生产机械的惯性力的拖动而发电，将生产机械储存的动能转换成电拖动而发电，将生产机械储存的动能转换成电能，消耗在电阻上，直到电机停止转动。能，消耗在电阻上，直到电机停止转动。第二章 直流电动机的电力拖动能耗制动时的机械特性为：能耗制动时的机械特性为：20aBememeTNRRnTTC C BaRR CBn0naRA0LTemT电动机状态工电

21、动机状态工作作点点制动瞬间制动瞬间工作点工作点制动过程制动过程工作段工作段电动机拖动对抗性电动机拖动对抗性负载，电机停转。负载，电机停转。假设电动假设电动机带位能机带位能性负载性负载,稳定工作稳定工作点点第二章 直流电动机的电力拖动 制动电阻越小，制动电流越大。选择制动电阻的原那么是制动电阻越小，制动电流越大。选择制动电阻的原那么是22 5aaBmaxNaBEII(.)IRR 能耗制动操作简单,但随着转速下降,电动势减小,制动电流和制动转矩也随着减小,制动效果变差。假设为了尽快停转电机,可在转速下降到一定程度时,切除一局部制动电阻,增大制动转矩。改变制动电阻改变制动电阻 的大小可以改变能耗制动

22、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稳定速度。从而可以改变制动转矩及下放负载的稳定速度。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。BRBR22.5aBaNERR()I其中其中 为制动瞬间的电枢电动势。为制动瞬间的电枢电动势。aE第二章 直流电动机的电力拖动2.4.2 2.4.2 反接制动反接制动电压反接制动时接线如下图。电压反接制动时接线如下图。一、电压反接制动 U电动电动MaEaInemTfIS制动制动BRaBIemBT 开关开关S S投向投向“电动电动”侧时，

23、电枢接正极侧时，电枢接正极电压，电机处于电动状态。进行制动时，开电压，电机处于电动状态。进行制动时，开关投向关投向“制动制动”侧，电枢回路串入制动电阻侧，电枢回路串入制动电阻 后，接上极性相反的电源电压，电枢回路内后，接上极性相反的电源电压，电枢回路内产生反向电流：产生反向电流：BRaaaBaBaBUEUEIRRRR 反向的电枢电流产生反向的电磁转矩，从反向的电枢电流产生反向的电磁转矩，从而产生很强的制动作用而产生很强的制动作用电压反接制动电压反接制动。第二章 直流电动机的电力拖动电压反接制动时的机械特性为：电压反接制动时的机械特性为：02aBNememeNeTNRRUnTnTC C C 曲线

24、如图中曲线如图中 所示。所示。BCBaRR CBn0naRA0LTemTLT0nD工作点变化为：工作点变化为：。CBA制动过程中制动过程中 、均为负均为负,而而 、为正为正UaIemTnaE10aPUI表明电机从电源吸收电功率表明电机从电源吸收电功率220emPT T表明电机从轴上吸收机械功率表明电机从轴上吸收机械功率0emaaPE I表明轴上输入的机械功率转变为电枢回路电功率。表明轴上输入的机械功率转变为电枢回路电功率。可见可见,反接制动时反接制动时,从电源输入的电功率和从轴上输入的机械从电源输入的电功率和从轴上输入的机械功率转变成的电功率一起消耗在电枢回路电阻上。功率转变成的电功率一起消耗

25、在电枢回路电阻上。第二章 直流电动机的电力拖动二、倒拉反转反接制动倒拉反转反接制动只适用于倒拉反转反接制动只适用于位能性恒转矩负载位能性恒转矩负载BaRR CBn0naRA0LTemTBTDKT电枢回路串入较大电电枢回路串入较大电阻阻 后特性曲线后特性曲线BR正向电动状态提正向电动状态提升重物升重物(A(A点点)负载作用下负载作用下电机反向旋电机反向旋转转(下放重物下放重物)电机以稳电机以稳定的转速定的转速下放重物下放重物D D点点在电枢回路中串联一个较大的电阻在电枢回路中串联一个较大的电阻,即可实即可实现制动现制动.工作点由工作点由A-B-A-B-C-DC-D,CD,CD段为制段为制动段动段

26、第二章 直流电动机的电力拖动第二章 直流电动机的电力拖动 倒拉反转反接制动时的机械特性方程就是电动状态时电倒拉反转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人为特性方程。由于串入电阻很大，有枢串电阻时的人为特性方程。由于串入电阻很大，有0aB0L2eTNRRnnTC C 倒拉反转反接制动时的机械特性曲线就是电动状态时电枢串电阻时的人为特性在第四象限的局部。倒拉反转反接制动时的能量关系和电压反接制动时相同倒拉反转反接制动时的能量关系和电压反接制动时相同。思考思考题题位能性以外的负载能否实现倒拉反转反接制动位能性以外的负载能否实现倒拉反转反接制动?第二章 直流电动机的电力拖动2.4.3

27、2.4.3 回馈制动回馈制动 回馈制动时的机械特性方回馈制动时的机械特性方程与电动状态时相同。程与电动状态时相同。电动状态下运行的电动机，在某种条件下会出现电动状态下运行的电动机，在某种条件下会出现 情况，情况，此时此时 ，反向，反向，反向，由驱动变为制动。从能量方向看，反向，由驱动变为制动。从能量方向看，电机处于发电状态电机处于发电状态回馈制动状态。回馈制动状态。0nn UEaaIemT稳定运行有稳定运行有两种情况两种情况:Bn0nA0LTemTLT 0n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电压反接制动接制动带位

28、能带位能性负载性负载进入第进入第四象限四象限第二章 直流电动机的电力拖动 发生在动态过程中的回馈制动过程有以下两种情况发生在动态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、降压调速时产生的回馈制动生的回馈制动Bn02nA0LTemT1U01nCnAn2UC12UU 制动过程为制动过程为 线段线段02Bn2 2、增磁调速时产、增磁调速时产生的回馈制动生的回馈制动Bn02nA0LTemT101nCnAn2C12 制动过程为制动过程为 线段线段02Bn 回馈制动时由于有功率回馈到电网，因此与能耗和反接制动相比，回馈制动是比较经济的。第二章 直流电动机的电力拖动2.5 他励直流电动机的调

29、速 电力拖动系统的调速可以采用机械调、电气调速或二者配合电力拖动系统的调速可以采用机械调、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机械调速；通；通过改变电动机参数进行调速的方法称为过改变电动机参数进行调速的方法称为电气调速电气调速。他励直流电动机的转速为他励直流电动机的转速为aaseUI(RR)nC 电气调速方法电气调速方法:1.1.调压调速调压调速;2.2.电枢串电阻调速电枢串电阻调速;3.3.调磁调速调磁调速。改变电动机的参数就是人为地改变电动机的机械特性，使改变电动机的参数就是人为地改变电动机的机械特性，使工作点发

30、生变化，转速发生变化。调速前后，电动机工作在不工作点发生变化，转速发生变化。调速前后，电动机工作在不同的机械特性上。同的机械特性上。第二章 直流电动机的电力拖动2.5.1 2.5.1 评价调速的指标评价调速的指标一、调速范围一、调速范围:minmaxnnD 二、静差率相对稳定性二、静差率相对稳定性%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。%nn%nnn%NN100100000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。)(1nnnnnnnnnnDNmaxNNmaxNminma

31、xminmax0 D D与与%相互制约相互制约: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。第二章 直流电动机的电力拖动三、调速的平滑性三、调速的平滑性1iinn 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，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。1四、调速的经济性 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

32、内，调速的级数越多，调速越平滑。相邻两级转速之比，为平滑系数邻两级转速之比，为平滑系数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。第二章 直流电动机的电力拖动2.5.2 2.5.2 调速方法调速方法一、电枢回路串电阻调速一、电枢回路串电阻调速未串电阻时未串电阻时的工作点的工作点串电阻后串电阻后,工作点由工作点由AABAAB0aRn0nNnLTemTA1SaRR 1nAB第二章 直流电动机的电力拖动调速过程电流变调速过程电流变化曲线化曲线:调速前、调速前、后电流不变后电流不变调速过程转速调速过程转速变化曲线变化曲线结论：带恒转矩结论：带恒转矩负载时负载时

33、,串电阻越串电阻越大大,转速越低。转速越低。调速过程中电流和转速的变化情况调速过程中电流和转速的变化情况ainaNINn1n0tt0ain第二章 直流电动机的电力拖动优点：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。2 2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性差所以转速的相对稳定性差3 3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；4 4损耗大，效率低，不经济。对恒转矩负载，调速前、后因损耗大，效率低，不经济。对恒转矩负载，调速前、后因增通不变而使电磁转矩和电枢电流不变，输

34、入功率不变，输出增通不变而使电磁转矩和电枢电流不变，输入功率不变，输出功率却随转速的下降而下降，减少的局部被串联电阻消耗了。功率却随转速的下降而下降，减少的局部被串联电阻消耗了。缺点：缺点：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；第二章 直流电动机的电力拖动二、降低电源电压调速二、降低电源电压调速Tem0nnNUTLNnA1U01nAB1n调速压前调速压前工作点工作点A A降压瞬间降压瞬间工作点工作点稳定后工稳定后工作点作点 降压调速过程与电枢串电阻调速过程相似，调速过程中转速和电枢电流或转矩随时间变化的曲线也相似。第二章 直流电动机的电力拖动

35、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 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=2.5 D=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。需要一套电压可连续调节的直流电源。第二章 直流电动机的电力拖动三、减弱磁通调速三、减弱磁通调速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AAAA弱磁稳定后的弱磁稳定后的工作点工作点Nn0nANnemTLT01n11nBA减弱磁通

36、后，减弱磁通后，理想空载转速理想空载转速上升上升,曲线的曲线的斜率值增大。斜率值增大。第二章 直流电动机的电力拖动弱磁调速前、后的电枢电流和转速的变化情况弱磁调速前、后的电枢电流和转速的变化情况减弱磁通调速减弱磁通调速前、后转速变前、后转速变化曲线化曲线减弱磁通前、减弱磁通前、后的电枢电流后的电枢电流变化曲线变化曲线结论结论：磁场越弱，：磁场越弱，转速越高。因此电转速越高。因此电机运行时励磁回路机运行时励磁回路不能开路。不能开路。aNInNn1n1aIaiait0tn第二章 直流电动机的电力拖动优点：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

37、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，电动机的效率根本不变，因此经济性是比较好。增大，电动机的效率根本不变，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，一般围不可能很大，一般 D2 D2；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

38、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；第二章 直流电动机的电力拖动2.5.3 2.5.3 调速方式与负载类型的配合调速方式与负载类型的配合容许输出容许输出：指电动机在某一转速下长期可靠工作时所能输出的：指电动机在某一转速下长期可靠工作时所能输出的最大转矩和功率。最大转矩和功率。充分利用：指在一定的转速下电动机的实际输出转矩和功率到充分利用：指在一定的转速下电动机的实际输出转矩和功率到达它的容许值，即电枢达它的容许值，即电枢 电流到达额定值。电

39、流到达额定值。当电动机调速时，在不同的转速下，电枢电流能否总保持当电动机调速时，在不同的转速下，电枢电流能否总保持为额定值，即电动机能否在不同转速下都得到充分利用，这个为额定值，即电动机能否在不同转速下都得到充分利用，这个问题与问题与调速方式调速方式和和负载类型负载类型的配合有关的配合有关。以电机在不同转速都能得到充分利用为条件，他励直流电以电机在不同转速都能得到充分利用为条件，他励直流电动机的调速可分为动机的调速可分为恒转矩调速恒转矩调速和和恒功率调速恒功率调速。第二章 直流电动机的电力拖动nCTnPCICTTNNTem19550 电动机的容许输出功率与转速成正比，而容许输出转矩为电动机的容

40、许输出功率与转速成正比，而容许输出转矩为恒值恒值-恒转矩调速恒转矩调速。电枢串电阻调速电枢串电阻调速和和降压调速降压调速时，磁通时，磁通 保持不变，若保持不变，若在不同转速下保持电流在不同转速下保持电流 不变，即电机得到充分利用，容不变，即电机得到充分利用，容许输出转矩和功率分别为：许输出转矩和功率分别为：N NaII 减弱磁通调速减弱磁通调速时，磁通时，磁通 是变化的，在不同转速下若保持是变化的，在不同转速下若保持电流电流 不变，即电机得到充分利用，容许输出转矩和功不变，即电机得到充分利用，容许输出转矩和功率别为：率别为：NaII955095509550222eaNNTNTemCnnCTnP

41、nCnCRIUCICTT 电动机的容许输出转矩与转速成反比，而容许输出功率为恒电动机的容许输出转矩与转速成反比，而容许输出功率为恒值值-恒功率调速恒功率调速。第二章 直流电动机的电力拖动 为了使电动机得到充分利用，拖动恒转矩负载时，应采用恒转矩调速方式。拖动恒功率负载时，应采用恒功率调速方式。对风机类负载，三种方式都不是十分适合，但采用串电阻或降压调速比弱磁调速适宜一些。思考题思考题他励电动机的降压调速属于恒转矩调速方式，他励电动机的降压调速属于恒转矩调速方式，因此只能拖动恒转矩负载，这种说法是否正确？因此只能拖动恒转矩负载，这种说法是否正确？为什么？为什么？第二章 直流电动机的电力拖动2.6

42、 串励直流电动机的电力拖动 串励电动机的机械特性akI 当磁路不饱和时当磁路不饱和时kCTIkICICTTemaaTaTem2kCRTUkCkCTCCRCUneemeTem2Tee 当磁路饱和时，磁通根本不变，机械特性与他励直流电动机的机械特性相似。TemnABC磁路不饱和磁路不饱和时的机械特时的机械特性曲线性曲线ABAB段段磁路饱和时磁路饱和时的机械特性的机械特性曲线曲线BCBC段段一、固有特性一、固有特性第二章 直流电动机的电力拖动aNRR,UU固有特性是指当固有特性是指当 时的特性，具有以下特点时的特性，具有以下特点1 1它是一条非线性的软特性，负载时转速降落很大；它是一条非线性的软特性

43、，负载时转速降落很大；00000n,U/Cn,I,Teaem（2 2）空载时，）空载时，为无穷大。为无穷大。实际上，空载时存在剩磁，实际上，空载时存在剩磁，为有限值，但值也很大为有限值，但值也很大“飞车飞车”现象。现象。因此串励电动机不允许空载或轻载运行。因此串励电动机不允许空载或轻载运行。0n（3 3）由于）由于 ，起动和过载时电枢电流大，故串励电动机，起动和过载时电枢电流大，故串励电动机的起动转矩大，过载能力强。的起动转矩大，过载能力强。2aemIT第二章 直流电动机的电力拖动二、人为特性二、人为特性1 1、电枢串电阻的人为特性、电枢串电阻的人为特性 串入电阻后，转速降增大，所以电枢串电阻

44、的人为特性在串入电阻后，转速降增大，所以电枢串电阻的人为特性在固有特性的下方，且特性变得更软。固有特性的下方，且特性变得更软。2 2、降低电压的人为特性、降低电压的人为特性 降低电压时，理想空载转速下降，人为特性下移。电压下降降低电压时，理想空载转速下降，人为特性下移。电压下降后，电枢反电动势随之减少，转速必然减少，所以降低电压的后，电枢反电动势随之减少，转速必然减少，所以降低电压的人为特性位于固有特性下方。人为特性位于固有特性下方。3 3、改变磁通的人为特性、改变磁通的人为特性 改变磁通的方法是在励磁绕组上并联一个分流电阻。与固改变磁通的方法是在励磁绕组上并联一个分流电阻。与固有特性相比，在

45、电枢电流相等情况下，励磁电流减少，磁通减有特性相比，在电枢电流相等情况下，励磁电流减少，磁通减少，所以人为特性位于固有特性上方。少，所以人为特性位于固有特性上方。第二章 直流电动机的电力拖动 串励电动机的起动、调速与制动串励电动机的起动、调速与制动一、起动与调速一、起动与调速 串励电动机的调速也采用串励电动机的调速也采用电枢串电阻、降压电枢串电阻、降压和和弱磁弱磁三种方三种方法，其中串电阻常用，弱磁用得较少法，其中串电阻常用，弱磁用得较少。为了限制起动电流，串励电动机的起动方法与他励电动机为了限制起动电流，串励电动机的起动方法与他励电动机一样，也采用电枢串电阻和降低电源电压起动。一样，也采用电枢串电阻和降低电源电压起动。串励电动机假设不考虑剩磁，理想空载转速为无穷大，因此不能有回馈制动。串励电动机的制动只有串励电动机的制动只有能耗能耗和和反接反接制动。制动。二、制动二、制动 能耗制动分他励磁式和自励式，反接制动分电压反接和倒能耗制动分他励磁式和自励式，反接制动分电压反接和倒拉反转反转反接制动。拉反转反转反接制动。