cpt-03直流电机拖动基础课件

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1、 第三章第三章 直流电动机的电力拖动直流电动机的电力拖动第一节第一节 他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性电动机的机械特性是指电动机的转速电动机的机械特性是指电动机的转速n与电磁转矩与电磁转矩T 的关系的关系 n=f(T)一、机械特性方程式一、机械特性方程式 理想空载转速理想空载转速 电动机实际空载转速电动机实际空载转速 他励直流电动他励直流电动机的机械特性机的机械特性电动机带负载后的转速降电动机带负载后的转速降 越大，越大，越大，机械特性越软。越大，机械特性越软。小硬特性小硬特性 大软特性大软特性 注意：此处机械特性的斜率与几何中斜率的定义的区别。注意：此处机械特性的斜率与几何中

2、斜率的定义的区别。（额定转速变化率）（额定转速变化率）2电枢反应对机电枢反应对机械特性的影响械特性的影响 当电枢电流较大时，由于饱和的影响，产生去磁作当电枢电流较大时，由于饱和的影响，产生去磁作用。磁通降低，转速就要回升，机械特性在负载大时呈用。磁通降低，转速就要回升，机械特性在负载大时呈上翘现象。上翘现象。为了避免上翘往往在主磁极上加上一个匝数很少的为了避免上翘往往在主磁极上加上一个匝数很少的串励绕组（稳态绕组），其磁动势可以抵消电枢反应的串励绕组（稳态绕组），其磁动势可以抵消电枢反应的去磁作用。去磁作用。3二、固有机械特性与人为机械特性二、固有机械特性与人为机械特性 固有机械特性：当他励电

3、动机电压及磁通均为额定值时，固有机械特性：当他励电动机电压及磁通均为额定值时，电枢没有串联电阻时的机械特性称为固有机械特性。电枢没有串联电阻时的机械特性称为固有机械特性。他励直流电动机固有机械特性电枢串联电阻时的人为机械特性特点：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。保持保持 不变不变,只在电只在电枢回路中串入电阻的人为机械特性：枢回路中串入电阻的人为机械特性：（一）电枢串联电阻（一）电枢串联电阻 时的人为机械特性时的人为机械特性 人为机械特性：人为改变电动机的参数所得的特性人为机械特性：人为改变电动机的参数所得的特性。4（二）改变电压时的人为机械特性（二

4、）改变电压时的人为机械特性 电压不同时的人为机电压不同时的人为机械特性械特性特点：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。保持保持 不变，只改变电枢电压不变，只改变电枢电压 时的人为时的人为机械特性：机械特性：521FFFN（三）减弱电动机磁通时的人为机械特性（三）减弱电动机磁通时的人为机械特性 保持保持 不变，只改变励磁回路串联电阻不变，只改变励磁回路串联电阻 的人为机械特性：的人为机械特性：特点：特点：1 1）弱磁，）弱磁，增大；增大；2 2）弱磁，）弱磁，增大增大 堵转转矩为：堵转转矩为：6三、机械特性的绘制三、机械特性的绘制（一）固

5、有机械特性的绘制（一）固有机械特性的绘制 固有机械特性是一条直线，只要求出线上两个点的数据，就可固有机械特性是一条直线，只要求出线上两个点的数据，就可绘出这条直线。一般选择理想空载及额定运行两点较为方便。绘出这条直线。一般选择理想空载及额定运行两点较为方便。（1）理想空载点）理想空载点 IN，UN及及nN 为已知，为已知，Ra 可以估算（在额定负载下，电可以估算（在额定负载下，电枢铜耗占电动机总损耗的枢铜耗占电动机总损耗的1/2 2/31/2 2/3经验公式经验公式）其中其中NN0FeCUn=7（2）额定运行点）额定运行点（二）人为机械特性的绘制（二）人为机械特性的绘制 各种人为机械特性的计算

6、较为简单，只要把相应的参数各种人为机械特性的计算较为简单，只要把相应的参数值代入相应的人为值代入相应的人为机械机械特性方程式即可。特性方程式即可。8 例例9-19-1 一台一台Z2 型他励直流电动机的铭牌数据为：型他励直流电动机的铭牌数据为：试计算其机械特性。试计算其机械特性。解解理想空载点理想空载点额定点额定点9四、电力拖动稳定运行的条件四、电力拖动稳定运行的条件 现在讨论：生产机械负载转矩特性与电动机的机械特现在讨论：生产机械负载转矩特性与电动机的机械特性这两种特性的配合问题。性这两种特性的配合问题。在电力拖动运动方程式中，当转矩在电力拖动运动方程式中，当转矩T 与与TL 方向相方向相反，

7、大小相等而相互平衡时，转速为某一稳定值，拖反，大小相等而相互平衡时，转速为某一稳定值，拖动系统处于稳态，或称静态。动系统处于稳态，或称静态。10电力拖动系统的动力学方程式电力拖动系统的动力学方程式单轴电力拖动系统的示意图单轴电力拖动系统的示意图单轴电力拖动系统的动力学方程式可由下式给出：单轴电力拖动系统的动力学方程式可由下式给出：其中，转动惯量其中，转动惯量 由下式给出：由下式给出：为转动部分的飞轮矩（为转动部分的飞轮矩（），由相应手册给出），由相应手册给出11考虑到机械角速度考虑到机械角速度 与转速与转速 之间的关系：之间的关系：，于是有：，于是有：根据动力学方程式，拖动系统可能出现下列三种

8、情况：根据动力学方程式，拖动系统可能出现下列三种情况：1.1.若若 时，则时，则 =常值，系统稳态运行；常值，系统稳态运行；2.2.若若 时，则时，则 ，电机处于加速状态；，电机处于加速状态；3.3.若若 时，则时，则 ，电机处于减速状态。，电机处于减速状态。12各类生产机械的负载转矩特性各类生产机械的负载转矩特性 生产机械的负载转矩与转速之间的关系生产机械的负载转矩与转速之间的关系 即为即为生产机生产机械的负载转矩特性械的负载转矩特性，它与电动机的机械特性相对应。，它与电动机的机械特性相对应。A A、恒转矩负载的转矩特性、恒转矩负载的转矩特性特点：特点：负载转矩不受转速变化的影响。在任何转速

9、下，负载转矩总是负载转矩不受转速变化的影响。在任何转速下，负载转矩总是保持恒定或大致恒定。保持恒定或大致恒定。大多数生产机械可归纳为：大多数生产机械可归纳为：13反抗性恒转矩负载的转矩特性如下图所示。反抗性恒转矩负载的转矩特性如下图所示。反抗性恒转矩负载的转矩特性反抗性恒转矩负载的转矩特性 反抗性恒转矩负载的转矩与转速的方向总是相反，亦即负载转反抗性恒转矩负载的转矩与转速的方向总是相反，亦即负载转矩总是阻碍电机的运动。如实际生产机械中的轧钢机。造纸机、皮矩总是阻碍电机的运动。如实际生产机械中的轧钢机。造纸机、皮带传输机、机场的刀架平移机构等由摩擦力产生的转矩负载。带传输机、机场的刀架平移机构等

10、由摩擦力产生的转矩负载。14位能性恒转矩负载的转矩特性如下图所示。位能性恒转矩负载的转矩特性如下图所示。位能性恒转矩负载的转矩特性位能性恒转矩负载的转矩特性 位能性恒转矩负载的转矩不随转速方向的改变而改变。无论位能性恒转矩负载的转矩不随转速方向的改变而改变。无论电机正、反转，负载转矩始终为单一方向。如实际生产机械中的电机正、反转，负载转矩始终为单一方向。如实际生产机械中的电梯、卷扬机、起重机等提升类负载。电梯、卷扬机、起重机等提升类负载。15B B、风机与泵类负载的转矩特性、风机与泵类负载的转矩特性特点：特点：通风机类负载的转矩特性通风机类负载的转矩特性 如实际生产机械中的水泵、油泵、离心式通

11、风机等其介质对如实际生产机械中的水泵、油泵、离心式通风机等其介质对叶片的阻力基本上与转速的平方成正比。叶片的阻力基本上与转速的平方成正比。通风机负载转矩与转速的大小有关，基本上与转速的平方成正比通风机负载转矩与转速的大小有关，基本上与转速的平方成正比16C C、恒功率负载的转矩特性、恒功率负载的转矩特性特点：特点：恒功率负载的转矩特性恒功率负载的转矩特性 在不同转速下，负载转矩基本上与转速成反比在不同转速下，负载转矩基本上与转速成反比,其功率基本其功率基本保持不变。如实际生产机械中的车床切削、恒张力卷取机等。保持不变。如实际生产机械中的车床切削、恒张力卷取机等。车床在粗加工时切削量大，切削阻力

12、大，阻转矩较大，此时开车床在粗加工时切削量大，切削阻力大，阻转矩较大，此时开低速；精加工时，切削量小，切削力小，阻转矩较小，往往开低速；精加工时，切削量小，切削力小，阻转矩较小，往往开高速。高速。17 实际生产机械大都是上述典型负载特性的组合。如实际的实际生产机械大都是上述典型负载特性的组合。如实际的通风机负载转矩特性可表示为：通风机负载转矩特性可表示为：实际通风机的转矩特性实际通风机的转矩特性 对于机床的刀架平移机构，其特性为反抗性恒转矩负载特对于机床的刀架平移机构，其特性为反抗性恒转矩负载特性、通风机类负载特性的组合，且低速时负载转矩加大性、通风机类负载特性的组合，且低速时负载转矩加大18

13、他励直流电动他励直流电动机的机械特性机的机械特性负载特性负载特性负载特性负载特性 两种特性有交点仅是稳定运行两种特性有交点仅是稳定运行的的必要条件必要条件。稳定运行的。稳定运行的充分条件充分条件是：如果电力拖动系统原在交点处是：如果电力拖动系统原在交点处稳定运行，由于出现某种干扰作用稳定运行，由于出现某种干扰作用（如电网电压波动、负载转矩的微（如电网电压波动、负载转矩的微小变化等），使原来两种特性的平小变化等），使原来两种特性的平衡变成不平衡，电动机转速便稍有衡变成不平衡，电动机转速便稍有变化，这时，当干扰消除后，拖动变化，这时，当干扰消除后，拖动系统必须有能力使转速恢复到原来系统必须有能力使

14、转速恢复到原来交点处的数值。电力拖动系统如能交点处的数值。电力拖动系统如能满足这样的特性配合条件，则该系满足这样的特性配合条件，则该系统是稳定的，否则是不稳定的。统是稳定的，否则是不稳定的。稳定运行的条件稳定运行的条件19 推广到一般情况：如果特性推广到一般情况：如果特性 与与 在交点处配合满在交点处配合满足下列要求则系统的运行是稳定的，否则是不稳定的（对应于第足下列要求则系统的运行是稳定的，否则是不稳定的（对应于第一象限）：一象限）：在交点所对应的转速之上保证在交点所对应的转速之上保证 ，而在这一转速之下则，而在这一转速之下则要求要求 。这样的特性配合保证系统有恢复原转速的能力。这样的特性配

15、合保证系统有恢复原转速的能力。20 起动时由于转速起动时由于转速 ，电枢电动势，电枢电动势 ，而且电枢，而且电枢电阻电阻 很小，所以起动电流将达很大值。很小，所以起动电流将达很大值。过大的起动电流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的正常用电、使将引起电网电压下降、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坏电枢绕组和电动机的换向恶化；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。传动机构。一般直流电动机不允许直接起动。第二节第二节 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动21A A、对、对直流电动机起动过程的一般要求直

16、流电动机起动过程的一般要求 起动转矩应足够大；起动转矩应足够大；起动电流要小；起动电流要小；起动设备简单、经济与可靠起动设备简单、经济与可靠。起动时：转速起动时：转速 ，相应的感应电动势，相应的感应电动势 ，起动电，起动电流流 较大。一般情况下，较大。一般情况下，。为此，起动时要求满足：为此，起动时要求满足：（1 1）（2 2）22B B、他励、他励直流电动机的常用的起动方法直流电动机的常用的起动方法23 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，反电动势逐渐增大，的降低而正比减小。随着电

17、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一定的数值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。上，保证按需要的加速度升速。他励直流电动机的降压起动过程他励直流电动机的降压起动过程 降压起动的优点是，起动电流小，起动过程平滑，能量消耗降压起动的优点是，起动电流小，起动过程平滑，能量消耗少，适用与直流电源可调的电动机，在直流电力拖动系统中得到少，适用与直流电源可调的电动机，在直流电力拖动系统中得到广泛采用。降压起动缺点是需专用电源，设备投资较大。广泛采用。降压起动缺点是需专用电源，设备投资较大。降压起动降压起动24电枢

18、回路串电阻起动电枢回路串电阻起动25二、他励直流电动机起动电阻的计算二、他励直流电动机起动电阻的计算（一）图解解析法（一）图解解析法1绘制固有机械特性绘制固有机械特性 2选取起动过程中的最大电流选取起动过程中的最大电流 I1与电与电阻切除时的切换电流阻切除时的切换电流 I2（或（或T1 与与T2）3画出分级起动特性图画出分级起动特性图 26已知已知 ，在绘制的机械特性图上，在绘制的机械特性图上量出转速降即可求出分级电阻值。量出转速降即可求出分级电阻值。27（二）解析法（二）解析法在在b点点 在在c点点 两级起动时两级起动时 推广到推广到m级起动的一般情况级起动的一般情况 称为起动电流比称为起动

19、电流比28blglgamRRm=29 例例9-29-2 一台他励直流电动机的铭牌数据为：一台他励直流电动机的铭牌数据为：试用解析法计算四级起动时的起动电阻值。试用解析法计算四级起动时的起动电阻值。解解已知起动级数已知起动级数m=4 选择选择30各分段电阻如下各分段电阻如下：则各级起动总电阻如下：则各级起动总电阻如下：31第三节第三节 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动他励直流电动机两种运行状态：他励直流电动机两种运行状态：1）电动运转状态）电动运转状态电动机转矩的方向与转速的方向相同，此电动机转矩的方向与转速的方向相同，此时电网向电动机输入电能，并变为机械能以带动负载。时电网向电动机输入

20、电能，并变为机械能以带动负载。2）制动运转状态）制动运转状态电动机转矩与转速的方向相反，此时，用电动机转矩与转速的方向相反，此时，用电动机吸收机械能并转化为电能。电动机吸收机械能并转化为电能。实现制动既可以采用机械的方法，也可以采用电气的方法。实现制动既可以采用机械的方法，也可以采用电气的方法。我们重点来看一下电气制动方法。我们重点来看一下电气制动方法。在生产过程中，经常需要采取一些措施使电动机尽快停转，在生产过程中，经常需要采取一些措施使电动机尽快停转，或者限制位能性负载在某一转速下稳定运转，这就是电动机的或者限制位能性负载在某一转速下稳定运转，这就是电动机的制动问题。制动问题。32一一 能

21、耗制动能耗制动电动制动 在电动状态，电枢电流、电枢电动势、转在电动状态，电枢电流、电枢电动势、转速及驱动性质的电磁转矩如图所示。速及驱动性质的电磁转矩如图所示。需要制动时需要制动时,将开关将开关S S投向制动电阻投向制动电阻 上即可。上即可。由于惯性，电枢保持原来方向继续旋转，由于惯性，电枢保持原来方向继续旋转，电动势电动势 方向不变。由方向不变。由 产生的电枢电流产生的电枢电流 的方向与电动状态时的的方向与电动状态时的 方向相反方向相反,对应的电对应的电磁转矩磁转矩 与与 方向相反方向相反,为制动性质为制动性质,电机处电机处于制动状态。于制动状态。制动运行时，电机靠生产机械的惯性力的制动运行

22、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。因此能，消耗在电阻上，直到电机停止转动。因此称之为能耗制动。称之为能耗制动。33电动机状态工作点制动瞬间工作点制动过程工作段能耗制动时的机械特性为：能耗制动时的机械特性为：34 但但制动电阻越小，制动电流越大。选择制动电阻的原则是制动电阻越小，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,但随着转速下降但随着转速下降,电动势减小电动势减小,制动电流和制动电流和制动转矩也随着减小制动转矩也随着减小,制动效果变差。若为了尽快停转电机

23、制动效果变差。若为了尽快停转电机,可在转可在转速下降到一定程度时速下降到一定程度时,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 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制动时间。从而可以改变制动转矩及制动时间。越小越小,制动转矩越大制动转矩越大,制制动时间越短。动时间越短。即：即：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。35能耗制动的特点：能耗制动的特点：（1 1）操作简单，停车准确）操作简单，停车准确（2 2）能耗制动产生的冲击电流不会影响电网）能耗制动产生的冲击电流不会

24、影响电网（3 3）低速时制动转矩小、停车慢）低速时制动转矩小、停车慢（4 4）动能大部分都消耗在制动电阻上）动能大部分都消耗在制动电阻上936二、反接制动二、反接制动 反接制动是外加电枢电压反向或电枢电势在外部条件作反接制动是外加电枢电压反向或电枢电势在外部条件作用下反向，引起电磁转矩反向的一种制动方式。用下反向，引起电磁转矩反向的一种制动方式。对反抗性负载，可直接通过外加电枢电压反接实现反接对反抗性负载，可直接通过外加电枢电压反接实现反接制动。而对位能性负载，当重物提升时，电机工作于电动机制动。而对位能性负载，当重物提升时，电机工作于电动机状态；当重物下降时，由于转速方向改变导致电枢电势反向

25、，状态；当重物下降时，由于转速方向改变导致电枢电势反向，此时电机的运行情况同反抗性负载电枢电压反接相同，因而此时电机的运行情况同反抗性负载电枢电压反接相同，因而也将其规类于反接制动。也将其规类于反接制动。反接制动可用两种方法实现，即电枢反接（用于反抗性反接制动可用两种方法实现，即电枢反接（用于反抗性负载）与转速反向（用于位能负载）。负载）与转速反向（用于位能负载）。37 电枢反接制动时接线如图所示。电枢反接制动时接线如图所示。（一）电枢反接的反接制动（一）电枢反接的反接制动电动制动 开关开关K K投向投向“电动电动”侧时，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

26、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：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枢反接制动。电枢反接制动。38（一）电枢反接的反接制动（一）电枢反接的反接制动机械特性为：机械特性为：曲线如图中曲线如图中 所示。所示。工作点变化为：工作点变化为：电枢反接制动中的电枢反接制动中的 比能耗制动中的比能耗制动中的 几乎大一倍，特性比几乎大一倍，特性比能耗制动特性陡

27、得多，在整个制动过程中均具有较大的制动转矩，能耗制动特性陡得多，在整个制动过程中均具有较大的制动转矩，因此制动作用更强烈，制动速度快，在可逆拖动系统，常常采用因此制动作用更强烈，制动速度快，在可逆拖动系统，常常采用这种方法。这种方法。如果如果C C点电动机的转矩大于负载转矩，当转速到达零时，应点电动机的转矩大于负载转矩，当转速到达零时，应迅速将电源开关从电网上拉开，迅速将电源开关从电网上拉开，否则电动机将反向起动否则电动机将反向起动，最后稳，最后稳定在定在D D点运行。点运行。39电动机带位能负载时电动机带位能负载时的能耗制动电路图的能耗制动电路图（二）转速反向的反接制动（二）转速反向的反接制

28、动 当电机工作在电动机正转运当电机工作在电动机正转运行（提升重物）时，若希望重物行（提升重物）时，若希望重物稳定下放，在电枢回路中串入较稳定下放，在电枢回路中串入较大的电阻，此时，电枢电流减小，大的电阻，此时，电枢电流减小，导致电磁转矩小于负载转矩，拖导致电磁转矩小于负载转矩，拖动系统减速，并在重物的作用下动系统减速，并在重物的作用下电机反转。一旦电机反转运行感电机反转。一旦电机反转运行感应电动势将反向，与外加电枢电应电动势将反向，与外加电枢电压顺向串联进入反接制动状态。压顺向串联进入反接制动状态。此时，电枢电流加大，相应的电此时，电枢电流加大，相应的电磁转矩增加，直至电磁转矩与负磁转矩增加，

29、直至电磁转矩与负载转矩相平衡，拖动系统进入稳载转矩相平衡，拖动系统进入稳态，重物平稳下放。态，重物平稳下放。40转速反向反接制动只适用于位能性恒转矩负载。转速反向反接制动只适用于位能性恒转矩负载。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正向电动状态正向电动状态提升重物提升重物(A(A点点)负载作用下电负载作用下电机反向旋转机反向旋转(下放重物下放重物)电机以稳定电机以稳定的转速下放的转速下放重物重物D D点点（二）转速反向反接制动（二）转速反向反接制动41 转速反向的反接制动时的机械特性方程就是电动状态时电枢串转速反向的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

30、人为特性方程。由于串入电阻很大，有电阻时的人为特性方程。由于串入电阻很大，有 转速反向反接制动时的机械特性曲线就是电动状态时电枢串转速反向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部分。电阻时的人为特性在第四象限的部分。在转速反向的反接制动状态下，由于在转速反向的反接制动状态下，由于 为负，感应电动势的为负，感应电动势的方向与电动状态时相反。电枢电路的电压平衡方程式变为：方向与电动状态时相反。电枢电路的电压平衡方程式变为：所以，为限制电枢电流，所以，为限制电枢电流，必须较大。必须较大。42转速反向的反接制动转速反向的反接制动 制动过程中制动过程中,、的方向与电动状

31、态时相同，而的方向与电动状态时相同，而 的方向与的方向与电动状态时相反。电动状态时相反。,表明电机从电源吸收电功率；表明电机从电源吸收电功率；,表明轴上输入的机械功率（来自重物势能）转表明轴上输入的机械功率（来自重物势能）转 变为电枢回路电功率。变为电枢回路电功率。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功率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。转变成的电功率一起消耗在电枢回路电阻上。43三三 回馈制动（再生制动）回馈制动（再生制动）回馈制动时的机械特性方程与电动状态时相同。回馈制动时的机械特性方程与电动状态时相同。电动状态下运行的电

32、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，此时情况，此时 ，反向，反向，反向，由驱动变为制动。从反向，由驱动变为制动。从能量方向看，电机处于发电状态能量方向看，电机处于发电状态回馈制动状态。回馈制动状态。（一）位能负载拖动电动机（一）位能负载拖动电动机 位能负载带动电动机，当电机的转速高于理想空载转速时，位能负载带动电动机，当电机的转速高于理想空载转速时，电流反向，由电枢向电源正端流出，电枢将轴上输入的机械功电流反向，由电枢向电源正端流出，电枢将轴上输入的机械功率变为电磁功率率变为电磁功率 后，大部分回馈给电网（后，大部分回馈给电网（），），小部分变为电枢回路的

33、铜耗小部分变为电枢回路的铜耗 。电动机变为。电动机变为一台与电网并联运行的发电机。一台与电网并联运行的发电机。44（二）他励电动机改变电枢电压调速（二）他励电动机改变电枢电压调速 在降低电压的降速过程中，当突然降低电枢电压，感应电在降低电压的降速过程中，当突然降低电枢电压，感应电动势还来不及变化时，就会发生动势还来不及变化时，就会发生 的情况，电枢电的情况，电枢电流反向，电磁转矩变为制动性质，来自转子的机械能变为电能流反向，电磁转矩变为制动性质，来自转子的机械能变为电能回馈电网。一旦转速低于理想空载转速，电机又恢复到电动机回馈电网。一旦转速低于理想空载转速，电机又恢复到电动机状态运行。状态运行

34、。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。前提是电机的转速大于理制动相比，回馈制动是比较经济的。前提是电机的转速大于理想空载转速。想空载转速。45第四节第四节 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速 采用一定的方法来改变生产机械的工作速度，以满足生产的采用一定的方法来改变生产机械的工作速度，以满足生产的需要，这种方法通常称为调速。电力拖动系统的调速可以采用机需要，这种方法通常称为调速。电力拖动系统的调速可以采用机械调速、电气调速或二者配合调速。通过改变传动机构的速比进械调速、电气调速或二者配合调速。通

35、过改变传动机构的速比进行调速的方法称为机械调速；通过改变电动机参数进行调速的方行调速的方法称为机械调速；通过改变电动机参数进行调速的方法称为电气调速。法称为电气调速。电气调电气调速速方法：方法：1.1.调压调速调压调速-降压降速；降压降速；2.2.电枢串电阻调速电枢串电阻调速-降速；降速；3.3.调磁调速调磁调速-弱磁升速。弱磁升速。注意：注意：调速与因电动机负载发生变化而引起的转速变化是不同的。调速与因电动机负载发生变化而引起的转速变化是不同的。调速是改变电动机的参数就是人为地改变电动机的机械特性，使调速是改变电动机的参数就是人为地改变电动机的机械特性，使工作点发生变化，转速发生变化。调速前

36、后，电动机工作在不同工作点发生变化，转速发生变化。调速前后，电动机工作在不同的机械特性上。如果机械特性不变，因负载变化而引起转速的变的机械特性上。如果机械特性不变，因负载变化而引起转速的变化，则不能称为调速。化，则不能称为调速。46一、调速指标一、调速指标 调速方法最主要的有两大指标：即技术指标与经济指标调速方法最主要的有两大指标：即技术指标与经济指标（一）调速的技术指标（一）调速的技术指标 1.调速范围调速范围2.拖动系统运行的最高转速（或线速度）与最低转速拖动系统运行的最高转速（或线速度）与最低转速（或线速度）之比（或线速度）之比 不同生产机械要求的调速范围是不同的，例如车床不同生产机械要

37、求的调速范围是不同的，例如车床D20120，龙门刨床，龙门刨床D1040，机床的进给机构，机床的进给机构D5200，轧钢机轧钢机D3120，造纸机，造纸机D320等等 47不同机械特性不同机械特性下的静差率下的静差率 2静差率（转速变化率）静差率（转速变化率）理想空载与加到额定负载所出理想空载与加到额定负载所出现的转速降与理想空载转速的百分现的转速降与理想空载转速的百分比。比。表征负载变化时，转速变化的表征负载变化时，转速变化的程度，机械特性硬，转速变化小，程度，机械特性硬，转速变化小，则静差率愈小，稳定性好。则静差率愈小，稳定性好。生产机生产机械调速时要求静差率小于某允许值。械调速时要求静差

38、率小于某允许值。当理想空载转速一定时，机械特性越硬静差率越小。对实际当理想空载转速一定时，机械特性越硬静差率越小。对实际拖动系统而言，如果电枢回路外串电阻最大时的静差率能够满足拖动系统而言，如果电枢回路外串电阻最大时的静差率能够满足要求要求，则其余情况下的静差率自然也满足要求。，则其余情况下的静差率自然也满足要求。当机械特性硬度一定时，随着理想空载转速的提高静差率减当机械特性硬度一定时，随着理想空载转速的提高静差率减小。对于电力拖动系统而言，只要低速时满足静差率的要求，高小。对于电力拖动系统而言，只要低速时满足静差率的要求，高速时的静差率自然满足要求。因此静差率的计算应按低速进行。速时的静差率

39、自然满足要求。因此静差率的计算应按低速进行。48调速范围调速范围D与低速静差率与低速静差率 间的关系间的关系不同机械特性不同机械特性下的静差率下的静差率允许的转速降允许的转速降 与与 相互制约相互制约：不变不变，越小越小,越小越小,调速范围小；调速范围小；在保证一定的在保证一定的 指标的前提下指标的前提下,要要扩大扩大 ,须减少须减少 ,即提高机械特即提高机械特性的硬度。性的硬度。493平滑性平滑性 在一定的调速范围内，调速的级数愈多则认为调速愈平滑。在一定的调速范围内，调速的级数愈多则认为调速愈平滑。值愈接近于值愈接近于1，则平滑性愈好。时称为无级调速，即转速连，则平滑性愈好。时称为无级调速

40、，即转速连续可调，级数接近无穷多，此时调速的平滑性最好。续可调，级数接近无穷多，此时调速的平滑性最好。调速不连续时，级数有限，称为有级调速。调速不连续时，级数有限，称为有级调速。4调速时的容许输出（或调速时的功率与转矩）调速时的容许输出（或调速时的功率与转矩）容许输出是指电动机在得到充分利用的情况下，容许输出是指电动机在得到充分利用的情况下，（电动机电动机在不同转速下都能保持电流为额定电流）在不同转速下都能保持电流为额定电流）在调速过程中轴上所能在调速过程中轴上所能输出的功率和转矩。输出的功率和转矩。50（二）调速的经济指标（二）调速的经济指标 调速的经济指标决定于调速系统的设备投资及运行费用

41、，而调速的经济指标决定于调速系统的设备投资及运行费用，而运行费用又决定于调速过程的损耗，它可用设备的效率来说明。运行费用又决定于调速过程的损耗，它可用设备的效率来说明。51解解 （1）低速静差率低速静差率（2）不能满足原有调速不能满足原有调速范围的要求范围的要求例例9-59-5 一直流调速系统采用改变电源电压调速，已知电动机的额一直流调速系统采用改变电源电压调速，已知电动机的额定转速定转速 ，高速机械特性的理想空载转速，高速机械特性的理想空载转速 如果额定负载下低速机械特性的转速如果额定负载下低速机械特性的转速 ，而相应的理想空载转速而相应的理想空载转速 。（1）试求出电动机在额定负载下运行的

42、调速范围）试求出电动机在额定负载下运行的调速范围D和静差率和静差率 ；（2）如果生产工艺要求静差率）如果生产工艺要求静差率 20%，则此时额定负载下能，则此时额定负载下能达到的调速范围是多少？还能否满足原有的要求？达到的调速范围是多少？还能否满足原有的要求？52二、降低电枢端电压调速二、降低电枢端电压调速（一）电枢串联电阻（一）电枢串联电阻分析电枢串接电阻调速的经济性：分析电枢串接电阻调速的经济性：效率效率忽略机械耗和铁耗，电动机的总损耗为忽略机械耗和铁耗，电动机的总损耗为53电枢回路串电阻调速优缺点电枢回路串电阻调速优缺点缺点：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

43、只能分段调节，所以调速的平滑性差；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所以转速的相对稳定性差；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。损耗大，效率低，不经济。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。54（二）降低电源电压（二）降低电源电压 降低电源电压的调速系统的机械特性方程式为降低电源电压的调速系统的机械特性方程式为降低电源电压调降低电源电压调速时的机械特性速时的机械特性55降低电源电压调速优缺点降低电源

44、电压调速优缺点优点优点：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，负载变化时稳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。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=2.5 1212。4.4.由于没有外串电阻，电能损耗较小。由于没有外串电阻，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。56 目前用的最多的可调直流电源是晶闸管整流装置。容量较目前用的最多的可调直流电源是晶闸管整流

45、装置。容量较大的直流电动机一般用交流电动机直流发电机组作为可调直流大的直流电动机一般用交流电动机直流发电机组作为可调直流电源，而用晶闸管装置调节发电机的励磁电流，此时调节发电电源，而用晶闸管装置调节发电机的励磁电流，此时调节发电机的励磁电流就能改变发电机的感应电动势，从而改变电动机机的励磁电流就能改变发电机的感应电动势，从而改变电动机的电源电压。一般把机组向直流电动机供电的调速系统称为发的电源电压。一般把机组向直流电动机供电的调速系统称为发电机电机-电动机组。电动机组。57弱磁调速时，小容量系统弱磁调速时，小容量系统可在励磁回路中串接可调可在励磁回路中串接可调电阻来实现。电阻来实现。大容量系统

46、用单独的晶闸大容量系统用单独的晶闸管整流装置向电动机的励管整流装置向电动机的励磁电路供电实现弱磁。磁电路供电实现弱磁。三、弱磁调速三、弱磁调速 弱磁调速时，机械特性方程式是弱磁调速时，机械特性方程式是：58弱磁调速时，机械特性方程式是弱磁调速时，机械特性方程式是：59减弱磁通调速减弱磁通调速优缺点优缺点优点：优点：1.1.由于在电流较小的励磁回路中进行调节，因而控制方便，能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；量损耗小，设备简单，调速平滑性好；为了扩大调速范围，通常把降压和弱磁两种调速方法结合为了扩大调速范围，通常把降压和弱磁两种调速方法结合起来

47、，在额定转速以上，采用弱磁调速，在额定转速以下采用起来，在额定转速以上，采用弱磁调速，在额定转速以下采用降压调速。降压调速。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；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，一般范围不可能很大，一般 D2D2。2.2.弱磁升速后电枢电流增大，电动机的输入功率增大，但由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，电动机的效率基本不变，因此于转速升高，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。经济

48、性是比较好。60 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。充分利用充分利用：电动机在不同转速下都能保持电流为额定电流。：电动机在不同转速下都能保持电流为额定电流。四、调速时的功率与转矩四、调速时的功率与转矩容许输出：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最大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。转矩和功率。在调速过程中，只要在不同转速下电流不超过额定值，电动机在调速过程中，只要在不同转速下电流不超过额定值，电动机长时运

49、行，其发热不会超过容许的限度。长时运行，其发热不会超过容许的限度。61 电动机的容许输出功率与转速成正比，而容许输出转矩为恒电动机的容许输出功率与转速成正比，而容许输出转矩为恒值值-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，若在保持不变，若在不同转速下保持电流不同转速下保持电流 不变，即电机得到充分利用，容许不变，即电机得到充分利用，容许输出转矩和功率分别为：输出转矩和功率分别为：对于他励直流电动机，转矩与功率的关系为：对于他励直流电动机，转矩与功率的关系为：式中式中62 电动机的容许输出转矩与转速成反比，而容许输出功率为电动机的容许输出

50、转矩与转速成反比，而容许输出功率为恒值恒值-恒功率调速恒功率调速。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：式中式中63调速时的功率与转矩调速时的功率与转矩（调速方式与负载的合理配合）（调速方式与负载的合理配合）当电动机调速时，在不同的转速下，电枢电流能否总保持为当电动机调速时，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，这个问题额定值，即电动机能否在不同转速下都得到充分利用，这个问题与与调

51、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。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，采用恒功率调速方式。对风机类矩调速方式。拖动恒功率负载时，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合适一些。调速合适一些。弱磁调速，恒弱磁调速，恒功率调速区功率调速区降压或串电阻降压或串电阻调速，恒转矩调速，恒转矩调速区调速区64三种调速方法的比较三种调速方法的比较调速指标调速指标 电枢串联电阻

52、调速电枢串联电阻调速 调节电压调速调节电压调速 弱磁调速弱磁调速 调速方向调速方向 从额定转速向下调从额定转速向下调速速 从额定转速向下调从额定转速向下调速速 从额定转速向上调从额定转速向上调速速 在一般静差率要在一般静差率要求下的调速范围求下的调速范围 2 2 2.5-12 2.5-12 1.2-2 1.2-2 调速平滑性调速平滑性 差差好好好好调速相对稳定性调速相对稳定性差差好好较好较好容许输出容许输出恒转矩恒转矩恒转矩恒转矩恒功率恒功率电能损耗电能损耗大大较小较小小小设备投资设备投资少少多多较少较少65作业作业2 21 1、什么是固有机械特性和人为机械特性？三种人为机械特、什么是固有机械

53、特性和人为机械特性？三种人为机械特性的特点是什么？电力拖动系统稳定运行的条件是什么？性的特点是什么？电力拖动系统稳定运行的条件是什么？2 2、他励直流电动机起动要求是什么？起动方法是什么？、他励直流电动机起动要求是什么？起动方法是什么？3 3、一台他励直流电动机的铭牌数据为：一台他励直流电动机的铭牌数据为：试用解析法计算三级起动时的起动电阻值。试用解析法计算三级起动时的起动电阻值。663 3、一直流调速系统采用改变电源电压调速，已知电动机的额定转、一直流调速系统采用改变电源电压调速，已知电动机的额定转速速 ，高速机械特性的理想空载转速，高速机械特性的理想空载转速 ，如果额定负载下低速机械特性的

54、转速，如果额定负载下低速机械特性的转速 ，而相应的理想空载转速而相应的理想空载转速 。（1）试求出电动机在额定负载下运行的调速范围）试求出电动机在额定负载下运行的调速范围D和静差率和静差率 ；（2）如果生产工艺要求静差率）如果生产工艺要求静差率 20%，则此时额定负载下能，则此时额定负载下能达到的调速范围是多少？还能否满足原有的要求？达到的调速范围是多少？还能否满足原有的要求？作业作业3 31 1、他励直流电动机的制动方式有哪些？分别简述其制动过程。、他励直流电动机的制动方式有哪些？分别简述其制动过程。2 2、直流调速系统的调速指标是什么？几种调速方法？、直流调速系统的调速指标是什么？几种调速方法？67