电机与拖动技术第四章课件.pptx

1、新世纪应用型高等教育教材编审委员会 组编新世纪应用型高等教育教材编审委员会直流电动机的起、制动的动态性能好，可以在很多快速调速的场合直流电动机的起、制动的动态性能好，可以在很多快速调速的场合应用，尽管目前交流拖动技术发展很快，但直流电动机的电力拖动仍然占应用，尽管目前交流拖动技术发展很快，但直流电动机的电力拖动仍然占有重要位置，同时直流电动机的电力拖动技术也是其它电力拖动系统的基有重要位置，同时直流电动机的电力拖动技术也是其它电力拖动系统的基础。在直流电力拖动系统中有他励、串励和复励三种直流电动机，其中应础。在直流电力拖动系统中有他励、串励和复励三种直流电动机，其中应用最多的是他励直流电动机。

2、用最多的是他励直流电动机。4.1 他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性是指电动机在电枢电压、励磁电流、电他励直流电动机的机械特性是指电动机在电枢电压、励磁电流、电枢回路总电阻为恒值时，电动机在稳定运行状态下，电动机的转速枢回路总电阻为恒值时，电动机在稳定运行状态下，电动机的转速n n与电与电磁转矩磁转矩 之间的关系，即之间的关系，即 ，或者说电动机的转速，或者说电动机的转速n n与电枢电流与电枢电流 的关系的关系 ，后者也就是转速调整特性。由于转速和转矩都是机械量，后者也就是转速调整特性。由于转速和转矩都是机械量，所以把它称为机械特性。，所以把它称为机械特性。)(emTfn aI)

3、(aIfn 4.1 他励直流电动机的机械特性图图4-14-1是他励直流电动机的电路原理图。电磁转矩方程是他励直流电动机的电路原理图。电磁转矩方程 、感、感应电动势方程应电动势方程 、电枢回路电动势平衡方程、电枢回路电动势平衡方程 和电动机转速特性和电动机转速特性 ,由此可求得机械特性方程的一般表达由此可求得机械特性方程的一般表达式式 ：式中，式中，R R为电枢回路总电阻为电枢回路总电阻 。aTemICTnCEeaRIERRIEUaasaaa)(ea/)(CRIUnem2TeeTCCRCUnsRRRa4.1 他励直流电动机的机械特性 图图4-1 4-1 他励直流电动机电路原理图他励直流电动机电路

4、原理图 图图4-2 4-2 他励直流电动机的机械特性曲线他励直流电动机的机械特性曲线 4.1 他励直流电动机的机械特性1.1.理想空载转速理想空载转速 当当电源电压电源电压U=U=常数，电枢回路总电阻常数，电枢回路总电阻R R常数，励磁磁通常数，励磁磁通 常数常数时，电动机的机械特性曲线如图时，电动机的机械特性曲线如图4-24-2所示。特性曲线与纵轴的交点为所示。特性曲线与纵轴的交点为 时的转速时的转速 称为理想空载转速，称为理想空载转速，其计算式为其计算式为 0n0emT0nCUne04.1 他励直流电动机的机械特性 图图4-4 4-4 他励直流电动机的固有特性曲线他励直流电动机的固有特性曲

5、线 4.1 他励直流电动机的机械特性对他励直流电动机固有机械特性分析如下：对他励直流电动机固有机械特性分析如下：1 1）越大，越大，n n越低，其特性是一条下斜直线。原因是：越低，其特性是一条下斜直线。原因是：增大，增大，与与 成正比关系，成正比关系，也增大；电枢电动势也增大；电枢电动势 ，则则减小，转速减小，转速n n亦降低。亦降低。2 2）理想空载转速点：当）理想空载转速点：当 时，时，为理想空载转速。此时为理想空载转速。此时 ，即电动机不带负载且自身也没有空载转矩情况下的转速，是一种理想即电动机不带负载且自身也没有空载转矩情况下的转速，是一种理想工作状态。工作状态。3 3）实际空载转速点

6、：）实际空载转速点：为电动机的实际空载转速，比为电动机的实际空载转速，比 略低，如略低，如上图所示。这是因为电动机转动起来后，必须克服机械摩擦及风阻等空上图所示。这是因为电动机转动起来后，必须克服机械摩擦及风阻等空载转矩载转矩 ，所以所以emTemTaIemTaIaaNNeaRIUnCEaE0aINaUE 0n0n0T0200TCCRnnNTea4.1 他励直流电动机的机械特性4 4）额定工作点：当）额定工作点：当 时，时，为额定工作点。此时转速降为额定工作点。此时转速降 为为额定转速降落。一般地说，额定转速降落。一般地说，约为约为 ，而约而约为为 ，这是硬特性的数量体现。，这是硬特性的数量体

7、现。5 5）堵转点：）堵转点：，此时电枢电流，此时电枢电流 称为短路电流；电磁转矩称为短路电流；电磁转矩 称为电机的堵转转矩。由于称为电机的堵转转矩。由于电枢电阻电枢电阻 很小，很小，和和 都比额定值大得多，若都比额定值大得多，若 。则。则 即即 那么堵转电流那么堵转电流 ，堵转转矩，堵转转矩 。NTT Nnn NNNTnnn0Nn095.0nNn005.0n0n0nCENeakaNaIRUI/KKNTTICTaRKIKT005.0nnNNeNNNeaNNTeaNCUICRTCCRn05.02NNaUIR05.0aNNRUI/05.0NKII20NKTT204.1 他励直流电动机的机械特性人为

8、机械特性是指人为地改变电动机电路中的某个参数或电动机的电枢人为机械特性是指人为地改变电动机电路中的某个参数或电动机的电枢电压值，而得到的机械特性，即改变机械特性方程中的某些参数如电压、励电压值，而得到的机械特性，即改变机械特性方程中的某些参数如电压、励磁电流、电枢回路电阻所获得的机械特性。主要人为机械特性有以下三种。磁电流、电枢回路电阻所获得的机械特性。主要人为机械特性有以下三种。1 1.电枢回路串电阻时的人为机械特性电枢回路串电阻时的人为机械特性 当当电动机的电动机的 ,时，其人为机械特性的方时，其人为机械特性的方程式为程式为电枢电枢回路串电阻时的人为机械特性如图回路串电阻时的人为机械特性如

9、图4-54-5所示。与固有特性相比，它所示。与固有特性相比，它具有以下特点具有以下特点1 1）理想空载转速）理想空载转速 不变不变；2 2）增大，转速降增大，转速降 增大，附加电阻增大，附加电阻 越大，越大，也越大，特性越也越大，特性越“软软”。NUU N sRRRaem2NTeaNeNTCCRRCUns）（NeN0/CUn nsRn4.1 他励直流电动机的机械特性2.2.改变电枢电压时的人为机械特性改变电枢电压时的人为机械特性 当当电动机的电动机的 ，时，改变电枢电压的人为机械特性的方程时，改变电枢电压的人为机械特性的方程式为式为 与与固有特性相比，它具有以下特点：固有特性相比，它具有以下特

10、点：1 1）机械特性曲线的）机械特性曲线的斜率斜率 不变不变；2 2）理想空载转速）理想空载转速 随电压减小成正比减小。随电压减小成正比减小。图图4-5 4-5 电枢回路串电阻时的人为机械特性电枢回路串电阻时的人为机械特性 0sRNem2NTeaNeTCCRCUn0n4.1 他励直流电动机的机械特性图图4-6 4-6 改变电枢电压的人为机械特性改变电枢电压的人为机械特性 4.1 他励直流电动机的机械特性3.3.改变磁通时的人为机械特性改变磁通时的人为机械特性 可以可以通过在励磁回路中串接上电阻通过在励磁回路中串接上电阻 ，或降低励磁电压，或降低励磁电压 来减弱磁通来减弱磁通，保持，保持 ，时，

11、减弱磁通的人为机械特性和转速特性分别为时，减弱磁通的人为机械特性和转速特性分别为当当 时，堵转电流时，堵转电流 为常数，而为常数，而 随随 的减小而增大，因的减小而增大，因此此 的人为特性是一组通过横坐标的人为特性是一组通过横坐标 点的直线，如图点的直线，如图4-84-8所示。所示。sfRfUNUU 0sRem2TeaeNTCCRCUnaeaeNICRCUn0nRUIk0n)(aIfn KII 4.1 他励直流电动机的机械特性 图图4-7 4-7 他励直流电动机弱磁时的机械特性他励直流电动机弱磁时的机械特性 图图4-8 4-8 他励直流电动机弱磁时的转速特性他励直流电动机弱磁时的转速特性 4.

12、1 他励直流电动机的机械特性1.1.固有机械特性的求取固有机械特性的求取 已知已知 ，求，求:理想空载点理想空载点 和额定运行点和额定运行点 。具体具体求取步骤如下求取步骤如下：1 1）估算）估算 ：2 2）计算）计算 ：，NNN,N,nIUP),0(0emnnT),(NNemnnTT2NNNa)3221(IPIURNNTNeCC,NaNNNenRIUCNeNTCC55.9NeNTCC55.94.1 他励直流电动机的机械特性3 3）计算理想空载点：）计算理想空载点：4 4）计算额定工作点）计算额定工作点：2 2.人为机械特性的求取人为机械特性的求取 在在固有机械特性方程固有机械特性方程 的基础

13、上，根据人为特性所对应的的基础上，根据人为特性所对应的参数参数 或或 或或 变化，重新计算变化，重新计算 和和 ，然后得到人为机械特性，然后得到人为机械特性方程式。方程式。NeNemCUnT0,0NNNTNnnICT,emTnn0SRU0n4.1 他励直流电动机的机械特性 他励直流电动机由于有电枢反应，产生去磁作用，使他励直流电动机由于有电枢反应，产生去磁作用，使 ，则，则 ，即即 而导致特性上翘，如图而导致特性上翘，如图4-94-9所示。特性上翘对电动机稳定运行所示。特性上翘对电动机稳定运行不利，解决的办法是在主磁极上加装匝数很少的串励绕组，称为稳定绕组不利，解决的办法是在主磁极上加装匝数很

14、少的串励绕组，称为稳定绕组。稳定绕组产生与主磁极相同的磁通，抵消电枢反应的去磁作用。稳定绕组产生与主磁极相同的磁通，抵消电枢反应的去磁作用。0nn 图图4-9 4-9 上翘的机械特性曲线上翘的机械特性曲线4.1 他励直流电动机的机械特性在生产机械运行时，电动机的机械特性与生产机械的负载转矩特性是在生产机械运行时，电动机的机械特性与生产机械的负载转矩特性是同时存在的。在分析电力拖动系统运行情况时，可以把两者画在同一坐标同时存在的。在分析电力拖动系统运行情况时，可以把两者画在同一坐标图上。如图图上。如图4-104-10中，曲线中，曲线1 1是恒转矩负载转矩特性，曲线是恒转矩负载转矩特性，曲线2 2

15、是他励直流电动是他励直流电动机的机械特性。两特性曲线交于机的机械特性。两特性曲线交于A A点。在交点处，电动机与负载具有相同点。在交点处，电动机与负载具有相同的转速，电动机的电磁转矩与负载转矩大小相等，方向相反，互相平衡。的转速，电动机的电磁转矩与负载转矩大小相等，方向相反，互相平衡。根据运动方程式可知，根据运动方程式可知，时系统稳定运行。因此系统应能在时系统稳定运行。因此系统应能在A A点点稳定运行，稳定运行，A A点就称为工作点或运行点。如系统能过渡到新的工作点上稳点就称为工作点或运行点。如系统能过渡到新的工作点上稳定运行，且干扰消失后，系统又能回到原来的工作点稳定运行，则系统是定运行，且

16、干扰消失后，系统又能回到原来的工作点稳定运行，则系统是稳定的，否则是不稳定的。稳定的，否则是不稳定的。0LemTT4.1 他励直流电动机的机械特性 图图4-10 电电力拖动动系统稳统稳定运运行分析 图图4-11 电电力拖动动系统统不稳稳定运运行分析 电力拖动系统在电动机机械特性与负载转矩特性交点上，不一定电力拖动系统在电动机机械特性与负载转矩特性交点上，不一定能稳定运行，也就是说，能稳定运行，也就是说，只是稳定运行的必要条件，尚不充分只是稳定运行的必要条件，尚不充分。对于电力拖动系统，稳定运行的充分必要条件是：电动机机械特性。对于电力拖动系统，稳定运行的充分必要条件是：电动机机械特性与负载转矩

17、特性必须相交，在交点处与负载转矩特性必须相交，在交点处 ，实现转矩平衡，在工，实现转矩平衡，在工作点要满足作点要满足 。LemTTLemTTdndTdndT/L4.2 他励直流电动机的启动他励直流电动机启动时，为了产生较大的启动转矩及不使起动后的转他励直流电动机启动时，为了产生较大的启动转矩及不使起动后的转速过高，应该满磁通启动，即励磁电流为额定值，每极磁通为额定值。因速过高，应该满磁通启动，即励磁电流为额定值，每极磁通为额定值。因此起动时励磁回路不能串电阻，而且绝对不允许励磁回路出现断路。此起动时励磁回路不能串电阻，而且绝对不允许励磁回路出现断路。他他励直流电动机若加额定电压励直流电动机若加

18、额定电压 、电枢回路不串电阻即直接起动，、电枢回路不串电阻即直接起动，此时，此时，、，起动电流，起动电流 ，起动转矩，起动转矩 。由于电流太大，使得电机不能换向，并且还会急剧发热；另外，由于转矩由于电流太大，使得电机不能换向，并且还会急剧发热；另外，由于转矩太大，还会造成机械撞击，都是不允许的。太大，还会造成机械撞击，都是不允许的。电动机电动机拖动负载起动的一般条件是：拖动负载起动的一般条件是：1 1）。因为换向最大允许电流为。因为换向最大允许电流为 ；2 2），这样系统才能顺利起动。，这样系统才能顺利起动。他励直流电动机起动方法有以下两种：他励直流电动机起动方法有以下两种：NU0n0aENa

19、NIRUI StNNTTICTStStN2I.52IstN2.111.TTstN2I.524.2 他励直流电动机的启动1.1.逐级切除启动电阻时的启动过程逐级切除启动电阻时的启动过程 以以三级电阻启动时电动机为例三级电阻启动时电动机为例,三级电阻启动时电动机的电路原理图三级电阻启动时电动机的电路原理图和机械特性分别如图和机械特性分别如图4-124-12所示。所示。图图4-12 4-12 三级电阻启动时电动机电路原理图三级电阻启动时电动机电路原理图 图图4-13 4-13 三级电阻启动时电动机机械特性三级电阻启动时电动机机械特性 他励直流电动机逐级他励直流电动机逐级(三级三级)切除启动电阻切除启

20、动电阻 。启动开始时。启动开始时接触器接触器S S闭合，此时对应图闭合，此时对应图4-134-13的的a a点，与此相应的启动转矩为点，与此相应的启动转矩为 。因此。因此，电机拖动系统在加速转矩，电机拖动系统在加速转矩 的的作用下，速度开始沿着直线作用下，速度开始沿着直线abab上升上升。随着速度的上升，反电势上升，电枢电流下降，电动机的转矩也随着减。随着速度的上升，反电势上升，电枢电流下降，电动机的转矩也随着减少。少。)(321stststRRRL1TT L1TTT4.2 他励直流电动机的启动b b点点 ；c c点点 ；d d点点 ；e e点点 ；f f点点 ；g g点点比较比较以上各式得：

21、以上各式得：在在已知启动电流比已知启动电流比 和电枢电阻和电枢电阻RaRa前提下，前提下，经推导可得各级总电阻为经推导可得各级总电阻为123aNEUIR112aNEUIR222aNEUIR211aNEUIR321aNEUIR31aNaEUIR2111223IIRRRRRRaa11a323a2121RRRRRRRRRRRmmmma 4.2 他励直流电动机的启动各级分段串联电阻为各级分段串联电阻为 （1 1）起动级数已知的启动电阻的）起动级数已知的启动电阻的计算，计算计算，计算各级启动电阻的步骤：各级启动电阻的步骤：1 1）估算或查出电枢电阻）估算或查出电枢电阻 ；2 2）根据过载倍数选取最大转矩

22、）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 ；3 3）选取启动级数）选取启动级数m m；4 4）计算启动电流比：）计算启动电流比：，m m取整数；取整数；5 5）计算转矩：）计算转矩：，校验：，校验：；如果如果不满足，应另选不满足，应另选 或或m m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；6 6）计算各级启动电阻。）计算各级启动电阻。11223121)1()1()1()1(stmamstmstaststastastRRRRRRRRRRRaR1T1ImRIUa1N12TT LTT)3.11.1(2LTT)3.11.1(21T4.2 他励直流电动机的启动2

23、 2）启动级数未定时的启动电阻的计算）启动级数未定时的启动电阻的计算1 1）确定启动电流）确定启动电流 和切换电流和切换电流 ：，；2 2）启动电流（转矩）比：）启动电流（转矩）比：；3 3）求出电枢电路电阻）求出电枢电路电阻 ；4 4）求出启动时的电枢总电阻）求出启动时的电枢总电阻 ；5 5）确定启动级数）确定启动级数m m，并将其修正为相近的整数；，并将其修正为相近的整数；6 6）根据）根据m m值和式值和式 计算出新的计算出新的 值；值；7 7）利用上式计算各级总电阻和各级分段串联电阻。）利用上式计算各级总电阻和各级分段串联电阻。1I2I)()0.25.1()(NaN11TITI)()2

24、.11.1()(LL22TITI21IIaRmRmRIUa1N4.2 他励直流电动机的启动降低电枢电压启动，即启动前将施加在电动机电枢两端的电源电压降低电枢电压启动，即启动前将施加在电动机电枢两端的电源电压降低，以减小启动电流降低，以减小启动电流(一般限制在一般限制在1.51.52IN)2IN)，启动转矩足够大，启动转矩足够大 ,电动机启动后，再逐渐提高电源电压，使启动电磁转矩维持在一定数值电动机启动后，再逐渐提高电源电压，使启动电磁转矩维持在一定数值，保证电动机按需要的加速度升速，其接线原理和启动机械特性如下图，保证电动机按需要的加速度升速，其接线原理和启动机械特性如下图所示。所示。LTTs

25、t 图图4-14 降低电枢电压电枢电压起动动接线线原理图图 图图4-15 降低电枢电压电枢电压起动动机械特性4.3 他励直流电动机的调速许多生产机械的运行速度，随其具体工作情况不同而不一样。系统许多生产机械的运行速度，随其具体工作情况不同而不一样。系统运行的速度需要根据生产机械工艺要求而人为调节。调节转速，简称为运行的速度需要根据生产机械工艺要求而人为调节。调节转速，简称为调速。改变传动机构速比的调速方法称为机械调速，通过改变电动机参调速。改变传动机构速比的调速方法称为机械调速，通过改变电动机参数而改变系统运行转速的调速方法称为电气调速。数而改变系统运行转速的调速方法称为电气调速。由于由于他励

26、直流电动机比交流异步电动机能够获得更宽的调速范围并他励直流电动机比交流异步电动机能够获得更宽的调速范围并能够实现平滑的无级调速，在调速性能要求较高的生产机械上，还应用能够实现平滑的无级调速，在调速性能要求较高的生产机械上，还应用他励直流电动机。他励直流电动机。4.3 他励直流电动机的调速拖动负载运行的他励直流电动机，其转速是由工作点决定的，工作拖动负载运行的他励直流电动机，其转速是由工作点决定的，工作点改变了，电动机的转速也就改变了。对于具体负载而言，其转矩特性点改变了，电动机的转速也就改变了。对于具体负载而言，其转矩特性是一定的，不能改变，但是他励直流电动机的机械特性却可以人为地改是一定的，

27、不能改变，但是他励直流电动机的机械特性却可以人为地改变。变。4.3.1 他励直流电动机的调速方法 4.3 他励直流电动机的调速1.1.电枢串电阻调速电枢串电阻调速 他他励直流电动机拖动负载运行时，保持电源电压及磁通为额定值不励直流电动机拖动负载运行时，保持电源电压及磁通为额定值不变，在电枢回路中串入不同的电阻时，电动机运行于不同的转速，如下变，在电枢回路中串入不同的电阻时，电动机运行于不同的转速，如下图所示。其中负载是恒转矩负载。比如原来没有串电阻时，工作点为图所示。其中负载是恒转矩负载。比如原来没有串电阻时，工作点为A A，转速为转速为n n，电枢中串入电阻，电枢中串入电阻 后，工作点就变成

28、了后，工作点就变成了 ，转速降为，转速降为 。电动。电动机从机从 运行的物理过程。通常把电动机运行于固有机械特性上的运行的物理过程。通常把电动机运行于固有机械特性上的转速称为基速，那么，电枢回路串电阻调速的方法，其调速方向只能是转速称为基速，那么，电枢回路串电阻调速的方法，其调速方向只能是从基速向下调。从基速向下调。4.3.1 他励直流电动机的调速方法 1R1A1n1AAA4.3 他励直流电动机的调速4.3.1 他励直流电动机的调速方法 图图4-16 4-16 电枢回路串电阻调速电枢回路串电阻调速 4.3 他励直流电动机的调速电磁电磁转矩转矩 ，稳定运行时，稳定运行时 ，电枢电流，电枢电流 ，

29、因此，因此，常数常数时，时，=常数，如果常数，如果 ，则，则 ，即，即 与电动机转速与电动机转速n n无关。无关。电枢电枢回路串电阻调速时，所串的调速电阻回路串电阻调速时，所串的调速电阻 、等上通过很大的电等上通过很大的电枢电流枢电流 ，会产生很大的损耗，会产生很大的损耗 、等，转速越低，损耗越等，转速越低，损耗越大大尽管尽管电枢串电阻调速方法，所需设备简单，但由于上述功率损耗大电枢串电阻调速方法，所需设备简单，但由于上述功率损耗大，低速时转速不稳定，不能连续调速等缺点，只应用于调速性能要求不，低速时转速不稳定，不能连续调速等缺点，只应用于调速性能要求不高的中、小电机上，大容量电动机不采用。高

30、的中、小电机上，大容量电动机不采用。4.3.1 他励直流电动机的调速方法 aNTICTLTT NTLaCTI LT22aRI12aRIaI1R2RNLTT NaII aIaI4.3 他励直流电动机的调速4.3.1 他励直流电动机的调速方法 图图4-17 4-17 降低电源电压调速降低电源电压调速 4.3 他励直流电动机的调速降低电源电压调速时。如果拖动恒转矩负载，电动机运行于不同的转速降低电源电压调速时。如果拖动恒转矩负载，电动机运行于不同的转速上时，电动机电枢电流上时，电动机电枢电流 也是不变的，这是因为：电磁转矩也是不变的，这是因为：电磁转矩 ，稳定运行时稳定运行时 ；电枢电流；电枢电流

31、。因此，因此，常数时，常数时，常数，常数，如果如果 ，则，则 ，与电动机转速无关与电动机转速无关。3 3.弱磁调速弱磁调速 保持保持他励直流电动机电源电压不变，电枢回路也不串电阻，在电动机拖他励直流电动机电源电压不变，电枢回路也不串电阻，在电动机拖动的负载转矩不过大时，降低他励直流电动机的磁通，可以使电动机转速升动的负载转矩不过大时，降低他励直流电动机的磁通，可以使电动机转速升高。图高。图4-184-18所示为他励直流电动机带恒转矩负载时弱磁升速的机械特性。所示为他励直流电动机带恒转矩负载时弱磁升速的机械特性。4.3.1 他励直流电动机的调速方法 aIaNTICTLTT NTLaCTI LTa

32、INLTT NaII aI4.3 他励直流电动机的调速4.3.1 他励直流电动机的调速方法 图图4-18 4-18 弱磁调速弱磁调速 4.3 他励直流电动机的调速以减弱磁通升高转速方式调节转速时，电动机转速最大值受换向能力与以减弱磁通升高转速方式调节转速时，电动机转速最大值受换向能力与机械强度的限制，一般约为特殊设计的弱磁调速电动机，可以得到的最高转机械强度的限制，一般约为特殊设计的弱磁调速电动机，可以得到的最高转速。改变磁通调速时，不论在什么转速上运行，电动机的转速与转矩都速。改变磁通调速时，不论在什么转速上运行，电动机的转速与转矩都为为电动机的电磁功率为电动机的电磁功率为4.3.1 他励直

33、流电动机的调速方法 aaNICRCUneeaaT55.9ICICTea2aaNaaNaM60255.9RIIUICRCUICTPeee4.3 他励直流电动机的调速调速的性能指标是决定电动机选择哪一种调速方法的依据，主要性能指调速的性能指标是决定电动机选择哪一种调速方法的依据，主要性能指标有以下三个方面：标有以下三个方面：1.1.调速范围与静差调速范围与静差率率调速范围是指电动机在额定负载转矩调速范围是指电动机在额定负载转矩 调速时，其最高转速与最低调速时，其最高转速与最低转速之比。用转速之比。用D D表示，表示，时为时为 静静差率或称转速变化率。是指电动机由理想空载到额定负载时转速的变差率或称

34、转速变化率。是指电动机由理想空载到额定负载时转速的变化率。用化率。用 表示，表示，时为时为 4.3.2 调速的性能指标 NTT NTT minmaxnnD NTT 00nnnnn4.3 他励直流电动机的调速4.3.2 调速的性能指标 静静差率差率 越小，转速的相对稳定性越好，负载波动时，转速变化也越越小，转速的相对稳定性越好，负载波动时，转速变化也越小。从上式可以看出，静差率与以下两个因素有关：小。从上式可以看出，静差率与以下两个因素有关：1 1）当）当 一定时，机械特性越硬，额定转矩时的转速降落一定时，机械特性越硬，额定转矩时的转速降落 越小，静越小，静差率差率 越小。越小。2 2）机械特性

35、硬度一定时，理想空载转速）机械特性硬度一定时，理想空载转速 越高，越高，越小。越小。0nn0n4.3 他励直流电动机的调速调速范围是指电动机在额定负载转矩调速范围是指电动机在额定负载转矩 调速时，其最高转速与最低调速时，其最高转速与最低转速之比。用转速之比。用D D表示，表示，时为时为 静静差率或称转速变化率。是指电动机由理想空载到额定负载时转速的变差率或称转速变化率。是指电动机由理想空载到额定负载时转速的变化率。用化率。用 表示，表示，时为时为静静差率差率 越小，转速的相对稳定性越好，负载波动时，转速变化也越越小，转速的相对稳定性越好，负载波动时，转速变化也越小。从上式可以看出，静差率与以下

36、两个因素有关：小。从上式可以看出，静差率与以下两个因素有关：1 1）当）当 一定时，机械特性越硬，额定转矩时的转速降落一定时，机械特性越硬，额定转矩时的转速降落 越小，静越小，静差率差率 越小。越小。2 2）机械特性硬度一定时，理想空载转速）机械特性硬度一定时，理想空载转速 越高，越高，越小。越小。NTT NTT minmaxnnD NTT 00nnnnnn0n4.3 他励直流电动机的调速 图图4-19 4-19 电枢串电阻调速时静差率与调速范围电枢串电阻调速时静差率与调速范围 图图4-20 4-20 降低电源电压调速时静差率与调速范围降低电源电压调速时静差率与调速范围 调速范围与静差率有关系

37、，而且互相制约着，因此需要调速的生产机调速范围与静差率有关系，而且互相制约着，因此需要调速的生产机械，必须同时提出静差率与调速范围这两项指标，以便选择适当的调速方械，必须同时提出静差率与调速范围这两项指标，以便选择适当的调速方法。法。4.3 他励直流电动机的调速 2.2.调速的平滑性调速的平滑性 无级调速的平滑性最好，有级调速的平滑性用平滑系数无级调速的平滑性最好，有级调速的平滑性用平滑系数 表示，其定表示，其定义为：相邻两极转速中，高一级转速义为：相邻两极转速中，高一级转速 与低一级转速与低一级转速 之比，即之比，即 越越小，调速越平滑。无级调速是小，调速越平滑。无级调速是 ，。in1in1

38、iinni14.3 他励直流电动机的调速4.3 他励直流电动机的调速调速方法调速方法电枢串电阻电枢串电阻降电源电压降电源电压减弱磁通减弱磁通调速方向向下调向下调向上调时调速范围约2约1012 无关)一定调速范围内转速的稳定性差好较好负载能力恒转矩恒转矩恒功率调速平滑性有级调速无级调速无级调速设备初投资少多较多电能损耗多较少少4.3 他励直流电动机的调速4.3.3 调速方式与负载类型的配合 aINaII NaII emP4.3 他励直流电动机的调速4.3.3 调速方式与负载类型的配合 4.4 他励直流电动机的制动4.4.1 电动运行（1 1）.正向电动运行正向电动运行他他励直流电动机工作点在第励

39、直流电动机工作点在第I I象限时，如图象限时，如图4-214-21所示的所示的A A点和点和B B点，电动点，电动机电磁转矩机电磁转矩 。转速。转速 ，这种运行状态称为正向电动运行。，这种运行状态称为正向电动运行。由于由于T T和和n n同同向，向，T T称为拖动转矩。称为拖动转矩。0T0n图图4-21 4-21 他励直流电动机电动运行他励直流电动机电动运行1-1-固有机械特性；固有机械特性；2-2-降压人为机械特性降压人为机械特性；3-3-电源电压为（电源电压为（-U UN N）人为机械特性）人为机械特性4.4 他励直流电动机的制动2 2）反向电动运行）反向电动运行拖动拖动反抗性负载，正转时

40、电动机工作点在第反抗性负载，正转时电动机工作点在第I I象限，反转时，电动机工象限，反转时，电动机工作点则在第作点则在第象限，如图上图所示的象限，如图上图所示的C C点，这时电动机电源电压为负值。在点，这时电动机电源电压为负值。在第第象限运行时，电磁转矩象限运行时，电磁转矩 ，转速，转速 ，T T与与n n仍同向，仍同向，T T仍旧仍旧为拖动性转矩，其功率关系与正向电动运行完全相同，这种运行状态称为为拖动性转矩，其功率关系与正向电动运行完全相同，这种运行状态称为反向电动运行。反向电动运行。实际实际运行的电动机除了运行于运行的电动机除了运行于T T与与n n同方向的电动运行状态之外，经常同方向的

41、电动运行状态之外，经常还运行在还运行在T T与与n n反方向的运行状态。反方向的运行状态。T T与与n n反方向意味着电动机的电磁转矩不反方向意味着电动机的电磁转矩不是拖动性转矩，而是制动性阻转矩了，这种运行状态统称为制动状态，工是拖动性转矩，而是制动性阻转矩了，这种运行状态统称为制动状态，工作点显然是在第作点显然是在第、象限里。象限里。0T0n4.4 他励直流电动机的制动4.4.2 能耗制动制动的方式有：机械（抱闸）制动，即利用电磁或电磁液压驱动装置，制动的方式有：机械（抱闸）制动，即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），如图使闸瓦抱紧或松开制动盘（得电松

42、闸、失电抱闸），如图4-224-22所示；电磁制所示；电磁制动，即当电磁转矩动，即当电磁转矩 与与n n的方向相同时，电磁转矩为驱动转矩，电机运行的方向相同时，电磁转矩为驱动转矩，电机运行于电动状态，当于电动状态，当 与与n n方向相反时，电磁转矩为制动转矩，电机运行于电方向相反时，电磁转矩为制动转矩，电机运行于电磁制动状态（本质）。械制动具有快速、准确的优点，但是对于高速、惯性磁制动状态（本质）。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；电磁制动则具有制动相对平稳、制动转矩容易大的设备，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。很多情况

43、下采用机械制动结合电磁制动来进行制动。控制的特点。很多情况下采用机械制动结合电磁制动来进行制动。emTemT图图4-22 机械抱闸闸制动动示意图图4.4 他励直流电动机的制动根据制动过程中电机发出的电功率的去向不同以及外部所提供的条件不根据制动过程中电机发出的电功率的去向不同以及外部所提供的条件不同，制动可分为能耗制动、反接制动和回馈（再生）制动。同，制动可分为能耗制动、反接制动和回馈（再生）制动。（1 1）能耗制动过程）能耗制动过程他他励直流电动机拖动反抗性恒转矩负载运行于正向电动运行状态时，其励直流电动机拖动反抗性恒转矩负载运行于正向电动运行状态时，其接线如图接线如图4-234-23所示刀

44、闸接在电源上的情况。制动时将开关所示刀闸接在电源上的情况。制动时将开关S S打到制动电阻打到制动电阻 上，由于惯性，电枢保持原来方向继续旋转，电动势上，由于惯性，电枢保持原来方向继续旋转，电动势 方向不变。由方向不变。由 产产生的电枢电流生的电枢电流 的方向与电动状态时的方向与电动状态时 的方向相反，对应的电磁转矩的方向相反，对应的电磁转矩 与与 方向相反，为制动性质，电机处于能耗制动状态。方向相反，为制动性质，电机处于能耗制动状态。BRaEaEBaIaIBemTemT4.4 他励直流电动机的制动 图图4-23 4-23 能耗制动接线图能耗制动接线图 图图4-24 4-24 能耗制动过程能耗制

45、动过程4.4 他励直流电动机的制动(2)(2)能耗制动运行能耗制动运行他他励直流电动机如果拖动位能性负载，本来运行在正向电动状态，突励直流电动机如果拖动位能性负载，本来运行在正向电动状态，突然采用能耗制动，如图然采用能耗制动，如图4-244-24所示，电动机的运行点从所示，电动机的运行点从 ，是能耗制动过程是能耗制动过程，与拖动反抗性负载时完全一样。但是到了，与拖动反抗性负载时完全一样。但是到了0 0点以后。如果不采用其他办法点以后。如果不采用其他办法停车如抱闸抱住电动机轴，则由于电磁转矩停车如抱闸抱住电动机轴，则由于电磁转矩 ，小于负载转矩，系统小于负载转矩，系统会继续减速，也就是开始反转了

46、。电动机的运行点沿着能耗制动机械特性会继续减速，也就是开始反转了。电动机的运行点沿着能耗制动机械特性曲线曲线2 2从从 ，点处点处 ,系统稳定运行于工作点系统稳定运行于工作点 。该处电动机电磁该处电动机电磁转矩转矩 ，转速，转速 ，T T与与n n方向相反，方向相反，T T为制动性转矩，这种稳态运行为制动性转矩，这种稳态运行状况称为能耗制动运行。在这种运行状态下，状况称为能耗制动运行。在这种运行状态下，方向与系统转速方向与系统转速 同方向同方向，为拖动性转矩。能耗制动运行时电动机电枢回路串入的制动电阻不同时，为拖动性转矩。能耗制动运行时电动机电枢回路串入的制动电阻不同时，运行转速也不同，制动电

47、阻，运行转速也不同，制动电阻 越大越大,曲线曲线2 2越陡，转速绝对值越陡，转速绝对值 越高。越高。0TC0CLTT 0T0nCLTBRn4.4 他励直流电动机的制动电气制动方法除了能耗制动停车外，还可以采用反接制动停车。反接制电气制动方法除了能耗制动停车外，还可以采用反接制动停车。反接制动有电源反接制动和倒拉反接制动两种。动有电源反接制动和倒拉反接制动两种。开关开关S S投向投向“电动电动”侧时，电枢接正极电压，电机处于电动状态。反接制侧时，电枢接正极电压，电机处于电动状态。反接制动时，将开关投向动时，将开关投向“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，接上极性相后，

48、接上极性相反的电源电压，如图反的电源电压，如图4-254-25所示，电枢回路内产生反向电流如下式，机械特性所示，电枢回路内产生反向电流如下式，机械特性方程为下式。方程为下式。拖动拖动反抗性恒转矩负载，反接制动停车时，其机械特性如图反抗性恒转矩负载，反接制动停车时，其机械特性如图4-264-26所示。所示。本来电动机的工作点在本来电动机的工作点在A A，反接制动后，电动机运行点从，反接制动后，电动机运行点从 ，到，到 C C 点后电动机转速点后电动机转速 ，制动停车过程结束，将电动机的电源切除。，制动停车过程结束，将电动机的电源切除。4.4.3反接制动BRBaaBaaaBRREURREUIeme

49、mNTeBaNeNTnTCCRRCUn02CBA0n4.4 他励直流电动机的制动 图图4-25 4-25 电源反接制动接线图电源反接制动接线图 图图4-26 4-26 反接制动停车时机械特性反接制动停车时机械特性4.4 他励直流电动机的制动 图图4-27 4-27 反接制动接着反向起动时机械特性反接制动接着反向起动时机械特性 图图4-28 4-28 反接制动过程和能耗制动过程对比图反接制动过程和能耗制动过程对比图4.4 他励直流电动机的制动（2 2）倒拉反接制动）倒拉反接制动他他励直流电动机如果拖动位能性负载运行，电枢回路串入电阻时，转速励直流电动机如果拖动位能性负载运行，电枢回路串入电阻时，

50、转速下降，但是如果电阻值大到一定程度后，见图下降，但是如果电阻值大到一定程度后，见图4-294-29所示，就会使转速所示，就会使转速 工作点在第工作点在第象限，电磁转矩象限，电磁转矩 ，与，与 n n方向相反，是一种制动运行状态方向相反，是一种制动运行状态，称为倒拉反转运行或限速反转运行。倒拉反转反接制动适用于低速下放重，称为倒拉反转运行或限速反转运行。倒拉反转反接制动适用于低速下放重物，其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物，其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，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。部分，机械特性方程就