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1、一、直流电机的可逆性：（图2-30）1）直流发电机 （原动机以T1拖动电枢以n旋转）Ea和Ia同方向； Ea U TM与n反方向，TM是制动作用的转矩。 （2）直流电动机 Ea和Ia反方向；（故电动电动 机的电势电势 又叫反电势电势 ） Ea Ea励磁回路：RarfIaIfIEaTem,nUr2.转速公式电枢回路：U Ladia/dt iaRa Ea励磁回路： U Lfdif/dt ifRf3.电压平衡动态方程：三、功率平衡（四大基本关系式之一）1.电磁功率PM 定义：电磁功率是能量转换【电能机械能】过 程中的转换功率。 PMEaIa = TMEaIa=(PN/60a)* nIa= (PN/
2、2a) Ia*(2n/60)=TM电动机从电源输入的电功率为：2.功率平衡直流电动机的功率平衡式：效率：3.效率四、转矩平衡方程式1.当电机以恒定转速旋转时发电机输入的机械转矩与电机本身的机械阻力转矩 和电磁转矩相平衡。电动机产生的电磁转矩减去空载 阻力转矩之后就是电动机输出的机械转矩了。设 T0 电机本身的机械阻力转矩；T1,T2 表示电机的输入，输出转矩。则 发电机 T1 = T0 + TM 电动机 TM = T0 + T22、当电动机转速变化时TM = T0 + T2 +J*d/dt= TC + TjTj为惯性转矩， Tj = J*d/dtTC为机组总负载制动转矩，TC = T0 + T
3、22.5.2 工作特性工作特性： 是指在UUN，IfIfN时， 转速n、电磁转矩Tem和效率 随输出功率P2而变化的关系。即 或还研究n与Tem之间的关系， 即机械特性:nf（ Tem ）1.并励（他励）电动机转速特性时 ，的关系为转速特性。根据转速公式，可得n0： 理想空载转速转速下降不多， 考虑电枢反应， 有可能升高。 Iann0IaTem2.并励（他励）电动机转矩特性根据转矩公式：或者考虑去磁， 曲线有所下降。3.并励（他励）电动机效率特性当UUN， IfIfN时 ，的关系叫效率特性。其中:为不变损耗为可变损耗与Ia之间存在二次关系， 效率曲线存在一个最大值。 令 可得忽略励磁电流Ia结
4、论：当电动机在某负载下不变损耗等于可变 损耗时， 此时效率最高。推论： （1）额定运行时总损耗 ；（2）可从额定数据来估算电枢回路总电阻 。上述结论和推论具有普遍性Temn4.并励（他励）电动机机械特性机械特性反映得是转速与电磁转矩之间的变化规律。 从机械特性是稍下降的直线， 计及饱和， 成为水平或上翘 。有从并励电动机转速随所需电磁转矩的增加而稍有变化， 该特性称为硬特性。 用转速变化率来表征：Ian5.串励电动机转速特性（ ）根据转速公式，可得特点：重载时， n很小；轻载时，飞车。结论：串励电动机不允许在小于1520的额定负 载下起动。Ia6.串励电动机转矩特性Temf（Ia）根据转矩公式
5、：特点：串励电动机有较大起动转矩与过载能力。大负载时，该曲线接近直线变化。 结论：适用于重载起动的场 合， 不允许在空载和很轻负 载下运行。emTemn7.串励电动机机械特性从电压方程以及得转速随所需电磁转矩的增加而迅速变化，该特性称 为软特性。 Ian8.复励电动机的工作特性复励是串励和并励共同合成的励磁方式。 并励起主要作用， 接近并励特性；串励起主要作用， 接近串励特性；他励串励复励直流电动机的总结（1）三个平衡式， 以及UEa的电动状态判据 。（2）不同励磁方式对工作特性的影响 。以电动机作为原动机，按人们所给定的规律 来带动生产机械， 称为电力拖动。电 源控制设备电动机传动机构工作机
6、构电力拖动系统的构成2.6 直流电力传动2.6.1 电力传动系统基础一、运动方程 ：g： 重力加速度， 9.8米/秒2；GD2：系统的飞轮矩（牛米2）；n： 转速（转/分）；T、TZ：转矩（牛米）注 意： GD2是 一个完 整的符 号;T、 TZ具有 方向性 ， 与转 速方向 一致为 正。二、多轴系统的运动方程系统中具有两根或两根以上不同转速的转 轴， 称为多轴系统。对多轴系统的分析，通过把多轴系统折算为 等效的单轴系统，进行简化。按单轴系统的运 动方程进行简化。折算原则：保持系统的功率传递关系及系统 储存的动能不变。 负载转矩、飞轮矩、阻力、质量等负载转矩的大小 与速度无关，但 其方向始终与
7、转 向相反TZn0三、负载转矩特性反抗性恒转矩负载位能性恒转矩负载恒功率负载通风机型负载转矩具有固 定的方向， 不随转速方 向的改变而 改变nTZ0负载的功率为常 数，不随转速的 变化而改变负载的转矩与 转速的平方成 正比TZn0TZn0四、稳定运行条件电机的机械特性需要与负载特性同时存在。 分 析拖动系统运行时，在同一坐标图上，两特性的交 点是系统的平衡点。平衡点稳定点？稳定点：在受到外界扰 动后， 仍能还原的点。稳定点的条件 ：Temn2.6.2 直流电动机的起动v直接起动v电枢回路串变阻器起动v降压起动直流电动机接到电源以后，转速从零达到 稳定转速的过程， 称为起动过程。对电动机起动的基
8、本要求：（1）起动转矩要大；（2）起动电流要小；（3）起动设备要简单、经济、可靠。（1）他励直流电机直接起动将电动机的电枢投入额定电压的电源上起动 。优点：操作简单，无需另加设备。缺点：冲击电流大，引起换向困难，产生 火花；电源会发生瞬时跌落。适用于容量 很小的电动机。tniania图2.67 直接起动时ia、n随t变化曲线将起动电阻串入电枢回路，待转速上 升后，逐步将起动电阻切除。（2）电枢回路串变阻器起动R1R2R3Tn0R1+R2+R3R1+R2R1起动电流将起动电流限制在允许的范围内，选择合适的Rst，其步骤:（1）根据电动机铭牌数据，估算电动机电枢回路 电阻Ra；（2）选取最大起动电
9、流I1，计算最大起动电阻；（3）决定起动电阻级数；（4）计算起动电流比。图2.68 电枢回路串电阻起动时ia、n随t变化曲线tiannia(3)降压起动开始时，降低端电压， 使Ia(1.52.0)IN, Tem=(1.52.0）TemN。随着转速的上升，逐步提高电枢电压，并使电 枢电流限制在一定范围内。优点：起动电流小，起动过程平滑、能量损耗少 。 缺点：需要一套专用的直流发电机或整流电源， 投资费用大。串励直流电动机，不允许空 载（或轻载）起动，否则起 动后将造成“飞车“事故。2.6.3直流电动机调速直流电动机的转速公式：直流电动机的调速方法：（1）改变施加在电枢两端的电压；（2）改变串入电
10、枢回路的调节电阻；（3）改变励磁电流从而改变磁通。(1)改变端电压调速保持电动机的 N不变且无外接电枢电阻， 仅降低施加于电动机电枢两端 电压U达到调速的目的， 称为降压调速。TemnU1U1U2U3U2 U3PQ 电压越低， 转速越低， 调速方向从基值往下调 。v降压的人为特性是一簇与固有特性平行的直线， 无论是满载、轻载还是空载都有明显的调速效果。v由于人为特性硬度不变，低速时由于负载变化引 起的转速波动不大。静态稳定性好， 调速范围大。v可平滑调节端电压， 使转速平滑调节，实现无级 调速。v调节过程能量损耗小。特点：（2）改变电枢回路电阻调速保持UUN且 N不变，电枢回路中串入调速电阻R
11、c，使同一个负载得到不同转速的方法， 称为电枢串电阻调速。串入电枢回路的电阻越大， 转速越低。R2R1PQR1R2R3TemnR3电机运行于固有机械特性上的转速称为基速。 电枢回路串电阻调速的方法， 只能从基速往下调。（3）改变励磁调速改变励磁电流调速，实际上是减少励磁电流的调速， 所以又称弱磁调速。弱磁调速：保持UUN，Rj0，仅减小电动 机的励磁电流If使主磁通减小，达到调速目的 。TemnIf1PIf2QIf1If2从两个稳定点P、Q对应转 速说明减小励磁可以使转 速升高。特点n优点：设备简单，调节方便，能耗小。n缺点： 单方向调节，转速调得过高，励 磁过弱， 电枢电流变大， 换向变坏，
12、 出现不稳定。串电枢电阻调速（1）设备简单、操作方便。（2）低速时， 机械特性很软， 当负载变化 时， 转速波动很大。静态稳定性差，调速范 围不大。（3）由于电阻的不连续调节， 因此速度调 节不平滑， 属有级调速。 （4）电枢电流在Rc上消耗的能量大， 调速 时效率低。 效率与转速成正比。 调速性能指标（1）调速范围：电动机在额定负载转矩下调速 时， 最高转速与最低转速之比。用D表示。（2）静差率（相对稳定性：也称转速变化率。指电动机由理想空载到额定负载时转速的变化率。 静差率越小， 转速的相对稳定性越好。（3）调速的平滑性：无级调速平滑性最好， 有级调速由相邻两级转速中， 高一级转速与低 一
13、级转速之比。 （4）调速时电动机的容许输出：电动机在不同 转速时轴上输出的功率和转矩。不同的调速方 法允许的输出不同。（5） 经济性2.6.4直流电动机的制动直流电动机的两种运转状态：（1）电动运转状态：电动机的电磁转矩方向与旋 转方向相同 ，此时电网向电动机输入电能， 并转 变为机械能带动负载。（2）制动运转状态：电动机的电磁转矩方向与旋 转方向相反，此时电动机吸收机械能转变为电能 。 电动机很快停车，或者由高速运行很快进入低 速， 要求制动运行。直流电动机的制动方法断开电源抱闸能耗制动反接制动回馈制动机械制动电气制动自由停车（1）能耗制动的方法和原理实际上是一台他励直流发电机。轴上的机械能
14、转化成电能， 全部消耗于电枢回路 的电阻上， 所以称为能耗 制动。IfUNRTEaIan保持励磁电流If的大小及方向不变， 将开关接至RT， 电枢从电网脱离经制动电阻RT闭合。IfUNRTEaIan能耗制动时的机械特性能耗制动的参数代入机械特性的一般表达式， 得到能耗制动时的机械特性：制动过程：Tn 固有串电阻反抗性负载停车位能性负载稳速下放能耗制动的特点能耗制动的特点 ：（1）操作简单，停车准确；（2）能耗制动产生的冲击电流不会影响电网；（3）低速时制动转矩小，停转慢；（4）动能大部分都消耗在制动电阻上。制动初瞬的最大电流 ：制动电阻：（2）反接制动反接 制动转速反向（用于位能负载）电枢反接
15、（用于反抗性负载 ）（电动势反向 ）（电压反向）转速反向的反接制动If及端电压UN不变， 仅在电枢回路串入足够大的制动电阻RT，使该人为特性与负载转矩特性的交点处于第四象限。不同的RT，可得到不同的稳定转速。nTem0nABCDAnD电压平衡式：机械特性：转速反向的反接制动能量关系：U及Ia的方向与电动状态相同，UIa表示由电网输入的功率；Ea 的方向与电动状态时相反， EaIa表示输入的机械功率 在电枢内变成电磁功率；UIa与EaIa两者之和消耗在电枢电路的电阻(RaRT)上。电枢反接的反接制动保持If不变， 将开关向下合闸， 使电枢经制动电 阻RT而反接于电网上。参数特点： N， UUN。
16、 R=Ra+RT.IfUNRT EaIanTemnAABCD E电动下固有不串RT串RTnE电枢反接的反接制动机械特性：能量关系 ：从电网吸收的电能和轴上输入的机械能都消耗在 电枢回路的电阻上。 电压平衡式 ：（Ia反向）电枢反接的反接制动特点：（1）可以很快使机组停机；（2） 需要加入足够的电阻， 限制电枢电流；（3）转速至零时， 需切断电源。Temn0电动下固有A nA（3）回馈制动当转速高于某一数值时，电枢电动势大于端电压 ， 电机进入发电状态， 电磁转矩起制动作用， 限 制转速上升， 位能转换为电能， 回馈到电网。 ( 分反向和正向回馈制动）1）电压反向的反接制动2）反向电动状态3）回馈制动 EnEBCD串RTn0反向回馈时， 电机实际转速方向与电压反向 后的理想空载转速方向一致。Ia与Ea方向一致。 电机呈发电机状态。回馈制
