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1、孙建忠电机与拖动第孙建忠电机与拖动第8 8章章 直直流电动机的电力拖动流电动机的电力拖动大连理工大学电气工程系8.1 他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性n =UaCERaCECT2Te当当 Ua、Ra、If = 常数时：常数时： n = f (Te) 机械特性机械特性= n0 Te= n0n理想空理想空载转速载转速 = dndTeRaCECT2= = 1 机械特性的硬度机械特性的硬度电机与拖动电机与拖动大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系2. 起动级数未定时的起动
2、电阻的计算起动级数未定时的起动电阻的计算(1) 测出或由铭牌数据估算出测出或由铭牌数据估算出 Ra；(2) 确定最大起动电流确定最大起动电流 I1 、切换电流、切换电流 I2 ； 起切电流比：起切电流比：= I1 I2 (3) 求出起动时的电枢总电阻求出起动时的电枢总电阻 RmRm = Ua I1 = UN (1.52) IN (4) 确定起动级数确定起动级数 m：m =RmRa lg lg电机与拖动电机与拖动大连理工大学电气工程系eOTenn0T1(I1)TLT2(I2)abcdfnd = ne即：即：Ed = EeUa R1I2 = Ua RaI1 R1I2 = RaI1 R1=RaI1I
3、2=Ra同理，由同理，由 nb = nc可得：可得：R2=R1I1I2=R1=2Ra对于对于 m 级起动，有：级起动，有：Rm=mRam =RmRa lg lgRaR1R2电机与拖动电机与拖动大连理工大学电气工程系(5) 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 =Ra R2 =R1=2Ra R3 =R2=3Ra Rm =R(m1) =mRa各段电阻值：各段电阻值： Rst1 = R1Ra Rst2 = R2R1 Rst3 = R3R2 Rstm = RmR(m1)电机与拖动电机与拖动大连理工大学电气工程系3. 起动级数已定时的起动电阻的计算
4、起动级数已定时的起动电阻的计算(1) 测出或由铭牌数据估算出测出或由铭牌数据估算出 Ra；(2) 确定最大起动电流确定最大起动电流 I1，计算：，计算： Rm =UNI1= RmRa mI2 = I1 校验：校验： I2 (1.11.2) IL(4) 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。(3) 确定切换电流确定切换电流 I2电机与拖动电机与拖动大连理工大学电气工程系二、降低电枢电压起动二、降低电枢电压起动 OTe nn0UaNUa1Ua2Ua3aT1(I1)cegT2(I2)bdfTLh 自动调节电压，平滑起动，损耗小。自动调节电压，平滑起动，损耗小。 需要可调直流电源
5、。需要可调直流电源。大连理工大学电气工程系三、三、 他励直流电动机的反转他励直流电动机的反转OTenn01. 磁场反向磁场反向Te = CT Ia2. 电枢反向电枢反向n0 Lf大，过渡过程时间长。大，过渡过程时间长。 容易使绕组断开。容易使绕组断开。正向电动正向电动反向电动反向电动问题：问题： 怎样改变并励、串励、积复励电动机的转向？怎样改变并励、串励、积复励电动机的转向？电机与拖动电机与拖动大连理工大学电气工程系8.3 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速 调速的技术指标：调速的技术指标： 调速范围、调速范围、静差率静差率、平滑性、容许输出。、平滑性、容许输出。 车床车床 龙门刨床龙门
6、刨床 轧钢机轧钢机 造纸机造纸机 D20 120 20 40 3 120 3 20 30% 5% 0.2% 0.01% 调速的经济指标：调速的经济指标： 调速系统的设备投资、运行费用。调速系统的设备投资、运行费用。n =CEUaRaCECT2TeUaRa电机与拖动电机与拖动 调速方法：调速方法：大连理工大学电气工程系一、改变电枢电阻调速一、改变电枢电阻调速Ra2OTe nn0Ra1TLabcncTL OTenn0Ra2Ra1abcOTe nn0Ra2Ra1TLacb(1) 调速方向：在调速方向：在 nN 以下以下 调节。调节。 (Ra + Rc)n，(Ra + Rc)n 。(2) 调速的稳定性
7、调速的稳定性: (Ra + Rc) 稳定性变差。稳定性变差。(3) 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。电机与拖动电机与拖动大连理工大学电气工程系(4) 调速的平滑性：调速的平滑性：P2 = Pe P0 Pe = CE n Ia = P2 P1 =nn0 低速效率低。低速效率低。(6) 调速时的允许负载：调速时的允许负载： Te = 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。(5) 调速的经济性：调速的经济性： P1 = Ua Ia = CE n0 Ia电机与拖动电机与拖动大连理工大学电气工
8、程系 结论：结论：(1) 调速的经济性很差；调速的经济性很差；(2) 调速方法简单，控制设备不复杂；调速方法简单，控制设备不复杂；(3) 一般用于：串励或复励直流电动机拖动的电车、一般用于：串励或复励直流电动机拖动的电车、 炼钢车间的浇铸吊车等生产机械。炼钢车间的浇铸吊车等生产机械。 提高机械特性硬度的方法：提高机械特性硬度的方法：MEUaRc1UfRc2Ra+ RcOTenn0Ran0电机与拖动电机与拖动大连理工大学电气工程系二、改变电枢电压调速二、改变电枢电压调速OTenUa1Ua2TL降低降低 Ua 调速的过程调速的过程:adbcTb(1) 调速方向调速方向: 在在 UN（或（或nN）以
9、下调节。）以下调节。 Uan，Uan。(2) 调速的稳定性调速的稳定性: 改变改变 Ua 、不变，不变， 但但稳定性变差。稳定性变差。(3) 调速范围：调速范围：D 不大（不大（D8） 。(4) 调速的平滑性：连续调节调速的平滑性：连续调节 Ua ，可实现无级调速。，可实现无级调速。 (5) 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。(6) 调速时的允许负载调速时的允许负载: Te = CTN IaN恒转矩调速。恒转矩调速。电机与拖动电机与拖动大连理工大学电气工程系三、减弱磁通调速三、减弱磁通调速OTen21 TLacbn不能跃变不能跃变E Ia Te n Ia 和和 T
10、e上升至某一最大上升至某一最大E 下降至某一最小值后回升下降至某一最小值后回升Te = TL值后下降值后下降n = nc Ta = Tc ，Ia1 Ia2电机与拖动电机与拖动大连理工大学电气工程系 在在 nN 以上（以上（N 以下）调节。以下）调节。(2) 调速的稳定性调速的稳定性: (1) 调速方向调速方向: n，n0 不变，不变，稳定性好。稳定性好。(3) 调速范围：受机械强度（调速范围：受机械强度（nmax）的限制，）的限制，D 不大。不大。 普通普通 M ：D = 2，特殊设计的，特殊设计的 M ：D = 4。(4) 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
11、无级调速。）可实现无级调速。(5) 调速的经济性调速的经济性: 调节调节Rf 比较经济；调节比较经济；调节Uf 则需要专用直流电源。则需要专用直流电源。(6) 调速时的允许负载：调速时的允许负载： Te，n，P 基本不变，基本不变， 为恒功率调速。为恒功率调速。电机与拖动电机与拖动大连理工大学电气工程系 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。电机与拖动电机与拖动大连理工大学电气工程系8.4 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动制动目的：快速停车
12、、匀速下放重物等。制动目的：快速停车、匀速下放重物等。制动方法：制动方法：机械制动、电气制动机械制动、电气制动一、能耗制动一、能耗制动 Te nEUaIaUf电动状态电动状态EUfRbIaTen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，被电阻消耗掉。被电阻消耗掉。电机与拖动电机与拖动TLTL大连理工大学电气工程系TLOTen12制动前：制动前：制动开始后：制动开始后：特性特性 2 Ua = 0， n0 = 0 n = Ra+RbCECT2 Te特性特性 1ba1. 迅速停车迅速停车(反抗性恒转矩负载反抗性恒转矩负载)(1) 制动原理：制动原理： 工作点由工作点由
13、 a b， na = nb，Te 和和 TL的共同作用的共同作用 nEa = EbIa 反向反向Te 反向，反向， 制动开始制动开始O 点点n = 0，E = 0 Ia= 0，Te = 0， 制动停车。制动停车。 制动过程制动过程电机与拖动电机与拖动大连理工大学电气工程系(Ia)(Ia)(2) 制动效果制动效果Rb2 (Rb大大)bOTen1TLa2 (Rb小小)bIa |Tb |制动快，停车迅速。制动快，停车迅速。Ia =EbRa+ Rb (1.52) IaN切换点切换点:Rb 的选择的选择:Ra+ Rb Eb(1.52) IaN电机与拖动电机与拖动EUfRbIaTenTL大连理工大学电气工
14、程系2. 下放重物（位能性恒转矩负载）下放重物（位能性恒转矩负载）TLOTen12baTe= 0， TL0Te 再次反向，再次反向，工作点由工作点由 a b O 点点n 反向起动反向起动 E 反向反向 Ia 再次反向再次反向n 反向反向 E 反向反向 Ia制动过程制动过程(1) 制动原理制动原理cTe Te = TLc 点。点。制动运制动运行状态行状态 电机与拖动电机与拖动重物的作用使电机反转，重物的作用使电机反转，TLTL不等于不等于0 0大连理工大学电气工程系(2) 制动效果制动效果 RbTLOTen12bac2c c特性特性 2 斜率斜率 | nc | 下放重物慢。下放重物慢。Rb 的选
15、择的选择:(Ia)ncRaRb =|Ec |Iac=CE | nc |IL校验校验:RaRb Eb (1.52) IaN电机与拖动电机与拖动b大连理工大学电气工程系EUfRbnnn=0, n0 , E0IaTe制动运行制动运行电机与拖动电机与拖动nTeTLEUaIaUf电动状态电动状态TenTLEUfRbIaTen制动过程制动过程TL大连理工大学电气工程系二、反接制动二、反接制动 1. 电压反向反接制动电压反向反接制动 迅速停车迅速停车 EUfUaRbnIaTe 制动状态制动状态电枢反接时：电枢反接时：动能、电源电能均被动能、电源电能均被 R 消耗掉。消耗掉。电机与拖动电机与拖动EUaIaUf
16、电动状态电动状态TenTLTL大连理工大学电气工程系2n0OTen1n0TL制动前：制动前：n =CE UaRaCECT2 Te制动开始后：制动开始后：特性特性1特性特性2ban =CE UaRa+RbCECT2 Tece电机与拖动电机与拖动大连理工大学电气工程系 2OTen1n0TLbaab， na= nb，Ea= Eb，Te 和和 TL的共同作用的共同作用n工作点由工作点由Ia 反向反向 Te反向，反向，制动开始制动开始c点点n = 0，Te 0, 立刻断电，立刻断电，停车。停车。 制动过程制动过程(1) 制动原理制动原理TL cd未断电，反向起动未断电，反向起动 d 点，反向电动运行。点
17、，反向电动运行。电机与拖动电机与拖动MTe nTLMTe nTLMTe nTL（反抗性负载）（反抗性负载）大连理工大学电气工程系(2) 制动效果制动效果 Rb 特性特性 2 斜率斜率 制动转矩制动转矩 Tb，制动快。，制动快。Rb 的选择的选择:制动开始时的制动开始时的E RaRb (1.52) IaNUaEb 电机与拖动电机与拖动2b1OTenn0TLa2b TbTb大连理工大学电气工程系EUaIaUf2. 电动势反向反接制动电动势反向反接制动 低速下放重物低速下放重物 n开始减速开始减速TeRbnE电枢接入电枢接入 Rb ； Ia Te TeTLn EIa TeTLn = 0, TeTL
18、n n0 |n | |E | Ia TeTe = TL 制动状态制动状态电机与拖动电机与拖动EUaIaUf电动状态电动状态TenTLTL大连理工大学电气工程系TLOTen12bada 点点n,Te 由正向电动提升重物到由正向电动提升重物到 反向制动下放重物的过程：反向制动下放重物的过程：制动前（制动前（特性特性 1 1）：）：c点点 (1) 制动原理制动原理cn =CE UaRaCECT2Te 制动开始后（制动开始后（特性特性 2）：）：n =CE UaRa+RbCECT2Te b 点点电枢串联电枢串联RbTb TLd点，点，Te = TL Tc TLn,Te n不能跃变不能跃变制动运行状态制
19、动运行状态n0,Te0电机与拖动电机与拖动大连理工大学电气工程系n0 重物由静止到反向制动下放重物的过程重物由静止到反向制动下放重物的过程 制动前：制动前：n = 0制动开始后：制动开始后：n =CE UaRa+RbCECT2TeTLOTnbaTsta 点点b 点，点， Te = TLTst TL电动机反向起动电动机反向起动Te TLn,Te 制动运行状态。制动运行状态。 (2) 制动效果：制动效果： Rb机械特性斜率机械特性斜率 b 点上移点上移 Rb 的选择的选择: nL。Ua+ |CE nL |ILRa+ Rb =nL电机与拖动电机与拖动大连理工大学电气工程系三、回馈制动三、回馈制动特点
20、：特点：nn0 EUa 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。OTen1n01. 正向回馈制动正向回馈制动 电车下坡电车下坡 TL12a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 TL2TL23n nn0 EUa Ia0 Te0 b n b 点（点（TL2 = Te）。）。电机与拖动电机与拖动大连理工大学电气工程系TLEnUa Uf制动运行状态制动运行状态TLEIa电动状态电动状态TenUa UfTLEIaTe nUa Ufn E Ia(Te) n=n0, E=Ua, T=0n E(Ua
21、) Ia(Te)0|Te| En0Ua UfTLIaTe下下坡坡电机与拖动电机与拖动大连理工大学电气工程系 在降低电枢电压调速过程中在降低电枢电压调速过程中OTe nUa1Ua2bcTLada点点 n,Tec点点b点点降低降低UaTb0, nn0d点，点，Te =TLTc TLn,Te n不能跃变不能跃变bc 段：段： nn0 回馈制动。回馈制动。电机与拖动电机与拖动大连理工大学电气工程系2. 反向回馈制动反向回馈制动 下放重物下放重物 TLEIa电动状态电动状态TenUa UfEUfUaRbIaTe制动过程制动过程nTL电压反向电压反向反反向向起起动动EUfUaRbTLIaTenEn EUa
22、Ia(Te)反向反向EUfUaRbTLIaTen回馈制动回馈制动电机与拖动电机与拖动TenTLabcde大连理工大学电气工程系2. 反向回馈制动反向回馈制动 下放重物下放重物2n0 OTn1n0TLbacde a 点点 改变改变Ua极性极性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n不能跃变不能跃变e 点，点，Te = TL回馈制动回馈制动Td 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电机与拖动电机与拖动大连理工大学电气工程系 制动效果：制动效果： Rb ne。 Rb 的选择的选择:Ra+ Rb =
23、|CE nL | | Ua |IL校验校验:Ra+ Rb |Ua | + Eb(1.52) IaN电机与拖动电机与拖动大连理工大学电气工程系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 EUfUaRbnIaTe电压反向制动过程电压反向制动过程TLEUfUaRbnIaTe回馈制动状态回馈制动状态TLTLEIa电动状态电动状态TnUa Uf电机与拖动电机与拖动大连理工大学电气工程系8.5 他励电动机的四象限运行他励电动机的四象限运行 1. 电动状态电动状态正向固有特性正向固有特性反向固有特性反向固有特性减小减小 If 的人的为特性的人的为特性减小减小 If 的人为特性的人为特性增加增加 Ra 的人的为特性的人的为特性增加增加 Ra 的人为特性的人为特性降低降低 Ua 的人为特性的人为特性降低降低 Ua 的人为特性的人为特性OnT正正向向反反向向电机与拖动电机与拖动大连理工大学电气工程系2. 制动状态制动状态 OnT正向回馈制动正向回馈制动反向回馈制动反向回馈制动能耗制动过程能耗制动过程能耗制动运行能耗制动运行电压反向反接制动电压反向反接制动电压反向反接制动电压反向反接制动电机与拖动电机与拖动大连理工大学电气工程系Thank You电机与拖动电机与拖动结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！46
