直流电机拖动课件

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1、第二章第二章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动电气控制设备要按一电气控制设备要按一定规律控制电动机定规律控制电动机使电机按预定的要求运行使电机按预定的要求运行深入研究电力拖动系统深入研究电力拖动系统的运动规律、运行特性的运动规律、运行特性建立电力拖动的建立电力拖动的运动方程式运动方程式2 2 2 2- - - -1 1 1 1 电力拖动系统的运动方程电力拖动系统的运动方程电力拖动系统的运动方程电力拖动系统的运动方程2 2 2 2 2 2- - - - - -2 2 2 2 2 2 工作机构的转矩、力、飞轮矩和质量的折算工作机构的转矩、力、飞轮矩和质量的折算工作机构的转矩、力、飞轮矩和质量的

2、折算工作机构的转矩、力、飞轮矩和质量的折算工作机构的转矩、力、飞轮矩和质量的折算工作机构的转矩、力、飞轮矩和质量的折算2 2 2 2- - - -3 3 3 3 生产机械的负载转距特性生产机械的负载转距特性生产机械的负载转距特性生产机械的负载转距特性2 2 2 2- - - -4 4 4 4 电力拖动系统静态稳定运行条件电力拖动系统静态稳定运行条件电力拖动系统静态稳定运行条件电力拖动系统静态稳定运行条件第二章第二章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动2 2 2 2- - - -5 5 5 5 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动2 2 2 2- -

3、 - -6 6 6 6 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的制动他励直流电动机的制动2 2 2 2- - - -7 7 7 7 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速2-1 2-1 2-1 2-1 电力拖动系统的运动方程电力拖动系统的运动方程电力拖动系统的运动方程电力拖动系统的运动方程 电力拖动系统一般由电力拖动系统一般由电动机、生产机械的工作机电动机、生产机械的工作机构、传动机构、控制设备及电源构、传动机构、控制设备及电源 5 5 大部分组成。大部分组成。电源电源控制装置控制装置电动机电动机传动机构传动机构生产机械生产机械电力拖动

4、系统电力拖动系统 电力拖动是用电动机带动生产机械运动，以电力拖动是用电动机带动生产机械运动，以 完成一定的生产任务。完成一定的生产任务。 电力拖动系统中有的部件作电力拖动系统中有的部件作直线运动直线运动、有的部件、有的部件作作旋转运动旋转运动。采用古典动力学来分析。采用古典动力学来分析。电力拖动系统正方向的规定电力拖动系统正方向的规定电动机机生生产机械机械TnTLT0轴TTLn 电力拖力拖动系系统正方向的正方向的规定：先定：先规定定转速速n的正方的正方向，然后向，然后规定定电磁磁转矩的正方向与矩的正方向与n的正方向相同，的正方向相同，规定定负载转矩的正方向与矩的正方向与n的正方向相反。的正方向

5、相反。转速转速n的正方的正方向一般选实际转向。向一般选实际转向。电动机机生生产机械机械TnTLT0轴TTLn2-1 2-1 2-1 2-1 电力拖动系统的运动方程电力拖动系统的运动方程电力拖动系统的运动方程电力拖动系统的运动方程 在工程计算中，常用在工程计算中，常用n代替代替 表示系统速度，用表示系统速度，用飞轮矩飞轮矩GD2代替代替 J表示系统机械惯性表示系统机械惯性2-1 2-1 2-1 2-1 电力拖动系统的运动方程电力拖动系统的运动方程电力拖动系统的运动方程电力拖动系统的运动方程电力拖力拖动系系统的运的运动状状态：2-1 2-1 2-1 2-1 电力拖动系统的运动方程电力拖动系统的运动

6、方程电力拖动系统的运动方程电力拖动系统的运动方程2 2 2 2- - - -2 2 2 2 工作机构的转矩、力、飞轮矩和质量的折算工作机构的转矩、力、飞轮矩和质量的折算工作机构的转矩、力、飞轮矩和质量的折算工作机构的转矩、力、飞轮矩和质量的折算u 多多轴系系统单轴系系统 将将其它其它轴上上的的转矩、矩、飞轮矩矩折算折算到到电动机机轴上上T nGD2等效等效负载电动机机TL电动机机工作机构工作机构T n TLgGD12GD32GDg2j1j2GD22GD42转矩折算的原则：系统传递的功率不变1. 电动状态故：故：2 2 2 2- - - -2 2 2 2 工作机构的转矩、力、飞轮矩和质量的折算工

7、作机构的转矩、力、飞轮矩和质量的折算工作机构的转矩、力、飞轮矩和质量的折算工作机构的转矩、力、飞轮矩和质量的折算2. 发电制动状态转矩折算的原则：系统传递的功率不变故：故：2 2 2 2- - - -2 2 2 2 工作机构的转矩、力、飞轮矩和质量的折算工作机构的转矩、力、飞轮矩和质量的折算工作机构的转矩、力、飞轮矩和质量的折算工作机构的转矩、力、飞轮矩和质量的折算2-3 生产机械的负载转距特性生产机械的负载转距特性负载的的转距特性指：距特性指：一、恒一、恒转矩矩负载机械特性机械特性TL大小不大小不变这类生产机械的转矩这类生产机械的转矩TL的大小不随转速的大小不随转速n的变化而改变。的变化而改

8、变。生产机械的负载转矩特性生产机械的负载转矩特性电动机的机械特性电动机的机械特性转矩总是阻碍运动的制动性质，又称摩擦转距转矩总是阻碍运动的制动性质，又称摩擦转距负载负载当转动方向改变时，负载转矩的大小不变，当转动方向改变时，负载转矩的大小不变，但方向随之改变。但方向随之改变。1反抗性恒转矩负载大小与速度无关，方向始终与n相反n为正，TL为正，一象限n为负，TL为负，三象限2-3 生产机械的负载转距特性生产机械的负载转距特性DTL电动机轴Tn特点：特点：大小恒定不大小恒定不变；作用方向与；作用方向与n无关，不无关，不变。nTL0TL提升重物，n向上为正，下放重物n向下为负，TL始终为正（与n方向

9、相反）2-3 生产机械的负载转距特性生产机械的负载转距特性2位能性恒转矩负载某些生产机械工作机构中具有位能部件（如起重机重物），TL具有固定的方向。二、二、泵及通及通风机机类负载转距特性距特性负载转矩基本上与矩基本上与转速成平方关系速成平方关系负载举例：水泵、油泵、通风机和螺旋桨。2-3 生产机械的负载转距特性生产机械的负载转距特性三、恒功率三、恒功率负载机械特性机械特性nTL0负载转矩与矩与转速成反比关系速成反比关系负载功率功率:它与它与n成反比，称恒功率成反比，称恒功率负载。2-3 生产机械的负载转距特性生产机械的负载转距特性负载举例：车床、刨床。1. 固有机械特性的计算和绘制固有机械特性

10、的计算和绘制因为他励直流电动机的机械特性是直线，因为他励直流电动机的机械特性是直线，所以绘制固有机械特性只要所以绘制固有机械特性只要抓住两个不重合点抓住两个不重合点就可以了。就可以了。一个点是理想空载点：一个点是理想空载点：T=0，n=n0另一个点是额定工作点：另一个点是额定工作点：T=TN，n=nN计算数据可以根据电动机铭牌求取。计算数据可以根据电动机铭牌求取。电动机铭牌数据有：电动机铭牌数据有：PN、UN、IN、nN等。等。2.4.1 他励直流电动机机械特性的绘制他励直流电动机机械特性的绘制1、计算、计算n02、计算、计算TN若若Ra已给出，即可计算。已给出，即可计算。2.4.1 他励直流

11、电动机机械特性的绘制他励直流电动机机械特性的绘制1、计算、计算n0因为因为所以所以若若Ra未给出，可用估算法或用试验求取未给出，可用估算法或用试验求取估算法估算法试验试验法（伏安法）法（伏安法）2.4.1 他励直流电动机机械特性的绘制他励直流电动机机械特性的绘制则则所以所以2.4.1 他励直流电动机机械特性的绘制他励直流电动机机械特性的绘制2、求、求TN(1)、精确计算（2）、工程计算举例：举例：6.32.4.1 他励直流电动机机械特性的绘制他励直流电动机机械特性的绘制（1）计算n02. 电枢回路串电阻人为机械特性的绘制电枢回路串电阻人为机械特性的绘制（2）计算举例：举例：6.4 电力拖动系统

12、的运动状态是由电动机的电磁转矩电力拖动系统的运动状态是由电动机的电磁转矩T和负载转矩和负载转矩TL共同决定的。共同决定的。电力拖力拖动系系统的运的运动状状态：2.4.2 电力拖动系统稳定运行条件电力拖动系统稳定运行条件稳定运行的概念：稳定运行的概念： 系统在运行中总是受到外界干扰作用，如果在外界系统在运行中总是受到外界干扰作用，如果在外界干扰作用下，系统虽然偏离了原来的平衡状态，但能达干扰作用下，系统虽然偏离了原来的平衡状态，但能达到新的平衡状态，或者在外界干扰作用消失后，系统又到新的平衡状态，或者在外界干扰作用消失后，系统又重新回到原来的平衡状态，称系统能稳定运行，对应运重新回到原来的平衡状

13、态，称系统能稳定运行，对应运行点为稳定运行点。行点为稳定运行点。当当T=TL时，时， ，电力拖动系统处于稳定状态。，电力拖动系统处于稳定状态。该点称为该点称为工作点工作点。2.4.2 电力拖动系统稳定运行条件电力拖动系统稳定运行条件举例举例1 他励直流电动机带恒转矩负载2.4.2 电力拖动系统稳定运行条件电力拖动系统稳定运行条件结结 论论图示的机械特性与负载转矩特性的配合，系统在原先的状态A点运行，是处于稳态平衡状态2.4.2 电力拖动系统稳定运行条件电力拖动系统稳定运行条件他励直流电动机带恒转矩负载举例举例 2 结结结结 论论论论图示的机械特性与负载转矩特性的配合，电力拖动系统是不能稳定平衡

14、 运行的。2.4.2 电力拖动系统稳定运行条件电力拖动系统稳定运行条件电力拖动系统稳定运行的充分必要条件是：电力拖动系统稳定运行的充分必要条件是： T=TL。只有在电机的机械特性和负载的机械特性的只有在电机的机械特性和负载的机械特性的交点处，才能实现转矩平衡。交点处，才能实现转矩平衡。 在工作点处在工作点处 ，2.4.2 电力拖动系统稳定运行条件电力拖动系统稳定运行条件充分条件充分条件必要条件必要条件简便判定法：简便判定法：在工作点上方做一条水平直线，分别交在工作点上方做一条水平直线，分别交T-n 曲线于曲线于A点，点，TL-n 曲线于曲线于B点，若点，若A点在点在B点左侧，则系统稳定，点左侧

15、，则系统稳定，否则，系统不稳定。否则，系统不稳定。2.4.2 电力拖动系统稳定运行条件电力拖动系统稳定运行条件2.4.2 电力拖动系统稳定运行条件电力拖动系统稳定运行条件2.5 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动 电动机的起动：是指电动机接通电源后，由静止状电动机的起动：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。态加速到稳定运行状态的过程。2.5 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动刚起动时直接起动：小容量电机允许直接起动若直接起动：即电动机的电枢直接加上额定电压。若直接起动：即电动机的电枢直接加上额定电压。2.5 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动不良影响：不

16、良影响：1 1、出现换向困难，产生强烈火花或环火，以至烧坏、出现换向困难，产生强烈火花或环火，以至烧坏换向器。换向器。2 2、产生过大的起动转距，对传动机构产生强烈冲击、产生过大的起动转距，对传动机构产生强烈冲击，导致损坏。，导致损坏。3 3、过大起动电流会损坏电枢绕组，同时引起绕组发、过大起动电流会损坏电枢绕组，同时引起绕组发热导致绝缘损坏。热导致绝缘损坏。4 4、过大的起动电流会造成电网电压的波动大，影响、过大的起动电流会造成电网电压的波动大，影响其他设备的正常运行，或电源开关跳闸。其他设备的正常运行，或电源开关跳闸。故一般电机不能直接起动。故一般电机不能直接起动。2.5 他励直流电动机的

17、起动他励直流电动机的起动起动要求限制起动电流， 一般要求起动初瞬的Ia，不超过IN的1.52.0倍。必须使起动时的电磁转矩TTL而且足够大，使系统获得较大的n而顺利起动。2.5 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动优点：起动平稳，能量损耗小缺点：系统复杂1.降压起动()NaII0 . 25 . 1n2.5 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动2.电枢回路串电阻起动电枢回路串电阻起动 abcdefgh全部切除全部切除第三级起动第三级起动第二级起动第二级起动第一级起动第一级起动2.5 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动保证切换时每一级的Imax为I1(T1),而切换电流均为I2(T2

18、),使电机有较大而且较均匀的n，又不会因起动电流过大而造成危害。分段数分段数mm，II11及切换电流及切换电流II22是根据生产过程与起动要求是根据生产过程与起动要求来选定的。来选定的。2.电枢回路串电阻起动分级起动原则：在保证不超过最大允许电流的前提下尽原则：在保证不超过最大允许电流的前提下尽可能平滑和快速起动。要求隔断起动电阻都对可能平滑和快速起动。要求隔断起动电阻都对应这相同的最大电流和相同的切换电流，应这相同的最大电流和相同的切换电流，起动起动段数一般约为段数一般约为3-4段。段。2.5 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动（1 1）（2 2）2.5 他励直流电动机的起动他励直流电

19、动机的起动2 2、起动电阻的计算、起动电阻的计算2.5 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动2.5 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动2.5 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动当已知起动级数当已知起动级数m m，计算步骤：，计算步骤：（4 4）计算各级起动电阻和分段外串电阻。）计算各级起动电阻和分段外串电阻。2.5 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动当未知起动级数当未知起动级数m，计算步骤：，计算步骤：最简单的办法：断开电枢电源，在总负载转矩下，转速渐停断开电枢电源，在总负载转矩下，转速渐停 至停机，称为至停机，称为“ “自由停车自由停车” ”。缺点： 时间长（尤其是空载

20、时）。时间长（尤其是空载时）。某些场合要求：快速停车（或降速快速停车（或降速快速停车（或降速快速停车（或降速) )，或位能性负载以稳定，或位能性负载以稳定，或位能性负载以稳定，或位能性负载以稳定 的速度下放，这就要求在电机的轴上加一个的速度下放，这就要求在电机的轴上加一个的速度下放，这就要求在电机的轴上加一个的速度下放，这就要求在电机的轴上加一个 与转向相反的制动转矩。与转向相反的制动转矩。与转向相反的制动转矩。与转向相反的制动转矩。2.6 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动2.6 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动D1. 1.最简单的办法：最简单的办法：用机械动作刹车，依靠摩擦力

21、。用机械动作刹车，依靠摩擦力。2. 2.抱闸制动，采用电磁制动器。抱闸制动，采用电磁制动器。3. 3.最好的办法：最好的办法：电气制动电气制动 ，依靠电动机本身产生一个与，依靠电动机本身产生一个与 转向相反的电磁转矩。转向相反的电磁转矩。2.6 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动制动状态的运行特点轴上的机械能电能（消耗在电机内部或反馈电网）12T与n方向相反D制动状态时电磁参数之间的关系快速停车（降速):电动状态：电动状态：制动状态：制动状态：2.6 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动2.6 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动 制动是从某一稳定转速开始减速到停止或限制制动是从

22、某一稳定转速开始减速到停止或限制位能性负载下降速度的一种运转过程。位能性负载下降速度的一种运转过程。制动方式制动方式 自然停车自然停车 机械制动机械制动 电气制动电气制动 能耗制动能耗制动 反接制动反接制动 回馈制动回馈制动2.6.1 能耗制动能耗制动1.方法及原理方法及原理电动状态电动状态能耗制动状态能耗制动状态励磁不变，把电动机的电枢励磁不变，把电动机的电枢脱离电网，而经过一个电阻脱离电网，而经过一个电阻R闭合。闭合。电动制动运行：制动瞬间，n不变，Ia0，T0，系统在TL与T共同制动下减速，直至停车制动过程中，实际上成为一台他励直流发电机，把机械能转化为电能，消耗在电枢回路上，所以称为能

23、耗制动参数：2.6.1 能耗制动能耗制动电动制动停车过程位能性负载稳速下放（1）能耗制动停车过程原先工作于A点制动n=nA，工作点变为BT0，转速从nA0的过程方向不变，TL的方向不变在T与TL的共同作用下，系统很快减速沿Bo段下移至n=0影响能耗制动机械特性的斜率BA2.6.1 能耗制动能耗制动若R=0直接起动电流停车过程位能性负载稳速下放BA2.6.1 能耗制动能耗制动能耗制动的特点：n=0,T=0反抗性负载：系统可靠停车，不会重新起动位能性负载稳速下放 重物下降（2）位能性负载稳速下放 n0，反向 第四象限2.6.1 能耗制动能耗制动停车过程位能性负载稳速下放BA电机重物T0，与电动状态

24、一致限制重物下放 n上升T增大F点，T=Tz,系统达到新的平衡 n稳速下放F位能性负载稳速下放ABDEnz稳定时的电枢电流，不计传动机构的损耗2.6.1 能耗制动能耗制动制动电阻：2.6.1 能耗制动能耗制动 改变制动电阻 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。 越小,特性曲线的斜率越小,起始制动转矩越大,而下放负载的速度越小。但制动电阻越小，制动电流越大。选择制动电阻的原则是 能耗制动操作简单,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。若为了尽快停转电机,可在转速下降到一定程度时,切除一部分制动电阻,增大制动转矩。2.6

25、.1 能耗制动能耗制动能量关系：能量关系：能耗制动能耗制动正向电动运行状态正向电动运行状态2.6.2 反接制动反接制动反接制动特点：1）电动机的实际转向与其理想空载转速相反。2）机械能变为电能：方法： 电动机的外加电枢电压与感应电动势的方向在外界的作用下由相反变为相同在反接制动中，把改变电枢电压的方向所产生的反接制动称为电压反向的反接制动电压反向的反接制动； 而把改变电枢电动势的方向所产生的反接制动称为电动势反向的反接制动。电动势反向的反接制动。 一、电压反接制动电动制动 开关S投向“电动”侧时，电枢接正极电压，电机处于电动状态。进行制动时，开关投向“制动”侧，电枢回路串入制动电阻 后，接上极

26、性相反的电源电压，电枢回路内产生反向电流： 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电压反接制动。2.6.2 反接制动反接制动一、电压反接制动机械特性为：曲线如图中 所示。工作点变化为： 。制动过程中, 、 、 均为负，而 、 为正。,表明电机从电源吸收电功率；,表明电机从轴上吸收机械功率;,表明轴上输入的机械功率转变为电枢回路电功率。 可见,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转变成的电功率一起消耗在电枢回路电阻上。2.6.2 反接制动反接制动制动电阻：选择制动电阻的原则是 反接制动电阻比能耗制动电阻几乎大一倍。2.6.2 反接制动反接制动或二、转速反向的反接

27、制动（倒拉反转反接制动）倒拉反转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阻 后特性曲线正向电动状态提升重物(A点)负载作用下电机反向旋转(下放重物)电机以稳定的转速下放重物D点2.6.2 反接制动反接制动 倒拉反转反接制动时的机械特性方程就是电动状态时电枢串电阻时的人为特性方程。由于串入电阻很大，有 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部分。2.6.2 反接制动反接制动制动电阻：他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动一、能耗制动一、能耗制动TemBRB制动制动IaB + U -电动电动IanTemM+ Ea IfTLTemnn0RaA0

28、CBRa+RB他励他励直流电动机的制动直流电动机的制动二、反接制动1、电压反接制动、电压反接制动IfTemBRB制动制动IaB + U -电动电动IanTemM+ Ea SnTemTLn0RaA0-TLEBRa+RBCD-n0他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动二、反接制动二、反接制动2、倒拉反转反接制动 + U Ia+ Ea - + U Ia Ea +RBTemnTLaTemnTLbnTemTLn0A0 TBTKCDB他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动三、回馈制动回馈制动状态下稳定运行有以下两种情况：1、电压反接制动带位能性负载进入第四象限；2、当电车下坡时，运行转速可能超过理想空

29、载转速，进入第二象限。回馈制动状态下瞬态过程有以下两种情况：1、降压调速过程中；2、弱磁状态下增磁调速过程中。他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动三、回馈制动TemTLnn01AnAU10U2n02nCBCU21能量关系：电动状态反接制动和倒拉反转2.6.2 反接制动反接制动 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、降压调速时产生的回馈制动制动过程为 段。2、增磁调速时产生的回馈制动制动过程为 段。 回回馈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

30、的。馈制动是比较经济的。2.6.3 回馈制动回馈制动一、正向回馈制动过程一、正向回馈制动过程二、正向回馈制动运行电车下坡 电机的机械特性仍为固有机械特性1，n 方向不变，车重沿斜坡的分力将产生一个与n方向一致的驱动转矩，称为位能性拖动转矩摩擦性转矩位能性拖动转矩总负载转矩系统在T与Tz共同作用下，车速越来越高，工作点沿An0B2.6.3 回馈制动回馈制动2.6.3 回馈制动回馈制动2.6.3 回馈制动回馈制动三 反向回馈制动运行位能性负载，如将电枢反接，系统在回馈制动状态下将重物下放，如 f点回馈制动的运行特点反接制动停机状态反向电动状态A.n与n0的方向一致，且反接制动停机状态反向电动状态B

31、.能量关系表示从轴上输入机械功率转化为电枢回路的电功率将电能输回电网系统将储的动能或位能转换成电能而送回电网再生发电制动状态回馈制动状态越大，下放速度越高2.6.3 回馈制动回馈制动 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机械调速机械调速；通过改变电动机参数进行调速的方法称为电气调速电气调速。 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化，则不能称为调速。2.7 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速他励直流电动机的

32、转速为电气调速方法：1.调压调速；2.电枢串电阻调速；3.调磁调速。电动机的调速是在一定的负载条件下，人为地改变电动机的电路参数，以改变电动机的稳定转速。在负载转矩一定时，若电动机工作在特性1上的A点，则以nA 转速稳定运行；若人为地增加电枢回路的电阻，则电动机工作在特性曲线2，速度将降至特性2上的B点，以nB 转速稳定运行这种转速的变化是人为改变（或调节）电枢回路的电阻大小所造成的，故称调速或速度调节。2.7 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速速度变化是指由于电动机的负载转矩发生变化（增大与减小）而引起电动机转速的变化（下降或上升）。当负载转矩由T1增加到T2时，电动机的转速由nA降低

33、到nB ，它是沿某一条机械特性发生的转速变化。总之总之速度变化是在某条机械特性上，由于负载改变而引起的；速度调节则是在某一特定的负载下，靠人为改变机械特性而得到的。2.7 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速2.7.1 调速指标调速指标一、静差率一、静差率（转速变化率）（转速变化率）：电动机由理想空载转速到额定负载时转速的变化率在n0相同时，越小，相对稳定性越好；与机械特性硬度和n0有关。静差率静差率电动机的机械特性愈硬，则静差率愈小，相对稳定性愈高。电动机的机械特性愈硬，则静差率愈小，相对稳定性愈高。生产机械调速时，为保持一定的稳定程度，要求静差率生产机械调速时，为保持一定的稳定程度，要

34、求静差率%小于某一允许值，不同的生产机械，其允许的静差率小于某一允许值，不同的生产机械，其允许的静差率是不同的。是不同的。如：普通机床如：普通机床30%; 起重类机械起重类机械 50%; ；精密机床；精密机床 1%;精度高的造纸机精度高的造纸机0.1%静差率和机械特性的硬度有关系，但又有不同之处，两条静差率和机械特性的硬度有关系，但又有不同之处，两条平行的机械特性，硬度一样，平行的机械特性，硬度一样，1=2 ，但静差率不同。，但静差率不同。衡量电力拖动系统相对稳定性的一个重要指标，其值大，则转速波动大，要求其值小于某一允许值。 低速时满足要求322.7.1 调速指标调速指标2.7.1 调速指标

35、调速指标一、调速范围一、调速范围D：在额定负载时，调速时的nmax与nmin之比根据实际情况，选择合理的调速范围。 轧刚机：D=3120车床主轴：D=20120精密机床：D=110000风机：D=2左右 D与相互制约,:越小,D越小,相对稳定性越好;在保证一定的指标的前提下,要扩大D,须减少n,即提高机械特性的硬度。调速范围调速范围不同的生产机械对调速范围要求也不相同。不同的生产机械对调速范围要求也不相同。例如：例如：车床：车床：D= 20 120 ，龙门刨床：，龙门刨床：D=10 40, 机床机床进给机构：进给机构：D=5 200；轨钢机：；轨钢机：D=3 120 ; 造纸造纸机：机： D=

36、3 20 等。等。对于一些经常轻载运行的生产机械，例如精密机对于一些经常轻载运行的生产机械，例如精密机床等，可用实际负载时的最高转速和最低转速之床等，可用实际负载时的最高转速和最低转速之比计算调速范围比计算调速范围D。三、调速的平滑性三、调速的平滑性 越接近1，平滑性越好，当 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。五、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。2.7.1 调速指标调速指标容许输出容许输出：指电动机在某一转速下长期可靠工作时所能输出的最大转矩和功率

37、。充分利用充分利用：指在一定的转速下电动机的实际输出转矩和功率达到它的容许值，即电枢 电流达到额定值。 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，这个问题与调速方式和负载类型的配合有关。 以电机在不同转速都能得到充分利用为条件，他励直流电动机的调速可分为恒转矩调速和恒功率调速。2.7.1 调速指标调速指标四、调速的转矩与功率 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-恒转矩调速。 电枢串电阻调速和降压调速时，磁通 保持不变，若在不同转速下保持电流 不变，即电机得到充分利用，容许输出转矩和功率分别为： 2.7.1 调速指标调

38、速指标 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-恒功率调速。 减弱磁通调速时，磁通 是变化的，在不同转速下若保持电流 不变，即电机得到充分利用，容许输出转矩和功率别为： 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，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合适一些。2.7.1 调速指标调速指标上述容许输出转矩和功率与转速的关系为：上述容许输出转矩和功率与转速的关系为：恒恒功率调速功率调速恒转矩调速恒转矩调速 以以 为界，为界，分两个区域分两个区域： 为恒转为恒转矩调速区矩调速区； 为恒功率调速区

39、2.7.1 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速1、恒转矩负载配恒转矩调速、恒转矩负载配恒转矩调速 和和 均为常数均为常数, , 和和 均与转速均与转速 成正成正比，只要选择电动机比，只要选择电动机的的 与与 相等，在任相等，在任何转速下均有：何转速下均有：电机既满足了负载要求，电机既满足了负载要求，又得到了充分利用。又得到了充分利用。这是一种理想的配合，转速这是一种理想的配合，转速是从额定转速向下调，所以是从额定转速向下调，所以额定转速为系统的最高转速额定转速为系统的最高转速。2.7.1 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速2、恒功率负载配恒功率调速、恒功率负载配恒功率调速 和和 均

40、为常数，均为常数， 和和 均与均与 成反比，只成反比，只要选择要选择 与与 相等，相等，在任何转速下均有：在任何转速下均有：电机既满足了负载要求，电机既满足了负载要求，又得到了充分利用。又得到了充分利用。这是一种理想的配合，转速这是一种理想的配合，转速是从额定转速向上调，所以是从额定转速向上调，所以额定转速为系统的最低转速额定转速为系统的最低转速。2.7.1 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速3、恒转矩负载配恒功率调速、恒转矩负载配恒功率调速负载转矩负载转矩电动机容许输出转矩电动机容许输出转矩只有在最高转速时才有只有在最高转速时才有：电机得到了充分利用。电机得到了充分利用。在低于最高转速

41、时：在低于最高转速时：电机未被充分利用。电机未被充分利用。2.7.1 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速可以证明可以证明： 在最低转速时，电动机的实际输出功率（负载功率）在最低转速时，电动机的实际输出功率（负载功率）只是电动机额定功率的只是电动机额定功率的 （D为调速范围）为调速范围）。显然，这种配合将造成电动机容量的浪费。显然，这种配合将造成电动机容量的浪费。2.7.1 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速4、恒功率负载配恒转矩调速、恒功率负载配恒转矩调速负载转矩负载转矩电动机容许输出转矩电动机容许输出转矩只有在最低转速时才有：只有在最低转速时才有：电机得到了充分利用。电机得到了充

42、分利用。在高于最低转速时：在高于最低转速时：电机未被充分利用。电机未被充分利用。2.7.1 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速可以证明可以证明： 这种配合，电动机的实际输出功率（恒定的负载功这种配合，电动机的实际输出功率（恒定的负载功率）只是电动机额定功率的率）只是电动机额定功率的 （D为调速范围）为调速范围）。显然，这种配合将造成电动机容量的浪费。显然，这种配合将造成电动机容量的浪费。2.7.1 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速5、风机型负载与两种调速方式的配合、风机型负载与两种调速方式的配合由于负载转矩随转速的升高而增大，为了使电动机在最由于负载转矩随转速的升高而增大，为了使

43、电动机在最高转速时（所需的转矩最大）能满足负载的需要，应使高转速时（所需的转矩最大）能满足负载的需要，应使只有在最高转速时，电只有在最高转速时，电动机才被充分利用。恒动机才被充分利用。恒转矩调速方式所造成的转矩调速方式所造成的电动机容量浪费比恒功电动机容量浪费比恒功率调速方式小一些。率调速方式小一些。2.7.1 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速2.7.1 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速根据以上五种情况分析可得：1）电枢串电阻调速和降压调速方式属于恒转矩调速，适用于恒转矩负载 。2）弱磁调速属于恒功率调速方式，适用于恒功率负载 。3）对于泵与风机类负载，三种调速方式都不十分合适

44、，但采用电枢串电阻和降压调速比弱磁调速合适一些。 2.7.2 电枢回路串电阻调速电枢回路串电阻调速1.电枢回路串电阻调速同一T，串入电阻 R 越大，则稳定转速越低，从而达到调速的目的，而且是低于nN的方向调节优点优点：电枢串电阻调速设备简单，操作方便。2）低速时特性曲线斜率大,静差率大,所以转速的相对稳定性差； 3）轻载时调速范围小，额定负载时调速范围一般为D2；4）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Tem和Ia不变，输入功率不变，输出功率却随转速的下降而下降，减少的部分被串联电阻消耗了。缺点缺点：1）由于电阻只能分段调节，所以调速的平滑性差；2.7.2 电枢回路串

45、电阻调速电枢回路串电阻调速2.7.3 降压调速降压调速2.降低端电压调速一族相互平行的直线优点优点：1）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）无论轻载还是负载，调速范围相同，一般可达 D=2.512。 4）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，设备复杂，投资大。2.7.3 降压调速降压调速2.7.4 弱磁调速弱磁调速3.减弱磁通调速 减小，理想空载转速升高，曲线特性：斜率增加同一负载Tz， 低，n升高，高于nN方向调节调速方向：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，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，电动机的效率基本不变，因此经济性是比较好。2）转速的升高受到电动机换向能力和机械强度的限制，升速范围不可能很大，一般 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。缺点：缺点：1）机械特性的斜率变大，特性变软；2.7.4 弱磁调速弱磁调速