电力拖动与控制第二章课件

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1、电力拖动与控制李岚梅丽凤电力拖动与控制第二章课件第二章直流电动机的电力拖动第二章直流电动机的电力拖动 在现代工业生产过程中，为了实现各种生产在现代工业生产过程中，为了实现各种生产工艺过程，需要使用各种各样的生产机械。而拖工艺过程，需要使用各种各样的生产机械。而拖动各种生产机械运转，可以采用气动、液压传动动各种生产机械运转，可以采用气动、液压传动和电力拖动方式。由于电力拖动具有控制简单、和电力拖动方式。由于电力拖动具有控制简单、调节性能好、损耗小、经济、能实现远距离控制调节性能好、损耗小、经济、能实现远距离控制和自动控制等一系列优点，因此大多数生产机械和自动控制等一系列优点，因此大多数生产机械均

2、采用电力拖动。按照电动机的种类不同，电力均采用电力拖动。按照电动机的种类不同，电力拖动系统分为拖动系统分为直流电力拖动直流电力拖动系统和系统和交流电力拖动交流电力拖动系统两大类。本章重点介绍直流电动机的电力拖系统两大类。本章重点介绍直流电动机的电力拖动。动。电力拖动与控制第二章课件第一节他励直流电动机的机械特性第一节他励直流电动机的机械特性第二节电力拖动系统稳定运行的条件第二节电力拖动系统稳定运行的条件第三节他励直流电动机的起动第三节他励直流电动机的起动第四节他励直流电动机的制动第四节他励直流电动机的制动第五节直流电动机电力拖动系统的动态特性第五节直流电动机电力拖动系统的动态特性第六节他励直流

3、电动机的调速第六节他励直流电动机的调速第七节串励直流电动机的电力拖动第七节串励直流电动机的电力拖动第八节复励直流电动机的机械特性第八节复励直流电动机的机械特性第二章直流电动机的电力拖动第二章直流电动机的电力拖动电力拖动与控制第二章课件一、机械特性方程式一、机械特性方程式二、固有机械特性二、固有机械特性三、人为机械特性三、人为机械特性四、根据电动机的铭牌数据计算和绘制机械特性四、根据电动机的铭牌数据计算和绘制机械特性第一节第一节 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力拖动与控制第二章课件第一节第一节 他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性定义：定义： 在在U、If、Ra为

4、常数的为常数的条件下，条件下， 的关系曲线定义为机械特性。的关系曲线定义为机械特性。 电力拖动与控制第二章课件一、机械特征方程式一、机械特征方程式电枢感应电动势：电枢感应电动势：电磁转矩：电磁转矩：电枢电路电压平衡方程：电枢电路电压平衡方程：电机转速特征方程：电机转速特征方程：电机机械特征方程：电机机械特征方程：因为因为第一节第一节 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力拖动与控制第二章课件由由得得第一节第一节 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力拖动与控制第二章课件图图2-2 他励电动机的机械特性他励电动机的机械特性1.1.理想空载点理想空载点图图2-2中的中的

5、A点即为理想点即为理想空载点。空载点。在在A点：点：T=0，Ia=0，电，电枢压降枢压降Ia(Ra+RC)=0，电，电枢电动势枢电动势Ea=U，电动机，电动机的转速的转速n=n0=U/(Ce)。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力拖动与控制第二章课件1.1.理想空载点理想空载点理想空载转速和实际空载理想空载转速和实际空载转速是不同的。由电机学转速是不同的。由电机学我们知道：我们知道：T=T2+T0，电动，电动机在实际的空载状态下运机在实际的空载状态下运行时，虽然轴输出转矩行时，虽然轴输出转矩T2=0，但由于空载转矩，但由于空载转矩T0不为零，使得电动机的电不为零，

6、使得电动机的电磁转矩磁转矩T0，所以实际空载，所以实际空载转速转速n0为为n0= n0- -T0图图2-2 他励电动机的机械特性他励电动机的机械特性第一节第一节 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力拖动与控制第二章课件2.2.堵转点堵转点图图2-2的的B点即为堵转点。点即为堵转点。在在B点，点，n=0，因而，因而Ea=0。由于。由于U=Ea+Ia(Ra+RC)，所以电枢电流所以电枢电流Ia=U/(Ra+RC)=Ik，称为堵，称为堵转电流，转电流，与与Ik相对应的电磁转矩相对应的电磁转矩Tk=CTIk称为堵转转矩。称为堵转转矩。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

7、的机械特性电力拖动与控制第二章课件第一节第一节 他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性二、固有机械特性二、固有机械特性 当电枢上加额定当电枢上加额定电压、气隙每极磁通电压、气隙每极磁通为额定磁通、电枢回为额定磁通、电枢回路不串任何电阻，路不串任何电阻，固固有机械特性方程式为：有机械特性方程式为： 图图2-3 他励直流电动机的固有特性他励直流电动机的固有特性电力拖动与控制第二章课件三三. .人为机械特性人为机械特性(1)(1)电枢回路串电阻的人为机械特性电枢回路串电阻的人为机械特性第一节第一节 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力拖动与控制第二章课件(2)(2)改变电枢

8、电压的人为机械特性改变电枢电压的人为机械特性1) 理想空载转速理想空载转速n0与与U成正比变化。成正比变化。2) 转速降转速降n不变，此时不变，此时n等于额定转速降等于额定转速降nN，或者，或者说说不变，各条特性均与固有特性相平行。不变，各条特性均与固有特性相平行。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力拖动与控制第二章课件 减小气隙每极减小气隙每极磁通量磁通量 的方法的方法是通过减小励磁电是通过减小励磁电流流(3)(3)改变磁通的人为机械特性改变磁通的人为机械特性图图2-6 减弱磁通时的原理图和机械特性减弱磁通时的原理图和机械特性第一节第一节 他励直流电动机的机械特

9、性他励直流电动机的机械特性电力拖动与控制第二章课件1) 理想空载转速理想空载转速n0与与成成反比变化，因此减弱磁通反比变化，因此减弱磁通会使会使n0升高。升高。2) 特性的斜率特性的斜率(或或n)与与2成反比，因此减弱磁成反比，因此减弱磁通会使斜率通会使斜率(或或n)加大，加大，特性变软。特性变软。3) 特性曲线是一簇直线，特性曲线是一簇直线，既不平行，又非放射。既不平行，又非放射。 图图2-6 减弱磁通时的原理图和减弱磁通时的原理图和机械特性机械特性第一节第一节 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力拖动与控制第二章课件四、根据电动机的铭牌数据计算和绘制机械特性四、根据电动机的

10、铭牌数据计算和绘制机械特性 为了绘制这一机械特性，不论是固有机械特性，为了绘制这一机械特性，不论是固有机械特性，还是人为机械特性，只要知道两点就可以了。为此还是人为机械特性，只要知道两点就可以了。为此需要知道电动机的参数，例如需要知道电动机的参数，例如 等。而这等。而这些参数又和电动机绕组结构参数些参数又和电动机绕组结构参数P、 、N等有关，等有关，要把所有的参数都查清楚不太容易，特别是这些参要把所有的参数都查清楚不太容易，特别是这些参数在电动机铭牌上更是不会标出的。数在电动机铭牌上更是不会标出的。 在设计时，往往根据电动机铭牌数据、产品在设计时，往往根据电动机铭牌数据、产品目录或实测数据来计

11、算机械特性。对计算有用的数目录或实测数据来计算机械特性。对计算有用的数据一般是据一般是 。下面介绍固有机械特。下面介绍固有机械特性与人为机械特性的计算机绘制方法。性与人为机械特性的计算机绘制方法。 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力拖动与控制第二章课件1. 固有机械特性的计算与绘制固有机械特性的计算与绘制 直流他励电动机的固有机械特性可以方便地直流他励电动机的固有机械特性可以方便地由理想空载点由理想空载点(0、 )和额定工作点和额定工作点( )决定。决定。 由固有机械特性方程，理想空载转速由固有机械特性方程，理想空载转速 式中额定电压可由电动机的铭牌数据取得。式

12、中额定电压可由电动机的铭牌数据取得。而而 可由额定状态下电枢回路的电压平衡方程可由额定状态下电枢回路的电压平衡方程式求出，即式求出，即第一节第一节 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力拖动与控制第二章课件 上式是一个经验公式，认为在额定负载下，电枢铜损耗上式是一个经验公式，认为在额定负载下，电枢铜损耗占电动机总损耗的占电动机总损耗的1/22/3。 求出电枢电阻求出电枢电阻Ra，然后将，然后将 值代入值代入)求出求出 。再将。再将 带入，求出理想空载转速带入，求出理想空载转速 ，这样，理想空载点，这样，理想空载点(0、 )即即可确定。可确定。 对于额定工作点，由式对于额定工作点，

13、由式 知知 按上式求出额定转矩，额定工作点按上式求出额定转矩，额定工作点( )即可确定。即可确定。有了额定工作点和理想空载点，就可以绘出固有机械特性。有了额定工作点和理想空载点，就可以绘出固有机械特性。 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力拖动与控制第二章课件 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机械特性方程式即可。例如，电枢串联电阻入相应的人为机械特性方程式即可。例如，电枢串联电阻 的的人为机械特性可用式求得，式中人为机械特性可用式求得，式中 为已知，为已知， 与与 的计的计算方法相

14、同。根据串联电阻算方法相同。根据串联电阻 的数值，假定一个转矩的数值，假定一个转矩T值值(一般一般用用 )，用式求出，用式求出 值，这样得出人为机械特性上的一点值，这样得出人为机械特性上的一点 ，连接这点与理想空载点，即得电枢串联电阻的人为机械特性。，连接这点与理想空载点，即得电枢串联电阻的人为机械特性。 用类似的方法，可绘出改变电压用类似的方法，可绘出改变电压U及减弱磁通及减弱磁通时的人为机时的人为机械特性械特性。2. 人为机械特性的计算与绘制人为机械特性的计算与绘制 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力拖动与控制第二章课件第二节第二节 电力拖动系统稳定运行的条

15、件电力拖动系统稳定运行的条件 电力拖动系统受外界某种短时电力拖动系统受外界某种短时扰动离开扰动离开原平衡状态，当外界原平衡状态，当外界扰动消失扰动消失，系统恢复到，系统恢复到原转速，原转速，或或在新条件下达到在新条件下达到新平衡状态新平衡状态，电，电力拖动就称该系统能力拖动就称该系统能稳定运行稳定运行，否则就称为，否则就称为不稳定运行。不稳定运行。 为使系统能稳定运行，电动机的机械特为使系统能稳定运行，电动机的机械特性和负载的转矩特性必须配合得当，这就是性和负载的转矩特性必须配合得当，这就是电力拖动系统稳定运行的条件。电力拖动系统稳定运行的条件。 电力拖动与控制第二章课件第二节电力拖动系统稳定

16、运行的条件第二节电力拖动系统稳定运行的条件图图2-9 稳定运行和不稳定运行时电动机的机械特性稳定运行和不稳定运行时电动机的机械特性一、稳定运行的必要条件一、稳定运行的必要条件 在在T=TL处处电力拖动与控制第二章课件图图2-10稳定运行充分条件的判定稳定运行充分条件的判定1电动机的机械特性电动机的机械特性2鼓风机的机械特性鼓风机的机械特性二、稳定运行的充要条件二、稳定运行的充要条件第二节电力拖动系统稳定运行的条件第二节电力拖动系统稳定运行的条件电力拖动与控制第二章课件1) 1) 电动机的机械特性与负载转矩特性必须电动机的机械特性与负载转矩特性必须有交点，在交点处有交点，在交点处 T=TL；2)

17、 2) 在交点附近应有在交点附近应有 。第二节电力拖动系统稳定运行的条件第二节电力拖动系统稳定运行的条件 即电磁转矩的变化与转速的变化要异号即电磁转矩的变化与转速的变化要异号,图示则为电动机的机械特性曲线应是往下倾图示则为电动机的机械特性曲线应是往下倾斜的。斜的。结论：结论：电力拖动系统稳定运行的电力拖动系统稳定运行的充分必要充分必要条件条件 电力拖动与控制第二章课件起动起动：指电动机从静止状态转动起指电动机从静止状态转动起来。来。 起动过程起动过程：电动机从静止运转到某电动机从静止运转到某一稳态转速的过程叫起动过程。一稳态转速的过程叫起动过程。第三节第三节 他励直流电动机的起动他励直流电动机

18、的起动电力拖动与控制第二章课件 一、系统对起动的要求一、系统对起动的要求 不同的生产机械对起动有不同的要不同的生产机械对起动有不同的要求。例如，无轨电车要求起动慢些平稳求。例如，无轨电车要求起动慢些平稳些，但一般生产机械都要求快速起动。些，但一般生产机械都要求快速起动。即要求起动时间即要求起动时间 tst小些，则起动转矩小些，则起动转矩Tst大些。大些。第三节第三节 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动电力拖动与控制第二章课件（1 1）起动转矩足够大，电动机才能顺利起动）。）起动转矩足够大，电动机才能顺利起动）。（2 2）起动电流要限制在一定的范围内）起动电流要限制在一定的范围内（3 3）

19、起动设备操作方便，起动时间短，运行可靠，）起动设备操作方便，起动时间短，运行可靠，成本低廉。成本低廉。起动时起动时n=0=0 Tst=CTNIst第三节第三节 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动电力拖动与控制第二章课件 Ist为起动电流，也称为堵转电流为起动电流，也称为堵转电流 (在起动瞬间在起动瞬间n=0)。 从式从式T=CTIa可知，当可知，当一定时，一定时，T与与Ia成正比。成正比。 Ist越大，越大，Tst也越大。但起动电流不能太大。否则会引起换向也越大。但起动电流不能太大。否则会引起换向恶化，产生严重的火花。还会导致很大的线路压降，使电网恶化，产生严重的火花。还会导致很大的线路

20、压降，使电网电压不稳定。电压不稳定。 Ist不能太大，一般为不能太大，一般为（1.52） IN ，因为，因为 T大小是受机械大小是受机械强度限制，强度限制， T太大，突然加到传动机构上，会损坏机械部件太大，突然加到传动机构上，会损坏机械部件的薄弱部分，例如传动齿轮的轮齿等。的薄弱部分，例如传动齿轮的轮齿等。第三节第三节 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动 限制起动电流的措施：一是降低电源电压，二是加大限制起动电流的措施：一是降低电源电压，二是加大电枢回路电阻。电枢回路电阻。电力拖动与控制第二章课件二、降压起动二、降压起动 起动瞬间把加在电枢两端电源电压降低，起动瞬间把加在电枢两端电源电压

21、降低，可把可把电源电压降低到电源电压降低到 U=(1.5-2.0) INRa，随着转速，随着转速n的的上升，电势上升，电势Ea也逐渐增大，也逐渐增大，Ia 相应减小，此时电压相应减小，此时电压U必须不断升高必须不断升高(手动调节或自动调节手动调节或自动调节)，而且使，而且使Ia保保持在持在 (1.5-2.0) IN范围内，直到电压升到额定电压范围内，直到电压升到额定电压UN ，电动机进入稳定运行状态，起动过程结束。，电动机进入稳定运行状态，起动过程结束。 降压起动需要一套可以调节的直流电源，初投降压起动需要一套可以调节的直流电源，初投资大，但它起动平稳，起动过程能量损耗小。资大，但它起动平稳，

22、起动过程能量损耗小。第三节第三节 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动电力拖动与控制第二章课件二、降压起动二、降压起动第三节第三节 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动图图2-11 降低电源电压起动时的接线及机械特性降低电源电压起动时的接线及机械特性电力拖动与控制第二章课件三、电枢回路串电阻起动三、电枢回路串电阻起动 电压不变，在电枢回路中串接电阻，电压不变，在电枢回路中串接电阻，可达到限制起动电流的目的，使可达到限制起动电流的目的，使 第三节第三节 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动电力拖动与控制第二章课件2-12 2-12 电枢串电阻三级启动的接线图及机械特性电枢串电阻三级启

23、动的接线图及机械特性第三节第三节 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动电枢回路串电阻起动接线图及机械特性电枢回路串电阻起动接线图及机械特性电力拖动与控制第二章课件 为了在起动过程中使电枢和转矩被限制为了在起动过程中使电枢和转矩被限制 在允许的范围之内，采用分级起动。在允许的范围之内，采用分级起动。电枢回路串电阻起动电枢回路串电阻起动第三节第三节 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动电力拖动与控制第二章课件起动瞬间，起动瞬间，电枢回路总电阻为电枢回路总电阻为起动电流或起动转矩为起动电流或起动转矩为第三节第三节 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动电力拖动与控制第二章课件 求切换转矩的

24、原则求切换转矩的原则：既要使电动机能够带动既要使电动机能够带动负载起动，又要保证在切换时的加速度转矩负载起动，又要保证在切换时的加速度转矩 ( T2和和TL之差之差 )不过小。过大，加速转矩大，可满足快速不过小。过大，加速转矩大，可满足快速起动的要求，但是起动级数增多，过小，延缓起起动的要求，但是起动级数增多，过小，延缓起动过程。综合考虑，选动过程。综合考虑，选I2= （1.11.2 ）ILmax，则，则切换转矩切换转矩T2= （1.11.2 ）TLmax 。电阻分三次切。电阻分三次切除称三级起动，起动级数除称三级起动，起动级数m=3，一般选，一般选m=34，级数多，起动快，但同时也使设备增多

25、，线路复级数多，起动快，但同时也使设备增多，线路复杂。运行不可靠性增大。杂。运行不可靠性增大。第三节第三节 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动电力拖动与控制第二章课件b点点d点点f点点e e点点c c点点g g点点 设对应转速设对应转速n1、n2、n3时电势分别为时电势分别为Eb、 Ec , Ed 、 Ee ,Ef , ,Eg，则有：，则有：比较以上各式得：比较以上各式得：第三节第三节 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动起动电阻的计算电力拖动与控制第二章课件起动电阻的计算 在已知起动电流比在已知起动电流比和电枢电阻和电枢电阻R Ra a前提下，经推导可前提下，经推导可得各级串联电阻

26、为得各级串联电阻为: :第三节第三节 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动电力拖动与控制第二章课件如已知如已知，侧每级分段电阻为：每级分段电阻为：第三节第三节 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动电力拖动与控制第二章课件(1)起动起动级数级数m 未定未定 此时此时应先初步选定应先初步选定I1(或或T1)及及I2(或或T2)，即，即初选初选 值值，然后用式然后用式(2-18)求求出出m ； 若若m为分数值，则取稍大于为分数值，则取稍大于计算值的整数，再计算值的整数，再把此把此 m 值值代入式代入式(2-17)，求出新的，求出新的值。值。计算转矩计算转矩: 校验：校验： 如果不满足，应另选

27、如果不满足，应另选 或或 值并重新计值并重新计算，直到满足该条件为止。算，直到满足该条件为止。将此将此值代入式值代入式(2-16)可可算出算出各级起动总各级起动总电阻；电阻； 值代入式值代入式(2-19)，可算出各级分段，可算出各级分段电阻。电阻。 第三节第三节 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动电力拖动与控制第二章课件(2) 起动级数起动级数m已定已定 这时只要先选定这时只要先选定I1(或或T1)的数值，算出的数值，算出Rm=UN /I1，再将，再将 Rm 和和 m 的数值代入式的数值代入式(2-17)，算出算出值，按式值，按式(2-16)，可算出各级起动总电阻；，可算出各级起动总电阻

28、；按式按式(2-19)，可算出各级分段电阻，可算出各级分段电阻第三节第三节 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动电力拖动与控制第二章课件 1.电动状态电动状态 特点特点：转速转速n与转矩与转矩T方向相同方向相同，T为拖动转为拖动转矩，矩，Ia 与与Ea 方向相反，输入电能，输出机械方向相反，输入电能，输出机械能，机械特性在直角坐标的第一、能，机械特性在直角坐标的第一、 三象限。三象限。 2.制动状态制动状态 特点特点：转速转速n与转矩与转矩T方向相反，方向相反， Ia 与与Ea 方向方向相同，电机工作在发电状态。相同，电机工作在发电状态。第四节第四节 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制

29、动电动状态与制动状态电动状态与制动状态电力拖动与控制第二章课件直流电机拖动系统示意图直流电机拖动系统示意图第四节第四节 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动电力拖动与控制第二章课件制动的概念制动的概念制动制动： 指通过某种方法产生一个与拖动系统转指通过某种方法产生一个与拖动系统转向相反的阻转矩以阻止系统运动的过程。向相反的阻转矩以阻止系统运动的过程。制动作用制动作用： 它可以维持受位能转矩作用的拖动系统恒它可以维持受位能转矩作用的拖动系统恒速运动，如起重类机械等速下放重物。列车等速运动，如起重类机械等速下放重物。列车等速下坡等。也可以用于使拖动系统减速或停车速下坡等。也可以用于使拖动系统减

30、速或停车. .第四节第四节 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动电力拖动与控制第二章课件实现制动方法有实现制动方法有： 机械制动机械制动，即刹车，它是用磨擦力产生阻转，即刹车，它是用磨擦力产生阻转矩实现制动的。其特点是损耗大，多用于停车制矩实现制动的。其特点是损耗大，多用于停车制动，如起重类机械的抱闸；动，如起重类机械的抱闸； 电气制动电气制动，是使电动机变直流发电机将系统，是使电动机变直流发电机将系统的机械能或位能负载的位能转变为电能，消耗在的机械能或位能负载的位能转变为电能，消耗在电枢电路的总电阻或回馈电网。电枢电路的总电阻或回馈电网。第四节第四节 他励直流电动机的制动他励直流电动机的

31、制动电力拖动与控制第二章课件 电气制动方法分：电气制动方法分： 能耗制动，反接制动（倒拉制动），回馈能耗制动，反接制动（倒拉制动），回馈制动。制动。 直流电机正常工作时，何时出现制动状态情况直流电机正常工作时，何时出现制动状态情况？(1)(1)要求停车要求停车 切断电枢电源，自由停车，或小容量电机切断切断电枢电源，自由停车，或小容量电机切断 电源，机械抱闸，帮助停车。电源，机械抱闸，帮助停车。(2) (2) 降速过程中：降速过程中： 在降压调速幅度比较大时，降速过程中要经过在降压调速幅度比较大时，降速过程中要经过 制动状态。制动状态。第四节第四节 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动电力拖

32、动与控制第二章课件（3 3） 提升机构下放重物提升机构下放重物 提升机构下放重物时，电动机要处于制动状提升机构下放重物时，电动机要处于制动状态。态。（4 4）反转）反转 电动机从正转变为反转，首先要制动停车，电动机从正转变为反转，首先要制动停车，然后才能反向起动，从上面分析可见，制动不能然后才能反向起动，从上面分析可见，制动不能简单地理解为停车，停车只是制动过程中的一种简单地理解为停车，停车只是制动过程中的一种形式而已。形式而已。第四节第四节 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动电力拖动与控制第二章课件一、能耗制动一、能耗制动(1)实现方法：实现方法：a.电动状态电动状态开关开关QS向上，

33、转矩向上，转矩T与转速与转速n相同方向，电相同方向，电枢电流与反电势方向相枢电流与反电势方向相反，电动机运行在反，电动机运行在A点。点。b.能耗制动能耗制动开关开关QS向下向下(电动机原电动机原运行在运行在A点点)，电枢脱离电，电枢脱离电源经电阻源经电阻R形成回路。形成回路。图2-13能耗制动过程a)原理图b)机械特性1.能耗制动实现及机械特性能耗制动实现及机械特性第四节第四节 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动电力拖动与控制第二章课件 （2）能耗制动分析能耗制动分析 U=0, 由于电机惯性，由于电机惯性， n0，Ea0 ，在反电动势在反电动势Ea作用下产生电枢电流作用下产生电枢电流Ia

34、反向，电反向，电动机的转矩也反向。这时动机的转矩也反向。这时IB=-Ea/(R+Ra)。 IB与原来的与原来的IA 方向相反，方向相反，TB反向，与反向，与n相反相反, 转转速下降，当速下降，当n=0 ，停车。，停车。第四节第四节 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动电力拖动与控制第二章课件（3）能耗制动特性）能耗制动特性T(I)Tmax(Imax)BAn0TL(IL)C0-TLnRaRa+R位能性负载转矩位能性负载转矩反抗性负载转矩反抗性负载转矩 他励直流电动机能耗制动机械特性他励直流电动机能耗制动机械特性nc第四节第四节 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动电力拖动与控制第二章课件

35、（4）特性方程及制动电阻）特性方程及制动电阻 特性是一条过原点的直线，在第二象限，特特性是一条过原点的直线，在第二象限，特性斜率取决于能耗制动电阻性斜率取决于能耗制动电阻 Ra。第四节第四节 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动电力拖动与控制第二章课件分析分析 R越大，特性越斜，越大，特性越斜， R越小，特性越平，但越小，特性越平，但R不能太小，否则在制动瞬间会产生过大的冲击不能太小，否则在制动瞬间会产生过大的冲击电流，取电流，取IB=(22.5) IN，IB为制动瞬间的电枢电为制动瞬间的电枢电流，设制动瞬间电势为流，设制动瞬间电势为EB ，有：，有： 当制动时转速大于或等于当制动时转速大

36、于或等于nN时，认为时，认为EB与与U近近似相等。似相等。第四节第四节 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动电力拖动与控制第二章课件2.能耗制动运行能耗制动运行第四节第四节 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动电力拖动与控制第二章课件3.能耗制动特点能耗制动特点 (1) 制动时制动时 U=0，n0=0 ，直流电动机脱离电网变成，直流电动机脱离电网变成直流发电机单独运行，把系统存储的动能，或位能性直流发电机单独运行，把系统存储的动能，或位能性负载的位能转变成电能负载的位能转变成电能( EaIa)消耗在电枢电路的总电消耗在电枢电路的总电阻上阻上I 2(Ra+R)。 (2) 制动时，制动时，

37、 n与与T 成正比成正比 ,所以转速所以转速n 下降时，下降时，T也下降，故低速也下降，故低速时制动效果差，为加强制动效果，可减少时制动效果差，为加强制动效果，可减少R，以增大，以增大制动转矩制动转矩T ，此即多级能耗制动。，此即多级能耗制动。 (3) 实现能耗制动的线路简单可靠，当实现能耗制动的线路简单可靠，当n=0 时时T=0 ,可实可实现准确停车。现准确停车。第四节第四节 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动电力拖动与控制第二章课件4.应用应用 能耗制动多用于一般生产机械的制能耗制动多用于一般生产机械的制动停车，对于起重机械，能耗制动可使动停车，对于起重机械，能耗制动可使位能性负载的

38、恒低速下放，确保生产安位能性负载的恒低速下放，确保生产安全，对反抗性负载能确保停车。全，对反抗性负载能确保停车。第四节第四节 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动电力拖动与控制第二章课件5.功率流程图功率流程图图图2-14 能耗制动过程功率流程图能耗制动过程功率流程图第四节第四节 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动电力拖动与控制第二章课件例例2-2一台他励直流电动机的铭牌数据如下：一台他励直流电动机的铭牌数据如下：PN=40kW，UN=220V，IN=210A，nN=1000r/min，电枢内阻，电枢内阻Ra=0.07。试。试求求(1) 在额定负载下进行能耗制动，欲使制动电流等于在额

39、定负载下进行能耗制动，欲使制动电流等于2IN时，时，电枢应外接多大电阻？电枢应外接多大电阻？(2) 求出它的机械特性方程式。求出它的机械特性方程式。(3) 如果电枢直接短接，制动电流应多大？如果电枢直接短接，制动电流应多大？(4) 当电动机拖动位能负载，当电动机拖动位能负载，TL=0.8TN，要求在能耗制动中以，要求在能耗制动中以800r/min的稳定转速下放重物，求电枢回路中应串接的电阻值。的稳定转速下放重物，求电枢回路中应串接的电阻值。第四节第四节 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动电力拖动与控制第二章课件二、反接制动二、反接制动 反接制动时反接制动时,电压电压U与电枢电势与电枢电势

40、Ea同方向。同方向。所以实现反接制动有两种方法，即转速反向所以实现反接制动有两种方法，即转速反向的反接制动和电压反接的反接制动的反接制动和电压反接的反接制动1.转速反向的反接制动转速反向的反接制动(1) (1) 制动原理制动原理这种制动方法一般发生在拖这种制动方法一般发生在拖动位能性负载由提升重物转为下放重物的动位能性负载由提升重物转为下放重物的情况，其原理和机械特性如图情况，其原理和机械特性如图2-152-15所示。所示。第四节第四节 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动电力拖动与控制第二章课件图图2-12-15 5转速反向的反接制动线路图及机械特性转速反向的反接制动线路图及机械特性第四

41、节第四节 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动电力拖动与控制第二章课件(2) (2) 机械特性方程机械特性方程转速反向的反接制动状态，只转速反向的反接制动状态，只是电枢回路串入了大电阻是电枢回路串入了大电阻Rf，其他条件都没有变。，其他条件都没有变。第四节第四节 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动电力拖动与控制第二章课件( (3）特性分析）特性分析 从从C点至点至D点点为电动减速状态，为电动减速状态，从从D点至点至B点为发点为发电状态。电状态。 倒拉反转反接倒拉反转反接制动只适用于制动只适用于位位能性恒转矩负载能性恒转矩负载倒拉反转机械特性倒拉反转机械特性第四节第四节 他励直流电动机

42、的制动他励直流电动机的制动电力拖动与控制第二章课件，故，故n为负为负(4(4）串入电阻值串入电阻值第四节第四节 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动电力拖动与控制第二章课件 说明从电源吸收电能说明从电源吸收电能 说明从负载吸说明从负载吸收机械能。收机械能。上述两部分能量全部消耗在电枢回路的电阻上，上述两部分能量全部消耗在电枢回路的电阻上，(5) 能量关系能量关系第四节第四节 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动电力拖动与控制第二章课件图图2-16 电压反接的反接制动功率流程图电压反接的反接制动功率流程图(6(6）功率流程图功率流程图第四节第四节 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动

43、电力拖动与控制第二章课件图图2-17 电压反接制动原理图及机械特性电压反接制动原理图及机械特性2.电压反接的反接制动电压反接的反接制动 (1) 制动原理制动原理图图2-17a为电压反接的反接制动原理图。为电压反接的反接制动原理图。第四节第四节 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动电力拖动与控制第二章课件（3）机械特性曲线）机械特性曲线 特性特性BC段为段为电压反接制动机械电压反接制动机械特性曲线，由于制特性曲线，由于制动状态到动状态到n=0 告终，告终，所以只有实线部分所以只有实线部分为反接制动特性。为反接制动特性。电压反接制动机械特电压反接制动机械特性性E-n0nATTBBAn0TLC0

44、-TLnRa位能性负载转矩位能性负载转矩反抗性负载转矩反抗性负载转矩D（2）机械特性方程）机械特性方程第四节第四节 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动电力拖动与控制第二章课件（5）制动电阻的比较）制动电阻的比较 当制动初始转速当制动初始转速nLnN，可用近似公式，可用近似公式计算，即：计算，即： 反接制动电阻比能耗制动电阻几乎大一倍。反接制动电阻比能耗制动电阻几乎大一倍。（4） 制动电阻制动电阻Rf 的计算的计算第四节第四节 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动电力拖动与控制第二章课件(6) 电压反接制动时的能量关系电压反接制动时的能量关系 说明从电源说明从电源吸收电能吸收电能 说明

45、电动机从负说明电动机从负载载吸收机械能吸收机械能并将机械能转化为电能。并将机械能转化为电能。 上述两部分能量加在一起消耗在电枢回路的电上述两部分能量加在一起消耗在电枢回路的电阻上。阻上。第四节第四节 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动电力拖动与控制第二章课件*两种反接制动的异同点两种反接制动的异同点 共同点：共同点：能量关系相同。能量关系相同。 不同点：不同点：电压反接制动特性位于第二象限，制动转矩电压反接制动特性位于第二象限，制动转矩大，制动效果好，倒拉反转特性位于第四象限，机械大，制动效果好，倒拉反转特性位于第四象限，机械能来自负载的位能，不能用于停车。能来自负载的位能，不能用于停车

46、。 转速反向的反接制动（倒拉反转），可应用于位转速反向的反接制动（倒拉反转），可应用于位能负载，一般可在能负载，一般可在n n0 则则 EaU ，Ia与与Ea同方向，同方向，T 与与 n 方向相反，方向相反，回馈能量给电源，电机工作在发电状态回馈能量给电源，电机工作在发电状态回馈回馈制动状态。制动状态。 回馈制动时的机械特性方程与回馈制动时的机械特性方程与电动状态时相电动状态时相同。同。第四节第四节 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动电力拖动与控制第二章课件1.1.正向回馈制动正向回馈制动降低电源电压时降低电源电压时第四节第四节 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动电力拖动与控制第二

47、章课件2.2.反向回馈制动反向回馈制动图图2-19 2-19 位能性负载时电机回馈制动机械特性位能性负载时电机回馈制动机械特性电压反接制动带位能性负载下放重物时电压反接制动带位能性负载下放重物时第四节第四节 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动电力拖动与控制第二章课件3.3.回馈制动时的功率流程回馈制动时的功率流程回馈制动过程中的功率流程图回馈制动过程中的功率流程图第四节第四节 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动电力拖动与控制第二章课件4.4.应用应用 回馈制动多用于电力机车高速下坡或起回馈制动多用于电力机车高速下坡或起重类机械高速下放重物的场合。在调速的过重类机械高速下放重物的场合

48、。在调速的过程中也会出现回馈制动。程中也会出现回馈制动。注意注意：回馈制动只有在回馈制动只有在 |n| |n0| 时才会出现，时才会出现，故不能用于停车制动中。故不能用于停车制动中。 第四节第四节 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动电力拖动与控制第二章课件他励直流电动机的四个象限上的运行他励直流电动机的四个象限上的运行 电动状态：电动状态：特性在第一，三象限，其中第特性在第一，三象限，其中第 一象一象限是正向电动状态，第三象限是反向电动状态。限是正向电动状态，第三象限是反向电动状态。 制动状态：制动状态：特性在第二，四象限，其中第二象限特性在第二，四象限，其中第二象限是正向能耗，正向回馈

49、制动，电压反接制动。第是正向能耗，正向回馈制动，电压反接制动。第四象限是反向能耗，反向回馈制动，转速反向反四象限是反向能耗，反向回馈制动，转速反向反接制动，处在反向电动状态时进行电压反接的电接制动，处在反向电动状态时进行电压反接的电压反接制动。压反接制动。第四节第四节 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动电力拖动与控制第二章课件直流电动机各种运行状态示意图直流电动机各种运行状态示意图第四节第四节 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动电力拖动与控制第二章课件例例2-3一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PN=22kW，UN=220V，IN=115A，nN=1500

50、r/min,Ra=0.1，最大允许电流，最大允许电流Iamax2IN，原在固有特性上运行，负载，原在固有特性上运行，负载转矩转矩TL=0.9TN，试计算：，试计算：(1) 电动机拖动反抗性恒转矩负载，采用能耗制动停车，电枢回路应串入的最电动机拖动反抗性恒转矩负载，采用能耗制动停车，电枢回路应串入的最小电阻为多少？小电阻为多少？(2) 电动机拖动反抗性恒转矩负载，采用电源反接制动停车，电枢回路应串入电动机拖动反抗性恒转矩负载，采用电源反接制动停车，电枢回路应串入的最小电阻为多少？的最小电阻为多少？(3) 电动机拖动位能性恒转矩负载，例如起重机。当传动机构的损耗转矩电动机拖动位能性恒转矩负载，例如

51、起重机。当传动机构的损耗转矩T=0.1TN时，要求电动机以时，要求电动机以n=-200r/min恒速下放重物，采用能耗制动运行，恒速下放重物，采用能耗制动运行，电枢回路应串入多大电阻？该电阻上消耗的功率是多少？电枢回路应串入多大电阻？该电阻上消耗的功率是多少？(4) 电动机拖动同一位能性负载，电动机运行在电动机拖动同一位能性负载，电动机运行在n=-1000r/min，恒速下放重物，恒速下放重物，采用转速反向的反接制动，电枢回路应串入多大电阻？该电阻上消耗的功率采用转速反向的反接制动，电枢回路应串入多大电阻？该电阻上消耗的功率是多少？是多少？(5) 电动机拖动同一位能性负载，采用反向回馈制动下放

52、重物，稳定下放时电电动机拖动同一位能性负载，采用反向回馈制动下放重物，稳定下放时电枢回路中不串电阻，电动机的转速是多少？枢回路中不串电阻，电动机的转速是多少？例例 题题电力拖动与控制第二章课件第五节第五节 直流电动机电力拖动系统的动态特性直流电动机电力拖动系统的动态特性一、电机拖动系统动态过程的基本概念一、电机拖动系统动态过程的基本概念二、他励直流电动机的动态特性二、他励直流电动机的动态特性三、他励直流电动机起动过程的动态特性三、他励直流电动机起动过程的动态特性四、他励直流电动机制动过程的动态特性四、他励直流电动机制动过程的动态特性电力拖动与控制第二章课件一、电机拖动系统动态过程的基本概念一、

53、电机拖动系统动态过程的基本概念1.1.动态过程的基本概念动态过程的基本概念 如果人为地改变电机参数，或在生产过程如果人为地改变电机参数，或在生产过程中负载转矩发生变化，出现中负载转矩发生变化，出现TTL时，时，n将发生将发生变化，系统将加速或减速运行，此时系统为变化，系统将加速或减速运行，此时系统为动态运行动态运行，系统将从一个稳定工作状态过渡，系统将从一个稳定工作状态过渡到另一个稳定工作状态，这样地动态运行过到另一个稳定工作状态，这样地动态运行过程称为程称为过渡过程过渡过程，即所谓的，即所谓的动态过程动态过程。第五节第五节 直流电动机电力拖动系统的动态特性直流电动机电力拖动系统的动态特性电力

54、拖动与控制第二章课件2.2.研究动态过程的目的研究动态过程的目的 研究系统各个物理量随时间变化的规律，研究系统各个物理量随时间变化的规律，过渡过程时间的长短，过渡过程的品质受哪过渡过程时间的长短，过渡过程的品质受哪些因素的影响等。为正确选择电动机的容量，些因素的影响等。为正确选择电动机的容量，为设计电力拖动系统自动控制电路，正确选为设计电力拖动系统自动控制电路，正确选用控制电器提供必要的理论依据。用控制电器提供必要的理论依据。第五节第五节 直流电动机电力拖动系统的动态特性直流电动机电力拖动系统的动态特性电力拖动与控制第二章课件二、他励直流电动机的动态特性二、他励直流电动机的动态特性 只考虑机械

55、惯性，并假设过渡只考虑机械惯性，并假设过渡过程中过程中(1)电源电压电源电压U 恒定不变；恒定不变； (2)磁通磁通 恒定不变；恒定不变；(3)负载转矩负载转矩TL 保持常数不变。保持常数不变。图图2-202-20机械特性上机械特性上ABAB的过渡的过渡过程过程 图中图中A点为起始点，点为起始点，B点为稳态点点为稳态点第五节第五节 直流电动机电力拖动系统的动态特性直流电动机电力拖动系统的动态特性电力拖动与控制第二章课件图图2-202-20机械特性上机械特性上ABAB的过渡的过渡过程过程1.转速转速n的变化规律的变化规律n=f (t )第五节第五节 直流电动机电力拖动系统的动态特性直流电动机电力

56、拖动系统的动态特性电力拖动与控制第二章课件式中式中nL稳态点转速稳态点转速; Tm为机电时间常数为机电时间常数第五节第五节 直流电动机电力拖动系统的动态特性直流电动机电力拖动系统的动态特性电力拖动与控制第二章课件通解为通解为将初始条件将初始条件即过渡过程中转速即过渡过程中转速n 随时间随时间t 变化的一般公式变化的一般公式式式( (2-29) )第五节第五节 直流电动机电力拖动系统的动态特性直流电动机电力拖动系统的动态特性电力拖动与控制第二章课件图2-21过渡过程曲线a) n= f (t) b)T=f (t) c) Ia= f (t)过渡过程曲线过渡过程曲线第五节第五节 直流电动机电力拖动系统

57、的动态特性直流电动机电力拖动系统的动态特性电力拖动与控制第二章课件2.转矩转矩T的变化规律的变化规律T= f (t )由图由图2-20可得可得代入式代入式( (2-29) )得得式式( (2-31) )即过渡过程中转速即过渡过程中转速T 随时间随时间t 变化的一般公式变化的一般公式第五节第五节 直流电动机电力拖动系统的动态特性直流电动机电力拖动系统的动态特性电力拖动与控制第二章课件3.电枢电流电枢电流Ia的变化规律的变化规律Ia= f (t )代入式代入式( (2-31) )得得式式( (2-33) )即过渡过程中转速即过渡过程中转速Ia 随时间随时间t 变化的一般公式变化的一般公式第五节第五

58、节 直流电动机电力拖动系统的动态特性直流电动机电力拖动系统的动态特性电力拖动与控制第二章课件4.过渡过程时间过渡过程时间 理论上需要理论上需要t =，但实际上当，但实际上当t =（34) )Tm时，时，各量已达各量已达9598的稳态值，这时就可认为动的稳态值，这时就可认为动态过程已经结速。工程上取态过程已经结速。工程上取t = 4Tm，即，即Tm决定过决定过渡过程时间长短。渡过程时间长短。 若求到达某一数值所经历的时间，如图若求到达某一数值所经历的时间，如图2- 21中中nnx ，所需时间，所需时间 tx ， X点对应的转速点对应的转速nx ，转，转矩矩Tx ，电枢电流为，电枢电流为I x ，

59、计算，计算tx时，时，第五节第五节 直流电动机电力拖动系统的动态特性直流电动机电力拖动系统的动态特性电力拖动与控制第二章课件则则若已知若已知n= f (t )及及X 点的转速点的转速nx ，可通过式（，可通过式（229)计算。计算。第五节第五节 直流电动机电力拖动系统的动态特性直流电动机电力拖动系统的动态特性电力拖动与控制第二章课件若已知若已知T= f (t )及及X点的转矩点的转矩Tx ，则，则若已知若已知Ia= f (t )及及X点的电流点的电流Ix ，则，则第五节第五节 直流电动机电力拖动系统的动态特性直流电动机电力拖动系统的动态特性电力拖动与控制第二章课件 上面所求的三个动态方程式一般

60、式，即式上面所求的三个动态方程式一般式，即式（2-29）、式）、式（2-31）、式（）、式（2-33），不仅适用），不仅适用于起动过程，也适用于制动过程、调速及负载突于起动过程，也适用于制动过程、调速及负载突变等所有在一条机械特性上变化的各种过渡过程。变等所有在一条机械特性上变化的各种过渡过程。 在应用上述公式时，主要应掌握三个要素：在应用上述公式时，主要应掌握三个要素：初始值、稳态值与机电时间常数，只要确定了这初始值、稳态值与机电时间常数，只要确定了这三个要素，并注意它们的正负号，代入相应的公三个要素，并注意它们的正负号，代入相应的公式，即可确定各量的数学表达式并绘出其变化曲式，即可确定各量

61、的数学表达式并绘出其变化曲线。线。第五节第五节 直流电动机电力拖动系统的动态特性直流电动机电力拖动系统的动态特性电力拖动与控制第二章课件调速调速：是指通过人为手段改变电力拖动系统的转是指通过人为手段改变电力拖动系统的转速以满足生产实际的需要。速以满足生产实际的需要。调速方法调速方法1.1.机械调速：机械调速：指通过改变变速机构传动比以改变指通过改变变速机构传动比以改变转速的方法。转速的方法。 特点是：调速时必须停，多为有级调速，同生特点是：调速时必须停，多为有级调速，同生活中如变速自行车原理基本相似。活中如变速自行车原理基本相似。第六节第六节 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速电力拖动与

62、控制第二章课件2. 2. 电气调速：电气调速： 指通过改变电动机有关电气参数指通过改变电动机有关电气参数电动机转速的方法，特点是简化机械传动与变电动机转速的方法，特点是简化机械传动与变速机构，调速时不需停车，在运行中便可以调速机构，调速时不需停车，在运行中便可以调速，可实现无级调速，必要时还可采用各种反速，可实现无级调速，必要时还可采用各种反馈环节提高机械特性硬度，以便提高拖动系统馈环节提高机械特性硬度，以便提高拖动系统静态与动态运行指标，易于实现电气控制自动静态与动态运行指标，易于实现电气控制自动化。化。3.3.电气电气机械调速：机械调速：指上述两种方法都采用指上述两种方法都采用的混合调速法

63、。（主要介绍电气调速）的混合调速法。（主要介绍电气调速）第六节第六节 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速电力拖动与控制第二章课件 注意：注意：调速与转速自然变化的区别。调速与转速自然变化的区别。 “ “转速的自然变化转速的自然变化”是指生产机械的负载转是指生产机械的负载转矩发生变化时，电动机的电磁转矩矩发生变化时，电动机的电磁转矩T T要相应发生要相应发生变化，电动机的转速也将随着发生变化。调速是变化，电动机的转速也将随着发生变化。调速是通过人为手段改变电机参数而实现的转速变化。通过人为手段改变电机参数而实现的转速变化。第六节第六节 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速电力拖动与控制

64、第二章课件电枢串电阻调速电枢串电阻调速改变电枢电源电压调速改变电枢电源电压调速弱磁调速弱磁调速转速下调转速下调转速上调转速上调转速下调转速下调 电气调速方法电气调速方法第六节第六节 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速电力拖动与控制第二章课件1.调速范围调速范围D： 指额定负载时，电力拖动系统可能运行的指额定负载时，电力拖动系统可能运行的最高转速最高转速nmax与最低转速与最低转速nmin之比之比。其中。其中nmax受直受直流电动机转动部分机械强度与换向条件的限制流电动机转动部分机械强度与换向条件的限制，nmin受低转速时相对稳定性的限制。受低转速时相对稳定性的限制。一、调速的基本指标一、

65、调速的基本指标第六节第六节 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速电力拖动与控制第二章课件 不同的生产机械对调速范围要求也不不同的生产机械对调速范围要求也不相同。例如：车床：相同。例如：车床：D= 20120 ，龙门刨，龙门刨床：床：D=1040, 机床进给机构：机床进给机构：D=5200；轨钢机：；轨钢机：D=3120 ; 造纸机：造纸机： D=320 等。对于一些经常轻载运行的生产机械，等。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比计算调速范围转速和最低转速之比计算调速范围D。第六节第六节 他励直流电动机的调

66、速他励直流电动机的调速电力拖动与控制第二章课件调速中的最低转速(a)改变电压的最低转速(b)改变电阻的最低转速第六节第六节 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速电力拖动与控制第二章课件2.2.静差率静差率( (或称相对稳定性或称相对稳定性) ) 指指同一条机械特性上同一条机械特性上额定负载时转速额定负载时转速降落降落n n与理想空载转速与理想空载转速n n0 0之比。定义为：之比。定义为：2.静差率静差率第六节第六节 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速电力拖动与控制第二章课件 电动机的机械特性愈硬，则静差率愈小，相电动机的机械特性愈硬，则静差率愈小，相对稳定性愈高。对稳定性愈高。 生

67、产机械调速时，为保持一定的稳定程度，生产机械调速时，为保持一定的稳定程度，要求静差率要求静差率% %小于某一允许值，不同的生产机小于某一允许值，不同的生产机械，其允许的静差率是不同的。如：普通机床械，其允许的静差率是不同的。如：普通机床30%; 30%; 起重类机械起重类机械 50%; 50%; ；精密机床；精密机床 1%1%;%;精度高的造纸机精度高的造纸机0.1%0.1% 静差率和机械特性的硬度有关系，但又有不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，同之处，两条平行的机械特性，硬度一样，1 1= =2 2 ，但静差率不同。，但静差率不同。第六节第六节 他

68、励直流电动机的调速他励直流电动机的调速电力拖动与控制第二章课件静差率比较 同样硬度同样硬度的特性，转速的特性，转速越低，静差率越低，静差率越大，越难满越大，越难满足生产机械对足生产机械对静差率的要求。静差率的要求。不同机械特性对应的静差率不同机械特性对应的静差率第六节第六节 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速电力拖动与控制第二章课件3. 平滑性平滑性 调速的平滑性是指相邻两级转速的接近程度，调速的平滑性是指相邻两级转速的接近程度，用平滑系数用平滑系数 表示，即表示，即 平滑系数平滑系数 越接近越接近1 1，说明调速的平滑性越好。，说明调速的平滑性越好。如果转速连续可调，其级数趋于无穷多，

69、称为无如果转速连续可调，其级数趋于无穷多，称为无级调速，级调速， =1=1，其平滑性最好；调速不连续，级，其平滑性最好；调速不连续，级数有限，称为有级调速。数有限，称为有级调速。第六节第六节 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速电力拖动与控制第二章课件4.经济性经济性 在考虑技术指标的同时，还应考虑设在考虑技术指标的同时，还应考虑设备投资、电能消耗、运行费用等。备投资、电能消耗、运行费用等。5.调速时的允许输出调速时的允许输出 允许输出是指电动机在得到充分利用的情况下，允许输出是指电动机在得到充分利用的情况下，调速过程中所能输出的功率和转矩。调速过程中所能输出的功率和转矩。 在电动机稳定运

70、行时，实际输出的功率和转矩在电动机稳定运行时，实际输出的功率和转矩由负载的需求来决定，故应使调速方法适应负载的由负载的需求来决定，故应使调速方法适应负载的要求要求第六节第六节 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速电力拖动与控制第二章课件 例例2-4一台他励直流电动机，铭牌数据为一台他励直流电动机，铭牌数据为PN=60kW，UN=220V，Ia=350A，nN=1000r/min,Ra=0.037，生产机械要求的静差率，生产机械要求的静差率20%，调速范围，调速范围D=4，最高转速，最高转速nmax=1000r/min，试问采用哪种调速方法能满足要求试问采用哪种调速方法能满足要求?解计算电动

71、机的解计算电动机的CeN(1) 电枢串电阻调速电枢串电阻调速时，电枢串电阻调速电枢串电阻调速时，n0保持不保持不变，静差率变，静差率=，若想保持，若想保持20%，则，则(2) 降压调速降压调速时，理想空载转速发生变化，降压调速降压调速时，理想空载转速发生变化，额定转速降不变额定转速降不变例例 题题电力拖动与控制第二章课件1.电枢串电阻调速电枢串电阻调速 他励直流电动机拖动他励直流电动机拖动负载运行时，保持电源负载运行时，保持电源电压及励磁电流为额定电压及励磁电流为额定值不变，在电枢回路中值不变，在电枢回路中串入不同值的电阻，电串入不同值的电阻，电动机将运行于不同的转动机将运行于不同的转速，图中

72、的负载为恒转速，图中的负载为恒转矩负载。矩负载。 二、调速的方法二、调速的方法图图2-29 2-29 电枢串电阻调速时的机械特性电枢串电阻调速时的机械特性 第六节第六节 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速电力拖动与控制第二章课件 电枢回路串接电阻调速方法的特点：电枢回路串接电阻调速方法的特点： 优点：设备简单，调节方便；优点：设备简单，调节方便； 缺缺点点：调调速速范范围围小小，电电枢枢回回路路串串入入电电阻阻后后电电 动动机机的的机机械械特特性性变变“软软”，使使负负载载变变动动时时电电动动机机产产生生较较大大的的转转速速变变化化，即即转转速速稳稳定定性性差差，而而且且调调速速效效率率

73、较较低。低。1.电枢串电阻调速电枢串电阻调速 第六节第六节 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速电力拖动与控制第二章课件2. 改变电枢电源电压调速改变电枢电源电压调速 他励直流电动机他励直流电动机的电枢回路不串接的电枢回路不串接电阻，由一可调节电阻，由一可调节的直流电源向电枢的直流电源向电枢供电，最高电压不供电，最高电压不应超过额定电压。应超过额定电压。图图2-302-30降低电源电压时的机械特性降低电源电压时的机械特性第六节第六节 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速电力拖动与控制第二章课件 优优点点：调调速速平平滑滑性性好好，即即可可实实现现无无级级调速，调速效率高，转速稳定性好；

74、调速，调速效率高，转速稳定性好； 缺缺点点：所所需需的的可可调调压压电电源源设设备备投投资资较较高。高。 这这种种调调速速方方法法在在直直流流电电力力拖拖动动系系统统中中被广泛应用。被广泛应用。 2. 改变电枢电源电压调速改变电枢电源电压调速第六节第六节 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速电力拖动与控制第二章课件3. 弱磁调速弱磁调速 保持他励直流电保持他励直流电动机电枢电源电压不动机电枢电源电压不变，电枢回路也不串变，电枢回路也不串接电阻，在电动机拖接电阻，在电动机拖动负载转矩不很大动负载转矩不很大（小于额定转矩）时，（小于额定转矩）时，减少直流电动机的励减少直流电动机的励磁磁通，可使

75、电动机磁磁通，可使电动机转速升高。转速升高。图图2-31弱磁调速时机械特性弱磁调速时机械特性第六节第六节 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速电力拖动与控制第二章课件 优优点点：设设备备简简单单，调调节节方方便便，运运行效率也较高，适用于恒功率负载；行效率也较高，适用于恒功率负载； 缺缺点点：励励磁磁过过弱弱时时，机机械械特特性性的的斜斜率率大大，转转速速稳稳定定性性差差，拖拖动动恒恒转转矩矩负载时，可能会使电枢电流过大。负载时，可能会使电枢电流过大。 3. 弱磁调速弱磁调速第六节第六节 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速电力拖动与控制第二章课件弱磁调速注意弱磁调速注意 弱磁调速不允

76、许励磁回路断线，如果励弱磁调速不允许励磁回路断线，如果励磁回路断线此时的电枢电流很大，出现飞车磁回路断线此时的电枢电流很大，出现飞车现象可能将电枢损坏。现象可能将电枢损坏。第六节第六节 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速电力拖动与控制第二章课件三种调速方法三种调速方法第六节第六节 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速电力拖动与控制第二章课件例例2-5一台他励直流电动机，铭牌数据为一台他励直流电动机，铭牌数据为PN=22kW，UN=220V，Ia=115A，nN=1500r/min，Ra=0.1，该电机拖动额定负载运行，该电机拖动额定负载运行，要求把转速降低到要求把转速降低到1000r

77、/min，不计电动机的空载转矩，不计电动机的空载转矩T0，试计，试计算：算：(1) 用电枢串电阻调速时需串入的电阻值，这时的静差率是多少用电枢串电阻调速时需串入的电阻值，这时的静差率是多少？(2) 用降压调速时需把电源电压降低到多少伏？此时的静差率是用降压调速时需把电源电压降低到多少伏？此时的静差率是多少？多少？(3) 上述两种情况下拖动系统输入的电功率和输出的机械功率是上述两种情况下拖动系统输入的电功率和输出的机械功率是多少？多少？例例 题题电力拖动与控制第二章课件三三.调速时允许输出的转矩和功率调速时允许输出的转矩和功率 电动机在额定转速下容许输出的功率主要电动机在额定转速下容许输出的功率

78、主要取取决于电机的发热决于电机的发热，而发热又主要取决于电枢电流，而发热又主要取决于电枢电流在调速过程中，只要在不同转速下电流不超过额在调速过程中，只要在不同转速下电流不超过额定值定值IN，电机长时间运行，其发热不会超过允许，电机长时间运行，其发热不会超过允许的限度，因此，额定电流是电机长期工作的利用的限度，因此，额定电流是电机长期工作的利用限度。限度。电机在调速过程中，如在不同转速下都能电机在调速过程中，如在不同转速下都能保持电流保持电流Ia=IN，则电机利用充分，运行安全。，则电机利用充分，运行安全。从从合理使用电动机的角度考虑，提出了调速方式与合理使用电动机的角度考虑，提出了调速方式与负

79、载类型相配合的问题。负载类型相配合的问题。第六节第六节 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速电力拖动与控制第二章课件恒转矩调速恒转矩调速 调速过程中保持调速过程中保持Ia=IN，=N=常数，则常数，则T=常数，电动机允许输出转矩不变的调速方法称常数，电动机允许输出转矩不变的调速方法称恒转矩调速。在实际调速时改变电动机供电电压恒转矩调速。在实际调速时改变电动机供电电压和改变电枢回路串入的电阻均属恒转矩调速。和改变电枢回路串入的电阻均属恒转矩调速。 电动机输出功率电动机输出功率P=T，T=常数常数 P ,即电动机转速越低，输出功率越小即电动机转速越低，输出功率越小, P 。第六节第六节 他励直

80、流电动机的调速他励直流电动机的调速电力拖动与控制第二章课件恒功率调速恒功率调速 调速中，保持调速中，保持Ia=IN，若，若n，P =常数。常数。 在保持电枢电流接近或等于额定值条件在保持电枢电流接近或等于额定值条件下，调速过程中电动机允许输出功率不变的下，调速过程中电动机允许输出功率不变的调速方法称为恒功率调速。如调速方法称为恒功率调速。如 改变电动机主改变电动机主磁通磁通 的调速方法就属于恒功率调速方法。的调速方法就属于恒功率调速方法。第六节第六节 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速电力拖动与控制第二章课件调速方式与负载类型配合问题调速方式与负载类型配合问题 调速方式与负载类型配合恰当

81、，所调速方式与负载类型配合恰当，所选电动机的体积较经济。在不同转速下，选电动机的体积较经济。在不同转速下，可较充分地利用，不致造成浪费可较充分地利用，不致造成浪费( (浪费浪费是指电机的转矩和功率选的过大是指电机的转矩和功率选的过大) )，或，或长时间运行而烧坏长时间运行而烧坏( (指转矩及功率选的指转矩及功率选的较小较小) )。第六节第六节 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速电力拖动与控制第二章课件 (1) 电动机拖动恒转矩负载这时，宜采用恒转电动机拖动恒转矩负载这时，宜采用恒转矩调速方式，并选择电动机的额定转矩矩调速方式，并选择电动机的额定转矩TN=TL，额，额定转速定转速nN等于生

82、产机械所要求的最高转速等于生产机械所要求的最高转速nmax。 (2) 电动机拖动恒功率负载这时，宜采用恒功电动机拖动恒功率负载这时，宜采用恒功率调速方式，并选择电动机的额定功率率调速方式，并选择电动机的额定功率PN=PL，恒，恒功率调速方式是指弱磁调速，是从额定转速往上调功率调速方式是指弱磁调速，是从额定转速往上调速，因此选电动机的额定转速速，因此选电动机的额定转速nN等于生产机械要求等于生产机械要求的最低转速的最低转速nmin。第六节第六节 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速电力拖动与控制第二章课件第六节第六节 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速电力拖动与控制第二章课件 最好的配

83、合方式为：最好的配合方式为：恒功率负载，采用恒功率负载，采用恒功率的调速方法恒功率的调速方法。(弱磁调速弱磁调速)；恒转矩负恒转矩负载，采用恒转矩的调速方法载，采用恒转矩的调速方法。(变电压或变串变电压或变串入电阻调速入电阻调速)。 这样匹配，使电机在整个调速范围内容这样匹配，使电机在整个调速范围内容量能充分利用，且量能充分利用，且 Ia=IN 不变，电动机的调速不变，电动机的调速转矩与负载一致时，电机容量能充分利用。转矩与负载一致时，电机容量能充分利用。第六节第六节 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速电力拖动与控制第二章课件第七节串励直流电动机的电力拖动第七节串励直流电动机的电力拖动图

84、图2-332-33串励直流电动机的电路图串励直流电动机的电路图电力拖动与控制第二章课件第七节串励直流电动机的电力拖动第七节串励直流电动机的电力拖动图图2-342-34串励直流电动机磁化曲线串励直流电动机磁化曲线电力拖动与控制第二章课件第七节第七节 串励直流电动机的电力拖动串励直流电动机的电力拖动一、串励电动机的机械特性一、串励电动机的机械特性当磁路不饱和时当磁路不饱和时电力拖动与控制第二章课件 当磁路饱和当磁路饱和时，磁通基本不时，磁通基本不变，机械特性与变，机械特性与他励直流电动机他励直流电动机的机械特性相似。的机械特性相似。TnABC磁路不饱和时的机械特性曲线AB段磁路饱和时的机械特性曲线

85、BC段第七节第七节 串励直流电动机的电力拖动串励直流电动机的电力拖动电力拖动与控制第二章课件（3 3）由于）由于 ，起动和过载时电枢电流大，故串励电动机，起动和过载时电枢电流大，故串励电动机的起动转矩大，过载能力强。的起动转矩大，过载能力强。固有特性是指当固有特性是指当 时的特性，具有以下特点：时的特性，具有以下特点：（2 2）空载时，）空载时， 为无穷为无穷大。实际上，空载时存在剩磁，大。实际上，空载时存在剩磁， 为有限值，但值也很大为有限值，但值也很大“飞车飞车”现象。因此串励电动机不允许空载或轻载运行。现象。因此串励电动机不允许空载或轻载运行。一一、固有特性、固有特性（1 1）它是一条非

86、线性的软特性，负载时转速降落很大；）它是一条非线性的软特性，负载时转速降落很大；第七节第七节 串励直流电动机的电力拖动串励直流电动机的电力拖动电力拖动与控制第二章课件二、人为特性二、人为特性1 1、电枢串电阻的人为特性、电枢串电阻的人为特性 串入电阻后，转速降增大，所以电枢串电阻的人为特性在固有串入电阻后，转速降增大，所以电枢串电阻的人为特性在固有特性的下方，且特性变得更软。特性的下方，且特性变得更软。2 2、降低电压的人为特性、降低电压的人为特性 降低电压时，理想空载转速下降，人为特性下移。电压下降后，降低电压时，理想空载转速下降，人为特性下移。电压下降后，电枢反电动势随之减少，转速必然减少

87、，所以降低电压的人为特电枢反电动势随之减少，转速必然减少，所以降低电压的人为特性位于固有特性下方。性位于固有特性下方。3 3、改变磁通的人为特性、改变磁通的人为特性 改变磁通的方法是在励磁绕组上并联一个分流电阻。与固有特改变磁通的方法是在励磁绕组上并联一个分流电阻。与固有特性相比，在电枢电流相等情况下，励磁电流减少，磁通减少，所性相比，在电枢电流相等情况下，励磁电流减少，磁通减少，所以人为特性位于固有特性上方。以人为特性位于固有特性上方。第七节第七节 串励直流电动机的电力拖动串励直流电动机的电力拖动电力拖动与控制第二章课件串励直流电动机改变磁通调速的接线图串励直流电动机改变磁通调速的接线图图图

88、2-372-37串励电动机改变磁通调速串励电动机改变磁通调速第七节第七节 串励直流电动机的电力拖动串励直流电动机的电力拖动电力拖动与控制第二章课件二、串励直流电动机的起动与调速二、串励直流电动机的起动与调速 为了限制起动电流，串励电动机的为了限制起动电流，串励电动机的起动起动方方法与他励电动机一样，也采用电枢串电阻和降法与他励电动机一样，也采用电枢串电阻和降低电源电压起动。低电源电压起动。 串励电动机的串励电动机的调速调速也采用电枢串电阻、降压也采用电枢串电阻、降压和弱磁三种方法，其中串电阻常用，弱磁用得和弱磁三种方法，其中串电阻常用，弱磁用得较少。较少。第七节第七节 串励直流电动机的电力拖动

89、串励直流电动机的电力拖动电力拖动与控制第二章课件串励直流电动机调速的串并联接线图串励直流电动机调速的串并联接线图图图2-382-38两台电动机串并联的调速接线图两台电动机串并联的调速接线图第七节第七节 串励直流电动机的电力拖动串励直流电动机的电力拖动电力拖动与控制第二章课件 串励电动机若不考虑剩磁，理想空载转速为无串励电动机若不考虑剩磁，理想空载转速为无穷大，因此不能有回馈制动。穷大，因此不能有回馈制动。 串励电动机的制动只有能耗和反接制动。串励电动机的制动只有能耗和反接制动。 能耗制动分他励磁式和自励式，反接制动分电能耗制动分他励磁式和自励式，反接制动分电压反接和倒拉反接制动。压反接和倒拉反接制动。三、串励直流电动机的制动三、串励直流电动机的制动第七节第七节 串励直流电动机的电力拖动串励直流电动机的电力拖动电力拖动与控制第二章课件第八节复励直流电动机的机械特性第八节复励直流电动机的机械特性图图2-39 复励直流电动机的原理图复励直流电动机的原理图电力拖动与控制第二章课件第八节复励直流电动机的机械特性第八节复励直流电动机的机械特性图2-40复励直流电动机的机械特性n0电力拖动与控制第二章课件