第2章直流电机的拖动.ppt

2.1 他励直流电动机的机械特性,2.2 他励直流电动机的起动,本章主要介绍他励直流电动机的机械特性、起动、调速、制动等方法和他励直流电动机的过渡过程及其能量损耗2.3 他励直流电动机的制动,2.4 他励直流电动机的调速,2.5 他励直流电动机的过渡过程及其能量损耗,2.6 串励、复励直流拖动系统的运行,2.7 他励直流电动机稳态运行的工程计算方法,2.1 他励直流电动机的机械特性,直流电动机的机械特性是指电动机的转速与电磁转矩之间的关系： 由电机的电路原理图可得基本方程式：,电磁转矩,感应电动势,电枢电路电动势平衡方程式,电动机转速特性,2.1 他励直流电动机的机械特性,称为理想空载转速实际空载转速,,,机械特性方程式,2.1 他励直流电动机的机械特性,上式第二项表示电动机带负载后的转速降：,表示机械特性的斜率小的机械特性为硬特性， 大的特性为软特性； 越大， 越大，机械特性越软2.1 他励直流电动机的机械特性,电枢电流较大时，由于饱和的影响，产生去磁作用，使每极磁通降低电枢反应对机械特性的影响：,降低， 变大；机械特性在负载大时呈上翘现象为了避免上翘，往往在主磁极上加一个匝数很少的串励绕组，其磁动势可以抵消电枢反应的去磁作用。

2.1 他励直流电动机的机械特性,2.1.1 固有机械特性,当 时的机械特性称为固有机械特性：,由于电枢电阻很小，特性曲线斜率很小，所以固有机械特性是硬特性2.1 他励直流电动机的机械特性,2.1.2 人为机械特性,1、电枢串电阻时的人为机械特性,保持 不变,只在电枢回路中串入电阻 的人为机械特性：,,特点：1） 不变， 变大； 2） 越大，特性越软当改变 或 或 得到的机械特性称为人为机械特性2.1 他励直流电动机的机械特性,2.1.2 人为机械特性,2、改变电压时的人为机械特性,保持 不变，只改变电枢电压 时的人为机械特性：,,特点：1) 随 变化, 不变; 2) 不同,曲线是一组平行线2.1 他励直流电动机的机械特性,2.1.2 人为机械特性,3、减弱电动机磁通时的人为机械特性,保持 不变，只改变励磁回路串联电阻 的人为机械特性：,,,特点：1）弱磁， 增大； 2）弱磁， 增大,时， ， 则堵转转矩为：,2.1 他励直流电动机的机械特性,2.1.3 机械特性绘制,一、固有机械特性的绘制,已知 ，求两点:1）理想空载点 和额定运行 。

具体步骤：,（1）估算,（2）计算,（3）计算理想空载点：,（4）计算额定工作点：,2.1 他励直流电动机的机械特性,2.1.3 机械特性绘制,二、人为机械特性的绘制,在固有机械特性方程 的基础上，根据人为特性所对应的参数 或 或 变化，重新计算 和 ，然后得到人为机械特性方程式再按照固有机械特性绘制的方法即可得到人为机械特性例2-1,2.2 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，由静止状态加速到稳定运行状态的过程起动瞬间，起动转矩和起动电流分别为,他励直流电动机的起动要求： 1、起动电流不能过大； 2、起动过程中的损耗不能过大； 3、起动转矩应足够大2.2 他励直流电动机的起动,为了限制起动电流，他励直流电动机通常采用电枢回路串电阻或降低电枢电压起动起动时由于转速 ，电枢电动势 ，而且电枢电阻 很小，所以起动电流将达很大值 过大的起动电流将引起电网电压下降、影响电网上其它用户的正常用电、使电动机的换向恶化；同时过大的冲击转矩会损坏电枢绕组和传动机构一般直流电动机不允许直接起动2.2.1 直接起动,2.2 他励直流电动机的起动,2.2.2 降压起动,当直流电源电压可调时，可采用降压方法起动。

起动时，以较低的电源电压起动电动机，起动电流随电源电压的降低而正比减小随着电动机转速的上升，反电动势逐渐增大，再逐渐提高电源电压，使起动电流和起动转矩保持在一定的数值上，保证按需要的加速度升速降压起动需专用电源，设备投资较大，但它起动平稳，起动过程能量损耗小，因此得到广泛应用2.2 他励直流电动机的起动,一、起动过程,2.2.3 电枢回路串电阻起动,三级电阻起动时电动机的电路原理图和机械特性为,2.2 他励直流电动机的起动,二、分级起动电阻的计算,2.2.3 电枢回路串电阻起动,设对应转速n1、n2、n3时电动势分别为Ea1、Ea2、Ea3，则有：,b点,c点,d点,e点,f点,g点,比较以上各式得：,2.2 他励直流电动机的起动,二、分级起动电阻的计算,2.2.3 电枢回路串电阻起动,在已知起动电流比β和电枢电阻Ra前提下，经推导可得各级串联电阻为:,2.2 他励直流电动机的起动,二、分级起动电阻的计算,2.2.3 电枢回路串电阻起动,（6）计算各级起动电阻1）估算或查出电枢电阻 ；,（3）选取起动级数 ；,,如果不满足，应另选 或 值并重新计算，直到满足该条件为止计算各级起动电阻的步骤：,（2）根据过载倍数选取最大转矩 对应的最大电流 ，,2.3 他励直流电动机的制动,当 与 的方向相同时，电机运行于电动机状态；当 与 方向相反时，电机运行于制动状态。

2.3.1 能耗制动,在电动状态，电枢电流、电枢电动势、转速及驱动性质的电磁转矩如图所示需要制动时,将开关K投向制动电阻 上即可在生产过程中，经常需要采取一些措施使电动机尽快停转，或者限制位能性负载在某一转速下稳定运转，这就是电动机的制动问题实现制动既可以采用机械的方法，也可以采用电气的方法我们重点来看一下电气制动方法2.3 他励直流电动机的制动,2.3.1 能耗制动,在电动状态，电枢电流、电枢电动势、转速及驱动性质的电磁转矩如图所示需要制动时,将开关K投向制动电阻 上即可由于惯性，电枢保持原来方向继续旋转，电动势 方向不变由 产生的电枢电流 的方向与电动状态时的 方向相反,对应的电磁转矩 与 方向相反,为制动性质,电机处于制动状态制动运行时，电机靠生产机械的惯性力的拖动而发电，将生产机械储存的动能转换成电能，消耗在电阻上，直到电机停止转动因此称之为能耗制动2.3 他励直流电动机的制动,2.3.1 能耗制动,能耗制动时的机械特性为：,电动机状态工作点,制动瞬间工作点,制动过程工作段,电动机拖动反抗性负载，电机停转若电动机带位能性负载,稳定工作点,2.3 他励直流电动机的制动,2.3.1 能耗制动,,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2.3 他励直流电动机的制动,2.3.2 反接制动,一、电势反向的反接制动,转速反向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,2.3 他励直流电动机的制动,2.3.2 反接制动,第二章 直流电动机的电力拖动,一、电势反向的反接制动,转速反向的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,转速反向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在转速反向的反接制动状态下，由于 为负，感应电动势的方向与电动状态时相反电枢电路的电压平衡方程式变为：,所以，为限制电枢电流， 必须较大。

2.3 他励直流电动机的制动,2.3.2 反接制动,第二章 直流电动机的电力拖动,一、电势反向的反接制动,制动过程中, 、 的方向与电动状态时相同，而 的方向与电动状态时相反表明电机从电源吸收电功率；,,表明轴上输入的机械功率转变为电枢回路电功率反接制动时,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2.3 他励直流电动机的制动,2.3.2 反接制动,电枢反接制动时接线如图所示二、电压反接的反接制动,开关K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2.3 他励直流电动机的制动,2.3.2 反接制动,二、电压反接的反接制动,机械特性为：,曲线如图中 所示工作点变化为： 如果C点电动机的转矩大于负载转矩，当转速到达零时，应迅速将电源开关从电网上拉开，否则电动机将反向起动，最后稳定在D点运行电压反接制动在整个制动过程中均具有较大的制动转矩，因此制动速度快，在可逆拖动系统，常常采用这种方法。

2.3 他励直流电动机的制动,2.3.3 回馈制动（再生制动）,回馈制动时的机械特性方程与电动状态时相同电动状态下运行的电动机，在某种条件下会出现 情况，此时 ， 反向， 反向，由驱动变为制动从能量方向看，电机处于发电状态——回馈制动状态稳定运行有两种情况:,当电车下坡时，运行转速可能超过理想空载转速,进入第二象限,电压反接制动带位能性负载进入第四象限,2.3 他励直流电动机的制动,2.3.3 回馈制动,发生在动态过程中的回馈制动过程有以下两种情况,回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，回馈制动是比较经济的2.4 他励直流电动机的调速,电力拖动系统的调速可以采用机械调速、电气调速或二者配合调速通过改变传动机构的速比进行调速的方法称为机械调速；通过改变电动机参数进行调速的方法称为电气调速他励直流电动机的机械特性表达式为：,电气调速方法：1.调压调速---降压降速； 2.电枢串电阻调速---降速； 3.调磁调速----弱磁升速2.4 他励直流电动机的调速,注意：调速与因电动机负载发生变化而引起的转速变化是不同的 调速是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2.4 他励直流电动机的调速,2.4.1调速指标,1、调速范围:,2、静差率（相对稳定性）：,δ越小，相对稳定性越好；δ与机械特性硬度和n0有关指负载变化时，转速变化的程度，转速变化小，稳定性好一、技术指标,2.4 他励直流电动机的调速,2.4.1调速指标,3、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 ：,与 相互制约： 越小, 越小,相对稳定性越好；在保证一定的 指标的前提下,要扩大 ,须减少 ,即提高机械特性的硬度二、经济指标,主要指调速系统的设备的投资、运行费用及维修费用等 而运行费用主要取决于运行效率4、调速时的容许输出（功率与转矩）,电动机在得到充分利用情况下，在调速过程中轴上所能输出的功率和转矩2.4 他励直流电动机的调速,2.4.1调速指标,2.4 他励直流电动机的调速,2.4.2调速方法,一、电枢回路串电阻调速,未串电阻时的工作点,串电阻RΩ后,工作点由A→A’→B,,T’,2.。