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1、直流电机电力拖动,电机分类：,直流电机的可逆原理,直流电机,直流电机的可逆原理：一台电机既可作为发电机运行，又可作为电动机运行。,感应电动势“发电作用”电磁转矩“电动作用”,发电机：主电动势 反转矩 电动机：反电动势 主转矩,原动机 EaU 电负载,电源 EaU 机械负载,发电机,电动机,电机分交流电机和直流电机两种：,直流电机工作电压为直流；,交流电机工作电压为交流。,直流电机分直流电动机和直流发电机两种：,直流电动机将电能转换为机械能；,直流发电机将机械能转换为电能。,直流电机与交流电机的比较,交流电机较直流电机的结构简单、制造容易、维护方便、运行可靠；,直流电机有交流电机不能比拟的启动和
2、调速性能；,直流电机更适合于调速要求高、正反转、启动和 制动频繁的场合；,直流电机即可作电动机使用，亦可作发电机使用；,交流电机的正反转和调速需借助于复杂的控制电路。,直流电机的基本工作原理,电磁力定律：垂直于磁力线的导体通过电流时，会受到力的作用。,力的方向用左手定则确定：,若与磁力线垂直的导体通过电流，导体受的力为：F=BLIF：力，N B：磁感应强度,Wb/m2或T(特斯拉)L:导体的有效长度，m I：导体中的电流，A,若导体与磁力线发生相对运动，导体中感应的电势为：E=BLVE：感应电势，V B：磁感应强度,Wb/m2或T(特斯拉)L:导体的有效长度，m V：导体的运动速度，m/s,感
3、应电动势的方向用右手定则确定：,直流电机的基本工作原理,(2)电磁感应定律：若导体切割磁力线，导体中会产生感应电动势。,直流电机的基本工作原理,(3)电流磁效应：通电的导体周围会产生磁场。,磁场的方向用右手螺旋定则确定：,直流电机基本工作原理,直流电机的物理模型如图所示。线圈在磁场中旋转，线圈的两条边分别与两个彼此绝缘而且与线圈同轴旋转的铜片连接，铜片上又各压着一个固定不动的电刷。,电刷,换向片,直流发电机原理,1.原动机提供机械转矩T1，带动线圈逆时针旋转，当换向片A接电刷A，换向片B接电刷B时,线圈感应电动势：A为高电位，B为低电位；电流：由A流出，由B流入；电磁转矩：方向顺时针；,2.原
4、动机提供机械转矩T1，带动线圈逆时针旋转，当换向片A接电刷B，换向片B接电刷A时,线圈感应电动势：B为高电位，A为低电位；电流：由B流出，由A流入；电磁转矩：方向顺时针；,结论：线圈内部电流 I 交变，感应电动势 Ea交变，但电刷电动势方向不变，电磁转矩T方向与T1相反。,直流电动机原理,1.电源正接换向片A，电源负接换向片B,电流：由A流进，由B流出；电磁转矩：方向逆时针；线圈感应电动势：A为高电位，B为低电位。,2.线圈逆时针旋转电源正接换向片B，电源负接换向片A,电流：由B流进，由A流出；电磁转矩：方向逆时针；线圈感应电动势：B为高电位，A为低电位。,结论：线圈内部电流 Ia交变，感应电
5、动势 Ea交变，且与电流方向相反，电磁转矩T方向不变。,发电机右手定则判定电流方向左手定则判定转矩方向,电动机左手定则判定T方向右手定则判定感应电动势 方向,电动机和发电机都有电磁转矩。,电枢电势的性质,直流发电机的工作原理图,直流电动机的工作原理图,直流发电机：电源电势(与电枢电流同方向)直流电动机：反电势(与电枢电流反方向),电磁转矩的性质,直流发电机的工作原理图,直流电动机的工作原理图,发电机制动转矩(与转速方向相反)电动机驱动转矩(与转速方向相同),（产生励 磁磁场）,（产生电动势，流过电 流，产生电磁转矩）,1、结构,直流电机,直流电机整体结构图,励磁绕组和串换向极后的电枢绕组出线,
6、定子机座,换向极铁心,换向极绕组,主磁极铁心,主磁极绕组（励磁绕组）,换向极绕组与励磁的串联接线,直流电机定子,2.主磁极 在 主磁极铁心 上固定 励磁绕组，产生磁场并使电枢表面的气隙磁密按一定形状在空间分布。主磁极铁心是由11.5mm的 低碳钢板 叠成。,极身,极靴,机座,主磁极,励磁绕组,3.换向极 一般用于1kW以上的直流电机中，位置在两主极之间，帮助电枢换向并消除或减弱电枢反应。换向极铁心用整块钢或钢板绝缘后叠装而成，换向绕组一般由粗的扁铜线绕成，且与电枢绕组相串联。,主极,换向极,直流发电机,直流发电机通常按励磁方法分为：他励、并励、串励和复励。,其余三种 发电机的 励磁绕组中的 励
7、磁电流均为 电枢电流或 电枢电流的 一部分故 称自励发电机。,直流电动机按定子励磁绕组的励磁方式分为四类：,1、他励电动机：励磁绕组 由外加电源单独供电，励磁电流的大小与电枢 两端电压或电枢电流的 大小无关。,2、并励电动机：励磁绕组与电枢绕组并联连接，由外部电源一起供电。,3、串励电动机：励磁绕组与电枢绕组串联连接，由外部电源一起供电。,4、复励电动机：励磁绕组分为两部分，一部分与电 枢绕组并联连接，另一部分与电枢绕组串联连接。,直流电动机具有良好的起动性能和调速性能，广泛应用于对起动和调速性能要求高的场合,直流电动机按励磁方式可分为：他励、并励、串励和复励四种,直流发电机稳态运行的基本方程
8、,发电机惯例,发电机外特性比较,他励直流电动机的机械特性,电动机的转速n 与电磁转矩 Te 之间的关 系n=f(T)。,机械特性方程式,=n0 T,理想空载转速,机械特性斜率,Ra 电枢电阻Rc 电枢回路外串电阻Ce 电动势常数，CT 电磁转矩常数，,二、固有机械特性,当电磁转矩为额定转矩时，其对应转速为额定转速，nN为额定转速降。,O,T,n,n0,nN,TN,N,T0,特点：1）由于Ra很小，则固有机械特性很硬，静差率有3%5%2）n0为理想空载转速，由于空载转矩T0的存在，电机的实际空载转速为,3）当转速n=0时，电动机处于堵转状态，则其堵转电流为,电枢电阻Ra很小，因此堵转电流很大，可
9、达额定10-20倍,人为机械特性,2、降低电枢电压时的人为特性,改变电枢回路电压的人为机械特性常用于平滑调速,机械特性的计算,已知额定功率PN，额定电压UN，额定电流 IN，额定转速nN,计算和绘制机械特性。,1、固有机械特性的计算,直线上任意两点确定一条直线，选择两特殊点：理想空载点（T=0,n=n0）额定工作点(T=TN,n=nN),CeN=,EaNnN,方式2（估算）：根据普通直流电机额定运行时，额定铜耗约占总损耗的1/21/3！,方式1：已直接给出Ra或者查技术手册得到,求Ra,1）,电机总损耗pN=UNIN-PN,额定铜耗 pCuN=I 2N Ra,2）,TN=CTN IN=9.55
10、 CeN IN,额定转矩的计算：,根据铭牌数据计算固有特性步骤：（1）根据UN、PN、IN估算Ra（2）计算CeN（3）计算n0（4）计算TN,2、总结固有机械特性的计算步骤,在坐标纸上标出（0，n0）、（TN、nN）两点，连成一条直线，即是固有特性曲线！,解：计算固有机械特性,【例2.1.1】一台他励直流电动机 PN=22kW，UaN=220 V，IaN=115A，nN=1500 r/min，求其固有特性。若负载转矩为额定值不变，计算其在下列情况下的电流和电机的稳定转速。1）电枢回路串入Rc=0.75 的电阻；2）电枢电压降为U=100V；3）弱磁=0.85N时。,连接 n0 和 N(TN，
11、nN)两点即可得到固有特性。,TN=9.55 CeN IN=9.55 0.137 115=150,1）电枢回路串电阻不影响电机的主磁通，因此当负载转 矩为额定不变时，即电磁转矩Te保持不变，又 Te=CTN Ia，则有 Ia=IN=115A,则电动机的稳定转速为:,2）降低电枢电压也不影响电机的主磁通，因此当负载转 矩为额定不变时，即电磁转矩Te保持不变，又 Te=CTN Ia，则有 Ia=IN=115A,=625 r/min,3）当弱磁=0.85N 时,负载转矩为额定不变时，即电磁转矩Te保持不变,Te=CT Ia，得,=871.4 r/min,则电动机的稳定转速为:,则电动机的稳定转速为:
12、,Ia=,CTN INCT,=,N IN0.85 N,=,=135.3A,CT Ia=CTN IN，则,n=,UN Ra IaCe,220 0.125135.30.850.137,=,115,0.85,=1744 r/min,电机起动需满足的条件：足够大的起动转矩，一般Tst 1.1TL 起动电流限制在安全范围内，一般 Ist(1.5-2.0)IN 直接起动后果 起动瞬间：n=0，Ea=0，对于他励电动机,他励直流电动机的起动,起动：指电动机接通电源后，转速从 n=0 上升到稳定负载转速nL的过程称为起动过程或起动。,=(10 20)IN,换向决不允许!,T=Tst=CTN Ist,=(10
13、20)TN,四个后果：电磁力大，损坏绕组；换向困难；加速过快，损坏传动机构；电网电压波动,T1(I1),a,b,d,c,e,f,p,降低电枢电压起动过程,需要可调直流电源从低到高调节电枢回路电压,降低电枢电压起动,起动瞬间 Ist 通常限制在(1.52)IN,起动时最低电压为 U=(1.52)IN Ra 1.1TL Te(1.52)TN,他励直流电动机的三种起动方法：直接起动、降压起动和电枢回路串电阻起动。,二、电枢回路串联电阻分级起动,电枢回路允许串入的最大电阻值,1、起动过程,可以达到限制起动电流的目的起动后，若仍串接Rst系统只能在较低转速下运行，为了得到额定转速，必须逐渐切除Rst,以
14、三级起动为例,T1(I1),a,b,d,c,e,f,g,h,w,R1=Ra+Rst1,R2=Ra+Rst1+Rst2,R3=Ra+Rst1+Rst2+Rst3,T1=(1.5 2)TN,T2=(1.11.2)TN,2.电枢回路起动电阻的计算,T1(I1),a1,a2,(1)起动过程 串联(Rst1+Rst2)起动：R2=RaRst1Rst2 起动转矩(电流)：T1(I1)=(1.5 2)TN(IaN)切除 Rst2：R1=RaRst1 切换转矩(电流)：T2(I2)=(1.1 1.2)TL(IL),b2,b1,b,a,切除 Rst1：R0=Ra,起动 a1 点,瞬间 n 不变,b1 点,c,c
15、1,c2,p,c1 点,一般级数取 m=24,起切电流（转矩）比：求出电枢电路电阻 Ra,(1)起动级数未定时的起动电阻的计算,确定起动电流 I1 和切换电流 I2 I1(T1)=(1.5 2.0)IaN(TN)I2(T2)=(1.1 1.2)IaN(TL),求出起动时的电枢总电阻(即电枢回路最大总电阻)Rm 确定起动级数 m,nb2=nc1,即：Eb2=Ec1,UaNR1I2=UaNR0 I1 R1I2=R0I1 R1=R0同理，由 na2=nb1 可得 R2=R1对于 m 级起动，有 Rm=mRa 重新计算，校验 I2 是否在规定的范围内,=2R0,确定各段总电阻值和各段电阻值,各段总电阻
16、值：R1=R0=Ra R2=R1=2Ra R3=R2=3Ra Rm=Rm1=mRa各段电阻值：Rst1=R1Ra Rst2=R2R1 Rst3=R3R2 Rstm=RmRm1,(2)起动级数已定时的起动电阻的计算,选择起动电流 I1;测出或由铭牌数据估算出 Ra;计算Rm;计算;计算切换电流 I2，并校验之;确定各段总电阻值和各段电阻值。,【例2.2.1】一台 Z4 系列他励直流电动机，PN=200 kW，UaN=440 V，IaN=497 A，nN=1500 r/min，Ra=0.076，采用电枢串电阻起动。求起动级数和各级起动电阻。解：(1)选择 I1 和 I2 I1=(1.5 2.0)I
17、aN=(745.5 994)A I2=(1.1 1.2)IaN=(546.7 596.4)A选取 I1=840 A，I2=560 A。(2)求出起切电流比(3)求出起动时的电枢总电阻 Rm,(4)求出起动级数 m取 m=5。(5)重新，校验 I2,(在规定的范围内),(6)求出各段总电阻值和各段电阻值,R1=RaR2=2RaR3=3RaR4=4Ra R5=5RaRst1=R1RaRst2=R2R1Rst3=R3R2Rst4=R4R3Rst5=R5R4,=1.470.076=0.11=1.4720.076=0.16=1.4730.076=0.24=1.4740.076=0.35=1.4750.0
18、76=0.52=(0.110.076)=0.034=(0.160.11)=0.05=(0.240.16)=0.08=(0.350.24)=0.11=(0.520.35)=0.17,他励直流电动机的调速,调速概念：,为满足生产机械工艺的速度要求，通过改变电机参数使电机转速发生改变，称为电气调速。区别两个概念：调速、速度变化,一、调速指标,调速范围、调速的静差率、调速平滑性、经济性、容许输出,调速范围,指电动机在额定负载时所能达到的最高转速与最低转速之比。,例如：车床D=2120，龙门刨床D=1040，造纸机D=120，轧钢机D=3120,扩大调速范围D的两条限制 nmax受到电动机的机械强度和换
19、向条件的限制，nmin受到相对稳定性的限制,调速的静差率,指在同一条机械特性上，额定负载时的转速降与理想空载转速之比。,机械特性越硬，n愈小，静差率就愈小，转速相对稳定性就愈好。普通车床要求%30%，龙门刨床小于10%，高精度的造纸机要求小于0.1%,调速平滑性,指相邻两级转速之比，用系数表示,调速经济性,容许输出,比值越接近于1，调速平滑性越好。一定范围内调速级数越多，平滑性越好。,指调速设备的初期投资、运行效率、维护费用等。,指电机在得到充分利用时，调速过程所能输出的功率和转矩。稳态时，电机的实际输出由负载决定，应使调速方法适应负载的要求。,二、调速方法,1.改变电枢电阻调速,三种方法：电
20、枢串电阻调速、降压调速、减弱磁通调速,TL,a,b,c,b,c,a,调速方向：在 nN 以下调节。(Ra+Rc)n，(Ra+Rc)n。调速的稳定性(Ra+Rc),稳定性变差。,调速范围：受稳定性影响，D 较小。,调速的平滑性,电枢电路总电阻,PCu=R Ia2=Ua Ia E Ia=Ua Ia(1 E/Ua)=Ua Ia(1 n/n0),低速效率低。,调速时的允许负载 T=CTN IaN,恒转矩调速。,取决于 Ra 的调节方式，一般为有级调速。调速的经济性 P1=Ua Ia=E IaR Ia2,结论：,优点：设备简单，初期投资少。缺点：(1)属于有级调速，且有限级数，平滑性差(2)轻载时，调速
21、范围小(3)低速时，效率低，电能损耗大(4)低速时，转速稳定性差(5)一般用于对调速性能要求不高的场合,【例2.3.1】一台他励电动机，PN=22 kW，UN=220 V，IN=115A，nN=1500 r/min，Ra=0.125，现拖动恒转矩负载在额定工作点稳定运行。要使电动机转速降低至 1000 r/min，需在电枢电路串联多大的调速电阻？,由于拖动恒转矩负载，且磁通不变，根据 Te=CT Ia=Te=C可知，调速前后电枢电流不变，故转速降为1000r/min时，应串联的电阻值为,解：,=0.6,2.改变电枢电压调速,调速方向：在 UN（或nN）以下调节。Ua n，Ua n。调速的平滑性
22、：连续调节 Ua，可实现无级调速。调速的稳定性：改变 Ua 调速范围：D 不大（D8）。调速的经济性：需要专用直流电源。调速时的允许负载:T=CTN IaN,不变，,但,稳定性变差。,恒转矩调速。,【例2.3.2】例 2.3.1 中的他励电动机，PN=22 kW，UN=220V，IN=115A，nN=1500 r/min，Ra=0.125，拖动恒转矩负载运行，TL=TN。现采用改变电枢电压调速。试问要使转速降低至 1000 r/min，电枢电压应降低到多少？解：拖动恒转矩负载，且磁通不变，根据 Te=CT Ia=Te=C可知，调速前后电枢电流不变，故转速降为1000r/min时，电枢电压应降为
23、,Ua=CE n+RaIN=0.1371000+0.125115=151V,3.改变励磁电流调速,If,E,Ia,T,n,E 下降至某一最小值后回升 Ia 和 T 上升至某一最大值后下降 T=TL，n=nc。调速方向 在 nN 以上（IfN 以下）调节。调速的平滑性 连续调节Uf（或Rf）可实现无级调速。,调速的稳定性 调速范围 受机械强度（nmax）的限制，D 不大。普通 M：D=2，特殊设计的M：D=4。调速的经济性 调节Rf 比较经济；调节Uf 则需要专用直流电源。调速时的允许负载 T，n，,n，n0,不变，,稳定性好。,P 基本不变，,为恒功率调速。,应用 不经常逆转的重型机床。如：国
24、产 C660、C670 等机床，重型龙门刨床的主传动在高速区的调速。通常把降压调速和弱磁通调速配合起来用，以电动机的额定转速作为基速，在基速以下调压，在基速以上调磁，可扩大 D，实现双向调速。,由于电动机在弱磁状态下的电枢电流是额定值的1.25倍，故不能长期使用。此时电动机的转速为,【例2.3.3】例 2.3.1 中的他励电动机，拖动恒功率负载运行，现采用改变励磁电流调速。当磁通降低为=0.8N时，电机转速为多少？电动机能否长期运行于弱磁状态？解：由于负载为恒转矩性质，由转矩平衡方程式可得，CTN IN=CT(0.8N)Ia，所以 Ia=1.25 IN=1.25115=143.75 A,制动的
25、目的：快速停车、匀速下放重物等。,第四节 他励直流电动机的制动,制动：使拖动系统从某一稳定转速很快减速停车，或是为了限制电动机转速的升高（如起重机下放重物时、电车下坡时），使其在某一转速下稳定运行，以确保设备和人生安全。,电气制动特点：电磁转矩与转速方向相反！,自由停车：电机运行时，切断电枢电源，系统的转速 慢慢的降下来机械制动：采用机械抱闸的方式进行制动电气制动：由电动机本身产生一个与转动方向相反的 电磁转矩（即制动转矩）来实现制动,电气制动优点：制动转矩大，制动时间短，便于控制，容易实现自动化,一、能耗制动,电动状态,制动状态,能耗制动时：,动能转换成电能,制动前：特性 1。制动开始后：U
26、a=0，Ia=,制动过程,(1)能耗制动过程 迅速停机 a 点b 点，Ia 反向(Ia0)制动开始n=0，E=0,na=nb，Ea=Eb T 反向(T0)，T 和 TL的共同作用 Ia=0，T=0，,n,O 点,自动停车。,-,制动效果,制动快，停车迅速。,切换点（b 点）,Rb 的选择,(2)能耗制动运行 下放重物,制动过程,电动状态,反向起动,能耗制动运行,制动效果,b,Rb 特性 2 斜率 下放速度|nL|。,Rb 的选择（各量取绝对值）,校验,(Rb大),（对切换点 b 点电流的限制）,【例2.3.1】一台他励直流电动机，PN=40 kW，UaN=220 V，IaN=210 A，nN=
27、1000 r/min，电枢内阻Ra=0.07，T0 忽略不计。试求：(1)在额定负载下进行能耗制动，欲使制动电流等于2 IaN 时，电枢应外接多大电阻？(2)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？(4)拖动 TL=0.8 TN 的位能性恒转矩负载，采用能耗制动以 800 r/min 的速度下放重物，电枢电路应串联多大的制动电阻？,解：(1)额定负载时，电动机电动势,EaN=UaN IaNRa=220-2100.07=205.3 V 按要求 Imax=-2 IaN=-2210=-420 A 能耗制动时，电枢应外接电阻,(2)机械特性方程式,机械特性方程式为：,(3)如果
28、电枢直接短接，则制动电流为,此电流约为额定电流的14倍，由此可见能耗制动时，不允许直接将电枢短接，必须接入一定数值的制动电阻,(4)当TL=0.8 TN时，电机稳定下放重物时电枢电流为,二、反接制动,反接制动时，电压U与电枢电动势Ea变为同方向，实现反接制动有两种方法,电压反向反接制动,转速反向反接制动,1.电压反向反接制动,电动状态,制动状态,Ua,作用？,限制 Iamax,Ia 的方向？,T 的方向？,1)制动原理：,电枢反接时：Ua和电动势Ea 方向一致，使得电枢回路有近 两倍的额定电压；由于电枢电阻Ra很小，导致大的反向电流；为限制过大的电流，在电压反接的同时，在 电枢回路中需串入反接
29、制动电阻Rb,电枢反接时：,动能、电源电能均被 Rb 消耗掉。,制动前：特性1,制动开始后：,特性2,制动过程,b,a,c,d,a 点b 点，Ia 反向(Ia0)T 和 TL 的共同作用 n=0，T 0，,na=nb，Ea=Eb，T 反向(T0)，n 立刻断电，未断电，反向起动,制动开始；c 点 停机。d 点，反向电动运行。,立刻 断电,e,电压反接制动到达c点时：n=0,电磁转矩Tc为负值，此时：a.若要求停车，就必须马上断开电源，并施加机械抱闸 b.若负载是反抗性负载时，当 时，使，电动机将反向起动，并加速到d点稳定运行（-Td=-TL）。则电动机工作在反向电动状态。c.若负载是位能性负载
30、时，无论 多大，都有在位能负载和Tc的共同作用下，电动机都将反向加速，并加速到e点稳定运行。电动机工作在回馈制动状态。,2)机械特性及制动电阻的计算：,电压反接制动的特点：Ua 反向，=N，R=Ra+Rb,故理想空载转速为：,故机械特性方程式为：,制动瞬间b 点的 E,2(Rb小),b,Rb 特性 2 斜率 制动转矩 制动快。,Rb 的选择（各量取绝对值）,2(Rb大),制动效果,2 电动势(转速)反向反接制动 下放重物,制动原理：拖动位能性负载时，在电枢回路串联制动 电阻，使TstTL，在位能性负载转矩作用下，电动机逆电磁转矩的方向转动，电机便处于倒拉反接制动状态。,电动状态,制动状态,Ia
31、 的方向？,T 的方向？,制动前：特性 1,制动开始后：,特性 2,Ia 和 T 始终没有改变方向。因Rb很大，故n为负值,2)机械特性及制动电阻的计算：,制动效果,Rb 特性 2 斜率 下放速度。,2(Rb大),(Rb小),Rb的选择(各量取绝对值),【例2.3.2】一台他励电动机，PN=22 kW，UaN=440 V，IaN=65.3 A，nN=600 r/min，Iamax=2IaN，T0 忽略 不计。试求：(1)拖动 TL=0.8 TN 的反抗性恒转矩负载(2)拖动 TL=0.8 TN 的位能性恒转矩负载，采用反接制动以 300 r/min 的速度下放重物，电枢电路应串联多大的制动电阻
32、？解：由额定数据求得,(1)迅速停机时 TL=0.8TN=0.8350.32=280.256 Nm,CT=9.55 CE=9.550.562=5.365,E=UaNRa Ia=(4401.5852.24)V=357.46 V,（切换点 b 点的 Eb）,=1.58=4.526,(2)下放重物时（忽略 T0）,=10.07,n n0 T也变向，使T与n反向，T为制动转矩 电动机处于发电状态，动能转换为电能回馈电网。,特点：,Ea U，迫使 Ia改变方向,由电枢流向电源,三、回馈制动,在电动机制动的同时，使电动机转速高于理想空载转速，把拖动系统的动能转换成电能回馈给电网。,电动机既工作在制动状态，
33、又向电源回馈能量的工作状态称为回馈制动,正向回馈制动,反向回馈制动,1 正向回馈制动 电车下坡,电动状态,下坡,nEIa(T)n=n0,E=Ua,T=0,制动状态,n E(Ua)Ia(T)0|T|,在降低电枢电 压调速过程中,a,c,b,d,回馈制 动过程,在增加励磁电 流调速过程中,a,c,b,d,工作点 跳到何处？,回馈制 动过程,2 反向回馈制动 下放重物,电压反向,电动状态,制动过程,反向起动,n n0n EUaIa(T)反向,制动状态,Ia 的方向？,T 的方向？,作用？,限制 Iamax,a,c,b,d,e,a 点,改变Ua极性n不能跃变,c 点,b 点,反接制动,d 点,反向起动
34、,e 点，T=TL。,电压反向反 接制动过程,反向起动过程,回馈制动过程,回馈制 动运行,T TL回馈制动,制动效果,Rb 特性 2 斜率 下放速度。,Rb 的选择（各量取绝对值）,校验（各量取绝对值）,制动瞬间b 点的 E,电压反接后瞬间,电压反向反接制动与反向回馈制动的比较,电压反向制动过程,回馈制动状态,第四节 他励直流电动机的调速,调速概念：,为满足生产机械工艺的速度要求，通过改变电机参数使电机转速发生改变，称为电气调速。区别两个概念：调速、速度变化,一、调速指标,调速范围、调速的静差率、调速平滑性、经济性、容许输出,调速范围,指电动机在额定负载时所能达到的最高转速与最低转速之比。,例
35、如：车床D=2120，龙门刨床D=1040，造纸机D=120，轧钢机D=3120,扩大调速范围D的两条限制 nmax受到电动机的机械强度和换向条件的限制，nmin受到相对稳定性的限制,调速的静差率,指在同一条机械特性上，额定负载时的转速降与理想空载转速之比。,机械特性越硬，n愈小，静差率就愈小，转速相对稳定性就愈好。普通车床要求%30%，龙门刨床小于10%，高精度的造纸机要求小于0.1%,调速平滑性,指相邻两级转速之比，用系数表示,调速经济性,容许输出,比值越接近于1，调速平滑性越好。一定范围内调速级数越多，平滑性越好。,指调速设备的初期投资、运行效率、维护费用等。,指电机在得到充分利用时，调
36、速过程所能输出的功率和转矩。稳态时，电机的实际输出由负载决定，应使调速方法适应负载的要求。,二、调速方法,1.改变电枢电阻调速,三种方法：电枢串电阻调速、降压调速、减弱磁通调速,TL,a,b,c,b,c,a,调速方向：在 nN 以下调节。(Ra+Rc)n，(Ra+Rc)n。调速的稳定性(Ra+Rc),稳定性变差。,调速范围：受稳定性影响，D 较小。,调速的平滑性,电枢电路总电阻,PCu=R Ia2=Ua Ia E Ia=Ua Ia(1 E/Ua)=Ua Ia(1 n/n0),低速效率低。,调速时的允许负载 T=CTN IaN,恒转矩调速。,取决于 Ra 的调节方式，一般为有级调速。调速的经济性
37、 P1=Ua Ia=E IaR Ia2,结论：,优点：设备简单，初期投资少。缺点：(1)属于有级调速，且有限级数，平滑性差(2)轻载时，调速范围小(3)低速时，效率低，电能损耗大(4)低速时，转速稳定性差(5)一般用于对调速性能要求不高的场合,【例2.4.1】一台他励电动机，PN=4 kW，UaN=160 V，IaN=34.4 A，nN=1 450 r/min，用它拖动恒转矩负载运行。现采用改变电枢电路电阻调速。试问要使转速降低至 1 200 r/min，需在电枢电路串联多大的电阻 Rb？解：电枢电阻,额定运行时 E=UaNRa IaN=(1601.2734.4)V=116.31 V,CT=9
38、.55 CE=9.550.080 2=0.766,n=n0 n=795 r/min,n0=UN/CEN=1995r/min,Ra+RbCECT2,nTN,=,=,Rb=,n CECT2 TN,-Ra=0.583,2.改变电枢电压调速,调速方向：在 UN（或nN）以下调节。Ua n，Ua n。调速的平滑性：连续调节 Ua，可实现无级调速。调速的稳定性：改变 Ua 调速范围：D 不大（D8）。调速的经济性：需要专用直流电源。调速时的允许负载:T=CTN IaN,不变，,但,稳定性变差。,恒转矩调速。,【例2.4.2】例 2.4.1 中的他励电动机，拖动恒转矩负载运行，TL=TN。现采用改变电枢电压
39、调速。试问要使转速降低至 1 000 r/min，电枢电压应降低到多少？解：已知 Ra=1.27，Ce=0.080 2，CT=0.766，TN=26.36 Nm。,=544.94 r/minn0=nn=(1000544.94)r/min=1544.94 r/min Ua=CE n0=0.08021544.94 V=123.9 V,3.改变励磁电流调速,If,E,Ia,T,n,E 下降至某一最小值后回升 Ia 和 T 上升至某一最大值后下降 T=TL，n=nc。调速方向 在 nN 以上（IfN 以下）调节。调速的平滑性 连续调节Uf（或Rf）可实现无级调速。,调速的稳定性 调速范围 受机械强度（
40、nmax）的限制，D 不大。普通 M：D=2，特殊设计的M：D=4。调速的经济性 调节Rf 比较经济；调节Uf 则需要专用直流电源。调速时的允许负载 T，n，,n，n0,不变，,稳定性好。,P 基本不变，,为恒功率调速。,应用 不经常逆转的重型机床。如：国产 C660、C670 等机床，重型龙门刨床的主传动在高速区的调速。通常把降压调速和弱磁通调速配合起来用，以电动机的额定转速作为基速，在基速以下调压，在基速以上调磁，可扩大 D，实现双向调速。,【例2.4.3】例 2.3.1 中的他励电动机，拖动恒功率负载运行，现采用改变励磁电流调速。试问要使转速增加至 1800 r/min，CE 应等于多少？解：已知 Ra=1.27，TN=26.36 Nm 对于恒功率负载 T 1/n，若忽略 T0，则,将已知数据代入机械特性方程，得,=0.064 7 或 0.024 2,整理，得 1 800(CE)2160 CE 2.82=0,
