第九章直流电机的运行4

0 Ea I a (Ra Rz )
Ea Ia Ra Rz
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电流Ia方向与电动状态时的正方向相反。
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转矩T为
T CT I a
当开始制动时，磁通Φ的方向未变，电流反向，则转 矩T与电动状态相反，即T与n方向相反，为制动状态。 该制动过程中，靠系统的动能发电，将动能变成电能， 消耗在电枢电路的电阻上，因此称为能耗制动。 该制动过程中，电动机相当于发电机运行。
电动机工作于第四象限。
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他励直流电动机倒拉反转 运行的机械特性
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讨论一下转速反向反接制动状态下功率传送的方向
电枢电路的电压平衡方程式
I a ( Ra RΩ ) U Ea
两边同乘以Ia
2 Ia ( Ra RΩ ) UI a Ea I a
U 和 Ia 的方向与电动状态时相同，因此 UIa 为由电网 输入的功率；Ea的方向与电动状态时相反，因此EIa为输 入的机械功率在电枢内变成的电磁功率。它们均消耗在 电阻Ra+RΩ上。 转速反向的反接制动，必须满足两个条件： (1) 负载一定为位能性负载； (2) 电枢回路必须串入大电阻。
Ra Rz T 2 CeCT
2 GD dn 电动机的运动方程式为： T TZ 375 dt
GD2 ( Ra Rz ) dn Tz ( Ra Rz ) n 2 375CeCT dt CeCT 2
TtM
当T=Tz 时，n=nz
nz
Tz ( Ra Rz ) CeCT 2
I sc I z Ia (e1t e 2t ) I z 4T 1 ta TtM
n
2 nz t n e 1 z e t nz 1 2 1 2
1 2
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2）当 TtM 4Tta 时，α1和α2为负共 轭复数 2 j 1 j
即
Rz
UN Ra 2I N
EN 为制动瞬间的电枢电动势（正值），近似等于 额定电枢电压。
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（2）能耗制动运行——下放重物 当电动机带动位能负载，完成下放重物的过程。 在O点，T和n都为 零，此时若不使用 机械闸，则：
TL 0 n 0 Ea 0 Ia 0 T 0
机械特性曲线
t /TtM
或
n nz (1 et /TtM ) nst et /TtM
电流变化曲线
转速变化曲线
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本节课的主要内容：
(1) 电枢电路电感对起动过程的影响——了解 (2) 他励直流电动机的制动——重点、难点 能耗制动；（迅速停机、下放重物） 反接制动；
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当电动机带负载起动时，过渡过程分两阶段： 第一阶段，电枢电流从零增加到Iz之前，电动机转速为零。 电枢电路的电压方程式为 初始条件，t=0，Ia=0 式中，Ik—短路电流，Ik=U/Ra 第一阶段持续时间tz称滞后时间
Ik t z Tta ln Ik I z
U I a Ra La dI a dt
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RΩ不能太小，太小会 引起电枢电流过大。
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转速反向的反接制动时机械特性 方程式为：
n n0 Ra RΩ T 2 CeCT
U Ea Ia ( Ra RΩ )
重物从C点开始下放过程， 随着电机反向加速， Ea 增大， Ia 与 T 也相应增大，直至 D 点， T=TL，电动机从D点开始以恒 定速度稳定下放重物。
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二、反接制动
反接制动有两种情况，分别是转速反向（一般用于位 能负载）与电枢反接（一般用于反作用负载）。
(一) 转速反向的反接制动
也称为倒拉反转制动，这种制 动运行一般发生在起重机下放重物 的情况下，右图为控制电路。
制动时，电枢电压不反向，只 在电枢电路中串联一个适当的制动 电阻RΩ。
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电机及拖动基础
第九章 直流电动机的 电力拖动
上一节课的主要内容：
(1) 他励直流电动机的起动——重点 起动电阻的计算； (2) 他励直流电动机起动的过渡过程——重点、难点 Ia=f(t)，n=f(t)的求取方法； 过渡过程时间的求取方法；
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起动电阻的计算方法：
图解法和解析法 n nz 2 dt Tta dt TtM Tta TtM Tta
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转速方程的解为 式中
n c1e1t c2e2t nz
1 1 4Tta 2 1 2T 2T TtM ta ta
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(二) 电枢反接的反接制动——迅速停机
为了实现迅速停车或反向，断开K1和 K2，接通 K3和 K4，即把电枢电压反接，并串入电阻RΩ。 此时的电枢电流为： U Ea U Ea Ia Ra RΩ Ra RΩ 反接制动时 Ia<0 ， n>0 ，电 机处于制动状态，此时电枢被反 接，故称为反接制动。拖动系统 在电磁转矩和负载转矩的共同作 用下，电机转速迅速下降。
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（1）能耗制动过程——迅速停机 能耗制动的电路特点是：U=0，R=Ra+Rz，代入电动 机的机械特性方程式为
n U R T 2 Ce CeCT
得能耗制动机械特性方程式
Ra Rz n T 2 CeCT
可见，能耗制动时的机械特性曲线是一条过坐标原点 的直线。
第九章 直流电动机的电力拖动
9-1 他励直流电动机的机械特性
9-2 他励直流电动机的起动
9-3 他励直流电动机的制动
9-4 他励直流电动机的调速
9-5 晶闸管-直流电动机系统
9-6 他励直流电动机过渡过程的能量损耗
9-7 串励直流电动机的电力拖动
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他励直流电动机有两种运转状态： （1）电动运转状态——电动机转矩的方向与转速的方向 相同，工作点处于第一、三象限此时电网向电动机输入 电能，并变为机械能以带动负载。
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一、能耗制动
能耗制动的电路图为
电动状态
能耗制动状态
电路原理：将电枢与电源断开，串接一个制动电阻 Rz ， 使电机处于发电状态，将系统的动能转化为电能消耗在电 枢回路的电阻上。
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感应电动势Ea为
Ea Cen
当开始制动时，由于惯性，转速n存在且与电动状态 相同，则感应电动势Ea亦与电动状态相同。 能耗制动时的电枢电动势平衡方程式为
在c点
U Eb I2 R2 U Ec I1 R1
将两式相除，且Eb=Ec
I1 R2 I 2 R1
I1 R1 同理，d点和e点之间存在 I 2 Ra
因此，对于两级起动，得

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m
I1 R2 R1 I 2 R1 Ra
Rm Ra
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电力拖动的过渡过程一般分为两种： 机械过渡过程 、电气-机械过渡过程 电枢串固定电阻起动的过渡过程
1 1 4Tta 1 1 TtM 2Tta 2Tta
其中c1及c2——积分常数，由初始条件决定
另外，可解得电流微分方程的解
2 GD I a (c11e1t c2 2e2t ) Iz 375CT
1）当 TtM 4Tta 时，α1和α2为负 实数
重物G产生负载转矩Tz，电动机为电动状态时的接线 方法，从而产生一个使重物向上提升的转矩。
由于电枢电路内串入较大的 电阻 RΩ ， Ia↓ ，起动转矩 Tst<Tz ， 会使电动机反向运转， n 与 T 方向 相反，电动机处于制动状态，由 于n相反，感应电动势Ea的方向与 电动状态也相反，因此称转速反 向的反接制动，实际上是电枢电 压方向不变，感应电动势反向。 电枢电路的电压平衡方程式变为 I a ( Ra RΩ ) U (Ea ) U Ea
Ia Ik (1 et /Tta )
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第二阶段，过了tz后，电动机开始加速，机械惯性与电磁 惯性同时存在。
dI a 电枢电路的电磁过程方程式为 U I a Ra La Ea dt GD 2 dn 机械过程方程式为 T Tz 375 dt GD2 dn Ia I z ∵ T CT I a 375CT dt
由于电动机反转转速的升高，则有：
Ea Ia T T TL
稳定下放重物
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注意：在一定的转速下进行能耗制动时，电枢必须 串联电阻Rz，否则电枢电流将过大，在高速时该电流甚至 接近短路电流的数值。
分析能耗制动时的 n=f (t) 及I=f (t) 等曲线 能耗制动的机械特性为： n
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(二) 电枢电路电感对起动过程的影响
问题：电枢回路的电感来自哪儿？ 在用晶闸管整流电路向直流电动机供电时，通常在 电动机电枢回路中串联电感（平波电抗器－《电力电子 技术》），这时，电感引起的电磁惯性不能忽视。 电磁时间常数为
La Tta Ra
式中， La 电枢回路总电感，包括电枢绕组电感和串联的 电感线圈；Ra为电枢电阻。 当电动机带负载起动时，机械惯性和电磁惯性同时 存在，此时的过渡过程称为电气-机械过渡过程。
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在制动瞬间, 因机械惯性, 转速来不及变化, 工作点由A平移到B点 最大转矩点 机械特性1与负 载 TL 交 点 A 为 原 始运行点
TB 反向 , 制 动开 始 , 转 速n下降
制动过程终止点