直流他励电动机在搴擦负载转矩下四象限运行的分析
电机的四象限运行
电机的四象限运行
对电机工作象限的分析有助于日常的调试工作或者问题的解决。
我们先来看下电机的四象限运行时，转矩和转速的关系：
从上图可以看出，电机是有四个象限的，电机什么时候工作在哪个象限呢？在第一象限时，电机的转速和转矩都是正的，此时工作在正转电动状态；
在第二象限时，电机的转速是正的，转矩都是负的，此时工作在正转发电状态；在第三象限时，电机的转速和转矩都是负的，此时工作在反转电动状态；
在第四象限时，电机的转速是负的，转矩都是正的，此时工作在反转发电状态。
那么，了解电机四象限运行的状态有什么作用呢？
对于电机工作于第几象限的分析，有助于我们更好的进行电气控制设计，提前解决可能面临的问题。
在非常多的场合，由于电机在制动过程中，电机处于发电状态，此时电机相当于一个发电机，电能反馈到变频器，到达直流母线两端，根据变频器的基本原理，此时直流电线上的电容开始充电，但一旦电容消耗不了，反馈电压高于母线阀值，此时变频器就会报警。
直流母线电压过高，如何解决呢？
此时我们可以通过增加制动电阻，通过其做功来消耗，这就是为什么有些场合需要增加制动电阻的目的。
关于电机工作象限的分析，深入进去能够找到很多问题的解决办法，如行吊，起重，卷扬机等这类设备如果不进行分析，会导致重大安全问题等。
他励直流电动机的四象限运行教学
一样，但是电枢电势克服了外加电
压产生的。
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此时，与电动状态相比，电枢电流已经反向， 电磁转矩也反向，由电动状态时的驱动转矩变 为制动转矩。因此，这时电机吸收机械能，输 出电能，具有发电并向电网回馈电能的性质， 故称为回馈制动状态。 通常，我们把回馈制动 分为正向回调制动和反向回馈制动。所谓正向 回馈制动是指电枢加正向电压的回馈制动状态。
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电枢电流为
Ia
U(Ea)UEa RaR RaR
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4.3.5 回馈制动
他励直流电动机在电动状态下提升重物时，如
果反接电枢，就有可能过渡到机械特性的第四象限
运行，此时电动机便在回馈制动状态下匀速下放重
物。他励直流电动机在回馈制动时，转速方向应与
理想空载转速方向一致， 与的方向与电动状态时
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2
他励直流电动机的固有机械特性与各种人为 机械特性，分布在机械特性的四个象限内，电 动机所带动的生产机械的负载转矩特性，有反 抗性恒转矩、位能性恒转矩、泵类等典型负载 转矩特性，他们分布在四个象限内。电动机会 在四个象限内运行（包括稳态与过渡过程）， 即处于各种不同的运行状态。本节将具体分析 他励直流电动机在各个象限内不同的运行状态。
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6
4.3.2能耗制动
方法：制动瞬间，切除电动机的电源电压并
在电枢回路串入电阻R。在切换后的瞬间，由于
惯性的作用，小车转速n仍保持与原电动机运行
状态相同的方向和大小，不能突变，电动机运行
点从，磁通不变，电枢感应电动势的方向与大小
直流他励电动机四象限运行
直流电动机四象限机械特性测试一．实验目的本实验通过对直流电动机四象限机械特性的测试时学生对直流电动机的基本特性以及四象限工作状态有更深入的了解，进而掌握直流电动机的认为特性及其在调速国策和那个中的应用方式，同时锻炼学僧的分析问题解决问题能力和独立工作的能力。
二．实验内容测试直流电动机四个象限的机械特性，包括设备选择，拖动及负载电动机的选择，调速方式，参数调整，接线以及数据测试和曲线的绘制等。
三．实验要求1）第一象限固有特性电动状态测量4个稳定工作点2）第二象限回馈状态（电压可适当降低）测量4个稳定工作点3）第二象限电动势反接制动（最大电流设为1.5倍的In）测量3个工作点4）第二象限能耗制动（最大电流设1.5In)测量三个工作点，可以接反抗性负载5）第三象限反向电动状态（类同一象限）6）第四象限能耗制动测量4个稳定工作点7）第四象限倒拉反转测量4个稳定工作点8）要求写清实验步骤，并记录数据四．实验步骤1 第一象限的固有特性1.1 实验原理在电源电压U =Un，气隙磁通Ф=ФN，电枢外串电阻RΩ=0时，n =ƒ(T )的机械特性，其数学表达式为：特性表达式 T n TC C R C U n N T e a N e N ⋅-=Φ-Φ=β02机械转速N e N C U n Φ=0 斜率2N T e aC C R Φ=β空载1.2 实验步骤（１）按照实验接线图连接号电路，R1：电枢调节电阻（MEL-09）Rf ：磁场调节电阻（Ｍｅｌ－０９） Ｍ：直流并励电动机Ｍ０３ Ｇ：涡流测功机Ｕ１：可调直流稳压电源 Ｕ２：直流电机励磁电源Ｖ１：可调直流稳压电源自带电压表Ｖ２：直流电压表，量程为３６０ｖ档，位于ＭＥＬ－６（有的时候其实不用这个表，为了 实验的安全性和调速还是加上） Ａ：测电枢电流的安培表，ｍＡ：毫安表，位于直流电机励磁电源部（２）检查M ，G 之间是否用联轴器接好，电机导轨和MEL-13的连线是否接好，电动机励磁回路接线是否牢靠，仪表的量程，极性是否正确。
电机的四象限运行
电机的四象限运行（电机与拖动这门课会学习）
把电机的运行速度方向用一条数轴X来表示，代表电磁转矩方向。
把电机的电磁转矩方向用一条数轴Y来表示，代表电机转速的旋转方向。
构成一个平面坐标系XOY，那么第一象限是正转电动，此时转速与转矩旋转方向相同，这是正常的电动模式（假设电机正转）。
第二象限是电机正转，但转矩相反，电机处于发电状态，即回馈制动。
第三象限是反转电动，此时转速与转矩的方向相同，这是电动模式（反转）。
第四象限转速与转矩方向相反，电机处于发电状态，即回馈制动。
四象限工作特性与原理
P
jX I
U SsinIR
IU Ssin
R
IR
Q
P (U Ssin)I
P U S 2sin2
R
Q (U Sco s)I
Q U S 2sin (2 )
2R
因此，通过改变STATCOM的电压幅值以及以系统的相 位差就能实现对STATCOM输出的有功，无功的四象限 运行。
当U1>Us， 0 时，
P
Q
P0
Q Us(U1Us) X
电流从系统流向STATCOM且电流相 位超前系统电压90°，装置输出 感性无功。
STATCOM的基本原理
当U1<Us， 0 时，
P
Q
P0
Q U s(U s U 1) X
电流从STATCOM流向系统且电流相 位滞后系统电压90°，装置吸收感 性无功。
当U1=Us， 0 时，
P
Q
PQ0
系统，STATCOM之间的电流为0， 装置和系统无功率交换。
STATCOM的基本原理
当考虑等效阻抗R时：
网侧电压由于需要为电路中的损耗电阻提供有功功率即电流I中有 一定的有功分量，所以网侧电压Us与电流I相差比90度小可表示为
90- 角。
STATCOM的基本原理
决定。
转矩方向与电机转向相同为电动状态，反之为制动状态
直流电机的四象限运行
四象限直流—直流变换器
T1
VS A
T2
D1 T 3
D3
La R a E a B
I AB
D 2 T4
D4
T1
VS A
T2
(a)四象限直流-直流变换电路
浅谈四象限调速高效直流电机的节能效果
浅谈四象限调速高效直流电机的节能效果随着油田多年高强度开发，整装高效油田已基本开发完毕，产能建设逐步向低渗、低效的难动用储量延伸，与此同时老油田由于长期持续开发区块产能逐步递减，导致低产低液井不断增加，地面拖动装置的“最大匹配度”配置与油井动态、低冲次的矛盾日趋凸显。
标签：四象限调速;直流电机;低渗。
一、产品开发可行性我们对油田开发现状及再用拖动系统基本状况进行了充分调研，当前油田开发与拖动系统存在如下突出矛盾：1.老油田随着多年的高强度开发地层能量不断降低，油井产液也趋于减少，这就导致油田低液井所占比重不断加大;2.目前正常运行的低液井井下普遍使用Φ44有杆泵，按照公式（排量Qt=1440×D2×S×n×π/4）可以得到12型游粱機冲次为1次的情况下，Φ44有杆泵油管泵的理论排量为9.19方/日。
低液井配备的电机通常不具备调速功能，降低冲次只能通过更换皮带轮，冲次很难降至1次以下，拖动系统与油井冲次需求匹配性差，造成油井运行能耗高，吨液单耗达到采油厂平均水平的5.4倍。
3.虽然目前有能够无极调速的抽油机拖动系统，但由于低液井普遍井深较大，运行提升负荷大需要的扭矩大，而目前的具备调速功能的抽油机拖动系统存在以下问题：1）普通电机配变频柜的拖动系统2）1000转开关磁阻电机4.部分油井因供液能力与投产之初发生了很大的变化造成油井产液明显降低或对油井产能判断偏差，油井产液低井筒与抽油机运行矛盾突出，油井运行不平衡的问题普遍存，部分油井平衡块已加至四块并调到头仍不平衡，导致油井烧皮带频繁，井筒管柱问题频发，大幅增加了职工的劳动强度和日常运维成本。
5.对于低液低效益井实施间开是目前主要的提效保效措施，但由于油井产液低对于管线长、油品物性差和周边综治环境差的油井，实施间开会导致频繁处理管线和存在油井设施被盗的风险，而不间开油井正常运行又没有效益甚至是负效益，开发矛盾突出。
电机四象限
电机四象限电机四象限是指在电机运行过程中，根据电机的转速和负载转矩的正负关系，将电机运行状态划分为四个象限。
每个象限代表了不同的运行情况和特点，对于电机的控制和运行参数的选择具有重要意义。
第一象限：正转负载区第一象限是指电机以正转速运行，同时承受正向转矩负载的区域。
在这个区域中，电机输出功率为正，表示电机正在正常工作。
这种情况下，电机承受的负载转矩与电机输出转速呈正相关关系，负载转矩越大，电机输出转速越低。
第二象限：反转负载区第二象限是指电机以反转速运行，同时承受正向转矩负载的区域。
在这个区域中，电机输出功率为负，表示电机正在反转运行。
和第一象限类似，电机承受的负载转矩与电机输出转速呈正相关关系，负载转矩越大，电机输出转速越低。
第三象限：反转正载区第三象限是指电机以反转速运行，同时承受负向转矩负载的区域。
在这个区域中，电机输出功率为正，表示电机正在反转运行。
这种情况下，电机承受的负载转矩与电机输出转速呈负相关关系，负载转矩越大，电机输出转速越高。
第四象限：正转正载区第四象限是指电机以正转速运行，同时承受负向转矩负载的区域。
在这个区域中，电机输出功率为负，表示电机正在正常工作。
和第三象限类似，电机承受的负载转矩与电机输出转速呈负相关关系，负载转矩越大，电机输出转速越高。
电机四象限的划分对于电机的控制和运行具有重要意义。
根据不同象限的特点，可以选择合适的控制策略和运行参数，以实现电机的高效工作和稳定运行。
例如，在第一象限中，可以根据负载转矩的大小来调整电机的输出转速，以保持电机的工作在最佳点上；在第二象限中，可以通过改变电机的运行方向来满足不同的工作需求；在第三象限中，可以根据负载转矩的变化来调整电机的输出转速，以实现精确的运动控制；在第四象限中，可以通过改变电机的运行方向和负载转矩的大小来实现不同的工作任务。
电机四象限是电机运行状态的划分，代表了不同的运行情况和特点。
了解和理解电机四象限的意义，可以帮助我们选择合适的控制策略和运行参数，以实现电机的高效工作和稳定运行。
并励他励直流电动机机械特性
并励他励直流电动机机械特性直流电动机机械特性直流电动机是一种常见的电动机类型，具有很多独特的机械特性。
本文将介绍直流电动机的机械特性，包括转速特性、扭矩特性和效率特性，并探讨其在不同负载条件下的应用。
一、转速特性转速特性是指直流电动机转速与负载之间的关系。
直流电动机的转速特性通常分为三个区域：无负载区、稳定区和过载区。
在无负载区，直流电动机没有外部负载，转速较高。
这是因为电动机的电磁转矩与负载转矩平衡，只需克服摩擦力和空气阻力等小阻力，转速较高。
稳定区是直流电动机在额定负载下运行的区域，此时电机输出的扭矩与负载转矩平衡，电机转速稳定。
过载区是指电动机承受超过额定负载的情况，此时电机输出扭矩无法满足负载需求，转速下降。
二、扭矩特性扭矩特性是指直流电动机的输出扭矩与负载之间的关系。
直流电动机的扭矩特性通常呈现线性关系。
在无负载区，直流电动机输出扭矩较小，仅需克服摩擦力等小阻力。
随着负载的增加，直流电动机的输出扭矩逐渐增大，直到达到额定负载时，输出扭矩与负载转矩平衡。
如果负载超过额定负载，直流电动机的输出扭矩将无法满足负载需求，会导致转速下降，扭矩特性曲线呈现下降趋势。
三、效率特性效率特性是指直流电动机的转化效率与负载之间的关系。
直流电动机在不同负载下的效率特性通常呈现“脱钩”特性。
在无负载区，直流电动机的转化效率较低，因为在此区域内，电机除了需要克服摩擦力和空气阻力等小阻力，还需要消耗能量产生磁通。
在稳定区，直流电动机的转化效率较高，因为此时输出扭矩与负载转矩平衡，效率最大。
在过载区，电动机输出的扭矩无法满足负载需求，效率下降。
四、应用领域直流电动机的机械特性使其在多个领域得到广泛应用。
首先是工业领域，直流电动机的可调速性和精密控制特性，使其适用于需要精确转速和负载调整的设备，如机床、输送带和搅拌设备等。
此外，直流电动机的起动扭矩大，能够瞬间产生较大的扭矩输出，因此在起动和制动要求高的场合下也有广泛应用，如电梯、卷帘门和电动车辆等。
他励直流电动机负载转矩和电磁转矩的关系
题目：他励直流电动机负载转矩和电磁转矩的关系一、概述直流电动机是工业生产中广泛应用的一种电动机，其工作原理涉及到电磁转矩和负载转矩的平衡关系。
本文将就他励直流电动机的负载转矩和电磁转矩进行探讨，以期加深对直流电动机运行原理的理解。
二、负载转矩和电磁转矩的基本概念1. 负载转矩负载转矩是指电动机在工作时承受的外部负载所产生的力矩。
在实际工作中，负载转矩会导致电动机需要消耗更多的电能来克服负载的阻力，从而影响电动机的运行效率和稳定性。
2. 电磁转矩电磁转矩是指电动机在工作时由磁场产生的力矩。
它是由电动机的磁场和电流共同作用产生的，是电动机正常工作的基础。
电磁转矩的大小和方向取决于电动机的磁场强度和电流方向。
三、负载转矩和电磁转矩的关系1. 负载转矩与电磁转矩的平衡在电动机运行时，负载转矩和电磁转矩之间需要达到一定的平衡，以保证电动机的稳定运行。
通常情况下，负载转矩会影响电磁转矩的产生，而电磁转矩则需要克服负载转矩的作用才能使电动机正常工作。
2. 负载转矩对电磁转矩的影响在承载较大负载时，电动机需要产生相应的电磁转矩来克服负载的阻力，因此电磁转矩的大小与负载转矩密切相关。
负载转矩越大，电磁转矩也需要相应增加，以维持电动机的运行平衡。
3. 电磁转矩对负载转矩的影响同样地，电磁转矩的大小和方向也会影响负载转矩的作用。
良好的电磁转矩可以帮助电动机更好地应对外部负载的变化，同时也能提高电动机的运行效率和稳定性。
四、他励直流电动机的特点及应用1. 他励直流电动机的特点他励直流电动机以其稳定的特性和较大的起动转矩被广泛应用于各种工业场合，尤其适用于需要频繁启动和制动的场合。
2. 他励直流电动机的应用领域他励直流电动机广泛应用于起重机械、电力传动系统、轨道交通和船舶等领域，其电磁转矩和负载转矩的平衡关系对其在工业生产中的稳定运行至关重要。
五、结论1. 总结他励直流电动机的负载转矩和电磁转矩的关系，可以得出负载转矩和电磁转矩之间是相互影响、相互平衡的关系。
在他励直流电动机四象限运行的实验中训练工科学生的工程综合能力
在他励直流电动机四象限运行的实验中训练工科学生的工程综合能力引言在工科专业中，电动机是一个非常重要的组件，它在各种工业设备中都有广泛的应用。
而在电机驱动控制系统中，直流电动机是一种常见的驱动方式。
为了让工科学生更好地掌握直流电动机的工作原理和控制技术，实验教学是非常重要的环节。
而在直流电动机实验中，四象限运行是一个涵盖了多方面工程知识和技能的实验项目，它能够很好地训练学生的工程综合能力。
一、实验背景在他励直流电动机四象限运行的实验中，学生需要掌握直流电动机的基本原理和结构，了解直流电动机的工作特性以及控制方法，在这个基础上，通过搭建实验电路，进行四象限运行实验。
这项实验不仅涉及到电机的基本工作原理，还需要学生掌握电机的控制技术、传感器的应用、电子电路的设计等相关知识，并结合实际情景进行系统设计、测试和调试。
这个实验项目能够很好地训练学生的工程综合能力。
二、实验内容1. 理论知识学习在进行实验之前，学生需要对直流电动机的工作原理、电路控制原理、传感器的应用等方面进行系统学习。
了解电动机的基本结构和工作原理，并掌握电机的调速控制原理、四象限运行的概念和意义。
2. 电路搭建学生需要按照实验指导书的要求，搭建直流电动机的控制电路。
电路中涉及到功率电子器件的选型和电路连接、传感器的连接等内容，这需要学生具备一定的电路设计和动手能力。
3. 参数调试在搭建好电路之后，需要对电机控制系统进行参数调试，包括控制器参数的设置、传感器信号的校准、电流和转速的测量等。
这部分实验涉及到实际电机控制系统的调试和优化，需要学生具备一定的实验操作技能。
4. 实验运行经过参数调试之后，学生可以进行实际的四象限运行实验，通过调节控制器输出信号，实现电机在正转和反转、正刹和反刹的过程中的控制和监控。
5. 数据分析在实验过程中，学生需要对电机的电流、转速等参数进行实时监测，并对实验结果进行分析和总结，从而得出实验结论并进行讨论。
三、实验意义1. 培养学生的动手能力直流电动机的四象限运行实验需要学生亲自搭建电路、进行参数调试和实际运行实验，这可以有效地培养学生的动手能力，提高他们的实际操作技能。
他励直流电机的运行特性
d
R
U
I I
2
E
3
e
R
U
1
U
R
3
R
a
E
2
R
E
3
f
R
U
I I
2
E
a
g
R
1
U
E
3
R
e
最后得到每 段起动电阻
8
最后得到每段起动电阻为
r r r
1
R R R
1
R R R
2
2
2
3
3
3 a
若起动级数为m，则计算总电阻
如何限制起动电流呢？
Ia U Ea Ra I st U
N
Ra
限制起动电流的措施有两个：一是增加电枢回路电
阻，二是降低电源电压，即 直流电动机的起动方法有电枢串电阻和降压两种。 下面分别讨论两种方法。
串电阻起动
5
1） 电枢回路串电阻起动 启动原理
在额定电源电压下，电枢回路串入分级起动电阻Rst，在
Is U Ra
有时为了保持启动过程中电磁转矩一直较大及电枢电流一直 较小，可以逐渐升高电压U，直至最后升到UN。实际上，电 源电压由于可以连续升高，所以启动更快、更稳。
他励直流电动机空载启动或拖动反抗性转矩负载 启动，改变电源电压U的方向或改变励磁电流的 方向，电动机都要反向启动。然后稳定运行。
C eΦ N C eC TΦ
降低电源电压 调速时的机械 特性
降压调速的特点是什么？
晶闸管整流器供电 的直流调速系统
在他励直流电动机四象限运行的实验中训练工科学生的工程综合能力
在他励直流电动机四象限运行的实验中训练工科学生的工程综合能力在工程学科中，学生不仅需要掌握理论知识，更需要具备实际操作能力和工程综合能力。
针对这一需求，我们设计了一项关于在他励直流电动机四象限运行的实验，旨在训练工科学生的工程综合能力。
本文将从实验背景、实验目的、实验内容、实验过程和实验效果等方面进行介绍和总结。
一、实验背景在电气工程领域，直流电动机是一种常见的驱动设备，其在工业生产中应用广泛。
在实际工程中，控制直流电动机的运行状态是非常重要的，其中四象限运行即是其中的重要一环。
通过这个实验，可以让学生对直流电动机的控制有更深入的理解和掌握，提升他们的工程综合能力。
二、实验目的1. 理解和掌握直流电动机的基本结构和工作原理。
2. 掌握他励直流电动机的四象限运行原理。
3. 学习利用实验平台和控制器进行直流电动机四象限运行实验操作。
4. 培养学生的实际动手能力、实验设计能力和问题解决能力。
三、实验内容1. 直流电动机基本原理的讲解在实验开始前，首先对直流电动机的基本原理进行讲解，包括直流电动机的结构、工作原理、控制方式等内容，让学生对实验有一个初步的了解。
2. 他励直流电动机四象限运行原理的讲解通过讲解和示范，让学生了解他励直流电动机的四象限运行原理，包括正向转矩运行、正向制动、反向转矩运行和反向制动。
3. 实验仪器和设备的介绍介绍实验所需的仪器和设备，包括他励直流电动机、控制器、电源等设备，并进行操作示范。
4. 实验操作学生根据老师的指导，自行操作实验设备，进行他励直流电动机的四象限运行实验，包括设定参数、启动电机、改变转速、实现正向和反向运行等。
5. 数据采集和分析学生进行数据采集，并对实验数据进行分析，包括电流、转速、转矩等参数的变化情况，并进行数据处理和结果分析。
6. 实验报告撰写学生撰写实验报告，包括实验目的、实验原理、实验过程、数据分析和结论等内容，并进行实验结果的讨论和总结。
四、实验过程在实验过程中，老师将起到指导和辅导的作用，引导学生们自主完成实验操作和数据处理。
四象限工作特性与原理
UL US sin cos
IQ
UL sin(90o ) Us sin 2
R2 X 2
2R
Ip
UL U cos(90o ) US (1cos 2 )
R2 X 2
2R
U1
U1
US
cos( ) cos
可以证明在感性工况下
IP
IQ
STATCOM在电网中吸收的电 流同样满足上式，不过此时吸 收的是感性电流， δ的值是U1
33
PWM整流器的控制
间接电流控制的评价 其根据电路阻抗特性用数学的方法代替电流闭环作用，控制结构比较简单，便于
微机实现，有较高的可靠性。而且没有引入电流闭环节省了两个高精度的电流传感 器。但其动态响应比较慢，存在瞬态直流电流偏移。
34
PWM整流器的控制
直接电流控制 直接电流控制有电流滞环控制、固定开关频率控制、电流矢量控制、状态反馈控
系统模型搭建及仿真结果分析
按照下图所示，在Multisim中搭建基于间接电流控制的STATCOM 的系统仿真模型。 图中用无穷大系统电压的有效值为 2 2 0 3 V，频率为50HZ，额定负荷为 S=9000+j9000。
系统模型搭建及仿真结果分析
上面是家 补偿器之 前的，下 面的是加 补偿器之 后的，可 见功率因 数提高明 显
当U1=Us， 0 时，
P
Q
PQ0
系统，STATCOM之间的电流为0， 装置和系统无功率交换。
STATCOM的基本原理
当考虑等效阻抗R时：
网侧电压由于需要为电路中的损耗电阻提供有功功率即电流I中有 一定的有功分量，所以网侧电压Us与电流I相差比90度小可表示为
实验一 直流他励电动机在各种运转状态下的机械特性
实验一直流他励电动机在各种运转状态下的机械特性实验一直流他励电动机在各种运转状态下的机械特性一、实验目的测量他励直流电动机的自然机械特性及各种电气参数变化时的人为机械特性。
通过试验掌控直流电动机在各种运转状态时的特点和能量切换的规律。
二、预习要点1、发生改变他励直流电动机机械特性存有哪些方法？2、他励直流电动机在什么情况下，从电动机运行状态进入回馈制动状态？他励直流电动机回馈制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性又是什么情况？3、他励直流电动机LX1刹车时，能量传递关系，电动势均衡方程式及机械特性。
三、实验项目1、电动及答谢刹车状态下的机械特性2、电动及LX1刹车状态下的机械特性3、能耗刹车状态下的机械特性四、实验设备及挂件排列顺序1、实验设备序号12345型号dd01dd03dj15dj23d51名称电源控制屏不锈钢电机导轨、测距系统及lenses转速表直流并励电动机校正直流测功机波形测试及控制器板数量1台1件1台1台1件2、屏上挂件排序顺序d51五、实验方法及步骤按图1-1接线，图中m用编号为dj15的直流并励电动机(K817他励方式)，mg用编号为dj23的校正直流测功机，直流电压表v1的量程为500v，直流电流表a2、a4的量程为200ma，a1、a3的量程为5a。
r2、r4采用r1、r3上的900ω电阻分后甩三相，r1采用r2、r4上4个90ω串联，r3采用r5上的900ω并联加之r6上的90ω串联和实验台面上两个1300ω并联。
控制器s1、s2采用d51上的双刀双投掷控制器。
直流电动机运行于电动及回馈制动状态下的自然机械特性(一)试验详述：(1)测定被试直流电动机m运行于电动状态的机械特性时，在其轴上可加负载的形式是多种多样的，然而要获得反接、回馈及能耗制动等状态时的机械特性，其最可行的方法是采用一台直流电机来做负载，利用负载机mg工作在不同的运行状态，来测出受试电动机m于不同运转状态的机械特性。
17_直流无刷电机的四象限运行
No.17 直流无刷电机的四象限运行1 直流无刷电机运行的特点（1）输出转矩的极性取决于相位而不取决于相序直流无刷电机输出转矩的极性取决于转矩指令的极性。
正转矩指令时输出与电机正方向相同的正转矩，负转矩指令时，三相电流翻转180°，输出与电机正方向相反的负转矩。
●正转矩指令时：三相绕组的转矩常数为（绕组相序为ACB）：KT A=KT Phase²Sin(θ)KT B=KT Phase²Sin(θ-240)KT C=KT Phase²Sin(θ-120)三相定子电流：I A=I Peak²Sin(θ)I B=I Peak²Sin(θ-240)I C=I Peak²Sin(θ-120)三相绕组产生的转矩：T A=KT A²I A=KT Phase²I Peak²Sin2(θ)T B=KT B²I B=KT Phase²I Peak²Sin2(θ-240)T C=KT C²I C=KT Phase²I Peak²Sin2(θ-120)电动机产生的总的转矩：等于三相绕组产生的转矩之和Tm= T A + T B + T CTm= KT Phase²I Peak²[ Sin2(θ)+ Sin2(θ-240)+ Sin2(θ-120)]Tm= KT Phase²I Peak²1/2²[1-Cos(2θ)+ 1-Cos(2θ-240)+ 1-Cos(2θ-120)]Tm=3/2²KT Phase²I Peak●负转矩指令时：三相电流翻转180°三相定子电流（相序为ACB）：I A=I Peak²Sin(θ-180) = -I Peak²Sin(θ)I B=I Peak²Sin(θ-240-180) = -I Peak²Sin(θ-240)I C=I Peak²Sin(θ-120-180) = -I Peak²Sin(θ-120)三相绕组产生的转矩：T A=KT A²I A= -KT Phase²I Peak²Sin2(θ)T B=KT B²I B= -KT Phase²I Peak²Sin2(θ-240)T C=KT C²I C= -KT Phase²I Peak²Sin2(θ-120)电动机产生的总的转矩：等于三相绕组产生的转矩之和Tm= T A + T B + T CTm= -KT Phase²I Peak²[ Sin2(θ)+ Sin2(θ-240)+ Sin2(θ-120)]Tm= -KT Phase²I Peak²1/2²[1-Cos(2θ)+ 1-Cos(2θ-240)+ 1-Cos(2θ-120)]Tm= -3/2²KT Phase²I Peak输出转矩的极性与正转矩指令时相反，但三相电流的相序没有改变。
机电传动控制课后习题答案《第五版》
习题与思考题第二章机电传动系统的动力学基础2.1 说明机电传动系统运动方程中的拖动转矩，静态转矩和动态转矩。
拖动转矩是由电动机产生用来克服负载转矩，以带动生产机械运动的。
静态转矩就是由生产机械产生的负载转矩。
动态转矩是拖动转矩减去静态转矩。
2.2 从运动方程式怎样看出系统是处于加速，减速，稳态的和静态的工作状态。
TM-TL>0说明系统处于加速，TM-TL<0 说明系统处于减速，TM-TL=0说明系统处于稳态（即静态）的工作状态。
2.3 试列出以下几种情况下（见题2.3图）系统的运动方程式，并说明系统的运动状态是加速，减速，还是匀速？（图中箭头方向表示转矩的实际作用方向）TM=TLTM< TLTM-TL<0说明系统处于减速。
TM-TL<0 说明系统处于减速T M T L T M T LT M> T L M>L系统的运动状态是减速系统的运动状态是加速T M T L T T LT M= T L T M= T L系统的运动状态是减速系统的运动状态是匀速2.4 多轴拖动系统为什么要折算成单轴拖动系统？转矩折算为什么依据折算前后功率不变的原则？转动惯量折算为什么依据折算前后动能不变的原则？因为许多生产机械要求低转速运行，而电动机一般具有较高的额定转速。
这样，电动机与生产机械之间就得装设减速机构，如减速齿轮箱或蜗轮蜗杆，皮带等减速装置。
所以为了列出系统运动方程，必须先将各转动部分的转矩和转动惯量或直线运动部分的质量这算到一根轴上。
转矩折算前后功率不变的原则是P=Tω, p不变。
转动惯量折算前后动能不变原则是能量守恒MV=0.5Jω22.5为什么低速轴转矩大，高速轴转矩小？因为P= Tω,P不变ω越小T越大，ω越大T 越小。
2.6为什么机电传动系统中低速轴的GD2比高速轴的GD2大得多?因为P=Tω，T=G∂D2/375. P=ωG∂D2/375. ,P不变转速越小GD2越大，转速越大GD2越小。
转速转矩四象限规律
转速转矩四象限规律一、引言在电机和机械系统的控制中，转速和转矩是两个重要的参数。
转速决定了旋转速度的快慢，而转矩决定了旋转的力矩大小。
在电机的工作过程中，转速和转矩的关系并非是线性的，而是呈现出一种特定的规律，即四象限规律。
这四个象限分别代表了不同的转速和转矩的方向，对于理解电机的工作特性和进行精确控制具有重要意义。
二、四象限的划分与定义四象限规律是基于转速（ω）和转矩（T）的正负符号来划分的。
具体的划分如下：●第一象限：转速和转矩均为正值，表示电机正转（顺时针方向）并输出正向的转矩。
●第二象限：转速为负值，转矩为正值，表示电机反转（逆时针方向）但输出正向的转矩。
●第三象限：转速和转矩均为负值，表示电机正转（顺时针方向）但输出负向的转矩。
●第四象限：转速为正值，转矩为负值，表示电机反转（逆时针方向）并输出负向的转矩。
三、第一象限：正向转速与正向转矩在第一象限中，转速和转矩均为正值。
这表示电机正转，并且输出的转矩也是正向的。
这种工况通常出现在负载需要正转并消耗功率的情况下，如传送带、泵等设备的驱动。
在控制上，需要提供正向的电压和电流以维持这种工作状态。
四、第二象限：负向转速与正向转矩在第二象限中，转速为负值而转矩为正值。
这意味着电机虽然反转，但输出的转矩却是正向的。
这种情况通常出现在发电状态，例如当飞轮在惯性作用下继续旋转时。
虽然电机反转，但由于其正在将机械能转化为电能，因此输出正向的转矩。
在控制上，需要提供负向的电压和电流来维持这种工作状态。
五、第三象限：负向转速与负向转矩第三象限的特点是转速和转矩都是负值。
在这种情况下，电机虽然正转，但由于受到反向的转矩作用，旋转方向与预期相反。
这种状态常见于启动或者遇到阻力的情况。
控制上需要通过反向的电压和电流来调整这种状态。
六、第四象限：正向转速与负向转矩在第四象限中，转速为正值而转矩为负值。
这表示电机反转并输出负向的转矩。
这种情况通常出现在对负载进行制动或者能量回收的场合，例如在下坡或者回收风能等场景中。
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直流他励电动机在搴擦负载转矩下四象限运行的分析
以电动小车在A至B区间运行为例来分析。
示意图如图2.23所示。
AB
图2.23小车运行示意图
工艺要求是:从A点开车，启动到额定转速nN后，加速运行一段，再降到nN速度运行，快到B点时要求电动小车准确停车到B点；再从B 点反向启动，加速运行一段，降到wN转速运行，快到A点时再准确停车到A点。
根据工艺要求，现确定电机传动方案为：
(1)从A点正向串联电阻启动到nN;
(2)弱磁升速；
(3)强磁降速到nN;
(4)反接制动转为能耗制动或直接用能耗制动准确停车。
实现上述传动方案的电动机主电路如图2.24所示。
主电路中电枢电路串联有电阻尺m、尺12和及ns三级启动环节；ZC为正向接触器，FC 为反向接触器，以组成电动机正反转环节；反接制动接触器FZC和反接电阻尺以，以实现反接制动；能耗制动接触器NZC和能耗制动电阻尺2，以实现能耗制动；磁场回路串入电阻rn和磁场接触器(DC组成调节励磁环节，以实现弱磁调速。
可见，主电路可工作在正向启动、反向启动、弱磁升速、反接制动、能耗制动、停车等工作状态，可以完成工艺要求。
1.电动机正向启动加速过程
将电源开关氏闭合，磁场接触器的常闭触头闭合，以保证满磁场。
反接制动接触器FZC的吊开触头闭合，以短接反接制动电阻只n4，能耗制动接触器NZC的常闭触头打开，以断开能耗制动电路。
以上作为正向启动的预备状态。
使正向接触器ZC的常开触头闭合，主电路接通，电枢回路串入全部启动电阻。
这时电动机工作在特性d上，瞬间电动机电磁转矩为乃。
由于乃>7\，电动机拖动电动小车加速，沿d特性运行。
到^点时，使加速接触器3C常开触头闭合，切除（或短接）及⑴。
由于系统存在机械惯性，转速来不及变化，在忽略电动机电枢电感影响时，认为电枢电流瞬间从Ja2增大到Ial，也就是转矩Te从T2又增大到乃，即从6点过渡到c点，电动机沿d加速，直到d点。
以后的过程与前面过程相似。
通过加速接触器2C和1C的常开触点闭合，顺序切除（短接）电阻Rm和尺nz，电动机运行在固有特性上，沿gh特性加速到稳态转速nN，此时Te=TN，电动机不再加速。
2.正向弱磁升速调节过程
使磁场接触器0C的常闭触点打开，在励磁回路串入电阻rn，励磁电流下降，即磁通少下降。
如不考虑励磁回路的电磁惯性，转速由于机械惯性来不及变化。
反电势随磁通⑦下降而下降，电枢电流增加，电动机转矩增加。
这时电动机从固有特性的点&过渡到弱磁人为特性G上，因为7；>7\，从〖点沿特性G加速，直到j点，电动机在高于额定转速下稳定运行，小车向B点前进。
3.正向强磁降速调节过程
如果电动小车接近B点时，需要降速，这时使磁场接触器0C的常开触头闭合，短接电阻rfl，励磁电流增大。
由于转速〃来不及变化，反电势R瞬间增大，Ea>L/，电枢电流h改变方向，则乃也改变方向，了e 与W反向，电动机处于制动状态。
此时£a>U，">"()，所以工作在回馈制动状态。
从J•点过渡到々点，电动机在特性仏上运行。
随着转速的下降，直到Ea=UN时，电枢电流Ia=0，则转矩为零，反馈制动结束。
由于乃<7\，电动机继续降速，直到h点才稳定运转。
4.正向电压反接制动过程
当电动小车更接近B点时，需迅速降速制动，操作控制器进入电压反接制动状态，这时电枢回路两端几乎概酿_定帳。
_在_酿电压反接__人大的即使lCUCfPFZC的常开触头全部打开，电枢回路串入最大电阻；同时，'吊开1常开触头闭合，电动机处于电压反接制动状态。
电压反接制动特性也就是制动瞬间，电动机从&点过渡到Z点，产生很大的制动转矩，使小车前进速度迅速下降，在较短的时间内即可下降到7"1点。
5.正向能耗制动过程
为了宏现准确停车，到m点再转入能耗制动。
当电机运行到特性上的饥点时，使反向接触器FC的常开触头打开，即电动机脱离电源，同时使能耗接触器NZC的常闭触头闭合，将电动机电枢接到能耗制动电阻尺上。
此时机械特性为nO，恰当选择制动电阻艮的数值，可以使电动
机从m点过渡到"点，产生较大的制动转矩。
随着制动过程的进行，转速降低，转矩减小，储存在系统中的动能全部转换为电能，消耗在电阻艮上，直到转速为零，电动小车停在B点。
可见，电动小车从A点启动、加速，一直到接近B点制动停车的全过程是：经过逐级切除电阻的启动状态、弱磁升速状态、强磁降速制动状态、电压反接制动状态以及能耗制动状态。
应当说在实际工作中这些状态的转换可完全由控制电器线路自动完成。
电动小车从B点返回A点的过程与从A点到B点的过程相似，也要经过相同的状态，只不过电动机的转动方向和由A点到B点相反，所以机械特性曲线位于第m象限和第]V象限。
这个控制过程可自行分析。