第四章 他励直流电动机的运行概述
他励直流电动机的运行
二、 反接制动
（一）电压反接制动
U
电动
S
电压反接制动时接线如图所 示。开关S投向“电动”侧时，电枢 Ia
制动
I aB
RB
Ea
接正极电压，电机处于电动状态。
M
进行制动时，开关投向“制动”侧， T n TB
电枢回路串入制动电阻RB 后，接
If
上极性相反的电源电压，电枢回路
内产生反向电流：
I aB
PM Ea Ia 0 , 表明轴上输入的机械功率转变为 电枢回路电功率。
n
B
n0
A
注意：
TL C0
D
n0
Ra
TL
T
Ra RB
电动机拖到反抗性 负载时，若停车应 及时切断电源，否 则当 T TL 时会反
向启动
注意事项：
（1）反接制动转矩大――制动作用较强； （2）制动转矩大是由于电枢电流大，故制 动过程中会使电机发热，故不适合频繁制动
为了扩大调速范围，通常把降压和 弱磁两种调速方法结合起来，在额定 转速以上，采用弱磁调速，在额定转 速以下采用降压 调速。
二、恒转矩调速和恒功率调速
当直流电动机调速运行时，不管转速是多少，如 果保持其电枢电流和每极磁通都为额定值，即对
应的电磁转矩为额定值，则称为恒转矩调速
电枢串电阻调速和降压调速
磁通保持不变，在不同转速下保持电流不变
载的稳定速度。RB 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。
但制动电阻越小，制动电流越大。选 择制动电阻的原则是
I aB
Ea Ra RB
Imax
(2 ~ 2.5)IN
即：
RB
5.3,5.4 他励直流电动机的制动与调速
U N Ea I a R Cen I a ( Ra Rc )
U N Ea | U N | | Ea | Ia 0 Ra Rc Ra Rc
即：T反向，n不变，则T与n反向，阻转矩
3．反接制动－－电压反接
• 电压反接制动的机械方程：
UN R a Rc n T 2 C e N C e CT N
n01 U U2 , nA nB ； 则b点：
E A E B U 2即U 2 E B I B Ra IB U 2 EB 0 T 0 Ra
制动方程：
Ra U n T 2 Ce CeCT
(T 0)
T反向 n不变
制动曲线： BC为正向回馈制动曲线
和机械强度的限制，升速范围不
可能很大，一般 D≤2； 为了扩大调速范围，通常把降压和弱磁两种调速方法结合 起来，在额定转速以上，采用弱磁调速，在额定转速以下 采用降压 调速。
本节小结
机械特性为：
R a Rc n T C e N CT N
即 Ia反向→T反向
n不变 则由电动转向制动源自2．能耗制动• 能耗制动的曲线：
R a Rc n T C e N CT N
BO为能耗制动曲线， 通过原点的一条曲线且 在第二象限。
BO曲线斜率大的制动快 or 斜率小的制动快？
3．反接制动－－电压反接
• 电压反接制动的特点：
（1）可以很快使机组停机。 （2） 需要加入足够的电阻， 限制电枢电流；
（3）转速至零时， 需切断电源。
3．反接制动－－电动势反接 （倒拉反接）
• 制动情况分析：
◆由机械特性1 特性2；
◆
◆ 当电枢回路串入电阻
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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17
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
4 他励直流电动机的运行
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1.电枢串电阻调速
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； 缺点：调速范围小，电枢回路串入电阻后 电 动机的机械特性变“软”，使负载变动时 电动机产生较大的转速变化，即转速稳定性差， 而且调速效率较低。
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恒功率调速 调速中，保持Ia=IN，若Ф↓→n↑，
P =常数。
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
调速方法称为恒功率调速。如 改变电动机主
磁通Ф 的调速方法就属于恒功率调速方法。
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调速方式与负载类型配合问题
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4.2 他励直流电动机的调速
注意：调速与转速自然变化的区别。
“转速的自然变化”是指生产机械的负载转 矩发生变化时，电动机的电磁转矩T要相应发生 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。
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电气调速方法
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静差率比较
同样硬度 的特性，转速 越低，静差率 越大，越难满 足生产机械对 静差率的要求。
不同机械特性对应的静差率
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2.调速范围D
定义：
nmax D nmin
指额定负载时，电力拖动系统可能运行的 最高转nmax与最低转速nmin之比。其中nmax受直 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。
他励直流电动机的运行
电网输入功率 P1 UNIa 4 4 5 W 0 0 22 W 0 2 k 0 2 W 0
电枢电路电阻上消耗的功率
P Ia2R 52 0 1.4 3 W 8 33 W 7 3.7 0 k 30 W
轴上功率（为负值，表示从轴上输入功率）
P 2 E a Ia (U N Ia R )Ia( 4 5 4 1 0 .4 ) 3 5 8 W 0 11 W 7 1 .7 k 0 1
B′
B
电气参数：＝ N， U ＝-UN， 电枢回路总电
阻R＝Ra＋Rc
n0
nn0 T
A
TB′
C点n=0时
CE
TB -TC -TL o
TL
T
D
Iac
UNEa RcRa
0
Tc 0
Rc限制制动初 始时刻的电流
若Tc <TL 系统停车
-n0
若Tc > TL Tc-TL<0 n<0 反向加速到D点稳定运行
例9-6 一台他励直流电动机，PN=5.6KW，UN=220V， IN=31A，nN=1000r/min，Ra=0.4，负载转矩 TL=49 N·m，
电枢电流不得超过2倍额定电流。试计算：(略T0）
1).电动机拖动位能性恒转矩负载，要求以300r/min速 度下放重物，采用倒拉反接运行，电枢回路应串入多大电 阻？若采用能耗制动运行，电枢回路应串入多大电阻？
电动机带动反作用负载，从 n50r0/mi进n行能耗制动，若其 最大制动电流限制在100A，试计算串接在电枢电路中的电阻值。
解
CeUN
INRa nN
4407.620.3930.39 1050
串接在电枢电路中的电阻值
他励直流电动机启动和调速原理
他励直流电动机启动和调速原理
二、他励直流电动机调速原理 他励直流电动机的调速主要通过改变电枢电压、磁通或电枢回路电阻来实 现，具体方法包括： 1、电枢电压调速：通过改变电枢电压来调节电动机的转速。电压降低，转速 也随之降低。 2、磁场调速：通过改变励磁电流来调节磁通，从而改变电动机的转速。磁通 减小，转速增加。 3、电枢回路串电阻调速：在电枢回路中串联不同阻值的电阻，通过改变电阻 值来调节电动机的转速。电阻增大，转速降低；电阻减小，转速增加。
他励直流电动机启动和调速原理 2024.12.08
他励直流电动机启动和调速原理
他励直流电动机，是指电机的励磁线圈和电枢绕组 是分开的电机，励磁电流单独提供，与电枢电流无关。
一、他励直流电动机的启动原理 他励直流电动机的启动是指从静止状态加速到稳定 运行状态的过程。启动过程中需要注意以下几点： 1、起动转矩和起动电流：在启动瞬间，电磁转矩称 为起动转矩，电枢电流称为起动电流。由于电枢电阻很小，直接启动会导致 很大的起动电流，恶化等问题。因此，一般不允许直接启动，除非是小容量电动机。 2、启动方法：常用的启动方法包括： a、电枢回路串电阻起动：在电枢回路中串联电阻，以限制启动电流。随 着转速上升，逐步切除电阻，直至电动机达到稳定运行状态。 b、降压启动：通过降低启动时的电压来减小电流和电磁转矩，适用于需 要平滑启动的场合。
欢迎指正！
第4章 直流电动机的运行
4、运动方程式中转矩正、负号的规定
首先确定电动机处于电动状态时的旋转方向为转速的正方向， 然后再规定：
（1）电磁转矩 T 与转速 n 的正方向相同时为正，相反时为负。
（2）负载转矩 TL 与转速 n 的正方向相同时为负，相反时为正。
2 (3)惯性转矩 GD dn 的大小和正负号由 T 和 TL 的代数和决定。
2）降低电枢电压调速
前提 N , R 0 调U。
（1）调速特性曲线
n n0
n01 n02
A (n)
UN
A1 (n1 )
A2 ( n 2 ) U1
U降低
U2
0
TL
T
（2）主要特征
①U↓→n↓； ②从基速向下调速；
③负载转矩TL一定时，电枢电流Ia与转速n无关；
④ β不变，硬度不变，转速稳定性好； ⑤ 可实现转速连续变化，平滑性好。
1、能耗制动 1）能耗制动过程
如图，处于电动状态的电动机，突然 将开关S投向制动电阻 RB 上，即实现 制动。
Ia
U
S
电动
I aB
RB
M
Ea
制 动
制动瞬间（如特性曲线图），U=0， n不能突变，运行点从A→B，Ф 和Ea 均不变。此时 I aB <0，TB <0。 制动运行时，将系统储存的动能转换成电能， 消耗在电阻上，直到电机停止转动。
2）静差率
n n n 100 % 0 100 % n0 n0
额定负载时的转速降落与理想空载转速之比。静差率越小，相对 稳定性越好。
3）平滑性
ni ni 1
相邻两级调速中，高一级转速 n i 与低一级转速 ni 1 之比。 φ 越接近1，平滑性越好。i→∞，φ→1为无极调速。
他励直流电机的启动原理与运行
他励直流电机的运行直流电动机的起动电动机接到规定电源后，转速从0上升到稳态转速的过程称为起动过程。
他励直流电动机起动时，必须先保证有磁场（即先通励磁电流），而后加电枢电压。
合闸瞬间的起动电流很大应尽可能的缩短启动时间，减少能量损耗以及减少生产中的损耗起动电流大的原因：１、起动开始时：n=0,Ea=CeΦn=0,２、电枢电流：Ia=(U-Ea)/Ra=U/Ra Ra一般很小这样大的起动电流会引起后果：１、电机换向困难，产生严重的火花２、过大转矩将损坏拖动系统的传动机构和电机电枢３、供电线路产生很大的压降。
变频器整流回路的启动电阻结论：因此必须采取适当的措施限制起动电流，除容量极小的电机外，绝不允许直接起动起动方法：电枢串电阻启动——起动过程中有能量损耗，现在很少用，在实验室中用降压启动——适用于电动机的直流电源是可调的，投资较大，但启动过程中没有能量损耗。
直流启动器电枢串电阻起动：最初起动电流：Ist=U/(Ra+Rst) 最初起动转矩：Tst=ＫＴΦIst启动电阻：Rst＝（UN／λi IN）－Ra为了在限定的电流Ist下获得较大的起动转矩Tst,应该使磁通Φ尽可能大些，因此起动时串联在励磁回路的电阻应全部切除。
有了一定的转速n后，电势Ea不再为0，电流Ist会逐步减小，转矩Tst 也会逐步减小。
为了在起动过程中始终保持足够大的起动转矩，一般将起动器设计为多级，随着转速n的增大，串在电枢回路的起动电阻Rst逐级切除，进入稳态后全部切除。
起动电阻Rst一般设计为短时运行方式，不容许长时间通过较大的电流。
降压起动：对于他励直流电动机，可以采用专门设备降低电枢回路的电压以减小起动电流。
起动时电压Umin,起动电流Ist：Ist= Umin/Ra< λiIN启动过程中U随Ea上升逐渐上升，直到U=UN串励电动机绝对不允许空载起动。
串电阻起动设备简单，投资小，但起动电阻上要消耗能量；电枢降压起动设备投资较大，但起动过程节能。
他励直流电机名词解释
他励直流电机名词解释
他励直流电机是一种直流电机，其励磁绕组与电枢绕组分开，励磁电流由另设的直流电源供电，通常为蓄电池或可控硅整流电源。
这种电机具有较大的启动转矩和良好的调速性能，因此在需要较大起动转矩和调速性能的场合得到广泛应用。
他励直流电机由定子（固定部分）和转子（旋转部分）组成。
定子通常包括主磁极、换向极和机座等，而转子则包括电枢铁心、电枢绕组和换向器等。
在运行时，他励直流电机通过改变电枢电流的大小和方向，来改变电机转速和转向。
电枢电流的大小和方向可以通过控制器进行调节，从而实现电机的平滑调速或快速制动。
此外，他励直流电机还有许多优点，如效率高、调速性能好、控制简单等。
因此，在许多领域中都有广泛应用，如电力机车、地铁、矿井提升机和轧钢机等。
他励直流电动机的调速
T TL TL Ia 电枢电流 CT N TL = 常数时，I a 常数，如果 T TL ,则 I a I N ，即 I a 因此，
稳定运行时
与电动机转速n无关。 3．弱磁调速：Φ↓ A、调速过程： UN Ra R n T Ce CeCT
U Ea I a Ra =210V+10A（1Ω）
Ts≥（1.l～1.2）TN，这样系统才能顺利起动。
他励直流电动机起动方法有两种，下面分别叙述。
4.1.1 电枢回路串电阻起动 :(如图) UN 起动电流为： I S Ra R 特点：1、根据负载TL起动条件的要求，可确定所串入电阻R的 大小，有级。 2、简单、成本低。 3、功耗大。 4.1.2降电压启动 (如图)
（B）扰动消失后→ 回原稳定点。（食堂买饭）
3 ．稳定性分析：（图2.13）
（1）(机特交点A )当干扰导致U↓ → ∵瞬间n = C、Ea = C ∴Ia↓→T↓(新的机特交点B) → TA – T0﹤0 →n↓→Ea↓→Ia↑ →T↑→(稳定在新的机特交点A’)
（2）当干扰导致U↑→ ∵瞬间n= C、Ea= C ∴Ia↑
（2）位能性恒转矩负载：电梯 （A）︱Tf ︳= C; （B）nf＞0， Tf＞0，nf＜0， Tf＞0， 2 ．泵类：风机、油泵等，（图2.10） Tf ≌ n2 3 ．恒功率负载：（图2.11） n↑→Tf↓；n↓→Tf↑； P ≌ Tf * n = C。 二、电力拖动运行的稳定条件： 1 ．交点（机特与负特）— 同解（图2.12） 2 ．扰动后仍能稳定： （A）U 变化→Tf变化→新的稳定点，而不发散；
n
返回 反抗性 恒功率 通风机
位能性
T 0
反抗性
电机与拖动基础习题1(第3-6章)
电机与拖动基础习题1（第3-6章）第三章：直流电机原理一、简答题：1、换向器在直流电机中起什么作用在直流发电机中，换向器起整流作用，即把电枢绕组里交流电整流为直流电，在正、负电刷两端输出。
在直流电动机中，换向器起逆变作用，即把电刷外电路中的直流电经换向器逆变为交流电输入电枢元件中。
2、直流电机铭牌上的额定功率是指什么功率直流电机铭牌上的额定功率：对直流发电机而言，指的是输出的电功率的额定值;对直流电动机而言，指的是电动机轴上输出的机械功率的额定值3、直流电机主磁路包括哪几部分磁路未饱和时，励磁磁通势主要消耗在哪一部分直流电机的主磁路主要包括;主磁极、定、转子之间的气隙电枢齿、电枢磁轭、定子磁轭。
磁路未饱和时，铁的磁导率远大于空气的磁导率，气隙的磁阻比磁路中的铁心部分大得多，所以，励磁磁通势主要消耗在气隙上。
4、如何改变他励直流发电机的电枢电动势的方向如何改变他励直流电动机空载运行时的转向通过改变他励直流发电机励磁电流的方向，继而改变主磁通的方向，即可改变电枢电动势的方向;也可以通过改变他励直流发电机的旋转方向来改变电枢电动势的方向。
改变励磁电流的方向，继而改变主磁通的方向，即可改变电动机旋转方向;也可通过改变电枢电压的极性来改变他励直流电动机的旋转方向。
5、直流发电机的损耗主要有哪些铁损耗存在于哪一部分,它随负载变化吗电枢铜损耗随负载变化吗直流发电机的损耗主要有:(1)励磁绕组铜损耗;(2)机械摩擦损耗;(3)铁损耗;(4)电枢铜损耗;(5)电刷损耗;(6)附加损耗。
铁损耗是指电枢铁心在磁场中旋转时硅钢片中的磁滞和涡流损耗。
这两种损耗与磁密大小以及交变频率有关。
当电机的励磁电流和转速不变时,铁损耗也几乎不变。
它与负载的变化几乎没有关系。
电枢铜损耗由电枢电流引起,当负载增加时,电枢电流同时增加,电枢铜损耗随之增加。
电枢铜损耗与电枢电流的平方成正比。
6、他励直流电动机的电磁功率指什么在直流发电机中，电磁功率指的是由机械功率转化为电功率的这部分功率。
他励直流电动机的启动
➢ 启动过程分析：
启动瞬间，电机因机械惯性，转子保持静止 n 0 电枢电势Ea 0 ，
由电枢电势方程式U Ea IaRa 可知，
启动电流
I st
பைடு நூலகம்
UN Ra
启动转矩Tst CT Ist
当Tst大于拖动系统的总阻力转矩时，电动机开始转动并加速。随着转速 升高，电枢电势增大，使电枢电流下降，相应的电磁转矩也减小，但只
第二章 直流电动机的电力拖动
第四节 他励直流电动机的启动与反转
1
第四节 他励直流电动机的启动和反转
启动的定义 电动机从接入电网开始转动，到达稳定运行的全部过程称为启动过程或 启动。
直流电动机的启动性能指标： 1. 启动转矩Tst足够大（ Tst TL）； 2. 启动电流Ist不可太大，一般限制在一定的允许范围之内，一般为 （1.5—2）IN； 3. 启动时间短，符合生产机械的要求； 4. 启动设备简单、经济、可靠、操作简便。
一、 他励直流电动机的启动
直流电动机常用的启动方法有三种。 1. 直接启动 ➢ 定义：直接启动就是将电动机直接投入到额定电压的电网上启动。 ➢ 接线图：
启动时，必须先保证有磁场（先闭合励磁回路）， 而后加电枢电压（再闭合电枢回路）。
停机时，必须先断开电枢回路， 再断开励磁回路
一、 他励直流电动机的启动
3. 降压启动
➢ 定义：启动前将施加在电动机电枢两端的电源电压降低，以限制启动电流Ist
启动电压应为：
Ust Ist Ra (1.5 ~ 2)IN Ra
例2-4 接上例题。如果采用降压启动使启动电流为1.5IN时，电源电压应为多少？ 解：求电源电压为： ➢ 启动过程分析： Ust Ist Ra 1.5IN Ra 1.5 207.5 0.067 20.85
第4章 直流电动机
概述：
直流电动机
电动机与我们的生活密不可分。电动机是 一种旋转式机器，它将电能转变为机械能。 电动机按使用电源不同分为直流电动机 和交流电动机，其中交流电动机中常用的是 三相异步电动机和单相异步电动机。
直流电机是指通入直流电流而产生机械运动的电 动机，或能输出直流电流的发电机。具有可逆性。
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这样外加于电枢上的电压U1 , ，一部分消耗在电 枢电阻Ra上，一部分则用来平衡电动机的反电动势 Ef 。即： U1 = Ef + RaIa 上式是在电动机运转时，必须满足的一个基本条 件，称为电压平衡方程式。由此式可知，电枢电流 I 。为：
பைடு நூலகம்
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分析上式可知：当电动机的负载增加时，电枢轴 上的阻力转矩增加，电枢转速降低，而使反电动势 E 随之减小，电枢电流 I 。增大，因此电磁转矩也将随 之增大，直至电磁转矩增加到与阻力矩相等时为止， 这时电动机将在新的负载下以较低的转速平稳运转。 反之，当电动机的负载减小时，电枢转速升高，反电 动势增大，电枢电流减小，电磁转矩则随之减小，直 至电动机的电磁转矩减小到与阻力矩相等时为止，电 动机将在较高的转速下平稳运转。
换向器的作用是把通入电刷的直流电流转变为电枢绕组中 导体所需的交变电流。
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电刷与电刷架 ：
电刷与电刷架的作用是将电流引入电动机。 4 个电 刷架均固定在前端盖上，其中两个电刷架与端盖绝缘 ，称为绝缘电刷架；另外两个电刷架与端盖直接铆合 而搭铁，称为搭铁电刷架．电刷由铜与石墨粉压制而 成，加人铜是为了减小电阻并增加耐磨性。电刷装在 电刷架中，借弹簧压力将它压紧在换向器上，电刷弹 簧的压力一般为 11 . 7N ~ 14 . 7N 。
他励直流电动机的运行
他励直流电动机三种调速方法的性能比较
调速方法 调速方向
电枢串电阻 降电源电压
向下调
向下调
减弱磁通 向上调
δ≤50%时调速范围
一定调速范围内转速 的稳定性 负载能力 调速平滑性 设备初投资 电能损耗
~2
差 恒转矩 有级调速
少 多
10~12
好 恒转矩 无级调速
多 较少
1.2~2 3~4
与δ无关
较好
恒功率 无级调速
TL T C
保持励磁电流If的大小及方向不变， 将开关接至R， 电枢从电 网脱离经制动电阻R闭合。
参数特点：=N，U=0， 电枢回路总电阻R=Ra＋R
实际上是一台他励直流发电机。轴上的机械能转化成电能， 全 部消耗于电枢回路的电阻上， 所以称为能耗制动。
他励直流电动机能耗制动过程中的功率关系
输 入 电枢回路总 电磁功率
n0
n0
D nmax nmax
nmax
n
nmin
n0 nN
n0
1
nN n0
n0
nmax
nmax
n0
nN 1 nN 1
nN
nmax
D1
0
nN nmin
nN 1
1
nN 2 nN 3
3
2
TN
T
2.调速的平滑性 平滑系数：相邻两级转速或线速度之比。
ni
ni 1
3.调速的经济性 设备的初投资、调速时电能的损耗、运行时的维修费用等
电动机的电磁功率：
O TL
PM T
T
9.55Ce
N
I
a
2
60
UN
Ce
第四章 他励直流电动机的电力拖动
n
R T Tem 2 em CeCT Φ
式中 为机械特性曲线的斜率。
第4章 他励直流电动机的电力拖动
4.1他励直流电动机的机械特性
3.机械特性分析
n
U R T 2 em CeΦ CeCTΦ
n n0 Tem n0 n
图4-3 直流电动机的机械特性比较
越大，n 越大，机械特性就越“软”，通常称 大的机械特性 为软特性。一般他励电动机在电枢在没外接电阻时，n 比较小，机 械特性都比较硬
4.1.3人为机械特性 人为机械特性是指人为地改变电动机电路中的某个参数或电动机 的电枢电压值，而得到的机械特性，即改变机械特性方程中的某些参数 如电压、励磁电流、电枢回路电阻所获得的机械特性。人为机械特性有 以下三种。 1.电枢回路串电阻时的人为机械特性 当电动机的 U U N , Φ ΦN ,R Ra Rs 时，其人为机械特性的方程式 为
假设： 1. 电源电压为恒值 2. 磁通为恒值，即励磁电 流不变，认为无电枢反应 3. 电枢回路电阻为恒值
第4章 他励直流电动机的电力拖动
4.1他励直流电动机的机械特性
4.1.1机械特性的一般表达式 根据电路原理图，则有：
U Ea Ia ( Ra Rs ) Ea Ia R
式中，R为电枢回路总电阻 R Ra Rs。
图4-6 改变电枢电压的人为机械特性
第4章 他励直流电动机的电力拖动
4.1他励直流电动机的机械特性
3.改变磁通时的人为机械特性 可以通过在励磁回路中串接上电阻 Rsf ，或降低励磁电压 U f 来减弱磁通 ，保持 U U N ， Rs 0 时，减弱磁通的人为机械特性和转速特性分别为 U Ra n N Tem Ce CeCT 2
他励直流电动机的工作原理
他励直流电动机的工作原理好嘞，咱们今天就来聊聊他励直流电动机的工作原理。
想象一下，电动机就像一个勤劳的小蜜蜂，嗡嗡作响，不停地工作。
你知道吗，这种电动机在生活中可真是无处不在，像家里的电风扇、电动车，甚至洗衣机，都是它的“亲戚”。
我们来看看它背后的那些小秘密吧。
他励直流电动机其实有个特别的地方，它的工作原理真的是个有趣的故事。
电动机的心脏就是那个绕组，嘿，这可不是普通的绕组，它里边绕着电线，形成了电流流动的通道。
当电流通过的时候，它就像给电动机注入了生命的源泉。
这个电流在绕组里一跑，咱们的电动机就开始转动，简直是“动力无限”。
这种电动机用的电源是直流电，这个名字听上去有点高深，其实就是指电流朝一个方向流动。
简简单单，不用太复杂。
再说说他励的意思。
这个“他励”可有点意思，像是给电动机请了个“助教”。
在这里，励磁绕组是个关键角色，负责产生磁场。
电流流经励磁绕组，磁场就像一把无形的“锁”，把转子牢牢锁住。
转子一转，磁场就跟着转，形成一种奇妙的互动。
这个时候，你就会发现，电动机的转动简直是天衣无缝，配合得如同老夫老妻。
再往下讲，咱们得提一下电动机的转速。
电动机的转速可不是固定的，咱们可以根据负载的变化来调整。
想象一下，今天咱们要推着一车水果，动力肯定得足够大；但要是明天只是搬一箱牛奶，那自然就轻松多了。
这就是电动机的妙处，它能根据负载自动调节，真是“随叫随到”。
说到这里，咱们还得聊聊这小家伙的效率。
电动机的效率可真是个了不起的数字。
它把电能转化为机械能的能力可高达90%以上。
也就是说，几乎每一度电都能被它好好利用。
试想一下，要是家里的电器都能这么给力，电费账单得省多少呀！这就像是找到了人生的“省钱妙招”，让人心里那个美呀。
不过，任何事情都有两面性，他励直流电动机也不例外。
虽然它的效率高，但如果长时间工作或者负载过大，就容易发热，甚至出现一些小问题。
就像人一样，工作太累了，难免得休息一下。
因此，适时的维护和保养可不能少，给它一个良好的工作环境，才能让它发挥最佳状态。
第4章 他励直流电动机的运行
• 他励直流电动机的启动 电枢回路串电阻启动，降低电源电压启动。
• 他励直流电动机的调速 电枢串电阻调速，降低电源电压调速，弱磁调速。
• 他励直流电动机的电动与制动 电动运行，能耗制动，反接制动，倒拉反转 运行，回馈制动运行。
• *他励直流电动机的过渡过程
4.1 他励直流电动机的启动
p0
回馈给电源。“过程”是指 没有稳定状态，是变速过程。
|P1|
|PM|
|P2|
1. 正向回馈制动运行
• 电车在下坡时，TL2<0，加 速，当n超过n0后，T<0，T 与n反向。最后稳定在B点运 行。
• T与n反向，且n>0，电动机 为正向反馈运行。功率关系 与正向反馈过程相同。
• 功率关系与发电机一致，由 称发电状态。
0
TL1 T
e -n0
B -UN，Ra
nC
C
4.3 他励直流电动机的电动与制动运行
• U连续变化时，转速也连续变化，无级调速。 比电枢串电阻调速要平滑的多，是直流电力拖 动系统广泛采用的调速方式。
3. 弱磁调速
n
UN
Ce
Ra
CeCt
2
T
n0
n
• 保持U和Ra ，减弱磁通Φ时，n0↑，Δn↑（斜率 变大），弱磁时转速升高。
n
UN
Ce
Ra
Ce
Ia
,
T CtIa 9.55 CeIa
PM=TΩ=UIa-Ia2Ra
如拖动恒功率负载： TLΩ=常数 PM = TΩ = TLΩ=常数 Ia=常数
n
Φ1<ΦN
n01 A1(n1)
n0
A(nN) Φ1
电机拖动基础他励直流电动机运行
【例题8.9】Z2-71他励直流电动机额定数据为：PN=17kW， UN=220V，IN=90A，nN=1500r/min，Ra=0.147Ω，计算：(1) 直接起动时的起动电流；(2) 拖动额定负载起动，若采用电 枢回路串电阻启动，应串入多大电阻；若降压启动，电压 应降至多少？(以顺利起动为条件) 解：(1)直接起动电流
T CT I a TL n 2 I a n 2 n Ia n N 1200 I aN 34.4 23.56A 1450
2 2
根据调速点处电枢回路方程
UaN Ea I a Ra Rr
得外串电阻为
降低电源电压调速，输入功率
P1 Ua I aN 150.5 115 173075W .
输出功率与电枢回路串电阻调速相同。
【例题】一台他励直流电动机额定功率PN=7.5kW， UN=220V，IN=41A，nN=1500r/min，Ra=0.376Ω，拖动恒转 矩负载运行，TL=TN，把电源电压降到150V，问：(1) 电源 电压降低了但电动机转速还来不及变化的瞬间，电动机的 电枢电流及电磁转矩各是多大？电力拖动系统的动转矩是 多大？(2) 稳定运行转速是多少？ 解：(1)电动机额定状态运行
Φ1 ΦN
T
Φ 1 <ΦN
TL n2 n1
a.带恒转矩负载时，各个调速点T相 n 同，但Φ不同，因此电枢电流 Ia 不 n01 同，电动机利用率不同。 b.带恒功率负载时，虽然T2<T1，但 n0 PL= Pe=UaIa-Ia2Ra=常数，则Ia1=Ia2 ，各个调速点电动机利用率相同。
Φ1 <ΦN Φ1 ΦN
4.1.1 电枢回路串电阻起动
他励直流电机的启动原理与运行
他励直流电机的启动原理与运行直流电机是一种常见的电动机，它的启动原理和运行过程相对简单。
下面将详细介绍直流电机的启动原理和运行过程。
一、直流电机的启动原理直流电机的启动原理主要涉及到电动机绕组和电刷之间的相互作用。
在直流电机中，电源（通常为直流电源）通过电刷与转子绕组中的线圈相连，通过转子绕组产生的磁场与永磁体的磁场相互作用，从而产生回转力矩，推动转子旋转。
具体来说，直流电机启动的基本原理可以归纳为以下几个步骤：1.电源通电：将直流电源与电机绕组相连，使得电源输出电流通过电刷进入转子绕组。
2.电流通过转子绕组：当电源通电后，电流会通过电刷进入转子绕组，并在线圈中形成磁场。
3.电刷与转子绕组之间的相互作用：这一步是直流电机启动的关键步骤。
通过电刷与转子绕组之间的接触和相互作用，使得电流通过转子绕组时产生的磁场和永磁体的磁场相互作用，从而发生力矩作用。
这个力矩使得转子开始旋转。
4.转子运动：一旦转子开始旋转，它会通过机械耦合将力矩传递给机械负载，从而实现所需的运动。
二、直流电机的运行过程直流电机的运行过程可以分为启动阶段和稳态运行阶段。
1.启动阶段：在启动阶段，当电源通电后，通过以上的原理，电机开始旋转。
在这个阶段，由于转子的惯性和机械特性，转速可能会逐渐增加直到达到稳定状态。
同时，电刷与电刷槽之间的接触会导致一些摩擦和火花，因此通常需要在这个阶段进行额外的控制来保证电刷和电刷槽之间的良好接触。
2.稳态运行阶段：一旦电机启动并进入稳态运行阶段，转子将以稳定的速度旋转。
在这个阶段，电机的性能和输出力矩取决于电机的设计和工作条件。
通常，可以通过控制电刷和电流的输入来调整电机的输出力矩和速度。
此外，需要注意的是，直流电机的运行过程也涉及到电机的磁场、电流和机械特性等因素的相互作用。
例如，电机的磁场由电流通过转子绕组时产生，转子的惯性和机械特性会影响电机的动态响应和稳态运行特性。
总结起来，直流电机的启动原理和运行过程包括电源通电、电流通过转子绕组、电刷与转子绕组之间的相互作用以及转子的旋转等步骤。
他励直流电动机原理
他励直流电动机原理《他励直流电动机原理》直流电动机是一种最常见的电动机类型，其具有结构简单、可靠性高以及控制方便等优点，因此被广泛应用于工业生产和生活领域。
他励直流电动机作为直流电动机的一种类型，具有自己的工作原理和特点。
他励直流电动机的工作原理是利用直流电流在电枢线圈和永磁场之间的相互作用来实现电能转换为机械能。
该类电动机的结构包括电枢、永磁场和集电刷三个主要部分。
电枢是直流电动机的主要组成部分，由导电材料绕成线圈形状。
当通入直流电流时，线圈中会产生磁场。
根据左手定则，电流通过线圈时会产生一个指向线圈内部的磁场。
永磁场是直流电动机中另一个重要部分，由一块或多块永磁体构成。
这些永磁体通常是高磁导率的材料，可以在短时间内形成一个强磁场。
永磁体的主要作用是提供一个稳定的磁场，以供电枢线圈产生的磁场和之间的相互作用。
接下来，当电枢线圈中产生的磁场和永磁体产生的磁场相互作用时，就会产生一个力矩，使电机转动。
这个力矩的大小和方向取决于电枢线圈中的电流和永磁体的磁场强度。
此外，为了保证电机能够持续地旋转，电枢线圈需要与直流电源保持恒定的电流。
在实际应用中，为了控制电机的运行速度和方向，人们通常使用一个叫做集电刷的装置。
集电刷与电枢线圈连接，可以通过改变电刷与电枢之间的接触点位置来改变电流的方向。
通过调整集电刷的位置，可以实现电机的正反转和速度调节。
总之，他励直流电动机通过利用电枢线圈产生的磁场与永磁体产生的磁场之间的相互作用来实现电能转换为机械能。
这种类型的电动机结构简单、可靠性高，并且可以通过集电刷来实现控制。
因此，他励直流电动机广泛应用于工业生产中的传动和控制系统中。
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EN U N I N Ra nN nN
– UN 、 IN 和 nN 为已知， Ra 可实测，或通过下式估 算。 2 U I P 1
Ra ~ 2 3
N
I
N 2 N
N
– 额定工作点
TN CT N I N
CT N 9.55Ce N
人为机械特性的绘制 • 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； – 电枢串电阻时的人为机械特性
额定工作点，
T TN 9.55Ce N I N 147.3N m
电力拖动稳定运行的条件
• 主要研究：生产机械负载转矩特性与电动机的 机械特性这两种特性的配合问题。 • 在电力拖动运动方 程式中，当转矩T 与 Tz 方向相反，大 小相等而相互平衡 时，转速为某一稳 定值，拖动系统处 于稳态，或称静态。
• 稳定运行系统分析
– 主要分析：他励直流电动机拖动一恒定负载时，且 不考虑电枢反应，当电枢电压发生变化时，工作点 得变化如下图所示。
• 当他励电动机电压及磁通均为额定值时，电枢没有 串联电阻时的机械特性称为固有机械特性。
固有机械特性与人为机械特性
• 电枢串电阻时的人为机械特性
UN Ra RΩ n T 2 Ce N CeCT N
固有机械特性
电枢串联电 阻时的人为 机械特性
• 改变电枢电压时的人为机械特性
Ra U n T 2 Ce N CeCT N
• 设计时，一般根据电动机铭牌数据、产品目录或
实测数据来计算或绘制机械特性； • 对计算有用的数据通常有：PN、UN、IN和nN。
• 固有机械特性是一条直线，只要求出线上两个点 的数据，就可绘出这条直线。一般选择理想空载 及额定运行两点较为方便； – 理想空载点 其中
n0 UN Ce N
Ce N
固有机械特性
电压不同时的 人为机械特性 UN>U1>U2
• 减弱电动机励磁时的人为机械特性
n UN Ra T 2 Ce CeCT
N > 1 > 2
• 减弱电动机励磁时的人为机械特性
UN Ra n Ia Ce Ce
N > 1 > 2
机械特性的绘制
• 由电动机机械特性方程式可知，计算或绘制机械 特性，必须知道 Ce 与 CT 等参数，而这些参数 电动机结构参数p、a、N等有关，但这些参数不 易得到；
第四章 他励直流电动机的运行
4.1 他励直流电动机的启动 4.2 他励直流电动机的调速 4.3 他励直流电动机的电方程式 固有与人为机械特性 机械特性的绘制 电力拖动稳定运行的条件 实例
机械特性方程式
机械特性是指电动机的转速n与电磁转矩T 的关系 n=f(T) ，
其中：T是指电磁转矩； 机械特性是电动机机械性能的主要表现； 电动机工作在电动状态时T=Td＋T0；
T：电磁转矩；Td：电动机轴上的输出转矩；T0：电动
机空载转矩。
在运动方程式T-Tz=JdW/dt中
若T为电磁转矩，则Tz为负载转矩与空载转矩之和； 若定义Tz为负载转矩，则T为拖动转矩，相当于T=Td＋ T0中的Td。
– R：电枢回路总电阻，包括电枢电阻 Ra和电枢串励电 阻 RW ； Ce ：电动机电动势常数， Ce=pN/(60a) ； CT ：
电动机转矩常数， CT=pN/(2pa)
CT 9.55Ce
• 理想空载转速 • 实际空载转速
U n0 Ce R n0 n0 T 2 0 CeCT
他励直流电动 机的机械特性
负载特性
负载特性
电力拖动稳定运行的条件 • 稳定运行的必要条件是：两种特性有交点。 • 稳定运行的充分条件是：如果电力拖动系统原在交点 处稳定运行，由于出现某种干扰作用（如电网电压波 动、负载转矩的微小变化等），使原来两种特性的平 衡变成不平衡，电动机转速便稍有变化，这时，当干 扰消除后，拖动系统必须有能力使转速恢复到原来交 点处的数值。 • 电力拖动系统如能满足这样的特性配合条件，则该系 统是稳定的，否则是不稳定的。
UN Ra RΩ n T 2 Ce N CeCT N
– 改变电枢电压时的人为机械特性
n Ra U T 2 Ce N CeCT N
– 减弱电动机励磁时的人为机械特性
n UN Ra T 2 Ce CeCT
例题
• 一台 Z2 型他励直流电动机的铭牌数据为： PN=22kW, UN=220V, IN=116A, nN=1500rpm。试绘制其机械特性。 解：
2 U N I N PN 2 220116 22000 Ra Ω 0.174Ω 2 2 3 IN 116 3
U N I N Ra Ce N 0.133V/rpm nN
理想空载点，T＝0
UN n n0 1650 rpm Ce N
直流电动机的几个基本方程式 – 电磁转矩： – 感应电动势：
T CTI a
Ea Cen
– 电枢回路电动势平衡方程式：
U Ea I a R
– 电动机转速特性：
U Ia R n Ce
• 由此可得机械特性方程式：
U R n T 2 Ce CeCT
或 n n0 T
– 当电枢电流较大时，产生去磁作用。 磁通降低，转速就要回升，机械特性 在负载大时呈上翘现象。
电枢反应 对机械特 性的影响
• 减少电枢反应对电动机机械特性的影响
– 在主磁极上加一个匝数很少的串励绕组，其磁动 势可以减少电枢反映的去磁作用； – 实质上变为复励电动机； – 由于串励磁动势较弱，其机械特性与没有电枢反 应时的他励直流电动机相同，因此仍视为他励直 流电动机。
• 电动机带负载后的转速降
–
• 额定转速变化率
R Δn T T 2 CeCT R ：机械特性斜率， CeCT 2
n0 nN nN % 100% nN
– 国产Z系列他励直流电动机的nN%一般为10%～18%，大容 量电动机为3%～8%。
• 电枢反应对电动机机械特性的影响