直流电机拖动--《电机与拖动基础》-第三版-林瑞光-主编

第二章 直流电动机的电力拖动
2.4.2 反接制动
一、电压反接制动
电压反接制动时接线如图所示。
开关S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R阻B 后，接上极性相反的电源电压，电枢回路内
产生反向电流：
Ia
IaB

U Ea Ra RB
R Z 制动
Ea
M
Tem n
T
If
第二章 直流电动机的电力拖动
能耗制动时的机械特性为：
n


Ra Rz CeCM 2N
T

T
Ia


Ce N n Ra Rz
制动瞬间
B
工作点
n n0
制动过程 工作段
电动机电动状 态工作点
A Ra
Ra RZ
电动机拖动反抗性 负载，电机停转。
0
TL
扰动使转速有微小增量，转速由nB n
上升到nB，T TZ ,系统加速 。
nB
即使扰动消失,也不能回到 B 点运行。nB
B
扰动使转速有微小下降，由nB 下降
到 nB , T TZ ,系统减速。
nB
即使扰动消失,也不能回到 B 点运行。 0 电力拖动系统稳定运行的充分必要条件是：
TZ
转，电动势Ea 方向不变。由Ea 产生的电枢
电流IaB 的方向与电动状态时的 Ia 方向相
Ia
反,对应的电磁转矩T Te与m 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。
U
电动
S
I aB
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。
第二章 直流电动机的电力拖动
2.3.2 电枢回路串电阻起动
一、起动过程

U

以三级电阻起动时电动机为例
n
nnN0
n3 n2
n1
S
S1 S2 S3
h
M
f3 d2
g Ra
e Ra R1 R1
Ra R 1 R 2 R 3
曲线。
负载的转矩TZ 基本上与转 速 n 的平方成正比。负载特性
为一条抛物线。
n
n
理想的通 风机特性
实际通风 机特性
Tz
Tz0
Tz
第二章 直流电动机的电力拖动
2.2 他励直流电动机的机械特性
2.2.1 机械特性的表达式
直流电动机的机械特性是指电动机在电枢电压、励磁电流、 电枢回路电阻为恒值的条件下，即电动机处于稳态运行时，电动 机的转速与电磁转矩之间的关系：n f(T )
具体步骤：
(1)估算 Ra :
Ra

U NIN PN
2
I
2 N
(2)计算 CeΦN 和CM ΦN
:
CeΦN

UN IN nNΒιβλιοθήκη Ra在固有机械特性
方程 n n0 βT 的基础上，根据人为
特性所对应的参数R f
或U 或Φ 变化，重新 计算n0 和 β ，然后得
CM ΦN 9.55 CeΦN 到人为机械特性方程
第二章 直流电动机的电力拖动
本章主要介绍电力拖动系统的运动方程、负载转矩特性、直 流电动机的机械特性、起动、调速、制动等方法和物理过程。
2.1 电力拖动系统的运动方程和负载转矩特性 2.2 他励直流电动机的机械特性 2.3 他励直流电动机的起动 2.4 他励直流电动机的制动 2.5 他励直流电动机的调速 2.6 串励直流电动机的电力拖动 思考题与习题
R3 R2 R1 I1 β R2 R1 Ra I2
在已知起动电流比β和电枢电
阻前提下，经推导可得各级串联电 阻为:
R 1 (β1) R a R 2 (β1) βR a βR 1 R 3 (β1) β2R a β2R 1 R m (β1) βm1R a βm1R 1
T
C
若电动机 带位能性 负载,稳 定工作点
第二章 直流电动机的电力拖动
改变制动电阻R Z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。R Z 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。
制动电阻越小，制动电流越大。选择制动电阻的原则是
I aB
(3)计算理想空载点：T

0, n0

UN CeΦN
式。
(4)计算额定工作点：TN CM ΦNIN , n n N
第二章 直流电动机的电力拖动
2.2.4 电力拖动系统稳定运行条件
处于某一转速下运行的电力拖动系统，由于受到某种扰动， 导致系统的转速发生变化而离开原来的平衡状态，如果系统能在 新的条件下达到新的平衡状态，或者当扰动消失后系统回到原来 的转速下继续运行，则系统是稳定的，否则系统是不稳定的。
b 1
c R a R 1 R 2 R2
a R a R 1 R 2 R 3 R3
TZ
T2
IZ
I2
T1
T
I1
I
第二章 直流电动机的电力拖动
二、分级起动电阻的计算
设对应转速n1、n2、n3时电势分别为Ea1、Ea2、Ea3，则有：
b点 R3 I2 U N Ea1 c点 R2 I1 U N Ea1 d点 R2 I2 U N Ea2 e点 R1I1 U N Ea2 f点 R1I2 U N Ea3 g点 Ra I1 U N Ea3 比较以上各式得：
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。
第二章 直流电动机的电力拖动
2.3.1 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。
（6）计算各级起动电阻。
第二章 直流电动机的电力拖动
2.4 他励直流电动机的制动
当电磁转矩的方向与转速方向相同时,电机运行于电动机状 态;当电磁转矩方向与转速方向相反时,电机运行于制动状态。
2.4.1 能耗制动 电动状态，如图所示。
将开关S投向制动电阻RB上即实现制动.
由于惯性，电枢保持原来方向继续旋
（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 TZ 与转速 n 的正方向相同时为负，相反时为正。
(3)惯性转矩
GD 2 dn 375 dt
的大小和正负号由 T 和 TZ的代数和决定。
第二章 直流电动机的电力拖动
2.1.2 负载的转矩特性
负载的转矩特性，就是负载的机械特性，简称负载特性。
T
n
TZ
其中 J dΩ 为系统的惯性转矩。 dt
第二章 直流电动机的电力拖动
运动方程的实用形式：
T
TZ

GD 2 375

dn dt
系统旋转运动的三种状态
1)当 T TZ 于稳态。
或 dn 0 时,系统处于静止或恒转速运行状态，即处 dt
2)当 T TZ
或 dn 0 时,系统处于加速运行状态，即处于动态。 dt
3)当 T TZ
或 dn 0 时,系统处于减速运行状态，即处于动态。 dt
常把 GD 2 dn或
375 dt
(T TZ )
称为动负载转矩,把
TZ
称为静负载转矩.
第二章 直流电动机的电力拖动
二、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，然后规定：
第二章 直流电动机的电力拖动
2.1电力拖动系统的运动方程式和负载转矩特性
2.1.1 电力拖动系统的运动方程式
一、运动方程式
电力拖动系统运动方程式描述了系统的
U

运动状态，系统的运动状态取决于作用在原
动机转轴上的各种转矩。
M
根据如图给出的系统，可写出拖动系统
的运动方程式： d
T Tz J. dt
特性
n

UN CeΦN

Ra R
CeC
M
Φ
2 N
T
n
n0
特点：1）n0 不变，β 变大；
2） β 越大，特性越软。
Ra
Ra R T
第二章 直流电动机的电力拖动
2、降低电枢电压时的人为特性
保持R Ra ,Φ ΦN不变，只改变电枢电压时的人为特性：
n

U CeΦN

Ra
CeC
M
Φ
2 N
T
n n0
n01 特点：1)n0随U 变化, β 不变;
2)U不同,曲线是一组平行线。
U1 U N
UN U1
Tem
第二章 直流电动机的电力拖动
3、减弱励磁磁通时的人为特性 保持R Ra ,U U N 不变，只改变励磁回路调节电阻R f的人为特性：
n UN CeΦ

Ra CeCM Φ2
由电机的电路原理图可得机械特性的表达式：
n

U Ce

Ra R CeCM 2
T
n
n0
nnN'0
n0 称为理想空载转速。
实际空载转速n0

U CeΦ