机电传动与控制(华中科技大学第四版)

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3.6 直流他励电动机的制动特性
例1：电车下坡
TL TM TP
TM
TL
U = E + Ia Ra U − E = Ia Ra E = Keφ n T = KtφIa
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3.6 直流他励电动机的制动特性
在反馈制动状态下，电动机的 在反馈制动状态下， 机械特性表达式仍为
U Ra＋Rad n= − T 2 Keφ Ke Ktφ
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3.6 直流他励电动机的制动特性
3. 能耗制动 将电压U突然降为零，将电枢串接一个附加电阻Rad 突然降为零，
UN Ra + Rad n= − T 2 Keφ Ke Ktφ
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3.6 直流他励电动机的制动特性
能耗制动的特点： 能耗制动的特点： 对于反抗性负载，可以迅速停车，不会有反向启 对于反抗性负载，可以迅速停车， 动的危险。 动的危险。 对于位能性负载，不会出现因对TL估计错误而使重 对于位能性负载， 物上升的情况，速度也较稳定。 物上升的情况，速度也较稳定。 应用： 应用： 要求迅速准确停车和重物恒速下放的场合。 要求迅速准确停车和重物恒速下放的场合。
第二段：负载较重、电枢电流较大时， 第二段：负载较重、电枢电流较大时， Φ ＝C， ， 近似一条直线。 近似一条直线。
3.6 直流电动机的机械特性
2.串励电动机的机械特性 串励电动机的机械特性 第二段：负载较重、 第二段：负载较重、电 枢电流较大时， 枢电流较大时， Φ ＝C， ， 近似一条直线。 近似一条直线。 由 R U
3.6 直流他励电动机的制动特性
反接制动 电枢电压或电枢电势中的任一个在外 部条件下改变了方向，电机处于反接制动状态。 部条件下改变了方向，电机处于反接制动状态。 反接制动分为电源反接制动和倒拉反接制动 反接制动分为电源反接制动和 分为电源反接制动 电源反接制动:改变电枢电压的方向所产生的反接 电源反接制动: 制动 倒拉反接制动：改变电枢电动势的方向所产生的反 倒拉反接制动： 接制动
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3.5 直流他励电动机的调速特性
根据直流电动机的机械特性方程式： 根据直流电动机的机械特性方程式：
U Ra＋Rad − T n= 2 Keφ Ke Ktφ
知可以通过人为改变 U、Rad 和 Φ 三个参数来调速。 三个参数来调速。
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3.5 直流他励电动机的调速特性
1. 改变 Rad 时的调速特性
UN Ra＋Rad n= − T = n0 − ∆n 2 KeφN KeKtφN
特点：机械特性软；稳定度低； 特点：机械特性软；稳定度低； 在空载或轻载时，调速范围小； 在空载或轻载时，调速范围小； 实现无极调速困难；在调速电阻 实现无极调速困难； 上消耗大量电能。 上消耗大量电能。 应用：起重机、卷扬机等低速运 应用：起重机、 转时间短的传动系统中使用。 转时间短的传动系统中使用。
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3.6 直流他励电动机的制动特性
电动机有两种运转状态： 电动机有两种运转状态： 电动状态：电动机发出的转矩 电动状态： 的方向与转速的方向相同 制动状态：电动机发出的转矩 制动状态： 的方向与转速的方向相反 1）稳定制动 转速不变 2）过渡制动 速度变化
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3.6 直流他励电动机的制动特性
根据电动机处于制动状态时的外部条件和能量传递情 况 制动状态分为：反馈制动、 反接制动、能耗制动 制动状态分为：反馈制动、 反接制动、 1. 反馈制动（发电制动） 反馈制动（发电制动） 电动机正常接法，在外部条件下电动机的实际转速大 电动机正常接法， 于理想空载转速，此时电动机运行在反馈制动状态。将机 于理想空载转速，此时电动机运行在反馈制动状态。 械能变为电能，向电源馈送，故称反馈制动。 械能变为电能，向电源馈送，故称反馈制动。
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机电传动与控制
§ 3.6直流他励电动机的制动特性 3.6直流他励电动机的制动特性
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3.6 直流他励电动机的制动特性
制动：从某一稳定转速开始减速到 制动： 停止或是限制位能型负载下降速度 的一种运转状态。 的一种运转状态。 自然停车：电动机脱离电网，靠很 自然停车：电动机脱离电网， 小的摩擦阻力消耗机械能，使转速 小的摩擦阻力消耗机械能， 慢慢下降，直到转速为零而停车。 慢慢下降，直到转速为零而停车。 停车过程时间长。 停车过程时间长。
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3.6 直流他励电动机的制动特性 1）电源反接制动
正常工作 时： U = E + I（ a + Rad） a R
电源反接时 ： −U = E + I（Ra + Rad） a E = −U − I（Ra + Rad） a = KeΦn
−U （Ra + Rad） − n= I KeΦ KeΦ −U （Ra + Rad） = − T 2 KeΦ Ke Kt Φ
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3.6 直流他励电动机的制动特性
− U = E + I a ( Ra + Rad )
−U − E Ia = Ra + Rad
T = K tφI a
特点：制动转矩大 特点： 不能自动停车，易反转，制动电流大 不能自动停车，易反转， 应用场合：迅速减速、停车和反向的场合；经常正 应用场合：迅速减速、停车和反向的场合； 反转的场合。如:牛头刨床 反转的场合。
T2 = (1.1 ~ 1.2)TN
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3.4 直流他励电动机的启动特性 总结： 直接启动，启动电流很大，对电机、 总结： 直接启动，启动电流很大，对电机、 传动系统、供电电网产生不利影响。应设法 传动系统、供电电网产生不利影响。 限制启动电流。可以采用降压启动和电枢回 限制启动电流。 路串电阻启动。 路串电阻启动。
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§ 3.5直流他励电动机的调速特性 3.5直流他励电动机的调速特性
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3.5 直流他励电动机的调速特性 速度调节：在一定的负载条件 速度调节： 下，人为地改变电动机的电路 参数，以改变电动机的稳定转 参数， 速的过程。 速的过程。 速度变化：由于负载的变化而 速度变化： 引起的电动机的速度的改变。 引起的电动机的速度的改变。
U N = E + I a Ra
成一些不良影响。 成一些不良影响。
Ist = Ia =UN / Ra
Ist是额定电流的10～20倍，这样大的电流，会造 这样大的电流，
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3.4 直流他励电动机的启动特性
不良影响： 不良影响： 1）在换向时产生危险火花，烧坏整流子； 在换向时产生危险火花，烧坏整流子； 2）过大的电动应力损坏绕组； 过大的电动应力损坏绕组； 3）较大的启动转矩造成对传动部件的冲击，易损 较大的启动转矩造成对传动部件的冲击， 坏传动部件； 坏传动部件； 4）可能使电网上的保护装置动作，造成事故，或 可能使电网上的保护装置动作，造成事故， 使电网电压下降，影响其他用电器。 使电网电压下降，影响其他用电器。 因此，直流电动机绝不允许直接启动。怎么办？ 因此，直流电动机绝不允许直接启动。怎么办？
变，所以这种调速适合于恒功率调速。 所以这种调速适合于恒功率调速。 说明: 因弱磁调速范围不大，它住往和调压调速配合使用，即 因弱磁调速范围不大，它住往和调压调速配合使用， 在额定转速以下，用降压调速，而在额定转速以上，则用 在额定转速以下，用降压调速，而在额定转速以上， 弱磁调速。 弱磁调速。
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§ 3.4直流他励电动机的启动特性 3.4直流他励电动机的启动特性
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3.4 直流他励电动机的启动特性 启动：转速从零达到所要求的转速的过程。 启动：转速从零达到所要求的转速的过程。
电动机在未启动前，n=0, E = K eφ n , 故E=0, 而 电动机在未启动前， Ra很小，将直流他励电动机直接接入电网施加额 很小， 定电压时，启动电流为： 定电压时，启动电流为：
3) 是恒转矩调速，适合于对恒转矩型负载进行调速； 是恒转矩调速，适合于对恒转矩型负载进行调速； 4) 可以调节电枢电压启动电机，不用其他启动设备。 可以调节电枢电压启动电机，不用其他启动设备。
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3.5 直流他励电动机的调速特性
3. 改变Φ时的调速特性 改变Φ
UN Ra n= − T = n0 − ∆n 2 Keφ Ke Ktφ 特点： 特点： 1) 平滑无级调速，只能弱磁调速； 平滑无级调速，只能弱磁调速； 2) 调速特性较软，调速范围不大 调速特性较软，
所不同的仅是T改变了符号， 所不同的仅是T改变了符号， 为负值，而空载转速和特性的硬度 为负值， 与电动状态下一致，说明电机正转 与电动状态下一致， 时，反馈制动状态下的机械特性是 第一象限中电动状态下的机械特性 在第二象限的延伸。 在第二象限的延伸。
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3.6 直流他励电动机的制动特性
例2 电动机电枢电压突然下降
滑无级调节；机械特性硬度不变，调速的稳定度较高，调速 滑无级调节；机械特性硬度不变，调速的稳定度较高， 范围较宽； 是恒转矩调速，适合于对恒转矩型负载进行调 范围较宽； 是恒转矩调速， 速；可以调节电枢电压启动电机，不用其他启动设备。 可以调节电枢电压启动电机，不用其他启动设备。
3）改变Φ时的调速特性：平滑无级调速，只能弱磁调速；调 时的调速特性：平滑无级调速，只能弱磁调速； 速特性较软，调速范围不大；调速时是维持电枢电压U和电枢 速特性较软，调速范围不大； 电流 Ia不变，即功率P不变，所以这种调速适合于恒功率调速。 不变， 不变，所以这种调速适合于恒功率调速。
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3.6 直流电动机的机械特性
2.串励电动机的机械特性 串励电动机的机械特性 分为两段： 分为两段： 第一段：双曲线形状。 第一段：双曲线形状。 负载较轻、电枢电流较小 负载较轻、 时， Φ ＝C I a
T = Ktφ Ia = Ktφ / C
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φ = CT / Kt
UN Ra UN Ra n= − = − Ke CT / Kt KeC C1 T C2
U1 − E U2 − E Ia = 突然变为I a = Ra + Rad Ra + Rad
增加磁通降速时,也可能出现反馈制动 增加磁通降速时,
20Hale Waihona Puke Baidu
3.6 直流他励电动机的制动特性
例3 卷扬机构匀速下放重物
特点：重物下放 特点： 过程中电动机的 转速高于n0，如 果较重，不太安 果较重， 全。
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3.4 直流他励电动机的启动特性
1）将压启动 如：直流发电机—电动机组、晶闸管整流装置—电动机组 电动机组、 2）在电枢回路串接外加电阻启动 a. 在电枢回路串接一段外加电阻启动
Ist = UN / Ra
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3.4 直流他励电动机的启动特性
b. 在电枢回路串接多段外加电阻启动
T1 = (1.6 ~ 2)TN
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3.5 直流他励电动机的调速特性 2. 改变 U时的调速特性
U Ra n= − T = n0 − ∆n 2 KeφN KeKtφN 特点： 特点： 1) 当电压连续变化时，转速可以平滑 当电压连续变化时， 无级调节； 无级调节； 2) 机械特性硬度不变，调速的稳定度 机械特性硬度不变， 较高，调速范围较宽； 较高，调速范围较宽；
3) 调速时是维持电枢电压U和电枢电流 Ia不变，即功率P不 不变，
3.5 调速特性总结
或轻载时，调速范围小；实现无极调速困难；在调速电阻上 或轻载时，调速范围小；实现无极调速困难； 消耗大量电能。 消耗大量电能。
2）改变 U时的调速特性：当电压连续变化时，转速可以平 时的调速特性：当电压连续变化时， 1)改变 Rad 时的调速特性：机械特性软；稳定度低；在空载 时的调速特性：机械特性软；稳定度低；
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3.6 直流他励电动机的制动特性
2）倒拉反接制动（E方向改变） 倒拉反接制动（ 方向改变）
特点：适当选择电阻 R ad 的大小，可得到不同的下降速度； 特点： 的大小，可得到不同的下降速度； 可以以较小的速度下放重物； 对TL估计不准，本应下放 估计不准， 可以以较小的速度下放重物； 可能上升；特性软，小的转矩波动引起大的速度波动。 可能上升；特性软，小的转矩波动引起大的速度波动。
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3.6 直流他励电动机的制动特性
电动机运行状态： 电动机运行状态： 在同一种接线方式下，电 在同一种接线方式下， 动机既可以工作在电动状态， 动机既可以工作在电动状态， 也可以工作在制动状态。 也可以工作在制动状态。 对于倒拉反接制动，正转时 对于倒拉反接制动， 的倒拉反接出现在第4象限，反 象限， 转时，出现在第二象限。 转时，出现在第二象限。