郝用兴主编 机电传动控制第三版课件 第3章

EI UI I ( Ra Rad ), I 0
2
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3.6.2 反接制动
• 反接制动是指电动机的电枢电压或电枢 反电动势中的任何一个在外部条件的作 用下，改变方向，即两者由方向相反变 为顺极性串联的制动方式。
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电源反接制动的电压方程和机械 特性方程
能耗制动的电压方程和机械特性 方程
U E I (Ra Rad ) 0
Ra Rad n 0 T 2 Ke Km N
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能耗制动的应用和能量关系
EI I ( Ra Rad ), I 0
2
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表3-3：各种制动方法的优缺点和适用场合的比较
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3.2直流发电机和电动机的基本方程
• 3.2.1直流电机的励磁方式
• 直流电机根据励磁绕组的励磁方法来分 类，可分为他励直流电机和自励直流电 机两类。 • 他励：励磁电流是由另外的直流电源单 独供电的。 • 自励：励磁电流是由电机电枢提供，它 又可分为三类：并励、串励和复励直流 电机。
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• 1．降低电枢电压启动
U I st 2I N Ra RSCR
• 2．电枢回路串电阻启动
UN I st 2I N ( Ra Rst )
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• 图3-14 具有一级启动电阻的他励电动机 的原理
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• （3）改变磁通时的人为机械特性
UN Ra n T n0 n 2 Ke Ke Km
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3.4 直流他励电动机的启动特性
• 启动电流
UN UN I st (10 ~ 20) I N Ra (0.05 ~ 0.1) RN
制动形 式
优点 1.不需要改接线路即可 从电动状态自行转换到 回馈制动状态 2.电能可以回馈电网， 较经济 1.制动过程中制动转矩 较稳定，制动效果较强 烈 2.在电动机停转时也存 在制动转矩 1.制动减速平稳、可靠 2.控制线路简单 3.便于实现准确停车
缺点
适用场合
n n0
时，制动不能实 现 1.制动过程有大 量的能量损耗 2.制动到转速为 零时如不切断电 源，会自行反向 启动 1.制动转矩随转 速成比例地减小 2.制动效果不如 反接制动
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• 制动状态分为回馈制动、反接制动和能 耗制动三种形式。
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3.6.1 回馈制动
• 当电动机在外部条件作用下使其实际转 速大于其理想空载转速时，感应电势大 于电源电压，使电枢电流反向，电磁转 矩也反向变为制动转矩，此时，电动机 变为发电机，将机械能变为电能向电网 馈送，故称回馈制动或再生发电制动。
P 1 P e P Cua P e P 0 P 2
P 0 P m Pfe
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3.3 直流电动机的机械特性
• 3.3.1 机械特性的一般表达式
Ra U n Ia Ke Ke
Ra U n T n0 n 2 Ke Ke K m
n 称为转速降落，它反映了电枢电阻在运行
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• 图3-18 改变主磁通的调速特性
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3.6 直流他励电动机的制动特性
• 就能量转换而言，电动机有两种运行状态，即 电动状态和制动状态。 电动状态的特点是电动机输出的转矩T与转速n 的方向相同。 • 电动机的制动状态有两种形式： 1、稳定制动状态，如卷扬机、起重机下放重 物，维持重物的匀速下降。 2、过渡制动状态，如生产机械由高速旋转迅 速降速或停车，速度变化。
3.5 直流他励电动机的调速特性
• 3.5.1改变电枢回路串接附加 电阻的调速方法 • 调速方法的特点是简单，缺 点是机械特性较软，速度的 稳定性差；空载或轻载时调 速范围不大；调速电阻耗能 多。因此目前应用很少，仅 在起重机、卷扬机等低速运 转时间不长的传动系统中使 用。
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3.6.3 能耗制动
• 一台运行于正转电动状态的他励电动， 将电枢电路从电源中脱离，并串接一个 附加电阻。由于机械惯性，电机旋转方 向不变，电枢电势也不变，电势在电枢 和电阻形成的回路内产生电流反向，则 电磁转矩也反向成为制动转矩。
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3.5.3 改变电动机主磁通调速方法
• 可实现无级调速，但只能采用弱磁升 速的方法，即在额定转速以上调节。 由于调速特性较软，且受电动机换向 条件和机械强度的限制，最高转速不 得超过额定转速的1.2倍，所以调速范 围不大。一般与调压调速配合使用,即 在额定转速以下，采用降压调速，而 在额定转速以上，则采用弱磁调速。
回馈制 动
可应用于位能性 负载稳速下放的 场合 可应用于位能性 负载低速稳定下 放及要求迅速反 转、制动强烈的 场合 可应用于不要求 反转、减速要求 平稳的场合
反接制 动
能耗制 动
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倒拉反接制动的电压方程和机械 特性方程
U E I (Ra Rad )
UN Ra Rad n T 2 L Ke N Ke K m N
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倒拉反接制动的应用和能量关系
UI EI I (Ra Rad ), E 0
时消耗能量的大小及运行过程中转速相对稳定 的程度。
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3.3.2 电动机的铭牌数据
• • • • • 额定功率 额定电压 额定电流 额定转速 额定转矩
PN
UN
IN nN
TN
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3.3.3 机械特性的计算
• 1.固有机械特性
UN Ra n T 2 Ke N Ke Km N
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第3章直流电机的工作原理及特性
本章重点： 1.直流电机的机械特性； 2.直流电机的基本方程和能量转换关系 2.直流电机的启动、调速和制动的方法及应 用场合
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3.1直流电机的基本结构和工作原理 3.1.1直流电机的基本结构 定子部分：主磁极、换向极、机座和电刷装置 转子部分：电枢铁芯、电枢绕组、换向器
• • • • •
（1）估算电枢电阻 （2）求反电动势 （3）求理想空载转速 n （4）求额定转矩 （5）绘出机械特性曲线
Ra (0.5 ~ 0.75)(1
PN U N ) UN IN IN U N I N Ra Ke N nN
0

TN
UN Ke N
PN P P N 9550 N 2 nN nN 60
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2.人为机械特性
• （1）电枢回路中串附加电阻时的人为机 械特性
UN Ra Rad n T n0 n 2 Ke N Ke K m N
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• （2）改变电枢电压时的人为机械特性
Ra U n T n0 n 2 Ke N Ke K m N
• 电压平衡方程
U0 E Ken • 转矩平衡方程
U E I a Ra
T1 T T0
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3.2.3 直流电动机的基本方程式
• 电压平衡方程
U E I a Ra
• 转矩平衡方程
T TL T0
• 功率平衡方程
P 1 P P 2
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3.1.2 直流电机的工作原理
• 1. 直流发电机的工作原理
E Ken
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• 2. 直流电动机的工作原理
T KmI a
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3.1.3 直流电机的可逆性
• 一台直流电机究竟是作为发电机运行还是作电 动机运行，关键在于外加的条件，也就是输入 功率的形式。 • 如用原动机拖动直流电机的电枢旋转，则从电 刷端可以引出直流电动势作为直流电源，电机 将机械能转换成电能而成为发电机； • 如在电刷上加直流电压，将电能输入电枢，则 从电机轴上输出机械能，拖动生产机械，电机 将电能转换成机械能而成为电动机。
3.5.2改变电动机电枢电压的调速方法
• 可实现无级调速，由于机 械特性硬度不变，所以调 速的稳定性高，调速范围 较大，是直流传动系统中 应用最广泛的调速方法。 但受电枢材料绝缘性能的 限制，电枢电压必须在低 于额定电压范围内变化， 故该调速方法只能在额定 转速以下调节电动机转。
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回馈制动时的电压方程和机械特 性方程
U E I (Ra Rad )
Ra Rad U n T 2 Ke Ke Km
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回馈制动的能量关系
• 电机将轴上多余的机械能变为电能，一 部分消耗在电阻上，一部分回馈给了电 网，故这种制动方式是一种较为节能的 制动方式。
U E I ( Ra Rad )
U N Ra Rad n T n0 T 2 Ke N Ke K m N
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电源反接制动的应用和能量关系
UI EI I (Ra Rad )
2
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倒拉反接制动
• 若在电枢回路中串入一个较大的电阻，电枢电 流将减少，电磁转矩减少，当速度降至0时， 在位能性负载转矩作用下电机被迫反转并加速 。电动势方向变为与电源电压同向，而电枢电 流，方向不变，电磁转矩方向也不变，但随着 反向转速的升高而增加，至b点时系统进入稳 定运行。由于这时U与E同极性串联，电磁转矩 方向与实际旋转方向相反，故称为反接制动。
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a) 他励，其励磁绕组与电枢绕组无连接关系，由其 他电源对励磁绕组供电； b) 并励，其励磁绕组与电枢绕组相并联； c) 串励，其励磁绕组与电枢绕组串联后，再接于直 流电源 d)所示为复励，有并励和串励两个励磁绕组
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3.2.2 直流发电机的基本方程