第3章--直流電動機的電力拖動

1、第三章第三章 本章主要教學內容本章主要教學內容1. 1. 電力拖動系統(tǒng)的運動方程式電力拖動系統(tǒng)的運動方程式2. 2. 負載的轉矩特性及電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行條件負載的轉矩特性及電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行條件 3. 3. 他勵直流電動機的啟動他勵直流電動機的啟動 4. 4. 他勵直流電動機的調速他勵直流電動機的調速 5. 5. 他勵直流電動機的制動他勵直流電動機的制動 6. 6. 其他直流電動機的電力拖動其他直流電動機的電力拖動 第三章第三章3.1 3.1 電力拖動系統(tǒng)的運動方程式電力拖動系統(tǒng)的運動方程式電力拖動系統(tǒng)的構成電力拖動系統(tǒng)的構成示意圖示意圖3.1.1 3.1.1 運動方程式運動方程式直線運動

2、方程式直線運動方程式dtdvmFFL第三章第三章dtdnGDTTL3752旋轉運動方程式旋轉運動方程式dtdJTTLgGDDgGmJ4)2(222602 n整理得電力拖動系統(tǒng)運動方程式整理得電力拖動系統(tǒng)運動方程式 的大小反映了系統(tǒng)的運行狀態(tài)：的大小反映了系統(tǒng)的運行狀態(tài)： ，系統(tǒng)處于加速運動的過渡過程；，系統(tǒng)處于加速運動的過渡過程； ，系統(tǒng)處于靜止或恒速運動；，系統(tǒng)處于靜止或恒速運動； ，系統(tǒng)處于減速運動的過渡過程。，系統(tǒng)處于減速運動的過渡過程。LTT 0, 0dtdnTTL0, 0dtdnTTL0, 0dtdnTTL第三章第三章在應用電力拖動系統(tǒng)運動方程式時，在應用電力拖動系統(tǒng)運動方程式時，要

3、注意要注意：(1)(1)轉矩不但有大小而且有方向。首先確定某一旋轉方向轉矩不但有大小而且有方向。首先確定某一旋轉方向( (順時順時針或逆時針針或逆時針) )為正方向，則電磁轉矩的方向與所規(guī)定的正方為正方向，則電磁轉矩的方向與所規(guī)定的正方向相同時取正值，反之取負值。對于負載轉矩，因定義為向相同時取正值，反之取負值。對于負載轉矩，因定義為阻轉矩，則當它的方向與所規(guī)定的正方向相同時取負值，阻轉矩，則當它的方向與所規(guī)定的正方向相同時取負值，反之取正值。反之取正值。(2)(2)轉速也是有方向的。當實際旋轉的方向與所規(guī)定的正方向轉速也是有方向的。當實際旋轉的方向與所規(guī)定的正方向相同時取正值，反之取負值。相

4、同時取正值，反之取負值。(3)(3)當轉速變化時，電力拖動系統(tǒng)是處于加速狀態(tài)還是減速狀當轉速變化時，電力拖動系統(tǒng)是處于加速狀態(tài)還是減速狀態(tài)，要由轉速變化的方向來決定而不是由轉速的數值增加態(tài)，要由轉速變化的方向來決定而不是由轉速的數值增加或減小來決定。例如，當轉速正向增加時，系統(tǒng)處于加速或減小來決定。例如，當轉速正向增加時，系統(tǒng)處于加速狀態(tài)；而當轉速反向增加時，盡管狀態(tài)；而當轉速反向增加時，盡管n n可能增大了可能增大了( (實際旋轉實際旋轉方向與規(guī)定的正方向相反方向與規(guī)定的正方向相反) )，但系統(tǒng)仍是處于減速狀態(tài)。，但系統(tǒng)仍是處于減速狀態(tài)。 第三章第三章3.1.2 3.1.2 單軸與多軸系統(tǒng)單

5、軸與多軸系統(tǒng)單軸系統(tǒng)單軸系統(tǒng)多軸系統(tǒng)多軸系統(tǒng)第三章第三章3.2 3.2 負載的轉矩特性及電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行條件負載的轉矩特性及電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行條件 指生產機械工作指生產機械工作機構的負載轉矩機構的負載轉矩 與轉速與轉速 的關系。的關系。 FTn1. 恒轉矩負載的恒轉矩負載的轉矩特性轉矩特性右圖右圖為反抗性恒轉為反抗性恒轉矩負載的轉矩特性矩負載的轉矩特性實際特性實際特性折算后的特性折算后的特性cT傳動機構的轉矩傳動機構的轉矩3.2.1 負載的轉矩特性負載的轉矩特性第三章第三章右圖為右圖為位能性位能性恒轉矩負載的恒轉矩負載的轉矩特性轉矩特性 實際特性實際特性折算后特性折算后特性第三章第三章2

6、 恒功率負載的轉矩特性恒功率負載的轉矩特性常數55. 955. 9602KnTnTTPFFFF3 風機、泵類負載的轉矩特性風機、泵類負載的轉矩特性2knTF恒功率負載恒功率負載風機、泵類負載特性風機、泵類負載特性實際的通風機負載特性實際的通風機負載特性第三章第三章例例3-13-1 已知某電動機的額定轉矩為已知某電動機的額定轉矩為 ，額定轉，額定轉速速 ，拖動系統(tǒng)的總飛輪矩，拖動系統(tǒng)的總飛輪矩 ，負載為額定恒轉矩負載。求負載為額定恒轉矩負載。求 若電動機的轉速由零起動到若電動機的轉速由零起動到 的加速時間為的加速時間為0.8s0.8s，加速過，加速過程中設電動機的輸出轉矩不變，則電動機輸出轉矩為

7、多少？程中設電動機的輸出轉矩不變，則電動機輸出轉矩為多少？ 若要求電動機轉速由若要求電動機轉速由 制動到停止的時間為制動到停止的時間為0.4s0.4s，制動減，制動減速過程中設電動機輸出轉矩不變，則電動機輸出轉矩為多少？速過程中設電動機輸出轉矩不變，則電動機輸出轉矩為多少？ mNTN 260min/1000rnN2272mNGD解解：設起動時電動機旋轉方向為轉速：設起動時電動機旋轉方向為轉速 的正方向，電動機輸的正方向，電動機輸出轉矩出轉矩 與轉速與轉速 同向。而在加速和減速過程中電動機的同向。而在加速和減速過程中電動機的輸出轉矩和負載轉矩都不變，則加速度輸出轉矩和負載轉矩都不變，則加速度(

8、(減速度減速度) )不變，故有不變，故有 NnNnnnT第三章第三章 加速過程中電動機的輸出轉矩加速過程中電動機的輸出轉矩)(6002608 . 001000375723752mNTdtdnGDTL 減速過程中電動機的輸出轉矩減速過程中電動機的輸出轉矩 )(2202604 . 010000375723752mNTdtdnGDTL式中，轉矩式中，轉矩 為負值表示電動機實際輸出轉矩方向與轉為負值表示電動機實際輸出轉矩方向與轉速方向相反速方向相反 T第三章第三章3.2.2 3.2.2 電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行條件電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行條件1.系統(tǒng)穩(wěn)定運行的概念系統(tǒng)穩(wěn)定運行的概念 當拖動系統(tǒng)受到干擾，使電動

9、機工作狀態(tài)發(fā)生變化或負當拖動系統(tǒng)受到干擾，使電動機工作狀態(tài)發(fā)生變化或負載轉矩發(fā)生波動時，系統(tǒng)若能進入新的穩(wěn)態(tài)恒速運行，且當載轉矩發(fā)生波動時，系統(tǒng)若能進入新的穩(wěn)態(tài)恒速運行，且當干擾消失后，系統(tǒng)仍能回到原來的穩(wěn)態(tài)恒速運行，則稱系統(tǒng)干擾消失后，系統(tǒng)仍能回到原來的穩(wěn)態(tài)恒速運行，則稱系統(tǒng)是穩(wěn)定運行的；若當拖動系統(tǒng)受到干擾，系統(tǒng)不能進入新的是穩(wěn)定運行的；若當拖動系統(tǒng)受到干擾，系統(tǒng)不能進入新的穩(wěn)態(tài)恒速運行，或者當干擾消失后，不能回到原來的穩(wěn)態(tài)恒穩(wěn)態(tài)恒速運行，或者當干擾消失后，不能回到原來的穩(wěn)態(tài)恒速運行，則稱系統(tǒng)是不穩(wěn)定運行的。速運行，則稱系統(tǒng)是不穩(wěn)定運行的。 由定義可知，電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的由定義可知，電

10、力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的必要條件必要條件為為 LTT 第三章第三章2.系統(tǒng)穩(wěn)定運行的充要條件系統(tǒng)穩(wěn)定運行的充要條件A A點為穩(wěn)定運行點，點為穩(wěn)定運行點，B B點為不穩(wěn)定運行點點為不穩(wěn)定運行點第三章第三章拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行充要條件充要條件推導：推導： 設電力拖動系統(tǒng)在某穩(wěn)態(tài)運行點設電力拖動系統(tǒng)在某穩(wěn)態(tài)運行點H點運行，轉速為點運行，轉速為 ，電動機的電磁轉矩為電動機的電磁轉矩為 ，生產機械轉矩為，生產機械轉矩為 ，系統(tǒng)的運，系統(tǒng)的運動方程式為動方程式為 HnHTLHT03752dtdnGDTTHLHH在干擾作用下，運動方程式變?yōu)樵诟蓴_作用下，運動方程式變?yōu)?(375)()(2nndtdG

11、DTTTTHLLHH兩式相減得兩式相減得)(3752ndtdGDTTL第三章第三章在各增量很小時，上式可改寫為在各增量很小時，上式可改寫為)(3752ndtdGDndndTndndTL變換一下得到變換一下得到nnddtGDdndTdndTL)(375/2考慮邊值條件：考慮邊值條件： 時，時， ，解方程得，解方程得 2375)(GDtdndTdndTcLenn0tcnn 系統(tǒng)離開穩(wěn)態(tài)運行點系統(tǒng)離開穩(wěn)態(tài)運行點H H的初始轉速的初始轉速 對穩(wěn)態(tài)點轉速對穩(wěn)態(tài)點轉速的增量，即的增量，即 cncnHnHccnnn第三章第三章從上式可知，當指數的冪為從上式可知，當指數的冪為負值負值時，轉速的增量時，轉速的增

12、量 隨時間的隨時間的增加呈指數規(guī)律增加呈指數規(guī)律衰減衰減；當指數的冪為；當指數的冪為正值正值，則轉速的增量，則轉速的增量 隨時間的增加呈指數規(guī)律隨時間的增加呈指數規(guī)律增加增加。 nn電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的充要條件充要條件為為處）在LLLTTdndTdndTTT(0第三章第三章3.33.3他勵直流電動機的啟動他勵直流電動機的啟動對直流電動機啟動的對直流電動機啟動的一般要求一般要求：(1)(1)啟動轉矩啟動轉矩 足夠大足夠大; (2); (2)啟動電流啟動電流 不能太大不能太大 ；(3)(3)啟動設備與控制裝置簡單、可靠、經濟、操作方便。啟動設備與控制裝置簡單、可靠、經濟、操

13、作方便。 stTstI啟動順序啟動順序：先給勵磁回路通入額定勵磁電流，在電機氣隙：先給勵磁回路通入額定勵磁電流，在電機氣隙中建立額定磁場，然后再給電樞回路通電。若直接啟動，中建立額定磁場，然后再給電樞回路通電。若直接啟動，則則aRaaastRUREUI由于由于 很小，直接啟動時，啟動電流會很大，可達額定電流很小，直接啟動時，啟動電流會很大，可達額定電流的的1020倍倍 ，有危害，有危害，故除了微型直流電動機和航空直流故除了微型直流電動機和航空直流電動機由于電動機由于Ra較大可以直接啟動外，一般直流電動機都較大可以直接啟動外，一般直流電動機都不允不允許直接啟動許直接啟動。第三章第三章啟動方法啟動

14、方法: (1) : (1) 降壓啟動；降壓啟動；(2) (2) 電樞回路串電阻啟動。電樞回路串電阻啟動。3.3.1 3.3.1 降壓啟動降壓啟動aNstaLRIURI2以保證有足夠大的啟以保證有足夠大的啟動轉矩及啟動電流不動轉矩及啟動電流不太大，即太大，即NstII2降壓啟動機械特性降壓啟動機械特性特點特點：啟動平穩(wěn)，能量損耗少：啟動平穩(wěn)，能量損耗少實現方法實現方法: (1)(1)采用采用發(fā)電機電動機組；發(fā)電機電動機組；(2)(2)采用整流裝置。采用整流裝置。第三章第三章3.3.2 3.3.2 電樞回路串電阻啟動電樞回路串電阻啟動 電動機電樞回路串啟動電阻時，啟動電流為：電動機電樞回路串啟動電

15、阻時，啟動電流為：staNstRRUI1.分級啟動過程分級啟動過程分級啟動：保證整個啟動過程中都能限制啟動電流，且分級啟動：保證整個啟動過程中都能限制啟動電流，且使使 。LTT 在啟動過程中，逐段切除啟動電阻，啟動完成后，電在啟動過程中，逐段切除啟動電阻，啟動完成后，電阻全部切除阻全部切除 。第三章第三章他勵直流電動機三級啟動他勵直流電動機三級啟動接線圖及機械特性接線圖及機械特性優(yōu)點優(yōu)點：操作簡單、可靠；：操作簡單、可靠；缺點缺點：啟動電阻要消耗大量電能，效率較低：啟動電阻要消耗大量電能，效率較低 。第三章第三章2.分級啟動電阻的計算分級啟動電阻的計算要點要點：取好：取好 和和 ，計算出起動電

16、流比，計算出起動電流比通常?。和ǔＨ。?， 或或1T2T各級各級總電阻總電阻計算公式為計算公式為 ammmammmaaRRRRRRRRRRR11212121) 1(11)()2(221) 1(1212211) 1() 1()() 1(mstammmmstmstammmmststastaastRRRRRRRRRRRRRRRRRRR各各分段電阻分段電阻計算公式為計算公式為NTT21NTT)2 . 11 . 1 (2LTT)5 . 12 . 1 (2第三章第三章mamRR /計算時的計算時的具體方法具體方法如下如下：(1)(1)啟動級數啟動級數m m未定未定: : 首先選擇首先選擇 ( (或或 )

17、)，初定，初定 ( (或或 ) )，由由 計算計算 ，由，由 初定啟動電流比初定啟動電流比 ，根據，根據 求出啟動級數求出啟動級數m m，并將其修正為相近的整數。，并將其修正為相近的整數。再根據再根據m m值和值和 計算出新的計算出新的 值，然后即可利用前面的值，然后即可利用前面的公式計算出各級電阻。公式計算出各級電阻。(2)(2)啟動級數啟動級數m m已定已定：選擇：選擇 ( (或或 ) )，由，由 計算計算 ，由，由 求出求出 ，然后即可利用前面的公式計算出各級電阻。，然后即可利用前面的公式計算出各級電阻。 在計算得出在計算得出 值后，可由值后，可由 校驗切換電流校驗切換電流 ，如果，如果

18、過小應適當增大起動級數，反之則應適當減少起動級數。過小應適當增大起動級數，反之則應適當減少起動級數。1T1I2T2I1/ IURmmR21/ IIlg/ )/lg(amRRm mamRR /21/ II2I1I1/ IURmmR1T第三章第三章例例3-23-2 一臺他勵直流電動機的額定數據為：一臺他勵直流電動機的額定數據為： ， , ,現拖動恒轉矩負載現拖動恒轉矩負載 , ,求：求：采用電樞串電阻啟動，問需要串入多大的啟動電阻？采用電樞串電阻啟動，問需要串入多大的啟動電阻？采用電樞串三級電阻啟動，問各分段電阻為多少？采用電樞串三級電阻啟動，問各分段電阻為多少？NLTT8 . 0KWPRNa5

19、. 7,48. 0min/1500,40,220rnAIVUNNN解解： 啟動電流啟動電流80402248. 0220NststaNstIRRRUI)(27. 248. 080220stR第三章第三章 取取 )(8040221AIIN3m，由，由 得得)(75. 28022013IURN79. 148. 075. 2333aRR)(7 .4479. 18012AII)(32408 . 08 . 0AIINL)(4 .38322 . 12 . 1)(7 .442AIAIL)(215. 148. 0) 179. 1 (79. 1) 1()(879. 048. 0) 179. 1 (79. 1) 1

20、()(379. 048. 0) 179. 1 () 1(22321astastastRRRRRR各級啟動電阻為各級啟動電阻為：第三章第三章3.4 3.4 他勵直流電動機的調速他勵直流電動機的調速調速的調速的原因原因：使生產機械以最合理的速度進行工作，從而提：使生產機械以最合理的速度進行工作，從而提 高產品的質量和生產效率。高產品的質量和生產效率。 調速的調速的實現實現：機械方法、電氣方法和機械電氣方法：機械方法、電氣方法和機械電氣方法 。本節(jié)只討論電氣調速方法。本節(jié)只討論電氣調速方法。3.4.1 3.4.1 調速方法調速方法TCCRRCUnTecae2調速方法有三種：調速方法有三種：(1)(1

21、)改變端電壓；改變端電壓；(2)(2)改變電樞回路所串改變電樞回路所串電阻；電阻；(3)(3)改變勵磁磁通。改變勵磁磁通。 第三章第三章1.1.降低端電壓調速降低端電壓調速TCCRCUnNTeaNe2降壓調速的機械特性降壓調速的機械特性特點特點：(1)(1)對恒轉矩負載，電動機對恒轉矩負載，電動機運行在不同轉速上時，運行在不同轉速上時，電樞電流電樞電流 不變；不變；(2)(2)調速的穩(wěn)定性較好；調速的穩(wěn)定性較好；(3)(3)可實現無級調速；可實現無級調速；(4)(4)只能是基速向下調。只能是基速向下調。 aI第三章第三章2.2.電樞回路串電阻調速電樞回路串電阻調速TCCRRCUnNTecaNe

22、N2串電阻調速機械特性串電阻調速機械特性特點：特點：(1)對恒轉矩負載，電動機對恒轉矩負載，電動機運行在不同轉速上時，運行在不同轉速上時，電樞電流電樞電流 不變；不變；(2)調速的穩(wěn)定性較差；調速的穩(wěn)定性較差；(3)調速過程能量損耗大；調速過程能量損耗大；(4)只能實現有級調速；只能實現有級調速；(5)只能是基速向下調。只能是基速向下調。aI第三章第三章3.3.弱磁調速弱磁調速TCCRCUnTeaeN2特點特點：(1)對恒功率負載，電動機對恒功率負載，電動機運行在不同轉速上時，電樞運行在不同轉速上時，電樞電流電流 不變；不變；(2)勵磁電路電阻容量小，勵磁電路電阻容量小，連續(xù)調節(jié)，可實現無級調

23、速；連續(xù)調節(jié)，可實現無級調速；(3)只能實現基速向上調。只能實現基速向上調。aI弱磁調速機械特性弱磁調速機械特性實際中實際中，直流電動機的調速常采用降低端電壓向下調速與減弱，直流電動機的調速常采用降低端電壓向下調速與減弱磁通向上調速相結合的調速方法，調速范圍寬磁通向上調速相結合的調速方法，調速范圍寬。 第三章第三章例例3-33-3 一臺他勵直流電動機，額定數據為：一臺他勵直流電動機，額定數據為： ， ?，F拖動額定負載運?，F拖動額定負載運行，求行，求(1)(1)采用電樞串電阻調速，使電動機轉速降為采用電樞串電阻調速，使電動機轉速降為1000r/min1000r/min，串入，串入的電阻應為多大？

24、的電阻應為多大？(2)(2)采用降低端電壓調速，使電動機轉速降為采用降低端電壓調速，使電動機轉速降為1000r/min1000r/min，電源，電源電壓應降為多少？電壓應降為多少？(3)(3)上述兩種調速情況下，電動機輸入功率和輸出功率各為多上述兩種調速情況下，電動機輸入功率和輸出功率各為多少少( (輸入功率不計勵磁回路的功率輸入功率不計勵磁回路的功率) )？VUKWPNN220,13min/1500,225. 0,5 .68rnRAINaN解解：(1) 電樞串電阻值的計算電樞串電阻值的計算1364. 01500225. 05 .68220NaNNNenRIUC第三章第三章10001364.

25、05 .68)225. 0(220)(2cNeacaNNTecaNeNRCIRRUTCCRRCUn)(995. 0cR(2) (2) 降低端電壓數值的計算降低端電壓數值的計算10001364. 05 .68225. 02UCIRUTCCRCUnNeaaNTeaNe)(8 .151VU (3) (3) 電動機降速后輸入功率和輸出功率的計算電動機降速后輸入功率和輸出功率的計算)(77.82150013955095502mNnPTNN第三章第三章)(66. 8100060277.82602222KWnTTP電樞串電阻降速時的輸入功率為電樞串電阻降速時的輸入功率為)(07.155 .682201KWI

26、UPNN降低端電壓降速時的輸入功率為降低端電壓降速時的輸入功率為)(398.105 .688 .15111KWIUPN第三章第三章例例3-43-4 例題例題3-33-3中的他勵直流電動機，忽略空載轉矩，采用弱中的他勵直流電動機，忽略空載轉矩，采用弱磁升速。磁升速。若要求負載轉矩若要求負載轉矩 ，轉速升到，轉速升到 ，此時磁通應降為額定值的多少倍？此時磁通應降為額定值的多少倍？NLTT6 . 0min/2000rn VUfN220110fR若已知電動機的磁化曲線如圖所示，若已知電動機的磁化曲線如圖所示，且勵磁繞組額定電壓且勵磁繞組額定電壓 ，勵磁，勵磁繞組電阻繞組電阻 ，在的情況下，在的情況下，

27、勵磁回路應串入多大電阻？勵磁回路應串入多大電阻？要不使電樞電流超過額定電流，在按要不使電樞電流超過額定電流，在按題要求減弱磁通后不變的情況下，該題要求減弱磁通后不變的情況下，該電動機所能輸出的最大轉矩為多少？電動機所能輸出的最大轉矩為多少？電機磁化特性曲線電機磁化特性曲線第三章第三章解解： ，轉速，轉速 時磁通的計算時磁通的計算NLTT6 . 0min/2000rn )(23.895 .681364. 055. 955. 9mNICTNNeN200023.896 . 0)(55. 9225. 022022eeTeaeNCCTCCRCUn1039. 0eC解得解得 或或0061. 0eC（舍去）

28、（舍去）762. 01364. 01039. 0NeeNCC磁通減少到額定磁通的倍數為磁通減少到額定磁通的倍數為第三章第三章 在情況下，勵磁回路串入電阻值的計算在情況下，勵磁回路串入電阻值的計算從圖中磁化曲線查到從圖中磁化曲線查到 時，勵磁電流為時，勵磁電流為 N762. 0AIf2 . 1)(33.731102 . 1220fffRIUR 在磁通減少的情況下，不使在磁通減少的情況下，不使 超過超過 ，電動機可能，電動機可能輸出的最大轉矩為輸出的最大轉矩為aINI)(97.675 .681039. 055. 955. 92mNICTNe勵磁回路所串電阻為勵磁回路所串電阻為第三章第三章3.4.2

29、 3.4.2 調速性能指標調速性能指標1.調速范圍：指電動機在額定負載轉矩下調速時，最高轉調速范圍：指電動機在額定負載轉矩下調速時，最高轉速與最低轉速之比速與最低轉速之比 。minmax/nnD 2.靜差率：指電動機在一條機械特性上運行時，由理想空靜差率：指電動機在一條機械特性上運行時，由理想空載到額定負載時轉速的變化率載到額定負載時轉速的變化率 。%100%100000nnnnn上式中上式中 為低速靜差率。一般調速范圍為低速靜差率。一般調速范圍D越大越好，越大越好，靜差靜差率率 越小越好。越小越好。 調速范圍與靜差率之間的調速范圍與靜差率之間的關系關系)1 ()1 ()1 (maxmax00

30、max0maxminmaxNNNNnnnnnnnnnnnnnD第三章第三章機械特性與調速指標的關系機械特性與調速指標的關系 調速范圍與靜調速范圍與靜差率的差率的分析分析第三章第三章3.調速的平滑性調速的平滑性1iinn4.調速的經濟性調速的經濟性 取決于調速系統(tǒng)的設備初投資、調速時電能的損耗及運行取決于調速系統(tǒng)的設備初投資、調速時電能的損耗及運行時的維修費用等。時的維修費用等。 選擇選擇調速方法時，應在滿足調速范圍調速方法時，應在滿足調速范圍D D、靜差率及調速平、靜差率及調速平滑性要求的基礎上，力求設備投資少，電能損耗小，維護簡單滑性要求的基礎上，力求設備投資少，電能損耗小，維護簡單方便。方

31、便。第三章第三章例例3-53-5 某他勵直流電動機有關數據為：某他勵直流電動機有關數據為： , , , , , , , 。求：。求：靜差率靜差率 ，電樞串電阻調速時的調速范圍；，電樞串電阻調速時的調速范圍；靜差率靜差率 ，降低電源電壓調速時的調速范圍；，降低電源電壓調速時的調速范圍；生產機械要求調速范圍生產機械要求調速范圍 且低速靜差率且低速靜差率 ，應采用什么調速方法。應采用什么調速方法。 KWPN22VUN220AIN1151 . 0aRmin/1500rnN%30%103D%20解解：靜差率：靜差率 ，電樞串電阻調速時的調速范圍的計算，電樞串電阻調速時的調速范圍的計算 %30139. 0

32、15001 . 0115220NaNNNenRIUCmin)/(73.1582139. 02200rCUnNeN第三章第三章0min0nnn min)/(91.110773.1582%)301 (00minrnnn35. 191.11071500minnnDN靜差率靜差率 ，降壓調速時的調速范圍的計算，降壓調速時的調速范圍的計算%10min)/(73.82150073.15820rnnnNN最低轉速對應機械特性的理想空載轉速最低轉速對應機械特性的理想空載轉速min)/( 3 .8271 . 073.820rnnN第三章第三章min)/(57.74473.823 .8270minrnnnN01.

33、 27440571500minmaxnnD要求要求 ， ，時調速方法的選擇計算，時調速方法的選擇計算3D%20min)/(1500maxrnnNmin)/(50031500maxminrDnn采用串電阻調速，則低速靜差率為采用串電阻調速，則低速靜差率為%20%4 .6873.158250073.15820min0nnn不滿足不滿足要求要求第三章第三章采用降壓調速，則低速特性的理想空載轉速為采用降壓調速，則低速特性的理想空載轉速為min)/(73.582)150073.1582(500min0rnnnN%20%2 .1473.58250073.5820min0nnn滿足要求，故應采用降壓調速的方

34、法滿足要求，故應采用降壓調速的方法。低速靜差率為低速靜差率為第三章第三章3.4.3 3.4.3 調速方式與負載性質的配合調速方式與負載性質的配合 1.調速方式調速方式 如何既能使電動機安全可靠地運行，電樞電流不超過額如何既能使電動機安全可靠地運行，電樞電流不超過額定電流，又能使電動機得到充分利用？定電流，又能使電動機得到充分利用？ (1) 恒轉矩調速方式恒轉矩調速方式 指在某種調速方法中保持指在某種調速方法中保持 不變不變，如果電動機電，如果電動機電磁轉矩磁轉矩 恒定不變恒定不變，則稱這種調速方式為恒轉矩調速方式。，則稱這種調速方式為恒轉矩調速方式。 典型例子：他勵直流電動機的典型例子：他勵直

35、流電動機的降壓調速降壓調速和電樞回路和電樞回路串電串電阻調速阻調速 。 特點特點：電動機容許輸出的功率與轉速成正比，即：電動機容許輸出的功率與轉速成正比，即 nP NaIIT第三章第三章(2) 恒功率調速方式恒功率調速方式 指在某種調速方法中保持指在某種調速方法中保持 不變不變，如果電動機電磁功率，如果電動機電磁功率 恒定恒定不變不變，則稱這種調速方式為恒功率調，則稱這種調速方式為恒功率調速方式。速方式。 典型例子：他勵直流電動機的典型例子：他勵直流電動機的弱弱磁調速磁調速。 特點特點：電動機容許輸出的轉矩與電動機容許輸出的轉矩與轉速近似成反比，即轉速近似成反比，即 NaIIMPnT1他勵電動

36、機調速時容許輸他勵電動機調速時容許輸出的轉矩與功率出的轉矩與功率 右圖左邊為恒轉矩調速區(qū)，右邊右圖左邊為恒轉矩調速區(qū)，右邊為恒功率調速區(qū)為恒功率調速區(qū)第三章第三章 2.調速方式與負載性質的匹配調速方式與負載性質的匹配 電動機采用恒轉矩調速方式時，如果拖動恒轉矩負載運電動機采用恒轉矩調速方式時，如果拖動恒轉矩負載運行，并且使電動機額定轉矩與負載轉矩相等，則不論運行在行，并且使電動機額定轉矩與負載轉矩相等，則不論運行在什么轉速下，電動機的電樞電流什么轉速下，電動機的電樞電流始終等于始終等于 ，電動機得到，電動機得到了充分利用，即恒轉矩調速方式與恒轉矩負載性質匹配。了充分利用，即恒轉矩調速方式與恒轉

37、矩負載性質匹配。 電動機采用恒功率調速方式時，如果拖動恒功率負載運電動機采用恒功率調速方式時，如果拖動恒功率負載運行，并且使電動機電磁功率行，并且使電動機電磁功率 不變，則不論運行在不變，則不論運行在什么轉速下，電動機的電樞電流什么轉速下，電動機的電樞電流始終等于始終等于 ，電動機得到，電動機得到了充分利用，即恒功率調速方式與恒功率負載性質匹配。了充分利用，即恒功率調速方式與恒功率負載性質匹配。結論結論：恒轉矩調速方式與恒轉矩負載性質匹配；：恒轉矩調速方式與恒轉矩負載性質匹配； 恒功率調速方式與恒功率負載性質匹配。恒功率調速方式與恒功率負載性質匹配。NINNMTPNI第三章第三章(1) 恒轉矩

38、調速方式與恒功率負載恒轉矩調速方式與恒功率負載恒轉矩調速方式與恒恒轉矩調速方式與恒功率負載的配合功率負載的配合 常數95509550minmaxnTnTPbaL若采用降壓調速，則應選擇若采用降壓調速，則應選擇bNTTmaxnnN電動機的額定功率電動機的額定功率DPnnnTnTnTPLbbNNNminmaxminmax955095509550結論結論：恒功率負載若與恒轉矩調速方：恒功率負載若與恒轉矩調速方式配合，則電動機的額定功率為所拖式配合，則電動機的額定功率為所拖動負載功率的動負載功率的D D倍倍。 第三章第三章(2) 恒功率調速方式與恒轉矩負載恒功率調速方式與恒轉矩負載常數LT若采用若磁調

39、速，則應選擇若采用若磁調速，則應選擇maxnnN)(maxnnTTLN當電動機的功率為電動機的功率為9550maxnTPLN結論結論：當：當 時，電動機時，電動機容許輸出的轉矩及功率均比負載容許輸出的轉矩及功率均比負載實際需要的大。實際需要的大。 maxnn 恒功率調速方式與恒轉恒功率調速方式與恒轉矩負載的配合矩負載的配合第三章第三章 對于風機、泵類負載，既非恒轉矩類型，也非恒功率類對于風機、泵類負載，既非恒轉矩類型，也非恒功率類型，采用型，采用恒轉矩調速恒轉矩調速方式浪費要小一點。方式浪費要小一點。兩點結論兩點結論： 恒轉矩調速方式與恒功率調速方式只是用來表征電動機采恒轉矩調速方式與恒功率調

40、速方式只是用來表征電動機采用某種調速方法時的用某種調速方法時的負載能力負載能力，并不是指電動機拖動的，并不是指電動機拖動的實際實際負載負載。 電動機的調速方式與其拖動的實際負載匹配時，電動機才電動機的調速方式與其拖動的實際負載匹配時，電動機才可以得到充分利用。從可以得到充分利用。從理論理論上講，匹配時，可以讓電動機的上講，匹配時，可以讓電動機的額定轉矩或額定功率與負載實際轉矩或功率相等；但額定轉矩或額定功率與負載實際轉矩或功率相等；但實際實際上，上，由于電動機容量分為若干等級，有時電樞電流只能由于電動機容量分為若干等級，有時電樞電流只能盡量接近盡量接近額定電流而不能相等。額定電流而不能相等。

41、第三章第三章例例3-63-6 某生產機械采用他勵直流電動機作原動機，采用弱磁調某生產機械采用他勵直流電動機作原動機，采用弱磁調速方法進行調速。電動機的有關參數為：速方法進行調速。電動機的有關參數為： 。求。求若電動機拖動額定恒轉矩負載，當弱磁至若電動機拖動額定恒轉矩負載，當弱磁至 時，電時，電動機的穩(wěn)定轉速和電樞電流為多少？能否長期運行？為什么？動機的穩(wěn)定轉速和電樞電流為多少？能否長期運行？為什么？若電動機拖動額定恒功率負載，當弱磁至若電動機拖動額定恒功率負載，當弱磁至 時，電時，電動機的穩(wěn)定轉速和電樞電流為多少？能否長期運行？為什么？動機的穩(wěn)定轉速和電樞電流為多少？能否長期運行？為什么？VU

42、KWPNN220,5 .18min/500min,/1500,18. 0,103maxrnrnRAINaN3/N3/N解解： 拖動額定恒轉矩負載，拖動額定恒轉矩負載， 時時 和和 的計算的計算3/NnaI)min/(403. 050018. 01032201rVnRIUCNaNNNe第三章第三章aTNNTNLICICTT)(309103333/AIIIINNNNNNamin)/(12253/403. 018. 0309220rCRIUneaaN可知，電樞電流遠大于額定電流可知，電樞電流遠大于額定電流, , 會造成電動機不能換向會造成電動機不能換向及繞組過熱燒壞的結果，故不能長期運行。及繞組過熱

43、燒壞的結果，故不能長期運行。 拖動額定恒功率負載，拖動額定恒功率負載， 時時 和和 的計算的計算 恒功率負載采用弱磁調速時，恒功率負載采用弱磁調速時， 不變。又不變。又3/NnaINaII第三章第三章min)/(150050033rnnnNNN)(103 AIINa可知，由于電樞電流等于額定電流可知，由于電樞電流等于額定電流, ,電動機換向不受影響，電動機換向不受影響，電動機的溫升等均在允許范圍內，故能夠長期運行。電動機的溫升等均在允許范圍內，故能夠長期運行。 nCnCEeNNeaaaaRIUE對于對于具體的負載具體的負載，可選擇合適的調速方法使電動機電樞，可選擇合適的調速方法使電動機電樞電流

44、電流 等于或接近等于或接近 ，達到匹配。，達到匹配。 aINI第三章第三章3.5 3.5 他勵直流電動機的制動他勵直流電動機的制動3.5.1 3.5.1 電動運行與制動運行電動運行與制動運行 電動運行時，電動機的電電動運行時，電動機的電磁轉矩與轉速方向磁轉矩與轉速方向相同相同，為拖，為拖動轉矩，電動機從電源動轉矩，電動機從電源吸收吸收電電功率，向負載功率，向負載傳遞傳遞機械功率。機械功率。特征特征： ， ，0T0n0T0n他勵直流電動機的他勵直流電動機的電動運行狀態(tài)電動運行狀態(tài) 第三章第三章制動運行的制動運行的目的目的：使電力拖動系統(tǒng)減速或停車，或使位能性：使電力拖動系統(tǒng)減速或停車，或使位能性

45、負載獲得穩(wěn)定的下放速度。負載獲得穩(wěn)定的下放速度。 制動制動方式方式：機械制動，電氣制動。：機械制動，電氣制動。電氣制動的電氣制動的特征特征：電動機的電磁轉矩電動機的電磁轉矩 與轉速與轉速 反向而成反向而成為制動轉矩，即為制動轉矩，即 ， 或或 ， 電動機在電動機在制動運行制動運行時，時，既既可使電力拖動系統(tǒng)減速或停車，可使電力拖動系統(tǒng)減速或停車，又又可使位能性負載獲得穩(wěn)定的下放速度?？墒刮荒苄载撦d獲得穩(wěn)定的下放速度。 電氣制動的電氣制動的方法方法： (1)能耗制動；能耗制動；(2)反接制動；反接制動；(3)回饋制動。回饋制動。 Tn0T0n0T0n第三章第三章3.5.2 3.5.2 能耗制動能

46、耗制動能耗制動根據所拖動負載性質的不同分為兩種：能耗制動根據所拖動負載性質的不同分為兩種：(1)(1)能耗制動能耗制動過程，；過程，；(2)(2)能耗制動運行。能耗制動運行。下圖下圖為能耗制動原理圖。為能耗制動原理圖。能耗制動原理圖能耗制動原理圖能耗制動的機械特性方程能耗制動的機械特性方程TCCRRnTea2第三章第三章1. 1. 能耗制動過程分析能耗制動過程分析2. 2. 能耗制動運行分析能耗制動運行分析能耗制動過程能耗制動過程能耗制動運行能耗制動運行第三章第三章3. 能耗制動的功率關系能耗制動的功率關系000021PPnTPUM反向與能耗制動負載向電動機輸入了機負載向電動機輸入了機械功率械

47、功率 機械功率來源機械功率來源：能耗制動過程中，機械功率來源于系統(tǒng)：能耗制動過程中，機械功率來源于系統(tǒng)轉速從高到低制動時所釋放出來的轉速從高到低制動時所釋放出來的動能動能；在能耗制動運；在能耗制動運行中，機械功率來源于位能性負載減少的行中，機械功率來源于位能性負載減少的位能位能。機械功率去處機械功率去處：扣除空載損耗，其余的通過電磁作用轉：扣除空載損耗，其余的通過電磁作用轉變成電功率，消耗在電樞回路總電阻上變成電功率，消耗在電樞回路總電阻上。 第三章第三章4. 能耗制動電阻的計算能耗制動電阻的計算能耗制動中，起始制動轉矩的大小與外串制動電阻的大能耗制動中，起始制動轉矩的大小與外串制動電阻的大小

48、有關小有關 。aaaRIERmaxminmaxaI能耗制動電阻能耗制動電阻最最小值小值 最大最大制動電流制動電流 能耗制動能耗制動開始瞬間開始瞬間的電樞感應電動勢的電樞感應電動勢 aE第三章第三章例例3-73-7 一臺他勵電動機的銘牌數據為：一臺他勵電動機的銘牌數據為： ， 。用這臺電動機拖動。用這臺電動機拖動提升機構。試求：提升機構。試求：電動機原先運行在額定狀態(tài)，現進行能耗制動，若容許最大電動機原先運行在額定狀態(tài)，現進行能耗制動，若容許最大制動電流不超過制動電流不超過 ，電樞電路中應串接多大的電阻。，電樞電路中應串接多大的電阻。電動機帶位能性負載電動機帶位能性負載 ，要求以，要求以 的穩(wěn)速

49、的穩(wěn)速下放重物，采用能耗制動，電樞電路中應串接多大的電阻。下放重物，采用能耗制動，電樞電路中應串接多大的電阻。NI2min/800r2/NLTTVUKWPNN220,22min/1500,174. 0,116rnRAINaN解解：電樞回路串接電阻的計算：電樞回路串接電阻的計算)min./(133. 01500174. 01162201rVnRIUCNaNNNe第三章第三章)(8 .199174. 0116220VRIUEaNNaN)(687. 0174. 011628 .1992aNaNRIER以穩(wěn)速下放重物時電樞回路串接電阻的計算以穩(wěn)速下放重物時電樞回路串接電阻的計算LNeaICRRn根據已

50、知條件有根據已知條件有2116133. 0174. 0800R)(656. 1R第三章第三章3.5.3 3.5.3 反接制動反接制動反接制動的實現方法有反接制動的實現方法有兩種兩種：(1) (1) 電樞電源反接的反接制動；電樞電源反接的反接制動；(2) (2) 轉速反向的反接制動。轉速反向的反接制動。 1 1電樞電源反接電樞電源反接的反接制動的反接制動 控制電路原理控制電路原理圖如圖如右圖右圖。機械特性方程式機械特性方程式eaeCRRCUn控制電路原理圖控制電路原理圖第三章第三章(1) (1) 反接制動過程分析反接制動過程分析A點：點：T0，n0B點：點：Ea0，Ia0，T0;C點：點：T0，

51、n=0，制動過，制動過程結束。程結束。第三章第三章(2) (2) 功率關系功率關系0000021PPnTPIUMa反向與反接制動電源向電動機輸入電電源向電動機輸入電功率，負載向電動機功率，負載向電動機輸入機械功率。輸入機械功率。機械功率的機械功率的來源來源：系統(tǒng)轉速從高到低制動時所釋放出來的動：系統(tǒng)轉速從高到低制動時所釋放出來的動能；能；扣除空載損耗扣除空載損耗 ，其余的通過電磁作用轉變成電功率。，其余的通過電磁作用轉變成電功率。 0p功率的功率的去處去處：從電源輸入的電功率和由機械功率轉變成的：從電源輸入的電功率和由機械功率轉變成的電功率，都消耗在電樞回路總電阻上。電功率，都消耗在電樞回路總

52、電阻上。 (3) (3) 制動電阻的計算制動電阻的計算aaaRIEURmaxmin 最小制動電阻值最小制動電阻值 最大制動電流值最大制動電流值minRmaxaI第三章第三章(4) (4) 反向電動運行反向電動運行C C點：點：T0T0，n0；B點：點：T0，n0， 但但 ， 電動機沿曲線電動機沿曲線2減速，到減速，到C點：雖然點：雖然 n=0，但仍，但仍 有有 ，電動機繼續(xù)沿曲線電動機繼續(xù)沿曲線2減速，減速，到到D點：點： ，穩(wěn)定，穩(wěn)定下發(fā)重物。下發(fā)重物。LTT LTT LTT 第三章第三章(2) 功率關系功率關系0000021PPnTPIUMa反向與轉速反向電源向電動機輸入電功率，電源向電動

53、機輸入電功率，負載向電動機輸入機械功負載向電動機輸入機械功率。率。機械功率的機械功率的來源來源：位能性負載減少的位能；扣除空載損：位能性負載減少的位能；扣除空載損耗耗 ，其余的通過電磁作用轉變成電功率。，其余的通過電磁作用轉變成電功率。功率的功率的去處去處：從電源輸入的電功率和由機械功率轉變成的：從電源輸入的電功率和由機械功率轉變成的電功率，都消耗在電樞回路總電阻上。電功率，都消耗在電樞回路總電阻上。(3) 制動電阻的計算制動電阻的計算對于某給定的下放速度對于某給定的下放速度 ，所串電阻值為，所串電阻值為aLaDRIEURDnDeaDnCE第三章第三章3.5.4 回饋制動回饋制動特征特征：T與

54、與n反向，且轉速高于理想空載轉速反向，且轉速高于理想空載轉速 ，即，即 電機處于發(fā)電狀態(tài)，將機械能變成電能回饋給電網電機處于發(fā)電狀態(tài)，將機械能變成電能回饋給電網 。0nn 回饋制動回饋制動分為分為：正向回饋制動，反向回饋制動。：正向回饋制動，反向回饋制動。1.正向回饋制動正向回饋制動 (1) 正向回饋制動過程：降壓調速和弱磁升速過程正向回饋制動過程：降壓調速和弱磁升速過程正向回饋制動正向回饋制動過程過程第三章第三章(2) 正向回饋制動運行：電車下坡正向回饋制動運行：電車下坡A點：點：T0，n0，下坡，下坡，合成負載轉矩合成負載轉矩 ，在在 的作用下沿的作用下沿AB加加速，到速，到 ，T=0時，

55、電時，電動機只靠本身的負載轉矩加動機只靠本身的負載轉矩加速下坡，使速下坡，使 ， 使使 改變方向，進入正改變方向，進入正向回饋制動運行，到向回饋制動運行，到B點，點， ，穩(wěn)定運行。，穩(wěn)定運行。02LT2LTT 0nn 0nn UEaTIa,2LTT 正向回饋制動運行正向回饋制動運行第三章第三章(3) 功率關系功率關系 與直流發(fā)動機相同，將機械功率轉變?yōu)殡姽β瘦敵?。區(qū)別：與直流發(fā)動機相同，將機械功率轉變?yōu)殡姽β瘦敵觥^(qū)別： 正向回饋制動的機械功率是系統(tǒng)從高速降為低速釋放出正向回饋制動的機械功率是系統(tǒng)從高速降為低速釋放出的動能或是系統(tǒng)減少的位能；的動能或是系統(tǒng)減少的位能； 電功率不是輸出給用電設備

56、，而是回饋給直流電源。電功率不是輸出給用電設備，而是回饋給直流電源。2.反向回饋制動運行反向回饋制動運行實質上為電源反接的反接制動用于位能性負載的運行情況，實質上為電源反接的反接制動用于位能性負載的運行情況，只有反向回饋制動運行。只有反向回饋制動運行。第三章第三章反向回饋制動運行反向回饋制動運行分析分析A A點點：T0T0，n0n0，提升重物，提升重物，現電源反接，進行反接制動，現電源反接，進行反接制動，工作點從工作點從 。C C點點：T0T0T0，直到，直到D D點點： ，穩(wěn)定運行。，穩(wěn)定運行。 CBA0nn0nnUEa0aILTT 功率關系功率關系與正向回饋制動運行是一致的。與正向回饋制動

57、運行是一致的。 反向回饋制動反向回饋制動第三章第三章例例3-83-8 一臺他勵直流電動機，有關參數：一臺他勵直流電動機，有關參數： ， ，忽略空載轉矩。要，忽略空載轉矩。要求求 ，若運行于正向電動狀態(tài)時，若運行于正向電動狀態(tài)時， ，求：，求： 負載為反抗性恒轉矩負載，采用反接制動停車，電樞回路負載為反抗性恒轉矩負載，采用反接制動停車，電樞回路應串入的制動電阻最小值為多少？應串入的制動電阻最小值為多少？ 負載為位能性恒轉矩負載，傳動機構轉矩損耗為負載為位能性恒轉矩負載，傳動機構轉矩損耗為 ，要求電動機運行在要求電動機運行在 ，勻速下放重物，采用轉速反，勻速下放重物，采用轉速反向的反接制動，電樞回

58、路應串入的電阻值是多少？該電阻上的向的反接制動，電樞回路應串入的電阻值是多少？該電阻上的功率損耗是多少？功率損耗是多少？ 負載同題，采用反向回饋制動運行，電樞回路不串電阻，負載同題，采用反向回饋制動運行，電樞回路不串電阻，電動機轉速是多少？電動機轉速是多少？ NaII2maxNLTT9 . 0VUKWPNN220,22min/1500,1 . 0,115rnRAINaNNcTT1 . 0min/1000r第三章第三章解解： 反接制動停車，電樞回路串電阻最小值的計算反接制動停車，電樞回路串電阻最小值的計算)min/(139. 015001 . 01152201rVnRIUCNaNNNe)(5 .

59、2081500139. 0VnCENNeaN時的轉速時的轉速NLTT9 . 0min)/( 3 .1508139. 01 . 01159 . 0220rCRIUnNeaLN制動開始時的電樞感應電動勢制動開始時的電樞感應電動勢)(7 .2093 .1508139. 01VnCENea)(768. 11 . 011522207 .209max1minaaNaRIUER第三章第三章 位能性負載反接制動運行，串入電阻值功率損耗的計算位能性負載反接制動運行，串入電阻值功率損耗的計算NNNcLLTTTTTT7 . 01 . 029 . 021負載電流：負載電流：)(5 .801157 . 07 . 0AI

60、INal轉速為轉速為10001000 時的電樞感應電動勢時的電樞感應電動勢min/r)(1391000139. 02VnCENea)(36. 41 . 05 .80)139(22022aaLaNRIEUR)(2825436. 45 .802222WRIpalR 位能性負載反向回饋制動運行，不串電阻時，電機轉速位能性負載反向回饋制動運行，不串電阻時，電機轉速min)/(6 .164092.577 .1582139. 01 . 01157 . 0139. 0220rCRICUnNeaaLNeN第三章第三章3.5.5 3.5.5 他勵直流電動機的四象限運行他勵直流電動機的四象限運行 他勵直流電動機的