電機與拖動技術第四章課件

1、電機與拖動技術DIANJI YU TUODONG JISHU新世紀應用型高等教育教材編審委員會 組編新世紀應用型高等教育教材編審委員會 4.1他勵直流電動機的機械特性 4.2他勵直流電動機的啟動 4.3他勵直流電動機的調速第4章 他勵直流電動機的電力拖動 4.4他勵直流電動機的制動 4.5直流電力拖動系統(tǒng)的過渡過程 4.6直流電動機的建模及仿真直流電動機的起、制動的動態(tài)性能好，可以在很多快速調速的場合應用，盡管目前交流拖動技術發(fā)展很快，但直流電動機的電力拖動仍然占有重要位置，同時直流電動機的電力拖動技術也是其它電力拖動系統(tǒng)的基礎。在直流電力拖動系統(tǒng)中有他勵、串勵和復勵三種直流電動機，其中應用最

2、多的是他勵直流電動機。第4章 他勵直流電動機的電力拖動4.1 他勵直流電動機的機械特性第4章 他勵直流電動機的電力拖動他勵直流電動機的機械特性是指電動機在電樞電壓、勵磁電流、電樞回路總電阻為恒值時，電動機在穩(wěn)定運行狀態(tài)下，電動機的轉速n與電磁轉矩 之間的關系，即 ，或者說電動機的轉速n與電樞電流 的關系 ，后者也就是轉速調整特性。由于轉速和轉矩都是機械量，所以把它稱為機械特性。 4.1 他勵直流電動機的機械特性第4章 他勵直流電動機的電力拖動4.1.1 機械特性的一般表達式 圖4-1是他勵直流電動機的電路原理圖。電磁轉矩方程 、感應電動勢方程 、電樞回路電動勢平衡方程 和電動機轉速特性 ,由此

3、可求得機械特性方程的一般表達式 ： 式中，R為電樞回路總電阻 。4.1 他勵直流電動機的機械特性第4章 他勵直流電動機的電力拖動4.1.1 機械特性的一般表達式 圖4-1 他勵直流電動機電路原理圖 圖4-2 他勵直流電動機的機械特性曲線 4.1 他勵直流電動機的機械特性第4章 他勵直流電動機的電力拖動4.1.1 機械特性的一般表達式 1.理想空載轉速 當電源電壓U=常數，電樞回路總電阻R常數，勵磁磁通 常數時，電動機的機械特性曲線如圖4-2所示。特性曲線與縱軸的交點為 時的轉速 稱為理想空載轉速， 其計算式為 4.1 他勵直流電動機的機械特性第4章 他勵直流電動機的電力拖動4.1.1 機械特性

4、的一般表達式 圖4-4 他勵直流電動機的固有特性曲線 4.1 他勵直流電動機的機械特性第4章 他勵直流電動機的電力拖動4.1.1 機械特性的一般表達式 對他勵直流電動機固有機械特性分析如下：1） 越大，n越低，其特性是一條下斜直線。原因是： 增大， 與 成正比關系， 也增大；電樞電動勢 ， 則減小，轉速n亦降低。2）理想空載轉速點：當 時， 為理想空載轉速。此時 ， 即電動機不帶負載且自身也沒有空載轉矩情況下的轉速，是一種理想工作狀態(tài)。3）實際空載轉速點： 為電動機的實際空載轉速，比 略低，如上圖所示。這是因為電動機轉動起來后，必須克服機械摩擦及風阻等空載轉矩 ，所以4.1 他勵直流電動機的機

5、械特性第4章 他勵直流電動機的電力拖動4.1.1 機械特性的一般表達式 4）額定工作點：當 時， 為額定工作點。此時轉速降 為額定轉速降落。一般地說， 約為 ， 而約為 ，這是硬特性的數量體現。5）堵轉點： ， ，此時電樞電流 稱為短路電流；電磁轉矩 稱為電機的堵轉轉矩。由于電樞電阻 很小， 和 都比額定值大得多，若 。則 即 那么堵轉電流 ，堵轉轉矩 。 4.1 他勵直流電動機的機械特性第4章 他勵直流電動機的電力拖動4.1.3 人為機械特性 人為機械特性是指人為地改變電動機電路中的某個參數或電動機的電樞電壓值，而得到的機械特性，即改變機械特性方程中的某些參數如電壓、勵磁電流、電樞回路電阻所

6、獲得的機械特性。主要人為機械特性有以下三種。1.電樞回路串電阻時的人為機械特性 當電動機的 , , 時，其人為機械特性的方程式為電樞回路串電阻時的人為機械特性如圖4-5所示。與固有特性相比，它具有以下特點1）理想空載轉速 不變；2）增大，轉速降 增大，附加電阻 越大， 也越大，特性越“軟”。4.1 他勵直流電動機的機械特性第4章 他勵直流電動機的電力拖動4.1.3 人為機械特性 2.改變電樞電壓時的人為機械特性 當電動機的 ， 時，改變電樞電壓的人為機械特性的方程式為 與固有特性相比，它具有以下特點：1）機械特性曲線的斜率不變；2）理想空載轉速 隨電壓減小成正比減小。圖4-5 電樞回路串電阻時

7、的人為機械特性 4.1 他勵直流電動機的機械特性第4章 他勵直流電動機的電力拖動4.1.3 人為機械特性 圖4-6 改變電樞電壓的人為機械特性 4.1 他勵直流電動機的機械特性第4章 他勵直流電動機的電力拖動3.改變磁通時的人為機械特性 可以通過在勵磁回路中串接上電阻 ，或降低勵磁電壓 來減弱磁通，保持 ， 時，減弱磁通的人為機械特性和轉速特性分別為當 時，堵轉電流 為常數，而 隨 的減小而增大，因此 的人為特性是一組通過橫坐標 點的直線，如圖4-8所示。4.1 他勵直流電動機的機械特性第4章 他勵直流電動機的電力拖動 圖4-7 他勵直流電動機弱磁時的機械特性 圖4-8 他勵直流電動機弱磁時的

8、轉速特性 4.1 他勵直流電動機的機械特性第4章 他勵直流電動機的電力拖動4.1.4 機械特性的求取1.固有機械特性的求取 已知 ，求:理想空載點 和額定運行點 。 具體求取步驟如下：1）估算 ：2）計算 ： ，4.1 他勵直流電動機的機械特性第4章 他勵直流電動機的電力拖動4.1.4 機械特性的求取3）計算理想空載點：4）計算額定工作點：2.人為機械特性的求取 在固有機械特性方程 的基礎上，根據人為特性所對應的參數 或 或 變化，重新計算 和 ，然后得到人為機械特性方程式。4.1 他勵直流電動機的機械特性第4章 他勵直流電動機的電力拖動4.1.5 電樞反應對機械特性影響 他勵直流電動機由于有

9、電樞反應，產生去磁作用，使 ，則 ，即 而導致特性上翹，如圖4-9所示。特性上翹對電動機穩(wěn)定運行不利，解決的辦法是在主磁極上加裝匝數很少的串勵繞組，稱為穩(wěn)定繞組。穩(wěn)定繞組產生與主磁極相同的磁通，抵消電樞反應的去磁作用。 圖4-9 上翹的機械特性曲線4.1 他勵直流電動機的機械特性第4章 他勵直流電動機的電力拖動4.1.6 電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行條件 在生產機械運行時，電動機的機械特性與生產機械的負載轉矩特性是同時存在的。在分析電力拖動系統(tǒng)運行情況時，可以把兩者畫在同一坐標圖上。如圖4-10中，曲線1是恒轉矩負載轉矩特性，曲線2是他勵直流電動機的機械特性。兩特性曲線交于A點。在交點處，電動機與負載

10、具有相同的轉速，電動機的電磁轉矩與負載轉矩大小相等，方向相反，互相平衡。根據運動方程式可知， 時系統(tǒng)穩(wěn)定運行。因此系統(tǒng)應能在A點穩(wěn)定運行，A點就稱為工作點或運行點。如系統(tǒng)能過渡到新的工作點上穩(wěn)定運行，且干擾消失后，系統(tǒng)又能回到原來的工作點穩(wěn)定運行，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的，否則是不穩(wěn)定的。4.1 他勵直流電動機的機械特性第4章 他勵直流電動機的電力拖動 圖4-10 電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行分析 圖4-11 電力拖動系統(tǒng)不穩(wěn)定運行分析 電力拖動系統(tǒng)在電動機機械特性與負載轉矩特性交點上，不一定能穩(wěn)定運行，也就是說， 只是穩(wěn)定運行的必要條件，尚不充分。對于電力拖動系統(tǒng)，穩(wěn)定運行的充分必要條件是：電動機機械特性與負

11、載轉矩特性必須相交，在交點處 ，實現轉矩平衡，在工作點要滿足 。 4.2 他勵直流電動機的啟動第4章 他勵直流電動機的電力拖動他勵直流電動機啟動時，為了產生較大的啟動轉矩及不使起動后的轉速過高，應該滿磁通啟動，即勵磁電流為額定值，每極磁通為額定值。因此起動時勵磁回路不能串電阻，而且絕對不允許勵磁回路出現斷路。他勵直流電動機若加額定電壓 、電樞回路不串電阻即直接起動，此時， 、 ，起動電流 ，起動轉矩 。由于電流太大，使得電機不能換向，并且還會急劇發(fā)熱；另外，由于轉矩太大，還會造成機械撞擊，都是不允許的。 電動機拖動負載起動的一般條件是：1） 。因為換向最大允許電流為 ；2） ，這樣系統(tǒng)才能順利

12、起動。 他勵直流電動機起動方法有以下兩種：4.2 他勵直流電動機的啟動第4章 他勵直流電動機的電力拖動1.逐級切除啟動電阻時的啟動過程 以三級電阻啟動時電動機為例, 三級電阻啟動時電動機的電路原理圖和機械特性分別如圖4-12所示。圖4-12 三級電阻啟動時電動機電路原理圖 圖4-13 三級電阻啟動時電動機機械特性 他勵直流電動機逐級(三級)切除啟動電阻 。啟動開始時接觸器S閉合，此時對應圖4-13的a點，與此相應的啟動轉矩為 。因此，電機拖動系統(tǒng)在加速轉矩 的作用下，速度開始沿著直線ab上升。隨著速度的上升，反電勢上升，電樞電流下降，電動機的轉矩也隨著減少。 4.2 他勵直流電動機的啟動第4章

13、 他勵直流電動機的電力拖動b點 ；c點 ；d點 ；e點 ；f點 ；g點比較以上各式得： 在已知啟動電流比 和電樞電阻Ra前提下，經推導可得各級總電阻為4.2 他勵直流電動機的啟動第4章 他勵直流電動機的電力拖動各級分段串聯電阻為 （1）起動級數已知的啟動電阻的計算，計算各級啟動電阻的步驟：1）估算或查出電樞電阻 ；2）根據過載倍數選取最大轉矩 對應的最大電流 ；3）選取啟動級數m；4）計算啟動電流比： ，m取整數；5）計算轉矩： ，校驗： ；如果不滿足，應另選 或m值并重新計算，直到滿足該條件為止；6）計算各級啟動電阻。4.2 他勵直流電動機的啟動第4章 他勵直流電動機的電力拖動2）啟動級數未

14、定時的啟動電阻的計算1）確定啟動電流 和切換電流 ： ， ；2）啟動電流（轉矩）比： ；3）求出電樞電路電阻 ；4）求出啟動時的電樞總電阻 ；5）確定啟動級數m，并將其修正為相近的整數；6）根據m值和式 計算出新的 值；7）利用上式計算各級總電阻和各級分段串聯電阻。4.2 他勵直流電動機的啟動第4章 他勵直流電動機的電力拖動降低電樞電壓啟動，即啟動前將施加在電動機電樞兩端的電源電壓降低，以減小啟動電流(一般限制在1.52IN)，啟動轉矩足夠大 ,電動機啟動后，再逐漸提高電源電壓，使啟動電磁轉矩維持在一定數值，保證電動機按需要的加速度升速，其接線原理和啟動機械特性如下圖所示。圖4-14 降低電樞

15、電壓起動接線原理圖 圖4-15 降低電樞電壓起動機械特性4.3 他勵直流電動機的調速第4章 他勵直流電動機的電力拖動許多生產機械的運行速度，隨其具體工作情況不同而不一樣。系統(tǒng)運行的速度需要根據生產機械工藝要求而人為調節(jié)。調節(jié)轉速，簡稱為調速。改變傳動機構速比的調速方法稱為機械調速，通過改變電動機參數而改變系統(tǒng)運行轉速的調速方法稱為電氣調速。 由于他勵直流電動機比交流異步電動機能夠獲得更寬的調速范圍并能夠實現平滑的無級調速，在調速性能要求較高的生產機械上，還應用他勵直流電動機。 4.3 他勵直流電動機的調速第4章 他勵直流電動機的電力拖動拖動負載運行的他勵直流電動機，其轉速是由工作點決定的，工作

16、點改變了，電動機的轉速也就改變了。對于具體負載而言，其轉矩特性是一定的，不能改變，但是他勵直流電動機的機械特性卻可以人為地改變。 4.3.1 他勵直流電動機的調速方法 4.3 他勵直流電動機的調速第4章 他勵直流電動機的電力拖動1.電樞串電阻調速 他勵直流電動機拖動負載運行時，保持電源電壓及磁通為額定值不變，在電樞回路中串入不同的電阻時，電動機運行于不同的轉速，如下圖所示。其中負載是恒轉矩負載。比如原來沒有串電阻時，工作點為A，轉速為n，電樞中串入電阻 后，工作點就變成了 ，轉速降為 。電動機從 運行的物理過程。通常把電動機運行于固有機械特性上的轉速稱為基速，那么，電樞回路串電阻調速的方法，其

17、調速方向只能是從基速向下調。4.3.1 他勵直流電動機的調速方法 4.3 他勵直流電動機的調速第4章 他勵直流電動機的電力拖動4.3.1 他勵直流電動機的調速方法 圖4-16 電樞回路串電阻調速 4.3 他勵直流電動機的調速第4章 他勵直流電動機的電力拖動電磁轉矩 ，穩(wěn)定運行時 ，電樞電流 ，因此， 常數時， =常數，如果 ，則 ，即 與電動機轉速n無關。電樞回路串電阻調速時，所串的調速電阻 、 等上通過很大的電樞電流 ，會產生很大的損耗 、 等，轉速越低，損耗越大盡管電樞串電阻調速方法，所需設備簡單，但由于上述功率損耗大，低速時轉速不穩(wěn)定，不能連續(xù)調速等缺點，只應用于調速性能要求不高的中、小

18、電機上，大容量電動機不采用。4.3.1 他勵直流電動機的調速方法 4.3 他勵直流電動機的調速第4章 他勵直流電動機的電力拖動4.3.1 他勵直流電動機的調速方法 圖4-17 降低電源電壓調速 4.3 他勵直流電動機的調速第4章 他勵直流電動機的電力拖動降低電源電壓調速時。如果拖動恒轉矩負載，電動機運行于不同的轉速上時，電動機電樞電流 也是不變的，這是因為：電磁轉矩 ，穩(wěn)定運行時 ；電樞電流 。因此， 常數時， 常數，如果 ，則 ， 與電動機轉速無關。3.弱磁調速 保持他勵直流電動機電源電壓不變，電樞回路也不串電阻，在電動機拖動的負載轉矩不過大時，降低他勵直流電動機的磁通，可以使電動機轉速升高

19、。圖4-18所示為他勵直流電動機帶恒轉矩負載時弱磁升速的機械特性。4.3.1 他勵直流電動機的調速方法 4.3 他勵直流電動機的調速第4章 他勵直流電動機的電力拖動4.3.1 他勵直流電動機的調速方法 圖4-18 弱磁調速 4.3 他勵直流電動機的調速第4章 他勵直流電動機的電力拖動以減弱磁通升高轉速方式調節(jié)轉速時，電動機轉速最大值受換向能力與機械強度的限制，一般約為特殊設計的弱磁調速電動機，可以得到的最高轉速。改變磁通調速時，不論在什么轉速上運行，電動機的轉速與轉矩都為電動機的電磁功率為4.3.1 他勵直流電動機的調速方法 4.3 他勵直流電動機的調速第4章 他勵直流電動機的電力拖動調速的性

20、能指標是決定電動機選擇哪一種調速方法的依據，主要性能指標有以下三個方面： 1.調速范圍與靜差率調速范圍是指電動機在額定負載轉矩 調速時，其最高轉速與最低轉速之比。用D表示， 時為 靜差率或稱轉速變化率。是指電動機由理想空載到額定負載時轉速的變化率。用 表示， 時為 4.3.2 調速的性能指標 4.3 他勵直流電動機的調速第4章 他勵直流電動機的電力拖動4.3.2 調速的性能指標 靜差率 越小，轉速的相對穩(wěn)定性越好，負載波動時，轉速變化也越小。從上式可以看出，靜差率與以下兩個因素有關：1）當 一定時，機械特性越硬，額定轉矩時的轉速降落 越小，靜差率 越小。2）機械特性硬度一定時，理想空載轉速 越

21、高， 越小。 4.3 他勵直流電動機的調速第4章 他勵直流電動機的電力拖動調速范圍是指電動機在額定負載轉矩 調速時，其最高轉速與最低轉速之比。用D表示， 時為 靜差率或稱轉速變化率。是指電動機由理想空載到額定負載時轉速的變化率。用 表示， 時為靜差率 越小，轉速的相對穩(wěn)定性越好，負載波動時，轉速變化也越小。從上式可以看出，靜差率與以下兩個因素有關：1）當 一定時，機械特性越硬，額定轉矩時的轉速降落 越小，靜差率 越小。2）機械特性硬度一定時，理想空載轉速 越高， 越小。 4.3 他勵直流電動機的調速第4章 他勵直流電動機的電力拖動圖4-19 電樞串電阻調速時靜差率與調速范圍 圖4-20 降低電

22、源電壓調速時靜差率與調速范圍 調速范圍與靜差率有關系，而且互相制約著，因此需要調速的生產機械，必須同時提出靜差率與調速范圍這兩項指標，以便選擇適當的調速方法。 4.3 他勵直流電動機的調速第4章 他勵直流電動機的電力拖動 2.調速的平滑性 無級調速的平滑性最好，有級調速的平滑性用平滑系數 表示，其定義為：相鄰兩極轉速中，高一級轉速 與低一級轉速 之比，即 越小，調速越平滑。無級調速是 ， 。 4.3 他勵直流電動機的調速第4章 他勵直流電動機的電力拖動 3.調速的經濟性 調速的經濟性主要考慮調速設備的初投資、調速時電能的損耗、運行時的維修費用等。 調速設備初投資應該考慮電動機和電源兩方面：專門

23、設計的改變磁通調速的電動機成本較普通直流電機為高；降電樞電壓調速的大功率可調壓電源，成本也較高；調磁通調速一般也要專門配可調壓電源，但容量要小，成本也低些。這樣綜合起來考慮，電樞串電阻調速設備成本最低，而改變電源電壓調速設備成本最高。下表所示為他勵直流電動機三種調速方法的一些調速性能比較。4.3 他勵直流電動機的調速第4章 他勵直流電動機的電力拖動 他勵直流電動機三種調速方法的一些調速性能比較 調速方法電樞串電阻降電源電壓減弱磁通調速方向向下調向下調向上調時調速范圍約2約1012 無關)一定調速范圍內轉速的穩(wěn)定性差好較好負載能力恒轉矩恒轉矩恒功率調速平滑性有級調速無級調速無級調速設備初投資少多

24、較多電能損耗多較少少4.3 他勵直流電動機的調速第4章 他勵直流電動機的電力拖動電動機運行時，電樞電流的實際大小取決于所拖動的負載，電力拖動系統(tǒng)中，負載有不同的類型，電動機有不同的調速方法。具體分析電動機采用不同調速方法拖動不同類型負載時電樞電流 的情況，對于充分利用電動機來說，就是十分必要的了。為此目的，首先定義一下電動機的恒轉矩與恒功率調速方式。所謂恒轉矩調速方式指的是：在某種調速方法中，保持電樞電流 不變，若該電動機電磁轉矩恒定不變，則稱這種調速方式為恒轉矩調速方式。所謂恒功率調速方式指的是：在某種調速方法中，保持電樞電流 不變，若該電動機電磁功率 恒定不變，則稱這種調速方法為恒功率調速

25、方式4.3.3 調速方式與負載類型的配合 4.3 他勵直流電動機的調速第4章 他勵直流電動機的電力拖動以上關于調速方式問題的討論，歸納起來主要是：1）恒轉矩調速方式與恒功率調速方式都是用來表征電動機采用某種調速方法時的負載能力，不是指電動機的實際負載。2）應使電動機的調速方式與其實際負載匹配，電動機才可以得到充分利用。從理論上講，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與功率相等，但實際上，即使電動機電樞電流盡量接近額定值，由子電動機容量分成若干等級，有時只能盡量接近而不能相等。4.3.3 調速方式與負載類型的配合 4.4 他勵直流電動機的制動第4章 他勵直流電動機的電力拖動4.

26、4.1 電動運行（1）.正向電動運行他勵直流電動機工作點在第I象限時，如圖4-21所示的A點和B點，電動機電磁轉矩 。轉速 ，這種運行狀態(tài)稱為正向電動運行。由于T和n同向，T稱為拖動轉矩。圖4-21 他勵直流電動機電動運行1-固有機械特性；2-降壓人為機械特性；3-電源電壓為（-UN）人為機械特性4.4 他勵直流電動機的制動第4章 他勵直流電動機的電力拖動2）反向電動運行拖動反抗性負載，正轉時電動機工作點在第I象限，反轉時，電動機工作點則在第象限，如圖上圖所示的C點，這時電動機電源電壓為負值。在第象限運行時，電磁轉矩 ，轉速 ，T與n仍同向，T仍舊為拖動性轉矩，其功率關系與正向電動運行完全相同

27、，這種運行狀態(tài)稱為反向電動運行。實際運行的電動機除了運行于T與n同方向的電動運行狀態(tài)之外，經常還運行在T與n反方向的運行狀態(tài)。T與n反方向意味著電動機的電磁轉矩不是拖動性轉矩，而是制動性阻轉矩了，這種運行狀態(tài)統(tǒng)稱為制動狀態(tài)，工作點顯然是在第、象限里。4.4 他勵直流電動機的制動第4章 他勵直流電動機的電力拖動4.4.2 能耗制動制動的方式有：機械（抱閘）制動，即利用電磁或電磁液壓驅動裝置，使閘瓦抱緊或松開制動盤（得電松閘、失電抱閘），如圖4-22所示；電磁制動，即當電磁轉矩 與n的方向相同時，電磁轉矩為驅動轉矩，電機運行于電動狀態(tài)，當 與n方向相反時，電磁轉矩為制動轉矩，電機運行于電磁制動狀態(tài)

28、（本質）。械制動具有快速、準確的優(yōu)點，但是對于高速、慣性大的設備，機械沖擊比較大；電磁制動則具有制動相對平穩(wěn)、制動轉矩容易控制的特點。很多情況下采用機械制動結合電磁制動來進行制動。圖4-22 機械抱閘制動示意圖4.4 他勵直流電動機的制動第4章 他勵直流電動機的電力拖動根據制動過程中電機發(fā)出的電功率的去向不同以及外部所提供的條件不同，制動可分為能耗制動、反接制動和回饋（再生）制動。（1）能耗制動過程他勵直流電動機拖動反抗性恒轉矩負載運行于正向電動運行狀態(tài)時，其接線如圖4-23所示刀閘接在電源上的情況。制動時將開關S打到制動電阻 上，由于慣性，電樞保持原來方向繼續(xù)旋轉，電動勢 方向不變。由 產生

29、的電樞電流 的方向與電動狀態(tài)時 的方向相反，對應的電磁轉矩 與 方向相反，為制動性質，電機處于能耗制動狀態(tài)。4.4 他勵直流電動機的制動第4章 他勵直流電動機的電力拖動 圖4-23 能耗制動接線圖 圖4-24 能耗制動過程4.4 他勵直流電動機的制動第4章 他勵直流電動機的電力拖動(2)能耗制動運行他勵直流電動機如果拖動位能性負載，本來運行在正向電動狀態(tài)，突然采用能耗制動，如圖4-24所示，電動機的運行點從 ， 是能耗制動過程，與拖動反抗性負載時完全一樣。但是到了0點以后。如果不采用其他辦法停車如抱閘抱住電動機軸，則由于電磁轉矩 ，小于負載轉矩，系統(tǒng)會繼續(xù)減速，也就是開始反轉了。電動機的運行點

30、沿著能耗制動機械特性曲線2從 ， 點處 ,系統(tǒng)穩(wěn)定運行于工作點 。該處電動機電磁轉矩 ，轉速 ，T與n方向相反，T為制動性轉矩，這種穩(wěn)態(tài)運行狀況稱為能耗制動運行。在這種運行狀態(tài)下， 方向與系統(tǒng)轉速 同方向，為拖動性轉矩。能耗制動運行時電動機電樞回路串入的制動電阻不同時，運行轉速也不同，制動電阻 越大,曲線2越陡，轉速絕對值 越高。4.4 他勵直流電動機的制動第4章 他勵直流電動機的電力拖動電氣制動方法除了能耗制動停車外，還可以采用反接制動停車。反接制動有電源反接制動和倒拉反接制動兩種。開關S投向“電動”側時，電樞接正極電壓，電機處于電動狀態(tài)。反接制動時，將開關投向“制動”側，電樞回路串入制動電

31、阻 后，接上極性相反的電源電壓，如圖4-25所示，電樞回路內產生反向電流如下式，機械特性方程為下式。拖動反抗性恒轉矩負載，反接制動停車時，其機械特性如圖4-26所示。本來電動機的工作點在A，反接制動后，電動機運行點從 ，到 C 點后電動機轉速 ，制動停車過程結束，將電動機的電源切除。4.4.3反接制動4.4 他勵直流電動機的制動第4章 他勵直流電動機的電力拖動 圖4-25 電源反接制動接線圖 圖4-26 反接制動停車時機械特性4.4 他勵直流電動機的制動第4章 他勵直流電動機的電力拖動 圖4-27 反接制動接著反向起動時機械特性 圖4-28 反接制動過程和能耗制動過程對比圖4.4 他勵直流電動

32、機的制動第4章 他勵直流電動機的電力拖動（2）倒拉反接制動他勵直流電動機如果拖動位能性負載運行，電樞回路串入電阻時，轉速下降，但是如果電阻值大到一定程度后，見圖4-29所示，就會使轉速 工作點在第象限，電磁轉矩 ，與 n方向相反，是一種制動運行狀態(tài)，稱為倒拉反轉運行或限速反轉運行。倒拉反轉反接制動適用于低速下放重物，其機械特性曲線就是電動狀態(tài)時電樞串電阻時的人為特性在第四象限的部分，機械特性方程就是電動狀態(tài)時電樞串電阻時的人為特性方程。 圖4-29 倒拉反轉反接制動機械特性4.4 他勵直流電動機的制動第4章 他勵直流電動機的電力拖動（1）正向回饋制動運行下圖所示為他勵直流電動機電源電壓降低，轉

33、速從高向低調節(jié)的過程。原來電動機運行在固有機械特性曲線的A點上，電壓降為 后，電動機運行點從 最后穩(wěn)定運行在D點。在這一降速過渡過程中，從 這一階段，電動機的轉速 ，而電磁轉矩 ，T與n的方同相反，T是制動性轉矩，是一種正向回饋制動運行狀態(tài)。4.4.4 回饋制動 圖4-30 降壓調速時的回饋制動過程 圖4-31 上坡行駛時的正向回饋制動過程4.4 他勵直流電動機的制動第4章 他勵直流電動機的電力拖動4.4.4 回饋制動 圖4-32 增加勵磁電流調速過程中的正向回饋制動過程4.4 他勵直流電動機的制動第4章 他勵直流電動機的電力拖動(2)反向回饋制動運行如果他勵直流電動機拖動位能性負載，當電源電

34、壓反接時，工作點在第象限，這時電磁轉矩 ，轉速 ，T與n方向相反，稱為反向回饋制動運行。4.4.4 回饋制動圖4-33 位能性負載進行電源電壓反接的反向回饋制動過程 圖4-34 他勵直流電動機各種運行狀態(tài)4.5 直流電力拖動系統(tǒng)的制動過程第4章 他勵直流電動機的電力拖動1.穩(wěn)態(tài)(靜態(tài))：指電動機轉矩T和負載轉矩TL相等。系統(tǒng)靜止不動或以恒速運動的狀態(tài)。2.動態(tài)：指T與TL不相等，加速或減速狀態(tài)。即非平衡狀態(tài)dn/dt0，動態(tài)也稱過渡過程。轉速由n=0升至某一轉速或從某一轉速升至另一轉速的變化過程均稱為過渡過程。 3.產生過渡過程的原因外因：TL變化，或電機參數變化，引起T變化。內因：系統(tǒng)存在G

35、D2，以及勵磁回路存在L(電感)等機械和電磁原因。GD2的存在，使n不能突變。L的存在，使電流不能突變。若只考慮GD2影響，稱機械過渡過程；只考慮L的影響，稱電磁過渡過程；兩者都考慮稱機電過濾過程4.5 直流電力拖動系統(tǒng)的制動過程第4章 他勵直流電動機的電力拖動4.過渡過程：重點在于機械過渡過程。因為較多的情況下，機械慣量的影響遠大于電磁慣量影響，為簡化分析，略去電磁慣量影響。研究過渡過程的實際意義在于：找出減小過渡過程持續(xù)時間，提高生產率；探討減少過渡過程損耗功率的途徑，提高電機利用率和力能指標；改善系統(tǒng)動態(tài)或穩(wěn)定運行品質，使設備能安全可靠運行。4.5 直流電力拖動系統(tǒng)的制動過程第4章 他勵

36、直流電動機的電力拖動只考慮機械過渡過程。而且還有以下條件：1.電源電壓在過渡過程中恒定不變；2.磁通 恒定不變；3.負載轉矩為常數不變。過渡過程，在機械特性上表現為電動機的運行點從起始點開始沿著電動機機械特性曲線向著穩(wěn)態(tài)點變化的過程。起始點是機械恃性上的一個點，對應著過程開始瞬間的轉速；穩(wěn)態(tài)點是過程結束后的工作點。（1）過渡過程中轉速變化規(guī)律（2）轉矩交化規(guī)律（3）電樞電流變化規(guī)律4.5.1 過渡過程數學分析4.5 直流電力拖動系統(tǒng)的制動過程第4章 他勵直流電動機的電力拖動從起始值到穩(wěn)態(tài)值，理論上需要時間 ，但實際上 時各量便達到95%98%穩(wěn)態(tài)值。即可認為過渡過程結束了。在工程實際中，往往需要知道過渡過程進行到某一階段所需的時間。如圖（a）所示，通過計算可得：若已知 及X點的轉矩 ，見圖(b)可得：當然若已知 及X點的電樞電流 ，見圖（c）可得：4.5.2 過渡過程時間的計算4.5 直流電力拖動系統(tǒng)的制動過程第4章 他勵直流電動機的電力拖動4.5.2 過渡過程時間的計算 圖4-35 過渡