1.電力拖動系統(tǒng)概述2.他勵直流電動機的起動3.他勵直流電動機的調(diào)速4.他勵直流電動機的制動5.直流電動機的四象限運行及應(yīng)用分析6.其他直流電動機的電力拖動*7.直流電動機的閉環(huán)速度控制8.直流電動機應(yīng)用舉例第2章直流電動機的電力拖動2.1電力拖動系統(tǒng)概述電力拖動系統(tǒng)的構(gòu)成示意圖分直流電力拖動系統(tǒng)和交流電力拖動系統(tǒng)通過電力電子變換器提供電動機所需電源，由電動機拖動生產(chǎn)機械做旋轉(zhuǎn)或直線運動；通過參考指令設(shè)計系統(tǒng)所要求的性能指標；由傳感器檢測系統(tǒng)各部分狀態(tài)，并通過控制系統(tǒng)確保所要求的性能指標實現(xiàn)。2.1.1電力拖動系統(tǒng)運動方程式2.1電力拖動系統(tǒng)概述電力拖動系統(tǒng)運動方程式電力拖動系統(tǒng)運動方程式

的大小反映了系統(tǒng)的運行狀態(tài)：①，系統(tǒng)處于加速運動的過渡過程；②，系統(tǒng)處于靜止或恒速運動；③，系統(tǒng)處于減速運動的過渡過程。轉(zhuǎn)矩和速度不僅有大小而且有方向。轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速方向規(guī)定：確定某旋轉(zhuǎn)方向為正方向，電磁轉(zhuǎn)矩T的方向與規(guī)定正方向相同時取正，相反時取負。負載轉(zhuǎn)矩TL，與規(guī)定正方向相同時取負，相反時取正。轉(zhuǎn)速n的實際旋轉(zhuǎn)方向與所規(guī)定正方向相同時取正，相反時取負。2.1電力拖動系統(tǒng)概述◆在電力拖動系統(tǒng)中，一些電氣參數(shù)(如電壓、電阻等)以及負載轉(zhuǎn)矩的突然變化，都會引起過渡過程。但由于慣性的存在，這些變化不能導(dǎo)致電動機的轉(zhuǎn)速、電流、轉(zhuǎn)矩及磁通等參量發(fā)生突變，而必須是個連續(xù)變化的過程。◆電力拖動系統(tǒng)中一般存在三種慣性：

機械慣性----反映在系統(tǒng)的飛輪矩上，使轉(zhuǎn)速不能突變

電磁慣性----反映在電感上，使電樞電流和勵磁電流不

能突變，從而使磁通不能突變

熱慣性------使電動機的溫度不能突變◆電力拖動系統(tǒng)的兩種過渡過程：

機械過渡過程-------只考慮機械慣性，忽略電磁慣性

電氣-機械過渡過程----同時考慮機械與電磁兩種慣性2.1電力拖動系統(tǒng)概述在應(yīng)用電力拖動系統(tǒng)運動方程式時，要注意：(1)轉(zhuǎn)矩不但有大小而且有方向。電磁轉(zhuǎn)矩與負載轉(zhuǎn)矩的區(qū)別。(2)轉(zhuǎn)速不但有大小也有方向。(3)轉(zhuǎn)速變化時，電力拖動系統(tǒng)的狀態(tài)（加速狀態(tài)還是減速狀態(tài)），要由轉(zhuǎn)速變化的方向來決定而不是由轉(zhuǎn)速的數(shù)值增加或減小來決定。例如：當轉(zhuǎn)速正向增加時，系統(tǒng)處于加速狀態(tài)；而當轉(zhuǎn)速反向增加時，盡管n可能增大了(實際旋轉(zhuǎn)方向與規(guī)定正方向相反)，但系統(tǒng)仍是處于減速狀態(tài)。2.1電力拖動系統(tǒng)概述單軸與多軸系統(tǒng)單軸系統(tǒng)多軸系統(tǒng)（或直線運動系統(tǒng)）折算原則：保證折算前后系統(tǒng)的功率傳遞關(guān)系及系統(tǒng)儲存的

動能不變。2.1電力拖動系統(tǒng)概述

指生產(chǎn)機械工作機構(gòu)的負載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系。

1.恒轉(zhuǎn)矩負載的轉(zhuǎn)矩

特性右圖為反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載的轉(zhuǎn)矩特性傳動機構(gòu)的轉(zhuǎn)矩損耗2.1.2負載的轉(zhuǎn)矩特性2.1電力拖動系統(tǒng)概述圖2-3反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載的轉(zhuǎn)矩特性右圖為位能性恒轉(zhuǎn)矩負載的轉(zhuǎn)矩特性圖2-4位能性恒轉(zhuǎn)矩負載的轉(zhuǎn)矩特性2.1電力拖動系統(tǒng)概述2.恒功率負載的轉(zhuǎn)矩特性3.風機、泵類負載的轉(zhuǎn)矩特性恒功率負載風機、泵類負載特性實際的通風機負載特性2.1電力拖動系統(tǒng)概述例2-1

已知某電動機帶額定恒轉(zhuǎn)矩負載，額定轉(zhuǎn)速，拖動系統(tǒng)總飛輪矩，求：①若電動機的轉(zhuǎn)速由零起動到的加速時間為0.8s，加速過程中設(shè)電動機的輸出轉(zhuǎn)矩不變，則電動機輸出轉(zhuǎn)矩為多少？②若要求電動機轉(zhuǎn)速由制動到停止時間為0.4s，制動減速過程中設(shè)電動機輸出轉(zhuǎn)矩不變，則電動機輸出轉(zhuǎn)矩為多少？解：設(shè)起動時電動機旋轉(zhuǎn)方向為轉(zhuǎn)速的正方向，電動機輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速同向。而在加速和減速過程中電動機的輸出轉(zhuǎn)矩和負載轉(zhuǎn)矩都不變，則加速度(減速度)不變，故有2.1電力拖動系統(tǒng)概述①加速過程中電動機的輸出轉(zhuǎn)矩②減速過程中電動機的輸出轉(zhuǎn)矩式中，轉(zhuǎn)矩為負值表示電動機實際輸出轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)速

方向相反2.1電力拖動系統(tǒng)概述2.1.3電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行條件1.穩(wěn)態(tài)運行點與穩(wěn)定運行的概念

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(zhuǎn)矩發(fā)生波動時，系統(tǒng)若能進入新的穩(wěn)態(tài)運行點運行，且當干擾消失后，系統(tǒng)仍能回到原來的穩(wěn)態(tài)運行點運行，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)不能進入新的穩(wěn)態(tài)運行點運行，或者當干擾消失后，不能回到原來的穩(wěn)態(tài)運行點運行，則稱系統(tǒng)是不穩(wěn)定運行的。穩(wěn)態(tài)運行點：電動機的機械特性與負載的機械/轉(zhuǎn)矩特性的交點，滿足2.1電力拖動系統(tǒng)概述

如右圖：A點、B點均滿足T-TL=0，此時系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)運行，A點、B點為穩(wěn)態(tài)運行點，但不一定為穩(wěn)定運行點。由穩(wěn)定運行定義可知，穩(wěn)定運行點一定是穩(wěn)態(tài)運行點，故電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的必要條件為2.1電力拖動系統(tǒng)概述穩(wěn)態(tài)運行點A、B能否穩(wěn)定運行？2.1電力拖動系統(tǒng)概述A點的分析：故A點為穩(wěn)定運行點2.1電力拖動系統(tǒng)概述B點的分析：故B點為不穩(wěn)定運行點2.1電力拖動系統(tǒng)概述2.電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行充要條件假設(shè)電力拖動系統(tǒng)在某穩(wěn)態(tài)運行點H點運行，轉(zhuǎn)速為，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩為,生產(chǎn)機械轉(zhuǎn)矩為，系統(tǒng)的運動方程式為在干擾作用下，運動方程式變?yōu)閮墒较鄿p得2.1電力拖動系統(tǒng)概述在各增量很小時，可改寫為變換一下得到考慮邊值條件：

時，

，解方程得

－－系統(tǒng)離開穩(wěn)態(tài)運行點H的初始轉(zhuǎn)速對穩(wěn)態(tài)點轉(zhuǎn)速

的增量，即

2.1電力拖動系統(tǒng)概述從上式可知，當指數(shù)的冪為負值時，轉(zhuǎn)速的增量

隨時間的增加呈指數(shù)規(guī)律衰減，即

，

；當指數(shù)的冪為正值,

則轉(zhuǎn)速的增量

隨時間的增加呈指數(shù)規(guī)律增加，

，

。因此，拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的充分條件：電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的充要條件為2.1電力拖動系統(tǒng)概述直流電動機起動的一般要求：(1)起動轉(zhuǎn)矩足夠大，使Tst>TL

；(2)起動電流不能太大，即Ist≤

IN

；(3)起動設(shè)備與控制裝置簡單、可靠。起動順序：先在電機氣隙中建立額定磁場，然后電樞回路通電。若直接起動，則2.2他勵直流電動機的起動因很小，故會很大，可達額定電流的10～20倍，有危害，故除了微型直流電動機和航空直流電動機由于較大可以直接起動外，一般直流電動機都不允許直接起動。2.2.1直接起動2.2.2電樞回路串電阻起動電動機電樞回路串起動電阻時，起動電流為：2.2他勵直流電動機的起動如何限制

:(1)降低電樞電壓；(2)電樞回路串電阻。由的大小，可確定的大小。為限制整個起動過程中的起動電流，且滿足，可采用串分級電阻起動。由于串電阻起動時一種耗能起動，一般不采用，故不再詳述。2.2.1降低電源電壓起動以保證有足夠大的起動轉(zhuǎn)矩而起動電流不太大，即降壓起動機械特性特點：啟動平穩(wěn)，能量損耗少實現(xiàn)方法:(1)采用發(fā)電機－電動機組；(2)采用整流裝置。2.2他勵直流電動機的起動最大轉(zhuǎn)矩/電流：切換轉(zhuǎn)矩/電流：例2-2

一臺他勵直流電動機的額定數(shù)據(jù)為：，

,現(xiàn)拖動恒轉(zhuǎn)矩負載

,采用降低電源電壓起動，求起動級數(shù)及各級切換時電樞回路電壓為多少？解：(1)計算最小起動電壓2.2他勵直流電動機的起動注：若規(guī)定了最大起動電流，則(2)選擇I1和I2（T1和T2）注：若規(guī)定了最大起動電流，則取

；若未給出負載大小，可按

選擇切換電流

。(6)各級起動電壓2.2他勵直流電動機的起動(3)計算起動電壓差(4)計算切換電壓次數(shù)，取(5)重新計算和校驗，滿足要求調(diào)速的目的：使生產(chǎn)機械按工藝要求以最合理的速度進行工作，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。調(diào)速實現(xiàn)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(diào)速方法。2.3.1調(diào)速方法調(diào)速方法有三種：(1)改變電源電壓

；(2)改變電樞回路所串電阻；(3)改變勵磁磁通。2.3他勵直流電動機的調(diào)速1.降壓調(diào)速降壓調(diào)速的機械特性特點：對恒轉(zhuǎn)矩負載，電動機運行在不同轉(zhuǎn)速上時，電樞電流不變；調(diào)速的靜態(tài)穩(wěn)定性較好；可實現(xiàn)無級調(diào)速；只能是基速向下調(diào)。2.3他勵直流電動機的調(diào)速2.電樞回路串電阻調(diào)速電樞回路串電阻調(diào)速機械特性特點：對恒轉(zhuǎn)矩負載，電動機運行在不同轉(zhuǎn)速上時，電樞電流不變；(2)調(diào)速的靜態(tài)穩(wěn)定性較差；(3)調(diào)速過程能量損耗大；(4)只能實現(xiàn)有級調(diào)速；(5)只能是基速向下調(diào)。2.3他勵直流電動機的調(diào)速3.弱磁調(diào)速特點：(1)對恒功率負載，電動機運行在不同轉(zhuǎn)速上時，電樞電流不變；弱磁調(diào)速機械特性注意：考慮電磁慣性，降低不可能立即減小，動態(tài)過程會沿紅色點劃線到達A1點。2.3他勵直流電動機的調(diào)速實際中，他勵直流電動機的調(diào)速常采用降低端電壓向下調(diào)速與減弱磁通向上調(diào)速相結(jié)合的調(diào)速方法。(2)可實現(xiàn)無級調(diào)速；(3)只能實現(xiàn)基速向上調(diào)。對恒轉(zhuǎn)矩負載，則隨著轉(zhuǎn)速的升高，電樞電流

增大2.3他勵直流電動機的調(diào)速例2-3

一臺他勵直流電動機，額定數(shù)據(jù)為：，

?，F(xiàn)拖動額定恒轉(zhuǎn)矩負載運行，求：(1)采用電樞串電阻調(diào)速，使電動機轉(zhuǎn)速降為1000r/min，串入的電阻應(yīng)為多大？(2)采用降低端電壓調(diào)速，使電動機轉(zhuǎn)速降為1000r/min，電源電壓應(yīng)降為多少？(3)上述兩種調(diào)速情況下，電動機輸入功率和輸出功率各為多少(輸入功率不計勵磁回路的功率)？解：(1)電樞串電阻值的計算2.3他勵直流電動機的調(diào)速2.3他勵直流電動機的調(diào)速(2)降低端電壓數(shù)值的計算(3)電動機降速后輸入功率和輸出功率的計算電樞串電阻降速時的輸入功率為降低端電壓降速時的輸入功率為問題：(1)T2N與TN的區(qū)別是什么？(2)軸上輸出的功率與哪些因素有關(guān)？2.3他勵直流電動機的調(diào)速例2-4

例2-3中他勵直流電動機，忽略空載轉(zhuǎn)矩，采用弱磁升速。①若要求負載轉(zhuǎn)矩

，轉(zhuǎn)速升到

，此時磁通應(yīng)降為額定值的多少倍？不考慮過渡過程，降低磁通瞬間的電樞電流為多少？②若已知電動機的磁化曲線如圖所示，且勵磁繞組額定電壓，勵磁繞組電阻，在①的情況下，勵磁回路應(yīng)串入多大電阻？③要不使電樞電流超過額定電流，在按題①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(zhuǎn)矩為多少？電機磁化特性曲線2.3他勵直流電動機的調(diào)速解：①，轉(zhuǎn)速時磁通的計算解得或（舍去）磁通減少到額定磁通的倍數(shù)為2.3他勵直流電動機的調(diào)速②在①情況下，勵磁回路串入電阻值的計算從圖中磁化曲線查到時，勵磁電流為

③在磁通減少的情況下，不使超過，電動機可能輸出的最大轉(zhuǎn)矩為勵磁回路所串電阻為（忽略空載轉(zhuǎn)矩，故有T2=T）2.3他勵直流電動機的調(diào)速2.3.2調(diào)速性能指標1.調(diào)速范圍：指電動機在額定負載下調(diào)速時，最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比。2.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(zhuǎn)速的變化率。2.3他勵直流電動機的調(diào)速機械特性與調(diào)速指標的關(guān)系

上式中為低速靜差率。一般，調(diào)速范圍

越大越好，靜差率越小越好。調(diào)速范圍與靜差率之間的關(guān)系（以降壓調(diào)速為例）2.3他勵直流電動機的調(diào)速3.調(diào)速的平滑性4.調(diào)速的經(jīng)濟性

取決于調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)備初投資、調(diào)速時電能的損耗及運行時的維修費用等。

選擇調(diào)速方法時，應(yīng)在滿足調(diào)速范圍D、靜差率及調(diào)速平滑性要求的基礎(chǔ)上，力求設(shè)備投資少，電能損耗小，維護簡單方便。2.3他勵直流電動機的調(diào)速例2-5

某他勵直流電動機有關(guān)數(shù)據(jù)為：

,,,,。求①靜差率，電樞串電阻調(diào)速時的調(diào)速范圍；②靜差率，降低電源電壓調(diào)速時的調(diào)速范圍；③生產(chǎn)機械要求調(diào)速范圍且低速靜差率，應(yīng)采用什么調(diào)速方法。

解：①靜差率，電樞串電阻調(diào)速時調(diào)速范圍的計算2.3他勵直流電動機的調(diào)速②靜差率，降壓調(diào)速時調(diào)速范圍的計算最低轉(zhuǎn)速對應(yīng)機械特性的理想空載轉(zhuǎn)速2.3他勵直流電動機的調(diào)速③要求且時調(diào)速方法的選擇計算采用串電阻調(diào)速，則低速靜差率為不滿足要求2.3他勵直流電動機的調(diào)速采用降壓調(diào)速，則低速特性的理想空載轉(zhuǎn)速為滿足要求，故應(yīng)采用降壓調(diào)速的方法。低速靜差率為問題：可否采用弱磁調(diào)速呢？為什么？2.3他勵直流電動機的調(diào)速2.3.3調(diào)速方式與負載性質(zhì)的配合

1.調(diào)速方式

如何既能使電動機安全可靠地運行，電樞電流不超過額定電流，又能使電動機得到充分利用？(1)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式指在某種調(diào)速方法中保持不變，如果電動機電磁轉(zhuǎn)矩

恒定不變，則稱這種調(diào)速方式為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。典型例子：他勵電動機的降壓調(diào)速和電樞回路串電阻調(diào)速。特點：電動機允許輸出的轉(zhuǎn)矩和功率為2.3他勵直流電動機的調(diào)速(2)恒功率調(diào)速方式指在某種調(diào)速方法中保持不變，如果電動機電磁功率恒定不變，則稱這種調(diào)速方式為恒功率調(diào)速方式。典型例子：他勵電動機弱磁調(diào)速。特點：電動機容許輸出的轉(zhuǎn)矩和功率為圖2-15他勵電動機調(diào)速時容許輸出的轉(zhuǎn)矩與功率上圖

以下為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速區(qū)，以上為恒功率調(diào)速區(qū)2.3他勵直流電動機的調(diào)速

2.調(diào)速方式與負載性質(zhì)的匹配

電動機采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式時，如果拖動恒轉(zhuǎn)矩負載運行，并且使電動機額定轉(zhuǎn)矩與負載轉(zhuǎn)矩相等，則無論運行在什么轉(zhuǎn)速下，電動機的電樞電流始終等于，電動機得到了充分利用，即恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式與恒轉(zhuǎn)矩負載性質(zhì)匹配。電動機采用恒功率調(diào)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不變，則無論運行在什么轉(zhuǎn)速下，電動機的電樞電流始終等于，電動機得到了充分利用，即恒功率調(diào)速方式與恒功率負載性質(zhì)匹配。結(jié)論：恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式與恒轉(zhuǎn)矩負載性質(zhì)匹配；恒功率調(diào)速方式與恒功率負載性質(zhì)匹配。2.3他勵直流電動機的調(diào)速(1)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式與恒功率負載恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式與恒功率負載的配合

若采用降壓調(diào)速，則電動機應(yīng)選擇電動機允許輸出的功率（額定功率）結(jié)論：恒功率負載與恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式配合，則電動機，當

時，電動機允許輸出的T

大于實際負載轉(zhuǎn)矩，電動機得不到充分利用。

高速時實際需要的電磁轉(zhuǎn)矩2.3他勵直流電動機的調(diào)速(2)恒功率調(diào)速方式與恒轉(zhuǎn)矩負載若采用弱磁調(diào)速，則電動機應(yīng)選擇(保證整個調(diào)速范圍允許輸出轉(zhuǎn)矩T>=TL)結(jié)論：當時，電動機允許輸出的轉(zhuǎn)矩及功率均比負載實際需要的大，電動機得不到充分利用。

恒功率調(diào)速方式與恒轉(zhuǎn)矩負載的配合在n=nmin時，實際負載所需的功率低速時允許輸出的電磁轉(zhuǎn)矩2.3他勵直流電動機的調(diào)速

對于風機、泵類負載，既非恒轉(zhuǎn)矩類型，也非恒功率類型，采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式浪費相對小。兩點結(jié)論：①恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式與恒功率調(diào)速方式只是用來表征電動機采用某種調(diào)速方法時的負載能力，并不是指電動機拖動的實際負載。②電動機的調(diào)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。從理論上講，匹配時，可以讓電動機的額定轉(zhuǎn)矩或額定功率與負載轉(zhuǎn)矩或負載功率相等；但實際上，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額定電流而不能相等。2.3他勵直流電動機的調(diào)速例2-6

某生產(chǎn)機械采用他勵直流電動機作原動機，采用弱磁調(diào)速方法進行調(diào)速。電動機的有關(guān)參數(shù)為：

。求①若電動機拖動額定恒轉(zhuǎn)矩負載，當弱磁至?xí)r，電動機的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速和電樞電流為多少？能否長期運行？為什么？②若電動機拖動額定恒功率負載，當弱磁至?xí)r，電動機的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速和電樞電流為多少？能否長期運行？為什么？解：①拖動額定恒轉(zhuǎn)矩負載，時和的計算2.3他勵直流電動機的調(diào)速可知，電樞電流遠大于額定電流,會造成電動機不能換向及繞組過熱燒壞的結(jié)果，故不能長期運行。②拖動額定恒功率負載，時和的計算恒功率負載采用弱磁調(diào)速時，不變。2.3他勵直流電動機的調(diào)速可知，由于電樞電流等于額定電流,電動機換向不受影響，電動機的溫升等均在允許范圍內(nèi)，故能夠長期運行。對于具體的負載，可選擇合適的調(diào)速方法使電動機電樞電流等于或接近，達到匹配。2.3他勵直流電動機的調(diào)速2.4.1電動運行與制動運行

電動運行時，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方向相同，為拖動轉(zhuǎn)矩，電動機從電源吸收電功率，向負載輸出機械功率。特征：，，他勵直流電動機的電動運行狀態(tài)機械特性位于第一、三象限2.4他勵直流電動機的制動制動：指電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速反向的一種運行狀態(tài)，

此時電磁轉(zhuǎn)矩為制動性阻轉(zhuǎn)矩。制動目的：使拖動系統(tǒng)或快速停車、或快速正反轉(zhuǎn)、或穩(wěn)

速下放重物。制動方式：機械制動、電氣制動。電氣制動的特征：

，

，機械特性位于第二、四象限電氣制動方法：(1)能耗制動；(2)反接制動；(3)回饋制動。2.4他勵直流電動機的制動2.4.2能耗制動根據(jù)拖動負載性質(zhì)不同，能耗制動分為兩種：(1)能耗制動過程；

(2)能耗制動運行。能耗制動控制電路原理圖2.機械特性方程1.實現(xiàn)方法保持不變，去掉電樞電源，電樞回路串制動電阻2.4他勵直流電動機的制動3.能耗制動過程分析4.能耗制動運行分析BO段為能耗制動段BC段為能耗制動段2.4他勵直流電動機的制動5.能耗制動的功率關(guān)系負載向電動機輸入了機械功率機械功率來源：能耗制動過程中，機械功率來源于系統(tǒng)轉(zhuǎn)速從高到低制動時所釋放出來的動能；在能耗制動運行中，機械功率來源于位能性負載減少的位能。機械功率去處：扣除空載損耗，其余的通過電磁作用轉(zhuǎn)變成電功率，消耗在電樞回路總電阻上。2.4他勵直流電動機的制動6.能耗制動電阻的計算能耗制動中，起始制動轉(zhuǎn)矩的大小與外串制動電阻的大小有關(guān)。能耗制動電阻最小值

－－最大制動電流

――能耗制動開始瞬間的電樞電動勢注意：也可根據(jù)能耗制動的機械特性方程計算2.4他勵直流電動機的制動例2-7

一臺他勵電動機的銘牌數(shù)據(jù)為：，

。用這臺電動機拖動提升機構(gòu)。試求：①電動機原先運行在額定狀態(tài)，現(xiàn)進行能耗制動，若容許最大制動電流不超過，電樞電路中應(yīng)串接多大的電阻。②電動機帶位能性負載，要求以穩(wěn)速下放重物，采用能耗制動，電樞電路中應(yīng)串接多大的電阻。解：①電樞回路串接電阻的計算2.4他勵直流電動機的制動②以穩(wěn)速下放重物時電樞回路串接電阻的計算根據(jù)已知條件有2.4他勵直流電動機的制動2.4.3反接制動反接制動分兩種：(1)電樞電源反接的反接制動；(2)轉(zhuǎn)速反向的反接制動。(1)實現(xiàn)方法保持

不變，將電樞經(jīng)制動電阻反接于電網(wǎng)上電源反接的反接制動原理圖1.電樞電源反接的反接制動2.4他勵直流電動機的制動(3)反接制動過程分析A點：T>0，n>0B點：Ea>0，Ia<0，T<0，n>0C點：T<0，n=0，制動過程結(jié)束BC段為反接制動段(2)機械特性方程2.4他勵直流電動機的制動(4)功率關(guān)系電源向電動機輸入電功率，負載向電動機輸入機械功率。機械功率的來源：系統(tǒng)轉(zhuǎn)速從高到低制動時所釋放出來的動能；扣除空載損耗，其余的通過電磁作用轉(zhuǎn)變成電功率。功率的去處：從電源輸入的電功率和由機械功率轉(zhuǎn)變成的電功率，都消耗在電樞回路總電阻上。(5)制動電阻的計算

－－最小制動電阻值－－最大制動電流值2.4他勵直流電動機的制動(6)反向電動運行C點：T<0，n=0，若此時不切斷電源，且滿足，則電動機將反向起動，沿機械特性下滑至D點，，穩(wěn)定運行于反向電動狀態(tài)。注意：在C點,

若，電動機雖不會反向起動，但也不能可靠停車，切除電源才能可靠停車。2.4他勵直流電動機的制動2.轉(zhuǎn)速反向的反接制動－－只適合位能性負載(1)實現(xiàn)方法電樞回路串大的制動電阻，保持If不變，使機械特性在時，有(2)機械特性方程轉(zhuǎn)速反向的反接制動控制電路原理圖2.4他勵直流電動機的制動(3)反接制動運行分析A點：T>0，n>0；B點：T>0，n>0，

但，電動機沿曲線2減速，到C點：雖然n=0，但仍

有，電動機繼續(xù)沿曲線2減速，到D點：，穩(wěn)定下放重物。CD段為反接制動段2.4他勵直流電動機的制動(4)功率關(guān)系電源向電動機輸入電功率，負載向電動機輸入機械功率。機械功率的來源：位能性負載減少的位能；扣除空載損耗后，其余的通過電磁作用轉(zhuǎn)變成電功率。功率的去處：從電源輸入的電功率和由機械功率轉(zhuǎn)變成的電功率，都消耗在電樞回路總電阻上。(5)制動電阻的計算對于某給定的下放速度，所串電阻值為2.4他勵直流電動機的制動2.4.4回饋制動特點：T與n反向，且轉(zhuǎn)速高于理想空載轉(zhuǎn)速，即電機處于發(fā)電狀態(tài)，將機械能變成電能回饋給電網(wǎng)。回饋制動分為：正向回饋制動，反向回饋制動。1.正向回饋制動

(1)正向回饋制動過程：降壓調(diào)速和增磁降速過程2.4他勵直流電動機的制動(2)正向回饋制動運行：電車下坡A點：T>0，n>0，下坡，合成的負載轉(zhuǎn)矩，在的作用下沿AB加速，到，T=0時，電動機只靠本身的負載轉(zhuǎn)矩加速下坡，使，使改變方向，進入正向回饋制動運行，到C點，，穩(wěn)速下坡。2.4他勵直流電動機的制動(3)功率關(guān)系與直流發(fā)電機相同，將機械功率轉(zhuǎn)變?yōu)殡姽β瘦敵?。區(qū)別：①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；②轉(zhuǎn)變的電功率不是輸出給用電設(shè)備，而是回饋給直流

電源（P1<0）。2.反向回饋制動運行實質(zhì)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。2.4他勵直流電動機的制動反向回饋制動運行分析（右圖）A點：T>0，n>0，提升重物，現(xiàn)電源反接，進行反接制動，工作點從

。C點：T<0，n=0，若不切斷電源，則在T+TL的作用下反向起動，到，T=0后，在TL作用下繼續(xù)加速制動，使

，，T>0，直到D點：，穩(wěn)定運行。功率關(guān)系：與正向回饋制動運行一致。2.4他勵直流電動機的制動例2-8

一臺他勵直流電動機，有關(guān)參數(shù)：，

，忽略空載轉(zhuǎn)矩。要求

，若運行于正向電動狀態(tài)時，

，求：①負載為反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載，采用反接制動停車，電樞回路應(yīng)串入制動電阻最小值為多少？②負載為位能性恒轉(zhuǎn)矩負載，傳動機構(gòu)轉(zhuǎn)矩損耗，要求電動機以勻速下放重物，采用轉(zhuǎn)速反向的反接制動，電樞回路應(yīng)串入的電阻值？該電阻上的功率損耗？③負載同題②，采用反向回饋制動運行，電樞回路不串電阻，電動機轉(zhuǎn)速是多少？2.4他勵直流電動機的制動解：①反接制動停車，電樞回路串電阻最小值的計算時的轉(zhuǎn)速制動開始時的電樞感應(yīng)電動勢2.4他勵直流電動機的制動②位能性負載反接制動運行，串入電阻值及功率損耗的計算負載電流：下放轉(zhuǎn)速為1000時的電樞感應(yīng)電動勢③位能性負載反向回饋制動運行，不串電阻時，電機轉(zhuǎn)速2.4他勵直流電動機的制動2.5.1四象限運行

他勵直流電動機的四象限運行包括：(1)電動運行；(2)能耗制動過程及能耗制動運行；(3)反接制動過程及反接制動運行；(4)回饋制動。2.5直流電動機的四象限運行及應(yīng)用分析2.5.2應(yīng)用分析1.直流電動機拖動反抗性負載

假定小車在A點、B點之間運行，小車由他勵直流電動機拖動。運行過程中，若希望小車由A點首先啟動至額定轉(zhuǎn)速，然后再升速至最高轉(zhuǎn)速下運行；經(jīng)過一定時間后，小車減速至nN;在接近B點時，要求小車能夠準確停車至B點。然后小車從B點按上述同樣的過程返回A點。

擬采用的拖動方案:（1）采用降壓起動，使直流電動機啟動到;（2）弱磁升速至最高轉(zhuǎn)速；（3）增磁降速至;（4）先利用電源反接的反接制動快速制動，后采用能耗制動準確停車至B點。2.5直流電動機的四象限運行及應(yīng)用分析2.5直流電動機的四象限運行及應(yīng)用分析電動小車運行示意圖及拖動系統(tǒng)的電氣控制原理圖2.5直流電動機的四象限運行及應(yīng)用分析電動小車四象限運行時的機械特性2.直流電動機調(diào)壓調(diào)速分析

以電梯升降為例，電梯機械結(jié)構(gòu)如右圖，主要包括由定滑輪、載物轎廂和配重三部分。配重重量一般為轎廂滿載重量的一半，故轎廂空載時負載轉(zhuǎn)矩方向為拖動轎廂上升的方向，轎廂滿載時負載轉(zhuǎn)矩方向為拖動轎廂下降的方向。分析采用調(diào)壓調(diào)速時，電梯轎廂的四象限運行。2.5直流電動機的四象限運行及應(yīng)用分析電梯的四象限運行示意圖2.5直流電動機的四象限運行及應(yīng)用分析滿載轎廂上升，電動機正向電動運行在第一象限的A點，如果降壓減速停車且降壓太急,電動機有可能在一段時間內(nèi)運行在第二象限。同理,滿載轎廂下降，電動機反向回饋制動運行在第四象限的B點，如果升壓加速下降且升壓太急，電動機有可能在一段時間內(nèi)運行在第三象限，如上圖所示。轎廂滿載上升并降壓停車和加速下降2.5直流電動機的四象限運行及應(yīng)用分析滿載轎廂上升，正向電動運行在第一象限的A點時，突然要改為下降，將電源反接，電動機首先在一段時間內(nèi)運行在第二象限，然后進入第三象限反向電動運行，最后進入第四象限反向回饋制動運行，直到到達B點，以轉(zhuǎn)速穩(wěn)速下降，如右圖所示。轎廂空載的上升、下降與轎廂滿載的情況類似

轎廂滿載由上升突然改為下降2.6.1并勵直流電動機的電力拖動1.起動降壓起動：需改接成他勵形式。電樞回路串電阻起動：如右圖2.調(diào)速電樞串電阻調(diào)速，與起動同；降壓調(diào)速，改接為他勵形式；弱磁調(diào)速,要求不高,如右圖,要求高,改接為他勵,調(diào)勵磁電壓。3.制動需改接成他勵形式進行2.6其他直流電動機的電力拖動*并勵直流電動機電樞串電阻起動并勵直流電動機改變勵磁調(diào)速2.6.2串勵直流電動機的電力拖動

1.啟動與他勵直流電動機的啟動方法相同。

2.調(diào)速采用電樞串電阻調(diào)速時，可在電樞回路中串調(diào)速變阻器或分級調(diào)速電阻，使轉(zhuǎn)速向低于的方向調(diào)節(jié)。

采用改變磁通調(diào)速時，接線如下圖。

轉(zhuǎn)速由向上調(diào)（If減?。┺D(zhuǎn)速由向下調(diào)（If增大）2.6其他直流電動機的電力拖動*3.制動<只有能耗制動和反接制動>

能耗制動，分自勵能耗制動和他勵能耗制動。串勵直流電動機的能耗制動2.6其他直流電動機的電力拖動*反接制動：分電源反接和轉(zhuǎn)速反向兩種，接線如下圖。制動原理與他勵直流電動機相同串勵直流電動機的反接制動2.6其他直流電動機的電力拖動*2.6.3復(fù)勵直流電動機的電力拖動1.起動降壓起動：需改接成他勵方式，并將串勵繞組短路。串電阻起動：在電樞回路內(nèi)串起動變阻器或分級起動電阻。2.調(diào)速調(diào)速方法與并勵類同。改為他勵時，應(yīng)將串勵繞組短接。3.制動制動方法與并勵類同。分能耗、反接和回饋制動三種。能耗制動、回饋制動：一般將串勵繞組短接。反接制動：串勵繞組處理與串勵電動機勵磁繞組處理一樣，

保持其電流方向不變。2.6其他直流電動機的電力拖動*2.7直流電動機的閉環(huán)速度控制*閉環(huán)速度控制：將電動機輸出的轉(zhuǎn)速反饋到輸入端，與給定轉(zhuǎn)速進行比較，將速度誤差輸入到速度控制器中，使系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在給定轉(zhuǎn)速。2.7.1改變電樞電壓的閉環(huán)速度控制下圖為改變電樞電壓進行調(diào)速的閉環(huán)速度控制系統(tǒng)框圖2.7直流電動機的閉環(huán)速度控制*例2-9一臺永磁直流電動機,電動勢常數(shù)為0.8,電樞回路電阻為0.25Ω,電樞電感為0.02H,阻尼系數(shù)為0.05N·m/(rad/s)，轉(zhuǎn)動慣量為2.0kg·m2。假設(shè)速度控制器采用比例控制器，控制增益

設(shè)置為10。用變流器給電樞供電，控制信號cc的變化范圍為[0，1],對應(yīng)直流電壓的變化