任務(wù)3.3直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速與制動(dòng)控制項(xiàng)目3直流電動(dòng)機(jī)及其控制項(xiàng)目3直流電動(dòng)機(jī)及其控制3.3.1直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制

直流電動(dòng)機(jī)具有良好的調(diào)速性能，常應(yīng)用于對(duì)調(diào)速有較高要求的場(chǎng)合?；谥绷麟妱?dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程，通過(guò)改變電樞電壓U、電樞回路電阻Ra和主磁通

實(shí)現(xiàn)調(diào)速。直流電動(dòng)機(jī)有三種調(diào)速方法：降壓調(diào)速、電樞回路串電阻調(diào)速和弱磁調(diào)速。任務(wù)3.3直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速與制動(dòng)控制項(xiàng)目3直流電動(dòng)機(jī)及其控制3.3.1直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制任務(wù)3.3直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速與制動(dòng)控制1.降壓調(diào)速直流電動(dòng)機(jī)的電樞電壓U不能大于其額定電壓UN，只能向小于額定電壓的方向改變，故稱降壓調(diào)速。降壓調(diào)速機(jī)械特性項(xiàng)目3直流電動(dòng)機(jī)及其控制3.3.1直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制任務(wù)3.3直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速與制動(dòng)控制1.降壓調(diào)速

假定電動(dòng)機(jī)原來(lái)穩(wěn)定運(yùn)行在固有特性曲線上的a點(diǎn)，轉(zhuǎn)速為nN，電樞電壓為UN。當(dāng)降低電樞電壓為U1后，因慣性，轉(zhuǎn)速不能突變，工作點(diǎn)a過(guò)渡到b點(diǎn)。由于b點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩Tb小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL，電動(dòng)機(jī)立即減速，根據(jù)式（3-1）、式（3-2）和式（3-3）可知，n↓→Ea↓→Ia↑→T↑，電磁轉(zhuǎn)矩T沿U1所在特性曲線過(guò)渡到c點(diǎn)，電磁轉(zhuǎn)矩Tc=TL，直流電動(dòng)機(jī)以較低的轉(zhuǎn)速n1再次進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，調(diào)速過(guò)程結(jié)束。降壓調(diào)速機(jī)械特性T=KEΦIa

（3-1）U=Ea+IaRa

（3-3）Ea=KTΦn

（3-2）項(xiàng)目3直流電動(dòng)機(jī)及其控制3.3.1直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制任務(wù)3.3直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速與制動(dòng)控制1.降壓調(diào)速降壓調(diào)速的特點(diǎn)：機(jī)械特性硬度不變，負(fù)載變化時(shí)穩(wěn)定性好，調(diào)速范圍廣。電源電壓能夠平穩(wěn)調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。電能損耗減小，調(diào)速經(jīng)濟(jì)性好。調(diào)壓電源設(shè)備較復(fù)雜。

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，目前降壓調(diào)速主要采用晶閘管整流裝置或直流斬波裝置實(shí)現(xiàn)。降壓調(diào)速機(jī)械特性項(xiàng)目3直流電動(dòng)機(jī)及其控制3.3.1直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制任務(wù)3.3直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速與制動(dòng)控制2.電樞回路串電阻調(diào)速電樞回路串電阻調(diào)速機(jī)械特性

假定電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在固有特性曲線上的a點(diǎn)，轉(zhuǎn)速為na，電樞回路電阻為Ra。當(dāng)電樞回路串入電阻Rad1后，因慣性，轉(zhuǎn)速不能突變，工作點(diǎn)a過(guò)渡到b點(diǎn)。由于b點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩Tb小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL，電動(dòng)機(jī)立即減速，根據(jù)式（3-1）、式（3-2）和式（3-3）可知，n↓→Ea↓→Ia↑→T↑，電磁轉(zhuǎn)矩T沿電樞回路電阻為Ra+Rad1所在特性曲線過(guò)渡到c點(diǎn)，電磁轉(zhuǎn)矩Tc=TL，直流電動(dòng)機(jī)以較低的轉(zhuǎn)速nc再次進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，調(diào)速過(guò)程結(jié)束。T=KEΦIa

（3-1）U=Ea+IaRa

（3-3）Ea=KTΦn

（3-2）項(xiàng)目3直流電動(dòng)機(jī)及其控制3.3.1直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制任務(wù)3.3直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速與制動(dòng)控制3.弱磁調(diào)速弱磁調(diào)速機(jī)械特性

直流電動(dòng)機(jī)磁路接近飽和，增加每極磁通量難以做到，所以只能采用減弱磁通量的方式進(jìn)行調(diào)速，故稱弱磁調(diào)速。項(xiàng)目3直流電動(dòng)機(jī)及其控制3.3.1直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制任務(wù)3.3直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速與制動(dòng)控制3.弱磁調(diào)速弱磁調(diào)速機(jī)械特性T=KEΦIa

（3-1）U=Ea+IaRa

（3-3）Ea=KTΦn

（3-2）

假定電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在固有特性曲線上的a點(diǎn)，轉(zhuǎn)速為na，磁通量為ΦN。當(dāng)磁通量由ΦN降低至Φ1，因慣性，轉(zhuǎn)速不能突變，工作點(diǎn)a過(guò)渡到b點(diǎn)。由于b點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩Tb大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL，電動(dòng)機(jī)立即加速，根據(jù)式（3-1）、式（3-2）和式（3-3）可知，n↑→Ea↑→Ia↓→T↓，電磁轉(zhuǎn)矩T沿磁通量為Φ1所在特性曲線過(guò)渡到c點(diǎn)，電磁轉(zhuǎn)矩Tc=TL，直流電動(dòng)機(jī)以較高的轉(zhuǎn)速nc再次進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，調(diào)速過(guò)程結(jié)束。項(xiàng)目3直流電動(dòng)機(jī)及其控制3.3.1直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制任務(wù)3.3直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速與制動(dòng)控制3.弱磁調(diào)速弱磁調(diào)速機(jī)械特性電樞回路串電阻調(diào)速的特點(diǎn)：機(jī)械特性斜率加大，特性變軟調(diào)速范圍較小。受機(jī)械本身強(qiáng)度所限，普通直流電動(dòng)機(jī)一般只能調(diào)到額定轉(zhuǎn)速的1.2～2倍。調(diào)速平滑，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。調(diào)速設(shè)備簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，能量損耗小。通常與降壓調(diào)速配合使用，實(shí)現(xiàn)雙向調(diào)速。為防止“飛車”事故，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的弱磁調(diào)速系統(tǒng)必須配有弱磁保護(hù)裝置。項(xiàng)目3直流電動(dòng)機(jī)及其控制3.3.2直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制任務(wù)3.3直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速與制動(dòng)控制

制動(dòng)也是電動(dòng)機(jī)的一種運(yùn)行狀態(tài)，其目的是使電力拖動(dòng)系統(tǒng)停車或使拖動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速降低。

直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)方法有兩種，分別是機(jī)械制動(dòng)和電氣制動(dòng)。

利用機(jī)械裝置使電動(dòng)機(jī)斷開(kāi)電源后迅速停轉(zhuǎn)的方法叫機(jī)械制動(dòng)，通常采用電磁抱閘制動(dòng)裝置或電磁離合器實(shí)現(xiàn)機(jī)械制動(dòng)。電氣制動(dòng)使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生一個(gè)與旋轉(zhuǎn)方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，阻礙電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

電氣制動(dòng)的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，操作方便，應(yīng)用廣泛。常用的電氣制動(dòng)的方法有能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)和回饋制動(dòng)三種。機(jī)械制動(dòng)電氣制動(dòng)能耗制動(dòng)反接制動(dòng)回饋制動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)方法電樞反接制動(dòng)倒拉反接制動(dòng)項(xiàng)目3直流電動(dòng)機(jī)及其控制3.3.2直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制任務(wù)3.3直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速與制動(dòng)控制1.能耗制動(dòng)

能耗制動(dòng)是把處于運(yùn)行狀態(tài)的他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)切斷其電樞電源，保持勵(lì)磁電流不變，將電樞回路串接一個(gè)外加的制動(dòng)電阻，構(gòu)成閉合回路。電動(dòng)機(jī)在慣性作用下將機(jī)械能產(chǎn)生的電能消耗在電樞回路中，同時(shí)獲得制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)迅速停轉(zhuǎn)。接線原理圖

假定制動(dòng)前直流電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，所帶負(fù)載為TL，工作點(diǎn)位于其固有機(jī)械特性曲線的a點(diǎn)上。將開(kāi)關(guān)S拉至下邊，如圖3-27（a）所示，此時(shí)Ea+Ib（Ra+Rbk)=0，則電樞電流Ib=

項(xiàng)目3直流電動(dòng)機(jī)及其控制3.3.2直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制任務(wù)3.3直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速與制動(dòng)控制1.能耗制動(dòng)機(jī)械特性

與電動(dòng)狀態(tài)下電樞電流Ia相反，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向與電機(jī)轉(zhuǎn)向n相反，變成制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，

電動(dòng)機(jī)開(kāi)始制動(dòng)。

制動(dòng)電阻Rbk串接到電樞回路中時(shí)，U=0，機(jī)械特性方程變?yōu)轫?xiàng)目3直流電動(dòng)機(jī)及其控制3.3.2直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制任務(wù)3.3直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速與制動(dòng)控制1.能耗制動(dòng)機(jī)械特性其機(jī)械特性如圖3-26（b）所示的曲線2。制動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速n不能突變，工作點(diǎn)由a點(diǎn)平移到曲線2所在的b點(diǎn)，在制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的作用下，工作點(diǎn)沿著特性曲線2下降，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩逐漸減小，當(dāng)T=0時(shí)，n=0停轉(zhuǎn)，制動(dòng)過(guò)程結(jié)束。項(xiàng)目3直流電動(dòng)機(jī)及其控制3.3.2直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制任務(wù)3.3直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速與制動(dòng)控制1.能耗制動(dòng)機(jī)械特性

如果所帶負(fù)載是位能性負(fù)載（如起重機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)、電梯等），轉(zhuǎn)速n=0時(shí)，在位能性負(fù)載轉(zhuǎn)矩作用下，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始反轉(zhuǎn)。機(jī)械特性曲線擴(kuò)展至第4象限，工作點(diǎn)沿虛線繼續(xù)下降，到達(dá)c點(diǎn)后，電磁轉(zhuǎn)矩T在與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相等，電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在c點(diǎn)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)以反轉(zhuǎn)速度nc穩(wěn)定運(yùn)行。項(xiàng)目3直流電動(dòng)機(jī)及其控制3.3.2直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制任務(wù)3.3直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速與制動(dòng)控制1.能耗制動(dòng)機(jī)械特性

對(duì)于常見(jiàn)的反抗性負(fù)載來(lái)講，能耗制動(dòng)過(guò)程，實(shí)際上是一臺(tái)與電網(wǎng)無(wú)關(guān)的直流發(fā)電機(jī)，把電動(dòng)機(jī)在切斷電源時(shí)所存在的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，消耗在電樞回路的電阻上，直到機(jī)械能消耗完畢，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。

能耗制動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是制動(dòng)準(zhǔn)確、平穩(wěn)、可靠、能量消耗少、控制電路簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩弱、制動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)、低速時(shí)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩小。項(xiàng)目3直流電動(dòng)機(jī)及其控制3.3.2直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制任務(wù)3.3直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速與制動(dòng)控制2.反接制動(dòng)(1)電樞反接制動(dòng)

電樞反接制動(dòng)是將處于運(yùn)行狀態(tài)的他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電樞反接在電源上，同時(shí)電樞回路串接制動(dòng)電阻。由于電樞反接后產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向相反，成為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。在制動(dòng)轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的共同作用下，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速開(kāi)始下降，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速接近零時(shí)，迅速切斷電源。接線原理圖

假定直流電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，即圖（a）所示的KM1閉合，工作點(diǎn)位于其固有機(jī)械特性曲線的a點(diǎn)上。當(dāng)KM1斷開(kāi)，KM2閉合時(shí)，電樞電源U反接，則Ea+Ia（Ra+Rbk)=-U，電樞電流Ia=

與電動(dòng)狀態(tài)下電樞電流Ia相反，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向與電機(jī)轉(zhuǎn)向n相反，變成制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，

電動(dòng)機(jī)開(kāi)始制動(dòng)。項(xiàng)目3直流電動(dòng)機(jī)及其控制3.3.2直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制任務(wù)3.3直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速與制動(dòng)控制2.反接制動(dòng)(1)電樞反接制動(dòng)，

制動(dòng)電阻Rbk串接到電樞回路中，電樞電源U反接，機(jī)械特性方程變?yōu)?/p>

，與固有機(jī)械特性方程

相比，理想空載轉(zhuǎn)速為-n0，斜率k變大，其機(jī)械特性如圖（b）所示的曲線2。制動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速n不能突變，工作點(diǎn)由a點(diǎn)平移到曲線2所在的b點(diǎn)，在制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的作用下，工作點(diǎn)沿著特性曲線2下降，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩逐漸減小，當(dāng)轉(zhuǎn)速減至零時(shí)（c點(diǎn)），此刻應(yīng)立即切斷電樞電源，防止電動(dòng)機(jī)反向起動(dòng)。項(xiàng)目3直流電動(dòng)機(jī)及其控制3.3.2直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制任務(wù)3.3直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速與制動(dòng)控制2.反接制動(dòng)(1)電樞反接制動(dòng)項(xiàng)目3直流電動(dòng)機(jī)及其控制3.3.2直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制任務(wù)3.3直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速與制動(dòng)控制2.反接制動(dòng)(1)電樞反接制動(dòng)

電樞反接制動(dòng)時(shí)電樞電流（

），是由電樞電源U和電樞電動(dòng)勢(shì)Ea共同建立的，數(shù)值較能耗制動(dòng)時(shí)電樞電流（

）大許多。為使制動(dòng)時(shí)的電樞電流限制在允許范圍內(nèi)，電樞反接制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)電阻要比能耗制動(dòng)串入的制動(dòng)電阻幾乎大一倍。

項(xiàng)目3直流電動(dòng)機(jī)及其控制3.3.2直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制任務(wù)3.3直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速與制動(dòng)控制2.反接制動(dòng)(1)電樞反接制動(dòng)

電樞反接制動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，制動(dòng)時(shí)間短。缺點(diǎn)是制動(dòng)準(zhǔn)確性差、制動(dòng)過(guò)程沖擊強(qiáng)，易損壞傳動(dòng)零件能量消耗大，不經(jīng)濟(jì)。所以，電樞反接制動(dòng)主要應(yīng)用于不經(jīng)常起動(dòng)和制動(dòng)的場(chǎng)合。項(xiàng)目3直流電動(dòng)機(jī)及其控制3.3.2直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制任務(wù)3.3直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速與制動(dòng)控制2.反接制動(dòng)(2)倒拉反接制動(dòng)

倒拉反接制動(dòng)是保持他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電樞電源極性不變，制動(dòng)時(shí)將電樞回路串接阻值較大的制動(dòng)電阻。這種方法一般應(yīng)用在提升重物轉(zhuǎn)為下放重物的場(chǎng)合。勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)倒拉反接制動(dòng)過(guò)程如圖所示。（a）接線原理圖

（b）機(jī)械特性項(xiàng)目3直流電動(dòng)機(jī)及其控制3.3.2直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制任務(wù)3.3直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速與制動(dòng)控制2.反接制動(dòng)(2)倒拉反接制動(dòng)（a）接線原理圖

（b）機(jī)械特性

電動(dòng)機(jī)提升重物時(shí)，接觸器KM1、KM2主觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，工作點(diǎn)位于其固有機(jī)械特性曲線的a點(diǎn)上。下放重物時(shí)，接觸器KM1主觸點(diǎn)斷開(kāi)，阻值較大的制動(dòng)電阻Rbk被串接到電樞回路中，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性變?yōu)樾甭蔾較大的曲線2，如圖（b）所示。由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不能突變，工作點(diǎn)由a點(diǎn)平移至曲線2所在的b點(diǎn)。在制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的作用下，工作點(diǎn)沿著特性曲線2下降，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩逐漸減小，當(dāng)轉(zhuǎn)速減至零時(shí)（c點(diǎn)）。由于c點(diǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩Tc小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL，電動(dòng)機(jī)在負(fù)載重力作用下，被倒拉反轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始下放重物。工作點(diǎn)沿曲線2在第四象限繼續(xù)下降，反轉(zhuǎn)速度也逐漸增加，最終穩(wěn)定運(yùn)行在d點(diǎn)，以恒定的轉(zhuǎn)速nd下放重物。

項(xiàng)目3直流電動(dòng)機(jī)及其控制3.3.2直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制任務(wù)3.3直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速與制動(dòng)控制2.反接制動(dòng)電樞反接制動(dòng)----最終停止倒拉反接制動(dòng)----最終反轉(zhuǎn)

他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，由于某種客觀原因，使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n大于理想空載轉(zhuǎn)速n0，電樞回路的反電動(dòng)勢(shì)Ea大于電樞電源電壓U，使得電樞電流Ia=<0。由于勵(lì)磁回路產(chǎn)生的磁通未有變化，所以電磁轉(zhuǎn)矩也與電動(dòng)狀態(tài)時(shí)相反，成為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。由于此時(shí)電樞回路的電流反向流回電網(wǎng)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換為發(fā)電機(jī)，將電能回饋給電網(wǎng)，故稱之為回饋制動(dòng)。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n大于理想空載轉(zhuǎn)速n0是回饋制動(dòng)的標(biāo)志性特征。

項(xiàng)目3直流電動(dòng)機(jī)及其控制3.3.2直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制任務(wù)3.3直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速與制動(dòng)控制3.回饋制動(dòng)項(xiàng)目3直流電動(dòng)機(jī)及其控制3.3.2直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制任務(wù)3.3直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速與制動(dòng)控制3.回饋制動(dòng)

假定電車平路上以恒速na行駛，工作點(diǎn)為其固