chap1-直流電動機拖動基礎(chǔ)1

《電機拖動基礎(chǔ)》

授課內(nèi)容（30+6學時）第一章：直流電機的電力拖動（10+4學時）第二章：三相異步電動機的電力拖動（12+2學時）第三章：控制電機（6學時）第四章：電動機的選擇（2學時）電力拖動應用各種電動機使生產(chǎn)機械產(chǎn)生運動的方式稱為電力拖動。實現(xiàn)這一特定生產(chǎn)過程的裝置稱為電力拖動裝置。電力拖動裝置由電源、電動機、控制設(shè)備、工作機構(gòu)等4部分組成。它們之間的關(guān)系如圖：電源控制設(shè)備電動機工作機構(gòu)電力拖動系統(tǒng)示意圖第1章直流電動機

的電力拖動直流電機基本原理復習知識點：一、直流電機的結(jié)構(gòu)：由靜止的定子部分和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子部分兩大部分構(gòu)成：1、定子部分：包括主磁極、換向極、機座和電刷裝置等。

主磁極的作用是在定轉(zhuǎn)子之間的氣隙中建立磁場,使電樞繞組在此磁場的作用下感應電動勢和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。2、轉(zhuǎn)子部分：轉(zhuǎn)子又稱為電樞，包括電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸和風扇等。

電樞繞組：電樞繞組是由許多按一定規(guī)律聯(lián)接的線圈（亦稱元件，有兩個出線端）組成，通過電樞繞組在主磁場的作用下產(chǎn)生感應電流和感應電動勢，從而實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換。二、直流電機的工作原理：一臺直流電機原則上既可以作為電動機運行，也可以作為發(fā)電機運行，只是外界條件不同而已。發(fā)電機：用原動機拖動電樞恒速旋轉(zhuǎn)，將機械能從電機軸上輸入，就可以從電刷端引出直流電動勢而作為直流電源對負載供電，輸出電能；電動機：在電刷端外加直流電壓，將電能輸入電樞，則電動機就可以帶動軸上的機械負載旋轉(zhuǎn)，從而把電能轉(zhuǎn)變成機械能。這種同一臺電機能作電動機或作發(fā)電機運行的原理，在電機理論中稱為可逆原理。三、直流電機穩(wěn)態(tài)運行時的電壓平衡方程式（a）發(fā)電機慣例（b）電動機慣例電樞電動勢電磁轉(zhuǎn)矩四、直流電機的勵磁方式他勵——勵磁由另外獨立的直流電源供給，與電樞繞組不相連接。自勵——勵磁繞組與電樞繞組相連接，勵磁電流由電機本身供給，或勵磁繞組與電樞繞組共用同一電源。自勵的方式可分為：并勵、串勵、復勵。并勵與他勵特性基本相同，重點分析。1.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程和負載轉(zhuǎn)矩特性1.2他勵直流電動機的機械特性

1.3他勵直流電動機的起動

本章主要介紹電力拖動系統(tǒng)的運動方程、負載轉(zhuǎn)矩特性、直流電動機的機械特性、起動、調(diào)速、制動等方法和物理過程。1.4他勵直流電動機的調(diào)速1.5他勵直流電動機的制動1.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程式和負載轉(zhuǎn)矩特性電力拖動系統(tǒng)運動方程式描述了系統(tǒng)的運動狀態(tài)，系統(tǒng)的運動狀態(tài)取決于作用在原動機轉(zhuǎn)軸上的各種轉(zhuǎn)矩。1.1.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程式一、運動方程式

根據(jù)如圖給出的系統(tǒng)（忽略空載轉(zhuǎn)矩），可寫出拖動系統(tǒng)的運動方程式：其中為系統(tǒng)的慣性轉(zhuǎn)矩。1.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程式和負載轉(zhuǎn)矩特性運動方程的實用形式：1.1.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程式一、運動方程式根據(jù)運動方程可得系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)運動的三種狀態(tài)：1)當或時,系統(tǒng)處于靜止或恒轉(zhuǎn)速運行狀態(tài)，即處于穩(wěn)態(tài)。2)當或時,系統(tǒng)處于加速運行狀態(tài)，即處于動態(tài)。3)當或時,系統(tǒng)處于減速運行狀態(tài)，即處于動態(tài)。1.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程式和負載轉(zhuǎn)矩特性1.1.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程式二、運動方程式中轉(zhuǎn)矩正、負號的規(guī)定

首先確定電動機處于電動狀態(tài)時的某一旋轉(zhuǎn)方向為轉(zhuǎn)速的正方向，然后規(guī)定：（1）電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的正方向相同時為正，相反時為負。（2）負載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的正方向相同時為負，相反時為正。（3）慣性轉(zhuǎn)矩的大小和正負號由和的代數(shù)和決定。1.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程式和負載轉(zhuǎn)矩特性1.1.2負載的機械特性一、恒轉(zhuǎn)矩負載特性負載的機械特性，就是負載的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，簡稱負載轉(zhuǎn)矩特性?？蓺w納為以下三種：

恒轉(zhuǎn)矩負載特性是指生產(chǎn)機械的負載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速無關(guān)的特性。分反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載和位能性恒轉(zhuǎn)矩負載兩種。1.反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載TLn2.位能性恒轉(zhuǎn)矩負載TLn轉(zhuǎn)矩大小恒定，與轉(zhuǎn)速無關(guān)，方向與運動方向相反。如恒定的摩擦力負載轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩大小與方向恒定，與轉(zhuǎn)速及運動方向都無關(guān)。典型的如起重機，提升重物的重力為負載轉(zhuǎn)矩，總是垂直向下。1.1.2負載的機械特性二、恒功率負載特性恒功率負載特點：負載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的乘積為一常數(shù)（負載功率），即與成反比，特性曲線為一條雙曲線。TLn三、泵與風機類負載特性TLn12TL0典型的如金屬切削機床：粗加工：切削量大，大,低；精加工：切削量小，小,高；負載的轉(zhuǎn)矩基本上與轉(zhuǎn)速的平方成正比:負載特性為一條拋物線。1.機械特性的一般表達式：將代入電壓平衡方程得：：為理想空載轉(zhuǎn)速

：為機械特性的斜率轉(zhuǎn)速降通常稱大的機械特性為軟特性，大；小的為硬特性，小。增加電樞回路串聯(lián)電阻，則機械特性變軟。1.2他勵直流電動機機械特性電動機的機械特性是指電動機的轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩T的關(guān)系：2.固有機械特性：

時3.人為機械特性：固有機械特性三個條件中，改變其中任意一個條件即為一種人為機械特性。（1）電樞回路串接電阻（2）降低電壓時（3）減弱磁通時（1）、電樞串電阻時的人為特性

保持不變,只在電樞回路中串入電阻的人為特性特點：1）不變，變大；

2）越大越大，特性越軟。（2）、降低電樞電壓時的人為特性

保持不變，只改變電樞電壓時的人為特性：特點：1)

隨變化,不變;2)不同,曲線是一組平行線。（3）、減弱勵磁磁通時的人為特性

保持不變，只改變勵磁回路調(diào)節(jié)電阻的人為特性：特點：1）弱磁，增大；

2）弱磁，增大1.2他勵直流電動機的機械特性4、機械特性求取一、固有特性的求取

已知，求兩點:1）理想空載點和額定運行。具體步驟：（1）估算（2）計算（3）計算理想空載點：（4）計算額定工作點：二、人為特性的求取

在固有機械特性方程的基礎(chǔ)上，根據(jù)人為特性所對應的參數(shù)或或變化，重新計算和，然后得到人為機械特性方程式。例：（15分）某他勵直流電動機額定數(shù)據(jù)為：PN=10KW，UN=220V，IN=53A，nN=3000r/min，試求下列情況的機械特性方程，并計算各種人為機械特性下額定負載時的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速（估算Ra時系數(shù)取1/2）。1：固有特性；2：電樞串入2Ω電阻時；3：電源電壓為0.5UN時；4：磁通為0.8φN時。4.機械特性求取固有機械特性過（0，3235r/min）和（34.45，3000r/min）兩點5.電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行條件在點，系統(tǒng)平衡擾動使轉(zhuǎn)速有微小增量，轉(zhuǎn)速上升到

，擾動消失，系統(tǒng)減速，回到點運行。擾動使轉(zhuǎn)速由下降到，擾動消失，系統(tǒng)加速，回到點運行。所以圖示系統(tǒng)（電機具有向下機械特性）能夠穩(wěn)定運行。

定義：當電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行時，（必要條件）；若在某種擾動作用下，離開了平衡位置，在新的條件下達到新的平衡或在擾動消失后，還能回到原來的平衡位置（充要條件）。則稱該電力拖動系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行。擾動使轉(zhuǎn)速由下降到，，即使擾動消失，系統(tǒng)也將一直減速，不可能回到點運行。擾動使轉(zhuǎn)速由上升到，，即使擾動消失，系統(tǒng)也將一直加速，不能回到點運行。所以圖示系統(tǒng)（電機具有向上機械特性）不能穩(wěn)定運行。在點，系統(tǒng)平衡5.電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行條件一般情況，穩(wěn)定運行的充分必要條件：1).必要條件:電動機的機械特性與負載轉(zhuǎn)矩特性有交點,即存在2).充分條件:

在交點處滿足?；蛘哒f，在交點的轉(zhuǎn)速以上存在（減速）,在交點的轉(zhuǎn)速以下存在（加速）。在恒負載轉(zhuǎn)矩條件下，下降的機械特性電動機能穩(wěn)定運行，上升的機械特性電動機不能穩(wěn)定運行。1.3他勵直流電動機的起動直接起動時，n=0,反電動勢Ea=0所以，起動電流為：可見，這種方法下的起動電流很大，起動轉(zhuǎn)矩也很大，因此，除了小容量的電動機可采用直接加電壓起動的方法外，一般直流電動機都不采用這種方法。1）起動轉(zhuǎn)矩要足夠大，使，起動過程時間較短，提高效率。起動：電機接上電源從靜止狀態(tài)轉(zhuǎn)動起來到達穩(wěn)態(tài)運行，這就是電動機的起動過程。起動條件：2）起動電流不要太大由可知，能否在電樞兩端直接加Un,使Ia最大，從而使Ts較大？即直接起動。另外，一般地，他勵直流電動機起動時，必須先建立磁場，即先通勵磁電流，再加電樞電壓，由轉(zhuǎn)矩公式可知，起動轉(zhuǎn)矩

，為使較大而又不致太大，起動時應將勵磁回路的調(diào)節(jié)電阻調(diào)至最小，使磁通為最大。1.3他勵直流電動機的起動

為了滿足上述起動條件，他勵直流電動機通常采用電樞回路串電阻或降低電樞電壓起動。1.3他勵直流電動機的起動1.3.1電樞回路串電阻起動我們在電樞回路中串入電阻，可減小起動電流。當起動轉(zhuǎn)矩大于負載轉(zhuǎn)矩，電動機開始轉(zhuǎn)動，此時，則可見，隨著轉(zhuǎn)速的升高，反電動勢不斷增大，起動電流繼續(xù)減小，由于，同時起動轉(zhuǎn)矩也在減小，所以為了在整個起動過程中保持一定的起動轉(zhuǎn)矩，加速電動機的起動過程，我們采用將起動電阻一段一段逐步切除，最后電動機進入穩(wěn)態(tài)運行，此時，起動電阻應被完全切除。由相關(guān)公式可知：1.3他勵直流電動機的起動一、起動過程1.3.1電樞回路串電阻起動三級電阻起動時電動機的電路原理圖和機械特性為起動限值切換值1.3他勵直流電動機的起動二、分組起動電阻的計算1.3.1電樞回路串電阻起動b點c點d點e點f點g點比較左邊各式得：

β稱為起動電流比。

設(shè)對應轉(zhuǎn)速n1、n2、n3時電勢分別為Ea1、Ea2、Ea3，則有：在已知起動電流比β和電樞電阻Ra前提下，經(jīng)推導可得起動時各級總電阻為式（2.21）:各級串聯(lián)（分段）電阻為式（2.22）:由式（2.21）可得起動電流比β和起動級數(shù)m的計算公式為：（2）根據(jù)過載倍數(shù)選取最大轉(zhuǎn)矩對應的最大電流，或根據(jù)經(jīng)驗：一般取；1.3他勵直流電動機的起動二、分級起動電阻的計算1.3.1電樞回路串電阻起動（6）由式（2.22）計算各級起動電阻。（1）估算或查出電樞電阻；（3）計算起動級數(shù)（或已給定）；（4）計算起動電流比：取整數(shù)（5）校驗切換電流:校驗：如果不滿足，應另選或值并重新計算，直到滿足該條件為止。計算各級起動電阻的步驟：1.3.2降低電樞電壓起動從最原始的公式，我們可以看出，除了增大電阻外，還可以通過減小電樞電壓來減小起動電流：

起動時，以較低的電源電壓起動電動機，起動電流隨電源電壓的降低而正比減小。隨著電動機轉(zhuǎn)速的上升，反電動勢逐漸增大，再逐漸提高電源電壓，使起動電流和起動轉(zhuǎn)矩保持在一定的數(shù)值上，保證按需要的加速度升速。降壓起動需專用電源，設(shè)備投資較大，但它起動平穩(wěn)，起動過程能量損耗小，因此得到廣泛應用。降壓電路的控制方法利用開關(guān)管對直流電動機進行PWM調(diào)速控制的原理圖和輸入輸出電壓波形PWM（PulseWidthModulation）：周期不變，開關(guān)管導通的時間變化，即導通比D改變從而改變電動機電樞電壓，實現(xiàn)調(diào)速。1.4他勵直流電動機的調(diào)速電力拖動系統(tǒng)的調(diào)速可以采用機械調(diào)速、電氣調(diào)速或二者配合調(diào)速。通過改變傳動機構(gòu)速比進行調(diào)速的方法稱為機械調(diào)速；通過改變電動機參數(shù)進行調(diào)速的方法稱為電氣調(diào)速。改變電動機的參數(shù)就是人為地改變電動機的機械特性，使工作點發(fā)生變化，轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。調(diào)速前后，電動機工作在不同的機械特性上。nTTNRan0B0ARa+Rs1nNnmin電樞回路串電阻調(diào)速C如果機械特性不變，因負載變化而引起轉(zhuǎn)速的變化，則不能稱為調(diào)速。1.4他勵直流電動機的調(diào)速由他勵直流電動機的轉(zhuǎn)速表達式：電氣調(diào)速方法：1.調(diào)壓調(diào)速；2.電樞串電阻調(diào)速；3.調(diào)磁調(diào)速。1.4.1調(diào)速指標：一、調(diào)速范圍D:電動機在額定負載轉(zhuǎn)矩下可能達到的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比。1.4他勵直流電動機的調(diào)速從調(diào)速性能來講，調(diào)速范圍D較大為好。但最高轉(zhuǎn)速受額定轉(zhuǎn)速的限制，最低轉(zhuǎn)速受低速運行時相對穩(wěn)定性的限制。nTTNRan0A0BRa+Rs1nNnmin電樞回路串電阻調(diào)速1.4.1調(diào)速指標：二、靜差率（相對穩(wěn)定性）：δ%與機械特性硬度和n0有關(guān)：即相同硬度特性，n0越低，δ%越大,δ1<δ3；n0相同時，特性越軟，δ%越大,δ1<δ2

。靜差率反映了負載轉(zhuǎn)矩變化時，轉(zhuǎn)速變化的程度，δ%越小，轉(zhuǎn)速變化小，相對穩(wěn)定性越好。nTTN1n0A0B23Δn1Δn2Δn3圖2.26機械特性與靜差率的關(guān)系1.4.1調(diào)速指標：二、靜差率（相對穩(wěn)定性）：由圖可推導D與低速機械特性下δ%的關(guān)系為：由表達式可見，D與δ%相互制約:低速機械特性δ越小,相對穩(wěn)定性越好,D越小;在保證一定的低速機械特性δ指標的前提下,要擴大D,須減少Δn,即提高機械特性的硬度。nTTN1n0A0B23Δn1Δn2Δn3圖2.26機械特性與靜差率的關(guān)系低速特性1.4.1調(diào)速指標：三、調(diào)速的平滑性

越接近1，平滑性越好，當時，稱為無級調(diào)速，即轉(zhuǎn)速可以連續(xù)調(diào)節(jié)。調(diào)速不連續(xù)時，稱為有級調(diào)速。五、調(diào)速的經(jīng)濟性主要指調(diào)速設(shè)備的投資、運行效率及維修費用等。在一定的調(diào)速范圍內(nèi)，調(diào)速的級數(shù)越多，調(diào)速越平滑。用平滑系數(shù)來衡量平滑的程度，其定義為相鄰兩級轉(zhuǎn)速之比：四、調(diào)速的容許輸出（或調(diào)速時的功率與轉(zhuǎn)矩）該指標是考察調(diào)速方式與負載類型是否相互匹配，以使電動機得到充分利用。（后續(xù)將詳細分析）1.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程式和負載轉(zhuǎn)矩特性運動方程的實用形式：1.1.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程式一、運動方程式根據(jù)運動方程可得系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)運動的三種狀態(tài)：1)當或時,系統(tǒng)處于靜止或恒轉(zhuǎn)速運行狀態(tài)，即處于穩(wěn)態(tài)。2)當或時,系統(tǒng)處于加速運行狀態(tài)，即處于動態(tài)。3)當或時,系統(tǒng)處于減速運行狀態(tài)，即處于動態(tài)。知識點復習1.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程式和負載轉(zhuǎn)矩特性1.1.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程式二、運動方程式中轉(zhuǎn)矩正、負號的規(guī)定

首先確定電動機處于電動狀態(tài)時的某一旋轉(zhuǎn)方向為轉(zhuǎn)速的正方向，然后規(guī)定：（1）電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的正方向相同時為正，相反時為負。（2）負載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的正方向相同時為負，相反時為正。（3）慣性轉(zhuǎn)矩的大小和正負號由和的代數(shù)和決定。知識點復習保持不變,只在電樞回路中串入電阻的人為特性特點：1）不變，變大；

2）越大越大，特性越軟。電樞串電阻時的人為特性知識點復習1.4他勵直流電動機的調(diào)速1.4.2調(diào)速方法一、電樞回路串電阻調(diào)速nTemTLRan0nNA0A’Bn1Ra+Rs1未串電阻時的工作點串電阻Rs1后,工作點由A→A’→BT’1.4他勵直流電動機的調(diào)速1.4.2調(diào)速方法一、電樞回路串電阻調(diào)速帶恒轉(zhuǎn)矩負載時,調(diào)速過程電流變化曲線，調(diào)速前、后電流不變調(diào)速過程轉(zhuǎn)速變化曲線tt=0n1nNIaNianian結(jié)論：帶恒轉(zhuǎn)矩負載時,串電阻越大,轉(zhuǎn)速越低。1.4他勵直流電動機的調(diào)速1.4.2調(diào)速方法一、電樞回路串電阻調(diào)速優(yōu)點：電樞串電阻調(diào)速設(shè)備簡單，操作方便，初投資不大。2）輕載時調(diào)速范圍小，額定負載時調(diào)速范圍一般為D=1.4-2；

3）由于電阻只能分段調(diào)節(jié)，所以調(diào)速的平滑性差；4）損耗大，效率低，不經(jīng)濟。對恒轉(zhuǎn)矩負載，調(diào)速前、后因磁通不變而使Tem和Ia不變，輸入功率不變，輸出功率卻隨轉(zhuǎn)速的下降而下降，減少的部分被串聯(lián)電阻消耗了。缺點：1）低速時，要求串接電阻大，特性曲線斜率大,靜差率大,所以轉(zhuǎn)速的相對穩(wěn)定性差；該方法一般適用于容量不大，低速時運行時間不長，對于調(diào)速性能要求不高的設(shè)備，如電車和中小型起重機。保持不變，只改變電樞電壓時的人為特性：特點：1)

隨變化,不變;2)不同,曲線是一組平行線。降低電樞電壓時的人為特性知識點復習1.4他勵直流電動機的調(diào)速1.4.2調(diào)速方法二、降低電源電壓調(diào)速TemTLAA’B降壓調(diào)速前工作點A降壓瞬間工作點穩(wěn)定后工作點

降壓調(diào)速過程與電樞串電阻調(diào)速過程相似，調(diào)速過程中轉(zhuǎn)速和電樞電流（或轉(zhuǎn)矩）隨時間變化的曲線也相似。T’1.4他勵直流電動機的調(diào)速1.4.2調(diào)速方法二、降低電源電壓調(diào)速優(yōu)點：1）調(diào)速前后的機械特性的斜率不變，硬度不變，Δn不變，雖n0有減小，但靜差率只是略有增大，負載變化時穩(wěn)定性好。

2）無論輕載還是負載，調(diào)速范圍相同，一般可達D=8?12。3）電源電壓能夠平滑調(diào)節(jié)，可實現(xiàn)無級調(diào)速。4）由于沒有外串電阻，電能損耗較小。缺點：需要一套電壓可連續(xù)調(diào)節(jié)的直流電源。

該方法適用于對于調(diào)速性能有較高要求的設(shè)備，如造紙機、軋鋼機等。保持不變，只改變勵磁回路調(diào)節(jié)電阻的人為特性：特點：1）弱磁，增大；

2）弱磁，增大減弱勵磁磁通時的人為特性知識點復習1.4他勵直流電動機的調(diào)速1.4.2調(diào)速方法三、減弱磁通調(diào)速A’BTemTLA調(diào)節(jié)磁場前工作點弱磁瞬間工作點A→A‘弱磁穩(wěn)定后的工作點T’1.4他勵直流電動機的調(diào)速1.4.2調(diào)速方法三、減弱磁通調(diào)速減弱磁通調(diào)速前、后轉(zhuǎn)速變化曲線減弱磁通前、后的電樞電流變化曲線tt=0n結(jié)論：磁場越弱，轉(zhuǎn)速越高。因此電機運行時勵磁回路不能開路。1.4他勵直流電動機的調(diào)速1.4.2調(diào)速方法三、減弱磁通調(diào)速優(yōu)點：1）由于在電流較小的勵磁回路中進行調(diào)節(jié)，因而控制方便，能量損耗小，設(shè)備簡單，調(diào)速平滑性好。2）弱磁升速后電樞電流增大，電動機的輸入功率增大，但由于轉(zhuǎn)速升高，輸出功率也增大，電動機的效率基本不變，因此經(jīng)濟性是比較好。2）轉(zhuǎn)速的升高受到電動機換向能力和機械強度的限制，升速范圍不可能很大，一般D≤2；

為了擴大調(diào)速范圍，通常把降壓和弱磁兩種調(diào)速方法結(jié)合起來，在額定轉(zhuǎn)速以上，采用弱磁調(diào)速，在額定轉(zhuǎn)速以下采用降壓調(diào)速。缺點：1）機械特性的斜率變大，特性變軟；1.4他勵直流電動機的調(diào)速1.4.3調(diào)速方式(容許輸出)與負載類型的配合容許輸出：指電動機在充分利用下，在調(diào)速過程中所能輸出的最大轉(zhuǎn)矩和功率。充分利用：指在一定的轉(zhuǎn)速下電動機的實際輸出轉(zhuǎn)矩和功率達到它的容許值，即電樞電流達到額定值。已知，電動機穩(wěn)定運行時，實際輸出的功率和轉(zhuǎn)矩是由負載的需要決定的。因此，要使電動機在不同的轉(zhuǎn)速下都得到充分利用，即電樞電流保持為額定值，就是要求調(diào)速方式和負載類型能相互匹配。

以電機在不同轉(zhuǎn)速都能得到充分利用為條件，他勵直流電動機的調(diào)速可分為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速和恒功率調(diào)速。1.4他勵直流電動機的調(diào)速1.4.3調(diào)速方式與負載類型的配合

可知，電動機的容許輸出功率與轉(zhuǎn)速成正比，而容許輸出轉(zhuǎn)矩為恒值----恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。

電樞串電阻調(diào)速和降壓調(diào)速時，磁通保持不變，若在不同轉(zhuǎn)速下保持電流不變，則使電機得到充分利用，而容許輸出轉(zhuǎn)矩和功率分別為：

1.4他勵直流電動機的調(diào)速1.4.3調(diào)速方式與負載類型的配合可知，電動機的容許輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比，而容許輸出功率為恒值----恒功率調(diào)速。

減弱磁通調(diào)速時，磁通是變化的，在不同轉(zhuǎn)速下若保持電流不變，使電機得到充分利用，容許輸出轉(zhuǎn)矩和功率別為：

為了使電動機得到充分利用，拖動恒轉(zhuǎn)矩負載時，應采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。拖動恒功率負載時，采用恒功率調(diào)速方式。對風機類負載，三種方式都不是十分適合，但采用串電阻或降壓調(diào)速比弱磁調(diào)速合適一些。直流電動機全數(shù)字雙閉環(huán)控制的框圖實際應用中，電動機的調(diào)速系統(tǒng)都有轉(zhuǎn)速給定量，并使電動機的轉(zhuǎn)速跟隨給定值進行控制。為了使系統(tǒng)具有良好的調(diào)速性能，通常要構(gòu)建一個閉環(huán)系統(tǒng)，如圖。速度調(diào)節(jié)器的作用是對給定速度與反饋速度之差按一定規(guī)律進行計算。并通過運算結(jié)果對電動機進行調(diào)速控制。電流調(diào)節(jié)器起到電流調(diào)節(jié)和限幅作用，從而實現(xiàn)快速加減速和電流限流作用。另一個作用是使系統(tǒng)的抗電源擾動和負載擾動能力增強。1.4他勵直流電動機的制動

1、電動運行：的方向與旋轉(zhuǎn)運動的方向相同，有正向電動運行（機械特性為1象限）和反向電動運行（機械特性為3象限）

。1.4.1電動運行與制動運行2、制動運行：使電力拖動系統(tǒng)停車：1）自由停車：即斷開電樞電源。2）制動運行：使拖動系統(tǒng)產(chǎn)生一個與旋轉(zhuǎn)方向相反的轉(zhuǎn)矩，稱為制動轉(zhuǎn)矩。a）機械制動：利用機械摩擦獲得制動轉(zhuǎn)矩，機械抱閘；b）電氣制動：使電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與旋轉(zhuǎn)方向相反（本節(jié)討論）。利用電氣制動中使電動機制動運行，既可以使電力拖動系統(tǒng)減速或停車，又可使位能性負載獲得穩(wěn)定的下降速度。根據(jù)實現(xiàn)制動方法和制動時電機內(nèi)部能量傳遞的關(guān)系不同，制動運行分為3種：能耗制動、反接制動和回饋制動。由于慣性，電樞保持原來方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，電動勢方向不變。由產(chǎn)生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(zhuǎn)矩與方向相反,為制動性質(zhì),電機處于制動狀態(tài)。1.4他勵直流電動機的制動1.4.1能耗制動電動制動在電動狀態(tài)，電樞電流、電樞電動勢、轉(zhuǎn)速及驅(qū)動性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩如圖所示。需要制動時,將開關(guān)S投向制動電阻上即可。制動運行時，電機靠生產(chǎn)機械的慣性力的拖動而發(fā)電，將生產(chǎn)機械儲存的動能轉(zhuǎn)換成電能，消耗在電阻上，故稱為能耗制動。1.4他勵直流電動機的制動將能耗制動的條件U=0代入機械特性一般表達式（2.15）得能耗制動的機械特性方程為：電動機拖動反抗性負載，電機停轉(zhuǎn)。若電動機帶位能性負載,穩(wěn)定工作點電動機狀態(tài)工作點制動瞬間工作點制動過程工作段機械特性如下圖BC段1.4他勵直流電動機的制動1.4.1能耗制動

由機械特性圖，

改變制動電阻的大小可以改變能耗制動特性曲線的斜率,從而可以改變能耗制動開始時的制動轉(zhuǎn)矩及下放位能負載的穩(wěn)定速度。越小,特性曲線的斜率越小,起始制動轉(zhuǎn)矩越大,而下放負載的速度越小。電動機狀態(tài)工作點制動瞬間工作點制動過程工作段1.4他勵直流電動機的制動1.4.1能耗制動

但制動電阻越小，制動電流越大。選擇制動電阻的原則是能耗制動操作簡單,運行可靠。但隨著轉(zhuǎn)速下降,電動勢減小,制動電流和制動轉(zhuǎn)矩也隨著減小,制動效果變差。若為了盡快停轉(zhuǎn)電機,可在轉(zhuǎn)速下降到一定程度時,切除一部分制動電阻,增大制動轉(zhuǎn)矩。即：其中為制動瞬間的電樞電動勢。適用于一般機械要求準確停車的場合，及位能性負載的低速下放。1.4他勵直流電動機的制動1.4.2反接制動一、電樞反接制動電樞反接制動時接線如圖所示。電動開關(guān)S投向“電動”側(cè)時，電樞接正極電壓，電機處于電動狀態(tài)。反向的電樞電流產(chǎn)生反向的電磁轉(zhuǎn)矩，從而產(chǎn)生很強的制動作用，由于是電樞反接引起的制動，故稱為電樞反接制動。由于n不能突變，Ea亦不變，電樞回路內(nèi)產(chǎn)生反向電流：進行制動時，開關(guān)投向“制動”側(cè)，電樞回路串入制動電阻后，接上極性相反的電源電壓。制動-+1.4他勵直流電動機的制動一、電樞反接制動將U=-U代入，得機械特性為：曲線如圖中所示。工作點變化為：反接制動結(jié)束時的C點，n=0,而轉(zhuǎn)矩既不為零也未必與負載轉(zhuǎn)矩相等，故系統(tǒng)不能自行停車。試以帶反抗性負載及位能性負載兩種情況分析C點之后的過渡過程？電動制動反接制動的制動作用強烈，常用于反抗性負載的快速停車或快速反向運行。1.4他勵直流電動機的制動一、電樞反接制動反接制動結(jié)束時的C點，n=0,而轉(zhuǎn)矩既不為零也未必與負載轉(zhuǎn)矩相等，故系統(tǒng)不能自行停車。對于反抗性負載，系統(tǒng)反向起動加速至D點，-T=-TL（負載轉(zhuǎn)矩），為反向電動狀態(tài)（T與n同向）。對于位能性負載，工作點移至E點，T=TL，為回饋制動狀態(tài)（T與n反向）

。同能耗制動，制動瞬間的制動轉(zhuǎn)矩的大小決定于所串電阻。其選擇應滿足：若要C點停車，對反抗性負載可斷電源；對位能性負載可機械抱閘停車。1.4他勵直流電動機的制動二、倒拉反轉(zhuǎn)反接制動

+U–Ia+Ea

-TemnTLnanTemTLn0A0電動運行狀態(tài)T/n為正，提升重物

+U–Ia–Ea

+RBTemnTLnbTBTstCDB倒拉反接制動狀態(tài)T與n反向，下放重物在電樞回路中串入較大電阻RB后，使Tst<TL，則電機在TL的作用下反方向起動。位能負載倒拉電動機，且由于n0與n反向，如同電樞被反接，稱為倒拉反接制動。1.4他勵直流電動機的制動二、倒拉反轉(zhuǎn)反接制動倒拉反接制動設(shè)備簡單，運行可靠。但串入較大電阻使特性變軟，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性差，適用于位能性恒轉(zhuǎn)矩負載的低速下放。電