第9章 直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)

8.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)8.6并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)*

8.7串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)*

8.8復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)第9章直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)9.5他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速9.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)9.4他勵(lì)電動(dòng)機(jī)在四象限中的運(yùn)行狀態(tài)9.6并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)*

9.7串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)*

9.8復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)9.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性電機(jī)與拖動(dòng)黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室9.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系：

n=f(T)

→

機(jī)械特性返回目錄頁9.1.1機(jī)械特性方程式+-+-+-9.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁由基本方程式可得電機(jī)的機(jī)械特性表達(dá)式電磁轉(zhuǎn)矩：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：電樞回路電動(dòng)勢(shì)平衡方程式：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性：機(jī)械特性方程式：n=U

CeΦ

－RCeCTΦ2T=n0－β

T=n0－△n理想空載轉(zhuǎn)速（含義？）9.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室R：電樞回路總電阻，包括電樞電阻Ra和電樞回路外串電阻RW；Ce：電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢(shì)常數(shù)，Ce=pN/(60a)；CT：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩常數(shù)，CT=pN/(2pa)理想空載轉(zhuǎn)速實(shí)際空載轉(zhuǎn)速9.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性返回目錄頁黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室β=

dndTRCeCTΦ2=α=

1β——機(jī)械特性的硬度9.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性機(jī)械特性斜率返回目錄頁電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載后的轉(zhuǎn)速降額定轉(zhuǎn)速變化率黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室國產(chǎn)Z系列他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的DnN%一般為10%～18%，大容量電動(dòng)機(jī)為3%～8%。電樞反應(yīng)對(duì)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的影響當(dāng)電樞電流較大時(shí)，產(chǎn)生去磁作用。磁通降低，轉(zhuǎn)速就要回升，機(jī)械特性在負(fù)載大時(shí)呈上翹現(xiàn)象。電樞反應(yīng)對(duì)機(jī)械特性的影響返回目錄頁9.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室減少電樞反應(yīng)對(duì)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的影響在主磁極上加一個(gè)匝數(shù)很少的串勵(lì)繞組，其磁動(dòng)勢(shì)可以減少電樞反映的去磁作用；實(shí)質(zhì)上變?yōu)閺?fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)；由于串勵(lì)磁動(dòng)勢(shì)較弱，其機(jī)械特性與沒有電樞反應(yīng)時(shí)的他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)相同，因此仍視為他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。返回目錄頁9.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室1.固有特性9.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性返回目錄頁9.1.2固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性當(dāng)他勵(lì)電動(dòng)機(jī)電壓及磁通均為額定值、電樞沒有串電阻時(shí)的機(jī)械特性稱為固有機(jī)械特性。

由于電樞電阻很小，特性曲線斜率很小，所以固有機(jī)械特性是硬特性。黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室9.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性返回目錄頁OTnn0Nn=f(T)UN,

IfN,RanNTNMnMTM

N

點(diǎn)：額定狀態(tài)。

M

點(diǎn)：臨界狀態(tài)。n=－TUNCeΦNRa＋RΩCeCTΦN2OTnn0RaR

＜

2.人為特性

人為改變電動(dòng)機(jī)參數(shù)對(duì)應(yīng)的機(jī)械特性——人為特性

(1)電樞串電阻時(shí)的人為特性R=(Ra＋RΩ)→→

即機(jī)械特性變軟。固有機(jī)械特性電樞串電阻時(shí)的人為機(jī)械特性黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室9.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性返回目錄頁特點(diǎn)：①

不變，變大；

②

越大，特性越軟。(2)降低電樞電壓時(shí)的人為特性n=U

CeΦN

－RaCeCTΦN2Tn0n0NU↓→n0↓但β、

不變→機(jī)械特性的硬度不變。OTnUNU＜特點(diǎn)：①

隨

變化,不變；

②

不同,曲線是一組平行線。固有機(jī)械特性電壓降低時(shí)的人為機(jī)械特性黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室9.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性返回目錄頁(3)減小勵(lì)磁電流時(shí)的人為特性n=UN

CeΦ

－RaCeCTΦ2TOTnn0n0NIfIfN＜If

→Φ→n0

→

、→機(jī)械特性變軟。特點(diǎn)：①

弱磁，

增大；

②

弱磁，增大。弱磁時(shí)人為機(jī)械特性的另一種表達(dá)方式黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室8.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性返回目錄頁黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室9.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性返回目錄頁9.1.3機(jī)械特性的繪制由電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性方程式可知，計(jì)算或繪制機(jī)械特性，必須知道CeF與CTF等參數(shù)，而這些參數(shù)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)p、a、N等有關(guān)，但這些參數(shù)不易得到；設(shè)計(jì)時(shí)，一般根據(jù)電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)、產(chǎn)品目錄或?qū)崪y(cè)數(shù)據(jù)來計(jì)算或繪制機(jī)械特性；對(duì)計(jì)算有用的數(shù)據(jù)通常有：PN、UN、IN和nN。黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室9.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性返回目錄頁1、固有特性的繪制

固有機(jī)械特性是一條直線，只要求出線上兩個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，就可繪出這條直線。一般選擇理想空載及額定運(yùn)行兩點(diǎn)較為方便；(1)理想空載點(diǎn)其中UN、IN和nN為已知，Ra可實(shí)測(cè)，或通過下式估算：黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室9.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性返回目錄頁(2)額定運(yùn)行點(diǎn)CeFN已在前面求得。2、人為機(jī)械特性的繪制各種人為機(jī)械特性的計(jì)算較為簡單，只要把相應(yīng)的參數(shù)值代入相應(yīng)的人為機(jī)械特性方程式即可。黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室9.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性返回目錄頁(2)改變電樞電壓時(shí)的人為機(jī)械特性(3)減弱電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁時(shí)的人為機(jī)械特性(1)電樞串電阻時(shí)的人為機(jī)械特性黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室8.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

【例8.1.1】

一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，PN=10kW，UN=220V，IN=210A，nN=750r/min，求(1)固有特性；(2)固有特性的斜率和硬度

。解：(1)固有特性忽略T0

，則509.55210=

=2.426TNINCTΦ

=

2200.254=

r/min=866.25r/min602PNnNTN=606.2840×103750=×N·m=509.55N·m260CeΦ=CTΦ6.2860=

×2.426

=0.254UNCeΦ

n0=返回目錄頁黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室連接n0和N(TN，nN)兩點(diǎn)即可得到固有特性。(2)固有特性的斜率和硬度

Ea

=

CeΦ

nN

8.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

UN－Ea

INRa

==0.254×750V=190.5V

=

1

RaCeCTΦ2

=

220－190.5210=Ω=0.14Ω0.142.426×0.254==0.22810.228=

=4.39返回目錄頁黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室9.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性返回目錄頁9.1.4電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行條件他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性負(fù)載特性負(fù)載特性主要研究：生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性與電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性這兩種特性的配合問題。在電力拖動(dòng)運(yùn)動(dòng)方程式中，當(dāng)轉(zhuǎn)矩T與Tz

方向相反，大小相等而相互平衡時(shí)，轉(zhuǎn)速為某一穩(wěn)定值，拖動(dòng)系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)，或稱靜態(tài)。123黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室9.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性返回目錄頁穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件是：兩種特性有交點(diǎn)。穩(wěn)定運(yùn)行的充分條件是：如果電力拖動(dòng)系統(tǒng)原在交點(diǎn)處穩(wěn)定運(yùn)行，由于出現(xiàn)某種干擾作用（如電網(wǎng)電壓波動(dòng)、負(fù)載轉(zhuǎn)矩的微小變化等），使原來兩種特性的平衡變成不平衡，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速便稍有變化，這時(shí)，當(dāng)干擾消除后，拖動(dòng)系統(tǒng)必須有能力使轉(zhuǎn)速恢復(fù)到原來交點(diǎn)處的數(shù)值。電力拖動(dòng)系統(tǒng)如能滿足這樣的特性配合條件，則該系統(tǒng)是穩(wěn)定的，否則是不穩(wěn)定的。黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室9.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性返回目錄頁穩(wěn)定運(yùn)行系統(tǒng)分析不穩(wěn)定運(yùn)行系統(tǒng)分析穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)不穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

起動(dòng)性能

①起動(dòng)電流Ist;②起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst。返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，必須保證先有磁場(chǎng)（即先通勵(lì)磁電流），而后加電樞電壓。不考慮電樞電感對(duì)電樞電流的影響，電樞電流Ia為9.2.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法

1.直接起動(dòng)存在的問題黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

Ist=UNRa=(10~20)INT

=

Tst=CTΦIst=(10~20)TN直接起動(dòng)起動(dòng)瞬間：U=UN,n=0，Ea

=0。

過大的起動(dòng)電流將引起電網(wǎng)電壓下降、影響電網(wǎng)上其它用戶的正常用電、使電動(dòng)機(jī)的換向惡化；同時(shí)過大的沖擊轉(zhuǎn)矩會(huì)損壞電樞繞組和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。一般直流電動(dòng)機(jī)不允許直接起動(dòng)。

為了限制起動(dòng)電流，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)通常采用電樞回路串電阻或降低電樞電壓起動(dòng)。黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)1.降低電樞電壓起動(dòng)需要可調(diào)直流電源，如勵(lì)磁可調(diào)節(jié)的直流發(fā)電機(jī)或晶閘管可控直流電源等。9.2.2起動(dòng)方法0T2Tz1TnTUN

起動(dòng)時(shí)，以較低的電源電壓起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，起動(dòng)電流隨電源電壓的降低而正比減小。隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的上升，反電動(dòng)勢(shì)逐漸增大，再逐漸提高電源電壓，使起動(dòng)電流和起動(dòng)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(dòng)需專用電源，設(shè)備投資較大，但它起動(dòng)平穩(wěn)，起動(dòng)過程能量損耗小，因此得到廣泛應(yīng)用。黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)上圖為電壓分級(jí)向上調(diào)節(jié)，并且最低電壓時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩。從圖上看，級(jí)間電壓相差越小，T1與T2之差也越小。

（1）討論（需驗(yàn)證）：電壓從某個(gè)低壓（對(duì)應(yīng)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩)連續(xù)向上調(diào)節(jié)時(shí)，運(yùn)行點(diǎn)如何變化?①電壓上升速度和電勢(shì)（轉(zhuǎn)速）上升速度同步，即dU/dt=d(CeΦn)/dt?！鷇(U-CeΦn)/dt=0，U－CeΦn=常數(shù)。0TzTnTstUN因機(jī)械慣性較大，起動(dòng)時(shí)間較長。黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)②電壓上升速度和電勢(shì)（轉(zhuǎn)速）上升速度不同步，電壓上升速度比電勢(shì)（轉(zhuǎn)速）上升速度快，即dU/dt＞d(CeΦn)/dt，→

d(U-CeΦn)/dt＞0。使（U-CeΦn）隨時(shí)間的延續(xù)而增大。黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)dU/dt＞d(CeΦn)/dt:

在同一段時(shí)間里，△U＞CeΦ△n。為了畫圖方便，取CeΦ=1,即△U＞△n?！鱰1：△U1＞△n1

△t2：△U2＞△n2

△t3：△U3＞△n3

黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)0TzTnTstUN△U1△n1△n2△n3△U2△U3說明：起動(dòng)時(shí)，電壓升高的不能太快，否則，轉(zhuǎn)矩和電流沖擊過大，起不到限流作用。黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)③電壓上升速度和轉(zhuǎn)速上升速度不同步，取CeΦ=1,先電壓上升速度比電勢(shì)（轉(zhuǎn)速）上升速度快，即△U＞△n。后電壓上升速度比電勢(shì)（轉(zhuǎn)速）上升速度慢，即△U＜△n。

電樞電流和電磁轉(zhuǎn)矩先增加，后減小。0TzTnTstUN△U1△n1△n2△n3△U2△U3△U4△n4△U1＞△n1△U2＞△n2△U3＜△n3△U4＜△n4黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)（2）討論（需驗(yàn)證）：電壓從零連續(xù)向上調(diào)節(jié)時(shí)，運(yùn)行點(diǎn)如何變化①電壓上升速度和電勢(shì)（轉(zhuǎn)速）上升速度同步（△U=CeΦ△n）

。0TzTnUN起動(dòng)時(shí)間：長？還是短？起動(dòng)時(shí)間：長黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)②電壓上升速度和電勢(shì)（轉(zhuǎn)速）上升速度不同步，電壓上升速度比電勢(shì)（轉(zhuǎn)速）上升速度快，取CeΦ=1,即△U＞△n。0TzTnTstUN△U1△n1△n2△n3△U2△U3黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)2.電樞串聯(lián)電阻起動(dòng)（1）限流原理直接起動(dòng)時(shí)：電樞電路串電阻起動(dòng)時(shí)：起動(dòng)電流減小。起動(dòng)電流大。黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室OT(Ia)nT1(I1)TZ(IZ)T2(I2)a1a2(2)起動(dòng)過程①串聯(lián)(RΩ1+RΩ2)起動(dòng)：

R2=Ra＋RΩ1＋RΩ2

起動(dòng)轉(zhuǎn)矩(電流)：T1(I1)=(1.5~2.0)TN(IN)②切除RΩ2：R1=Ra＋RΩ1

切換轉(zhuǎn)矩(電流)：T2(I2)

=(1.1~1.2)TN(IN)

或(1.2~1.5)TZ(IZ)b2b19.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)MIf＋U－Ia＋Uf－RΩ1RΩ2b（R1）a（R2）返回目錄頁黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室OT(Ia)nT1(I1)TZ(IZ)T2(I2)a1a2b2b1b（R1）a（R2）③切除RΩ1：R=RaMIf＋U－Ia＋Uf－RΩ1RΩ2起動(dòng)

a1

點(diǎn)a2點(diǎn)加速瞬間n不變

b1點(diǎn)c（Ra）c1c2p切除RΩ1b2點(diǎn)加速切除RΩ2

c1點(diǎn)c2點(diǎn)加速p

點(diǎn)。加速瞬間n不變返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室②起切電流（轉(zhuǎn)矩）比：③求出電樞電路電阻

Ra

若忽略T0，則Pe=EaIa=(CT/9.55)ΦnIa

=(CTΦn)Ia/9.55=Tn/9.55=(T0+TZ)n/9.55=P2

在額定運(yùn)行時(shí)①確定起動(dòng)電流I1

和切換電流I2

I1(T1)=(1.5~2.0)IN(TN)I2(T2)

=(1.1~1.2)IN(TN)=I1I2

Rａ=

UN－Ea

IN=UN－

INPNIN返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)9.2.3起動(dòng)電阻的計(jì)算1.解析法黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室nb2=nc1即：Eab2=Eac1UN－R1I2=UN－RaI1

R1I2=RaI1R1=βRa同理，由na2=nb1可得

R2=βR1對(duì)于m級(jí)起動(dòng)，有

Rm=βmRa=β2Ra返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)④

確定各級(jí)電阻值和各段電阻值OT(Ia)nT1(I1)TZ(IZ)T2(I2)a1a2b2b1b（R1）a（R2）c（Ra）c1c2p黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室各級(jí)電阻值：R1=βRa

=βRaR2=βR1=β2RaR3=βR2=β3Ra…Rm=βRm－1=βmRa各段電阻值：

RΩ1=R1－RaRΩ2=R2－R1RΩ3=

R3－R2…RΩm=Rm－Rm－1返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)(1)起動(dòng)級(jí)數(shù)未定時(shí)的起動(dòng)電阻的計(jì)算①選擇起動(dòng)電流I1和I2或T1和T2，初步確定β值。②測(cè)出或由銘牌數(shù)據(jù)計(jì)算出Ra

。③用n=0，T=T1點(diǎn)，結(jié)合電壓平衡方程式，計(jì)算出Rm

。④初步確定起動(dòng)級(jí)數(shù)m，并向上取整。⑤

重新計(jì)算β，校驗(yàn)I2

或T2是否在規(guī)定的范圍內(nèi)。Rm

=UN

I1m

=RmRa

lgβ

lg黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室(2)起動(dòng)級(jí)數(shù)已定時(shí)的起動(dòng)電阻的計(jì)算①選擇起動(dòng)電流I1。②測(cè)出或由銘牌數(shù)據(jù)估算出Ra

。③計(jì)算Rm

。④計(jì)算β

。⑤計(jì)算切換電流

I2，并校驗(yàn)之。⑥確定各級(jí)電阻值和各段電阻值。返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

=RmRam⑥確定各級(jí)電阻值和各段電阻值。黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室

【例8.2.1】

一臺(tái)Z4系列他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，PN=200kW，UN=440V，IN=497A，nN=1500r/min，Ra=0.076Ω，采用電樞串電阻起動(dòng)。求起動(dòng)級(jí)數(shù)和各級(jí)起動(dòng)電阻

。解：(1)選擇I1和I2I1=(1.5~2.0)IN=(745.5~994)AI2

=(1.1~1.2)IN=(546.7~596.4)A取I1=840A，I2

=560A。(2)求出起切電流比

(3)求出起動(dòng)時(shí)的電樞總電阻Rm840560=

=1.5=I1I2

返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室(4)求出起動(dòng)級(jí)數(shù)

m取m=5。(5)重新計(jì)算，校驗(yàn)I2

440840=

Ω=0.524Ω8.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)Rm

=UN

I1m

=RmRa

lgβ

lg==4.760.5240.076

lg1.5lg

=RmRam0.5240.076==1.4758401.47=

A=571AI2=I1(在規(guī)定的范圍內(nèi))返回目錄頁黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室(6)求出各段總電阻值和各段電阻值R1=βRaR2=β2RaR3=β3RaR4=β4Ra

R5=β5RaRΩ1=R1－RaRΩ2=R2－R1RΩ3=

R3－R2RΩ4=R4－R3RΩ5=R5－R4=1.47×0.076Ω=0.11Ω=1.472×0.076Ω=0.16Ω=1.473×0.076Ω=0.24Ω=1.474×0.076Ω=0.35Ω=1.475×0.076Ω=0.52Ω=(0.11－0.076)Ω=0.034Ω=(0.16－0.11)Ω=0.05Ω=

(0.24－0.16)Ω=0.08Ω=(0.35－0.24)Ω=0.11Ω=(0.52－0.35)Ω=0.17Ω返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)2.圖解法首先繪出他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串電阻分級(jí)起動(dòng)時(shí)，機(jī)械特性圖，作圖步驟如下。1）繪制固有機(jī)械特性。2）選取起動(dòng)過程中的最大電流I1與電阻切除時(shí)的切換電流I2（或T1、T2）。一般取I1=(1.5~2)IN，

I2=(1.1~1.2)IN

或I2=(1.2~1.5)IZ。0nn0hII2IzI1R1RaR2R3abcdefg黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)3）繪制分級(jí)起動(dòng)特性圖a）在圖中橫坐標(biāo)上截取I1及I2兩點(diǎn)，并分別向上作垂直線；b）過固有機(jī)械特性與I1的交點(diǎn)g作水平線交I2與f，過n0與f作人為機(jī)械特性R1,與I1的交點(diǎn)為e；c）過e點(diǎn)作水平線交I2于ｄ點(diǎn)，過n0與d點(diǎn)做人為機(jī)械特性R2，與I1的交點(diǎn)為c；d）過c點(diǎn)作水平線交I2于b點(diǎn)，過n0與c點(diǎn)做人為機(jī)械特性R3,如果和橫軸與I1的交點(diǎn)a相交，既可以用此特性圖計(jì)算起動(dòng)電阻。如果R3不與a點(diǎn)相交，修改I1或I2重新作圖，直到滿足上述要求為止。黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)0nn0hII2IzI1R1RaR2R3abcdefg4）分級(jí)電阻計(jì)算計(jì)算根據(jù)：同一電流下，轉(zhuǎn)速降落于電樞回路的總電阻成正比。黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)同理0nn0hII2IzI1R1RaR2R3abcdefg黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電樞回路串電阻起動(dòng)控制電路原理圖KVC1、KVC2、KVC3為電路繼電器，其線圈串接在電樞電路中，這三個(gè)繼電器的吸合電流都一樣，但釋放電流不一樣，其中KVC3的釋放電流最大，KVC2次之，KVC1最小。剛起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流很大，KVC1、KVC2、KVC3都吸合，它們的常閉觸點(diǎn)打開，接觸器KM1、KM2、KM3不動(dòng)作，全部電阻接入，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高后電樞電流減小，KVC3首先釋放，其觸點(diǎn)閉合，接觸器KM3線圈通電，其常開觸點(diǎn)閉合，短接第三段電阻，…。黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)M＋U－IaKM3

RΩ3KVC3RΩ2KVC2RΩ1KVC1KM2KM1

KM4

SB1SB2

KM1KVC1KM4

KM2

KM3KVC2KVC3KM4＋－KM4

KA

KA黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)(1)保持最大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不變時(shí)的機(jī)械特性？0nn0hR1RaR2R3abcdefgTTZT2T1(2)電阻值如何計(jì)算？切換點(diǎn)電流如何計(jì)算？先電阻，后電流（圖解法？）Ra、R3固定，調(diào)R1、R2。切換點(diǎn)電流值：I2R1=I1Ra，IdR2=I1R1，IbR3=I1R2，…黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)9.2.4他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的過渡過程電力拖動(dòng)的過渡過程是指電力拖動(dòng)系統(tǒng)由一個(gè)穩(wěn)定工作狀態(tài)過渡到另一個(gè)穩(wěn)定工作狀態(tài)的過程，如起動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速和負(fù)載突變等。研究過渡過程可以分析如何縮短過渡過程時(shí)間，提高生產(chǎn)率；探討減小過渡過程損耗的途徑，提高電動(dòng)機(jī)利用率；研究如何改善電力拖動(dòng)的運(yùn)行情況，使設(shè)備能安全運(yùn)行。主要研究過渡過程中n=f（t）、T=f（t）、Ia=f（t）和P=f（t）的變化規(guī)律。黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，一些電氣參數(shù)（如電壓、電阻等）與負(fù)載轉(zhuǎn)矩的突然變化，會(huì)引起電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、電流、轉(zhuǎn)矩及磁通的變化；由于慣性的作用，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、電流、轉(zhuǎn)矩及磁通等參量卻不能突變，而是一個(gè)連續(xù)變化的過程；電氣參數(shù)（如電壓、電阻等）與負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化勢(shì)必引起過渡過程；電力拖動(dòng)系統(tǒng)中一般存在三種慣性：機(jī)械慣性、電磁慣性、熱慣性。黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)1．機(jī)械慣性

——反映在系統(tǒng)的飛輪慣量上，它使轉(zhuǎn)速不能突變。2．電磁慣性

——反映在電樞回路電感及勵(lì)磁回路電感上，它們分別使電樞電流和勵(lì)磁電流不能突變，從而使磁通不能突變。3．熱慣性

——它使電動(dòng)機(jī)的溫度不能突變。由于溫度的變化比轉(zhuǎn)速、電流等參量的變化慢的多，一般不考慮熱慣性的影響黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電力拖動(dòng)的過渡過程一般分為兩種：1）機(jī)械過渡過程——它只考慮機(jī)械慣性，忽略影響較小的電磁慣性。2）電氣－機(jī)械過渡過程——它同時(shí)考慮機(jī)械與電磁兩種慣性。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的過渡過程，首先應(yīng)分析起動(dòng)時(shí)的機(jī)械過渡過程，再分析電樞回路電感對(duì)起動(dòng)過渡過程的影響黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)（1）串固定電阻起動(dòng)的過渡過程－電流變化規(guī)律1起動(dòng)時(shí)的機(jī)械過渡過程1）電樞串固定電阻起動(dòng)的過渡過程黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)IZ—負(fù)載轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的負(fù)載電流，即電動(dòng)機(jī)起動(dòng)完畢后，保持穩(wěn)定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)的電樞電流TM—電力拖動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)，是表征機(jī)械慣性的一個(gè)非常重要的物理量黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)其中：IST為電流的起始值或黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)或或（2）串固定電阻起動(dòng)的過渡過程－轉(zhuǎn)速變化規(guī)律黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)前面雖然根據(jù)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程推導(dǎo)而得，但他是電流、轉(zhuǎn)速變化的一般形式，適用于電力拖動(dòng)系統(tǒng)的起動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速及負(fù)載突變等各種過程，應(yīng)用時(shí)注意起始值和穩(wěn)態(tài)值的不同特點(diǎn)。當(dāng)nst=0時(shí)，Ist=U/R，則黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)求過渡過程某一階段時(shí)間－例如：求轉(zhuǎn)速從nst（Ist、Tst）變化到nx（Ix、Tx）所需要的時(shí)間tx。或或黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)以串兩級(jí)電阻起動(dòng)為例第一級(jí)起動(dòng)時(shí)（3）電樞串多級(jí)電阻起動(dòng)的過渡過程黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)第二級(jí)起動(dòng)時(shí)末級(jí)起動(dòng)時(shí)黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)各階段持續(xù)時(shí)間分別為：黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)2）加快起動(dòng)過程的途徑（1）起動(dòng)過程延緩的原因系統(tǒng)本身的機(jī)械慣性，慣性（GD2）越大，轉(zhuǎn)速上升越慢；起動(dòng)電流隨時(shí)間呈指數(shù)規(guī)律衰減，使系統(tǒng)的加速度在起動(dòng)過程中不斷衰減。黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)（2）加快起動(dòng)過程的途徑針對(duì)上述兩個(gè)原因，加快起動(dòng)過程的措施設(shè)法減小系統(tǒng)的飛輪轉(zhuǎn)矩GD2以減小機(jī)電時(shí)間常數(shù)；電動(dòng)機(jī)電樞的飛輪轉(zhuǎn)矩占整個(gè)系統(tǒng)飛輪轉(zhuǎn)矩的主要部分，應(yīng)設(shè)法減小電動(dòng)機(jī)電樞的飛輪轉(zhuǎn)矩，如采用雙電機(jī)拖動(dòng)；在設(shè)計(jì)電力拖動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，盡可能設(shè)法改善起動(dòng)過程中電樞電流的波形，理想的起動(dòng)電流波形如右下圖所示。黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)2電樞回路電感對(duì)起動(dòng)過程的影響在晶閘管整流電路向直流電動(dòng)機(jī)供電時(shí)，通常在電動(dòng)機(jī)電樞回路中串電感（平波電抗器－后續(xù)課程《電力電子技術(shù)》），這時(shí)，電感引起的電磁慣性不能忽視，電磁時(shí)間常數(shù)為式中：La－電樞回路總電感（包括電樞繞組電感和串聯(lián)的電感），Ra－電樞電阻黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載起動(dòng)時(shí)，則過渡過程分兩階段：第一階段，電樞電流從零增加到Iz

之前，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為零。這時(shí)式中為短路電流第一階段持續(xù)時(shí)間tz稱滯后時(shí)間黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)第二階段，過了tz

后，電動(dòng)機(jī)開始加速，機(jī)械慣性與電磁慣性同時(shí)存在。黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

c1及c2——積分常數(shù)，由初始條件決定式中黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)當(dāng)TtM>4Tta時(shí)，α1和α2為負(fù)實(shí)數(shù)根據(jù)第二階段起始條件（t=0時(shí)，n＝0，Ia=Iz）可計(jì)算出c1、c2

黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)TtM>4Tta時(shí)，起動(dòng)過程轉(zhuǎn)速、電流變化曲線如下圖所示。黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)當(dāng)TtM<4Tta時(shí)，α1和α2為復(fù)數(shù)式中式中黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)起動(dòng)過程，轉(zhuǎn)速與電流變化均具有振蕩性質(zhì)，振蕩頻率為w，振蕩周期為TTtM>4Tta時(shí)，起動(dòng)過程轉(zhuǎn)速、電流變化曲線如右圖所示。黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室9.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)返回目錄頁9.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)制動(dòng)的目的使電力拖動(dòng)系統(tǒng)停車；使電力拖動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速降低；使位能負(fù)載工作機(jī)構(gòu)勻速下降。4)反轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)從正轉(zhuǎn)變?yōu)榉崔D(zhuǎn)，首先要制動(dòng)停車，然后才能反向起動(dòng)。使電力拖動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)的方法斷電源自由停車—較慢，生產(chǎn)效率低；機(jī)械制動(dòng)—電磁制動(dòng)器，即機(jī)械抱閘，磨損大；電氣制動(dòng)（使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩）—能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)、回饋制動(dòng)。黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)電氣制動(dòng)運(yùn)行的基本特征(1)產(chǎn)生與n相反的電磁轉(zhuǎn)矩；(2)用電動(dòng)機(jī)吸收系統(tǒng)貯存的機(jī)械能并轉(zhuǎn)化為電能，實(shí)現(xiàn)能量的迅速轉(zhuǎn)移。

※電氣制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)本質(zhì)上為發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。電氣制動(dòng)運(yùn)行與發(fā)電機(jī)運(yùn)行的差異(1)輸入能量有限；(2)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換不是目的，而是一種能量轉(zhuǎn)移的手段。黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)9.3.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，去掉直流電源，同時(shí)在電樞回路串入一適當(dāng)電阻。

由于系統(tǒng)機(jī)械慣性的作用，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向來不及變化，電樞電動(dòng)勢(shì)方向不變，但電樞電流方向改變，和電動(dòng)狀態(tài)時(shí)相反，電磁轉(zhuǎn)矩隨之改變方向，和電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向相反，電動(dòng)機(jī)處于制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，各量方向如圖下所示。1、實(shí)現(xiàn)方法黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)電動(dòng)狀態(tài)nTM＋U－Ia＋Uf－M＋Uf－RΩIaTn制動(dòng)狀態(tài)EaEa2、能耗制動(dòng)過程分析制動(dòng)前：電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，特性1。穩(wěn)定運(yùn)行速度nA黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室制動(dòng)開始后：

U

=0，特性2n=－Ra＋RΩ

CeCTΦ2T制動(dòng)過程9.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)BOTn1n0TZA能耗制動(dòng)過程（反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載）—迅速停機(jī)

A點(diǎn)→B點(diǎn)，→Ia

反向(Ia＜0)制動(dòng)開始→n=0，Ea=0

nA

=nB，EaA

=EaB

→T反向(T＜0)，→T和TZ的共同作用

→Ia=0，T=0，→n↓→O點(diǎn)自動(dòng)停車。

2返回目錄頁MTZTnMTZnT黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室TB

TB'制動(dòng)效果RΩ

2(RΩ大)BOTn1TZA2'(RΩ小)B'→Ia

→|TB

|→制動(dòng)快，停車迅速。Ia

=EaBRa＋RΩ

≤

Iamax切換點(diǎn)（B點(diǎn)）

RΩ

的選擇Ra＋RΩ≥EaBIamax返回目錄頁9.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)M＋Uf－RΩIaTnEa黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)在選擇制動(dòng)電阻時(shí)，如果只考慮按最大制動(dòng)電流不超過電機(jī)額定電流的2倍。則有：對(duì)于制動(dòng)加速度受限的生產(chǎn)機(jī)械，在確定制動(dòng)電阻時(shí)應(yīng)考慮允許的最大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。能耗制動(dòng)電阻可由下式計(jì)算：

黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室(2)能耗制動(dòng)運(yùn)行——位能性負(fù)載穩(wěn)定下放重物BOTn1n0TZA2CA點(diǎn)→B點(diǎn)→O

點(diǎn)→T

=0，TZ≠0→n

反向起動(dòng)(n＜0)→Ea

反向(Ea＜0)→Ia再次反向(Ia＞0)→T再次反向(T＞0)，→n

→T

制動(dòng)過程反向能耗制動(dòng)狀態(tài)制動(dòng)過程正向能耗制動(dòng)狀態(tài)能耗制動(dòng)運(yùn)行→Ea

→Ia

→T=TZ(C點(diǎn))。返回目錄頁9.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)MTZnTT0MTZTnT0MTZnTT0黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)電動(dòng)狀態(tài)nTM＋U－Ia＋Uf－M＋Uf－RΩIaTn制動(dòng)狀態(tài)（正向能耗制動(dòng)狀態(tài)）EaEaM＋Uf－RΩIaTn制動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行（反向能耗制動(dòng)狀態(tài)及運(yùn)行）Ea黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室nZnZ'2BOTn1TZAC制動(dòng)效果2'(RΩ小)B'TT'RΩ

→特性2斜率

→下放速度|

nZ

|

。

RΩ

的選擇（各量取絕對(duì)值）

Ra＋RΩ=EaCIac=

CeΦ

nZ

T

/

CTΦ校驗(yàn)（同時(shí)滿足）Ra＋RΩ

≥EaBIamax=

Ce

CTΦ2

nZ

TC'(RΩ大)=

Ce

CTΦ2

nZ

TZ－T0穩(wěn)定運(yùn)行c點(diǎn)的Ea

和Ia（對(duì)切換點(diǎn)B點(diǎn)電流的限制）返回目錄頁9.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)MTZnTT0MTZTnT0MTZnTT0黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)3、能耗制動(dòng)過程中的能量關(guān)系和電動(dòng)狀態(tài)相比，在能耗制動(dòng)狀態(tài)下，電磁轉(zhuǎn)矩反向TΩ＜0，說明從電機(jī)軸上輸入機(jī)械功率，被轉(zhuǎn)換成電功率EaIa

。在能耗制動(dòng)狀態(tài)下，電樞電流反向，-EaIa為正值，說明電動(dòng)機(jī)發(fā)出的電功率完全以熱量的形式消耗在電樞回路總電阻上。黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)

當(dāng)能耗制動(dòng)用于勻速下放位能性負(fù)載時(shí)，機(jī)械功率就是負(fù)載位能輸送給電動(dòng)機(jī)的功率；而當(dāng)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)反抗性負(fù)載能耗制動(dòng)時(shí)，用于制動(dòng)的能量來自拖動(dòng)系統(tǒng)減小的動(dòng)能所放出的機(jī)械能。

黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)4.能耗制動(dòng)特點(diǎn)(1)制動(dòng)時(shí)U=0，n0=0，直流電動(dòng)機(jī)脫離電網(wǎng)變成直流發(fā)電機(jī)單獨(dú)運(yùn)行，把系統(tǒng)存儲(chǔ)的動(dòng)能或位能性負(fù)載的位能轉(zhuǎn)變成電能(EaIa)消耗在電樞電路的總電阻上Ia2(Ra+RΩ)。(2)制動(dòng)時(shí)，（）

n與T成正比,所以轉(zhuǎn)速n下降時(shí)，T也下降，故低速時(shí)制動(dòng)效果差，為加強(qiáng)制動(dòng)效果，可減少RΩ，以增大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩T，此即多級(jí)能耗制動(dòng)。(3)實(shí)現(xiàn)能耗制動(dòng)的線路簡單可靠，當(dāng)n=0時(shí)T=0,可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確停車。nTRRnCCICTΩaNeNTaNT

∝

,

+==ΦΦΦ黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)5.能耗制動(dòng)應(yīng)用能耗制動(dòng)多用于一般生產(chǎn)機(jī)械的制動(dòng)停車，對(duì)于起重機(jī)械，能耗制動(dòng)可使位能性負(fù)載低速下放，確保生產(chǎn)安全，對(duì)反抗性負(fù)載能確保停車。黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室

【例8.4.1】

一臺(tái)他勵(lì)電動(dòng)機(jī)，PN=22kW，UN=440V，IN=65.3A，nN=600r/min，Iamax=2IN，T0忽略不計(jì)。試求：(1)拖動(dòng)TZ=0.8TN的反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，采用能耗制動(dòng)實(shí)現(xiàn)迅速停機(jī)，電樞電路至少應(yīng)串聯(lián)多大的制動(dòng)電阻？(2)拖動(dòng)TZ=0.8TN的位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，采用能耗制動(dòng)以300r/min的速度下放重物，電樞電路應(yīng)串聯(lián)多大的制動(dòng)電阻？解：由額定數(shù)據(jù)求得PNINEa

=22×10365.3

=V=336.91VRa=UN－

IN

PNIN=Ω=1.58Ω440－

65.3

22×103

65.3返回目錄頁9.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室(1)迅速停機(jī)時(shí)

TZ=0.8TN=0.8×350.32N·m=280.256N·mCTΦ=9.55CeΦ

=9.55×0.562=5.365602PNnNTN=606.2822×103

600=×N·m=350.32N·m

336.91600=

=0.562CeΦ

=EanN

280.2565.365=

A

=52.24AIa

=TZCTΦ

EaB

=UN－RaIa（切換點(diǎn)B

點(diǎn)的EaB

）

=(440－1.58×52.24)V=357.46V返回目錄頁9.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室RΩ≥－Ra

EaBIamax(2)下放重物時(shí)

357.46

2×65.3=－1.58Ω=1.16ΩRΩ=－Ra

Ce

CTΦ2

nZ

TZ=0.562×5.365×300

280.256－1.58Ω=1.65Ω該值大于1.16Ω，故滿足Iamax的要求。

返回目錄頁9.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)9.3.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)1．反接制動(dòng)的特點(diǎn)電樞電壓或電樞電動(dòng)勢(shì)極性突然改變，電樞電壓和電樞電動(dòng)勢(shì)順極性串聯(lián)。2.反接制動(dòng)的實(shí)現(xiàn)方法

(1)轉(zhuǎn)速反向的反接制動(dòng)（一般用于位能負(fù)載，位能負(fù)載倒拉電動(dòng)機(jī)反向旋轉(zhuǎn)）

(2)電源的反接制動(dòng)（一般用于反抗性負(fù)載，改變電樞電壓的極性）黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)3.電源反接的反接制動(dòng)——迅速停機(jī)或反轉(zhuǎn)

電動(dòng)狀態(tài)nTM＋U－Ia＋Uf－TZEaM＋Uf－RΩIaTn制動(dòng)狀態(tài)－U＋TZ作用？限制IamaxEaIa的方向？T

的方向？黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室2－n0OTn1n0TZ制動(dòng)前：特性1

n=U

CeΦ

－RaCeCTΦ2

T制動(dòng)開始后：特性2制動(dòng)過程－TZn=－U

CeΦ

－Ra＋RΩCeCTΦ2

T9.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)bacda點(diǎn)→b點(diǎn)，na=nb，Ea=Eb，→Ia

反向(Ia＜0)，→T反向(T

＜0)

，制動(dòng)開始；斷電停車返回目錄頁MTZnTT0MTZnTT0MTZnTT01）反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載b點(diǎn)→c點(diǎn)，在T和TZ的共同作用下，→n↓；c點(diǎn)，n=0，T≠

0，斷電停車。未斷電，如果｜T｜＞｜-TZ｜

，反向起動(dòng)→d點(diǎn)（反向電動(dòng)運(yùn)行）。

黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室制動(dòng)瞬間B點(diǎn)的電勢(shì)Ra＋RΩ≥

U

＋EaB

Iamax制動(dòng)效果2'(RΩ小)b'TT'RΩ

→特性2斜率

→制動(dòng)轉(zhuǎn)矩

→制動(dòng)快。

RΩ

的選擇

（各量取絕對(duì)值）2(RΩ大)n0－n0BOTn1TZA返回目錄頁9.4他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)M＋Uf－RΩIa－U＋Ea黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室9.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)返回目錄頁2）位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載O-n0AnEEBTB若電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的是位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，則電動(dòng)機(jī)將在轉(zhuǎn)速過零后反向加速，并最終進(jìn)入穩(wěn)定的回饋制動(dòng)狀態(tài)，即穩(wěn)定運(yùn)行于E點(diǎn)。|nE|＞|-n0|，回饋制動(dòng)。CDTn0nTZMTZnTT0MTZTnT0MTnT0MTZnTT0TZ黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室U＜0，Ia＜0，UIa＞0，電源輸入電功率。TΩ＜0

，軸輸入機(jī)械功率。返回目錄頁9.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)3）電源反接制動(dòng)過程中的能量關(guān)系TΩ=CTΦIa(2πn)/60=9.55CeΦn/9.55Ia=EaIa

，輸入的機(jī)械功率被轉(zhuǎn)換成電功率。U=Ea+(Ra+RΩ)IaUIa=EaIa+(Ra+RΩ)Ia2，

(Ra+RΩ)Ia2=UIa-EaIa，說明軸上輸入的機(jī)械功率被轉(zhuǎn)換成電功率和電源輸入的電功率都被電樞電阻消耗掉。黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室M＋Uf－＋U－TZ4.轉(zhuǎn)速反向的反接制動(dòng)——下放重物

RΩIaT制動(dòng)狀態(tài)電樞接入RΩ

瞬間→

Ia

→T→T＜TZ→n

Ea→Ia

T

,T＜TZn

=0，T＜TZ→反向起動(dòng)→

n＜0

→|

n|

→|

Ea

|

→Ia

→T

→T=TZ。nIa的方向？T

的方向？返回目錄頁9.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)電動(dòng)狀態(tài)nTM＋U－Ia＋Uf－TZEaEa實(shí)現(xiàn)方法：在電樞回路串一較大電阻，對(duì)應(yīng)機(jī)械特性的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小于位能負(fù)載轉(zhuǎn)矩。黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室OTn1n0TZA2C制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)制動(dòng)前：特性1

n=U

CeΦ

－RaCeCTΦ2

T制動(dòng)開始后：特性2n=U

CeΦ

－Ra＋RΩCeCTΦ2

TBD※

Ia和T始終沒有改變方向。返回目錄頁9.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)MTZnTMTZnTT0T0

從B點(diǎn)至C點(diǎn)，T＜TZ，為電動(dòng)減速狀態(tài)，n=0時(shí)，T＜TZ，電機(jī)反轉(zhuǎn)，

n＜0

，與T的方向相反，從C點(diǎn)至D點(diǎn)為轉(zhuǎn)速反向的反接制動(dòng)狀態(tài)，穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)位D。黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室2Dn0BOTn1TZA制動(dòng)效果RΩ

→特性2斜率

→下放速度

。

2'(RΩ大)D'nZ

nZ'(RΩ小)

U＋EaD

IaDRa＋RΩ=

RΩ

的選擇(各量取絕對(duì)值)

=

U＋CeΦ

nZ

T

/

CTΦ=(U＋CeΦ

nZ)

CTΦ

TZ－T0穩(wěn)定運(yùn)行D點(diǎn)的電勢(shì)和Ia返回目錄頁9.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室UIa＞0，電源輸入電功率。TΩ＜0

，軸輸入機(jī)械功率。返回目錄頁9.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)轉(zhuǎn)速反向的反接制動(dòng)過程中的能量關(guān)系TΩ=CTΦIa(2πn)/60=9.55CeΦn/9.55Ia=EaIa

，輸入的機(jī)械功率被轉(zhuǎn)換成電功率。U=Ea+(Ra+RΩ)IaUIa=EaIa+(Ra+RΩ)Ia2，

(Ra+RΩ)Ia2=UIa-EaIa，說明軸上輸入的機(jī)械功率被轉(zhuǎn)換成電功率和電源輸入的電功率都被電樞電阻消耗掉。黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)5.兩種反接制動(dòng)的異同點(diǎn)共同點(diǎn)：能量關(guān)系相同。不同點(diǎn)：電壓反接制動(dòng)特性位于第二象限，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，制動(dòng)效果好；轉(zhuǎn)速反向反接制動(dòng)特性位于第四象限，機(jī)械能來自負(fù)載的位能，不能用于停車。6.應(yīng)用

轉(zhuǎn)速反向的反接制動(dòng)，可應(yīng)用于位能負(fù)載，一般可在n＜n0

的條件下穩(wěn)速下放重物。電壓反接制動(dòng)，宜用于要求迅速停車和反轉(zhuǎn)，要求較強(qiáng)烈制動(dòng)的場(chǎng)合，如反抗性負(fù)載，但采用電壓反接制動(dòng)停車時(shí)，當(dāng)制動(dòng)到n=0時(shí)，應(yīng)迅速切斷電源，否則有反向起動(dòng)的可能性。黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室

【例8.4.2】

例8.4.1中的他勵(lì)電動(dòng)機(jī)，迅速停機(jī)和下放重物的要求不變，但改用反接制動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，試求電樞電路應(yīng)串聯(lián)的制動(dòng)電阻值。解：(1)

迅速停機(jī)在例8.4.1中已求得切換點(diǎn)的電動(dòng)勢(shì)，由公式可得RΩ≥－Ra

U

＋EaB

Iamax

440＋357.46

2×65.3=－1.58Ω=4.526Ω返回目錄頁9.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室(2)下放重物時(shí)（忽略T0

）RΩ=(U＋CeΦn)

－RaCTΦ

TZ5.365

280.256=(440＋0.562×300

)－1.58Ω=10.07Ω返回目錄頁9.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室

n

＞

n0

→電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，

→動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能回饋電網(wǎng)。

特點(diǎn)：

→Ea＞Ua返回目錄頁9.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)9.3.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的回饋制動(dòng)

回饋制動(dòng)狀態(tài)下穩(wěn)定運(yùn)行有以下兩種情況（1）電壓反接制動(dòng)帶位能性負(fù)載進(jìn)入第四象限；（2）當(dāng)電車電動(dòng)下坡時(shí)，運(yùn)行轉(zhuǎn)速可能超過理想空載轉(zhuǎn)速，進(jìn)入第二象限。

回饋制動(dòng)狀態(tài)下瞬態(tài)過程有以下兩種情況（1）降壓調(diào)速過程中；（2）弱磁狀態(tài)下增磁調(diào)速過程中。黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)

平地或上坡行駛時(shí)工作在A點(diǎn)。下坡行駛時(shí)

在Tg和T的作用下（Tg和T同向）

→n→n＞n0→Ea＞U→Ia＜0→T＜0→B點(diǎn)（TZ2=T

）。OTn1n01.正向回饋制動(dòng)——電車電動(dòng)下坡

TZ12TZ23→n

ABTZ1TnEa＋＋－－UIaTZ11TnEa＋＋－－UIaTgOTnn0TZ1ABnBnAU>Ea+TZ11=-TgTZ2Ea>UTg>TZ11黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室電動(dòng)狀態(tài)下坡n→Ea→Ia(T)n=n0,

Ea=U,

Ia=0,T=0制動(dòng)狀態(tài)n

→Ea

(＞U)→Ia(T)＜0→|T|返回目錄頁9.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)nTM＋U－Ia＋Uf－EaTZ1nTM＋U－Ia＋Uf－EaTZ2nM＋U－Ia＋Uf－EaTZ2nTM＋U－Ia＋Uf－EaTZ2黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室2.反向回饋制動(dòng)——下放重物

電壓反向電動(dòng)狀態(tài)制動(dòng)過程反向起動(dòng)nn

→n0n

→

Ea＞U→Ia(T)反向制動(dòng)狀態(tài)Ia的方向？T

的方向？作用？限制Iamax返回目錄頁9.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)nTM＋U－Ia＋Uf－EaTZnM－U＋＋Uf－EaTZIaTRΩM－U＋＋Uf－TZRΩTIaEaM－U＋＋Uf－TZRΩTIaEan黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室OTn1n0TZ2－n0ACBDEA點(diǎn)改變U極性n不能躍變C點(diǎn)B點(diǎn)反接制動(dòng)D點(diǎn)反向起動(dòng)E點(diǎn)，T=TZ。電壓反向反接制動(dòng)過程反向起動(dòng)過程回饋制動(dòng)過程回饋制動(dòng)運(yùn)行T＜TZ回饋制動(dòng)返回目錄頁9.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)MTZnTMTZnTMTZnTMTZnT-

nE

黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室OTn1n0TZ2－n0ACBD

E

制動(dòng)效果RΩ

→特性2斜率

→下放速度

。

2'(RΩ小)E'nZ

nZ'(RΩ大)

EaE－U

IaERa＋RΩ

=

RΩ

的選擇（按速度原則）

（各量取絕對(duì)值）

=

CeΦ

nZ－U

T

/

CTΦ=(CeΦ

nZ

－U)

CTΦ

TZ－T0穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)E的電勢(shì)和Ia返回目錄頁9.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)M－U＋＋Uf－TZRΩTIaEan黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室校驗(yàn)（按電流原則）（各量取絕對(duì)值）

Ra＋RΩ≥

U＋EaB

IamaxOTn1n0TZ2－n0ACBD

E

2'(RΩ小)E'nZ

nZ'(RΩ大)B'制動(dòng)瞬間B點(diǎn)的E電壓反接后瞬間返回目錄頁9.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)nM－U＋＋Uf－EaTZIaTRΩ黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室電壓反向反接制動(dòng)與反向回饋制動(dòng)的比較

反向回饋制動(dòng)狀態(tài)返回目錄頁9.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)電動(dòng)狀態(tài)nTM＋U－Ia＋Uf－EaTZ電壓反向制動(dòng)過程nM－U＋＋Uf－EaTZIaTRΩM－U＋＋Uf－TZRΩTIaEan黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室在降低電樞電壓調(diào)速過程中＞TZOTnU1n01U2n02ACBD

回饋制動(dòng)過程工作點(diǎn)跳到何處？

返回目錄頁9.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)3.他勵(lì)電動(dòng)機(jī)降低電樞電壓調(diào)速和增磁調(diào)速說明:

在回饋過程中，電動(dòng)機(jī)向電源回送電能為了節(jié)省能量，在電動(dòng)機(jī)具有可調(diào)電源拖動(dòng)反抗性負(fù)載時(shí)，使整個(gè)停車過程都處于回饋制動(dòng)狀態(tài)，直到轉(zhuǎn)速等于零。這個(gè)制動(dòng)停車方法節(jié)省能量，制動(dòng)時(shí)間也短，過原點(diǎn)的最后一級(jí)特性，是電樞回路電阻Ra的能耗制動(dòng)狀態(tài)。黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)nn0AOTZTn01UNU1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)降壓過程中的回饋制動(dòng)機(jī)械特性討論：他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)降壓過程中電壓連續(xù)變化的回饋制動(dòng)機(jī)械特性？電壓調(diào)節(jié)，先快，然后同轉(zhuǎn)速下降同步，即△U=CeΦ△n。nn0AOTZTn01UNU1U1=0U1=0黑龍江科技學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室返回目錄頁9.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)TZ在增加勵(lì)磁電流調(diào)速過程中＞OTnIf1n01If2n02ACBD

回饋制動(dòng)過程4回饋制動(dòng)過程的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系TΩ＜0

，軸輸入機(jī)械功率。TΩ=CTΦIa(2πn)/60=9.55CeΦn/9.55Ia=EaIa

，輸入的機(jī)械功