第二章-直流電機(jī)的電力拖動(dòng)課件

第二章直流電機(jī)的電力拖動(dòng)中國石油大學(xué)（華東）信控學(xué)院趙仁德第二章直流電機(jī)的電力拖動(dòng)中國石油大學(xué)（華東）信控學(xué)院1以電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)，按人們所給定的規(guī)律來帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械，稱為電力拖動(dòng)。電源控制設(shè)備電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)工作機(jī)構(gòu)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成皮帶、齒輪等以電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)，按人們所給定的規(guī)律來帶動(dòng)生產(chǎn)電源控制設(shè)備2§2-1電力拖動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程式另外，還有單機(jī)多軸系統(tǒng)（抽油機(jī)）和多機(jī)多軸系統(tǒng)（軋鋼機(jī)）單機(jī)單軸系統(tǒng)：單臺(tái)電動(dòng)機(jī)直接與生產(chǎn)機(jī)械同軸聯(lián)接，簡稱為單軸系統(tǒng)?！?-1電力拖動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程式另外，還有單機(jī)多軸系統(tǒng)（抽油機(jī)3單軸系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式：說明：1.在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，通常稱Tz為生產(chǎn)機(jī)械的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩，即：Tz=T2+T0T2為生產(chǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)矩，T0為電動(dòng)機(jī)本身的空載轉(zhuǎn)矩。正方向的規(guī)定：首先規(guī)定電動(dòng)狀態(tài)下n的方向?yàn)橄到y(tǒng)旋轉(zhuǎn)的正方向，電磁轉(zhuǎn)矩T的實(shí)際方向與n相同則為正，相反則為負(fù)；負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tz的實(shí)際方向與n相同則為負(fù)，相反則為正。單軸系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式：說明：1.在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，通常稱Tz42.J為整個(gè)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，包括電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)機(jī)械。工程上，通常用飛輪矩GD2來表征轉(zhuǎn)動(dòng)物體的慣性作用，GD2和J的關(guān)系為:GD2為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部分的飛輪矩之和，單位為[N·m2]，一般可以查到。是一個(gè)完整的符號(hào)，不是G和D2的乘積，g為重力加速度，9.8m/s2。T=Tz時(shí)，n=常數(shù)。是使系統(tǒng)穩(wěn)定的先決條件。T>Tz時(shí)，n升高，系統(tǒng)加速。T<Tz時(shí)，n降低，系統(tǒng)減速。2.J為整個(gè)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，包括電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)機(jī)械53.轉(zhuǎn)矩單位為N·m，轉(zhuǎn)速單位為是r/min，時(shí)間為s，飛輪矩為N·m2，如果從產(chǎn)品目錄上查出飛輪矩以kg·m2為單位，則必須乘以9.8m/s2。在大多數(shù)的電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，控制轉(zhuǎn)速是我們的目標(biāo)，抽油機(jī)、風(fēng)扇、空調(diào)、洗衣機(jī)、電動(dòng)車等等。根據(jù)運(yùn)動(dòng)方程，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速n與T和Tz有關(guān)，要控制n必須要知道Tz與n

、T與n之間的關(guān)系。即要知道負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性n=f(Tz)和n=f(T)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。即本章第二節(jié)和第三節(jié)的內(nèi)容。3.轉(zhuǎn)矩單位為N·m，轉(zhuǎn)速單位為是r/min，時(shí)間為s，飛輪6§2-2生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性根據(jù)n與Tz的關(guān)系，可以分為三種類型的負(fù)載特性：恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、恒功率負(fù)載、風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載一、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)速變化時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小保持不變，稱為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，可分為兩類：反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載和位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。§2-2生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性根據(jù)n與Tz的關(guān)系，可以分為7該負(fù)載的大小與轉(zhuǎn)速無關(guān)，方向始終與轉(zhuǎn)向相反，屬于這類負(fù)載的生產(chǎn)機(jī)械有機(jī)床的平移機(jī)構(gòu)等。1.反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載TZn0該負(fù)載的大小與轉(zhuǎn)速無關(guān)，方向始終與轉(zhuǎn)向相反，屬于1.反抗性恒8生產(chǎn)機(jī)械工作機(jī)構(gòu)中具有位能部件，其轉(zhuǎn)矩具有固定方向，不隨轉(zhuǎn)向的改變而改變，如起重機(jī)系統(tǒng)。2.位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載為簡單起見，在今后的分析中，除非特別說明，位能性負(fù)載都采用理想特性。生產(chǎn)機(jī)械工作機(jī)構(gòu)中具有位能部件，其轉(zhuǎn)矩具有固定2.位能性恒轉(zhuǎn)9恒功率負(fù)載是指負(fù)載的功率為常數(shù)，不隨轉(zhuǎn)速變化。二.恒功率負(fù)載特性恒功率負(fù)載的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比。恒功率負(fù)載是指負(fù)載的功率為常數(shù)，不隨轉(zhuǎn)速變化。二.恒功率負(fù)載10對(duì)于通風(fēng)機(jī)、水泵及油泵等生產(chǎn)機(jī)械，其負(fù)載是介質(zhì)對(duì)機(jī)器葉片的阻力產(chǎn)生的阻轉(zhuǎn)矩，基本上與轉(zhuǎn)速的平方成正比，即：三.通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性實(shí)際鼓風(fēng)機(jī)的負(fù)載特性理想鼓風(fēng)機(jī)的負(fù)載特性實(shí)際生產(chǎn)機(jī)的負(fù)載特生，往往是上述幾種典型特性的組合。例如，考慮空載轉(zhuǎn)矩，實(shí)際鼓風(fēng)機(jī)的負(fù)載特性如圖中的虛線所示。對(duì)于通風(fēng)機(jī)、水泵及油泵等生產(chǎn)機(jī)械，其負(fù)載是介質(zhì)對(duì)三.通風(fēng)機(jī)負(fù)11§2-3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性電磁轉(zhuǎn)矩：感應(yīng)電動(dòng)勢：電樞回路電勢平衡式：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性：機(jī)械特性一般表達(dá)式：§2-3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性電磁轉(zhuǎn)矩：感應(yīng)電動(dòng)勢：電樞12一、直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的一般形式電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與端電壓U、主磁通Φ及電樞回路外接電阻RΩ有關(guān)，勵(lì)磁方式不同時(shí)，主磁通與電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)系是不同的，機(jī)械特性也不同。但上式是通用的。一、直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的一般形式電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與端電壓U、13二、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性當(dāng)U＝UN，Φ＝Φ

N，電樞回路無外接電阻時(shí)，轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系,稱為固有機(jī)械特性。即：n0理想空載轉(zhuǎn)速βN固有機(jī)械特性的斜率額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速降為：二、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性當(dāng)U＝UN，Φ＝ΦN，電樞14n0Tn0T0n'0TNnN由于電樞回路電阻Ra很小，固有機(jī)械特性是一條的斜率很小的直線，可通過直線上的兩個(gè)點(diǎn)來確定。通常取理想空載點(diǎn)和額定點(diǎn)來確定固有機(jī)械特性。額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速降落很小，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性較“硬”。實(shí)際空載轉(zhuǎn)速，比n0略低，對(duì)應(yīng)于空載轉(zhuǎn)矩。n0Tn0T0n'0TNnN由于電樞回路電阻Ra很小，固有額15例2-2某他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)如下：PN=40[kW]，UN=220[V]，IN=210[A]，nN=750[r/min]，試計(jì)算其固有機(jī)械特性。要求：已知：UN，IN，PN，nN須先求出：CeΦN或CMΦN，RaRa可由估算公式估算出，然后利用電動(dòng)勢平衡方程式可求出CeΦN例2-2某他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)如下：PN=40[kW]，UN16三、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的人為機(jī)械特性人為地改變U、Φ和電樞回路外接電阻RΩ時(shí)，轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系,稱為人為機(jī)械特性。有三種人為機(jī)械特性：（1）電樞回路串電阻的人為機(jī)械特性；（2）改變端電壓時(shí)的人為機(jī)械特性；（3）減弱電動(dòng)機(jī)主磁通時(shí)的人為機(jī)械特性；三、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的人為機(jī)械特性人為地改變U、Φ和電樞回路外171、電樞回路串入電阻的人為機(jī)械特性保持U＝UN及＝N不變而在電樞回路中串入電阻，所得的n＝f（T）關(guān)系。T0n人為固有Ran0對(duì)于給定的，為常數(shù)。（1）理想空載轉(zhuǎn)速n0與固有機(jī)械特性的相同；（2）斜率，特性變軟，在同一個(gè)轉(zhuǎn)矩下，轉(zhuǎn)速下降更多1、電樞回路串入電阻的人為機(jī)械特性保持U＝UN及＝N182、改變端電壓時(shí)的人為機(jī)械特性保持＝N不變而且電樞回路中串入電阻為零，改變電動(dòng)機(jī)的端電壓U所得的n＝f（T）關(guān)系。T0n人為UN>U1>U2固有UNn0U1U2電動(dòng)機(jī)受耐壓限制而不能在過電壓狀態(tài)下運(yùn)行，所以一般只能使U<UN2、改變端電壓時(shí)的人為機(jī)械特性保持＝N不變而且電樞回19改變端電壓人為特性的特點(diǎn)：（1）理想空載轉(zhuǎn)速比固有特性的理想空載轉(zhuǎn)速低。端電壓下降越多，其理想空載轉(zhuǎn)速越低。（2）端電壓不同，但人為特性的斜率跟固有特性的斜率相等，因此各條特性彼此平行。T0n人為UN>U1>U2固有UNn0U1U2改變端電壓人為特性的特點(diǎn)：（2）端電壓不同，但人為特性的斜率203、減弱磁通時(shí)的人為機(jī)械特性保持U=UN不變而且電樞回路中串入電阻為零，改變電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流If，使If<IfN，所得的n＝f（T）關(guān)系。如何改變勵(lì)磁電流？改變勵(lì)磁回路的調(diào)節(jié)電阻（小容量電機(jī)）；改變勵(lì)磁電壓（大容量電機(jī)）為何勵(lì)磁電流只能在額定值以下調(diào)？往上調(diào)沒有效果，因?yàn)榇怕芬扬柡?。弱?、減弱磁通時(shí)的人為機(jī)械特性保持U=UN不變而且電樞回路中串21T0nN>N’固有Nn0人為N’減弱電機(jī)主磁通人為特性的特點(diǎn)：（1）由于<N，理想空載轉(zhuǎn)速比固有特性的理想空載轉(zhuǎn)速高。（2）人為機(jī)械特性的斜率比固有機(jī)械特性大，即人為特性比固有特性軟。T0nN>N’固有Nn0人為N’減弱電機(jī)主磁通22四、電力拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行條件1.電力拖動(dòng)系統(tǒng)的平衡狀態(tài)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性與負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性交點(diǎn)處，電磁轉(zhuǎn)矩與總的負(fù)載轉(zhuǎn)矩相等，轉(zhuǎn)速不變，電樞電流不變，稱該系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。四、電力拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行條件1.電力拖動(dòng)系統(tǒng)的平衡狀態(tài)電232.電力拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡狀態(tài)系統(tǒng)原來處于平衡狀態(tài)，如果由于某種原因（電壓的波動(dòng)、負(fù)載的變化或電動(dòng)機(jī)參數(shù)的正常調(diào)節(jié)），使系統(tǒng)離開了原來的平衡狀態(tài)，但能夠在新的條件下自動(dòng)地達(dá)到新的平衡；或者在外界擾動(dòng)消失后能夠恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)，則稱該拖動(dòng)系統(tǒng)原來的運(yùn)行狀態(tài)是穩(wěn)定平衡狀態(tài)。如不能達(dá)到新的平衡或在外界擾動(dòng)消失后不能夠恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)，則稱該拖動(dòng)系統(tǒng)原來的狀態(tài)不是穩(wěn)定平衡狀態(tài)。2.電力拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡狀態(tài)系統(tǒng)原來處于平衡狀態(tài)，如果由24他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載端電壓突然下降，然后又恢復(fù)到原來電壓的動(dòng)態(tài)過程。到達(dá)B點(diǎn)是什么意思？TB<Tz，系統(tǒng)轉(zhuǎn)速下降，最后到達(dá)C點(diǎn)（新的平衡點(diǎn)）在C點(diǎn)，當(dāng)電機(jī)端電壓恢復(fù)時(shí)，到達(dá)D點(diǎn)，轉(zhuǎn)矩為TD，TD>Tz，系統(tǒng)轉(zhuǎn)速上升，最后到達(dá)A點(diǎn)，外界擾動(dòng)消失后又恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于紅線上，此時(shí)轉(zhuǎn)速不變，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩為TB他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)帶到達(dá)B點(diǎn)是什么意思？TB<Tz，系統(tǒng)轉(zhuǎn)速下降25A點(diǎn)到B點(diǎn)，TB>Tz，轉(zhuǎn)速上升？下降？上升，無休止地上升不能平衡。假設(shè)到達(dá)D點(diǎn)，外部擾動(dòng)消失，能否再返回到A點(diǎn)？原來的平衡狀態(tài)A不是穩(wěn)定的平衡狀態(tài)A點(diǎn)到B點(diǎn)，TB>Tz，上升，無休止地上升假設(shè)到達(dá)D點(diǎn)，外部26分析電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程方法總結(jié)：電磁量變化的時(shí)間常數(shù)非常小，認(rèn)為在瞬間完成。而在此時(shí)轉(zhuǎn)速?zèng)]來得及改變，但電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性發(fā)生改變，即此時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩改變，負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性不變，新的電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩不相等，于是就有了轉(zhuǎn)矩差，有了轉(zhuǎn)速變化率，轉(zhuǎn)速開始變化?？梢愿鶕?jù)轉(zhuǎn)速變化的方向，確定系統(tǒng)是否能達(dá)到新的平衡。分析電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程方法總結(jié)：27穩(wěn)定平衡點(diǎn)的條件：判斷穩(wěn)定平衡點(diǎn)的方法：1.利用公式；2.Δn法。穩(wěn)定平衡點(diǎn)的條件：判斷穩(wěn)定平衡點(diǎn)的方法：28有一個(gè)擾動(dòng)，使系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速有一個(gè)微小的變化Δn，系統(tǒng)能否恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)，如能，則為穩(wěn)定平衡狀態(tài)，不能，則不是穩(wěn)定平衡狀態(tài)。練習(xí)：課后習(xí)題２－７有一個(gè)擾動(dòng)，使系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速有一個(gè)微小的變化Δn，系統(tǒng)能否練習(xí)：29本節(jié)要點(diǎn)他勵(lì)直流電機(jī)的固有機(jī)械特性他勵(lì)直流電機(jī)的三種人為機(jī)械特性及各自特點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行條件及判斷方法，電力拖動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程分析方法。本節(jié)要點(diǎn)他勵(lì)直流電機(jī)的固有機(jī)械特性30§2-4他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)一、直接起動(dòng)存在的問題將一臺(tái)電動(dòng)機(jī)接上電源，使之從靜止?fàn)顟B(tài)開始旋轉(zhuǎn)直至穩(wěn)定運(yùn)行，這個(gè)過程稱為起動(dòng)過程。如果起動(dòng)時(shí)U=UN，RΩ=0，稱為直接起動(dòng)。其起動(dòng)初瞬，電樞電流為：電樞電阻較小，起動(dòng)時(shí)電樞電流很大，可達(dá)到10~20IN§2-4他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)一、直接起動(dòng)存在的問題將一臺(tái)電31直接起動(dòng)存在的問題：1.換向惡化，出現(xiàn)強(qiáng)烈的火花或環(huán)火，燒壞換向器，電樞繞組產(chǎn)生很大的電磁力而損壞繞組2.如保持主磁通為額定值，此時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩T也將達(dá)到額定值的10~20倍，從而損壞傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。3.過大的起動(dòng)電流會(huì)引起電網(wǎng)的供電波動(dòng)，影響同一電網(wǎng)上其他設(shè)備的運(yùn)行?？傊苯悠饎?dòng)“害己、害人”，不能去做。我們期望的起動(dòng)過程是：起動(dòng)快而又沒有電流和轉(zhuǎn)矩沖擊。直接起動(dòng)存在的問題：1.換向惡化，出現(xiàn)強(qiáng)烈的火花或環(huán)火，燒壞32起動(dòng)時(shí)應(yīng)限制起動(dòng)電流，使之不超過1.5~2IN，且要使If=IfN，即滿勵(lì)磁起動(dòng)。為何要滿勵(lì)磁起動(dòng)？起動(dòng)時(shí)，我們期望的是轉(zhuǎn)矩在允許的限度內(nèi)最大，這樣才能使轉(zhuǎn)速盡快升起來。所在要滿勵(lì)磁起動(dòng)。如何來限制起動(dòng)電流？降壓起動(dòng)或電樞回路串電阻起動(dòng)起動(dòng)時(shí)應(yīng)限制起動(dòng)電流，使之不超過1.5~2IN，且要使If=33二、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法優(yōu)點(diǎn)：起動(dòng)平穩(wěn)，起動(dòng)過程中能量損耗小1.降壓起動(dòng)起動(dòng)時(shí)降低端電壓U，使且，在不大的起動(dòng)電流下使系統(tǒng)順利起動(dòng)，隨著轉(zhuǎn)速升高，反電動(dòng)勢增大，電樞電流開始下降，這時(shí)逐漸升高端電壓，直到U=UN，則起動(dòng)完畢。二、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法優(yōu)點(diǎn)：起動(dòng)平穩(wěn)，1.降壓起動(dòng)34Tn02.電樞回路串電阻起動(dòng)

將起動(dòng)電阻串入電樞回路，待轉(zhuǎn)速上升后，逐步將起動(dòng)電阻切除。R1+R2+R3R1+R2R1R1R2R3UTzNTn02.電樞回路串電阻起動(dòng)

將起動(dòng)電阻串入電樞回路，35課堂練習(xí)：習(xí)題2-9、11課堂練習(xí)：習(xí)題2-9、1136本節(jié)要點(diǎn)理解他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)存在的問題掌握他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的方法本節(jié)要點(diǎn)理解他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)存在的問題37§2-5他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)的兩種運(yùn)行狀態(tài)：（1）電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)：電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩方向與旋轉(zhuǎn)方向相同。（2）制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)：電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩方向與旋轉(zhuǎn)方向相反。電動(dòng)機(jī)很快停車，或者由高速運(yùn)行很快進(jìn)入低速，要求制動(dòng)運(yùn)行。正向電動(dòng)反向電動(dòng)正向制動(dòng)反向制動(dòng)分析運(yùn)行狀態(tài)，關(guān)鍵有兩點(diǎn)：T與n的關(guān)系，能量流動(dòng)關(guān)系§2-5他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)的兩種運(yùn)行狀態(tài)：（138直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)方法斷開電源抱閘機(jī)械制動(dòng)自由停車電氣制動(dòng)（保持不變）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)方法斷開電源抱閘機(jī)械制動(dòng)自由停車電氣制動(dòng)（保39一、能耗制動(dòng)的方法和原理保持勵(lì)磁電流If的大小及方向不變，將開關(guān)接至Rz，電樞從電網(wǎng)脫離經(jīng)制動(dòng)電阻Rz閉合。參數(shù)特點(diǎn)：＝N，U＝0，電樞回路總電阻R＝Ra＋Rz實(shí)際上是一臺(tái)他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)。軸上的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能，全部消耗于電樞回路的電阻上，所以稱為能耗制動(dòng)。IfUNRZEaIan電動(dòng)運(yùn)行：能耗制動(dòng)：一、能耗制動(dòng)的方法和原理保持勵(lì)磁電流If的大小及方40Tn固有能耗制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性能耗制動(dòng)的參數(shù)代入機(jī)械特性的一般表達(dá)式，得到能耗制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性：串電阻制動(dòng)應(yīng)用：反抗性負(fù)載停車，且不會(huì)重新反向起動(dòng)（為什么？）位能性負(fù)載穩(wěn)速下放IfUNRzEaIan機(jī)械特性的一般表達(dá)式思考：哪一條線串的電阻大？哪一條線電機(jī)停車更快Tn固有能耗制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性能耗制動(dòng)的參數(shù)代入機(jī)械特性的一般41位能性負(fù)載穩(wěn)速下放

Tn固有串電阻mgnTmgnTmgnTIfUNRzEaIan如果要放慢下放速度，該減少還是增加串入電阻？最小的下放速度是多少？下放轉(zhuǎn)度：不計(jì)傳動(dòng)機(jī)械的損耗，則下放時(shí)穩(wěn)態(tài)電樞電流與提升時(shí)相同位能性負(fù)載穩(wěn)速下放

Tn固有串電阻mgnTmgnTmgnTI42能耗制動(dòng)的特點(diǎn)能耗制動(dòng)的特點(diǎn)：（1）操作簡單，停車準(zhǔn)確（2）能耗制動(dòng)產(chǎn)生的沖擊電流不會(huì)影響電網(wǎng)；制動(dòng)初瞬的最大電流：制動(dòng)電阻：IfUNRzEaIan大?。捍娮鑄n固有（3）低速時(shí)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，停轉(zhuǎn)慢；（4）動(dòng)能都消耗在電樞電阻和制動(dòng)電阻上。能耗制動(dòng)的特點(diǎn)能耗制動(dòng)的特點(diǎn)：（1）操作簡單，停車準(zhǔn)確（2）43例2－5（不計(jì)空載損耗）IfRzEaIan他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)額定數(shù)據(jù)：UN=220V，IN=12.5A，nN=1500r/min，Ra=0.8Ω且Φ=ΦN，試求：（1）當(dāng)n=1000r/min時(shí)系統(tǒng)轉(zhuǎn)入能耗制動(dòng)，要求起始制動(dòng)電流為2IN，求電樞回路應(yīng)串入多大電阻？分析：已知電流和電樞電阻，如能求出Ea，即可求出Rz如何求出Ea?轉(zhuǎn)速有了，如有CeΦN，則可求。關(guān)鍵在于CeΦN，根據(jù)已知條件，有：例2－5（不計(jì)空載損耗）IfRzEaIan他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)額定44Tn固有串電阻使Tz=0.8TN的位能性負(fù)載以最低的速度穩(wěn)速下放，則應(yīng)串入制動(dòng)電阻大小為？最低的轉(zhuǎn)速為？最低下放轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)最小電阻，最小的電阻即Ra。此時(shí)電樞電流可求，整個(gè)回路的感應(yīng)電動(dòng)勢可求，轉(zhuǎn)速可求?；蛘咧苯永脵C(jī)械特性來求。Tn固有串電阻使Tz=0.8TN的位能性負(fù)載以最低的速度穩(wěn)速45二、反接制動(dòng)的方法和原理能耗制動(dòng)為何停機(jī)慢？Tn固有串電阻IfUNRzEaIan隨著轉(zhuǎn)速降低，感應(yīng)電動(dòng)勢減小，電樞電流也減少，所以產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩也減少。如何實(shí)現(xiàn)快速停機(jī)？使其低速下仍然有較大的反向的電樞電流產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，所以需要在電樞回路中再串入反向電壓。這就是電壓反向的反接制動(dòng)。IfUNRzEaIan二、反接制動(dòng)的方法和原理能耗制動(dòng)為何停機(jī)慢？Tn固461.電壓反向的反接制動(dòng)：保持If不變，將開關(guān)向下合閘，使電樞經(jīng)制動(dòng)電阻Rz而反接于直流電源上。參數(shù)特點(diǎn)：＝N，U＝－UN。R=Ra+Rz.IfUNRzEaIanC不串Rz串Rzn0TnAAB電動(dòng)機(jī)固有反接制動(dòng)狀態(tài)nEE-n0回饋制動(dòng)狀態(tài)對(duì)于相同的起始制動(dòng)電流值，電壓反向的反接制動(dòng)所需的制動(dòng)電阻約為能耗制動(dòng)的2倍在轉(zhuǎn)速接近于零時(shí)，仍然有較大的電磁轉(zhuǎn)矩。制動(dòng)效果比能耗制動(dòng)好，可用于快速停機(jī)。能量流動(dòng)關(guān)系：U與Ia同向，電源輸出電能，Ea與Ia同向，電機(jī)向外輸出電能，即動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能，這些電能消耗在電樞電阻和制動(dòng)電阻上。如果僅要求制動(dòng)停機(jī)，應(yīng)在轉(zhuǎn)速降到零時(shí)立刻切斷電源，否則系統(tǒng)有可能反向起動(dòng)。D反向電動(dòng)狀態(tài)對(duì)于反抗性負(fù)載，會(huì)穩(wěn)定運(yùn)行于D點(diǎn)，此時(shí)電機(jī)處于反向電動(dòng)狀態(tài)，T與n都小于零，但方向相同對(duì)于位能性負(fù)載，會(huì)進(jìn)入第四象限，T>0，n<0且大于理想空載轉(zhuǎn)速，電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，此時(shí)電源輸出還是吸收電能？能量流動(dòng)情況？1.電壓反向的反接制動(dòng)：保持If不變，將開關(guān)向下合閘，使47電壓反向的反接制動(dòng)的特點(diǎn)（1）可以很快使機(jī)組停機(jī)。（2）需要加入足夠的電阻，限制電樞電流；（3）如需停機(jī)，則轉(zhuǎn)速至零時(shí)，需切斷電源。（4）轉(zhuǎn)速與理想空載轉(zhuǎn)速方向相反（5）電機(jī)發(fā)的電和電源輸出的電能均消耗在電樞回路電阻上。電壓反向的反接制動(dòng)的特點(diǎn)（1）可以很快使機(jī)組停機(jī)。482.電動(dòng)勢反向的反接制動(dòng)If及端電壓UN不變，僅在電樞回路串入足夠大的制動(dòng)電阻Rz，使該人為特性與負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性的交點(diǎn)處于第四象限。不同的Rz，可得到不同的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。nT0nABCDAnD電壓平衡式：機(jī)械特性：2.電動(dòng)勢反向的反接制動(dòng)If及端電壓UN不變，僅在電樞回路49nT0nABCDAnD在機(jī)械特性的第四象限，系統(tǒng)處于電動(dòng)勢反向的反接制動(dòng)狀態(tài)電機(jī)運(yùn)行于發(fā)電狀態(tài)，電源處于何種狀態(tài)？此時(shí)能量流動(dòng)關(guān)系？因?yàn)殡姌须娏魅詾檎槭裁?？），電樞端電壓為正，故電源仍然輸出電功率。電機(jī)發(fā)的電和電源輸出的電功率均消耗在電樞電阻和制動(dòng)電阻上。轉(zhuǎn)速與理想空載轉(zhuǎn)速相反。最低的下放轉(zhuǎn)速為多少？接近于零?？梢砸詷O低的穩(wěn)定下放速度下放重物。nT0nABCDAnD在機(jī)械特性的第四象限，系統(tǒng)處于電動(dòng)勢反50反接制動(dòng)的特點(diǎn)（1）轉(zhuǎn)速與理想空載轉(zhuǎn)速方向相反（2）電機(jī)發(fā)的電和電源輸出的電能均消耗在電樞回路電阻上。更是能耗型制動(dòng)方式，如何改進(jìn)？反接制動(dòng)的特點(diǎn)（1）轉(zhuǎn)速與理想空載轉(zhuǎn)速方向相反更是能耗型制動(dòng)51例2-6他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)額定數(shù)據(jù)：UN=220V，IN=12.5A，nN=1500r/min，Ra=0.8Ω，且Φ=ΦN，（1）當(dāng)n=1000r/min時(shí)將電樞反接，使系統(tǒng)快速制動(dòng)停機(jī)，要求起始制動(dòng)電流為2IN，求電樞回路應(yīng)串入多大電阻？（2）保持額定勵(lì)磁不變，使Tz=0.8TN的位能性負(fù)載以20[r/min]的速度穩(wěn)速下放，應(yīng)采用什么制動(dòng)方式？串入多大的制動(dòng)電阻？關(guān)鍵仍然是例2-6他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)額定數(shù)據(jù)：UN=220V，IN=152首先，排除電壓反向的反接制動(dòng)（為什么？），然后根據(jù)例2-5，排除能耗制動(dòng)，只能采用電動(dòng)勢反向的反接制動(dòng)，實(shí)質(zhì)上就是在電樞回路串一大電阻，使其機(jī)械特性很軟，與負(fù)載特性曲線交于第四象限。有了轉(zhuǎn)速，就有了感應(yīng)電動(dòng)勢，注意此時(shí)為負(fù)，有了電樞電流和電樞端電壓，可求出串入的電阻阻值。注意各量的符號(hào)。首先，排除電壓反向的反接制動(dòng)（為什么？），然后根據(jù)有了轉(zhuǎn)速，53三、回饋制動(dòng)電壓反向的回饋制動(dòng)，電壓不反向的回饋制動(dòng)。1.電壓反向的回饋制動(dòng)（1）電機(jī)的轉(zhuǎn)速方向與其理想空載轉(zhuǎn)速方向一致，且絕對(duì)值大。（2）能量流動(dòng)關(guān)系：電機(jī)運(yùn)行于發(fā)電狀態(tài)，發(fā)出的電功率一部分消耗在電樞回路電阻上，一部分回饋給電源，所以稱為回饋制動(dòng)。三、回饋制動(dòng)電壓反向的回饋制動(dòng)，電壓不反向的回饋制542.電壓不反向的回饋制動(dòng)電車下坡轉(zhuǎn)速高于理想空載轉(zhuǎn)速，且與其方向相同。電磁轉(zhuǎn)矩為負(fù)，而轉(zhuǎn)速為正，電機(jī)運(yùn)行于發(fā)電狀態(tài)，電源吸收電能（能否從等效電路解釋？）。2.電壓不反向的回饋制動(dòng)電車下坡轉(zhuǎn)速高于理想空載轉(zhuǎn)速，且與其55降低端電壓的降速過程轉(zhuǎn)速與理想空載轉(zhuǎn)速方向一致，而且高于理想空載轉(zhuǎn)速。電機(jī)發(fā)電，電源吸收電功率。降壓降速或停機(jī)的過程可以節(jié)能。如果快速調(diào)節(jié)電壓，使電機(jī)始終運(yùn)行于最大允許轉(zhuǎn)矩下，可加快停機(jī)速度。降低端電壓的降速過程轉(zhuǎn)速與理想空載轉(zhuǎn)速方向降壓降速或停機(jī)的過56電機(jī)在在主磁通不變情況下，不同條件下三條機(jī)械特性曲線，哪一條電樞回路總電阻最大？為什么？相同。根據(jù)機(jī)械特性的一般表達(dá)式各段各運(yùn)行于什么狀態(tài)？能量流動(dòng)是什么情況？電機(jī)在在主磁通不變情況下，不同條件下三條機(jī)械特性曲線，相同。57小結(jié)：制動(dòng)只是電機(jī)運(yùn)行的一種狀態(tài)。無論哪種制動(dòng)，電機(jī)都運(yùn)行于發(fā)電狀態(tài)。能耗制動(dòng)和反接制動(dòng)實(shí)際上都是能耗制動(dòng)。前者不接外電源，后者外電源也輸出電功率。而回饋制動(dòng)則是外電源吸收電功率。從轉(zhuǎn)速的角度來看：能耗制動(dòng)的理想空載轉(zhuǎn)速為零，反接制動(dòng)的實(shí)際轉(zhuǎn)速與理想空載轉(zhuǎn)速方向相反，回饋制動(dòng)則方向相同，但實(shí)際轉(zhuǎn)速絕對(duì)值大于理想空載轉(zhuǎn)速，正向和反向電動(dòng)則轉(zhuǎn)速方向與理想空載轉(zhuǎn)速相同，但絕對(duì)值小。小結(jié)：58§2-6他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速一、調(diào)速方法電樞回路串電阻調(diào)速、降低端電壓調(diào)速、減弱主磁通調(diào)速§2-6他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速一、調(diào)速方法電樞回路串電阻調(diào)速591.電樞回路串電阻調(diào)速（1）空載或輕載時(shí)，調(diào)速效果不明顯；（2）低速時(shí)，機(jī)械特性軟，負(fù)載變化時(shí)，轉(zhuǎn)速波動(dòng)大（3）電阻只能分段調(diào)節(jié)，有級(jí)調(diào)速，速度調(diào)節(jié)不平滑（4）能耗大，效率低。串相同的電阻，調(diào)速范圍小R1R2R3U1.電樞回路串電阻調(diào)速（1）空載或輕載時(shí)，調(diào)速效果不明顯；串602.降低電樞端電壓調(diào)速（1）無論空載或滿載，都有明顯的調(diào)速效果；（2）機(jī)械特性硬度不變，低速時(shí)由負(fù)載變化引起的轉(zhuǎn)速波動(dòng)不大；（3）可實(shí)現(xiàn)速度平滑調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速；（4）調(diào)節(jié)過程能耗小，效率高。2.降低電樞端電壓調(diào)速（1）無論空載或滿載，都有明顯的613.減弱主磁通調(diào)速（1）控制勵(lì)磁回路，控制方便，能量損耗?。?）可實(shí)現(xiàn)速度平滑調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速；（3）通常與調(diào)壓調(diào)速配合來擴(kuò)大調(diào)速范圍。IfUNEaIan3.減弱主磁通調(diào)速（1）控制勵(lì)磁回路，控制方便，IfUNEa62例2-8他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)額定數(shù)據(jù)：UN=220V，IN=12.5A，nN=1500r/min，Ra=0.8Ω，電樞反應(yīng)去磁不計(jì)，不計(jì)空載損耗。試求：（1）保持U=UN且If=IfN不變，使Tz=0.8TN恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)速降為1000r/min，應(yīng)在電樞回路串入的電阻是多少？不計(jì)電樞反應(yīng)，勵(lì)磁電流等于額定勵(lì)磁電流，則Φ=ΦN；不計(jì)空載損耗，則平衡時(shí)，T=Tz=0.8TN，此時(shí)電樞電流為0.8IN如求出Ea，則電阻可求，如何求Ea？先求CeΦN。U例2-8他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)額定數(shù)據(jù)：UN=220V，IN=163（2）設(shè)該機(jī)帶通風(fēng)機(jī)負(fù)載Tz=kn2，原來運(yùn)行于額定狀態(tài)，現(xiàn)通過降壓調(diào)速使轉(zhuǎn)速降為1300r/min，則端電壓U為多少？穩(wěn)定后電流為多少？U要求電壓，轉(zhuǎn)速已知，Ea已知，如求出電樞電流，即可求出端電壓U。如何求電樞電流？利用轉(zhuǎn)矩平衡方程式，知負(fù)載轉(zhuǎn)矩可求電樞電流。（2）設(shè)該機(jī)帶通風(fēng)機(jī)負(fù)載Tz=kn2，原來運(yùn)行于額定狀態(tài)，現(xiàn)64（3）系統(tǒng)帶反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載Tz=TN，額定運(yùn)行時(shí)突然勵(lì)磁回路斷線，已知斷線后的剩磁為0.04ΦN，則斷線后系統(tǒng)將加速還是減速？穩(wěn)定后的電流與轉(zhuǎn)速各是多少？斷線瞬間，轉(zhuǎn)速來不及變，但主磁通已變?yōu)槭４?。電路已處于平衡狀態(tài)，所以可以用電動(dòng)勢平衡方程式求解?？傻秒姌须娏?。由電樞電流，可求出此時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩，根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小關(guān)系，判斷系統(tǒng)加速還是減速。系統(tǒng)將減速，速度減小，電流將增大，電磁轉(zhuǎn)矩增大，即使速度為0，電磁轉(zhuǎn)矩仍小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，此時(shí)系統(tǒng)最終將停轉(zhuǎn)。如帶位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，將反轉(zhuǎn)，電樞電流增大，直到轉(zhuǎn)矩平。（3）系統(tǒng)帶反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載Tz=TN，額定運(yùn)行時(shí)突然勵(lì)磁回65二、調(diào)速指標(biāo)1、調(diào)速范圍（D）：指電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載下調(diào)速時(shí)所能達(dá)到的最高與最低轉(zhuǎn)速之比2、靜差度（相對(duì)穩(wěn)定性δ）：

指電動(dòng)機(jī)在某一條機(jī)械特性上運(yùn)行時(shí)，額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速降與其理想空載轉(zhuǎn)速之比。δ與D是相互聯(lián)系又相互制約的。3、調(diào)速的平滑性：用相鄰兩級(jí)轉(zhuǎn)速之比來表示。當(dāng)φ＜1.06時(shí)，認(rèn)為是無級(jí)調(diào)速。4、調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性

包含兩個(gè)方面，一是調(diào)速設(shè)備投資及運(yùn)行費(fèi)用，另一個(gè)是電機(jī)能否得到充分利用。二、調(diào)速指標(biāo)66§2-8串勵(lì)和復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)一、串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性磁路不飽和時(shí)§2-8串勵(lì)和復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)一、串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性671、串勵(lì)電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性特點(diǎn)：(1)磁路不飽和時(shí)，為非線性的軟特性。(2)空載時(shí)，轉(zhuǎn)速可達(dá)到5~6倍的nN所以，串勵(lì)電機(jī)不允許空載運(yùn)行。(3)電磁轉(zhuǎn)矩與電樞電流的平方成正比，起動(dòng)和過載能力強(qiáng)。只是說額定電壓時(shí)不允許空載或輕載運(yùn)行，當(dāng)電壓較小時(shí)，也可以輕載。1、串勵(lì)電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性特點(diǎn)：只是說額定電壓時(shí)不允許空68特點(diǎn)：a)相當(dāng)于他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)；b)此時(shí)負(fù)載很大，轉(zhuǎn)速下降減少，特性變硬，特性近似直線。磁路飽和時(shí)情況：特點(diǎn)：磁路飽和時(shí)情況：69

2、串勵(lì)電動(dòng)機(jī)人為機(jī)械特性（1）電樞回路串電阻，磁路不飽和時(shí)2、串勵(lì)電動(dòng)機(jī)人為機(jī)械特性（1）電樞回路串電阻，磁路不飽和時(shí)703（2）降低端電壓的人為特性磁路不飽和時(shí)當(dāng)電壓較小的時(shí)候，可否空載運(yùn)