《電機(jī)及拖動基礎(chǔ)》第二版第四章-直流電機(jī)的起動調(diào)速及四象限運行

第四章直流電機(jī)的起動調(diào)速及四象限運行第一節(jié)

直流電動機(jī)的起動第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速第三節(jié)

直流電動機(jī)的四象限運行第四節(jié)

電力拖動系統(tǒng)的過渡過程第一節(jié)直流電動機(jī)的起動 直流電動機(jī)額定電壓下直接起動的瞬間，，起動電流，通常為額定電樞電流的十幾倍。起動轉(zhuǎn)矩。因此，直流電動機(jī)一般不允許直接起動。 直流電動機(jī)的常用起動方法有電樞回路串電阻起動和降壓起動兩種。第一節(jié)直流電動機(jī)的起動

逐步切除起動電阻的方法可保證起動過程的平穩(wěn)，機(jī)械特性如左圖所示。起動完成后，切除全部起動電阻，電機(jī)穩(wěn)定運行在

A點。一．電樞回路串電阻起動

電樞回路串電阻，可限制起動電流為。

第一節(jié)直流電動機(jī)的起動 起動過程可以逐漸升高電壓

U至機(jī)械特性如左圖所示，穩(wěn)定運行于A點。二．降電壓起動降低電源電壓

U，可以有效地限制起動電流為。

第一節(jié)直流電動機(jī)的起動例4.1 一臺他勵直流電動機(jī)，額定功率，額定電壓，額定電流，額定轉(zhuǎn)速，電樞回路總電阻，拖動額定的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運行，忽略空載轉(zhuǎn)矩。(1)若采用電樞回路串電阻起動，起動電流時，計算應(yīng)串入的電阻值及起動轉(zhuǎn)矩。(2)若采用降壓起動，條件同上，電壓應(yīng)降至多少并計算起動轉(zhuǎn)矩。第一節(jié)直流電動機(jī)的起動解:（1）應(yīng)串電阻 額定轉(zhuǎn)矩起動轉(zhuǎn)矩第一節(jié)直流電動機(jī)的起動（2）起動電壓 起動轉(zhuǎn)矩第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速一．直流電動機(jī)的調(diào)速方法

直流電動機(jī)可在寬廣的范圍內(nèi)平滑調(diào)速。改變電動機(jī)機(jī)械特性即可以達(dá)到調(diào)速的目的。

本節(jié)將介紹直流電動機(jī)的三種調(diào)速方法。電樞串電阻調(diào)速降低電源電壓調(diào)速

弱磁調(diào)速

第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速1.電樞串電阻調(diào)速

電樞回路中串入不同電阻時，直流電動機(jī)運行于不同轉(zhuǎn)速，如左圖所示。第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速1.電樞串電阻調(diào)速

將電動機(jī)運行于固有機(jī)械特性上的轉(zhuǎn)速稱為基速。電樞回路串電阻調(diào)速的方向只能是從基速向下調(diào)節(jié)。第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速

電樞回路串電阻的人為機(jī)械特性是一組過理想空載轉(zhuǎn)速點

向下傾斜的直線，串入的調(diào)速電阻越大，機(jī)械特性斜率越大，特性越傾斜。低速運行時，負(fù)載的會引起轉(zhuǎn)速發(fā)生較大的變化，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性較差。 拖動恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時電動機(jī)電樞電流與電動機(jī)轉(zhuǎn)速無關(guān)，保持恒定第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速2．降低電源電壓調(diào)速

降壓調(diào)速的機(jī)械特性如左圖所示。負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時，調(diào)速方向也是從基速向下調(diào)節(jié)。第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速 降低電源電壓的人為機(jī)械特性是一組平行直線，機(jī)械特性的斜率不變。電源電壓連續(xù)變化時，轉(zhuǎn)速也連續(xù)變化，與串電阻調(diào)速相比，這種速度調(diào)節(jié)要平滑得多，稱為無級調(diào)速。 拖動恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時電動機(jī)電樞電流與電動機(jī)轉(zhuǎn)速無關(guān)，只取決于負(fù)載轉(zhuǎn)矩：第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速3．弱磁調(diào)速左圖所示為直流電動機(jī)帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時弱磁升速的機(jī)械特性。結(jié)合轉(zhuǎn)速公式可知：磁通越小，轉(zhuǎn)速越高。弱磁調(diào)速是從基速向上調(diào)節(jié)。第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速 若電動機(jī)拖動的是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，有：

假設(shè)磁路不飽和，忽略電樞反應(yīng)和電樞回路電阻可得： 上式表明在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載情況下，減小勵磁電流將使電機(jī)轉(zhuǎn)速升高，輸出功率隨之增加。第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速

電動機(jī)的電磁功率為

若電動機(jī)拖動的是恒功率負(fù)載時，即

常數(shù)

則有

=常數(shù)

=

常數(shù)

=常數(shù)第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速例4.2

他勵直流電動機(jī)，額定功率，額定電壓，額定電流，額定轉(zhuǎn)速，電樞回路總電阻，忽略空載轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)帶額定負(fù)載運行時，要求把轉(zhuǎn)速降到，計算：(1)采用電樞串電阻調(diào)速需串入的電阻值；(2)采用降低電源電壓調(diào)速，電源電壓是多少；(3)上述兩種調(diào)速情況下，電動機(jī)輸入功率與輸出功率各是多少？第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速

解：

(1)

理想空載轉(zhuǎn)速

額定轉(zhuǎn)速降落

第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速 電樞串電阻后轉(zhuǎn)速降落 設(shè)電樞串電阻為R，則有第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速

(2)降壓后的理想空載轉(zhuǎn)速

降壓后的電源電壓為

，則

第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速

(3)電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩

輸出功率

第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速 電樞串電阻降速時輸入功率 降低電源電壓降速時輸入功率第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速二．調(diào)速的性能指標(biāo) 調(diào)速的性能指標(biāo)反映了對調(diào)速的要求，也是決定電動機(jī)選擇何種調(diào)速方法的依據(jù)，主要性能指標(biāo)有四個：

調(diào)速范圍靜差率

調(diào)速的平滑性調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性

第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速1．調(diào)速范圍

調(diào)速范圍是指電動機(jī)在額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩下調(diào)速時，最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比。

第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速2．靜差率

靜差率也稱轉(zhuǎn)速變化率，是指電動機(jī)由理想空載到額定負(fù)載時轉(zhuǎn)速的變化率，用表示。

靜差率越小，負(fù)載變化時，轉(zhuǎn)速變化也越小。第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速

左圖中給出了他勵直流電動機(jī)的固有機(jī)械特性和降低電源電壓調(diào)速時的人為機(jī)械特性。 (1)當(dāng)機(jī)械特性斜率一定時，理想空載轉(zhuǎn)速越高，靜 差率越小。第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速

(1)當(dāng)機(jī)械特性斜率一定時，理想空載轉(zhuǎn)速越高，靜 差率越小。降低電源電壓調(diào)速時，電壓最低的人為機(jī)械特性上的靜差率滿足要求時，其他各條機(jī)械特性上的靜差率就都滿足了要求。第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速 左圖中給出了他勵直流電動機(jī)的固有機(jī)械特性與電樞串電阻的人為機(jī)械特性。(2)當(dāng)理想空載轉(zhuǎn)速一定時，機(jī)械特性斜率越小，額定轉(zhuǎn)矩時的轉(zhuǎn)速降落就越小，靜差率也就越小。第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速(2)當(dāng)理想空載轉(zhuǎn)速一定時，機(jī)械特性斜率越小，額定轉(zhuǎn)矩時的轉(zhuǎn)速降落就越小，靜差率也就越小。當(dāng)拖動額定負(fù)載時，固有機(jī)械特性上轉(zhuǎn)速降落為，而人為機(jī)械特性上轉(zhuǎn)速降落為。電樞串電阻調(diào)速時，所串電阻最大的機(jī)械特性上的靜差率滿足要求時，其他各條特性上的靜差率便都能滿足要求。第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速(2)當(dāng)理想空載轉(zhuǎn)速一定時，機(jī)械特性斜率越小，額定轉(zhuǎn)矩時的轉(zhuǎn)速降落就越小，靜差率也就越小。第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速

由下圖可知，當(dāng)采用同一種方法調(diào)速時，若靜差率越大，則調(diào)速范圍

D越寬。比較以下兩圖，靜差率一定時，降低電源電壓調(diào)速比電樞串電阻調(diào)速的調(diào)速范圍大。第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速 調(diào)速范圍D一定時，不同的調(diào)速方法，其靜差率也不同。左圖中，降壓調(diào)速和串電阻調(diào)速的調(diào)速范圍D相同，由于降壓調(diào)速的理想空載轉(zhuǎn)速小，結(jié)合式，降壓調(diào)速的靜差率就比串電阻調(diào)速的小。第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速3.

調(diào)速的平滑性 相鄰兩級轉(zhuǎn)速中，高一級轉(zhuǎn)速與低一級轉(zhuǎn)速之比定義為平滑系數(shù)：

越小，調(diào)速越平滑。無級調(diào)速時，趨近于1。第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速4．調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性

調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性主要考慮調(diào)速設(shè)備的投資、調(diào)速時電能的損耗、運行時的維修費用等。第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速例4.3 某他勵直流電動機(jī)，，，，，電樞回路總電阻，求下列各種情況下電動機(jī)的調(diào)速范圍：（1） 靜差率，電樞串電阻調(diào)速；（2） 靜差率，電樞串電阻調(diào)速；（3） 靜差率，降低電源電壓調(diào)速。第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速

解：（1）電動機(jī)的

理想空載轉(zhuǎn)速第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速 由

靜差率=30%時的最低轉(zhuǎn)速

調(diào)速范圍

第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速（2）最低轉(zhuǎn)速

調(diào)速范圍第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速（3）額定轉(zhuǎn)矩時的轉(zhuǎn)速降落

最低轉(zhuǎn)速相應(yīng)機(jī)械特性的理想空載轉(zhuǎn)速

最低轉(zhuǎn)速

調(diào)速范圍第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速三．調(diào)速方式 在調(diào)速過程中，保持電樞電流不變，若電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩恒定不變，則稱這種調(diào)速方法為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式；若電動機(jī)電磁功率恒定不變，則稱這種調(diào)速方法為恒功率調(diào)速方式。恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式與恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載相匹配；恒功率調(diào)速方式與恒功率負(fù)載相匹配。下面將分析電動機(jī)調(diào)速方式與負(fù)載性質(zhì)不同時的匹配情況。第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速①

電動機(jī)采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式拖動恒功率負(fù)載運行。

使電動機(jī)低速運行時的額定轉(zhuǎn)矩等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，此時，矩形的面積代表電動機(jī)輸出的功率，輸出功率與負(fù)載功率平衡；

第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速①

電動機(jī)采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式拖動恒功率負(fù)載運行。

高速時，矩形的面積代表負(fù)載的功率。第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速①

電動機(jī)采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式拖動恒功率負(fù)載運行。而矩形的面積代表電動機(jī)在高速下能夠輸出的功率。

可見，電動機(jī)的能力沒有充分發(fā)揮。第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速 電動機(jī)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速下輸出功率的能力由矩形的面積代表；而恒功率負(fù)載的功率由曲邊形的面積代表。顯然，電動機(jī)的能力超出了負(fù)載功率。第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速

使系統(tǒng)在高速運行時負(fù)載轉(zhuǎn)矩等于電動機(jī)額定轉(zhuǎn)矩，此時，矩形的面積代表電動機(jī)輸出的功率，輸出功率與負(fù)載功率平衡；②電動機(jī)采用恒功率調(diào)速（弱磁升速）拖動恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運行。第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速②電動機(jī)采用恒功率調(diào)速（弱磁升速）拖動恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運行。

低速時，矩形的面積代表負(fù)載的功率。第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速②電動機(jī)采用恒功率調(diào)速（弱磁升速）拖動恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運行。而矩形的面積代表電動機(jī)在低速下能夠輸出的功率，可見，電動機(jī)的能力沒有充分發(fā)揮。第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速 電動機(jī)在恒功率調(diào)速方式，其輸出功率的能力由曲邊形的面積代表；第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速而恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的功率由矩形的面積代表。顯然，電動機(jī)的能力超出了負(fù)載功率。第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速

對于泵類負(fù)載，既非恒轉(zhuǎn)矩，也非恒功率，那么采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式或恒功率調(diào)速方式的電動機(jī)，拖動泵類負(fù)載時，無論怎樣都不能做到調(diào)速方式與負(fù)載性質(zhì)匹配。第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速以上關(guān)于調(diào)速方式的分析，歸納為以下兩點：(1)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式與恒功率調(diào)速方式都是用來表征電動 機(jī)采用某種調(diào)速方法時所具有的負(fù)載能力，并不是指 電動機(jī)的實際負(fù)載。(2)電動機(jī)的調(diào)速方式與其實際負(fù)載匹配時電動機(jī)才能得 到充分利用。第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速例4.4某他勵直流電動機(jī)，額定功率，額定電壓=220V，額定電流=100A，電樞電阻，額定轉(zhuǎn)速=1500r/min，額定勵磁電壓=110V，電動機(jī)在額定電壓額定磁通時，拖動某負(fù)載運行的轉(zhuǎn)速為=1550r/min，當(dāng)負(fù)載要求向下調(diào)速，最低轉(zhuǎn)速=500r/min，采用降壓調(diào)速方法，計算下面兩種情況下電樞電流的變化范圍。(1)負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載；(2)負(fù)載為恒功率負(fù)載。第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速 解：額定電動勢 轉(zhuǎn)速為=1550r/min時的感應(yīng)電動勢 電樞電流第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速（1）若負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩時，電動機(jī)降壓調(diào)速，為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方 式，電樞電流不變。（2）若負(fù)載為恒功率時，負(fù)載功率為 式中，為轉(zhuǎn)速為=1550r/min時的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。

第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速 降低電源電壓調(diào)速后的負(fù)載功率為

式中，為降壓調(diào)速轉(zhuǎn)速為時負(fù)載轉(zhuǎn)矩的值。因此第二節(jié)直流電動機(jī)的調(diào)速 降壓調(diào)速時，保持，由，因此對應(yīng)的電樞電流為

因此，電流變化范圍是

30~93A。第三節(jié)直流電動機(jī)的四象限運行 電動機(jī)可穩(wěn)定運行在其機(jī)械特性與負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性的交點上。直流電動機(jī)的各種人為機(jī)械特性曲線和負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性曲線分布在四個象限，改變電機(jī)的相關(guān)參數(shù)可使直流電動機(jī)在四個象限內(nèi)穩(wěn)定運行。

第三節(jié)直流電動機(jī)的四象限運行一．電動運行1.

正向電動運行

直流電動機(jī)的端電壓為正，其機(jī)械特性與負(fù)載特性的交點在第Ⅰ象限，電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速同方向，為拖動性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩。第三節(jié)直流電動機(jī)的四象限運行

電動運行時功率流向關(guān)系為：電機(jī)輸入功率，電機(jī)從電網(wǎng)吸收電功率。電磁功率，電機(jī)將吸收的電功率通過電磁作用轉(zhuǎn)換為機(jī)械功率。輸出功率，電機(jī)向負(fù)載提供機(jī)械功率。第三節(jié)直流電動機(jī)的四象限運行2.反向電動運行

直流電動機(jī)的端電壓為負(fù)，電動機(jī)反轉(zhuǎn)，電動機(jī)的工作點在第Ⅲ象限。電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n同方向，為拖動性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩。第三節(jié)直流電動機(jī)的四象限運行二．制動運行1.能耗制動

直流電動機(jī)拖動負(fù)載運行時，閘刀接在電源一側(cè)，接線如左圖所示。第三節(jié)直流電動機(jī)的四象限運行 當(dāng)閘刀拉至下邊時，在電樞回路中串入了電阻R，直流電動機(jī)的機(jī)械特性由左圖中的曲線1變成了曲線2。

此時，電樞電流：

電磁轉(zhuǎn)矩： 電磁轉(zhuǎn)矩反向，系統(tǒng)減速。第三節(jié)直流電動機(jī)的四象限運行 在上述過程中，與反方向，起制動作用，電動機(jī)把能量消耗在電樞回路中，稱為能耗制動。第三節(jié)直流電動機(jī)的四象限運行第三節(jié)直流電動機(jī)的四象限運行

能耗制動功率流向關(guān)系為：電機(jī)的輸入功率，電機(jī)與電網(wǎng)脫開不吸收電功率。電磁功率，電機(jī)將動能的機(jī)械功率通過電磁作用轉(zhuǎn)換為電功率。輸出功率，負(fù)載向電動機(jī)輸入了機(jī)械功率，扣除了空載損耗后，其余的變成電樞回路的能耗。第三節(jié)直流電動機(jī)的四象限運行2．反接制動把直流電動機(jī)的電源突然反接，同時在電樞回路串入限流的制動電阻R，電動機(jī)就進(jìn)入了反接制動。

電動機(jī)的初始工作點在A點。第三節(jié)直流電動機(jī)的四象限運行反接制動后，電動機(jī)運行點從，到

C點后電動機(jī)轉(zhuǎn)速=0，制動停車過程結(jié)束，將電動機(jī)的電源切除。

電動機(jī)的初始工作點在A點。第三節(jié)直流電動機(jī)的四象限運行這一過程中，電動機(jī)運行于第Ⅱ象限，電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速，是制動性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩。第三節(jié)直流電動機(jī)的四象限運行3．倒拉反轉(zhuǎn)運行直流電動機(jī)拖動位能性負(fù)載運行，轉(zhuǎn)速下降。若所串入的電阻大到一定程度后，就會使轉(zhuǎn)速反向，工作點進(jìn)入第Ⅳ象限，電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方向相反，電機(jī)處于制動運行狀態(tài)，稱為倒拉反轉(zhuǎn)運行。第三節(jié)直流電動機(jī)的四象限運行 倒拉反轉(zhuǎn)過程中的功率流向關(guān)系為：電機(jī)的輸入功率，電機(jī)從電網(wǎng)吸收電功率。電磁功率，電機(jī)將吸收的機(jī)械功率通過電磁作用轉(zhuǎn)換為電功率。輸出功率，負(fù)載向電機(jī)提供機(jī)械功率。倒拉反轉(zhuǎn)運行時，電機(jī)將從電源吸收的電功率和從負(fù)載吸收的機(jī)械功率都消耗在電樞回路上了。第三節(jié)直流電動機(jī)的四象限運行三．回饋制動運行1.正向回饋制動運行

電動機(jī)原來運行在A點，電壓降為后，機(jī)械特性向下平移，電動機(jī)運行點從，如左圖所示。三．回饋制動運行1.正向回饋制動運行

從過程中，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方向相反，是制動性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)。第三節(jié)直流電動機(jī)的四象限運行第三節(jié)直流電動機(jī)的四象限運行 功率流向關(guān)系為：電機(jī)的輸入功率，表明電機(jī)向電網(wǎng)輸出電功率。電磁功率，表明電機(jī)將吸收的機(jī)械功率通過電磁作用轉(zhuǎn)換為電功率。輸出功率，表明負(fù)載向電機(jī)提供機(jī)械功率?；仞佒苿訉⑤斎氲臋C(jī)械功率轉(zhuǎn)換為電功率向電網(wǎng)輸出。第三節(jié)直流電動機(jī)的四象限運行 電機(jī)輸入的機(jī)械功率是系統(tǒng)從高速向低速運行過程中釋放出來的動能。這種運行狀態(tài)稱為回饋制動過程。

“回饋”指電動機(jī)把功率回饋給電源，“過程”指沒有穩(wěn)定工作點，而是一個運行的過程。轉(zhuǎn)速高于理想空載轉(zhuǎn)速是回饋制動運行狀態(tài)的重要特點。第三節(jié)直流電動機(jī)的四象限運行2.反向回饋制動運行若直流電動機(jī)拖動位能性負(fù)載，當(dāng)電源電壓反接時，電機(jī)工作點在第Ⅳ象限，電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方向相反，稱為反向回饋制動運行。第三節(jié)直流電動機(jī)的四象限運行例4.5 他勵直流電動機(jī)，額定功率，額定電壓，額定電流，額定轉(zhuǎn)速，電樞回路總電阻，忽略空載轉(zhuǎn)矩，帶負(fù)載運行。制動時，要求最大電樞電流。(1)若采用能耗制動過程停車，電樞回路應(yīng)至少串入多大的制動電阻？(2)若采用反接制動停車，電樞回路應(yīng)串入的制動電阻最小值是多少？(3)若負(fù)載為位能性負(fù)載，忽略傳動損耗，采用反向回饋制動運行，電樞回路不串電阻時電動機(jī)轉(zhuǎn)速是多少？第三節(jié)直流電動機(jī)的四象限運行

解：（1）

理想空載轉(zhuǎn)速

額定轉(zhuǎn)速降落第三節(jié)直流電動機(jī)的四象限運行 額定運行時感應(yīng)電動勢為 時的轉(zhuǎn)速降落 時的轉(zhuǎn)速第三節(jié)直流電動機(jī)的四象限運行 制動開始時的電樞感應(yīng)電動勢 串入的制動電阻最小值第三節(jié)直流電動機(jī)的四象限運行（2）

（3）

第四節(jié)電力拖動系統(tǒng)的過渡過程 電力拖動系統(tǒng)負(fù)載發(fā)生變化時，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩、功率的平衡關(guān)系就被打破，系統(tǒng)將從一個穩(wěn)態(tài)工作點向另一個穩(wěn)態(tài)工作點轉(zhuǎn)移，這個轉(zhuǎn)移過程就是電力拖動系統(tǒng)的過渡過程。

第四節(jié)電力拖動系統(tǒng)的過渡過程一．他勵直流電動機(jī)過渡過程分析系統(tǒng)的運動方程描述了電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系：

電動機(jī)的機(jī)械特性描述了轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)系：聯(lián)立第四節(jié)電力拖動系統(tǒng)的過渡過程 得到以下微分方程 簡化得為機(jī)電時間常數(shù)； 為系統(tǒng)拖動負(fù)載的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速。第四節(jié)電力拖動系統(tǒng)的過渡過程非齊次常系數(shù)一階微分方程的初始條件為：，。 求解可得：顯然轉(zhuǎn)速包含有兩個分量，一個是強(qiáng)制分量，也就是系統(tǒng)過渡過程結(jié)束后的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速值；另一個是自由分量

，按照指數(shù)規(guī)律衰減至零。

第四節(jié)電力拖動系統(tǒng)的過渡過程 曲線如右圖所示，轉(zhuǎn)速從初始值開始按指數(shù)曲線規(guī)律逐漸變化至過渡過程終止的穩(wěn)態(tài)值。第四節(jié)電力拖動系統(tǒng)的過渡過程 過渡過程曲線決定于三要素：起始值、穩(wěn)態(tài)值和時間常數(shù)。 由于與電氣參數(shù)也有關(guān)系，因此稱為電力拖動系統(tǒng)的機(jī)電時間常數(shù)。第四節(jié)電力拖動系統(tǒng)的過渡過程 曲線如左圖所示。

也包括了一個強(qiáng)制分量和一個按指數(shù)規(guī)律衰減的自由分量，時間常數(shù)亦為。 將式代入到他勵電動機(jī)的機(jī)械特性中，可得電磁轉(zhuǎn)矩的變化關(guān)系為：。第四節(jié)電力拖動系統(tǒng)的過渡過程 可以看出，電樞電流同樣也包括強(qiáng)制分量和自由分量，時間常數(shù)亦為。

將電樞電流與電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)系代入式得到電動機(jī)電樞電流的關(guān)系：。第四節(jié)電力拖動系統(tǒng)的過渡過程二．過渡過程時間 理論上從初始值到穩(wěn)態(tài)值需要經(jīng)過的時間為。實際上，當(dāng)時，各物理量便達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的

95%~98%，即可認(rèn)為過渡過程結(jié)束了。第四節(jié)電力拖動系統(tǒng)的過渡過程 設(shè)

G為過渡過程中的任意一點，若已知曲線及

G點的轉(zhuǎn)速，代入式可得

第四節(jié)電力拖動系統(tǒng)的過渡過程 若已知及

G點的轉(zhuǎn)矩，用同樣的方法可計算出 若己知及

G點的電樞電流，則

第四節(jié)電力拖動系統(tǒng)的過渡過程三．機(jī)電時間常數(shù)

設(shè)電動機(jī)的初始轉(zhuǎn)速。則式就變?yōu)?

其變化曲線如左圖所示。第四節(jié)電力拖動系統(tǒng)的過渡過程三．機(jī)電時間常數(shù)

將代入，可得。機(jī)電時間常數(shù)在數(shù)值上等于電動機(jī)加階躍電壓后，轉(zhuǎn)速從零上升到

0.632倍穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速所需的時間。第四節(jié)電力拖動系統(tǒng)的過渡過程 機(jī)電時間常數(shù)也可表示為： 上式表明，機(jī)電時間常數(shù)與系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)部分的飛輪矩、電樞回路總電阻成正比。第四節(jié)電力拖動系統(tǒng)的過渡過程 把電動機(jī)機(jī)械特性的斜率與機(jī)電時間常數(shù)聯(lián)系起來。上式分子分母同時乘以電動機(jī)堵轉(zhuǎn)電流可得 堵轉(zhuǎn)時，，，，所以，上式變?yōu)榈谒墓?jié)電力拖動系統(tǒng)的過渡過程式中，為機(jī)械特性的斜率。所以上式變?yōu)?上式表明了電動機(jī)機(jī)械特性斜率與過渡過程的關(guān)系：機(jī)械特性斜率小，特性硬，機(jī)電時間常數(shù)小，過渡過程快；反之，斜率大，特性軟，機(jī)電時間常數(shù)大，過渡過程慢。第四節(jié)電力拖動系統(tǒng)的過渡過程 由于理想空載角速度為： 式 可寫成：

或改寫為：

或改寫為：第四節(jié)電力拖動系統(tǒng)的過渡過程阻尼系數(shù)越大，則機(jī)械特性斜率越小，機(jī)電時間常數(shù)就越 小，過渡過程越快；阻尼系數(shù)越小，機(jī)電時間常數(shù)就越大，過渡過程越慢。稱為電動機(jī)的阻尼系數(shù)第四節(jié)電力拖動系統(tǒng)的過渡過程力矩—慣量比越大，則機(jī)電時間常數(shù)就越小，過渡過程 越短；力矩—慣量比越小，過渡過程就越長。稱為電動機(jī)的力矩—慣