机电传动控制直流电机分解.pptx

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1、1作电源用-直流发电机将机械能转化为直流电能；作动力用动力用-直流电动机将直流电能转化为机械能；做励磁机励磁机用一般小于10万kW即100MW的单机同步发电机要用直流发电机作为励磁机。信号传递信号传递-直流测速发电机将机械信号转换为电信号信号传递信号传递-直流伺服电动机将控制信号转换为机械信号。直流电机的用途第1页/共82页2工作原理机械特性启动特性调速特性制动特性电动机为什么运动？电动机为什么运动？发电机为什么能发电？发电机为什么能发电？电机转速与转矩之间电机转速与转矩之间的关系的关系改变电机参数改变电机参数对机械特性的影响对机械特性的影响改变电机参数改变电机参数使电机快速停止使电机快速停止

2、改变电机参数改变电机参数使电机平滑启动使电机平滑启动直流电机的基本知识第2页/共82页3直流电机的基本原理直流电机的基本原理电磁相互作用切割磁力线产生电动势通电导体在磁场中受力第3页/共82页4直流电机的组成直流电机的组成1 1、电枢：电枢：线圈绕组线圈绕组2 2、主磁极：主磁极：产生磁场，产生磁场，由铁芯和励磁线圈组由铁芯和励磁线圈组成，也可是永久磁铁。成，也可是永久磁铁。3 3、励磁绕组：励磁绕组：通以励通以励磁电流磁电流第4页/共82页5直流电机各部分的功能直流电机各部分的功能1 1、主主磁磁极极：励励磁磁绕绕组组上上加加上上直直流流电电压压，励励磁磁绕绕组组上上有有励励磁磁电电流流流流

3、过过，使使定定子子铁铁心心产产生生固固定定磁磁场场，即即定定子子的主要作用是产生磁场。的主要作用是产生磁场。2 2、电电枢枢线线圈圈：在在固固定定的的磁磁场场中中旋旋转转，主主要要作作用用是是产产生生感感应应电电动动势势或或机机械转矩，实现能量的转换。械转矩，实现能量的转换。3-43-4、换换向向器器、电电刷刷：电电刷刷固固定定在在定定子子上上不不动动，换换向向片片与与电电枢枢绕绕组组一一起起旋转，电刷与换向片保持滑动接触。旋转，电刷与换向片保持滑动接触。对发电机而言，换向器的作用是将电枢绕组感应的交流电动势转换成电刷间的直流电动势；对电动机而言，换向器的作用则是将外加的直流电源转换为电枢绕组

4、的交变电源，并在每一磁极下，电枢导体的电流方向不变，以产生恒定的电磁转矩。第5页/共82页6直流电动机直流电动机第6页/共82页7直流电动机的基本原理直流电动机的基本原理电磁转矩：电磁转矩：电枢绕组中的电流与电枢绕组中的电流与励磁磁通励磁磁通 相互作用，产生电磁相互作用，产生电磁力和电磁转矩。力和电磁转矩。T=KT=Kt t I Ia a：反电动势：反电动势：电枢在磁场中转动时，电枢在磁场中转动时，线圈中要产生感应电动势，其方线圈中要产生感应电动势，其方向与电流或外加电压的方向总是向与电流或外加电压的方向总是相反。相反。E=KE=Ke e n n 为励磁磁通为励磁磁通K Ke e、K Kt t

5、为常数为常数K Kt t 9.55 9.55 K Ke e第7页/共82页81.2 1.2 直流发电机直流发电机第8页/共82页9直流发电机工作原理直流发电机工作原理E=KE=Ke e n n：电源电动势电源电动势T=KT=Kt t I Ia a：电磁转矩电磁转矩阻转矩阻转矩 为励磁磁通为励磁磁通K Ke e、K Kt t为常数为常数K Kt t9.55 9.55 K Ke e第9页/共82页10他励发电机他励发电机U=E-IU=E-Ia aR Ra aI Ia a=（E-UE-U）/R/Ra aI Ia a=I=II=U/RI=U/R当空载时，当空载时，I=0I=0：U=U U=U0 0=E

6、=Ke=E=Ken n第10页/共82页11他励发电机的特性他励发电机的特性空载特性：空载特性：空载或转速为常数（额定值）时空载或转速为常数（额定值）时，输出电压与输出电压与励磁电流励磁电流的关系。的关系。E E和和成成正正比比，但但和和I If f不不是是成成正正比比，而而是是磁磁化化曲曲线线。空空载载特特性性曲曲线与磁化曲线相似。线与磁化曲线相似。空载特性曲线不是从坐标原点开始，在空载特性曲线不是从坐标原点开始，在I If f=0=0，已有一个由剩磁产生的电动势已有一个由剩磁产生的电动势E E(2%5%(2%5%额定电压额定电压)磁路未饱和磁路饱和U U0 0=E=Ke=E=Ken n第1

7、1页/共82页12他励发电机的特性他励发电机的特性外特性：外特性：额定转速和一定励磁下，输出电压和额定转速和一定励磁下，输出电压和负载电流负载电流之之间的关系。间的关系。保保持持发发电电机机的的转转速速n n为为额额定定值值，调调节节励励磁磁电电流流以以获获得得所所需需的的空空载载电电压压U U0 0,然后接上负载，当负载增加时，发电机的端电压逐渐下降。下降的原因：然后接上负载，当负载增加时，发电机的端电压逐渐下降。下降的原因：（1 1）电枢电阻压降的存在；）电枢电阻压降的存在；（2 2）电枢反应去磁作用）电枢反应去磁作用。从空载到满载（额定负载）电压变化率：从空载到满载（额定负载）电压变化率

8、：U=U=（U U0 0-U-UN N）/U/UN N*100%-(2%5%)*100%-(2%5%)。欲保持端电压不变，必须相应增加励磁电流。欲保持端电压不变，必须相应增加励磁电流。U U0 0=E=Ke=E=Ken n第12页/共82页13并励发电机并励发电机U=E-IU=E-Ia aR Ra aI Ia a=（E-UE-U）/R/Ra aI=U/RI=U/RI If f=U/R=U/Rf fI Ia a=I+I=I+If f问题：问题：1 1、励磁电流从何而来、励磁电流从何而来?2 2、电压如何建立、电压如何建立?R Rf f（几百几百 ）、）、R Ra a（小于小于1 1）I Ia a

9、 I I第13页/共82页14并励发电机的特性并励发电机的特性正常工作条件：正常工作条件：1 1、发电机的磁极有剩磁。、发电机的磁极有剩磁。电枢绕组切割剩磁磁力线产生一电枢绕组切割剩磁磁力线产生一个很小的电动势个很小的电动势EE，进而在励磁进而在励磁电路中产生一个小小的励磁电流。电路中产生一个小小的励磁电流。2 2、励磁电流产生的磁场与剩磁方向、励磁电流产生的磁场与剩磁方向相同。相同。这这样样磁磁场场才才能能加加强强，磁磁场场的的加加强强使使电电动动势势随随之之增增大大，电电动动势势的的增增大又使励磁电流增大，再次增大磁通和电动势。大又使励磁电流增大，再次增大磁通和电动势。直到最终使磁场达到饱

10、和。直到最终使磁场达到饱和。第14页/共82页15并励发电机的特性并励发电机的特性3 3、E=IE=If fR Rf f和和E=fE=f（I If f）有交点有交点E=fE=f（I If f）是是并并励励发发电电机机的的空空载载特性曲线，符合磁化规律。特性曲线，符合磁化规律。E=IE=If fR Rf f是是从从励励磁磁电电路路得得出出的的，符合欧姆定律符合欧姆定律。两两条条线线的的交交点点决决定定了了建建立立起起来来的的电电动动势势E E与相应的励磁电流与相应的励磁电流I If f的大小。的大小。只只有有这这一一交交点点，E E和和I If f才才能能同同时时满满足足磁化和电路两方面的条件。

11、磁化和电路两方面的条件。问题：三个条件不满足，怎么办?外特性曲线：外特性曲线：额定转速和额定转速和R Rf f为常数情况下，输出电压和为常数情况下，输出电压和负负载电流载电流之间的关系。之间的关系。第15页/共82页16电动状态和发电状态的区别电动状态和发电状态的区别能量转换方式电磁转矩作用电动势的作用E与I的方向不同第16页/共82页17分析电机特性的三个基本方程式分析电机特性的三个基本方程式转矩方程式转矩方程式电势方程式电势方程式电压平衡方程式电压平衡方程式T=KtIa发电机：T为阻转矩，方向与n相反，原动机转矩T1=T+T0电动机：T为拖动转矩，方向与n相同，T=TL+T0E=Ke n发

12、电机：E为电源电动势，方向与Ia相同电动机：E为反电动势，方向与Ia相反发电机：E=U+IaRa电源电动势为负载电压和电枢电阻电压所平衡。电动机：U=E+IaRa 电动机外加电枢电压为电枢反电动势和电枢电阻电压所平衡静态平衡，动态调整第17页/共82页18直流电机的结构与励磁方式直流电机的结构与励磁方式他励他励并励并励串励串励复励复励串励串励+并励并励第18页/共82页19等效电路图等效电路图他励他励并励并励串励串励复励复励第19页/共82页20他励电动机他励电动机第20页/共82页21他励电动机的机械特性他励电动机的机械特性第21页/共82页22机械特性硬度机械特性硬度为了衡量电动机转速随负

13、载变化的情况，即机械特性的平直度引入机械特性机械特性硬度硬度：第22页/共82页23固有机械特性固有机械特性固有机械特性：自然特性，指额定条件下（额定电固有机械特性：自然特性，指额定条件下（额定电压和额定磁通）下和电枢电路内不外接任何电阻时压和额定磁通）下和电枢电路内不外接任何电阻时的机械特性。的机械特性。当U=UN，=N，且Ra，Ke，Kt 都为常数，故机械特性曲线n=f(T)是一条直线。确定两点，1）理想空载点（0，n0）；2）额定运行点（TN，nN）。就可得到机械特性曲线。可以由铭牌数据求出：额定功率PN，额定电压UN，额定电流IN，额定转速nN，等。由上述数据可以求出Ra，Ke，n0，

14、TN第23页/共82页24固有机械特性固有机械特性1 1）估算电枢电阻）估算电枢电阻RaRa2 2）求）求K Ke e 第24页/共82页25固有机械特性固有机械特性3 3）求理想空载转速）求理想空载转速4 4）求额定转矩）求额定转矩5）因此，由（0，n0）和（TN，nN）就可得到机械特性曲线。第25页/共82页26例题一台他励直流电动机，额定功率一台他励直流电动机，额定功率P PN N=5.5KW=5.5KW，额定电额定电压压U UN N=220V=220V，额定电流额定电流I IN N=31A=31A，额定转速额定转速n nN N=1500rpm=1500rpm，若忽略损耗，认为额定运行时

15、的电磁转若忽略损耗，认为额定运行时的电磁转矩近似等于额定输出转矩，试绘出这台电动机近似的矩近似等于额定输出转矩，试绘出这台电动机近似的固有机械特性曲线。固有机械特性曲线。解：1）估算电枢电阻Ra2 2）求）求K Ke e 3 3）求理想空载转速）求理想空载转速4 4）求额定转矩）求额定转矩5）得到机械特性曲线:第26页/共82页27问题问题直流他励电动机怎样才能反转？第27页/共82页28他励直流电动机怎样才能反转？他励直流电动机怎样才能反转？1、改变外加电压的极性2、改变励磁电流方向第28页/共82页29人为机械特性人为机械特性定义：指电枢电压、磁通不为额定值，或电枢电路中接有外加电阻时的机

16、械特性。为什么需要人为机械特性？为什么需要人为机械特性？怎样才能得到人为机械特性？怎样才能得到人为机械特性？第29页/共82页30人为机械特性人为机械特性-电枢回路串电阻电枢回路串电阻（1）二者的理想空载转速是相同的；（2）转速降却变大了，即特性变软。第30页/共82页31人为机械特性人为机械特性改变电枢电压改变电枢电压在额定励磁和线圈不串电阻的情况下其机械特性方程为：在额定励磁和线圈不串电阻的情况下其机械特性方程为：从上式可以看出，改变电枢从上式可以看出，改变电枢电压电压U U时，其曲线为一组平时，其曲线为一组平行线。行线。由于电机的绝缘强度等因素，由于电机的绝缘强度等因素，只能在额定电压以

17、下改变其只能在额定电压以下改变其特性。特性。第31页/共82页32人为机械特性人为机械特性改变励磁磁通改变励磁磁通在额定电压和线圈不串电阻的情况下其机械特性方程为：在额定电压和线圈不串电阻的情况下其机械特性方程为：从上式看出，改变励磁磁通时，n0变大，n n也变大也变大,但但 n n变的要快。变的要快。每条人为特性曲线都与固有特性曲线相交，交点左边的一段在固有特性之上，交点右边的一段在固有特性之下。而额定条件下，电动机总是工作在交点的左边。第32页/共82页33人为机械特性人为机械特性改变励磁磁通改变励磁磁通注注意意：磁磁通通过过分分削削弱弱后后，如如果果负负载载转转矩矩不不变变，将将使使电电

18、动动机机电电流流大大大大增增加加而严重过载。而严重过载。他他励励电电动动机机启启动动前前必必须须先先加加励励磁磁电电流流，在在运运转转过过程程中中，决不允许励磁电路断开或励磁电流为零。决不允许励磁电路断开或励磁电流为零。他励电动机在使用中一般设有他励电动机在使用中一般设有“失磁失磁”保护。保护。为什么？励磁电流为零时，电动机的剩磁将会使电动机的速度上升到机械强度所不允许的数值，通常称为“飞车”。第33页/共82页34 一般情况下，电动机额定负载转矩一般情况下，电动机额定负载转矩T TL L比比T Tstst(启动转启动转矩或堵转转矩矩或堵转转矩)小得多，故减弱磁通会使电动机转速小得多，故减弱磁

19、通会使电动机转速升高。只有当负载特别重或磁通升高。只有当负载特别重或磁通 特别小时，如再特别小时，如再减弱减弱 ，转速反而下降。，转速反而下降。关于减弱磁通时的人为特性关于减弱磁通时的人为特性第34页/共82页35串励电动机的机械特性串励电动机的机械特性由于串励电动机的励磁电流和电枢由于串励电动机的励磁电流和电枢电流相等，因此其磁通和电机的输电流相等，因此其磁通和电机的输出转矩有关，其特性和他励有很大出转矩有关，其特性和他励有很大不同，不同，由于磁路的饱和性由于磁路的饱和性，可以将，可以将其特性分两段：其特性分两段：第35页/共82页361 1、负负载载较较轻轻时时，磁磁路路未未饱饱和和、磁磁

20、通通和和励励磁磁电电流流，也也就就是是电电枢电流成正比，即：枢电流成正比，即：以上特性近似为双曲线以上特性近似为双曲线2 2、磁磁路路饱饱和和时时，为为常常数数，和和他他励励电电动动机机的的机机械械特性相似，为一直线。特性相似，为一直线。两段特性曲线组合在一起，就构成了串励电动机完整的特性曲线！串励电动机的机械特性串励电动机的机械特性第36页/共82页37空载转速高，空载转速高，不能空载运行不能空载运行启动电流大启动电流大特性软特性软特点：1）负载的大小对转速影响很大：负载转矩大时，电动机转速低；负载转矩小时，电动机很快上升。这一特性有利于牵引车：重载时，自行降低运行速度确保运行安全；轻载时，

21、又自行升高速度以提高生产率。2）启动时的励磁电流大，=CICIa a,T=K,T=Kt tI Ia a=K Kt tCICIa a2 2，因此在电网或电动机容许启动电流一定时，启动转矩比他励电动机大。注意：不允许空载运行注意：不允许空载运行!为什么？为什么？串励电动机的机械特性串励电动机的机械特性第37页/共82页38串励电动机怎样才能反转？串励电动机怎样才能反转？能能否否改改变变电电源源极极性性使使电动机反转？电动机反转？改变电源极性则电枢电流Ia与磁磁通通同时反向，而电磁转矩同时反向，而电磁转矩T=KtIa方向不变，则电动机不能反转。1、改变电枢的接线极性2、改变励磁绕组的接线极性二者选其

22、一第38页/共82页391.4 机电传动系统运动的理论基础机电传动系统运动的理论基础学习要点：学习要点：v机电传动系统的运动方程式；机电传动系统的运动方程式；v了解几种典型生产机械的负载特性；了解几种典型生产机械的负载特性；v了解机电传动系统稳定运行的条件以及学会分析实际系统的稳定性；了解机电传动系统稳定运行的条件以及学会分析实际系统的稳定性；机电传动系统是一个由电动机拖动、通过传动机构带动生产机械运转的整体。电动机种类繁多，特性各异；生产机械的负载特性也是各种各样。但从动力学角度分析，它们都服从统一规律。第39页/共82页40单轴拖动系统的组成单轴拖动系统的组成第40页/共82页41运动方程

23、式运动方程式运动方程式运动方程式 转矩平衡方转矩平衡方程式程式 电动机的输出转电动机的输出转矩（矩（N.mN.m）负载转矩负载转矩（N.mN.m）转动惯量转动惯量（kg.mkg.m2 2）动态转矩动态转矩（N.mN.m）角速度角速度（rad/srad/s）速度速度（r/minr/min）飞轮惯量飞轮惯量（N.mN.m2 2）结论：结论：电动机的转矩总是由负载转矩（静态转矩）和动态转矩所平衡！电动机的转矩总是由负载转矩（静态转矩）和动态转矩所平衡！第41页/共82页42传动系统的状态传动系统的状态运动系统有两种不同的运动状态：1.稳态（TM=TL)转速n为常数，传动系统以恒速运动-稳态2.动态（

24、TM!=TL)传动系统以加速或减速运动-动态第42页/共82页43的参考方向的参考方向转矩正方向的约定因为电动机和生产机械以共同的转速旋转，所以，一般以（或n）的转动方向为参考来确定转矩的正负。由于传动系统有各种运动状态运动状态，相应地运动方程式中转速和转矩就有不同的符号。当TM的实际作用方向与n的方向相同时，TM取与n相同的符号，否则取与n相反的符号；当TL的实际作用方向与n的方向相反时，TL取与n相同的符号，否则取与n相反的符号。第43页/共82页44根据上述约定就可以从转矩与转速的符号上判定TM与TL的性质：的参考方向（续）的参考方向（续）v若TL与n的符号相同（同为正或同为负），则表示

25、TL的作用方向相同，为制动转矩；若TL与n的符号相反，则表示TL的作用方向相同，为拖动转矩。v若TM与n的符号相同（同为正或同为负），则表示TM的作用方向相同，为拖动转矩；若TM与n的符号相反，则表示TM的作用方向相反，为制动转矩。第44页/共82页45举例举例第45页/共82页46举例举例当重物上升时，TM的作用方向与n的方向相同，故TM的符号与n的符号相同，同为正；而TL的作用方向与n的方向相反，故TL的符号与n的符号相反，同为正。TM、TL、n的方向如图（a）所示第46页/共82页47举例举例v当重物下降时，TM的作用方向与n的方向相反，故TM的符号与n的符号相反，n n为负，TM为正；

26、v而TL的作用方向与n的方向相同，故TL的符号与n的符号相反，为正。vTM、TL、n的方向如图（b）所示.第47页/共82页481.5 1.5 生产机械的机械特性生产机械的机械特性u负载转矩和转速之间的函数关系，称为生产负载转矩和转速之间的函数关系，称为生产机械的机械特性。机械的机械特性。u不同类型的生产机械在运动中受阻力的性质不同类型的生产机械在运动中受阻力的性质不同，其机械特性曲线的形状也有所不同。不同，其机械特性曲线的形状也有所不同。第48页/共82页49恒转矩型机械特性恒转矩型机械特性反抗转矩：又称摩擦性转矩，因摩擦、非弹性体的压缩、拉伸与扭转等作用而产生的负载转矩。机械加工过程中切削

27、力产生的负载转矩就是反抗转矩。其特点如下：转矩大小恒定不变；作用方向始终与速度n的方向相反，当n的方向发生变化时，它的作用方向也随之发生变化，恒与运动方向相反，即总是阻碍运动的。按转矩正方向的约定可知，反抗转矩恒与转速n取相同的符号，即n为正方向时TL为正，特性在第一象限；n为负方向时TL为负，特性在第三象限，位能转矩：由物体的的重力和弹性体的压缩、拉伸与扭转等作用而产生的负载转矩，其特点为：转矩大小恒定不变；作用方向不变，与运动方向无关，即在某一方向阻碍运动，而在另一方向促进运动。不难理解，在运动方程式中，反抗转矩TL的符号是正的；位能转矩TL的符号则有时为正，有时为负。第49页/共82页5

28、0离心式通风型机械特性离心式通风型机械特性虚线表示在有摩擦负载的实际情况 根据离心机原理工作的：如离心式鼓风机、水泵等第50页/共82页51直线型机特性械直线型机特性械实验室中模拟负载用的他励电动机，当励磁电流和电枢电阻固定不变时，其电磁转矩与转速成正比，即呈现直线型机械特性。负载转矩TL随n的增加成正比地增大第51页/共82页52恒功率型机械特性恒功率型机械特性如在车床加工过程中，粗加工时，切削量大，负载阻力大，开低速；精加工时，切削量小，负载阻力小，开高速。但在不同转速下，切削功率基本不变。即呈现恒功率型机械特性。负载转矩TL与转速n成反比第52页/共82页53几种负载比较几种负载比较第5

29、3页/共82页54机电系统稳定运行的含义机电系统稳定运行的含义v系统应能以一定速度匀速运行；系统应能以一定速度匀速运行；v系统受某种外部干扰（如电压波动、负载转系统受某种外部干扰（如电压波动、负载转矩波动等）使运行速度发生变化时，应保证矩波动等）使运行速度发生变化时，应保证在干扰消除后系统能恢复到原来的运行速度。在干扰消除后系统能恢复到原来的运行速度。第54页/共82页55机电系统稳定运行的条件机电系统稳定运行的条件电动机的输出转矩电动机的输出转矩T TM M和负载转矩和负载转矩T TL L大小相等，方向相反，大小相等，方向相反，相互平衡是系统稳定运行的必要条件相互平衡是系统稳定运行的必要条件

30、(特性曲线有交点特性曲线有交点)。系统受到干扰后，要具有恢复到原平衡状态的能力，即：系统受到干扰后，要具有恢复到原平衡状态的能力，即：当干扰使速度上升时，有当干扰使速度上升时，有T TM MTTTL L 。这是稳定运行的充分条件。这是稳定运行的充分条件。第55页/共82页56举例举例1 1故a点是系统的稳定平衡点a点点:TM-TL=0当负载当负载TL突然增大到突然增大到TL时，由于机械惯性，速时，由于机械惯性，速度度n和电动机的输出转矩不能突变，此时和电动机的输出转矩不能突变，此时TM-TL0,系统要加速，系统要加速，n要上升，当到要上升，当到a点点时，系统在平衡点稳定运行时，系统在平衡点稳定

31、运行第56页/共82页57故b点不是系统的稳定平衡点举例举例1 1b点点:TM-TL=0当负载突然增大时，由于机械惯性，速度当负载突然增大时，由于机械惯性，速度n和电动和电动机的输出转矩不能突变，此时机的输出转矩不能突变，此时TM-TL0,使使n上升，上升，进入到进入到a点稳定工作，回不到点稳定工作，回不到b点。点。第57页/共82页58举例举例2 2负载特性曲线各电机特性曲线有交点（平衡点）B点符合稳定运行条件。此点是稳定的，为稳定平衡点。第58页/共82页591.6-1 直流他励电动机的启动特性直流他励电动机的启动特性分析：分析：电动机未启动时：电动机未启动时：n=0n=0，E=0E=0，

32、而而R Ra a很小，将直流电动机直接接入电网并施加很小，将直流电动机直接接入电网并施加额定电压时，启动电流额定电压时，启动电流I Ist st=U=UN N/R/Ra a。其值达到额定电流的其值达到额定电流的10201020倍。倍。(全压起动仅用于全压起动仅用于 微小型电动机的起动。微小型电动机的起动。)启动方法：启动方法：怎样限制启动电流，使怎样限制启动电流，使其为额定电流的其为额定电流的1.5-21.5-2倍倍1 1、降压启动、降压启动2 2、电枢串电阻、电枢串电阻问题：问题：1 1、为什么要讨论启动问题？、为什么要讨论启动问题？2 2、直流他励电动机能否直接启动？、直流他励电动机能否直

33、接启动？危害：危害：启启动动电电流流太太大大（换换向向过过程程中中产产生生危危险险的的火火花花，烧烧坏坏整整流流子子、引引起起电电枢枢绕组的损坏绕组的损坏）启动转矩太大启动转矩太大(产生过大的动态转矩冲击产生过大的动态转矩冲击,对电动机机械部分影响对电动机机械部分影响)影影响响电电网网（使使保保护护装装置置动动作作，切切断断电电源源造造成成事事故故；引引起起电电网网电电压压下下降降，影响其他负载的正常运行。影响其他负载的正常运行。）第59页/共82页601.6-2 直流他励电动机的调速特性直流他励电动机的调速特性两个概念：两个概念：调速和速度变化调速和速度变化调速：在一定的负载调速：在一定的负

34、载条件下，人为改变电条件下，人为改变电动机的电路参数以改动机的电路参数以改变电动机的稳定转速。变电动机的稳定转速。速度变化：由于速度变化：由于电动机负载转矩电动机负载转矩发生变化引起的发生变化引起的电机转速的变化。电机转速的变化。第60页/共82页611 1、他励电动机的电枢回路串电阻调速、他励电动机的电枢回路串电阻调速 由于惯性作用，速度由于惯性作用，速度不能突变不能突变 降速过程为降速过程为AB CAB C缺点：缺点：特性变软特性变软 能量消耗在电阻上能量消耗在电阻上 调速范围小调速范围小 实现无级调速难实现无级调速难 启动电阻不能作为调速电阻，启动电阻不能作为调速电阻，为什么？为什么？在

35、一定的负载转矩在一定的负载转矩TLTL下，串入不同的电阻下，串入不同的电阻可以得到不同的转速。可以得到不同的转速。第61页/共82页622 2、他励电动机的调压调速、他励电动机的调压调速分析（分析（U U1 1-U-UN N）：）：由于惯性作用，速度不能突变由于惯性作用，速度不能突变 反电势不突变反电势不突变 电枢电流变化，转矩变化电枢电流变化，转矩变化 电机加电机加/减速减速优点：优点：硬度不变硬度不变 易实现无级调速易实现无级调速 可以利用调速设备实现降压启动可以利用调速设备实现降压启动 适合恒转矩负载调速适合恒转矩负载调速 在一定的负载转矩在一定的负载转矩TLTL下，加上不同的电压下，加

36、上不同的电压可以得到不同的转速可以得到不同的转速。调调压压调调速速过过程程中中为常数，所以TL常数时，稳定运行下的电枢电流Ia也是一个常数,与电枢电压U无关。第62页/共82页633 3、改变磁通调速、改变磁通调速1）可以平滑无级调速，只能弱磁调速，在额定转速以上调节；2）调速特性较软，且受电动机换向条件等的限制，普通他励电动机的最高转速不得超过额定转速的1.2倍，调速范围不大；在一定的负载功率在一定的负载功率P PL L下，加上不同的主下，加上不同的主磁通磁通 可以得到不可以得到不同的转速。同的转速。第63页/共82页643）调速时维持电枢电压和电枢电流不变，电动机的输出功率不变，恒功率调速

37、。4)基于弱磁调速范围不大，它往往是和调压调速配合使用，即在额定转速以下，用降压调速，而在额定转速以上，则用弱磁调速。3 3、改变磁通调速、改变磁通调速第64页/共82页65例题例题一台直流他励电动机，其额定数据为：一台直流他励电动机，其额定数据为：P PN N=2.2kW=2.2kW，U UN N=220V=220V，I IN N=12.4A=12.4A，n nN N=1500rpm=1500rpm，Ra=1.7 Ra=1.7 欧，如果这台电动机在额欧，如果这台电动机在额定转矩下运行，试求：定转矩下运行，试求：1 1）电动机的电枢电压降至）电动机的电枢电压降至180180V V时，电动机的转

38、速为多少？时，电动机的转速为多少？2 2）励磁电流）励磁电流I If f=0.8I=0.8IfNfN(即磁通即磁通=0.8=0.8 N N)时，电动机的转速为时，电动机的转速为多少？多少？3 3）电枢回路中串入附加电阻）电枢回路中串入附加电阻R Radad=2=2欧时，电动机的转速为多少欧时，电动机的转速为多少？解：额定转矩1）U=180V2）磁通=0.8N3）电枢回路中串入附加电阻Rad=2欧时第65页/共82页661.7 直流他励电动机的制动直流他励电动机的制动1 1制动与启动制动与启动启启动动：施施电电于于电电动动机机使使电电动动机机速速度度从从静静止止加加速速到到某某一一稳稳定定转转速

39、的一种运动状态；速的一种运动状态；制动：制动：使电动机速度从某一稳定转速开始减速到停止或是限使电动机速度从某一稳定转速开始减速到停止或是限制位能负载下降速度的一种运行状态。制位能负载下降速度的一种运行状态。制动与自然停车的区别？制动与自然停车的区别？制动与自然停车的区别？制动与自然停车的区别？几个基本的概念第66页/共82页67几个基本的概念几个基本的概念电动机有两种停止运转方式：电动机有两种停止运转方式：2 2制动与自然停车制动与自然停车1 1）自自然然停停车车：电电动动机机脱脱离离电电网网，靠靠很很小小的的摩摩擦擦阻阻转转矩矩消消耗耗机机械械能能使使转转速速慢慢慢慢下下降降直直到到转转速速

40、为为零零而而停停车车。这这种种停停车车过过程程需需时较长，不能满足生产机械快速、准确停车的要求；时较长，不能满足生产机械快速、准确停车的要求；2 2）制动：制动：外加阻力转矩，使电动机迅速停车。为了提高生外加阻力转矩，使电动机迅速停车。为了提高生产效率，保证产品质量，需要加快停车过程，实现准确停产效率，保证产品质量，需要加快停车过程，实现准确停车等，要求电动机运行在制动状态，常简称为电动机的制车等，要求电动机运行在制动状态，常简称为电动机的制动。动。第67页/共82页68几个基本的概念几个基本的概念就能量转换观点看，电动机有两种运转状态。就能量转换观点看，电动机有两种运转状态。3 3电动机的两

41、种运转状态电动机的两种运转状态1)1)电动状态：电动状态：电动机输出转矩的作用方向与转速的方向相同。电动机输出转矩的作用方向与转速的方向相同。此时电动机输出转矩为拖动转矩，负载为阻转矩此时电动机输出转矩为拖动转矩，负载为阻转矩.电动机的作用是将电能转换机械能。电动机的作用是将电能转换机械能。故称电动机的这种状态为电动状态。故称电动机的这种状态为电动状态。2 2）制动状态：制动状态：电动机输出转矩的作用方向与转速的方向相反。电动机输出转矩的作用方向与转速的方向相反。此时，电动机的输出转矩为阻转矩，负载为拖动转矩此时，电动机的输出转矩为阻转矩，负载为拖动转矩.电动机的作用是吸收或消耗负载的机械能。

42、电动机的作用是吸收或消耗负载的机械能。故称电动机的这种工作状态为制动状态。故称电动机的这种工作状态为制动状态。电动状态制动状态第68页/共82页69他励电动机的制动他励电动机的制动4 4、两种制动形式：、两种制动形式：1 1）稳定的）稳定的制动状态：制动状态：如：电动机放下重物时，为限制下降速度，电动机的转速不变如：电动机放下重物时，为限制下降速度，电动机的转速不变2 2）过渡的过渡的制动状态：制动状态：如：降速或停车制动时，电动机的转速是变化的如：降速或停车制动时，电动机的转速是变化的 二者都是电动机发出与转速方向相反的转矩，二者都是电动机发出与转速方向相反的转矩，吸收或消耗负载的机械能 速

43、度是否变化是二者的根本区别！速度是否变化是二者的根本区别！5 5、三种制动方法、三种制动方法：反馈制动反馈制动 反接制动反接制动 能耗制动能耗制动第69页/共82页70他励电动机的反馈制动他励电动机的反馈制动电动机正常接法时，在外部条件作用下如电动机正常接法时，在外部条件作用下如果运行速度高于其理想空载转速，此时电果运行速度高于其理想空载转速，此时电动机工作于动机工作于反馈制动状态。反馈制动状态。外力推动电机加速运转外力推动电机加速运转，使得稳定转速，使得稳定转速高于理想空载转速，此时电动机产生的反高于理想空载转速，此时电动机产生的反电势高于电枢电压，电流方向和正常状态电势高于电枢电压，电流方

44、向和正常状态相反，如电车下坡。相反，如电车下坡。电动机电枢电压突然降低电动机电枢电压突然降低，低于此时电，低于此时电动机产生的反电势，也会使得电枢电流方动机产生的反电势，也会使得电枢电流方向相反。向相反。提问：nn0,哪些物理量发生变化？第70页/共82页71降压反馈制动降压反馈制动电动机电枢电压突然降低，低于此时电动机产生的反电势，电动机电枢电压突然降低，低于此时电动机产生的反电势，也会使得电枢电流方向相反。也会使得电枢电流方向相反。第71页/共82页72匀速下放重物反馈制动匀速下放重物反馈制动卷扬机下放重物时，和电车下坡相似。卷扬机下放重物时，和电车下坡相似。串接电阻是为了限制重物下降速度

45、。但nn0，运行不安全正转时，特性在第一象限，电动机提升重物；改变电源极性，理想空载转速为-n0,特性在第三象限，电动机反转第72页/共82页732、他励电动机的反接制动、他励电动机的反接制动在外部条件作用下，反电势在外部条件作用下，反电势E E和电枢电压和电枢电压U U有一个改变方向，使得有一个改变方向，使得U U和和E E的的方向相同，电动机运行于反接制动状态。方向相同，电动机运行于反接制动状态。将改变电枢电压产生的反接制动称为将改变电枢电压产生的反接制动称为电源反接制动电源反接制动，用于快速停车。，用于快速停车。将改变反电势产生的反接制动称为将改变反电势产生的反接制动称为倒拉反接制动倒拉

46、反接制动，用于重物下放。，用于重物下放。第73页/共82页74他励电动机的电源反接制动他励电动机的电源反接制动特点：制动电流大特点：制动电流大 制动转矩大制动转矩大不能自动停车，易反转不能自动停车，易反转第74页/共82页75他励电动机的倒拉反接制动他励电动机的倒拉反接制动缺点：缺点：特性软，速度与特性软，速度与T TL L和电阻有关，匹配不好，重物不能下降。和电阻有关，匹配不好，重物不能下降。为什么？为什么？1 1）a a点为提重物上升点为提重物上升2 2）为了放下重物，在）为了放下重物，在电枢回路串入电阻，此电枢回路串入电阻，此时特性曲线为时特性曲线为2 23 3）此时速度不能突）此时速度

47、不能突变，反电势也不能突变，反电势也不能突变，变，T T变小，电机减速变小，电机减速4 4）电机减速到）电机减速到d d点，速度为点，速度为0 0，如果此时切断电源，电机，如果此时切断电源，电机停止，否则电机反转，重物下降直到道稳定点停止，否则电机反转，重物下降直到道稳定点b b。第75页/共82页763、他励电动机的能耗制动、他励电动机的能耗制动能耗制动：为了准确停车能耗制动：为了准确停车和下放重物，去掉电动机的电和下放重物，去掉电动机的电枢电源，并串上一电阻，使电枢电源，并串上一电阻，使电机产生一反向转矩，工作于制机产生一反向转矩，工作于制动状态。动状态。特点：特点：对于反抗性负载，准确停

48、车。对于反抗性负载，准确停车。对于位能负载，低速准确下对于位能负载，低速准确下放重物。放重物。第76页/共82页77练习：练习：一台他励直流电动机的数据如下：一台他励直流电动机的数据如下：P PN N=29KW,=29KW,U UN N=440V,I=440V,IN N=76.2A,n=76.2A,nN N=1050r/min,R=1050r/min,Ra a=0.393=0.393欧。欧。（1)1)电动机带电动机带位能负载位能负载，在固有机械特性上作，在固有机械特性上作反馈制反馈制动动下放重物，下放重物，I Ia a60A60A，求电动机反向下放速度。求电动机反向下放速度。（2)2)电动机带

49、电动机带位能负载，作反接制动位能负载，作反接制动下放，下放，I Ia a=50A=50A时，时，转速转速n=-600r/minn=-600r/min，求串接在电枢回路中的电阻、求串接在电枢回路中的电阻、电网的输入功率、轴上的输出功率及电阻上消耗的电网的输入功率、轴上的输出功率及电阻上消耗的功率。功率。（3)3)电动机电动机带反抗负载带反抗负载，从，从n=500r/minn=500r/min进行进行能耗制能耗制动动，若其最大制动电流限制在，若其最大制动电流限制在100100A A，试计算串接在试计算串接在电枢回路中的电阻值。电枢回路中的电阻值。第77页/共82页78一台他励直流电动机的数据如下：

50、一台他励直流电动机的数据如下：P PN N=29KW,U=29KW,UN N=440V,=440V,I IN N=76.2A,n=76.2A,nN N=1050r/min,R=1050r/min,Ra a=0.393=0.393欧。欧。（1)1)电动机带电动机带位能负载位能负载，在固有机械特性上作，在固有机械特性上作反馈制动反馈制动下放下放重物，重物，I Ia a60A60A，求电动机反向下放速度。求电动机反向下放速度。（2)2)电动机带电动机带位能负载，作反接制动位能负载，作反接制动下放，下放，I Ia a=50A=50A时，转速时，转速 n=-600r/minn=-600r/min，求串接