第三章 直流电动机的启动、制动

第第3章章 直流电机的起动、调速和制动直流电机的起动、调速和制动3.1 直流电动机的起动直流电动机的起动3.2 直流电动机的调速直流电动机的调速3.3 直流电动机的制动直流电动机的制动3.4 直流电动机的各种运行状态直流电动机的各种运行状态3.5 电力拖动系统的过渡过程电力拖动系统的过渡过程小结小结3-3-1 13.1 直流电动机的起动直流电动机的起动3-3-2 23.1.1 直接起动直接起动3.1.2 电枢回路串电阻起动电枢回路串电阻起动3.1.3 降电压起动降电压起动电动机接上电源后，转速从零到达稳定转速的过程称为起动过电动机接上电源后，转速从零到达稳定转速的过程称为起动过电动机接上电源后，转速从零到达稳定转速的过程称为起动过电动机接上电源后，转速从零到达稳定转速的过程称为起动过程程程程起动的原则：起动的原则：起动的原则：起动的原则：1 1）起动转矩足够大；）起动转矩足够大；）起动转矩足够大；）起动转矩足够大；2 2）起动电流小；）起动电流小；）起动电流小；）起动电流小；3 3）起动设备简单，可靠，经济。）起动设备简单，可靠，经济。）起动设备简单，可靠，经济。）起动设备简单，可靠，经济。3.1.1 直直接接起动起动3-3-3 3不采取任何限流措施，直接加额定电压的起动称直接起动不采取任何限流措施，直接加额定电压的起动称直接起动不采取任何限流措施，直接加额定电压的起动称直接起动不采取任何限流措施，直接加额定电压的起动称直接起动直接起动的直接起动的直接起动的直接起动的优点优点优点优点:起动转矩很大，不需另加起动设备，操作简便。起动转矩很大，不需另加起动设备，操作简便。起动转矩很大，不需另加起动设备，操作简便。起动转矩很大，不需另加起动设备，操作简便。缺点缺点缺点缺点：起动电流很大，一般可达额定的：起动电流很大，一般可达额定的：起动电流很大，一般可达额定的：起动电流很大，一般可达额定的10102020倍。倍。倍。倍。n=0,En=0,Ea a=C Ce enn=0,=0,I Ia a=(U-E=(U-Ea a)/R)/Ra a=U/R=U/Ra a结论结论结论结论：1)1)换向情况恶化，产生严重的火花换向情况恶化，产生严重的火花换向情况恶化，产生严重的火花换向情况恶化，产生严重的火花,损坏换向器损坏换向器损坏换向器损坏换向器 2)2)过大转矩将损坏拖动系统的传动机构过大转矩将损坏拖动系统的传动机构过大转矩将损坏拖动系统的传动机构过大转矩将损坏拖动系统的传动机构 3)3)因此在起动时，除低压、小容量外，因此在起动时，除低压、小容量外，因此在起动时，除低压、小容量外，因此在起动时，除低压、小容量外，DCMDCM一般不容许一般不容许一般不容许一般不容许直接起动。必须设法限制电枢电流。直接起动。必须设法限制电枢电流。直接起动。必须设法限制电枢电流。直接起动。必须设法限制电枢电流。4 4）DCMDCM起动和运行中须保证励磁始终正常。起动和运行中须保证励磁始终正常。起动和运行中须保证励磁始终正常。起动和运行中须保证励磁始终正常。simulationsimulation3.1.2 电枢回路串电阻电枢回路串电阻起动起动3-3-4 4最初起动电流：最初起动电流：最初起动电流：最初起动电流：I Ist st=U/(=U/(R Ra a+R+Rst st)最初起动转矩：最初起动转矩：最初起动转矩：最初起动转矩：T Tst st=C CT TIIst st 为了在限定的电流为了在限定的电流为了在限定的电流为了在限定的电流I Ist st下获得较大的起动转矩下获得较大的起动转矩下获得较大的起动转矩下获得较大的起动转矩T Tst st,应该使磁通应该使磁通应该使磁通应该使磁通尽尽尽尽可能大些，因此起动时串联在励磁回路的电阻应全部切除。可能大些，因此起动时串联在励磁回路的电阻应全部切除。可能大些，因此起动时串联在励磁回路的电阻应全部切除。可能大些，因此起动时串联在励磁回路的电阻应全部切除。有了一定的转速有了一定的转速有了一定的转速有了一定的转速n n后，电势后，电势后，电势后，电势E Ea a不再为不再为不再为不再为0 0，电流，电流，电流，电流I Ist st会逐步减小，转矩会逐步减小，转矩会逐步减小，转矩会逐步减小，转矩T Tst st也会逐步减小。也会逐步减小。也会逐步减小。也会逐步减小。为了在起动过程中始终保持足够大的起动转矩，一般将起动器设为了在起动过程中始终保持足够大的起动转矩，一般将起动器设为了在起动过程中始终保持足够大的起动转矩，一般将起动器设为了在起动过程中始终保持足够大的起动转矩，一般将起动器设计为多级，随着转速计为多级，随着转速计为多级，随着转速计为多级，随着转速n n的增大，串在电枢回路的起动电阻的增大，串在电枢回路的起动电阻的增大，串在电枢回路的起动电阻的增大，串在电枢回路的起动电阻R Rst st逐级逐级逐级逐级切除，进入稳态后全部切除。切除，进入稳态后全部切除。切除，进入稳态后全部切除。切除，进入稳态后全部切除。起动电阻起动电阻起动电阻起动电阻R Rst st一般设计为短时运行方式，不容许长时间通过较大一般设计为短时运行方式，不容许长时间通过较大一般设计为短时运行方式，不容许长时间通过较大一般设计为短时运行方式，不容许长时间通过较大的电流。的电流。的电流。的电流。3.1.2 电枢回路串电阻电枢回路串电阻起动起动3-3-5 5分级起动时分级起动时可将每一级的可将每一级的 I1（或或 T1）与与 I2(或或 T2)取得大小一致，取得大小一致，以使电动机有比较均匀的加速以使电动机有比较均匀的加速度，度，这能改善电动机的换向情况，这能改善电动机的换向情况，缓和转矩对传动机构与工作机缓和转矩对传动机构与工作机械的有害冲击械的有害冲击simulationsimulation动画来自动画来自动画来自动画来自http:/202.120.159.3/kejian/caisong/http:/202.120.159.3/kejian/caisong/3.1.2 降降电压电压起动起动3-3-6 6对于他励直流电动机，可以采用专门设备降低电枢回路的对于他励直流电动机，可以采用专门设备降低电枢回路的对于他励直流电动机，可以采用专门设备降低电枢回路的对于他励直流电动机，可以采用专门设备降低电枢回路的电压以减小起动电流电压以减小起动电流电压以减小起动电流电压以减小起动电流,适用于电动机的直流电源是可调的适用于电动机的直流电源是可调的适用于电动机的直流电源是可调的适用于电动机的直流电源是可调的3.2 直流电动机的调直流电动机的调速速3-3-7 73.2.1电枢串电阻调速电枢串电阻调速3.2.2 改变电枢电源电压调速改变电枢电源电压调速3.2.3 弱磁调速弱磁调速3.2.4 调速的性能指标调速的性能指标拖动一定的负载运行，其转速由工作点决定。如果调节某些参数，拖动一定的负载运行，其转速由工作点决定。如果调节某些参数，拖动一定的负载运行，其转速由工作点决定。如果调节某些参数，拖动一定的负载运行，其转速由工作点决定。如果调节某些参数，则可以改变转速。则可以改变转速。则可以改变转速。则可以改变转速。n=U/(Cn=U/(Ce e)-(R)-(Ra a+R+Rp p)/(C)/(Ce eC CT T2 2)T=)T=n n0 0-T-T 实质上都是改变了电动机的机械特性，使之与负载机械特性的交实质上都是改变了电动机的机械特性，使之与负载机械特性的交实质上都是改变了电动机的机械特性，使之与负载机械特性的交实质上都是改变了电动机的机械特性，使之与负载机械特性的交点改变，达到调速的目的。点改变，达到调速的目的。点改变，达到调速的目的。点改变，达到调速的目的。3.2.1电枢串电阻调速电枢串电阻调速3-3-8 8 调节电阻调节电阻调节电阻调节电阻R Rp p增大时，电动机机械增大时，电动机机械增大时，电动机机械增大时，电动机机械特性的斜率增大，与负载机械特性特性的斜率增大，与负载机械特性特性的斜率增大，与负载机械特性特性的斜率增大，与负载机械特性的交点也会改变，达到调速目的。的交点也会改变，达到调速目的。的交点也会改变，达到调速目的。的交点也会改变，达到调速目的。优点：优点：优点：优点：设备简单、操作简单。设备简单、操作简单。设备简单、操作简单。设备简单、操作简单。缺点缺点缺点缺点：只能降速，低转速时变化率较大，电枢电流较大，：只能降速，低转速时变化率较大，电枢电流较大，：只能降速，低转速时变化率较大，电枢电流较大，：只能降速，低转速时变化率较大，电枢电流较大，不易连续调速，有损耗。不易连续调速，有损耗。不易连续调速，有损耗。不易连续调速，有损耗。simulationsimulation3.2.2 改变电枢电源电压调改变电枢电源电压调速速3-3-9 9因为，提高电动机电枢端电压受到因为，提高电动机电枢端电压受到因为，提高电动机电枢端电压受到因为，提高电动机电枢端电压受到绕组绝缘耐压的限制绕组绝缘耐压的限制绕组绝缘耐压的限制绕组绝缘耐压的限制所以，根据规定电枢电压只容许比所以，根据规定电枢电压只容许比所以，根据规定电枢电压只容许比所以，根据规定电枢电压只容许比额定电压提高额定电压提高额定电压提高额定电压提高 30%30%，实际上改变实际上改变实际上改变实际上改变 U Ua a 应用在降压的方向，应用在降压的方向，应用在降压的方向，应用在降压的方向，即从额定转速向下调速。即从额定转速向下调速。即从额定转速向下调速。即从额定转速向下调速。降低电枢电压时，电动机机械特性降低电枢电压时，电动机机械特性降低电枢电压时，电动机机械特性降低电枢电压时，电动机机械特性平行下移。负载不变时，交点也下平行下移。负载不变时，交点也下平行下移。负载不变时，交点也下平行下移。负载不变时，交点也下移，速度也随之改变。移，速度也随之改变。移，速度也随之改变。移，速度也随之改变。3.2.2 改变电枢电源电压调速改变电枢电源电压调速3-3-1010电枢由晶闸管整流供电的直流调速电枢由晶闸管整流供电的直流调速电枢由晶闸管整流供电的直流调速电枢由晶闸管整流供电的直流调速晶闸管装置调节发电机励磁的发晶闸管装置调节发电机励磁的发晶闸管装置调节发电机励磁的发晶闸管装置调节发电机励磁的发电机电机电机电机-电动机机组调速电动机机组调速电动机机组调速电动机机组调速优点：优点：优点：优点：调速后，转速稳定性不变、无级、平滑、损耗小。调速后，转速稳定性不变、无级、平滑、损耗小。调速后，转速稳定性不变、无级、平滑、损耗小。调速后，转速稳定性不变、无级、平滑、损耗小。缺点：缺点：缺点：缺点：只能下调，且专门设只能下调，且专门设只能下调，且专门设只能下调，且专门设备，成本大。（可控硅调压备，成本大。（可控硅调压备，成本大。（可控硅调压备，成本大。（可控硅调压调速系统）调速系统）调速系统）调速系统）3.2.3 弱磁调速弱磁调速3-3-1111减少励磁电流时，磁通减少励磁电流时，磁通减少励磁电流时，磁通减少励磁电流时，磁通减少，电动机机械特性减少，电动机机械特性减少，电动机机械特性减少，电动机机械特性n n0 0点和点和点和点和斜率增大。负载不变时，交点也下移，速度也随之改斜率增大。负载不变时，交点也下移，速度也随之改斜率增大。负载不变时，交点也下移，速度也随之改斜率增大。负载不变时，交点也下移，速度也随之改变。变。变。变。因为，一般电动机的额因为，一般电动机的额因为，一般电动机的额因为，一般电动机的额定磁通已设计得使铁心定磁通已设计得使铁心定磁通已设计得使铁心定磁通已设计得使铁心接近饱和，接近饱和，接近饱和，接近饱和，所以，改变磁通一般应所以，改变磁通一般应所以，改变磁通一般应所以，改变磁通一般应用在弱磁的方向，称为用在弱磁的方向，称为用在弱磁的方向，称为用在弱磁的方向，称为弱磁调速，弱磁调速，弱磁调速，弱磁调速，一般可以使转速从额定一般可以使转速从额定一般可以使转速从额定一般可以使转速从额定值向上调节值向上调节值向上调节值向上调节3.2.3 弱磁调速弱磁调速3-3-1212优点：优点：优点：优点：对功率较小的励磁电路对功率较小的励磁电路对功率较小的励磁电路对功率较小的励磁电路进行调节进行调节进行调节进行调节;控制方便控制方便控制方便控制方便;能量损耗小能量损耗小能量损耗小能量损耗小;调速的平滑性较调速的平滑性较调速的平滑性较调速的平滑性较高。高。高。高。常和额定转速以下的降压调速常和额定转速以下的降压调速常和额定转速以下的降压调速常和额定转速以下的降压调速配合应用，以扩大调速范围配合应用，以扩大调速范围配合应用，以扩大调速范围配合应用，以扩大调速范围缺点缺点缺点缺点：只能上调。：只能上调。：只能上调。：只能上调。3.2.4 调速的性能指标调速的性能指标3-3-13131 1 调速范围调速范围调速范围调速范围D D电动机在额定负载下，电动机在额定负载下，电动机在额定负载下，电动机在额定负载下，最大转最大转最大转最大转速速速速 n nmaxmax 与最小转速与最小转速与最小转速与最小转速 n nminmin 之比，之比，之比，之比，对负载很轻的生产机械，对负载很轻的生产机械，对负载很轻的生产机械，对负载很轻的生产机械，可用实际负载下的最高与最低可用实际负载下的最高与最低可用实际负载下的最高与最低可用实际负载下的最高与最低转速来计算转速来计算转速来计算转速来计算3.2.4 调速的性能指标调速的性能指标3-3-14141 1 调速范围调速范围调速范围调速范围D D不同生产机械要求的调速范围不同生产机械要求的调速范围生产机械类型生产机械类型生产机械类型生产机械类型调速范围调速范围调速范围调速范围车床车床车床车床20-12020-120龙门刨床龙门刨床龙门刨床龙门刨床10-4010-40机床的进给机构机床的进给机构机床的进给机构机床的进给机构5-2005-200轧钢机轧钢机轧钢机轧钢机3-1203-120造纸机造纸机造纸机造纸机3-203-203.2.4 调速的性能指标调速的性能指标3-3-15152 2 静差率静差率静差率静差率 相对稳定性的程度用静差率相对稳定性的程度用静差率相对稳定性的程度用静差率相对稳定性的程度用静差率 来表示，是电动机在同一条机来表示，是电动机在同一条机来表示，是电动机在同一条机来表示，是电动机在同一条机械特性上额定负载时转速降落械特性上额定负载时转速降落械特性上额定负载时转速降落械特性上额定负载时转速降落nn与该机械特性的理想空载与该机械特性的理想空载与该机械特性的理想空载与该机械特性的理想空载转速转速转速转速N N0 0之之之之比。表明负载变化引比。表明负载变化引比。表明负载变化引比。表明负载变化引起转速变化的大小程度，静差起转速变化的大小程度，静差起转速变化的大小程度，静差起转速变化的大小程度，静差率与调速范围是互相联系的两率与调速范围是互相联系的两率与调速范围是互相联系的两率与调速范围是互相联系的两项指标，项指标，项指标，项指标，系统可能达到最低速系统可能达到最低速系统可能达到最低速系统可能达到最低速 n nminmin 决决决决定于低速特性的静差率定于低速特性的静差率定于低速特性的静差率定于低速特性的静差率调速范围调速范围调速范围调速范围 D D 与低速静差率与低速静差率与低速静差率与低速静差率 间的关系。间的关系。间的关系。间的关系。0TeNTen0an0bab nNa nNb nO不同转速下的静差率静差率与机械特性硬度的区别 然而静差率和机然而静差率和机然而静差率和机然而静差率和机械特性硬度又是有区械特性硬度又是有区械特性硬度又是有区械特性硬度又是有区别的。一般调压调速别的。一般调压调速别的。一般调压调速别的。一般调压调速系统在不同转速下的系统在不同转速下的系统在不同转速下的系统在不同转速下的机械特性是互相平行机械特性是互相平行机械特性是互相平行机械特性是互相平行的的的的 。对于同样硬度的。对于同样硬度的。对于同样硬度的。对于同样硬度的特性，理想空载转速特性，理想空载转速特性，理想空载转速特性，理想空载转速越低时，静差率越大，越低时，静差率越大，越低时，静差率越大，越低时，静差率越大，转速的相对稳定度也转速的相对稳定度也转速的相对稳定度也转速的相对稳定度也就越差。就越差。就越差。就越差。3.2.4 调速的性能指标调速的性能指标n n例如：在例如：在例如：在例如：在1000r/min1000r/min时降落时降落时降落时降落10r/min10r/min，只占只占只占只占1%1%；在；在；在；在100r/min100r/min时同样降落时同样降落时同样降落时同样降落10r/min10r/min，就占就占就占就占10%10%；如果在只有；如果在只有；如果在只有；如果在只有10r/min10r/min时，再降落时，再降落时，再降落时，再降落10r/min10r/min，就占就占就占就占100%100%，这时电动机已经停止转动，转，这时电动机已经停止转动，转，这时电动机已经停止转动，转，这时电动机已经停止转动，转速全部降落完了。速全部降落完了。速全部降落完了。速全部降落完了。因此，调速范围和静差率这两项指标因此，调速范围和静差率这两项指标并不是彼此孤立的，必须同时提才有意义。并不是彼此孤立的，必须同时提才有意义。调速系统的静差率指标应以最低速时所能调速系统的静差率指标应以最低速时所能达到的数值为准。达到的数值为准。静差率与机械特性硬度的区别静差率与机械特性硬度的区别3.2.4 调速的性能指标调速的性能指标3-3-17173.2.4 调速的性能指标调速的性能指标 设：电机额定转速设：电机额定转速nN为最高转速，转速降落为为最高转速，转速降落为 nN，则按则按照上面分析的结果，该系统的静差率应该是最低速时的静照上面分析的结果，该系统的静差率应该是最低速时的静差率，即差率，即调速范围、静差率和额定速降之间的关系3-3-1818 表示调压调速系统的调速范围、静差率和表示调压调速系统的调速范围、静差率和额定速降之间所应满足的关系。对于同一额定速降之间所应满足的关系。对于同一个调速系统，个调速系统，nN 值一定，由式可见，如值一定，由式可见，如果对静差率要求越严，即要求果对静差率要求越严，即要求 s 值越小时，值越小时，系统能够允许的调速范围也越小系统能够允许的调速范围也越小。3.2.4 调速的性能指标调速的性能指标结论 一个调速系统的调速范围，是指在最低一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足所需静差率的转速可调范围。速时还能满足所需静差率的转速可调范围。3-3-1919例例题题3-1 某某直直流流调调速速系系统统电电动动机机额额定定转转速速为为，额额定定速速降降 nN=115r/min，当当要要求求静静差差率率s30%时时，允允许许多多大大的的调调速速范范围围？如如果果要要求求静静差差率率s 20%，则则调调速速范范围围是是多多少少？如如果果希希望望调调速速范范围围达达到到10，所所能能满满足足的的静静差率是多少？差率是多少？3.2.4 调速的性能指标调速的性能指标3-3-2020解解 要求s 30%时，调速范围为 若要求s 20%，则调速范围只有若调速范围达到10，则静差率只能是3.2.4 调速的性能指标调速的性能指标3-3-21213.2.4 调速的性能指标调速的性能指标3-3-22223 3 调速的平滑性调速的平滑性调速的平滑性调速的平滑性调速的级数愈多则认为调速愈平滑，用平滑系数调速的级数愈多则认为调速愈平滑，用平滑系数调速的级数愈多则认为调速愈平滑，用平滑系数调速的级数愈多则认为调速愈平滑，用平滑系数 ，即相邻两级转速后线速度之比来衡量即相邻两级转速后线速度之比来衡量即相邻两级转速后线速度之比来衡量即相邻两级转速后线速度之比来衡量j j j j=1=1=1=1 时称为无级调速，此时转速连续可调。时称为无级调速，此时转速连续可调。时称为无级调速，此时转速连续可调。时称为无级调速，此时转速连续可调。3.2.4 调速的性能指标调速的性能指标3-3-23234 4 调速时的容许输出调速时的容许输出调速时的容许输出调速时的容许输出调调调调速速速速运运运运行行行行中中中中在在在在额额额额定定定定电电电电流流流流状状状状态态态态下下下下，电电电电动动动动机机机机轴轴轴轴上上上上输输输输出出出出转转转转矩矩矩矩与与与与输输输输出出出出功功功功率。率。率。率。1 1）恒转矩调速方式）恒转矩调速方式）恒转矩调速方式）恒转矩调速方式2 2）恒功率调速方式）恒功率调速方式）恒功率调速方式）恒功率调速方式3.2.4 调速的性能指标调速的性能指标3-3-24244 4 调速时的容许输出调速时的容许输出调速时的容许输出调速时的容许输出3 3）恒转矩调速的配合）恒转矩调速的配合）恒转矩调速的配合）恒转矩调速的配合恒转矩负载时恒转矩负载时恒转矩负载时恒转矩负载时，按，按，按，按 电动机在电动机在电动机在电动机在D D范围内任何范围内任何范围内任何范围内任何n n下都可带额定负载。下都可带额定负载。下都可带额定负载。下都可带额定负载。恒功率负载时恒功率负载时恒功率负载时恒功率负载时仍须按仍须按仍须按仍须按D D的的的的D D范围内任何范围内任何范围内任何范围内任何n n下实际需要输出功率下实际需要输出功率下实际需要输出功率下实际需要输出功率 若选择调压调速，电动机须按若选择调压调速，电动机须按若选择调压调速，电动机须按若选择调压调速，电动机须按 选择。选择。选择。选择。选择电动机，造成浪费，选择电动机，造成浪费，选择电动机，造成浪费，选择电动机，造成浪费，3.2.4 调速的性能指标调速的性能指标3-3-25254 4 调速时的容许输出调速时的容许输出调速时的容许输出调速时的容许输出4 4）恒功率调速的配合）恒功率调速的配合）恒功率调速的配合）恒功率调速的配合电动机在电动机在电动机在电动机在D D范围内任何范围内任何范围内任何范围内任何n n下都可带额定负载。下都可带额定负载。下都可带额定负载。下都可带额定负载。恒转矩负载时恒转矩负载时恒转矩负载时恒转矩负载时，按，按，按，按 恒功率负载时恒功率负载时恒功率负载时恒功率负载时电动机工作在电动机工作在电动机工作在电动机工作在n nminmin时，电动机的功率比负载大时，电动机的功率比负载大时，电动机的功率比负载大时，电动机的功率比负载大D D倍。倍。倍。倍。3.2.4 调速的性能指标调速的性能指标3-3-26265 5 调速的经济性调速的经济性调速的经济性调速的经济性1)设备投资设备投资2)运行费用运行费用运行费用决定于调速过程的损耗，用效率运行费用决定于调速过程的损耗，用效率h h来说明来说明3.2.4 调速的性能指标调速的性能指标3-3-2727调速方法调速方法调速方法调速方法电枢串电阻电枢串电阻电枢串电阻电枢串电阻改变电枢电压改变电枢电压改变电枢电压改变电枢电压弱磁弱磁弱磁弱磁调速方向调速方向调速方向调速方向基速基速基速基速以下以下以下以下基速以下基速以下基速以下基速以下基速以上基速以上基速以上基速以上静差率静差率静差率静差率大大大大小小小小较小较小较小较小调速范围调速范围调速范围调速范围小小小小较大较大较大较大(48)(48)较小较小较小较小(1.24)(1.24)调速平滑性调速平滑性调速平滑性调速平滑性差差差差好好好好好好好好适应负载类型适应负载类型适应负载类型适应负载类型恒恒恒恒转矩负载转矩负载转矩负载转矩负载恒转矩负载恒转矩负载恒转矩负载恒转矩负载恒功率负载恒功率负载恒功率负载恒功率负载设备投资设备投资设备投资设备投资少少少少多多多多较小较小较小较小电能损耗电能损耗电能损耗电能损耗大大大大小小小小小小小小调速性能比较调速性能比较调速性能比较调速性能比较3.3 直流电动机的制动直流电动机的制动3-3-28283.3.1 能耗制动能耗制动3.3.2 反接反接制动制动3.3.3 倒拉反转制动运行倒拉反转制动运行3.3.4 回馈制动回馈制动制动运转状态制动运转状态制动运转状态制动运转状态 转矩转矩转矩转矩 T T 与转速与转速与转速与转速 n n 的方向相反的方向相反的方向相反的方向相反,电动机吸收机械能并转化为电电动机吸收机械能并转化为电电动机吸收机械能并转化为电电动机吸收机械能并转化为电能使电动机生产一个负的转矩能使电动机生产一个负的转矩能使电动机生产一个负的转矩能使电动机生产一个负的转矩(即制动转矩即制动转矩即制动转矩即制动转矩)，以增加减速度，以增加减速度，以增加减速度，以增加减速度，1 1）使系统较快地停下。）使系统较快地停下。）使系统较快地停下。）使系统较快地停下。2 2）使位能负载的工作机构获得稳定的下放速度）使位能负载的工作机构获得稳定的下放速度）使位能负载的工作机构获得稳定的下放速度）使位能负载的工作机构获得稳定的下放速度3.3.1 能耗制动能耗制动3-3-29291.1.能耗制动的原理能耗制动的原理能耗制动的原理能耗制动的原理电路特点电路特点电路特点电路特点 U=0U=0U=0U=0，制动过制动过制动过制动过程中，电动机靠系统的动程中，电动机靠系统的动程中，电动机靠系统的动程中，电动机靠系统的动能发电，转化成发电机工能发电，转化成发电机工能发电，转化成发电机工能发电，转化成发电机工作状态，把动能变成电能，作状态，把动能变成电能，作状态，把动能变成电能，作状态，把动能变成电能，消耗在电枢回路的电阻上，消耗在电枢回路的电阻上，消耗在电枢回路的电阻上，消耗在电枢回路的电阻上，因此称为能耗制动因此称为能耗制动因此称为能耗制动因此称为能耗制动实现：实现：U0，电枢回路串入电阻电枢回路串入电阻 3.3.1 能耗制动能耗制动3-3-3030simulationsimulation制动电阻制动电阻制动电阻制动电阻 R Rz z 愈小，则机械特性愈愈小，则机械特性愈愈小，则机械特性愈愈小，则机械特性愈平，平，平，平，T T1 1 绝对值愈大，制动愈快绝对值愈大，制动愈快绝对值愈大，制动愈快绝对值愈大，制动愈快2.2.能耗制动的机械特性能耗制动的机械特性能耗制动的机械特性能耗制动的机械特性对于位能性负载，将实现反转，对于位能性负载，将实现反转，对于位能性负载，将实现反转，对于位能性负载，将实现反转，即能耗制动运行。即能耗制动运行。即能耗制动运行。即能耗制动运行。3.3.1 能耗制动能耗制动3-3-31313.3.能耗制动电阻的计算能耗制动电阻的计算能耗制动电阻的计算能耗制动电阻的计算制动电阻制动电阻制动电阻制动电阻 R Rc c 愈小，则机械特性愈平，愈小，则机械特性愈平，愈小，则机械特性愈平，愈小，则机械特性愈平，T T1 1 绝对值愈大，制绝对值愈大，制绝对值愈大，制绝对值愈大，制动愈快，但动愈快，但动愈快，但动愈快，但I Ia a将超过电动机最大允许电流。将超过电动机最大允许电流。将超过电动机最大允许电流。将超过电动机最大允许电流。制动电阻制动电阻制动电阻制动电阻 R Rc c 通常可由制动初始所要求的最大制动转矩或者通常可由制动初始所要求的最大制动转矩或者通常可由制动初始所要求的最大制动转矩或者通常可由制动初始所要求的最大制动转矩或者电流求出。电流求出。电流求出。电流求出。3.3.2 反接制动反接制动3-3-32321.1.反接制动的原理反接制动的原理反接制动的原理反接制动的原理实实实实现现现现：电电电电枢枢枢枢电电电电压压压压或或或或电电电电动动动动势势势势极极极极性性性性突突突突然然然然改改改改变变变变（励磁反向）（励磁反向）（励磁反向）（励磁反向）电电电电枢枢枢枢电电电电压压压压和和和和电电电电动动动动势势势势顺顺顺顺极极极极性性性性串串串串联联联联；反反反反接接接接时必须采取限制电枢电流的措施。时必须采取限制电枢电流的措施。时必须采取限制电枢电流的措施。时必须采取限制电枢电流的措施。功率平衡：功率平衡：功率平衡：功率平衡：轴轴轴轴上上上上机机机机械械械械功功功功率率率率通通通通过过过过电电电电机机机机转转转转换换换换为为为为电电电电磁磁磁磁功功功功率率率率后后后后，连连连连同同同同电电电电网网网网输输输输入入入入功率全部消耗于电阻功率全部消耗于电阻功率全部消耗于电阻功率全部消耗于电阻 3.3.2 反接制动反接制动3-3-33332.2.反接制动的机械特性反接制动的机械特性反接制动的机械特性反接制动的机械特性simulationsimulation反接制动适合要求频繁正、反反接制动适合要求频繁正、反反接制动适合要求频繁正、反反接制动适合要求频繁正、反转的系统。转的系统。转的系统。转的系统。3.3.2 反接制动反接制动3-3-34343.3.反接制动电阻的计算反接制动电阻的计算反接制动电阻的计算反接制动电阻的计算制动电阻制动电阻制动电阻制动电阻 R Rc c 也可由制动初始所要求也可由制动初始所要求也可由制动初始所要求也可由制动初始所要求的最大制动转矩或者电流求出。的最大制动转矩或者电流求出。的最大制动转矩或者电流求出。的最大制动转矩或者电流求出。3.3.3倒拉反转制动运行倒拉反转制动运行3-3-35351.1.倒拉反转制动原理倒拉反转制动原理倒拉反转制动原理倒拉反转制动原理他励电动机拖动位能性恒转矩负载运行。他励电动机拖动位能性恒转矩负载运行。他励电动机拖动位能性恒转矩负载运行。他励电动机拖动位能性恒转矩负载运行。电枢支路突然传入较大的电阻，则工作电枢支路突然传入较大的电阻，则工作电枢支路突然传入较大的电阻，则工作电枢支路突然传入较大的电阻，则工作点点点点ABCDABCD，D D点位于第点位于第点位于第点位于第iviv象限，象限，象限，象限，转速为负，电磁转矩为正，属于制动运转速为负，电磁转矩为正，属于制动运转速为负，电磁转矩为正，属于制动运转速为负，电磁转矩为正，属于制动运行。行。行。行。在在在在C C点后，负载转矩大于电磁转矩，转速反向，感应电势也点后，负载转矩大于电磁转矩，转速反向，感应电势也点后，负载转矩大于电磁转矩，转速反向，感应电势也点后，负载转矩大于电磁转矩，转速反向，感应电势也反向，所以称为电势反接制动。这种运行方式通常用在起重反向，所以称为电势反接制动。这种运行方式通常用在起重反向，所以称为电势反接制动。这种运行方式通常用在起重反向，所以称为电势反接制动。这种运行方式通常用在起重设备低速下放物体的场合。电动机的电磁转矩起制动作用，设备低速下放物体的场合。电动机的电磁转矩起制动作用，设备低速下放物体的场合。电动机的电磁转矩起制动作用，设备低速下放物体的场合。电动机的电磁转矩起制动作用，限制了重物的下放速度。限制了重物的下放速度。限制了重物的下放速度。限制了重物的下放速度。轴上机械功率通过电机转换为电磁功率后，连同电网输入功轴上机械功率通过电机转换为电磁功率后，连同电网输入功轴上机械功率通过电机转换为电磁功率后，连同电网输入功轴上机械功率通过电机转换为电磁功率后，连同电网输入功率全部消耗于电阻率全部消耗于电阻率全部消耗于电阻率全部消耗于电阻3.3.3倒拉反转制动运行倒拉反转制动运行3-3-36362.2.倒拉反转制动的机械特性倒拉反转制动的机械特性倒拉反转制动的机械特性倒拉反转制动的机械特性动画来自动画来自动画来自动画来自http:/202.120.159.3/kejian/caisong/http:/202.120.159.3/kejian/caisong/根据下放速度的要求，求出制动电阻根据下放速度的要求，求出制动电阻根据下放速度的要求，求出制动电阻根据下放速度的要求，求出制动电阻 R Rc c的数值。或者也可以根据制动电阻的数值。或者也可以根据制动电阻的数值。或者也可以根据制动电阻的数值。或者也可以根据制动电阻 R Rc c的数值，求出下放速度。的数值，求出下放速度。的数值，求出下放速度。的数值，求出下放速度。simulationsimulation3.3.4 回馈制动回馈制动3-3-37371.1.回馈制动的原理回馈制动的原理回馈制动的原理回馈制动的原理3.3.4 回馈制动回馈制动3-3-38382.2.回馈制动的机械特性回馈制动的机械特性回馈制动的机械特性回馈制动的机械特性simulationsimulation3.3.4 回馈制动回馈制动3-3-39393.3.正向回馈制动正向回馈制动正向回馈制动正向回馈制动他励直流电动机通过降低电压来减速他励直流电动机通过降低电压来减速他励直流电动机通过降低电压来减速他励直流电动机通过降低电压来减速时，若电压下降幅度较大，会使得工时，若电压下降幅度较大，会使得工时，若电压下降幅度较大，会使得工时，若电压下降幅度较大，会使得工作点经过第作点经过第作点经过第作点经过第IIII象限，如图中的象限，如图中的象限，如图中的象限，如图中的BCBC段，段，段，段，转速为正而电磁转矩为负，电动机运转速为正而电磁转矩为负，电动机运转速为正而电磁转矩为负，电动机运转速为正而电磁转矩为负，电动机运行于制动状态。在这一过程中，由于行于制动状态。在这一过程中，由于行于制动状态。在这一过程中，由于行于制动状态。在这一过程中，由于电源电压下降，使得电源电压下降，使得电源电压下降，使得电源电压下降，使得EaU,EaU,电流方向电流方向电流方向电流方向改变，电能从电动机回馈到电源。改变，电能从电动机回馈到电源。改变，电能从电动机回馈到电源。改变，电能从电动机回馈到电源。在电力机车下坡时，由于重力作用使得电动机转速高于原来的在电力机车下坡时，由于重力作用使得电动机转速高于原来的在电力机车下坡时，由于重力作用使得电动机转速高于原来的在电力机车下坡时，由于重力作用使得电动机转速高于原来的空载转速，空载转速，空载转速，空载转速，EaEa增大，超过增大，超过增大，超过增大，超过U U以后，电流也会反向，进入正向回以后，电流也会反向，进入正向回以后，电流也会反向，进入正向回以后，电流也会反向，进入正向回馈制动状态。馈制动状态。馈制动状态。馈制动状态。3.3.4 回馈制动回馈制动3-3-40403.3.反向回馈制动反向回馈制动反向回馈制动反向回馈制动他励电动机拖动位能性恒转矩负载运他励电动机拖动位能性恒转矩负载运他励电动机拖动位能性恒转矩负载运他励电动机拖动位能性恒转矩负载运行。行。行。行。反接电源电压并给电枢支路串入限反接电源电压并给电枢支路串入限反接电源电压并给电枢支路串入限反接电源电压并给电枢支路串入限流电阻。工作点将会稳定在第流电阻。工作点将会稳定在第流电阻。工作点将会稳定在第流电阻。工作点将会稳定在第iviv象限。象限。象限。象限。在在在在D D点，电动机的转速高于理想空载点，电动机的转速高于理想空载点，电动机的转速高于理想空载点，电动机的转速高于理想空载转速，转速，转速，转速，EaUEaU，电流流向电源，属于电流流向电源，属于电流流向电源，属于电流流向电源，属于反向回馈制动。反向回馈制动。反向回馈制动。反向回馈制动。反向回馈制动常用于高速下放重物反向回馈制动常用于高速下放重物反向回馈制动常用于高速下放重物反向回馈制动常用于高速下放重物时限制电机转速。时限制电机转速。时限制电机转速。时限制电机转速。为了限制高速下放速度，一般在回为了限制高速下放速度，一般在回为了限制高速下放速度，一般在回为了限制高速下放速度，一般在回魁制动时，将电枢回路串联的电阻切魁制动时，将电枢回路串联的电阻切魁制动时，将电枢回路串联的电阻切魁制动时，将电枢回路串联的电阻切除。除。除。除。3.4直流电动机的各种运行状态直流电动机的各种运行状态3-3-41413.4.1电动运行状态电动运行状态3.4.2制动运行状态制动运行状态电动机运行状态是指稳定的运行状态，也就是电动机机械电动机运行状态是指稳定的运行状态，也就是电动机机械电动机运行状态是指稳定的运行状态，也就是电动机机械电动机运行状态是指稳定的运行状态，也就是电动机机械特性和负载转矩特性交点所对应的工作状态。特性和负载转矩特性交点所对应的工作状态。特性和负载转矩特性交点所对应的工作状态。特性和负载转矩特性交点所对应的工作状态。3.4.1 电动运行状态电动运行状态3-3-4242电动机转矩电动机转矩电动机转矩电动机转矩 T T 的方向与旋转方向相同的方向与旋转方向相同的方向与旋转方向相同的方向与旋转方向相同,电网向电动机输入电能电网向电动机输入电能电网向电动机输入电能电网向电动机输入电能正向电动正向电动正向电动正向电动反向电动反向电动反向电动反向电动3.4.2 制动运行状态制动运行状态3-3-4343转矩转矩转矩转矩 T T 与转速与转速与转速与转速 n n 的方向相反的方向相反的方向相反的方向相反,电动机吸收机械能并转化为电能电动机吸收机械能并转化为电能电动机吸收机械能并转化为电能电动机吸收机械能并转化为电能三、恒转矩负载四象限运行分析三、恒转矩负载四象限运行分析3-3-4444从从从从A A点串电阻启动到点串电阻启动到点串电阻启动到点串电阻启动到n nN N；在弱磁升速；在弱磁升速；在弱磁升速；在弱磁升速；强磁降速到强磁降速到强磁降速到强磁降速到n nN N；反接反接反接反接或者能耗准确在或者能耗准确在或者能耗准确在或者能耗准确在B B点停车点停车点停车点停车三、恒转矩负载四象限运行分析三、恒转矩负载四象限运行分析3-3-4545三、恒转矩负载四象限运行分析三、恒转矩负载四象限运行分析3-3-46461 1 电机启动加速电机启动加速电机启动加速电机启动加速三、恒转矩负载四象限运行分析三、恒转矩负载四象限运行分析3-3-47472 2 弱磁升速弱磁升速弱磁升速弱磁升速三、恒转矩负载四象限运行分析三、恒转矩负载四象限运行分析3-3-48483 3 强磁降速强磁降速强磁降速强磁降速三、恒转矩负载四象限运行分析三、恒转矩负载四象限运行分析3-3-49494 4 反接反接反接反接制动制动制动制动三、恒转矩负载四象限运行分析三、恒转矩负载四象限运行分析3-3-50505 5 能耗制动能耗制动能耗制动能耗制动四、四、位能负载四象限运行分析位能负载四象限运行分析3-3-5151四、四、位能负载四象限运行分析位能负载四象限运行分析3-3-5252四、四、位能负载四象限运行分析位能负载四象限运行分析3-3-53531 1 提升过程提升过程提升过程提升过程四、四、位能负载四象限运行分析位能负载四象限运行分析3-3-54542 2 重物下放重物下放重物下放重物下放四、四、位能负载四象限运行分析位能负载四象限运行分析3-3-55553 3 空钩空钩空钩空钩提升提升提升提升四、四、位能负载四象限运行分析位能负载四象限运行分析3-3-56564 4 下放空钩下放空钩下放空钩下放空钩3.5电力拖动系统的过渡过程电力拖动系统的过渡过程3-3-5757指电力拖动系统由一个稳定工作状态过渡到另一个稳定工作状指电力拖动系统由一个稳定工作状态过渡到另一个稳定工作状指电力拖动系统由一个稳定工作状态过渡到另一个稳定工作状指电力拖动系统由一个稳定工作状态过渡到另一个稳定工作状态的过程，例如起动、制动、反转、调速、负载突变等过程。态的过程，例如起动、制动、反转、调速、负载突变等过程。态的过程，例如起动、制动、反转、调速、负载突变等过程。态的过程，例如起动、制动、反转、调速、负载突变等过程。过渡过程中，过渡过程中，过渡过程中，过渡过程中，n n、T T、I Ia a 及及及及 P P 均为时间的函数，其变化规律称均为时间的函数，其变化规律称均为时间的函数，其变化规律称均为时间的函数，其变化规律称为电力拖动运行的负载图，负载图是正确选择与校验电动机为电力拖动运行的负载图，负载图是正确选择与校验电动机为电力拖动运行的负载图，负载图是正确选择与校验电动机为电力拖动运行的负载图，负载图是正确选择与校验电动机功率的依据。功率的依据。功率的依据。功率的依据。研究过渡过程可以分析如何缩短过渡过程的时间，从而提研究过渡过程可以分析如何缩短过渡过程的时间，从而提研究过渡过程可以分析如何缩短过渡过程的时间，从而提研究过渡过程可以分析如何缩短过渡过程的时间，从而提高生产率；探讨减小过渡过程损耗的途径，提高电动机的高生产率；探讨减小过渡过程损耗的途径，提高电动机的高生产率；探讨减小过渡过程损耗的途径，提高电动机的高生产率；探讨减小过渡过程损耗的途径，提高电动机的利用率；还可以研究如何改善电力拖动的运行情况，使设利用率；还可以研究如何改善电力拖动的运行情况，使设利用率；还可以研究如何改善电力拖动的运行情况，使设利用率；还可以研究如何改善电力拖动的运行情况，使设备能安全进行。备能安全进行。备能安全进行。备能安全进行。电力拖动系统的运行状态可分为稳态和动态。电力拖动系统的运行状态可分为稳态和动态。电力拖动系统的运行状态可分为稳态和动态。电力拖动系统的运行状态可分为稳态和动态。3.5电力拖动系统的过渡过程电力拖动系统的过渡过程3-3-58583.5.1电力拖动系统过渡过程的分析电力拖动系统过渡过程的分析3.5.2 他励直流电动机起动的过渡过程他励直流电动机起动的过渡过程3.5.3 他励直流电动机反接制动的过渡过程他励直流电动机反接制动的过渡过程3.5.4 缩短拖动系统过渡过程时间的措施缩短拖动系统过渡过程时间的措施3.5.1电力拖动系统过渡过程的分析电力拖动系统过渡过程的分析3-3-5959电力拖动系统中一般存在以下三种惯性电力拖动系统中一般存在以下三种惯性电力拖动系统中一般存在以下三种惯性电力拖动系统中一般存在以下三种惯性:1)1)机械惯性机械惯性机械惯性机械惯性体现在飞轮矩体现在飞轮矩体现在飞轮矩体现在飞轮矩 GDGD2 2 上，它使转速上，它使转速上，它使转速上，它使转速 n n 不能突变不能突变不能突变不能突变2)2)电磁惯性电磁惯性电磁惯性电磁惯性体现在电枢回路电感体现在电枢回路电感体现在电枢回路电感体现在电枢回路电感 L La a 及励磁回路电感及励磁回路电感及励磁回路电感及励磁回路电感 L Lf f 上，使电枢电流和上，使电枢电流和上，使电枢电流和上，使电枢电流和励磁电流不能突变励磁电流不能突变励磁电流不能突变励磁电流不能突变3)3)热惯性热惯性热惯性热惯性使温度不能突变使温度不能突变使温度不能突变使温度不能突变电力拖动过渡过程电力拖动过渡过程电力拖动过渡过程电力拖动过渡过程1)1)机械过渡过程机械过渡过程机械过渡过程机械过渡过程2)2)电气电气电气电气-机械过渡过程机械过渡过程机械过渡过程机械过渡过程3.5.1电力拖动系统过渡过程的分析电力拖动系统过渡过程的分析3-3-60601)1)数学解析数学解析数学解析数学解析2)2)图解图解图解图解3)3)计算机仿真分析计算机仿真分析计算机仿真分析计算机仿真分析4)4)实验实验实验实验3.5.1电力拖动系统过渡过程的分析电力拖动系统过渡过程的分析3-3-61611.1.电枢电流电枢电流电枢电流电枢电流I Ia a的变化规律的变化规律的变化规律的变化规律3.5.1电力拖动系统过渡过程的分析电力拖动系统过渡过程的分析3-3-62621.1.电枢电流电枢电流电枢电流电枢电流I Ia a的变化规律的变化规律的变化规律的变化规律3.5.1电力拖动系统过渡过程的分析电力拖动系统过渡过程的分析3-3-63632.2.转矩转矩转矩转矩T T的变化规律的变化规律的变化规律的变化规律3.5.1电力拖动系统过渡过程的分析电力拖动系统过渡过程的分析3-3-64643.3.转速转速转速转速n n的变化规律的变化规律的变化规律的变化规律3.5.1电力拖动系统过渡过程的分析电力拖动系统过渡过程的分析3-3-65654.4.过渡过程时间的计算过渡过程时间的计算过渡过程时间的计算过渡过程时间的计算3.5.2他励直流电动机起动的过渡过程他励直流电动机起动的过渡过程3-3-66661.1.直接起动直接起动直接起动直接起动3.5.2他励直流电动机起动的过渡过程他励直流电动机起动的过渡过程3-3-67672.2.串电阻多级起动串电阻多级起动串电阻多级起动串电阻多级起动1)1)不同加速级的机电时间不同加速级的机电时间不同加速级的机电时间不同加速级的机电时间常数是不同的电枢电路的常数是不同的电枢电路的常数是不同的电枢电路的常数是不同的电枢电路的电阻愈大，则电阻愈大，则电阻愈大，则电阻愈大，则 T TtMtM 愈大愈大愈大愈大2)2)不同加速级的起始转速不同加速级的起始转速不同加速级的起始转速不同加速级的起始转速与稳定转速都是不同与稳定转速都是不同与稳定转速都是不同与稳定转速都是不同3)3)各级的起始电流均限定各级的起始电流均限定各级的起始电流均限定各级的起始电流均限定为为为为 I I1 1，各级的稳定电流各级的稳定电流各级的稳定电流各级的稳定电流 I Iz z 由恒转矩负载决定，其值由恒转矩负载决定，其值由恒转矩负载决定，其值由恒转矩负载决定，其值不变。不变。不变。不变。4)4)总的起动时间总的起动时间总的起动时间总的起动时间 t tst st3.5.3他励直流电动机反接制动的过渡过程他励直流电动机反接制动的过渡过程3-3-68681.1.当负载为位能恒转矩负载时当负载为位能恒转矩负载时当负载为位能恒转矩负载时当负载为位能恒转矩负载时3.5.3他励直流电动机反接制动的过渡过程他励直流电动机反接制动的过渡过程3-3-69692.2.当负载为反抗性恒转矩负载时当负载为反抗性恒转矩负载时当负载为反抗性恒转矩负载时当负载为反抗性恒转矩负载时3.5.3他励直流电动机反接制动的他励直流电动机反接制动的过渡过程过渡过程3-3-70702.2.当负载为反抗性恒转矩负载时当负载为反抗性恒转矩负载时当负载为反抗性恒转矩负载时当负载为反抗性恒转矩负载时3.5.4缩短系统过渡过程时间的措施缩短系统过渡过程时间的措施3-3-7171措施一措施一措施一措施一:设法减小系统的飞轮矩设法减小系统的飞轮矩设法减小系统的飞轮矩设法减小系统的飞轮矩 GDGD2 2，以减小机电时间常数以减小机电时间常数以减小机电时间常数以减小机电时间常数措施二措施二措施二措施二:尽可能设法改善起动过程中电枢电流的波形尽可能设法改善起动过程中电枢电流的波形尽可能设法改善起动过程中电枢电流的波形尽可能设法改善起动过程中电枢电流的波形3-3-72721.1.减小系统的飞轮矩减小系统的飞轮矩减小系统的飞轮矩减小系统的飞轮矩 GDGD2 2 3.5.4缩短系统过渡过程时间的措施缩短系统过渡过程时间的措施1.1.电机设计为细长结构电机设计为细长结构电机设计为细长结构电机设计为细长结构2.2.采用双机拖动采用双机拖动采用双机拖动采用双机拖动2.2.增大动态转矩增大动态转矩增大动态转矩增大动态转矩 3-3-73733.3.最佳过渡过程控制最佳过渡过程控制最佳过渡过程控制最佳过渡过程控制3.5.4缩短系统过渡过程时间的措施缩短系统过渡过程时间的措施电流充满系数电流充满系数电流充满系数电流充满系数3-3-74743.3.最佳过渡过程控制最佳过渡过程控制最佳过渡过程控制最佳过渡过程控制3.5.4缩短系统过渡过程时间的措施缩短系统过渡过程时间的措施