電機學_直流電機部分2

1、電電 機機 學學許許 加加 柱柱湖湖 南南 大大 學學第二章第二章 直流電機直流電機概述概述1直流電機的電樞繞組直流電機的電樞繞組2直流電機的磁場直流電機的磁場3直流發(fā)電機的基本特性直流發(fā)電機的基本特性4直流電動機的基本特性直流電動機的基本特性5直流電動機的起動、調速和制動直流電動機的起動、調速和制動6直流電機的換向直流電機的換向72.4 直流發(fā)電機的基本特性直流發(fā)電機的基本特性1.1.基基 本本 方方 程程 1 1）電動勢平衡方程）電動勢平衡方程 2 2）功率平衡方程）功率平衡方程 3 3）轉矩平衡方程）轉矩平衡方程2.4 直流發(fā)電機的基本特性直流發(fā)電機的基本特性電動勢平衡方程電動勢平衡方程

2、電樞回路：電樞回路：aaaRIUE )(a ab ba aa ab ba aa aI IU U2 2r rI IU U2 2r rI IaaRIa ab ba aI IU U2 2r raR2.4 直流發(fā)電機的基本特性直流發(fā)電機的基本特性電動勢平衡方程電動勢平衡方程勵磁回路：勵磁回路：f ff fj jf ff fR RI Ir rr rI IU U)(電流方程：電流方程：f fa aI II II I2.4 直流發(fā)電機的基本特性直流發(fā)電機的基本特性功率平衡方程功率平衡方程電磁功率：電磁功率：60230emaaaaaaemPEIpNn IapNInaT 2.4 直流發(fā)電機的基本特性直流發(fā)電機的

3、基本特性a a2 2a af fa aa aR RI IU IU IU IU IR RI IU UaemIP)(cucu2 2cuacuacufcuf2 2p pP Pp pp pP PemP上式就是電樞回路功率平衡方程的標準形式，上式就是電樞回路功率平衡方程的標準形式，其中其中 是輸出的電功率；是輸出的電功率； 是總銅耗，包括是總銅耗，包括電樞銅耗和勵磁損耗。電樞銅耗和勵磁損耗。( (可變損耗部分可變損耗部分) )2 2P PcucuP P功率平衡方程功率平衡方程2.4 直流發(fā)電機的基本特性直流發(fā)電機的基本特性電磁功率只是輸入機械功率轉換成電功率的那部分，那么直電磁功率只是輸入機械功率轉換成

4、電功率的那部分，那么直流發(fā)電機總的功率平衡方程還應包括輸入功率與電磁功率之流發(fā)電機總的功率平衡方程還應包括輸入功率與電磁功率之間的傳遞關系。間的傳遞關系。由輸入功率傳遞到電磁功率過程中的損耗：由輸入功率傳遞到電磁功率過程中的損耗：1 1）機械損耗）機械損耗(Pmec)(Pmec)2 2）鐵心損耗）鐵心損耗(Pfe)(Pfe)3 3）雜散損耗）雜散損耗(Pad)(Pad)不變損耗部分，又稱空載損耗不變損耗部分，又稱空載損耗0 0ememadadfefem ecm ec1 1p pP Pp pp pp pP PemP功率平衡方程功率平衡方程2.4 直流發(fā)電機的基本特性直流發(fā)電機的基本特性cucu2

5、 2cuacuacufcuf2 2p pP Pp pp pP PemP0 0ememadadfefem ecm ec1 1p pP Pp pp pp pP PemPp pP Pp pp pP PP P2 20 0cucu2 21 1cufcufcuacuaadadfefem ecm eccucu0 0p pp pp pp pp pp pp pp p1211PpP100%100%PP運行效率運行效率什么時候效率什么時候效率最高呢？最高呢？2.4 直流發(fā)電機的基本特性直流發(fā)電機的基本特性轉矩平衡方程轉矩平衡方程0 0emem1 1P PP PP P0 0emem1 1T TT TT T2.4 直流

6、發(fā)電機的基本特性直流發(fā)電機的基本特性例：一臺四極并勵直流發(fā)電機額例：一臺四極并勵直流發(fā)電機額定數(shù)據(jù)為：定數(shù)據(jù)為：Pn=6kW,Un=230V,nN=1450r/min,Pn=6kW,Un=230V,nN=1450r/min,電樞回路電阻電樞回路電阻ra=0.92ra=0.92，勵磁回路電阻勵磁回路電阻Rf=177,2Ub=2V,Rf=177,2Ub=2V,空載損耗空載損耗P0=355WP0=355W。求額定負載下的電磁功率、電磁求額定負載下的電磁功率、電磁轉矩和效率轉矩和效率2.4 直流發(fā)電機的基本特性直流發(fā)電機的基本特性2.2.他勵發(fā)電機的運行特性他勵發(fā)電機的運行特性1 1）空載特性）空載特

7、性2 2）負載特性）負載特性3 3）外特性）外特性4 4）調節(jié)特性）調節(jié)特性可測得的物理量：可測得的物理量：n、U、I、If直流發(fā)電機一般由原動機拖動旋轉，因此可認為直流發(fā)電機一般由原動機拖動旋轉，因此可認為n不變不變。2.4 直流發(fā)電機的基本特性直流發(fā)電機的基本特性空載特性（空載特性（n=常數(shù)、常數(shù)、I=0時，時，U0=f(If)的關系曲線）的關系曲線）Ur注：任何一種勵磁方式的直流電機，其空注：任何一種勵磁方式的直流電機，其空載特性曲線均由他勵接線方式測定！載特性曲線均由他勵接線方式測定！2.4 直流發(fā)電機的基本特性直流發(fā)電機的基本特性負載特性（負載特性（n=常數(shù)、常數(shù)、I=常數(shù)常數(shù)時，時

8、，U=f(If)的關系曲線）的關系曲線）2.4 直流發(fā)電機的基本特性直流發(fā)電機的基本特性調節(jié)調節(jié)R RL LI I從零增至額定值從零增至額定值aaeaaaRInCRIEU IU1n n不變不變I If f不變不變外特性（外特性（n=常數(shù)、常數(shù)、If=常數(shù)常數(shù)時，時，U=f(I)的關系曲線）的關系曲線）2.4 直流發(fā)電機的基本特性直流發(fā)電機的基本特性%1000 NNUUUU U U0 0是空載時的端電壓，是空載時的端電壓， 一般他勵直流發(fā)電機的一般他勵直流發(fā)電機的電壓變化率約為電壓變化率約為5 510%10%。電壓調整率電壓調整率從空載到負載，電壓下降的程度由電壓變化率來表示。從空載到負載，電壓

9、下降的程度由電壓變化率來表示。2.4 直流發(fā)電機的基本特性直流發(fā)電機的基本特性IIf 轉速一定，負載電流變化時，為維持他勵直流發(fā)電轉速一定，負載電流變化時，為維持他勵直流發(fā)電機的端電壓不變，需要調節(jié)勵磁電流。負載電流增大，機的端電壓不變，需要調節(jié)勵磁電流。負載電流增大，勵磁電流也增大。勵磁電流也增大。INIfN調節(jié)特性（調節(jié)特性（n=常數(shù)、常數(shù)、U=常數(shù)常數(shù)時，時，If=f(I)的關系曲線）的關系曲線）2.4 直流發(fā)電機的基本特性直流發(fā)電機的基本特性3.3.并勵發(fā)電機的自勵條件和外特性并勵發(fā)電機的自勵條件和外特性 并勵發(fā)電機的勵磁電流不需要另外的直流電源，并勵發(fā)電機的勵磁電流不需要另外的直流電

10、源，而是取自發(fā)電機本身，因此也叫做而是取自發(fā)電機本身，因此也叫做自勵式發(fā)電機自勵式發(fā)電機，應用較為廣泛。與他勵發(fā)電機相比，運行特性在應用較為廣泛。與他勵發(fā)電機相比，運行特性在自勵過程自勵過程和和外特性外特性有些不同。有些不同。2.4 直流發(fā)電機的基本特性直流發(fā)電機的基本特性自勵過程自勵過程穩(wěn)定在端電壓恰好與穩(wěn)定在端電壓恰好與勵磁回路電壓降相等勵磁回路電壓降相等原動機拖動電樞轉動原動機拖動電樞轉動電樞兩端產(chǎn)生一個小剩磁電壓電樞兩端產(chǎn)生一個小剩磁電壓剩磁電壓在勵磁繞組剩磁電壓在勵磁繞組中產(chǎn)生勵磁電流中產(chǎn)生勵磁電流勵磁電流增加主磁通勵磁電流增加主磁通主磁通增加導致端電壓增加主磁通增加導致端電壓增加端

11、電壓增加又增強磁通端電壓增加又增強磁通2.4 直流發(fā)電機的基本特性直流發(fā)電機的基本特性自勵條件自勵條件1 1）電機中存在剩磁）電機中存在剩磁2 2）勵磁繞組連接正確）勵磁繞組連接正確3 3）勵磁回路電阻應小于臨界電阻）勵磁回路電阻應小于臨界電阻2.4 直流發(fā)電機的基本特性直流發(fā)電機的基本特性)()(f ff fE EE E0 0I IG Gn nI Ig gC Cn nC CU U)(f ff ff f0 0I If fR RI IU U)()(f ff fE Ef ff fI IG GI If fn nC CR RI I臨界電阻：電阻線與空載特性線性段重合時臨界電阻：電阻線與空載特性線性段重

12、合時對應的電阻值對應的電阻值2.4 直流發(fā)電機的基本特性直流發(fā)電機的基本特性空載特性曲線正空載特性曲線正比于電機的轉速，比于電機的轉速，轉速降低曲線下轉速降低曲線下移，臨界電阻也移，臨界電阻也隨之變小。隨之變小。2.4 直流發(fā)電機的基本特性直流發(fā)電機的基本特性外特性（外特性（n=常數(shù)、常數(shù)、Rf=常數(shù)時，常數(shù)時，U=f(I)的關系曲線）的關系曲線）1)1)并勵發(fā)電機端電壓下降并勵發(fā)電機端電壓下降的速度比他勵發(fā)電機端電的速度比他勵發(fā)電機端電壓下降得快壓下降得快2 2）負載電流有）負載電流有“拐彎拐彎”現(xiàn)象現(xiàn)象2.4 直流發(fā)電機的基本特性直流發(fā)電機的基本特性為什么端電壓會下降的快？為什么端電壓會下

13、降的快？aaaRIEU)(f fE EI If fn nC CaEf ff fR RU UI IU UE EI IU UI II If fa a2.4 直流發(fā)電機的基本特性直流發(fā)電機的基本特性為什么電流會為什么電流會“拐彎拐彎”？L LR RU UI IU UE EI IU Uf fU UE EI IU Uf fa ar rK0K0R RE EI I穩(wěn)態(tài)短路電流穩(wěn)態(tài)短路電流例：一臺四極例：一臺四極82kW82kW、230V230V、970r/min970r/min的并勵發(fā)電機，的并勵發(fā)電機，ra=0.0259ra=0.0259，并勵繞組每極，并勵繞組每極78.578.5匝，匝，rf=22.8r

14、f=22.8。額定負載時勵。額定負載時勵磁回路串入調節(jié)電阻磁回路串入調節(jié)電阻Rj=3.7, 2Ub=2VRj=3.7, 2Ub=2V，pmec+pfe=4.3kWpmec+pfe=4.3kW，pad=0.005Pnpad=0.005Pn，其空載特性數(shù)據(jù)如下表所示。求，其空載特性數(shù)據(jù)如下表所示。求1 1）額定負載時的電樞電動勢）額定負載時的電樞電動勢2 2）額定負載時的電磁功率、電磁轉矩、輸入功率及效率）額定負載時的電磁功率、電磁轉矩、輸入功率及效率3 3）額定負載時的電壓調整率）額定負載時的電壓調整率4 4）額定負載時電樞反應的每極去磁磁動勢）額定負載時電樞反應的每極去磁磁動勢If/A23.2

15、4.55.56.58.211.7U0/V1001501982262442602802.4 直流發(fā)電機的基本特性直流發(fā)電機的基本特性2.4 直流發(fā)電機的基本特性直流發(fā)電機的基本特性2.4 直流發(fā)電機的基本特性直流發(fā)電機的基本特性4.4.復勵發(fā)電機的特點復勵發(fā)電機的特點2.4 直流發(fā)電機的基本特性直流發(fā)電機的基本特性積復勵：以并勵繞組為主，串勵繞組起補償積復勵：以并勵繞組為主，串勵繞組起補償電樞反應去磁作用和電樞繞組電壓降的作用。電樞反應去磁作用和電樞繞組電壓降的作用。差復勵：串勵繞組起去磁作用，使主磁通和電動差復勵：串勵繞組起去磁作用，使主磁通和電動勢進一步下降。勢進一步下降。(恒流源恒流源)平

16、復勵平復勵過復勵過復勵欠復勵欠復勵2.5 直流電動機的基本特性直流電動機的基本特性1.1.基基 本本 方方 程程電動勢平衡方程電動勢平衡方程a aa aR RI IE EU U電流方程電流方程f fa aI II II I2.5 直流電動機的基本特性直流電動機的基本特性動態(tài)方程動態(tài)方程U Ui ik ki iR RdtdtdidiL Lf fafafa aa aa aa aU Ui iR RdtdtdidiL Lf ff ff ff f2.5 直流電動機的基本特性直流電動機的基本特性功率平衡方程功率平衡方程輸入功率：輸入功率：UIUIP P1 1a aa aa af ff fa a1 1I I

17、R RI IE EUIUII IU(IU(IUIUIP P)()ememcucuememcuacuacufcufa aa a2 2a af fP Pp pP Pp pp pEIEIR RI IUIUI2.5 直流電動機的基本特性直流電動機的基本特性0 02 2adadfefemecmec2 2ememp pP Pp pp pp pP PP Pp pP Pp pp pP Pp pP PP P2 20 0cucu2 2cucuemem1 1%100100P Pp pP P100100P PP P1 11 11 12 22.5 直流電動機的基本特性直流電動機的基本特性轉矩平衡方程轉矩平衡方程0 02

18、 2ememP PP PP P0 02 2ememT TT TT TT TT TT Tdtdtd dJ JT TT TT T0 02 20 02 2ememdtdtd dJ JT T(T(T- -T TT T0 02 2emem)2.5 直流電動機的基本特性直流電動機的基本特性狀態(tài)方程狀態(tài)方程f fa af fafaff ff fa af fafafa aa af fa ai ii i0 00 0J Ji ik k0 0L LR R0 0L Li ik k0 0L LR Ri ii idtdtd d/L Lf fa af fa aT TU UU U1/J1/J0 00 00 0L L1 10

19、00 00 0L L1 1/2.5 直流電動機的基本特性直流電動機的基本特性2.2.工作特性工作特性電動機運行時轉速電動機運行時轉速n n，電磁轉矩，電磁轉矩TemTem和效率和效率與負載功率（輸出功率）與負載功率（輸出功率）P2P2的關系曲線稱為的關系曲線稱為工作特性。工作特性。)()()(2 22 2emem2 2P Pf fP Pf fT TP Pf fn n2.5 直流電動機的基本特性直流電動機的基本特性一、并勵電動機的工作特性一、并勵電動機的工作特性實驗中保持：實驗中保持：N NU UU U常數(shù)常數(shù)fNfNf fI II I常數(shù)常數(shù)2.5 直流電動機的基本特性直流電動機的基本特性1、

20、速率特性、速率特性)()()(2 22 2emem2 2P Pf fP Pf fT TP Pf fn nE Ea aa aC CR RI IU Un n%100100n nn nn nn nN NN N0 0并勵電動機運行時，勵磁繞組絕對不能開路并勵電動機運行時，勵磁繞組絕對不能開路2.5 直流電動機的基本特性直流電動機的基本特性2 2、轉矩特性、轉矩特性)()()(2 22 2emem2 2P Pf fP Pf fT TP Pf fn n/2 20 02 20 0ememP PT TT TT TT T3 3、效率特性、效率特性)()()(2 22 2emem2 2P Pf fP Pf fT

21、TP Pf fn n2.5 直流電動機的基本特性直流電動機的基本特性1、速率特性、速率特性)()()(2 22 2emem2 2P Pf fP Pf fT TP Pf fn n串勵電動機的轉速隨著輸出串勵電動機的轉速隨著輸出功率的增大而迅速下降。功率的增大而迅速下降。串勵電動機絕對不允許串勵電動機絕對不允許空載運行?？蛰d運行。%100100n nn nn nn nN NN N1/41/42.5 直流電動機的基本特性直流電動機的基本特性2 2、轉矩特性、轉矩特性)()()(2 22 2emem2 2P Pf fP Pf fT TP Pf fn n串勵電動機的電磁轉矩隨著串勵電動機的電磁轉矩隨著輸

22、出功率的增加而迅速上升，輸出功率的增加而迅速上升，這是串勵電動機的突出特點。這是串勵電動機的突出特點。em22TIaaI2.5 直流電動機的基本特性直流電動機的基本特性3.3.機械特性機械特性直流電動機的機械特性是指：直流電動機的機械特性是指：在在U=Un=U=Un=常數(shù)時，轉速常數(shù)時，轉速n n與電磁轉矩與電磁轉矩TemTem的的關系曲線。關系曲線。)(ememT Tf fn n2.5 直流電動機的基本特性直流電動機的基本特性1 1、并勵電動機的機械特性、并勵電動機的機械特性E Ej ja aa aC CR RR RI IU Un n)(T Temema aC CT TI I/emem2 2

23、T TE Ej ja aE ET TC CC CR RR RC CU Un n并勵電動機的機械特性為硬特性并勵電動機的機械特性為硬特性2.5 直流電動機的基本特性直流電動機的基本特性emCT 2 2、串勵電動機的機械特性、串勵電動機的機械特性)(j ja a2 2emem1 1R RR RC CT TU UC Cn n串勵電動機的機械特性為軟特性串勵電動機的機械特性為軟特性emem2 2T TE Ej ja aE ET TC CC CR RR RC CU Un n2.5 直流電動機的基本特性直流電動機的基本特性4.4.直流電動機的穩(wěn)定運行條件直流電動機的穩(wěn)定運行條件穩(wěn)定運行的含義：設電機和生產(chǎn)

24、機械組成的拖動機穩(wěn)定運行的含義：設電機和生產(chǎn)機械組成的拖動機組已運行于某一轉速，若外界短時擾動（如負載突變）組已運行于某一轉速，若外界短時擾動（如負載突變）使轉速產(chǎn)生的變化，在擾動消失后能隨之消失，即機組使轉速產(chǎn)生的變化，在擾動消失后能隨之消失，即機組能自行恢復到原來的速度，則稱機組運行是穩(wěn)定的。能自行恢復到原來的速度，則稱機組運行是穩(wěn)定的。2.5 直流電動機的基本特性直流電動機的基本特性幾類典型負載的機械特性幾類典型負載的機械特性1.1.風機、泵類：風機、泵類：2. 2. 發(fā)電機負載：發(fā)電機負載：3. 3. 提升、牽引類負載：提升、牽引類負載：4. 4. 金屬切割機床負載：金屬切割機床負載：

25、2 2n nT Tn nT TconstconstT Tn n1 1T T2.5 直流電動機的基本特性直流電動機的基本特性穩(wěn)定性分析穩(wěn)定性分析)ememf(Tf(Tn n為電動機機械特性為電動機機械特性)L Lf(Tf(Tn n為負載機械特性為負載機械特性2.5 直流電動機的基本特性直流電動機的基本特性直流電動機穩(wěn)定運行條件直流電動機穩(wěn)定運行條件0 0T TT Tdndnd dT Tdndnd dL Lemem)()(dndndTdTdndndTdTL Lemem2.5 直流電動機的基本特性直流電動機的基本特性2.5 直流電動機的基本特性直流電動機的基本特性直流電動機穩(wěn)定運行條件直流電動機穩(wěn)定

26、運行條件1 1、電動機具有下降的機械特性，對非下降性、電動機具有下降的機械特性，對非下降性的機械負載都能滿足穩(wěn)定運行的要求。的機械負載都能滿足穩(wěn)定運行的要求。2 2、當電動機和機械負載具有相同的單調性質，、當電動機和機械負載具有相同的單調性質，則在滿足穩(wěn)定條件的某個運行區(qū)域是穩(wěn)定的。則在滿足穩(wěn)定條件的某個運行區(qū)域是穩(wěn)定的。2.6 直流電動機的起動、調速和制動直流電動機的起動、調速和制動一、直流電動機的起動一、直流電動機的起動 直流電動機接到電源以后，轉速從零達到穩(wěn)定轉速的過程，直流電動機接到電源以后，轉速從零達到穩(wěn)定轉速的過程， 稱為稱為起動過程。起動過程。研究起動的方法是盡量緩解上述矛盾研究

27、起動的方法是盡量緩解上述矛盾直流電動機起動要求直流電動機起動要求起動時的電磁轉矩要求大起動時的電磁轉矩要求大起動時要限制起動電流起動時要限制起動電流a aT TememI IC CT Ta aststR RU UI I矛矛盾盾起動設備要簡單、經(jīng)濟、可靠起動設備要簡單、經(jīng)濟、可靠2.6 直流電動機的起動、調速和制動直流電動機的起動、調速和制動1 1、直接起動（只適合對小容量的電動機）、直接起動（只適合對小容量的電動機）直接起動時，先合上直接起動時，先合上勵磁繞組的開勵磁繞組的開(Kf)(Kf)，以確保在電動機起動以確保在電動機起動時磁場已經(jīng)建立。時磁場已經(jīng)建立。2.6 直流電動機的起動、調速和制

28、動直流電動機的起動、調速和制動起動電流：起動電流：a aa aststR RU UR Re eU UI I起動轉矩：起動轉矩：ststT TststI IC CT T優(yōu)點優(yōu)點：操作簡單，無需另加設備：操作簡單，無需另加設備缺點：缺點：沖擊電流大，引起換向困難，產(chǎn)生火花；電沖擊電流大，引起換向困難，產(chǎn)生火花；電源會發(fā)生瞬時跌落。適用于容量很小的電動機源會發(fā)生瞬時跌落。適用于容量很小的電動機00aE,n2.6 直流電動機的起動、調速和制動直流電動機的起動、調速和制動2 2、電樞回路串電阻起動、電樞回路串電阻起動ststa aststR RR RU UI I 將起動電阻串入電樞回路，將起動電阻串入電

29、樞回路，待轉速上升后，逐步將起動待轉速上升后，逐步將起動電阻切除。電阻切除。R1R2R3Tn0R1+R2+R3R1+R2R12.6 直流電動機的起動、調速和制動直流電動機的起動、調速和制動2 2、電樞回路串電阻起動、電樞回路串電阻起動起動電流起動電流321cccaNstRRRRUI 將起動電流限制在允許的范圍內，選擇合適的將起動電流限制在允許的范圍內，選擇合適的RstRst，其其步驟步驟: :（1 1）根據(jù)電動機銘牌數(shù)據(jù)，估算電動機電樞回路電阻）根據(jù)電動機銘牌數(shù)據(jù)，估算電動機電樞回路電阻RaRa（2 2）選取最大起動電流）選取最大起動電流I I1 1，計算最大起動電阻，計算最大起動電阻（3 3

30、）決定起動電阻級數(shù)）決定起動電阻級數(shù)（4 4）計算起動電流比）計算起動電流比2.6 直流電動機的起動、調速和制動直流電動機的起動、調速和制動2 2、電樞回路串電阻起動、電樞回路串電阻起動變阻器十分笨重，經(jīng)常起變阻器十分笨重，經(jīng)常起動時消耗很多電能。動時消耗很多電能。2.6 直流電動機的起動、調速和制動直流電動機的起動、調速和制動3 3、降壓起動、降壓起動 降壓起動通過降低端電壓來限制起動電流的降壓起動通過降低端電壓來限制起動電流的一種起動方式，對抑制起動電流最有效，能量消一種起動方式，對抑制起動電流最有效，能量消耗也最小?，F(xiàn)在通常用可控硅整流電源，已廣泛耗也最小?，F(xiàn)在通常用可控硅整流電源，已廣

31、泛運用于直流電動機和各類直流電力電子傳動系統(tǒng)。運用于直流電動機和各類直流電力電子傳動系統(tǒng)。2.6 直流電動機的起動、調速和制動直流電動機的起動、調速和制動3 3、降壓起動、降壓起動開始時，降低端電壓，開始時，降低端電壓， 使使I Ia a(1.5(1.5 2.0)I2.0)IN N T Temem=(1.5=(1.52.02.0）T TemNemN隨著轉速的上升，逐步提高電樞電壓，并使電樞電流限制隨著轉速的上升，逐步提高電樞電壓，并使電樞電流限制在一定范圍內。在一定范圍內。優(yōu)點優(yōu)點：起動電流小，起動過程平滑、能量損耗少。起動電流小，起動過程平滑、能量損耗少。缺點：缺點：需要一套專用的直流發(fā)電機

32、或整流電源，投資需要一套專用的直流發(fā)電機或整流電源，投資費用大。費用大。2.6 直流電動機的起動、調速和制動直流電動機的起動、調速和制動二、直流電動機的調速二、直流電動機的調速改變傳動機構的傳動比改變工作機構的速度，稱為改變傳動機構的傳動比改變工作機構的速度，稱為機械調速機械調速人為改變電動機的參數(shù)（如端電壓、勵磁電流或電樞回路人為改變電動機的參數(shù)（如端電壓、勵磁電流或電樞回路電阻），使同一機械負載得到不同轉速，稱為電阻），使同一機械負載得到不同轉速，稱為電氣調速電氣調速電動機驅動生產(chǎn)機械，對電動機的轉速不僅要能調節(jié)，而且電動機驅動生產(chǎn)機械，對電動機的轉速不僅要能調節(jié)，而且要求調節(jié)的范圍寬廣、

33、過程要求調節(jié)的范圍寬廣、過程平滑平滑、調節(jié)的方法、調節(jié)的方法簡單、經(jīng)濟簡單、經(jīng)濟2.6 直流電動機的起動、調速和制動直流電動機的起動、調速和制動二、直流電動機的調速二、直流電動機的調速E Ej ja aa aC CR RR RI IU Un n)(1 1、電樞回路串電阻調速、電樞回路串電阻調速2 2、改變勵磁電流調速、改變勵磁電流調速3 3、改變端電壓調速、改變端電壓調速直流電動機的轉速公式：直流電動機的轉速公式：2.6 直流電動機的起動、調速和制動直流電動機的起動、調速和制動1 1、電樞回路串電阻調速、電樞回路串電阻調速 保持保持U UU UN N且且 N N不變，電樞回路中串入調速不變，電

34、樞回路中串入調速電阻電阻RcRc，使同一個負載得到不同轉速的方法，使同一個負載得到不同轉速的方法， 稱為稱為電樞串電阻調速電樞串電阻調速。2.6 直流電動機的起動、調速和制動直流電動機的起動、調速和制動1 1、電樞回路串電阻調速、電樞回路串電阻調速E Ea aa a0 0C CR RI IU Un nE Ej ja aa aj jC CR R(R(RI IU Un n)emem2 2T TE Ej ja aE Ej j0 0j jT TC CC CR RI IC CR Rn nn nn n2.6 直流電動機的起動、調速和制動直流電動機的起動、調速和制動1 1、電樞回路串電阻調速、電樞回路串電阻

35、調速串入電樞回路的電阻越大，串入電樞回路的電阻越大， 轉速轉速越低。越低。R2R1PQR1R2If2從兩個穩(wěn)定點從兩個穩(wěn)定點P P、Q Q對應轉速說對應轉速說明明減小勵磁減小勵磁可以使可以使轉速升高轉速升高。2.6 直流電動機的起動、調速和制動直流電動機的起動、調速和制動2 2、改變勵磁電流調速、改變勵磁電流調速I If f減小瞬間減小瞬間速度不變速度不變 減小減小nCEea aaREUI aTemICT ZemTT 機組加速機組加速n nE Ea aI Ia aT TememT TememT TZ Z新的平衡，新的新的平衡，新的IaIa和和n n2.6 直流電動機的起動、調速和制動直流電動機

36、的起動、調速和制動2 2、改變勵磁電流調速、改變勵磁電流調速調速前后的量：調速前后的量：（1）假定負載轉矩不變，）假定負載轉矩不變， 2211aMaMemICICT 1221 aaII (2)假定磁路不飽和，不計電樞反應和假定磁路不飽和，不計電樞反應和I Ia aR Ra a的變化的變化1212212211 ,ffIInnnCenCeE （3） 恒轉矩負載，恒轉矩負載， ， 基本不變基本不變nPIUPa 212.6 直流電動機的起動、調速和制動直流電動機的起動、調速和制動2 2、改變勵磁電流調速、改變勵磁電流調速改變勵磁電流調速時，減小勵磁電流將使電機轉速改變勵磁電流調速時，減小勵磁電流將使電

37、機轉速升高，電機的輸出功率增加；與此同時，電樞電流升高，電機的輸出功率增加；與此同時，電樞電流增加，輸入功率也增加，增加，輸入功率也增加，電動機的效率幾乎不變電動機的效率幾乎不變。優(yōu)點優(yōu)點：設備簡單，調節(jié)方便，能耗?。涸O備簡單，調節(jié)方便，能耗小缺點缺點： 單方向調節(jié)，轉速調得過高，勵磁過弱，單方向調節(jié)，轉速調得過高，勵磁過弱， 電樞電樞 電流變大，電流變大， 換向變壞，換向變壞， 出現(xiàn)不穩(wěn)定出現(xiàn)不穩(wěn)定2.6 直流電動機的起動、調速和制動直流電動機的起動、調速和制動3 3、改變端電壓調速、改變端電壓調速電樞回路串電阻調速只能下調電動機轉速；電樞回路串電阻調速只能下調電動機轉速；改變勵磁電流調速只

38、能上調電動機轉速。改變勵磁電流調速只能上調電動機轉速。改變電壓調速是一種靈活的調速方式，轉速既可以上升改變電壓調速是一種靈活的調速方式，轉速既可以上升也可以降低，配合勵磁調節(jié)，調節(jié)范圍可以更加廣泛。也可以降低，配合勵磁調節(jié)，調節(jié)范圍可以更加廣泛。E Ea aa a0 0C CR RI IU Un nTemnU1U1U2U3U2U3PQ2.6 直流電動機的起動、調速和制動直流電動機的起動、調速和制動3 3、改變端電壓調速、改變端電壓調速（1）降壓的人為特性是一簇與固有特性平行的直線，）降壓的人為特性是一簇與固有特性平行的直線， 無論是滿載、輕載還是空載都有明顯的調速效果無論是滿載、輕載還是空載都

39、有明顯的調速效果（2）由于人為特性硬度不變，低速時由于負載變化引）由于人為特性硬度不變，低速時由于負載變化引起的轉速波動不大。靜態(tài)穩(wěn)定性好，起的轉速波動不大。靜態(tài)穩(wěn)定性好， 調速范圍大調速范圍大（3）可平滑調節(jié)端電壓，）可平滑調節(jié)端電壓， 使轉速平滑調節(jié)，實現(xiàn)無使轉速平滑調節(jié)，實現(xiàn)無級調速級調速（4）調節(jié)過程能量損耗小）調節(jié)過程能量損耗小調壓調速的特點：調壓調速的特點：2.6 直流電動機的起動、調速和制動直流電動機的起動、調速和制動調速性能指標調速性能指標（1）調速范圍調速范圍：電動機在額定負載轉矩下調速時，：電動機在額定負載轉矩下調速時， 最最高轉速與最低轉速之比。用高轉速與最低轉速之比。用

40、D表示。表示。（2）靜差率靜差率（相對穩(wěn)定性：也稱轉速變化率。指電動（相對穩(wěn)定性：也稱轉速變化率。指電動機由理想空載到額定負載時轉速的變化率。機由理想空載到額定負載時轉速的變化率。 靜差率越靜差率越小，小， 轉速的相對穩(wěn)定性越好。轉速的相對穩(wěn)定性越好。（3）調速的）調速的平滑性平滑性：無級調速平滑性最好，：無級調速平滑性最好， 有級調速有級調速由相鄰兩級轉速中，由相鄰兩級轉速中， 高一級轉速與低一級轉速之比。高一級轉速與低一級轉速之比。 （4）調速時電動機的）調速時電動機的容許輸出容許輸出：電動機在不同轉速時：電動機在不同轉速時軸上輸出的功率和轉矩。不同的調速方法允許的輸出不軸上輸出的功率和轉

41、矩。不同的調速方法允許的輸出不同。同。（5） 經(jīng)濟性經(jīng)濟性2.6 直流電動機的起動、調速和制動直流電動機的起動、調速和制動電動機調速時的容許輸出電動機調速時的容許輸出在某轉速下，在某轉速下， 電機即能充分利用；電機即能充分利用； 又能安全運行時輸出又能安全運行時輸出的功率和轉矩稱為，的功率和轉矩稱為， 調速時的調速時的允許輸出功率和轉矩允許輸出功率和轉矩。 (1)調壓調速的允許輸出調壓調速的允許輸出降壓調速、電樞回路串電阻都是降低電樞兩端的電壓。降壓調速、電樞回路串電阻都是降低電樞兩端的電壓。n.TTPICTememaTemN559 在整個調速范圍允許輸出轉矩為常數(shù)，在整個調速范圍允許輸出轉矩

42、為常數(shù)，恒轉矩調速方式。恒轉矩調速方式。允許輸出功率與轉速成正比。允許輸出功率與轉速成正比。 nKn.T.nTPKTICTiNiiNNNTi559559保持保持I不變不變2.6 直流電動機的起動、調速和制動直流電動機的起動、調速和制動弱磁調速時，保持電流弱磁調速時，保持電流IINnKnCRIUeaNN2 4332K559559.nnK.nTPnKInKCICTiiNTNTi 弱磁調速時，弱磁調速時， 在整個調速范圍內的允許輸出功率為在整個調速范圍內的允許輸出功率為常數(shù)，常數(shù)， 是恒功率調速方式是恒功率調速方式。 其允許輸出轉矩與轉速成反比其允許輸出轉矩與轉速成反比。 (2)弱磁調速的允許輸出弱

43、磁調速的允許輸出2.6 直流電動機的起動、調速和制動直流電動機的起動、調速和制動恒轉矩負載恒轉矩負載恒轉矩調速方式：恒轉矩調速方式：使電機在任何轉速下都滿載運行，使電機在任何轉速下都滿載運行， 能得到充能得到充分利用。分利用。恒功率調速方式：恒功率調速方式：在在n nn nminmin時，電動機的轉矩及功率比負載需時，電動機的轉矩及功率比負載需要的轉矩和負載大得多，要的轉矩和負載大得多， 電動機沒充分利用，造成浪費。電動機沒充分利用，造成浪費。maxLNNNmaxNLNP.nTPnnTT559LminmaxLminmaxLNNNmaxLmaxLNminNDTnnTnP.nP.T.nTPPnn5

44、59559559恒轉矩調速方式恒轉矩調速方式弱磁控制弱磁控制負載類型與調速方式的配合負載類型與調速方式的配合2.6 直流電動機的起動、調速和制動直流電動機的起動、調速和制動maxLminmaxLNNNLNminNTnP.nP.TPPnn559559恒功率負載恒功率負載恒轉矩調速方式：恒轉矩調速方式：高速時電動機需要輸出的轉矩小于額定轉矩，高速時電動機需要輸出的轉矩小于額定轉矩， 電流小于額定電流，電流小于額定電流， 電動機沒有被充分利用。電動機沒有被充分利用。恒功率調速方法：恒功率調速方法：在整個調速范圍內，做到額定轉矩輸出，在整個調速范圍內，做到額定轉矩輸出， 電電機安全且充分利用。機安全且

45、充分利用。LmaxmaxLNNNmaxNmaxLLNDP.nT.nTPnnTTT559559恒轉矩調速方式恒轉矩調速方式恒功率控制恒功率控制負載類型與調速方式的配合負載類型與調速方式的配合2.6 直流電動機的起動、調速和制動直流電動機的起動、調速和制動三、直流電動機的制動三、直流電動機的制動直流電動機的兩種運轉狀態(tài)：直流電動機的兩種運轉狀態(tài)：（1）電動運轉狀態(tài)：電動運轉狀態(tài)：電動機的電磁轉矩方向電動機的電磁轉矩方向與旋轉方向相同與旋轉方向相同 ，此時電網(wǎng)向電動機輸入電，此時電網(wǎng)向電動機輸入電能，能， 并轉變?yōu)闄C械能帶動負載。并轉變?yōu)闄C械能帶動負載。（2）制動運轉狀態(tài)：制動運轉狀態(tài)：電動機的電磁

46、轉矩方向電動機的電磁轉矩方向與旋轉方向相反，此時電動機吸收機械能轉變與旋轉方向相反，此時電動機吸收機械能轉變?yōu)殡娔?。為電能?電動機很快停車，或者由高速運行很快進入低速，電動機很快停車，或者由高速運行很快進入低速， 要求制動運行。要求制動運行。2.6 直流電動機的起動、調速和制動直流電動機的起動、調速和制動三、直流電動機的制動三、直流電動機的制動電動機制動的物理本質是在電機轉軸上施加一個與旋轉電動機制動的物理本質是在電機轉軸上施加一個與旋轉速度方向相反的轉矩，這個轉矩可以使機械的，也可以速度方向相反的轉矩，這個轉矩可以使機械的，也可以是電磁的。在電機學中講的主要是指是電磁的。在電機學中講的主要

47、是指電磁制動電磁制動。1 1）能耗制動）能耗制動2 2）反接制動）反接制動3 3）回饋制動）回饋制動斷開電源斷開電源抱閘抱閘機械制動機械制動自由停車自由停車2.6 直流電動機的起動、調速和制動直流電動機的起動、調速和制動1 1、能耗制動、能耗制動能耗制動時，能耗制動時，保持勵磁保持勵磁電流電流If的大小及方向不的大小及方向不變變,電動機作為他勵發(fā)電動機作為他勵發(fā)電機運行，由于發(fā)電機電機運行，由于發(fā)電機的電磁轉矩與電樞旋轉的電磁轉矩與電樞旋轉的方向是相反的，因而的方向是相反的，因而產(chǎn)生制動作用，使電機產(chǎn)生制動作用，使電機轉速變慢，直至電樞旋轉速變慢，直至電樞旋轉的動能全部變?yōu)殡娔?，轉的動能全部變

48、為電能，消耗在電阻上。消耗在電阻上。2.6 直流電動機的起動、調速和制動直流電動機的起動、調速和制動1 1、能耗制動、能耗制動參數(shù)特點：參數(shù)特點： N N， U U0 0， 電樞回路總電阻電樞回路總電阻R RR Ra aR RT T能耗制動時的機械特性能耗制動時的機械特性 : : 能耗制動的參數(shù)代入機械特性的一般表達式，得到能耗制動的參數(shù)代入機械特性的一般表達式，得到能耗制動時的機械特性：能耗制動時的機械特性：emNMeTaTCCRRn2 制動過程：制動過程：反抗性負載停車反抗性負載停車位能性負載穩(wěn)速下放位能性負載穩(wěn)速下放2.6 直流電動機的起動、調速和制動直流電動機的起動、調速和制動1 1、

49、能耗制動、能耗制動特點特點: :能耗制動的特點：能耗制動的特點：（1）操作簡單，停車準確）操作簡單，停車準確（2）能耗制動產(chǎn)生的沖擊電流不會影響電網(wǎng)）能耗制動產(chǎn)生的沖擊電流不會影響電網(wǎng)（3）低速時制動轉矩小，停轉慢）低速時制動轉矩小，停轉慢（4）動能大部分都消耗在制動電阻上）動能大部分都消耗在制動電阻上制動初瞬的最大電流：制動初瞬的最大電流：TaANBRRnCeI 制動電阻：制動電阻：aNNTRIUR 22.6 直流電動機的起動、調速和制動直流電動機的起動、調速和制動2 2、反接制動、反接制動反接制動反接制動轉速反向（用于位能負載）轉速反向（用于位能負載）電樞反接（用于反抗性負載）電樞反接（用

50、于反抗性負載）（電動勢反向）（電動勢反向）（電壓反向）（電壓反向）2.6 直流電動機的起動、調速和制動直流電動機的起動、調速和制動2 2、反接制動、反接制動 I If f及端電壓及端電壓U UN N不變，不變， 僅在電樞回路串入足夠大的制動電僅在電樞回路串入足夠大的制動電阻阻R RT T，使該人為特性與負載轉矩特性的交點處于第四象限。，使該人為特性與負載轉矩特性的交點處于第四象限。不同的不同的R RT T，可得到不同的穩(wěn)定轉速。，可得到不同的穩(wěn)定轉速。nTem0nABCDAnD電壓平衡式：電壓平衡式：EUEURRITaa )()(機械特性：機械特性：LNeTaLNMeTaICRRnTCCRRn

51、n 020轉速反向的反接制動轉速反向的反接制動2.6 直流電動機的起動、調速和制動直流電動機的起動、調速和制動2 2、反接制動、反接制動能量關系：能量關系：aaaTaaIEIURRI )(2U U及及I Ia a的方向與電動狀態(tài)相同，的方向與電動狀態(tài)相同，UIUIa a表示由電網(wǎng)輸入的功率；表示由電網(wǎng)輸入的功率； E Ea a 的方向與電動狀態(tài)時相反，的方向與電動狀態(tài)時相反， E Ea aI Ia a表示輸入的機械功率表示輸入的機械功率在電樞內變成電磁功率；在電樞內變成電磁功率；UIUIa a與與E Ea aI Ia a兩者之和消耗在電樞電路的電阻兩者之和消耗在電樞電路的電阻(Ra(RaR R

52、T)T)上。上。轉速反向的反接制動轉速反向的反接制動2.6 直流電動機的起動、調速和制動直流電動機的起動、調速和制動2 2、反接制動、反接制動電樞反接的反接制動電樞反接的反接制動 保持保持I If f不變，不變， 將開關向下合閘，將開關向下合閘， 使電樞經(jīng)制動電使電樞經(jīng)制動電阻阻R RT T而反接于電網(wǎng)上。而反接于電網(wǎng)上。參數(shù)特點：參數(shù)特點： N N， U UU UN N , , R=RR=Ra a+R+RT TIfUNRTEaIanTemnAABCDE電動下固有電動下固有不串不串RT串串RTnE2.6 直流電動機的起動、調速和制動直流電動機的起動、調速和制動2 2、反接制動、反接制動電樞反接

53、的反接制動電樞反接的反接制動機械特性：機械特性：LNeTaemNMeTaNeNICRRnTCCRRCUn 02能量關系：能量關系：)(2TaaaaaNRRIIEIU 從電網(wǎng)吸收的電能和軸上輸入的機械能都消耗在從電網(wǎng)吸收的電能和軸上輸入的機械能都消耗在電樞回路電樞回路的電阻上的電阻上。 電壓平衡式：電壓平衡式：TaNeNTaaNaTaaaNRRnCURREUIRRIEU )(（IaIa反向）反向）反接制動時，會產(chǎn)生很大的沖擊電流，因此電樞回路中應串反接制動時，會產(chǎn)生很大的沖擊電流，因此電樞回路中應串入適當?shù)碾娮?，限制電流；當電機轉速降低到零時，應把電入適當?shù)碾娮?，限制電流；當電機轉速降低到零時，

54、應把電源切除，否則電機將反轉。源切除，否則電機將反轉。2.6 直流電動機的起動、調速和制動直流電動機的起動、調速和制動2 2、反接制動、反接制動特點：特點：（1）可以很快使機組停機）可以很快使機組停機（2） 需要加入足夠的電阻，需要加入足夠的電阻， 限制電樞電流限制電樞電流（3）轉速至零時，）轉速至零時， 需切斷電源需切斷電源2.6 直流電動機的起動、調速和制動直流電動機的起動、調速和制動3 3、回饋制動、回饋制動需要制動時，將勵磁方式改變?yōu)樗麆罨虿钚枰苿訒r，將勵磁方式改變?yōu)樗麆罨虿?，當轉速，當轉速升高到某一數(shù)值時，反電動勢大于端電壓，電流改變升高到某一數(shù)值時，反電動勢大于端電壓，電流

55、改變方向，電機作為發(fā)電機運行，電磁轉矩起制動作用，方向，電機作為發(fā)電機運行，電磁轉矩起制動作用，能量回饋到電網(wǎng)。能量回饋到電網(wǎng)。1. 反向回饋制動反向回饋制動2. 正向回饋制動正向回饋制動2.6 直流電動機的起動、調速和制動直流電動機的起動、調速和制動3 3、回饋制動、回饋制動 反向回饋時，反向回饋時， 電機實際轉速方向與電壓反電機實際轉速方向與電壓反向后的理想空載轉速方向一致，向后的理想空載轉速方向一致，00 ,nCUnCEnnNeNea Ia Ia與與EaEa方向一致。方向一致。 電機呈發(fā)電機狀態(tài)。電機呈發(fā)電機狀態(tài)。能量關系：能量關系： 電磁功率電磁功率P PememE Ea aI Ia

56、a00，電機從軸上輸入，電機從軸上輸入機械功率轉變?yōu)殡姽β蕶C械功率轉變?yōu)殡姽β? ; 輸入功率輸入功率P P1 1UIUIa a00、e 0，延遲換向。此時，換向電流同時包含，延遲換向。此時，換向電流同時包含iL和和ik分量，分量，且且ik0，其結果是曲線軌跡處于直線換向上方，其結果是曲線軌跡處于直線換向上方(圖圖(d)，致使，致使過零時間滯后于直線換向，過零時間滯后于直線換向，“延遲換向延遲換向”由此而得名。由此而得名。延遲換向時，左刷邊延遲換向時，左刷邊(參見前圖，電刷與換向片參見前圖，電刷與換向片l接觸的部分，接觸的部分，通稱后刷邊通稱后刷邊)的電流密度會大于右刷邊的電流密度會大于右刷邊

57、(與換向片與換向片2接觸部分，亦接觸部分，亦稱前刷邊稱前刷邊)的值。當電刷滑離換向片的值。當電刷滑離換向片1時，很大的電流突然突然時，很大的電流突然突然斷路，換向回路中貯存的電磁能量通過空氣釋放，便導致火花斷路，換向回路中貯存的電磁能量通過空氣釋放，便導致火花在后刷邊產(chǎn)生。在后刷邊產(chǎn)生。 2.7 直流電機的換向直流電機的換向（4）電動勢平衡方程式及電流變化規(guī)律）電動勢平衡方程式及電流變化規(guī)律 （3）e 0，超越換向。此時，超越換向。此時ik0，換向電流曲，換向電流曲線落于直線換向下方線落于直線換向下方(圖圖(d)，過零時間提前，故稱，過零時間提前，故稱為為超越換向超越換向”。與延遲遲換向相反，

58、超越換向致使。與延遲遲換向相反，超越換向致使右刷邊電流密度大于左刷邊，在前刷邊產(chǎn)生火花。右刷邊電流密度大于左刷邊，在前刷邊產(chǎn)生火花。 2.7 直流電機的換向直流電機的換向減少換向元件的感應電勢和旋轉電勢，可以有效地減少換向元件的感應電勢和旋轉電勢，可以有效地改善換向。改善換向。最有效的辦法：裝換向極最有效的辦法：裝換向極NSaneaerNkSk抵消電樞反應磁勢，使抵消電樞反應磁勢，使ea0換向極磁勢換向極磁勢建立建立Bk，產(chǎn)生，產(chǎn)生ek，使，使 0eeekr(5) 改善換向的方法之一：改善換向的方法之一：安裝換向極安裝換向極2.7 直流電機的換向直流電機的換向安裝換向極的要求安裝換向極的要求l

59、 換向極應換向極應裝在幾何中性線上裝在幾何中性線上l 換向極的換向極的極性極性使產(chǎn)生的使產(chǎn)生的Bk方向與電樞反應磁勢方向與電樞反應磁勢的方向相反的方向相反l 換向極繞組換向極繞組必須必須與電樞繞組串聯(lián)，為什與電樞繞組串聯(lián)，為什么？么？使在任何時候，使在任何時候， eker2.7 直流電機的換向直流電機的換向安裝換向極的要求安裝換向極的要求l Bk的大小當然要根據(jù)所要求的的大小當然要根據(jù)所要求的ek來決定。在理想情況下，來決定。在理想情況下，ek和和er在任意瞬間都能完全抵消，但實際上難以做到。因為在任意瞬間都能完全抵消，但實際上難以做到。因為ek取決于取決于Bk的波形，而的波形，而er則取決于

60、換向電流的變化規(guī)律。因此，則取決于換向電流的變化規(guī)律。因此，折衷的解決辦法是要求它們的平均值能相等，即折衷的解決辦法是要求它們的平均值能相等，即l ekeravl 由于由于 ekBk；eravIal 亦即亦即要使要使 BkIal 故故最終要求最終要求 FkIal 這就是說，這就是說，換向極繞組必須與電樞繞組串聯(lián)換向極繞組必須與電樞繞組串聯(lián)，并要求在設，并要求在設計電機時盡量使換向極磁路不飽和，從而保證換向極繞組產(chǎn)計電機時盡量使換向極磁路不飽和，從而保證換向極繞組產(chǎn)生的磁動勢和所建立的磁場能滿足要求生的磁動勢和所建立的磁場能滿足要求。2.7 直流電機的換向直流電機的換向安裝換向極的要求安裝換向極