1、*電機及拖動基礎1/38第二章 直流電動機的電力拖動第一節 電力拖動系統的運動方程式 一、電力拖動系統組成*電機及拖動基礎2/38二、電力拖動系統運動方程式對于直線運動 對于旋轉運動 式中 m與G旋轉部分的質量（kg）與重量（N） 與D慣性半徑與直徑（m） 轉動慣量 單位為 式中 稱為飛輪慣量（ ）， 375是個有單位的常數，單位為m/min.s*電機及拖動基礎3/381、當電動機靜止或等速旋轉，電力拖動系統處于穩定運轉狀態下。2、當電力拖動系統處于加速狀態 3、當電力拖動系統處于減速狀態 三、運動方程式中轉矩的正負符號分析運動方程式的一般形式 規定某個轉動方向為正方向，則轉矩T 正向取正，反

2、向取負；阻轉矩TL 正向取負，反向取正。 *電機及拖動基礎4/38第二節電力拖動系統的負載轉矩特性 在運動方程式中，阻轉矩（或稱負載轉矩）Tz 與轉速n 的關系Tz=f (n) 即為生產機械的負載轉矩特性。一、恒轉矩負載特性 反抗性恒轉矩負載特性位能性恒轉矩負載特性*電機及拖動基礎5/38二、通風機負載特性 通風機負載的轉矩與轉速大小有關，基本上與轉速的平方成正比 。為反抗性負載。通風機負載特性 屬于通風機負載的生產機械有離心式通風機、水泵、油泵等，其中空氣、水、油等介質對機器葉片的阻力基本上和轉速的平方成正比。恒功率負載特性負載轉矩基本上與轉速成反比，切削功率基本不變 。三、恒功率負載特性

3、*電機及拖動基礎6/38第三節 他勵直流電動機的機械特性電動機的機械特性是指電動機的轉速n與電磁轉矩T 的關系 n=f(T)一、機械特性方程式 *電機及拖動基礎7/38理想空載轉速 電動機實際空載轉速 他勵直流電動機的機械特性電動機帶負載后的轉速降 *電機及拖動基礎8/38二、固有機械特性與人為機械特性 當他勵電動機電壓及磁通均為額定值時，電樞沒有串聯電阻時的機械特性稱為固有機械特性。 （一）電樞串聯電阻時的人為機械特性他勵直流電動機固有機械特性電樞串聯電阻時的人為機械特性*電機及拖動基礎9/3821FFFN（二）改變電壓時的人為機械特性 電壓不同時的人為機械特性（三）減弱電動機磁通時的人為機

4、械特性 *電機及拖動基礎10/38三、固有機械特性的繪制其中 固有機械特性是一條直線，只要求出線上兩個點的數據，就可繪出這條直線。一般選擇理想空載及額定運行兩點較為方便。理想空載點IN， UN及nN 為已知，Ra 可以估算額定運行點*電機及拖動基礎11/38例1 一臺Z2 型他勵直流電動機的銘牌數據為：試計算其機械特性。 解理想空載點額定點*電機及拖動基礎12/38五、電力拖動穩定運行的條件 現在討論：生產機械負載轉矩特性與電動機的機械特性這兩種特性的配合問題。他勵直流電動機的機械特性負載特性負載特性在電力拖動運動方程式中已指出，當轉矩T 與TL方向相反，大小相等而相互平衡時，轉速為某一穩定值

5、，拖動系統處于穩態，或稱靜態 *電機及拖動基礎13/38穩定運行點不穩定運行點兩種特性有交點僅是穩定運行的必要條件。穩定運行的充分條件是：如果電力拖動系統原在交點處穩定運行，由于出現某種干擾作用（如電網電壓波動、負載轉矩的微小變化等），使原來兩種特性的平衡變成不平衡，電動機轉速便稍有變化，這時，當干擾消除后，拖動系統必須有能力使轉速恢復到原來交點處的數值。電力拖動系統如能滿足這樣的特性配合條件，則該系統是穩定的，否則是不穩定的。 *電機及拖動基礎14/381、必要條件：電動機的機械特性與負載的轉矩特性開發利用在有交點，即存在：2、充分條件：在交點處滿足于：或者說：在交點的轉速以上存在：在交點的

6、轉速以下存在：電力拖動系統穩定運行的充分必要條件是：*電機及拖動基礎15/38第四節 他勵直流電動機的起動一、他勵直流電動機的起動方法如直接加額定電壓起動，Ia 可能突增到額定電流的十多倍，因此直流電機一般不能直接起動。起動方法有降壓起動、電樞回路串電阻起動 特性圖電路圖*電機及拖動基礎16/38二、他勵直流電動機起動電阻的計算（一）圖解解析法1繪制固有機械特性 2選取起動過程中的最大電流 I1與電阻切除時的切換電流 I2 （或T1 與T2）3畫出分級起動特性圖 *電機及拖動基礎17/38（二）解析法在b點 在c點 兩級起動時 推廣到m級起動的一般情況 稱為起動電流比*電機及拖動基礎18/38

7、例一臺他勵直流電動機的銘牌數據為：型號Z-290 試用解析法計算四級起動時的起動電阻值。 解已知起動級數m=4 選擇*電機及拖動基礎19/38各分段電阻如下 ：則各級起動總電阻如下： *電機及拖動基礎20/38第五節 他勵直流電動機的制動1）電動運轉狀態電動機轉矩的方向與轉速的方向相同，此時電網向電動機輸入電能，并變為機械能以帶動負載。 2） 制動運轉狀態電動機轉矩與轉速的方向相反，此時，用電動機吸收機械能并轉化為電能。 一、能耗制動 電動狀態能耗制動*電機及拖動基礎21/38能耗制動時的機械特性為：電動機狀態工作點制動瞬間工作點制動過程工作段電動機拖動反抗性負載，電機停轉。若電動機帶位能性負

8、載,穩定工作點機械特性方程*電機及拖動基礎22/38二、反接制動 反接制動可用兩種方法實現，即轉速反向（用于位能負載）與電樞反接（一般用于反作用負載）。（一）倒拉反接的反接制動 倒拉反接的反接制動機械特性上式表明， 與 兩者之和消耗在電樞電路的電阻 上。 電樞電路的電壓平衡方程式變為 轉速反向的反接制動特性方程式為 *電機及拖動基礎23/38（二）電源反接的反接制動 斷開 和 ， 接通 和電源反接的反接制動電路圖*電機及拖動基礎24/38 三、回饋制動（或稱再生制動） （一）位能負載拖動電動機 電動機回饋制動電路圖(帶位能負載)這時位能負載帶動電動機，電樞將軸上輸入的機械功率變為電磁功率 后，

9、大部分回饋給電網（ ），小部分變為電樞回路的銅耗 。電動機變為一臺與電網并聯運行的發電機。 （二）他勵電動機改變電樞電壓調速 在降低電壓的降速過程中，當突然降低電樞電壓，感應電動勢還來不及變化時，就會發生 的情況，亦即出現了回饋制動狀態。 *電機及拖動基礎25/38 三、回饋制動（或稱再生制動） （一）位能負載拖動電動機 電動機回饋制動電路圖(帶位能負載)這時位能負載帶動電動機，電樞將軸上輸入的機械功率變為電磁功率 后，大部分回饋給電網（ ），小部分變為電樞回路的銅耗 。電動機變為一臺與電網并聯運行的發電機。 （二）他勵電動機改變電樞電壓調速 在降低電壓的降速過程中，當突然降低電樞電壓，感應電

10、動勢還來不及變化時，就會發生 的情況，亦即出現了回饋制動狀態。 *電機及拖動基礎26/38例一臺他勵直流電動機的數據如下：（1）電動機帶動一個位能負載，在固有特性上作回饋制動下放， ，求電動機反向下放轉速。（2）電動機帶動位能負載，作反接制動下放， 時，轉速 ，求串接在電樞電路中的電阻值、電網輸入的功率、從軸上輸入的功率及電樞電路電阻上消耗的功率。 （3）電動機帶動反作用負載，從 進行能耗制動，若其最大制動電流限制在100A，試計算串接在電樞電路中的電阻值。 解 （1）*電機及拖動基礎27/38電動機反向下放轉速 電樞串接電阻 電網輸入功率 (2)串接電阻*電機及拖動基礎28/38軸上功率（為

11、負值，表示從軸上輸入功率） 電樞電路串接電阻 電樞電路電阻上消耗的功率 （3）能耗制動時最大電流出現在制動開始時*電機及拖動基礎29/38第六節 他勵直流電動機的調速 采用一定的方法來改變生產機械的工作速度，以滿足生產的需要，這種方法通常稱為調速。通過改變電動機參數進行調速的方法稱為電氣調速。 改變電動機的參數就是人為地改變電動機的機械特性，使工作點發生變化，轉速發生變化。調速前后，電動機工作在不同的機械特性上，如果機械特性不變，因負載變化而引起轉速的變化，則不能稱為調速。*電機及拖動基礎30/38一、調速指標 （一）調速的技術指標 1. 調速范圍 不同生產機械要求的調速范圍是不同的，例如車床

12、D20120，龍門刨床D1040，機床的進給機構D5200，軋鋼機D3120，造紙機D320等 2靜差率（或稱相對穩定性） *電機及拖動基礎31/38不同機械特性下的靜差率電動機的機械特性愈硬，則靜差率愈小，相對穩定性就愈高。 調速范圍D與低速靜差率%間的關系允許的轉速降 *電機及拖動基礎32/383平滑性 在一定的調速范圍內，調速的級數愈多則認為調速愈平滑。 值愈接近于1，則平滑性愈好。時稱為無級調速，即轉速連續可調，級數接近無窮多，此時調速的平滑性最好。 4調速時的容許輸出（或調速時的功率與轉矩）容許輸出是指電動機在得到充分利用的情況下，在調速過程中軸上所能輸出的功率和轉矩。 *電機及拖動

13、基礎33/38例 一直流調速系統采用改變電源電壓調速，已知電動機的額定轉速 ，高速機械特性的理想空載轉速 如果額定負載下低速機械特性的轉速 ，而相應的理想空載轉速 。（1）試求出電動機在額定負載下運行的調速范圍D和靜差率 ；（2）如果生產工藝要求靜差率 20%，則此時額定負載下能達到的調速范圍是多少？還能否滿足原有的要求？ 解 （1）低速靜差率 （2）不能滿足原有調速范圍的要求*電機及拖動基礎34/38電樞串聯電阻調速分析電樞串接電阻調速的經濟性： 效率二、改變電樞串電阻調速*電機及拖動基礎35/38三、降低電源電壓調速 降低電源電壓的調速系統的機械特性方程式為降低電源電壓調速時的機械特性*電機及拖動基礎36/38減弱磁通的人為機械特性三、弱磁調速 弱磁調速時，機械特性