β=

dndTRaCECTΦ2=α=1β——機械特性的硬度3、理想空載點、堵轉點OTnTAnTkn0BC第1頁/共67頁第一頁，共68頁。4.固有特性OTnn0Nn=f(T)UaN,

IfN,RanNTNMnMTM

N

點：額定狀態。

M

點：臨界狀態。5.人為特性(1)增加電樞電路電阻時的人為特性n=－TUNCEΦNRa＋RrCECTΦN2OTnn0Ra'Ra"

＜(Ra＋Rr)→→

即機械特性變軟。第2頁/共67頁第二頁，共68頁。(2)降低電樞電壓時的人為特性n=UaCEΦN－RaCECTΦN2Tn0"n0'Ua↓→n0↓但β、

不變→機械特性的硬度不變。OTnUa'Ua"

＜(3)減小勵磁電流時的人為特性n=UNCEΦ－RaCECTΦ2TOTnn0"n0'If"If'＜If

→Φ→n0

→

、→機械特性變軟。第3頁/共67頁第三頁，共68頁。6、機械特性計算已知額定功率PN，額定電壓UN，額定電流IN，額定轉速nN,計算和繪制機械特性。（1）固有機械特性計算（2）人為機械特性計算第4頁/共67頁第四頁，共68頁。【例2.1.1】

一臺他勵直流電動機，PN=10kW，UaN=220V，IaN=210A，nN=750r/min，求固有特性。解：忽略T0

，則509.55210=

=2.426TNIaNCTΦ

=

2200.254=

r/min=866.25r/min602PNnNTN=606.2840×103750=×N·m=509.55N·m260CEΦ=CTΦ6.2860=

×2.426

=0.254UaNCEΦ

n0=連接n0和N(TN，nN)兩點即可得到固有特性。第5頁/共67頁第五頁，共68頁。2.2他勵直流電動機的起動

起動性能

①起動電流Ist

②起動轉矩Tst。直接起動起動瞬間：n=0，E=0，

Ist=UaRa對于他勵電機=(10~20)IN——換向決不允許!

T

=

Tst=CTΦIst=(10~20)TN1.降低電樞電壓起動需要可調直流電源。第6頁/共67頁第六頁，共68頁。OT(Ia)n2.電樞串聯電阻起動T1(I1)TL(IL)T2(I2)abdMIfIa＋Uf－Rst1cefghw＋UN－Rst2Rst3RaR1R2R3KM1KM2KM3R1=Ra+Rst1R2=Ra+Rst1+Rst2R3=Ra+Rst1+Rst2+Rst3T1=(1.5~2)TNT2=(1.1~1.2)TN第7頁/共67頁第七頁，共68頁。OT(Ia)n2.電樞串聯電阻起動(續)T1(I1)TL(IL)T2(I2)a1a2(1)起動過程①串聯(Rst1+Rst2)起動：

R2=Ra＋Rst1＋Rst2

起動轉矩(電流)：T1(I1)=(1.5~2)TN(IaN)②切除Rst2：R1=Ra＋Rst1

切換轉矩(電流)：T2(I2)

=(1.1~1.2)TL(IL)b2b1MIf＋Ua－Ia＋Uf－Rst1Rst2TMba第8頁/共67頁第八頁，共68頁。OT(Ia)nT1(I1)TL(IL)T2(I2)a1a2b2b1TMba③切除Rst1：R0=RaMIf＋Ua－Ia＋Uf－Rst1Rst2起動

a1

點a2點加速瞬間n不變

b1點cc1c2p切除Rst1b2點加速切除Rst2

c1點c2點加速p

點。加速瞬間n不變第9頁/共67頁第九頁，共68頁。②起切電流（轉矩）比：③求出電樞電路電阻Ra(2)起動級數未定時的起動電阻的計算①確定起動電流I1

和切換電流I2

I1(T1)=(1.5~2.0)IaN(TN)I2(T2)

=(1.1~1.2)IL(TL)=I1I2

Ra=UaNIaN

－

IaNPN22第10頁/共67頁第十頁，共68頁。④求出起動時的電樞總電阻Rm⑤確定起動級數mm

=RmRa

lg

lgRm

=UaN

I1第11頁/共67頁第十一頁，共68頁。nb2=nc1即：Eb2=Ec1UaN－R1I2=UaN－R0I1

R1I2=R0I1R1=R0同理，由na2=nb1可得

R2=R1對于m級起動，有

Rm=

mR0⑥重新計算

，校驗I2是否在規定的范圍內=

2R0OT(Ia)nT1(I1)TL(IL)T2(I2)a1a2b2b1bacc1c2p

=RmRam第12頁/共67頁第十二頁，共68頁。⑦確定各段總電阻值和各段電阻值各段總電阻值：R1=

R0=

RaR2=

R1=

2RaR3=

R2=

3Ra…Rm=

Rm－1=

mRa各段電阻值：

Rst1=R1－RaRst2=R2－R1Rst3=

R3－R2…Rstm=Rm－Rm－1第13頁/共67頁第十三頁，共68頁。(3)起動級數已定時的起動電阻的計算①選擇起動電流I1。②測出或由銘牌數據估算出Ra

。③計算Rm

。④計算。⑤計算切換電流I2，并校驗之。⑥確定各段總電阻值和各段電阻值。第14頁/共67頁第十四頁，共68頁。【例2.2.1】

一臺Z4系列他勵直流電動機，PN=200kW，UaN=440V，IaN=497A，nN=1500r/min，Ra=0.076Ω，采用電樞串電阻起動。求起動級數和各級起動電阻

。解：(1)選擇I1和I2I1=(1.5~2.0)IaN=(745.5~994)AI2

=(1.1~1.3)IaN=(546.7~596.4)A取I1=840A，I2

=560A。(2)求出起切電流比

(3)求出起動時的電樞總電阻Rm840560=

=1.5

=I1I2

第15頁/共67頁第十五頁，共68頁。(4)求出起動級數m取m=5。(5)重新計算，校驗I2

440840=

Ω=0.524ΩRm

=UaN

I1m

=RmRa

lg

lg==4.760.5240.076

lg1.5lg

=RmRam0.5240.076==1.4758401.47=

A=571AI2=I1

(在規定的范圍內)第16頁/共67頁第十六頁，共68頁。(6)求出各段總電阻值和各段電阻值R1=

RaR2=

2RaR3=

3RaR4=

4Ra

R5=

5RaRst1=R1－RaRst2=R2－R1Rst3=

R3－R2Rst4=R4－R3Rst5=R5－R4=1.47×0.076Ω=0.11Ω=1.472×0.076Ω=0.16Ω=1.473×0.076Ω=0.24Ω=1.474×0.076Ω=0.35Ω=1.475×0.076Ω=0.52Ω=(0.11－0.076)Ω=0.034Ω=(0.16－0.11)Ω=0.05Ω=

(0.24－0.16)Ω=0.08Ω=(0.35－0.24)Ω=0.11Ω=(0.52－0.35)Ω=0.17Ω第17頁/共67頁第十七頁，共68頁。2.3他勵直流電動機的制動制動的目的：快速停車、勻速下放重物等。制動方法：機械制動電氣制動電氣制動特點：電磁轉矩與轉速方向相反！能耗制動反接制動回饋制動電壓反接制動電勢反接制動正向回饋制動反向回饋制動第18頁/共67頁第十八頁，共68頁。1.能耗制動電動狀態nTME＋Ua－Ia＋Uf－M＋Uf－RbIaTnE制動狀態能耗制動時：動能轉換成電能，被電阻消耗掉。第19頁/共67頁第十九頁，共68頁。制動前：特性1。制動開始后：

Ua

=0，n0=0

特性2n=－Ra＋Rb

CECTΦ2T制動過程bOTn1n0TLaTL(1)能耗制動過程

——迅速停機a點→b點，→Ia

反向(Ia＜0)制動開始→n=0，E=0na=nb，Ea=Eb→T反向(T＜0)，→T和TL的共同作用→Ia=0，T=0，→n↓→O點自動停車。

2第20頁/共67頁第二十頁，共68頁。Tb

Tb'

制動效果Rb

2(Rb大)bOTn1TLa2'(Rb小)b'→Ia

→|Tb

|

↑→制動快，停車迅速。Ia

=EbRa＋Rb≤

Iamax

切換點（b點）Rb

的選擇Ra＋Rb

≥EbIamaxM＋Uf－RbIaTnE第21頁/共67頁第二十一頁，共68頁。(2)能耗制動運行——下放重物bOTn1n0TLa2ca點→b點→O

點→T

=0，TL≠0→n

反向起動(n＜0)→E反向(E＜0)→Ia再次反向(Ia＞0)→T再次反向(T＞0)，→n

→T

反向起動制動過程能耗制動運行→E

→Ia

→T=TL(c點)。nTTL第22頁/共67頁第二十二頁，共68頁。M＋Uf－RbIaTnE制動過程電動狀態nTME＋Ua－Ia＋Uf－TLTL反向起動TM＋Uf－RbTLnEIa能耗制動運行第23頁/共67頁第二十三頁，共68頁。nLnL'2bOTn1TLac

制動效果2'(Rb小)b'TT'Rb

→特性2斜率→下放速度|

nL

|

。Rb

的選擇（各量取絕對值）

Ra＋Rb

=EcIac=CEΦ

nL

T

/

CTΦ

校驗Ra＋Rb

≥EbIamax=CE

CTΦ2nL

Tc'(Rb大)=CE

CTΦ2

nL

TL－T0穩定運行c點的E和Ia（對切換點b點電流的限制）第24頁/共67頁第二十四頁，共68頁。【例2.3.1】

一臺他勵電動機，PN=22kW，UaN=440V，IaN=65.3A，nN=600r/min，Iamax=2IaN，T0忽略不計。試求：(1)拖動TL=0.8TN的反抗性恒轉矩負載，采用能耗制動實現迅速停機，電樞電路至少應串聯多大的制動電阻？(2)拖動TL=0.8TN的位能性恒轉矩負載，采用能耗制動以300r/min的速度下放重物，電樞電路應串聯多大的制動電阻？解：由額定數據求得PNIaNE

=22×10365.3

=V=336.91VRa=UaN－

IaNPNIaN=Ω=1.58Ω440－

65.3

22×103

34.4第25頁/共67頁第二十五頁，共68頁。(1)迅速停機時

TL=0.8TN=0.8×350.32N·m=280.256N·mCTΦ=9.55CEΦ=9.55×0.562=5.365602PNnNTN=606.2822×103

600=×N·m=350.32N·m336.91600=

=0.562CEΦ=EnN

280.2565.365=

A

=52.24AIa

=TLCTΦ

E

=UaN－RaIa=(440－1.58×52.24)V=357.46V（切換點b點的Eb

）

第26頁/共67頁第二十六頁，共68頁。Rb≥－Ra

EbIamax(2)下放重物時357.46

2×65.3=－1.58Ω=1.16ΩRb=－Ra

CE

CTΦ2nL

TL=0.562×5.365×300

280.256－1.58Ω=1.65Ω該值大于1.16Ω，故滿足Iamax的要求。第27頁/共67頁第二十七頁，共68頁。M＋Uf－2.反接制動1.電壓反向反接制動——迅速停機Rb電動狀態nTME＋Ua－Ia＋Uf－TLIaTnE制動狀態－Ua＋電樞反接時：動能、電源電能均被Rb

消耗掉。TL

作用？

限制IamaxIa的方向？T

的方向？第28頁/共67頁第二十八頁，共68頁。2－n0OTn1n0TL制動前：特性1

n=UaCEΦ－RaCECTΦ2

T制動開始后：特性2

制動過程－TLn=－UaCEΦ－Ra＋RbCECTΦ2

Tbacda點→b點，→Ia

反向(Ia＜0)→T和TL的共同作用→n=0，T≠

0，na=nb，Ea=Eb，

→T反向(T＜0)，→n↓

立刻斷電，未斷電，反向起動

制動開始；↓→c點停機。→d點，反向電動運行。

立刻斷電第29頁/共67頁第二十九頁，共68頁。制動瞬間b點的ERa＋Rb≥Ua＋EbIamax

制動效果2'(Rb小)b'TT'Rb

→特性2斜率→制動轉矩

→制動快。Rb

的選擇（各量取絕對值）2(Rb大)n0－n0bOTn1TLaM＋Uf－RbIaE－Ua＋第30頁/共67頁第三十頁，共68頁。M＋Uf－＋Ua－TL(2)電動勢反向反接制動——下放重物電動狀態nTME＋Ua－Ia＋Uf－TLRbIaT制動狀態電樞接入Rb瞬間→Ia

→T→T＜TL→n

E→Ia

T

,T＜TLn

=0，T＜TL→反向起動→

n＜0

→|

n|

→|

E

|

→Ia

→T

→T=TL。nEIa的方向？T

的方向？第31頁/共67頁第三十一頁，共68頁。OTn1n0TLa2c

制動運行狀態制動前：特性1

n=UaCEΦ－RaCECTΦ2

T制動開始后：特性2n=UaCEΦ－Ra＋RbCECTΦ2

Tbd※

Ia和T始終沒有改變方向。第32頁/共67頁第三十二頁，共68頁。2dn0bOTn1TLa

制動效果Rb

→特性2斜率

→下放速度

。

2'(Rb大)d'nLnL'(Rb小)Ua＋Ed

IadRa＋Rb

=Rb

的選擇(各量取絕對值)

=Ua＋CEΦnL

T

/

CTΦ=(Ua＋CEΦ

nL)

CTΦ

TL－T0M＋Uf－＋Ua－RbIaE穩定運行d點的E和Ia第33頁/共67頁第三十三頁，共68頁。【例2.3.2】

例2.3.1中的他勵電動機，迅速停機和下放重物的要求不變，但改用反接制動來實現，試求電樞電路應串聯的制動電阻值。解：(1)

迅速停機在例2.4.1中已求得切換點的電動勢，由公式可得Rb≥－RaUa＋EbIamax440＋357.46

2×65.3=－1.58Ω=4.526Ω第34頁/共67頁第三十四頁，共68頁。(2)下放重物時（忽略T0

）Rb=(Ua＋CEΦn)

－RaCTΦ

TL5.365

280.256=(440＋0.562×300

)－1.58Ω=10.07Ω第35頁/共67頁第三十五頁，共68頁。

平地或上坡行駛時工作在a點。下坡行駛時

TL反向→TL2→n＞n0→E＞Ua→Ia＜0→T＜0→b點（TL2=T

）。

n

＞

n0

→電動機處于發電狀態，→動能轉換為電能回饋電網。3.回饋制動

特點：

→E＞UaOTn1n0(1)正向回饋制動——電車下坡TL12TL23→n

→n

ab第36頁/共67頁第三十六頁，共68頁。電動狀態nTME＋Ua－Ia＋Uf－TLM＋Uf－＋Ua－TLIaTnE下坡n→E→Ia(T)→n=n0,

E=Ua,

T=0nM＋Uf－＋Ua－TLE制動狀態n

→E

(＞Ua)→Ia(T)＜0→|T|M＋Uf－＋Ua－TLnEIaT第37頁/共67頁第三十七頁，共68頁。TL

在降低電樞電壓調速過程中＞TLOTnUa1n01Ua2n02acbd

回饋制動過程

在增加勵磁電流調速過程中＞OTnIf1n01If2n02acbd工作點跳到何處？

回饋制動過程第38頁/共67頁第三十八頁，共68頁。M＋Uf－nE－Ua＋TL(2)反向回饋制動——下放重物電壓反向電動狀態nTME＋Ua－Ia＋Uf－TLRbIaT制動過程反向起動M＋Uf－Rb－Ua＋TLIaTnEn

→n0n

→

E＞Ua→Ia(T)反向制動狀態M＋Uf－Rb－Ua＋TLnEIaTIa的方向？T

的方向？

作用？

限制Iamax第39頁/共67頁第三十九頁，共68頁。(2)反向回饋制動——下放重物OTn1n0TL2－n0acbdea點改變Ua極性n不能躍變c點b點反接制動d點反向起動e點，T=TL。

電壓反向反接制動過程反向起動過程

回饋制動過程

回饋制動運行T＜TL回饋制動第40頁/共67頁第四十頁，共68頁。OTn1n0TL2－n0acbde

制動效果Rb

→特性2斜率

→下放速度

。

2'(Rb小)e'nLnL'(Rb大)Ee－UaIaeRa＋Rb

=Rb

的選擇

（各量取絕對值）

=CEΦ

nL－Ua

T

/

CTΦ=(CEΦ

nL

－Ua)CTΦ

TL－T0M＋Uf－－Ua＋RbIaE穩定運行e點的E和Ia第41頁/共67頁第四十一頁，共68頁。

校驗（各量取絕對值）

Ra＋Rb≥Ua＋EbIamaxOTn1n0TL2－n0acbde2'(Rb小)e'nLnL'(Rb大)b'制動瞬間b點的EM＋Uf－－Ua＋RbIaE電壓反接后瞬間第42頁/共67頁第四十二頁，共68頁。

電壓反向反接制動與反向回饋制動的比較

電壓反向制動過程

回饋制動狀態電動狀態nTME＋Ua－Ia＋Uf－TLM＋Uf－RbIaTnE－Ua＋TLM＋Uf－RbIaTnE－Ua＋TL第43頁/共67頁第四十三頁，共68頁。【例2.3.3】

例2.3.1中的他勵電動機，改用回饋制動下放重物。在電壓反接瞬間，電樞電路串聯較大的制動電阻，以保證Ia≤Iamax；當轉速反向增加到n0時，將制動電阻減小，使電動機以1000r/min下放重物。試求這時的制動電阻值。解：根據例2.4.1求得的數據，可得Ra＋Rb

=(CEΦ

n

－Ua)CTΦ

TL－T0Rb

=(CEΦ

n－Ua)－RaCTΦ

TL5.365

280.256Rb=×(0.562×1000－440)－1.58Ω=0.755Ω第44頁/共67頁第四十四頁，共68頁。2.4他勵直流電動機的調速1.調速概念為滿足生產機械工藝的速度要求，通過改變電機參數使電機轉速發生改變，稱為電氣調速。區別兩個概念：調速、速度變化2.調速指標調速范圍、調速的靜差率、調速平滑性、經濟性、容許輸出第45頁/共67頁第四十五頁，共68頁。

調速范圍指電動機在額定負載時所能達到的最高轉速與最低轉速之比。例如：車床D=2~120，龍門刨床D=10~40，造紙機D=1~20，軋鋼機D=3~120D=nmaxnmin第46頁/共67頁第四十六頁，共68頁。

調速的靜差率指在同一條機械特性上，額定負載時的轉速降與理想空載轉速之比。機械特性越硬，Δn愈小，靜差率就愈小，轉速相對穩定性就愈好。普通車床要求δ%≤30%，龍門刨床小于10%，高精度的造紙機要求小于0.1%δ%=Δnn0X100%=n0-nn0X100%OTnRaTNbn0aΔn第47頁/共67頁第四十七頁，共68頁。

調速平滑性指相鄰兩級轉速之比，用系數ψ表示。

調速經濟性

容許輸出比值越接近于1，調速平滑性越好。一定范圍內調速級數越多，平滑性越好。ψ=nini-1指調速設備的初期投資、運行效率、維護費用等。指電機在得到充分利用時，調速過程所能輸出的功率和轉矩。穩態時，電機的實際輸出由負載決定，應使調速方法適應負載的要求。第48頁/共67頁第四十八頁，共68頁。n=CEΦUa－RaCECTΦ2TUaRaΦΦ3.調速方法OTnMIf＋Ua－Ia＋Uf－RcRaRa＋RCTLbcn0a4.改變電樞電阻調速三種方法：電樞串電阻調速、降壓調速、減弱磁通調速第49頁/共67頁第四十九頁，共68頁。aOTnRaRa＋Rcn0TLTLbcOTnRaRa＋Rcn0bca①

調速方向：在nN以下調節。

(Ra+Rc)→n，(Ra+Rc)→n

。②調速的穩定性

(Ra+Rc)

→β

→δ

→穩定性變差。③

調速范圍：受穩定性影響，D較小。第50頁/共67頁第五十頁，共68頁。④

調速的平滑性電樞電路總電阻PCu=R

Ia2=Ua

Ia－E

Ia

=Ua

Ia

(1－E/

Ua)

=Ua

Ia

(1－n/

n0)=P1－△PP1=nn0——低速效率低。⑥

調速時的允許負載

T=CTΦNIaN——恒轉矩調速。

取決于Ra

的調節方式，一般為有級調速。⑤調速的經濟性

P1=Ua

Ia

=E

Ia＋R

Ia2第51頁/共67頁第五十一頁，共68頁。

結論：(1)優點：設備簡單，初期投資少。(2)缺點：輕載時，調速范圍小(3)低速時，效率低，電能損耗大(4)低速時，轉速穩定性差(5)一般用于對調速性能要求不高的場合：串勵或復勵直流電動機拖動的電車、煉鋼車間的澆鑄吊車等生產機械。第52頁/共67頁第五十二頁，共68頁。【例2.4.1】

一臺他勵電動機，PN=4kW，UaN=160V，IaN=34.4A，nN=1450r/min，用它拖動恒轉矩負載運行。現采用改變電樞電路電阻調速。試問要使轉速降低至1200r/min，需在電樞電路串聯多大的電阻Rr？解：電樞電阻116.311450=

=0.0802CEΦ=EnN

Ra=UaN－

IaNPNIaN=Ω=1.27Ω160－

34.4

4000

34.4額定運行時

E=UaN－Ra

IaN

=(160－1.27×34.4)V=116.31V第53頁/共67頁第五十三頁，共68頁。CTΦ=9.55CEΦ=9.55×0.0802=0.766602PNnNTN=606.2840001450=×N·m=26.36N·mOTnRaRa＋RrTLbcn0an

=n0-n=795r/minn0

=UN/CEφN=1995r/minRa+RrCECTΦ2

nTN

=β=Rr=nCECTΦ2

TN-Ra=0.583Ω第54頁/共67頁第五十四頁，共68頁。5.改變電樞電壓調速＞OTnUa'Ua"TLbcn0'n0"a①調速方向：在UN（或nN）以下調節。

Ua

→n

，Ua

→n

。②

調速的平滑性：連續調節Ua

，可實現無級調速。③調速的穩定性：改變Ua④調速范圍：D不大（D≤8）。⑤調速的經濟性：需要專用直流電源。⑥

調速時的允許負載:T=CTΦNIaN

→不變，但

→穩定性變差。——恒轉矩調速。第55頁/共67頁第五十五頁，共68頁。【例2.4.2】

例2.3.1中的他勵電動機，拖動恒轉矩負載運行，TL=TN。現采用改變電樞電壓調速。試問要使轉速降低至1000r/min，電樞電壓應降低到多少

？解：已知Ra=1.27Ω，CEΦ=0.0802，CTΦ=0.766，TN=26.36N·m。=544.94r/minn0

=n＋n

=(1000＋544.94)r/min=1544.94r/minUa

=CEΦn0

=0.0802×1544.94V=123.9VRaCECTΦ2n

=T1.27

0.0802×0.766

=×26.36r/min第56頁/共67頁第五十六頁，共68頁。6.改變勵磁電流調速TLn不能躍變E=CEΦ

n＞OTnΦ2Φ1

bcan0'n0"If

→Φ

E

→Ia

→T→n→E

下降至某一最小值后回升→

Ia和T

上升至某一最大值后下降→T=TL，n=nc。①調速方向在nN以上（IfN以下）調節。②調速的平滑性連續調節Uf（或Rf）可實現無級調速。第57頁/共67頁第五十七頁，共68頁。③調速的穩定性

Φ

④

調速范圍受機械強度（nmax）的限制，D不大。普通M：D