1、周次第3周 章節名稱§2-1電力拖動系統的運動方程式§2-2 §2-3他勵直流電機機械特性§2-4起動特性授課方式理論課（）；實驗課（ ）；實習（ ）教學時數4學時教學目的及要求要求掌握：u 電力拖動系統轉動方程式,。u 熟練掌握電動機的機械特性。教學內容提要時間分配1 電力拖動系統轉動方程式,2 負載特性。3 電動機的機械特性。4 電動機的啟動過程。第一節課：1，2 3第二節課：3，4教學重點與難點1電力拖動系統轉動方程式。2電動機的自然和人為機械特性。討論練習和作業1電力拖動方程式的符號。2機械特性方程式。3直流電機為什么不能直接啟動？4 實驗如何完

2、成？教學手段多媒體與其它方式結合參考資料1電機與拖動基礎 劉啟新 中國電力出版社 2電機與拖動基礎 宋銀賓 機械出版社 3電機與電力拖動 顧繩谷 合肥工業出版社 4電機原理及拖動 彭鴻才 機械工業出版社 第一節 單軸電機拖動系統的運動方程式 圖2-1 單軸電機拖動系統所謂單軸電機拖動系統，就是指只包含一根軸的系統，如圖所示。當電動機的轉矩作用于這一系統時，根據動力學定律可知，電動機的轉矩除了克服運動系統的靜阻轉矩外，還使整個系統沿著電動機轉矩的作用方向，產生角加速度。而角加速度的大小與旋轉體的轉動慣量J成反比。這種關系可用方程式表示如下： (21) 式中 電動機的拖動轉矩(牛·米)；

3、 負載靜阻轉矩(牛·米)； J 單軸旋轉系統的轉動慣量(牛·米·秒2)； 單軸旋轉系統的角速度(1秒)； 時間(秒)； 慣性轉矩(牛·米)。 式(21)為單軸拖動系統以轉矩表示的運動方程式。它與直線運動系統的運動方程式()相似。從實質上講，式(21)就是旋轉運動系統的牛頓第二定律。 式(21)是電機拖動系統運動方程的一般形式，由于此式所用單位在計算和使用中不太方便，因此，在電機拖動的工程應用和實驗計算中，往往不用轉動慣量，而用飛輪慣量GD2來表征旋轉物體的慣性作用。旋轉物體的角速度也用電動機軸上的轉速n表征。因為： (22) (23) 式中 重力加速度，

4、=9.80米秒2； 整個系統旋轉部分的質量(公斤·秒2米)； G 整個系統旋轉部分的重量(牛)； 系統轉動部分質量對其旋轉軸的回轉半徑(米)； 系統轉動部分質量對其旋轉軸的回轉直徑(米)。 將式(2-2)和式(23)代入式(2-1)，可得運動方程式的實用形式： (24) 式(2-4)是今后常用的運動方程式，它表征了電機拖動系統機械運動的普遍規律，是研究電機拖動系統各種運轉狀態的基礎，也是生產實踐中設計計算的依據。 當=0時，常數(或=0)，系統穩定運轉或靜止； 當時，常數，系統加速運轉； 當時，常數，系統減速運轉。 在理解和使用上述運動方程式(24)時，還必須注意以下幾個問題： (1

5、)GD2是表示整個旋轉系統慣性的物理量，是一個符號，切不可以把它割裂開而理解為系統的G與D2的乘積。通常將GD2稱為飛輪慣量或飛輪轉矩。 (2)電動機電樞(即轉子)及其它機械部件的飛輪轉矩GD2的數值可從相應的產品目錄或有關手冊中查得，其單位目前都用牛·米2的單位。 (3)式(24)中的數值375具有加速度的量綱。 (4)為了使運動方程式具有普遍性，能夠描述各種各樣運動形式和運行狀態的系統，式中轉矩與應帶有正、負號。一般是首先規定某一旋轉方向(如順時針方向)為正方向。對于電動機的轉矩，若轉矩方向與所規定的正方向相同，則帶正號，反之則帶負號。而負載轉矩的正負號與上述規定正好相反。即負載

6、轉矩的方向與所規定的正方向相同時，則帶負號，相反時則帶正號。因此運動方程式的一般形式為： (25)第二節 典型的負載轉矩特性幾種典型的生產機械負載轉矩特性。 一、恒轉矩負載特性 所謂恒轉矩負載特性，是指負載轉矩與其轉速n無關的特性，即當轉速變化時，負載轉矩保持常數。 在恒轉矩負載中，又分為反抗性恒轉矩負載特性和位能性恒轉矩負載特性兩種。反抗性恒轉矩負載的轉矩作用方向隨轉動方向的改變而改變。摩擦性負載轉矩就具有這樣的性質，負載轉矩的方向總是和運動方向相反。屬于這一類的生產機械有提升機的走行機構，皮帶運輸機，軋鋼機以及某些金屬切削機床的平移機構等。其特性曲線應畫在平面坐標系的第一與第三象限內。如圖

7、所示。位能性恒轉矩負載的轉矩作用方向不隨轉動方向的改變而改變。屬于這一類的生產機械有起重機的提升機構，高爐料竄卷揚機構、礦井提升機構等，其特性曲線是一條由第一象限到第四象限的直線，如圖所示。 圖23 反抗性恒轉矩負載特性 圖24 位能性恒轉矩負載特性 二、恒功率負載特性 在機械加工工業中，有許多機床(如車床)在粗加工時，切削量比較大，因而切削阻力比較大，采用低速運行。而在精加工時，切削量比較小，因而切削阻力比較小，大都采用高速運行。這就使得在不同轉速下，負載轉矩的數值基本上與轉速成反比，即 則負載的功率為： 在這種情況下，負載功率基本保持不變，負載轉矩與n的關系曲線，如圖所示。三、負載轉矩是轉

8、速的函數，即的負載特性凡是按離心力原理而工作的機械，如離心式鼓風機，水泵等，其負載轉矩隨著轉速的增加而增大。有些生產機械的負載轉矩與轉速n成二次方關系，如圖中的曲線1所示。另外，實驗室中用作模擬負載的他勵直流發電機的轉矩也是轉速的函數，而且呈線性關系。因為當勵磁電流和電樞電阻恒定不變時(忽略空載損耗)，電磁轉矩與轉速成正比，如圖曲線2所示。圖2-5 恒功率負載特性 圖2-6 的特性第三節 直流他勵電動機的機械特性一、直流他勵電動機的機械特性方程為了導出直流他勵電動機的機械特性方程，可將實際運行的直流電動機用一等效電路來表示，如圖所示。根據電路可以列出電樞回路的電壓平衡方程式： (2-6)式中

9、電源電壓；電動機的反電勢；電樞電流；電樞回路地電阻。從第一章已知： 即 將此二式代入式（2-6）可得：即 (2-7)或 (2-8)式（2-8）表明了電動機的轉速n與它產生的轉矩之間的關系，即，因而稱為他勵電動機的機械特性方程式（今后都用T表示）。圖2-7直流他勵電動機的原理電路 圖2-8 他勵直流電動機的機械特性 假定外加電壓U和電樞回路的電阻的植不變，磁通也是一個常數，電勢常數和轉矩常數對于一臺既定的電機來說，都是常數，因而可將式（2-8）表示為： (2-9)式（2-9）中的，它是對應于 的電動機轉速。當和恒定時，它是一個常數。從式（2-9）中可以看出，電動機的轉速n在時才能等于，也就是說只

10、有當電機沒有輸出轉矩時，n才等于。這時電機仍在旋轉，而又不輸出轉矩，那必須是軸上不僅沒有負載，而且空載轉矩也不存在，這是一種理想的情況。把對應與這種情況下的轉速稱為理想空載轉速。式（2-9）中的 稱為電動機的轉速降。它是當電機有輸出轉矩T時所引起的轉速。速度降的本質是電動機有載運行時，電樞回路電阻上的損耗，以速度這一參量表示出來的結果。因此，電動機的輸出越大（即負載越大），電樞電流也就越大，速度降也就越大，電機的實際運行速度越低。二、直流他勵電動機的機械特性曲線 可知，在、及為恒植的情況下，n和T之間是平面坐標系中的一條直線，如圖）所示。它是和縱坐標交與點的一條稍向下傾斜的直線，輸出轉矩增加時

11、（機軸上負載增大時），速度的變化并不大，稱這種機械特性為硬機械特性，簡稱為硬特性。從特性曲線還可以看出，當負載不變時，越大，特性的傾斜度越大。而式中表示機械特性的斜率。越大，越大，機械特性愈軟。通常稱小的機械特性為硬特性，大的特性為軟特性。三、直流他勵電動機的自然機械特性從直流電動機的機械特性方程式（29）：當電樞回路不串任何電阻時，所得到的電動機的機械特性就是電動機的自然機械特性。電動機的自然機械特性是一條稍下傾的直線，機械特性為硬特性。四、直流他勵電動機的人工機械特性從直流他勵電動機的機械特性方程式（29） ： 從機械特性方程式還可以看出，當人為地改變電壓，改變串接與電樞回路中的電阻，改變

12、勵磁電流的大小使磁通發生變化時，可以得到一系列的人工特性。1 電樞回路串接電阻的人工機械特性：如果將電動機的外加電壓保持為額定值，而在電樞回路串入附加電阻。改變電樞回路附加電阻時的人工機械特性是通過理想空載點的一束直線，如圖示。2 改變電動機供電電壓時的人工機械特性： 電樞回路串接電阻時的人工機械特性改變外加電壓時的機械特性曲線是從自然特性曲線往下移，而且是平行與自然特性的一簇直線，如圖所示。改變供電電壓時電動機的人工機械特性3減弱電動機主磁通時的人工特性：一般他勵電動機在額定磁通下運行時，電機磁路已經接近飽和。因此，改變磁通實際上只能是減弱磁通。減弱磁通時的人工機械特性可見，改變主磁通時，不

13、僅理想空載轉速有所變化，而且轉速降也有較大的變化。從機械特性方程式可以看出，減弱磁通時，理想空載轉速升高。這是因為減小，外加電壓又保持不變，而反電勢仍要和外加電壓相平衡，因而必須提高理想空載轉速，這就是減弱磁通時理想空載轉速升高的原因。從機械特性方程式還可以看出，減弱磁通會使轉速降按平方比例低增大，即特性曲線的斜率增大。這是因為在同一輸出轉矩T 下，由于磁通的下降必須增大電樞電流 才能保持T相同，從而引起電樞電阻上的壓降增大，所以減小的越多，速度降就越大。（在講習題之前，重新回顧一下自然機械特性、工機械特性及其相互關系。）例2-1 有一臺他勵直流電動機，其銘牌數據如下：千瓦，伏，=。求：（1）

14、 自然機械特性（2） =0.4歐的人工機械特性（3） 伏的人工機械特性（4） 時的人工機械特性（其中為電動機的額定磁通）解： 由于他勵直流電動機的機械特性是一條直線，所以只要根據機械特性方程式求出兩點即可畫出特性曲線。因為：所以，必須求出電動機的的值。即：(1) 繪制自然機械特性。條件是電壓、磁通均為額定值，電樞不串接電阻。根據：可得： T=0，=804轉分 牛米，轉分過上述兩點畫出直線即得自然機械特性曲線，如圖中曲線所示。(2) 繪制=0.4歐的人工機械特性。條件是電壓、磁通為額定值，電樞電路的電阻為。根據： 可得： 804轉分 =546.84牛·米，=443轉分過上述兩點畫直線即

15、得=0.4歐時的人工機械特性曲線，如圖中曲線2 所示。(3) 繪制U=110伏的人工機械特性。條件是磁通為額定值，電樞回路沒有附加電阻，外加電壓為110伏。根據：可得：T=0，=402轉分 =546.84牛·米，=348轉分 過上述兩點畫直線即可得U=110伏時的人工機械特性曲錢，如圖中曲線3 所示。 (4) 繪制的人工機械特性。條件是電壓為額定值，電樞回路沒有附加電阻，磁通。根據：可得：=1005轉分 546.84牛·米，=921轉分過上述兩點畫直線即得時的人工機械特性，如圖中曲線4所示。最后需要說明兩點： (1)為了畫圖及研究問題的方便起見，通常以理想空載點和額定負載點

16、來確定特性曲線；(2)弱磁時對應的電樞電流必然大于，所以如果電機要產生的轉矩，則實際上是過載運行。第四節 直流他勵電動機的起動特性一、 直流電動機的起動1 對起動性能的要求：Tst足夠大，Ist盡量小（小于允許值）。2 起動方法：（1） 直接起動直接將電樞投入UN起動（2） 電樞回路串變阻器起動起動時在電樞回路串入起動電阻Rst（3） 降壓起動起動降低電樞繞組電壓 U<UN（1）直接啟動：因為電機在開始起動瞬間，其速度為零，則。由公式可以看出，由于非常小，必然引起過大的電樞電流，這時的電樞電流稱為堵轉電流(或稱為短路電流)，通常可達到電機額定電流的1020倍。注意：不能將靜止的電樞繞組直

17、接接上額定電壓(即直接起動)！（2）一起動時在電樞電路中串入適當的外加電阻，限制起動瞬間的過大起動電流。（3）降低給電樞繞組的電壓，待電機轉速升高，反電勢增大，電流降低后，再逐漸增高電樞兩端的外加電壓。這兩種方法都可以保證起動過程中電樞電流不致超過允許值。 二、逐級切除起動電阻時的起動過程 他勵直流電動機逐級切除起動電阻時的原理接線圖和機械特性曲線他勵直流電動機逐級(三級)切除起動電阻時的原理接線圖和機械特性曲線如圖所示。其起動電流應為，與此相應的起動轉矩為。因此，電機拖動系統在加速轉矩的作用下，速度開始沿著電阻所確定的特性上升。隨著速度的上升，反電勢上升，電樞電流下降，電動機的轉矩也隨著減少

18、。當系統沿著的特性上升到A點時，電動機的速度達到了。這時的電樞電流為，切除第一段起動電阻，電樞回路中的總電阻則為。這時的特性則為所對應的特性，且使切除第一段電阻后的電樞電流為。電動機的速度達到了，再切除第二段電阻。這時電樞回路中的總電阻為，因而電機由特性的C點瞬時過渡到D點，并繼續沿著所確定的特性上升到E點。電動機的速度達到了切除，再起動電阻，電機從特性的E點瞬時過渡到F點，并沿自然特性上升到H點，最后以的速度穩定運轉。起動過程即告結束。 (即)通常選擇為電機最大允許的電流值。一般情況下至于切換電流，則應該這樣來考慮，如果取得比較小，則起動時的平均起動電流；(因而也是平均起動轉矩)比較小，起動

19、緩慢，影響生產率。如果取得過大，則起動電阻的級數多，所用控制電器也多。但是必須注意，切換電流必須大于負載轉矩所對應的電流值，否則就起動不起來。通常取 二、解析法計算起動電阻根據圖220機械特性曲線所示關系，可以直接寫出下列關系式： ； ； ； ； ； ； 由上式可以得到: 式中為最大起動電流與切換電流之比，也為相鄰兩段電阻之比。從式(221)可以推得： 式中m為起動段數。由此可得計算起動電阻時的重要關系式： 當根據工藝要求和前述原則確定和之后，則可求出之值，從而用下式即可算出各段的電阻值： 在生產實踐中，有時也可根據電機容量和起動要求先選定起動段數和最大起動電流然后算出值，并運用式計算出各段電

20、阻值。 周次第4周 章節名稱§2-5他勵直流電機的制動運轉特性授課方式理論課（）；實驗課（ ）；實習（ ）教學時數2學時教學目的及要求要求掌握：1各種制動過程及機械特性曲線。2 各種制動的計算。教學內容提要時間分配1各種制動過程及機械特性曲線。2 各種制動的計算。3 電動與制動的區別第一節課：1，2 3第二節課：3，4教學重點與難點1各種制動過程及機械特性曲線。2 各種制動的計算。3 電動與制動的區別。討論練習和作業教學手段講授參考資料1電機與拖動基礎 劉啟新 中國電力出版社 2電機與拖動基礎 宋銀賓 機械出版社 3電機與電力拖動 顧繩谷 合肥工業出版社 4電機原理及拖動 彭鴻才 機

21、械工業出版社 第五節 直流他勵電動機制動運轉狀態的特性一、制動方法1自由停車。 2 .電磁制動。注意：電動狀態與制動狀態的區別:電動狀態時,電磁轉矩的方向與轉動的方向相同，機械特性位于1、3象限。制動狀態時,電磁轉矩的方向與轉動的方向相反，機械特性位于2、4象限。 一、能耗制動運轉狀態 1、制動特點：電源電壓為0。 此時系統在機械慣性的作用下，仍朝著原來的運轉方向運轉，故電動機反電勢的方向不變，但電樞電流反向，因此電動機的轉矩也反向，這時電動機的轉矩起制動作用。因而，系統在負載轉矩和電動機轉矩的共同作用下減速，一直到轉速等于零，反電勢、電流和轉矩都等于零，系統就停止不動了。在能耗制動過程中，它

22、把軸上輸入的機械能(即系統放出的動能)轉換成電能，消耗在電樞回路的電阻上，系統的動能消耗完了，電動機也就停止不動了，故人們把這種運轉狀態稱為能耗制動。2、能耗制動時的機械特性:根據直流他勵電動機機械特性方程的普遍形式： 它是一條通過原點的直線，如圖所示。特性的斜率為,與電樞串聯電阻時的人工特性斜率相同。3、制動過程及能量關系：（1）摩擦性負載：原來電機作為電動機運轉，工作在A點。現在瞬間進入能耗制動，由于轉速來不及變化，因而電機必然從原來的工作點A過渡到能耗制動特性的B點，電動機轉矩則瞬間變為負()，隨后電機沿著直線下降到坐標原點。（2）位能性負載，如圖所示。我們假設原來電動狀態是提升負載，能

23、耗制動時使提升速度降低,其物理過程與上述摩擦性負載下的情況相同，如圖所示。而當提升速度制動到零之后( )，系統會在負載轉矩的作用下使重物往 下落，系統反向加速，其速度變為負，隨之反電勢反向，電樞電流、電動機轉矩均反向，電動機轉矩又恢復到原來的提升方向。隨著反向速度的增加，電動機轉矩也增大，一直到 ，系統就等速下降，形成了能耗制動下降重物，如圖所示。與這種情況相對應的機械特性曲線在第四象限，如圖所示。在這種情況下，負載釋放出的位勢能，由軸上傳人電動機，通過電機而轉換成電能消耗在電阻上。特點：能耗制動的接線和操作都比較簡單，在制動過程中不需從電網輸入電功率，因而比較經濟。而且用這種制動方法實現停車

24、比較準確。但也存在著一定的缺點，從機械特性曲線可以看出，其制動轉矩隨著轉速的降低而減小。因而在低速時的制動作用較弱，拖長了制動時間。為了克服這一缺點，在某些生產機械中采用了兩級能耗制動。如圖所示。開始制動時，將電阻和全部接入，電動機則從特性的B點進行制動降速。隨著制動轉矩的減小，到達特性的C點時，電動機的轉矩已減小為。這時借助于自動控制裝置使接觸器的接點閉合，切除電阻，電樞電流瞬時增大，運行點將從特性的C點過渡到D點，制動轉矩又上升為， 系統再以較大的制動轉矩進行制動，直到停車。 4、穩定運行轉速的確定：當電機的特性與負載的特性有交點時，交點的轉速即為穩定運行的轉速。如果沒有交點，那么穩定運行

25、的結果為停車。 例2-3 有一臺他勵直流電動機：22千瓦， 220伏， 118.5安， 600轉分，0.15歐。假設電機原來帶額定負載穩定運行，試求： (1)負載轉矩為反抗性，要使最大制動電流為，求能耗制動電阻的阻值并繪出機械特性曲線； (2)負載轉矩為位能性，試求在(1)的電阻值制動時電機下放重物的轉速。要使下放重物的速度加快，對應的制動電阻是應增大還是應減小？解：首先計算出電動機的額定參數為： 202.03伏 0.337 653轉分(1)在忽略電樞反應影響的情況下，他勵電機與只相差一個常數。所以我們可以用代替，因為， - 237安所以： 0.15=0.7歐對于反抗性負載， 時，而 所以電機

26、從電動狀態的額定轉速制動到，則制動過程結束，特性曲線只限于第二象限。過()和(0，0)兩點畫直線即得所求的機械特性，如圖所示。 (2)對于位能性負載，當，時，仍然為額定值，所以電機由電動狀態的額定轉速制動到零后，在重物的作用下，必然使電機反向加速，電動機轉矩由0變正，直至才以等速下放重物，特性曲線是位于二、四象限且過原點的直線。 因為，所以穩定運行時，故得制動下放轉速為： 299轉分特性曲線如圖所示。由圖可見，要使下放重物的速度加快，則機械特性的斜率應加 大，相應的應增大。二、電壓反接制動運轉狀態1、制動特點：電壓變為負值。 制動過程：電動機原來拖動負載(摩擦性負載)穩定運轉于自然特性的A點，

27、將電樞兩端外加電壓的極性倒過來，同時在電樞回路中串入較大電阻，如圖(b )所示。由于系統慣性的作用，轉速的大小及方向都來不及變化。因此，的大小及方向均不變。但由于電源反向了，其特性則為位于第三象限且斜率很大的特性，如圖所示。電動機的運行是瞬時地由A點過渡到B點，電樞電流知電動機轉矩都瞬時地變為負值，即： 他勵電動機反接電源機械特性曲線由于電樞電流反向，反向，與負載轉矩的方向相同，對系統起制動作用，于是進入了反接制動運轉狀態。這時，拖動系統在負載轉矩和電動機轉矩共同作用下減速，即從特性的B點向C點過渡。隨著速度的降低，反電勢、電樞電流、電動機轉矩均下降。（1） 當轉速下降到接近零時，如迅速將電源

28、切除，電動機很快就停下來。（2） 不及時切斷電源，系統將有可能(當時)朝反方向起動。如果要求系統反轉、則在電動機停車后不要切除電源，電動機即反向起動。在反向起動過程中亦可采用與正向電動運轉相同的辦法，逐步切除電樞回路中的電阻，使電動機最后運轉在第三象限的自然特性曲線上。2、電壓反接制動時的機械特性方程： 3、反接制動狀態下的能量關系：此時電樞電路的電壓平衡方程式為：所以其功率平衡方程式為： 即從電網輸入到系統的電功率，機械軸上輸入的機械功率并由電機轉換而來的電功率。這兩部分電功率合在一起都消耗在電阻以上。由此可見，這種制動方法在制動過程中要消耗較多的能量，顯得不夠經濟。但其制動效果較強，在整個

29、制動過程中保證了較大的制動轉矩。即使轉速為零時仍有較大的制動轉矩作用。當不需要停車時，還可自動地反向起動，進入反向運轉。 這種制動方法廣泛用于經常處在起動、制動、頻繁正反轉過程且具有摩擦性負載的生產機械上。4、穩定運行轉速的確定：對于摩擦性負載，當n=0時的轉矩時，穩定運行的轉速為兩特性的交點。否則，穩定運行的結果為停車。三、電勢反接制動運轉狀態(倒拉反接制動)1、 制動特點：其它條件與電動狀態相同，只是轉子串入較大電阻。2、制動過程：(負載為位能負載)。假設原來電動機以某一穩定速度提升重物，電動機穩定運行于特性的A點。這時，我們在電動機電樞回路中串入較大的電阻，在串入電阻的瞬間，速度和反電勢

30、來不及變化，而電樞電流卻由于分母 電勢反接制動運轉機械特性曲線增大而突然減少。從特性曲線圖228 (c)所示也可看出，串入電阻后，電動機由原工作點A瞬時地過渡到B點，電動機的轉矩也瞬時地從減少為，因此系統進入減速過程。但必須注意，此時仍為提升方向，速度的方向也是提升方向，只不過是提升速度越來越慢。當電動機沿特性曲線從B點減速到達C點時，反電勢，這時的電樞堵轉電流為，對應的堵轉轉矩為 (其值取決于串入電樞回路中電阻的大小)。由于小于負載轉矩，所以系統將在負載轉矩的作用下，向反方向加速。速度n和反電勢，均變為負值，故電樞電流將隨著反向速度的增加而增大，電動機的轉矩(保持為提升方向不變)也將隨著增大

31、，直至增大到為止，系統在特性曲線的D點穩定運行。3、穩定運行時的特點：(1)電動機的轉矩仍和負載轉矩相平衡，即；(2) 速度為負；(3) 電動機轉矩的作用方向與轉速方向相反，起制動作用；(4)反電勢與外加電壓同方向。這和電源反接制動時的情況一樣，只不過前一種是將電源電壓反接，使得與同向，而現在則是由于反向而形成同向。因此人們把這種制動運行狀態也叫做反接制動(或稱為電勢反接制動)。由于這種反接制動只是在電樞回路中串入了較大的電阻，所以其機械特性方程應 該和電動狀態時一樣，即： （2-32）但由于很大，而電樞電流仍為原來與負載相對應的電流，所以使得轉速降比理想空載轉速還要大，因此轉速必然為負。這就

32、是說，特性曲線位于第四象限，或者說是第一象限特性曲線向第四象限的延伸。4、電勢反接制動狀態時的能量關系：功率平衡關系為： (233)從能量觀點來看，電勢反接與電壓反接是一樣的。這種制動方法常應用于起重設備低速下放重物的場合。只要選擇合適的附加電阻(即選定合適的機械特性)使得電動機的堵轉轉矩小于負載轉矩，則系統就將朝著下放重物的方向運動，最后以一定的速度下放重物。這是在許多吊車上經常采用的一種運轉方式。四、再生發電制動運轉狀態 他勵電動機再生發電制動的機械特性 電樞電路的電壓平衡方程式(為實線箭頭所示)為： 電動機把從電網吸取的電能轉換成機械能傳給生產機械。如果我們在軸上外加一個足夠大的原動轉矩

33、 ()，其方向與電動機轉矩方同，即幫助電動機拖動生產機械。很顯然，這時系統在的情況下將加速運轉，急劇上升，隨著速度的上升，電樞電流將下降，即電動機轉矩將隨著速度的上升而下降。當電動機的速度上升到時，反電勢，使得電樞電流，即，電動機從而停止了能量的轉換。但由于，因而系統仍繼續加速，使得。這時，故電樞電流變為負值，即電樞電流反向，電動機的轉矩也反向，變成與負載轉矩的方向相同，它對系統的運動來講是起制動作用的。盡管如此，但只要時，系統將繼續加速，隨著速度的增加，也增大，一直加速到時，系統以高于的速度平衡穩定運轉。特點是：(1) ；(2) 為負，起制動作用； 只要使電動機的轉速超過理想空載轉速，電動機

34、就進入再生發電制動運轉狀態。舉 兩個例子來說明在生產實踐中如何利用再生發電制動完成生產工藝要求。 他勵電動機降壓時的再生發電制動原理線路及機械特性（1）他勵電動機在降低外加電壓時的情況。（2）在位能負載下電動機進入再生制動的運行過程。周次第5周 章節名稱§2-5他勵直流電機的制動運轉特性§2-6他勵直流電機的啟動習題課授課方式理論課（）；實驗課（ ）；實習（ ）教學時數4學時教學目的及要求要求掌握：制動的計算調速方法及其特性曲線調速的性能指標教學內容提要時間分配1 制動的計算2 調速方法及其特性曲線3 調速的性能指標4 習題課第一節課：1，2 ，3第二節課：3，4教學重點與

35、難點1調速方法及其特性曲線2調速的性能指標。討論練習和作業教學手段講授參考資料1） 電機與拖動基礎 劉啟新 中國電力出版社 20052） 電機與拖動基礎 宋銀賓 機械出版社 19993） 電機與電力拖動 顧繩谷 合肥工業出版社 19974） 電機原理及拖動 彭鴻才 機械工業出版社 2004第六節 直流電機拖動的速度調節及其特性一、調速方法：（1） 機械調速：不改變電動機的速度，而是改變電動機與生產機械之間傳動裝置的速比來達到調速的目的。（2） 電氣調速：用改變電動機的參數和外部運行條件，以改變電動機的運行速度來達到調速的目的，一、直流電動機速度調節的基本途徑從直流電動機機械特性方程式： 可見，

36、改變串人電樞回路的電阻、外加于電樞兩端的電壓U以及主磁通，都可以在一定負載下(即一定的T下)獲得不同的運行速度，從而達到速度調節的目的。二、評價調速方法的主要指標在生產實踐中，為不同的生產機械選擇調速方法時，必須在技術方面與經濟方面進行比較。通常用下述幾種主要技術經濟指標來評價所選用的調速方法是否合理。1調速范圍 所謂調速范圍是指電動機在額定負載時可能運行的最高轉速與最低轉速之比，即：不同的生產機械要求調速范圍的大小不同。由于近代機械設備制造的趨向是盡量簡化機械結構，并首先是簡化各種減速機構，因此，這就要求電機拖動系統具有較大的調速范圍。例如熱連軋機一般要求D=310，車床主軸要求D=2050

37、，而精密鏜床的進給機構要求D>1000。有的精密機床要求其調速范圍達到10000以上。2調速的平滑性 調速平滑性用兩個相鄰轉速與(或)之比來衡量，即： 這個比值越接近子1，調速的平滑性越好。在一定的調速范圍內，可能得到的調節轉速的級數越多，則調速的平滑性越好。最理想的情況是進行平滑連續地調速。3調速的靜差度(即調速的相對穩定性) 所謂靜差度是指電動機在某一機械特性曲線上運轉時，其額定負載下的轉速降和對應的機械特性的理想空載轉速之比，即： 對于不同的調速方法，其機械特性的靜差度是一個個很重要的指標。4調速的經濟性 它主要指調速裝置的初期投資和電能損耗以及運行維修費用等。5調速時電動機的容許

38、輸出 它是指在電動機得到充分利用的情況下，在調速過程中所能輸出的功率和轉矩。關于這一問題，將在本節后面進行仔細地分析。三、電樞串聯電阻調速機械特性方程式為：電樞串聯電阻后，特性曲線是從自然特性往下移，且電阻越大，特性就越軟。 這種調速方法的在空載或輕載時，調速范圍很小，調速效果不明顯。特別是電動機的機械特性的硬度隨著外串電阻的增加而減小，輕載時，低速的機械特性(串入電阻大)很軟，運行很不穩定。另外，速度調節不夠平滑，只能是有級調節。從能量觀點來看，在主電路中串人電阻長期工作，必然消耗大量的電能，這是不經濟的。因此目前采用這種調速方法的系統已逐漸減少。四、改變電動機電樞的供電電壓調速機械特性方程

39、式為：當改變供電電壓U時，機械特性的理想空載轉速發生變化，而轉速降保持不變，所以改變電樞兩端供電電壓時，可得一系列平行于自然特性的特性曲線。串電阻調速時的機械特性曲線 改變供電電壓時的機械特性曲線這種調速方法的特點是調節平滑。它的理想空載轉速隨外加電壓的平滑調節而改變，而轉速降不隨速度的改變而變化，故特性的硬度不變，調速范圍相對地大一些。這種調速系統還有一個特點，就是可以靠調節電樞電壓來平滑地起動電機，而不需另加起動設備。 五、改變電動機主極磁通中調速機械特性方程式為： 與自然特性相比，它的理想空載轉速有所升高，而同一轉矩T下的轉速降有所增大，所以特性的斜率增大了，即特性的硬度有所降低。由于的

40、增加比的增加更顯著一些，所以減弱磁通時，將使電動機的轉速升高，即可從額定轉速向上調速。 改變主極磁通時的機械特性必須強調指出，在弱磁調速時，如果電動機的負載轉矩不變，則穩定運行時的電樞電流必然增大。這是因為負載轉矩不變，在調速前后電動機都應產生與負載轉矩相等的電磁轉矩，即。所以當減為時電樞電流必然從增為。 這一現象是弱磁調速區別于其它幾種調速方法的重要特征之一。 六、電動機調速時的容許輸出恒轉矩調速：如果調速前后電樞電流保持為額定值，則電動機調速前后輸出的轉矩保持不變，這種調速方法適用于恒轉矩性質的負載。習慣上稱為恒轉矩調速。恒功率調速：如果調速前后電樞電流保持為額定值，則電動機發出的功率為常

41、數。這種調速方法適用于恒功率的負載。習慣上稱為恒功率調速。結論；串電阻調速和降壓調速屬于恒轉矩調速。弱磁調速屬于恒功率調速。習題課1 有一臺他勵直流電動機，銘牌數據為：160千瓦，220伏，808安，1500轉分，歐。假設電機原工作在額定狀態，現要進行電壓反接制動，最大制動轉矩為，求反接制動電阻，并繪制機械特性曲線。 解：先繪出電動狀態的自然機械特性，因為： 伏(V.min/r)(N.m/A) 轉/分 制動時的電樞電勢和轉矩為： 因為電壓反接制動時的特性方程為： 所以，時，-1583轉分。由于制動初瞬的，所以有：0.2653歐所以反接制動電阻0.26530.014=0.2513歐。 習題課2

42、電機與習題課1相同，要使該電機進行電勢反接制動并以500轉分的速度下放位能性額定負載，求電勢反接制動電阻，并畫出機械特性曲線。解：根據機械特性方程式： 已知500轉分，1072.58牛·米，所以有： o.358歐于是可得，0.218歐。習題課3 他勵直流電動機, =55千瓦，220伏, 282安，500轉分，0.045歐，電機原處于電動狀態，帶額定負載(摩擦性負載) 以額定轉速穩定運行，試求： (1)如果在軸上另加一外力矩=588牛·米，其方向與相同，分析電機運轉狀態的變化并求穩定轉速。(2)如將電源電壓突然降低到198伏，該電機能否進入再生發電制動狀態，如能,求最大制動轉

43、矩。(3)如負載轉矩為位能性，以最大制動轉矩進行電壓反接制動，求穩定轉速。如在轉速接近時切除反接制動電阻，穩定轉速的值是多少?解：首先求出電動機的基本參數： 0.1382 1592轉分 牛·米 (1)由于是拖動轉矩，且其值大于負載轉矩，所以電機必然在的作用下進入再生發電制動狀態，如圖所示。其穩定轉速可用下式求得：1646轉分(2)當電樞電壓降至198伏時，反電勢仍為： 207伏由于198伏，電樞電流及電動機轉矩變為負，電機進入再生發電制動狀態，最大制動電流為： 200安最大制動轉矩為： 263.96牛·米當伏時，電動機的理想空載轉速為： 1433轉分(3)位能負載下，電壓反接制動的最大制動轉矩為： 744.38牛·米最大制動電流為： 564安附加電阻應為：歐最后的穩定轉速為：如果在接近處切除，則：1684轉/分習題課4 他勵直流電動機100千瓦，=440伏，254安，1000轉分，0.1 歐，容許最大電樞電流 。設電機原帶額定負載以額定轉速穩定運行在電動狀態，試求：(1) 以最大電樞電流進行電壓反接制動時，所需反接制動電阻為多少?如負載為反抗性，電機能否最后運行到反向電動狀態，如能，求穩定轉速，并繪出機械特性曲線；(2) 如負載為位能性，要使電機以-100轉分的速度下放