1、1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 電樞反應對機械特性的影響當電樞電流較大時，由于飽和的影響，產生去磁作用。磁通降低，轉速就要回升，機械特性在負載大時呈上翹現象。2二、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321FFFN（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械特性 4三、機械特性的繪制（一）固有機械特性的繪制其中 固有機械特性是一條直線，

2、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5（二）人為機械特性的繪制 各種人為機械特性的計算較為簡單，只要把相應的參數值代入相應的人為機械特性方程式即可。 例9-1 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6四、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Tz 方向相反，大小相等而相互平衡時，轉速為某一穩定值，拖動系統處于穩

3、態，或稱靜態 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。 7穩定運行點不穩定運行點8第二節 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 特性圖電路圖9二、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

4、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 10（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11例9-2一臺他勵直流電動機的銘牌數據為： 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12各分段電阻如下 ：則各級起動總電阻如下： 13三、他勵直流電動機起動的過渡過程 在電力拖動系統中，一些電氣參數（如電壓、電阻等）與負載轉矩的突然變化，會引起過渡過程，但由于慣性，這些變化卻不能導致電動機的轉速、電流、轉矩及磁通等參量的突變，而必須是個連續變化的過程 。電力拖動系統中一般存在以下三種慣性：1機

5、械慣性 反映在系統的飛輪慣量上，它使轉速不能突變。 2電磁慣性 反映在電樞回路電感及勵磁回路電感上，它們分別使電樞電流和勵磁電流不能突變，從而使磁通不能突變。 3熱慣性 它使電動機的溫度不能突變。 14電力拖動的過渡過程一般分為兩種：1）機械過渡過程 它只考慮機械慣性，忽略影響較小的電磁慣性。2）電氣一機械過渡過程 它同時考慮機械與電磁兩種慣性。（一）起動時的機械過渡過程 他勵直流電動機串固定電阻全壓起動1電樞串固定電阻起動的過渡過程 15負載轉矩對應的負載電流，即電動機起動完畢后，保持穩定轉速運行時的電樞電流 電力拖動系統的機電時間常數，是表征機械慣性的一個非常重要的物理量 其解為為電流的起

6、始值 其中或16起動過程中電樞電流的變化曲線或 過渡過程開始時轉速的起始值當起動轉速為零時機械特性上負載轉矩 （或負載電流 ）對應的轉速，即過渡過程結束時電動機的穩定轉速。 起動過程中轉速的上升曲線17求出過渡過程中某一段的時間 或或2電樞串多級電阻起動的過渡過程 他勵電動機二級起動的電路及特性 第一級起動時 18轉速變化曲線機械特性曲線電流變化曲線1920例9-3一臺他勵直流電動機銘牌數據為： 已知四段起動電阻為： 電樞電阻系統飛輪慣量求分級起動總的起動時間。解： 21設 =(0.231+0.137+0.0808+0.0478)1.61s+40.0306s=0.922s 22理想的起動電流變

7、化規律3加快起動過程的途徑 1）減小系統的飛輪慣量，以減小機電時間常數，從而降低系統的慣性 2）在設計電力拖動系統時，盡可能設法改善起動過程中電樞電流的波形 （二）電樞電路電感對起動過程的影響 電磁時間常數為 式中，La 為電樞電路的總電感 當電動機帶負載起動時，則過渡過程分兩階段：第一階段，電樞電流從零增加到Iz 之前，電動機轉速為零。式中23第二階段，過了tz 后，電動機開始加速，機械慣性與電磁慣性同時存在 或該方程的解為式中24考慮電樞電感時，無振蕩情況下的變化曲線其中c1及c2積分常數，由初始條件決定 1）當 時，1和2為負實數252）當 時，1和2為負共軛復數考慮電樞電感時，有振蕩情

8、況下的變化曲線式中式中26第三節 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27能耗制動時機械特性和轉速及電流變化曲線28能耗制動機械特性方程式 如果按最大制動電流不超 過來選擇 則電動機帶位能負載時的能耗制動電路圖當 時能耗制動時間為 29二、反接制動 電動機帶位能負載時的能耗制動電路圖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）轉速反向的反接制動 轉

9、速反向的反接制動機械特性轉速反向的反接制動特性方程式為 電樞電路的電壓平衡方程式變為 30上式表明， 與 兩者之和消耗在電樞電路的電阻 上。 （二）電樞反接的反接制動 斷開 和 ， 接通 和電樞反接的反接制動電路圖最大電流也不超過 31（三）電樞反接時的過渡過程電樞反接時的人為機械特性和轉速及電流變化曲線1反作用負載 反抗性負載終止在D點位能性負載終止在E點2位能負載 32 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

10、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。 33他勵電動機降壓、減速過程中回饋制動特性例9-4一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。 34

11、解 （1）電動機反向下放轉速 （2）電樞電路總電阻 電樞串接電阻 電網輸入功率 電樞電路電阻上消耗的功率 35軸上功率（為負值，表示從軸上輸入功率） （3）能耗制動時最大電流出現在制動開始時，此時感應電動勢為 電樞電路總電阻 電樞電路串接電阻 36第四節 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。 一、調速指標 調速方法最主要的有兩大指標：即技術指標與經濟指標 （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D20120，龍門刨床D1040，機床的進給機構D5200，軋鋼機D3120，造紙機D320等

12、 37不同機械特性下的靜差率 2靜差率（或稱相對穩定性） 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 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。 39（二）調速的經濟指標 調速的經濟指標決定于調速系統的設備投資及運行費用，而運行費用又決定于調速過程的損耗，它可用設備的效率來說明。 例9-5 一

13、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？ 40電樞串聯電阻調速解 （1）低速靜差率 （2）不能滿足原有調速范圍的要求二、降低電樞端電壓調速 （一）電樞串聯電阻分析電樞串接電阻調速的經濟性： 效率41（二）降低電源電壓 降低電源電壓的調速系統的機械特性方程式為晶閘管整流器供電的直流調速系統降低電源電壓調速時的機械特性42減弱磁通的人為機

14、械特性三、弱磁調速 弱磁調速電路示意圖較大容量系統小容量系統弱磁調速時，機械特性方程式是 ：43 弱磁調速的優點是，在功率較小的勵磁電路中進行調節，控制方便，能量損耗小，調速的平滑性較高。由于調速范圍不大，常和額定轉速以下的降壓調速配合應用，以擴大調整范圍。 減弱磁通時的電樞電流、轉速、磁通變化曲線44四、調速時的功率與轉矩 在調速過程中，只要在不同轉速下電流不超過額定值，電動機長時運行，其發熱不會超過容許的限度。 對于他勵直流電動機，轉矩與功率的關系為： 降壓調速時，從高速到低速，容許輸出轉矩是常數，稱為恒轉矩調速方式。而容許輸出功率則正比于轉速。式中弱磁調速時的容許輸出功率為常數，稱為恒功

15、率調速方式； 45機械特性和容許輸出轉矩容許輸出轉矩和功率46第五節 晶閘管直流電動機系統電流連續時的整流電壓的平均值 三相半波零式晶閘管電動機系統的主電路負載為電動機時的整流電壓波形對于三相零式晶閘管整流電路式中， 一逆變角。 47電流不連續時整流電壓與電流波形電流不連續時的機械特性48反并聯連接的兩組晶閘管裝置向直流電動機供電晶閘管直流電動機系統的優點為：改變控制角，即可調節電動機的電樞端電壓或勵磁電流，從而達到平滑調速的目的。其技術與經濟指標較高；調速范圍大，平滑性高，質量小，占地面積小，運行效率高，設備投資和運行費用都較低，而且快速響應控制準確。其缺點是：1）由于電樞電流為脈沖波 ，電

16、流的有效值較高，增加電樞的銅耗，引起電動機效率下降。 2）當調速范圍較大時，功率因數較低 。3）晶閘管整流裝置整流變壓器一次電流中的諧波成分會造成種種不良影響 。49第六節 他勵直流電動機過渡過程的能量損耗 一、空載起動的能量損耗 空載起動時 起動時由電源輸向電動機的能量為 可見，電源輸入電動機兩倍于系統儲存動能的能量，其中一半為拖動系統儲存的動能，另一半為起動損耗。50二、空載能耗制動的能量損耗損耗等于拖動系統所儲存的動能。 三、空載反接制動的能量損耗 空載反接制動的能量損耗等于拖動系統動能儲存量的三倍 。51四、空載反轉過程的能量損耗空載反轉過程的能量損耗等于拖動系統動能儲存量的四倍 。五

17、、減少他勵直流電動機過渡過程能量損耗的方法 （一）減少拖動系統的動能儲存量 1、通常設計成細而長的形狀。2、也可采用雙電動機拖動，它由兩臺一半功率的電動機組成，這時即相當于電樞的等效長度增加，而直徑減小。52（二）合理選擇電動機的起、制動方式 比較二級與一級起動時的損耗可見，前者僅為后者的一半。同理，他勵直流電動機 m 級改變電壓起動（如發電機一電動機組）時，能量損耗可大大減小，為一級起動時的 1/m 。兩臺電動機串并聯兩級起動兩臺電動機一級起動53串勵直流電動機固有機械特性串勵直流電動機串聯電阻時的人為機械特性第七節 串勵直流電動機的電力拖動 一、串勵電動機的機械特性 磁路未飽和時串勵電動機機械特性方程式 串勵直流電動機的電路圖54串勵直流電動機降壓時的人為機械特性勵磁繞組并分路電阻的電路圖（一）降低電源電壓 （二）勵磁繞組并分路電阻 55電樞并分路電阻的電路圖串電阻時的人為機械特性固有機械特性勵磁繞組并分路電阻時的人為特性電樞并分路電阻時的人為特性（三）電樞并分路電阻 56二、串勵電動機的制動狀態串勵電動機只有兩種制動狀態，