8.2他勵直流電動機的起動8.6并勵直流電動機的電力拖動*

8.7串勵直流電動機的電力拖動*

8.8復勵直流電動機的電力拖動第9章直流電動機的電力拖動9.2他勵直流電動機的起動9.5他勵直流電動機的調速9.3他勵直流電動機的制動9.4他勵電動機在四象限中的運行狀態9.6并勵直流電動機的電力拖動*

9.7串勵直流電動機的電力拖動*

9.8復勵直流電動機的電力拖動9.1他勵直流電動機的機械特性電機與拖動黑龍江科技學院工業自動化教研室9.1他勵直流電動機的機械特性電動機轉數與電磁轉矩之間的關系：

n=f(T)

→

機械特性返回目錄頁9.1.1機械特性方程式+-+-+-9.1他勵直流電動機的機械特性黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁由基本方程式可得電機的機械特性表達式電磁轉矩：感應電動勢：電樞回路電動勢平衡方程式：電動機轉速特性：機械特性方程式：n=U

CeΦ

－RCeCTΦ2T=n0－β

T=n0－△n理想空載轉速（含義？）9.1他勵直流電動機的機械特性黑龍江科技學院工業自動化教研室R：電樞回路總電阻，包括電樞電阻Ra和電樞回路外串電阻RW；Ce：電動機電動勢常數，Ce=pN/(60a)；CT：電動機轉矩常數，CT=pN/(2pa)理想空載轉速實際空載轉速9.1他勵直流電動機的機械特性返回目錄頁黑龍江科技學院工業自動化教研室β=

dndTRCeCTΦ2=α=

1β——機械特性的硬度9.1他勵直流電動機的機械特性機械特性斜率返回目錄頁電動機帶負載后的轉速降額定轉速變化率黑龍江科技學院工業自動化教研室國產Z系列他勵直流電動機的DnN%一般為10%～18%，大容量電動機為3%～8%。電樞反應對電動機機械特性的影響當電樞電流較大時，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。電樞反應對機械特性的影響返回目錄頁9.1他勵直流電動機的機械特性黑龍江科技學院工業自動化教研室減少電樞反應對電動機機械特性的影響在主磁極上加一個匝數很少的串勵繞組，其磁動勢可以減少電樞反映的去磁作用；實質上變為復勵電動機；由于串勵磁動勢較弱，其機械特性與沒有電樞反應時的他勵直流電動機相同，因此仍視為他勵直流電動機。返回目錄頁9.1他勵直流電動機的機械特性黑龍江科技學院工業自動化教研室1.固有特性9.1他勵直流電動機的機械特性返回目錄頁9.1.2固有機械特性和人為機械特性當他勵電動機電壓及磁通均為額定值、電樞沒有串電阻時的機械特性稱為固有機械特性。

由于電樞電阻很小，特性曲線斜率很小，所以固有機械特性是硬特性。黑龍江科技學院工業自動化教研室9.1他勵直流電動機的機械特性返回目錄頁OTnn0Nn=f(T)UN,

IfN,RanNTNMnMTM

N

點：額定狀態。

M

點：臨界狀態。n=－TUNCeΦNRa＋RΩCeCTΦN2OTnn0RaR

＜

2.人為特性

人為改變電動機參數對應的機械特性——人為特性

(1)電樞串電阻時的人為特性R=(Ra＋RΩ)→→

即機械特性變軟。固有機械特性電樞串電阻時的人為機械特性黑龍江科技學院工業自動化教研室9.1他勵直流電動機的機械特性返回目錄頁特點：①

不變，變大；

②

越大，特性越軟。(2)降低電樞電壓時的人為特性n=U

CeΦN

－RaCeCTΦN2Tn0n0NU↓→n0↓但β、

不變→機械特性的硬度不變。OTnUNU＜特點：①

隨

變化,不變；

②

不同,曲線是一組平行線。固有機械特性電壓降低時的人為機械特性黑龍江科技學院工業自動化教研室9.1他勵直流電動機的機械特性返回目錄頁(3)減小勵磁電流時的人為特性n=UN

CeΦ

－RaCeCTΦ2TOTnn0n0NIfIfN＜If

→Φ→n0

→

、→機械特性變軟。特點：①

弱磁，

增大；

②

弱磁，增大。弱磁時人為機械特性的另一種表達方式黑龍江科技學院工業自動化教研室8.1他勵直流電動機的機械特性返回目錄頁黑龍江科技學院工業自動化教研室9.1他勵直流電動機的機械特性返回目錄頁9.1.3機械特性的繪制由電動機機械特性方程式可知，計算或繪制機械特性，必須知道CeF與CTF等參數，而這些參數電動機結構參數p、a、N等有關，但這些參數不易得到；設計時，一般根據電動機銘牌數據、產品目錄或實測數據來計算或繪制機械特性；對計算有用的數據通常有：PN、UN、IN和nN。黑龍江科技學院工業自動化教研室9.1他勵直流電動機的機械特性返回目錄頁1、固有特性的繪制

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；(1)理想空載點其中UN、IN和nN為已知，Ra可實測，或通過下式估算：黑龍江科技學院工業自動化教研室9.1他勵直流電動機的機械特性返回目錄頁(2)額定運行點CeFN已在前面求得。2、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。黑龍江科技學院工業自動化教研室9.1他勵直流電動機的機械特性返回目錄頁(2)改變電樞電壓時的人為機械特性(3)減弱電動機勵磁時的人為機械特性(1)電樞串電阻時的人為機械特性黑龍江科技學院工業自動化教研室8.1他勵直流電動機的機械特性

【例8.1.1】

一臺他勵直流電動機，PN=10kW，UN=220V，IN=210A，nN=750r/min，求(1)固有特性；(2)固有特性的斜率和硬度

。解：(1)固有特性忽略T0

，則509.55210=

=2.426TNINCTΦ

=

2200.254=

r/min=866.25r/min602PNnNTN=606.2840×103750=×N·m=509.55N·m260CeΦ=CTΦ6.2860=

×2.426

=0.254UNCeΦ

n0=返回目錄頁黑龍江科技學院工業自動化教研室連接n0和N(TN，nN)兩點即可得到固有特性。(2)固有特性的斜率和硬度

Ea

=

CeΦ

nN

8.1他勵直流電動機的機械特性

UN－Ea

INRa

==0.254×750V=190.5V

=

1

RaCeCTΦ2

=

220－190.5210=Ω=0.14Ω0.142.426×0.254==0.22810.228=

=4.39返回目錄頁黑龍江科技學院工業自動化教研室9.1他勵直流電動機的機械特性返回目錄頁9.1.4電力拖動系統穩定運行條件他勵直流電動機的機械特性負載特性負載特性主要研究：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。在電力拖動運動方程式中，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，拖動系統處于穩態，或稱靜態。123黑龍江科技學院工業自動化教研室9.1他勵直流電動機的機械特性返回目錄頁穩定運行的必要條件是：兩種特性有交點。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。黑龍江科技學院工業自動化教研室9.1他勵直流電動機的機械特性返回目錄頁穩定運行系統分析不穩定運行系統分析穩定運行點不穩定運行點黑龍江科技學院工業自動化教研室9.2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。返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動他勵直流電動機起動時，必須保證先有磁場（即先通勵磁電流），而后加電樞電壓。不考慮電樞電感對電樞電流的影響，電樞電流Ia為9.2.1他勵直流電動機的起動方法

1.直接起動存在的問題黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動

Ist=UNRa=(10~20)INT

=

Tst=CTΦIst=(10~20)TN直接起動起動瞬間：U=UN,n=0，Ea

=0。

過大的起動電流將引起電網電壓下降、影響電網上其它用戶的正常用電、使電動機的換向惡化；同時過大的沖擊轉矩會損壞電樞繞組和傳動機構。一般直流電動機不允許直接起動。

為了限制起動電流，他勵直流電動機通常采用電樞回路串電阻或降低電樞電壓起動。黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動1.降低電樞電壓起動需要可調直流電源，如勵磁可調節的直流發電機或晶閘管可控直流電源等。9.2.2起動方法0T2Tz1TnTUN

起動時，以較低的電源電壓起動電動機，起動電流隨電源電壓的降低而正比減小。隨著電動機轉速的上升，反電動勢逐漸增大，再逐漸提高電源電壓，使起動電流和起動轉矩保持在一定的數值上，保證按需要的加速度升速。降壓起動需專用電源，設備投資較大，但它起動平穩，起動過程能量損耗小，因此得到廣泛應用。黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動上圖為電壓分級向上調節，并且最低電壓時的起動轉矩大于負載轉矩。從圖上看，級間電壓相差越小，T1與T2之差也越小。

（1）討論（需驗證）：電壓從某個低壓（對應的起動轉矩大于負載轉矩)連續向上調節時，運行點如何變化?①電壓上升速度和電勢（轉速）上升速度同步，即dU/dt=d(CeΦn)/dt。→d(U-CeΦn)/dt=0，U－CeΦn=常數。0TzTnTstUN因機械慣性較大，起動時間較長。黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動②電壓上升速度和電勢（轉速）上升速度不同步，電壓上升速度比電勢（轉速）上升速度快，即dU/dt＞d(CeΦn)/dt，→

d(U-CeΦn)/dt＞0。使（U-CeΦn）隨時間的延續而增大。黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動dU/dt＞d(CeΦn)/dt:

在同一段時間里，△U＞CeΦ△n。為了畫圖方便，取CeΦ=1,即△U＞△n。△t1：△U1＞△n1

△t2：△U2＞△n2

△t3：△U3＞△n3

黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動0TzTnTstUN△U1△n1△n2△n3△U2△U3說明：起動時，電壓升高的不能太快，否則，轉矩和電流沖擊過大，起不到限流作用。黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動③電壓上升速度和轉速上升速度不同步，取CeΦ=1,先電壓上升速度比電勢（轉速）上升速度快，即△U＞△n。后電壓上升速度比電勢（轉速）上升速度慢，即△U＜△n。

電樞電流和電磁轉矩先增加，后減小。0TzTnTstUN△U1△n1△n2△n3△U2△U3△U4△n4△U1＞△n1△U2＞△n2△U3＜△n3△U4＜△n4黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動（2）討論（需驗證）：電壓從零連續向上調節時，運行點如何變化①電壓上升速度和電勢（轉速）上升速度同步（△U=CeΦ△n）

。0TzTnUN起動時間：長？還是短？起動時間：長黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動②電壓上升速度和電勢（轉速）上升速度不同步，電壓上升速度比電勢（轉速）上升速度快，取CeΦ=1,即△U＞△n。0TzTnTstUN△U1△n1△n2△n3△U2△U3黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動2.電樞串聯電阻起動（1）限流原理直接起動時：電樞電路串電阻起動時：起動電流減小。起動電流大。黑龍江科技學院工業自動化教研室OT(Ia)nT1(I1)TZ(IZ)T2(I2)a1a2(2)起動過程①串聯(RΩ1+RΩ2)起動：

R2=Ra＋RΩ1＋RΩ2

起動轉矩(電流)：T1(I1)=(1.5~2.0)TN(IN)②切除RΩ2：R1=Ra＋RΩ1

切換轉矩(電流)：T2(I2)

=(1.1~1.2)TN(IN)

或(1.2~1.5)TZ(IZ)b2b19.2他勵直流電動機的起動MIf＋U－Ia＋Uf－RΩ1RΩ2b（R1）a（R2）返回目錄頁黑龍江科技學院工業自動化教研室OT(Ia)nT1(I1)TZ(IZ)T2(I2)a1a2b2b1b（R1）a（R2）③切除RΩ1：R=RaMIf＋U－Ia＋Uf－RΩ1RΩ2起動

a1

點a2點加速瞬間n不變

b1點c（Ra）c1c2p切除RΩ1b2點加速切除RΩ2

c1點c2點加速p

點。加速瞬間n不變返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動黑龍江科技學院工業自動化教研室②起切電流（轉矩）比：③求出電樞電路電阻

Ra

若忽略T0，則Pe=EaIa=(CT/9.55)ΦnIa

=(CTΦn)Ia/9.55=Tn/9.55=(T0+TZ)n/9.55=P2

在額定運行時①確定起動電流I1

和切換電流I2

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

=(1.1~1.2)IN(TN)=I1I2

Rａ=

UN－Ea

IN=UN－

INPNIN返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動9.2.3起動電阻的計算1.解析法黑龍江科技學院工業自動化教研室nb2=nc1即：Eab2=Eac1UN－R1I2=UN－RaI1

R1I2=RaI1R1=βRa同理，由na2=nb1可得

R2=βR1對于m級起動，有

Rm=βmRa=β2Ra返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動④

確定各級電阻值和各段電阻值OT(Ia)nT1(I1)TZ(IZ)T2(I2)a1a2b2b1b（R1）a（R2）c（Ra）c1c2p黑龍江科技學院工業自動化教研室各級電阻值：R1=βRa

=βRaR2=βR1=β2RaR3=βR2=β3Ra…Rm=βRm－1=βmRa各段電阻值：

RΩ1=R1－RaRΩ2=R2－R1RΩ3=

R3－R2…RΩm=Rm－Rm－1返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動(1)起動級數未定時的起動電阻的計算①選擇起動電流I1和I2或T1和T2，初步確定β值。②測出或由銘牌數據計算出Ra

。③用n=0，T=T1點，結合電壓平衡方程式，計算出Rm

。④初步確定起動級數m，并向上取整。⑤

重新計算β，校驗I2

或T2是否在規定的范圍內。Rm

=UN

I1m

=RmRa

lgβ

lg黑龍江科技學院工業自動化教研室(2)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β

。⑤計算切換電流

I2，并校驗之。⑥確定各級電阻值和各段電阻值。返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動

=RmRam⑥確定各級電阻值和各段電阻值。黑龍江科技學院工業自動化教研室

【例8.2.1】

一臺Z4系列他勵直流電動機，PN=200kW，UN=440V，IN=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)IN=(745.5~994)AI2

=(1.1~1.2)IN=(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

返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動黑龍江科技學院工業自動化教研室(4)求出起動級數

m取m=5。(5)重新計算，校驗I2

440840=

Ω=0.524Ω8.2他勵直流電動機的起動Rm

=UN

I1m

=RmRa

lgβ

lg==4.760.5240.076

lg1.5lg

=RmRam0.5240.076==1.4758401.47=

A=571AI2=I1(在規定的范圍內)返回目錄頁黑龍江科技學院工業自動化教研室(6)求出各段總電阻值和各段電阻值R1=βRaR2=β2RaR3=β3RaR4=β4Ra

R5=β5RaRΩ1=R1－RaRΩ2=R2－R1RΩ3=

R3－R2RΩ4=R4－R3RΩ5=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返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動2.圖解法首先繪出他勵直流電動機串電阻分級起動時，機械特性圖，作圖步驟如下。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、T2）。一般取I1=(1.5~2)IN，

I2=(1.1~1.2)IN

或I2=(1.2~1.5)IZ。0nn0hII2IzI1R1RaR2R3abcdefg黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動3）繪制分級起動特性圖a）在圖中橫坐標上截取I1及I2兩點，并分別向上作垂直線；b）過固有機械特性與I1的交點g作水平線交I2與f，過n0與f作人為機械特性R1,與I1的交點為e；c）過e點作水平線交I2于ｄ點，過n0與d點做人為機械特性R2，與I1的交點為c；d）過c點作水平線交I2于b點，過n0與c點做人為機械特性R3,如果和橫軸與I1的交點a相交，既可以用此特性圖計算起動電阻。如果R3不與a點相交，修改I1或I2重新作圖，直到滿足上述要求為止。黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動0nn0hII2IzI1R1RaR2R3abcdefg4）分級電阻計算計算根據：同一電流下，轉速降落于電樞回路的總電阻成正比。黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動同理0nn0hII2IzI1R1RaR2R3abcdefg黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動電樞回路串電阻起動控制電路原理圖KVC1、KVC2、KVC3為電路繼電器，其線圈串接在電樞電路中，這三個繼電器的吸合電流都一樣，但釋放電流不一樣，其中KVC3的釋放電流最大，KVC2次之，KVC1最小。剛起動時，起動電流很大，KVC1、KVC2、KVC3都吸合，它們的常閉觸點打開，接觸器KM1、KM2、KM3不動作，全部電阻接入，當電動機轉速升高后電樞電流減小，KVC3首先釋放，其觸點閉合，接觸器KM3線圈通電，其常開觸點閉合，短接第三段電阻，…。黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動M＋U－IaKM3

RΩ3KVC3RΩ2KVC2RΩ1KVC1KM2KM1

KM4

SB1SB2

KM1KVC1KM4

KM2

KM3KVC2KVC3KM4＋－KM4

KA

KA黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動(1)保持最大起動轉矩不變時的機械特性？0nn0hR1RaR2R3abcdefgTTZT2T1(2)電阻值如何計算？切換點電流如何計算？先電阻，后電流（圖解法？）Ra、R3固定，調R1、R2。切換點電流值：I2R1=I1Ra，IdR2=I1R1，IbR3=I1R2，…黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動9.2.4他勵直流電動機起動的過渡過程電力拖動的過渡過程是指電力拖動系統由一個穩定工作狀態過渡到另一個穩定工作狀態的過程，如起動、制動、反轉、調速和負載突變等。研究過渡過程可以分析如何縮短過渡過程時間，提高生產率；探討減小過渡過程損耗的途徑，提高電動機利用率；研究如何改善電力拖動的運行情況，使設備能安全運行。主要研究過渡過程中n=f（t）、T=f（t）、Ia=f（t）和P=f（t）的變化規律。黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動在電力拖動系統中，一些電氣參數（如電壓、電阻等）與負載轉矩的突然變化，會引起電動機的轉速、電流、轉矩及磁通的變化；由于慣性的作用，電動機的轉速、電流、轉矩及磁通等參量卻不能突變，而是一個連續變化的過程；電氣參數（如電壓、電阻等）與負載轉矩的變化勢必引起過渡過程；電力拖動系統中一般存在三種慣性：機械慣性、電磁慣性、熱慣性。黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動1．機械慣性

——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。由于溫度的變化比轉速、電流等參量的變化慢的多，一般不考慮熱慣性的影響黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動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－機械過渡過程——它同時考慮機械與電磁兩種慣性。他勵直流電動機起動的過渡過程，首先應分析起動時的機械過渡過程，再分析電樞回路電感對起動過渡過程的影響黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動（1）串固定電阻起動的過渡過程－電流變化規律1起動時的機械過渡過程1）電樞串固定電阻起動的過渡過程黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動IZ—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TM—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黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動其中：IST為電流的起始值或黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動或或（2）串固定電阻起動的過渡過程－轉速變化規律黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動前面雖然根據他勵直流電動機起動過程推導而得，但他是電流、轉速變化的一般形式，適用于電力拖動系統的起動、制動、反轉、調速及負載突變等各種過程，應用時注意起始值和穩態值的不同特點。當nst=0時，Ist=U/R，則黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動求過渡過程某一階段時間－例如：求轉速從nst（Ist、Tst）變化到nx（Ix、Tx）所需要的時間tx。或或黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動以串兩級電阻起動為例第一級起動時（3）電樞串多級電阻起動的過渡過程黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動第二級起動時末級起動時黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動各階段持續時間分別為：黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動2）加快起動過程的途徑（1）起動過程延緩的原因系統本身的機械慣性，慣性（GD2）越大，轉速上升越慢；起動電流隨時間呈指數規律衰減，使系統的加速度在起動過程中不斷衰減。黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動（2）加快起動過程的途徑針對上述兩個原因，加快起動過程的措施設法減小系統的飛輪轉矩GD2以減小機電時間常數；電動機電樞的飛輪轉矩占整個系統飛輪轉矩的主要部分，應設法減小電動機電樞的飛輪轉矩，如采用雙電機拖動；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，理想的起動電流波形如右下圖所示。黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動2電樞回路電感對起動過程的影響在晶閘管整流電路向直流電動機供電時，通常在電動機電樞回路中串電感（平波電抗器－后續課程《電力電子技術》），這時，電感引起的電磁慣性不能忽視，電磁時間常數為式中：La－電樞回路總電感（包括電樞繞組電感和串聯的電感），Ra－電樞電阻黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動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。這時式中為短路電流第一階段持續時間tz稱滯后時間黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動第二階段，過了tz

后，電動機開始加速，機械慣性與電磁慣性同時存在。黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動

c1及c2——積分常數，由初始條件決定式中黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動當TtM>4Tta時，α1和α2為負實數根據第二階段起始條件（t=0時，n＝0，Ia=Iz）可計算出c1、c2

黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動TtM>4Tta時，起動過程轉速、電流變化曲線如下圖所示。黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動當TtM<4Tta時，α1和α2為復數式中式中黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.2他勵直流電動機的起動起動過程，轉速與電流變化均具有振蕩性質，振蕩頻率為w，振蕩周期為TTtM>4Tta時，起動過程轉速、電流變化曲線如右圖所示。黑龍江科技學院工業自動化教研室9.3他勵直流電動機的制動返回目錄頁9.3他勵直流電動機的制動制動的目的使電力拖動系統停車；使電力拖動系統轉速降低；使位能負載工作機構勻速下降。4)反轉，電動機從正轉變為反轉，首先要制動停車，然后才能反向起動。使電力拖動系統制動的方法斷電源自由停車—較慢，生產效率低；機械制動—電磁制動器，即機械抱閘，磨損大；電氣制動（使電動機產生和轉子旋轉方向相反的電磁轉矩）—能耗制動、反接制動、回饋制動。黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.3他勵直流電動機的制動電氣制動運行的基本特征(1)產生與n相反的電磁轉矩；(2)用電動機吸收系統貯存的機械能并轉化為電能，實現能量的迅速轉移。

※電氣制動運行狀態本質上為發電機運行狀態。電氣制動運行與發電機運行的差異(1)輸入能量有限；(2)機電能量轉換不是目的，而是一種能量轉移的手段。黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.3他勵直流電動機的制動9.3.1他勵直流電動機的能耗制動他勵直流電動機在電動狀態下運行時，去掉直流電源，同時在電樞回路串入一適當電阻。

由于系統機械慣性的作用，電機的旋轉方向來不及變化，電樞電動勢方向不變，但電樞電流方向改變，和電動狀態時相反，電磁轉矩隨之改變方向，和電機旋轉方向相反，電動機處于制動運行狀態，各量方向如圖下所示。1、實現方法黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.3他勵直流電動機的制動電動狀態nTM＋U－Ia＋Uf－M＋Uf－RΩIaTn制動狀態EaEa2、能耗制動過程分析制動前：電動運行狀態，特性1。穩定運行速度nA黑龍江科技學院工業自動化教研室制動開始后：

U

=0，特性2n=－Ra＋RΩ

CeCTΦ2T制動過程9.3他勵直流電動機的制動BOTn1n0TZA能耗制動過程（反抗性恒轉矩負載）—迅速停機

A點→B點，→Ia

反向(Ia＜0)制動開始→n=0，Ea=0

nA

=nB，EaA

=EaB

→T反向(T＜0)，→T和TZ的共同作用

→Ia=0，T=0，→n↓→O點自動停車。

2返回目錄頁MTZTnMTZnT黑龍江科技學院工業自動化教研室TB

TB'制動效果RΩ

2(RΩ大)BOTn1TZA2'(RΩ小)B'→Ia

→|TB

|→制動快，停車迅速。Ia

=EaBRa＋RΩ

≤

Iamax切換點（B點）

RΩ

的選擇Ra＋RΩ≥EaBIamax返回目錄頁9.3他勵直流電動機的制動M＋Uf－RΩIaTnEa黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.3他勵直流電動機的制動在選擇制動電阻時，如果只考慮按最大制動電流不超過電機額定電流的2倍。則有：對于制動加速度受限的生產機械，在確定制動電阻時應考慮允許的最大制動轉矩。能耗制動電阻可由下式計算：

黑龍江科技學院工業自動化教研室(2)能耗制動運行——位能性負載穩定下放重物BOTn1n0TZA2CA點→B點→O

點→T

=0，TZ≠0→n

反向起動(n＜0)→Ea

反向(Ea＜0)→Ia再次反向(Ia＞0)→T再次反向(T＞0)，→n

→T

制動過程反向能耗制動狀態制動過程正向能耗制動狀態能耗制動運行→Ea

→Ia

→T=TZ(C點)。返回目錄頁9.3他勵直流電動機的制動MTZnTT0MTZTnT0MTZnTT0黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.3他勵直流電動機的制動電動狀態nTM＋U－Ia＋Uf－M＋Uf－RΩIaTn制動狀態（正向能耗制動狀態）EaEaM＋Uf－RΩIaTn制動狀態運行（反向能耗制動狀態及運行）Ea黑龍江科技學院工業自動化教研室nZnZ'2BOTn1TZAC制動效果2'(RΩ小)B'TT'RΩ

→特性2斜率

→下放速度|

nZ

|

。

RΩ

的選擇（各量取絕對值）

Ra＋RΩ=EaCIac=

CeΦ

nZ

T

/

CTΦ校驗（同時滿足）Ra＋RΩ

≥EaBIamax=

Ce

CTΦ2

nZ

TC'(RΩ大)=

Ce

CTΦ2

nZ

TZ－T0穩定運行c點的Ea

和Ia（對切換點B點電流的限制）返回目錄頁9.3他勵直流電動機的制動MTZnTT0MTZTnT0MTZnTT0黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.3他勵直流電動機的制動3、能耗制動過程中的能量關系和電動狀態相比，在能耗制動狀態下，電磁轉矩反向TΩ＜0，說明從電機軸上輸入機械功率，被轉換成電功率EaIa

。在能耗制動狀態下，電樞電流反向，-EaIa為正值，說明電動機發出的電功率完全以熱量的形式消耗在電樞回路總電阻上。黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.3他勵直流電動機的制動

當能耗制動用于勻速下放位能性負載時，機械功率就是負載位能輸送給電動機的功率；而當電動機拖動反抗性負載能耗制動時，用于制動的能量來自拖動系統減小的動能所放出的機械能。

黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.3他勵直流電動機的制動4.能耗制動特點(1)制動時U=0，n0=0，直流電動機脫離電網變成直流發電機單獨運行，把系統存儲的動能或位能性負載的位能轉變成電能(EaIa)消耗在電樞電路的總電阻上Ia2(Ra+RΩ)。(2)制動時，（）

n與T成正比,所以轉速n下降時，T也下降，故低速時制動效果差，為加強制動效果，可減少RΩ，以增大制動轉矩T，此即多級能耗制動。(3)實現能耗制動的線路簡單可靠，當n=0時T=0,可實現準確停車。nTRRnCCICTΩaNeNTaNT

∝

,

+==ΦΦΦ黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.3他勵直流電動機的制動5.能耗制動應用能耗制動多用于一般生產機械的制動停車，對于起重機械，能耗制動可使位能性負載低速下放，確保生產安全，對反抗性負載能確保停車。黑龍江科技學院工業自動化教研室

【例8.4.1】

一臺他勵電動機，PN=22kW，UN=440V，IN=65.3A，nN=600r/min，Iamax=2IN，T0忽略不計。試求：(1)拖動TZ=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TZ=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PNINEa

=22×10365.3

=V=336.91VRa=UN－

IN

PNIN=Ω=1.58Ω440－

65.3

22×103

65.3返回目錄頁9.3他勵直流電動機的制動黑龍江科技學院工業自動化教研室(1)迅速停機時

TZ=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·m

336.91600=

=0.562CeΦ

=EanN

280.2565.365=

A

=52.24AIa

=TZCTΦ

EaB

=UN－RaIa（切換點B

點的EaB

）

=(440－1.58×52.24)V=357.46V返回目錄頁9.3他勵直流電動機的制動黑龍江科技學院工業自動化教研室RΩ≥－Ra

EaBIamax(2)下放重物時

357.46

2×65.3=－1.58Ω=1.16ΩRΩ=－Ra

Ce

CTΦ2

nZ

TZ=0.562×5.365×300

280.256－1.58Ω=1.65Ω該值大于1.16Ω，故滿足Iamax的要求。

返回目錄頁9.3他勵直流電動機的制動黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.3他勵直流電動機的制動9.3.2他勵直流電動機的反接制動1．反接制動的特點電樞電壓或電樞電動勢極性突然改變，電樞電壓和電樞電動勢順極性串聯。2.反接制動的實現方法

(1)轉速反向的反接制動（一般用于位能負載，位能負載倒拉電動機反向旋轉）

(2)電源的反接制動（一般用于反抗性負載，改變電樞電壓的極性）黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.3他勵直流電動機的制動3.電源反接的反接制動——迅速停機或反轉

電動狀態nTM＋U－Ia＋Uf－TZEaM＋Uf－RΩIaTn制動狀態－U＋TZ作用？限制IamaxEaIa的方向？T

的方向？黑龍江科技學院工業自動化教研室2－n0OTn1n0TZ制動前：特性1

n=U

CeΦ

－RaCeCTΦ2

T制動開始后：特性2制動過程－TZn=－U

CeΦ

－Ra＋RΩCeCTΦ2

T9.3他勵直流電動機的制動bacda點→b點，na=nb，Ea=Eb，→Ia

反向(Ia＜0)，→T反向(T

＜0)

，制動開始；斷電停車返回目錄頁MTZnTT0MTZnTT0MTZnTT01）反抗性恒轉矩負載b點→c點，在T和TZ的共同作用下，→n↓；c點，n=0，T≠

0，斷電停車。未斷電，如果｜T｜＞｜-TZ｜

，反向起動→d點（反向電動運行）。

黑龍江科技學院工業自動化教研室制動瞬間B點的電勢Ra＋RΩ≥

U

＋EaB

Iamax制動效果2'(RΩ小)b'TT'RΩ

→特性2斜率

→制動轉矩

→制動快。

RΩ

的選擇

（各量取絕對值）2(RΩ大)n0－n0BOTn1TZA返回目錄頁9.4他勵直流電動機的制動M＋Uf－RΩIa－U＋Ea黑龍江科技學院工業自動化教研室9.3他勵直流電動機的制動返回目錄頁2）位能性恒轉矩負載O-n0AnEEBTB若電動機拖動的是位能性恒轉矩負載，則電動機將在轉速過零后反向加速，并最終進入穩定的回饋制動狀態，即穩定運行于E點。|nE|＞|-n0|，回饋制動。CDTn0nTZMTZnTT0MTZTnT0MTnT0MTZnTT0TZ黑龍江科技學院工業自動化教研室U＜0，Ia＜0，UIa＞0，電源輸入電功率。TΩ＜0

，軸輸入機械功率。返回目錄頁9.3他勵直流電動機的制動3）電源反接制動過程中的能量關系TΩ=CTΦIa(2πn)/60=9.55CeΦn/9.55Ia=EaIa

，輸入的機械功率被轉換成電功率。U=Ea+(Ra+RΩ)IaUIa=EaIa+(Ra+RΩ)Ia2，

(Ra+RΩ)Ia2=UIa-EaIa，說明軸上輸入的機械功率被轉換成電功率和電源輸入的電功率都被電樞電阻消耗掉。黑龍江科技學院工業自動化教研室M＋Uf－＋U－TZ4.轉速反向的反接制動——下放重物

RΩIaT制動狀態電樞接入RΩ

瞬間→

Ia

→T→T＜TZ→n

Ea→Ia

T

,T＜TZn

=0，T＜TZ→反向起動→

n＜0

→|

n|

→|

Ea

|

→Ia

→T

→T=TZ。nIa的方向？T

的方向？返回目錄頁9.3他勵直流電動機的制動電動狀態nTM＋U－Ia＋Uf－TZEaEa實現方法：在電樞回路串一較大電阻，對應機械特性的起動轉矩小于位能負載轉矩。黑龍江科技學院工業自動化教研室OTn1n0TZA2C制動運行狀態制動前：特性1

n=U

CeΦ

－RaCeCTΦ2

T制動開始后：特性2n=U

CeΦ

－Ra＋RΩCeCTΦ2

TBD※

Ia和T始終沒有改變方向。返回目錄頁9.3他勵直流電動機的制動MTZnTMTZnTT0T0

從B點至C點，T＜TZ，為電動減速狀態，n=0時，T＜TZ，電機反轉，

n＜0

，與T的方向相反，從C點至D點為轉速反向的反接制動狀態，穩定運行點位D。黑龍江科技學院工業自動化教研室2Dn0BOTn1TZA制動效果RΩ

→特性2斜率

→下放速度

。

2'(RΩ大)D'nZ

nZ'(RΩ小)

U＋EaD

IaDRa＋RΩ=

RΩ

的選擇(各量取絕對值)

=

U＋CeΦ

nZ

T

/

CTΦ=(U＋CeΦ

nZ)

CTΦ

TZ－T0穩定運行D點的電勢和Ia返回目錄頁9.3他勵直流電動機的制動黑龍江科技學院工業自動化教研室UIa＞0，電源輸入電功率。TΩ＜0

，軸輸入機械功率。返回目錄頁9.3他勵直流電動機的制動轉速反向的反接制動過程中的能量關系TΩ=CTΦIa(2πn)/60=9.55CeΦn/9.55Ia=EaIa

，輸入的機械功率被轉換成電功率。U=Ea+(Ra+RΩ)IaUIa=EaIa+(Ra+RΩ)Ia2，

(Ra+RΩ)Ia2=UIa-EaIa，說明軸上輸入的機械功率被轉換成電功率和電源輸入的電功率都被電樞電阻消耗掉。黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.3他勵直流電動機的制動5.兩種反接制動的異同點共同點：能量關系相同。不同點：電壓反接制動特性位于第二象限，制動轉矩大，制動效果好；轉速反向反接制動特性位于第四象限，機械能來自負載的位能，不能用于停車。6.應用

轉速反向的反接制動，可應用于位能負載，一般可在n＜n0

的條件下穩速下放重物。電壓反接制動，宜用于要求迅速停車和反轉，要求較強烈制動的場合，如反抗性負載，但采用電壓反接制動停車時，當制動到n=0時，應迅速切斷電源，否則有反向起動的可能性。黑龍江科技學院工業自動化教研室

【例8.4.2】

例8.4.1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8.4.1中已求得切換點的電動勢，由公式可得RΩ≥－Ra

U

＋EaB

Iamax

440＋357.46

2×65.3=－1.58Ω=4.526Ω返回目錄頁9.3他勵直流電動機的制動黑龍江科技學院工業自動化教研室(2)下放重物時（忽略T0

）RΩ=(U＋CeΦn)

－RaCTΦ

TZ5.365

280.256=(440＋0.562×300

)－1.58Ω=10.07Ω返回目錄頁9.3他勵直流電動機的制動黑龍江科技學院工業自動化教研室

n

＞

n0

→電動機處于發電狀態，

→動能轉換為電能回饋電網。

特點：

→Ea＞Ua返回目錄頁9.3他勵直流電動機的制動9.3.3他勵直流電動機的回饋制動

回饋制動狀態下穩定運行有以下兩種情況（1）電壓反接制動帶位能性負載進入第四象限；（2）當電車電動下坡時，運行轉速可能超過理想空載轉速，進入第二象限。

回饋制動狀態下瞬態過程有以下兩種情況（1）降壓調速過程中；（2）弱磁狀態下增磁調速過程中。黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.3他勵直流電動機的制動

平地或上坡行駛時工作在A點。下坡行駛時

在Tg和T的作用下（Tg和T同向）

→n→n＞n0→Ea＞U→Ia＜0→T＜0→B點（TZ2=T

）。OTn1n01.正向回饋制動——電車電動下坡

TZ12TZ23→n

ABTZ1TnEa＋＋－－UIaTZ11TnEa＋＋－－UIaTgOTnn0TZ1ABnBnAU>Ea+TZ11=-TgTZ2Ea>UTg>TZ11黑龍江科技學院工業自動化教研室電動狀態下坡n→Ea→Ia(T)n=n0,

Ea=U,

Ia=0,T=0制動狀態n

→Ea

(＞U)→Ia(T)＜0→|T|返回目錄頁9.3他勵直流電動機的制動nTM＋U－Ia＋Uf－EaTZ1nTM＋U－Ia＋Uf－EaTZ2nM＋U－Ia＋Uf－EaTZ2nTM＋U－Ia＋Uf－EaTZ2黑龍江科技學院工業自動化教研室2.反向回饋制動——下放重物

電壓反向電動狀態制動過程反向起動nn

→n0n

→

Ea＞U→Ia(T)反向制動狀態Ia的方向？T

的方向？作用？限制Iamax返回目錄頁9.3他勵直流電動機的制動nTM＋U－Ia＋Uf－EaTZnM－U＋＋Uf－EaTZIaTRΩM－U＋＋Uf－TZRΩTIaEaM－U＋＋Uf－TZRΩTIaEan黑龍江科技學院工業自動化教研室OTn1n0TZ2－n0ACBDEA點改變U極性n不能躍變C點B點反接制動D點反向起動E點，T=TZ。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＜TZ回饋制動返回目錄頁9.3他勵直流電動機的制動MTZnTMTZnTMTZnTMTZnT-

nE

黑龍江科技學院工業自動化教研室OTn1n0TZ2－n0ACBD

E

制動效果RΩ

→特性2斜率

→下放速度

。

2'(RΩ小)E'nZ

nZ'(RΩ大)

EaE－U

IaERa＋RΩ

=

RΩ

的選擇（按速度原則）

（各量取絕對值）

=

CeΦ

nZ－U

T

/

CTΦ=(CeΦ

nZ

－U)

CTΦ

TZ－T0穩定運行點E的電勢和Ia返回目錄頁9.3他勵直流電動機的制動M－U＋＋Uf－TZRΩTIaEan黑龍江科技學院工業自動化教研室校驗（按電流原則）（各量取絕對值）

Ra＋RΩ≥

U＋EaB

IamaxOTn1n0TZ2－n0ACBD

E

2'(RΩ小)E'nZ

nZ'(RΩ大)B'制動瞬間B點的E電壓反接后瞬間返回目錄頁9.3他勵直流電動機的制動nM－U＋＋Uf－EaTZIaTRΩ黑龍江科技學院工業自動化教研室電壓反向反接制動與反向回饋制動的比較

反向回饋制動狀態返回目錄頁9.3他勵直流電動機的制動電動狀態nTM＋U－Ia＋Uf－EaTZ電壓反向制動過程nM－U＋＋Uf－EaTZIaTRΩM－U＋＋Uf－TZRΩTIaEan黑龍江科技學院工業自動化教研室在降低電樞電壓調速過程中＞TZOTnU1n01U2n02ACBD

回饋制動過程工作點跳到何處？

返回目錄頁9.3他勵直流電動機的制動3.他勵電動機降低電樞電壓調速和增磁調速說明:

在回饋過程中，電動機向電源回送電能為了節省能量，在電動機具有可調電源拖動反抗性負載時，使整個停車過程都處于回饋制動狀態，直到轉速等于零。這個制動停車方法節省能量，制動時間也短，過原點的最后一級特性，是電樞回路電阻Ra的能耗制動狀態。黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.3他勵直流電動機的制動nn0AOTZTn01UNU1他勵直流電動機降壓過程中的回饋制動機械特性討論：他勵直流電動機降壓過程中電壓連續變化的回饋制動機械特性？電壓調節，先快，然后同轉速下降同步，即△U=CeΦ△n。nn0AOTZTn01UNU1U1=0U1=0黑龍江科技學院工業自動化教研室返回目錄頁9.3他勵直流電動機的制動TZ在增加勵磁電流調速過程中＞OTnIf1n01If2n02ACBD

回饋制動過程4回饋制動過程的能量轉換關系TΩ＜0

，軸輸入機械功率。TΩ=CTΦIa(2πn)/60=9.55CeΦn/9.55Ia=EaIa

，輸入的機械功