第8章他勵流電動機電力拖動電機與拖動目錄8.1他勵直流電動機的機械特性8.2他勵直流電動機的起動8.3他勵直流電動機的調速8.4他勵直流電動機的制動8.5他勵電動機的四象限運行第八章直流電機電力拖動2/468.1他勵直流電動機的機械特性機械特性n=f(Te)當Ua、Ra、If=常數。第八章直流電機電力拖動3/46OTe

nn0理想空載轉速機械特性的硬度8.1他勵直流電動機的機械特性(1)固有機械特性n=f(Te)|UaN、Ra、IfN特點-硬特性靜差率δ

?[3%,8%]第八章直流電機電力拖動4/46OTe

nn0n0'T0nNTNTst8.1他勵直流電動機的機械特性(2)人為機械特性n=f(Te)|Ua、Ra、If改變電樞回路串電阻特點-Ra↑

β↑

α↓

機械特性變軟第八章直流電機電力拖動5/46OTe

nn0RaRa1Ra2TLRa<

Ra1<

Ra28.1他勵直流電動機的機械特性(2)人為機械特性n=f(Te)|Ua、Ra、If改變降低電樞電壓特點-Ua↓

n0↓，但β、α不變

機械特性硬度不變第八章直流電機電力拖動6/46OTe

nn0UNUa1Ua2TLUN>

Ua1>

Ua2n01n028.1他勵直流電動機的機械特性(2)人為機械特性n=f(Te)|Ua、Ra、If改變減小勵磁電流特點-Φ↓

Tst↓

n0↑，但Ist不變。第八章直流電機電力拖動7/46OTe

nn0ΦNΦ1Φ2TLΦN>

Φ1>

Φ2n01n02TstOIa

nn0ΦNΦ1Φ2TLΦN>

Φ1>

Φ2n01n02Ist8.1他勵直流電動機的機械特性例8-1

他勵直流電動機PN=22kW,UN=220V,IN=115A,nN=1500rpm，Ra=0.125Ω。如保持負載轉矩為額定值不變，試求下列情況下的電樞電流和電機的穩定轉速：(1)電樞回路串入Rc=0.75Ω的電阻；(2)電樞電壓降為U=100V；(3)減弱磁通使Φ=0.85ΦN。解，(1)勵磁回路勵磁電壓不變，

主磁通不變；負載轉矩額定值TN不變，

電磁轉矩Te=TN+T0

不變；又有Te=CTΦNIa

電樞電流Ia=IN=115A不變。(2)同(1)電樞電流Ia=IN=115A不變。第八章直流電機電力拖動8/468.1他勵直流電動機的機械特性例8-1

他勵直流電動機PN=22kW,UN=220V,IN=115A,nN=1500rpm，Ra=0.125Ω。如保持負載轉矩為額定值不變，試求下列情況下的電樞電流和電機的穩定轉速：(1)電樞回路串入Rc=0.75Ω的電阻；(2)電樞電壓降為U=100V；(3)減弱磁通使Φ=0.85ΦN。解，(3)負載轉矩額定值TN不變，

電磁轉矩Te=TN+T0

不變；弱磁0.85，又有Te=CTΦIa

第八章直流電機電力拖動9/468.2他勵直流電動機的起動起動性能起動電流Ist；起動轉矩Tst。直接起動n=0，E=0；

Ist=Ia=Ua/Ra=(10~20)IN

換向困難。Tst=Te=CTΦNIst=(10~20)TN

起動迅速。第八章直流電機電力拖動10/46Otn,iaIstME＋Ua－Rst1Rst2＋Uf－IaIfOtn,iaImaxImint1t28.2他勵直流電動機的起動電樞串聯電阻起動串聯(Rst1+Rst2)起動

R2=Ra+Rst1+Rst2起動轉矩(電流)：T1(I1)=(1.5~2.0)TN(IN)切除Rst2

R1=Ra+Rst1切換轉矩(電流)：T2(I2)=(1.1~1.2)TL(IL)切除Rst1

R1=Ra起動a點

加速到b點

跳變到c點

加速到d點

跳到e點

加速到f點。第八章直流電機電力拖動11/46ME＋Ua－Rst1Rst2＋Uf－IaIfOTenn0T1(I1)TLT2(I2)abdcef8.2他勵直流電動機的起動降低電樞電壓起動自動調節電壓，平滑起動；損耗小；需要可調直流電源。第八章直流電機電力拖動12/46ME＋Ua－＋Uf－IaIfOTenn0UaNUa1Ua2Ua3aT1(I1)cegT2(I2)bdfTLh8.2他勵直流電動機的起動他勵直流電動機的反轉

Te=CTΦIa磁場反向；Lf較大，過渡過程時間長；繞組容易斷開，失去勵磁。電樞電壓反向。如何改變并勵、串勵、復勵電動機轉向？第八章直流電機電力拖動13/46ME＋Ua－＋Uf－IaIfOTenn0－n0正向電動反向電動ME＋Ua－IaIf8.3他勵直流電動機的調速技術指標調速范圍D

靜差率δ

平滑性φ容許輸出經濟指標設備投資運行費用調速方法第八章直流電機電力拖動14/46ME＋Ua－＋Uf－IaIfE＋U－＋Uf－IIfRa＋Ua－Ia8.3他勵直流電動機的調速(1)改變電樞電阻調速調速方向n<nN

Ra↑→n↓Ra↓→n↑第八章直流電機電力拖動15/46E＋U－＋Uf－IIfRa＋Ua－IaRa2OTe

nn0Ra1＞TLabcncTLOTenn0Ra2Ra1＞abcOTenn0Ra2Ra1＞TLacb8.3他勵直流電動機的調速(1)改變電樞電阻調速一般為有級調速（Ra連續變化成本較大）穩定性變差Ra↑→β↑→α↓→δ↑調速范圍小經濟性較差轉速越低，效率越低。調速范圍小允許負載恒轉矩負載、風機類負載第八章直流電機電力拖動16/468.3他勵直流電動機的調速(1)改變電樞電阻調速運行經濟性較差；調速方法簡單，控制設備簡單；初期設備投資少；機械特性變軟，穩定性差。提高機械特性硬度的方法并聯電阻；穩定性提高；效率仍然很低。第八章直流電機電力拖動17/46E＋U－＋Uf－IIfRa＋Ua－IaRc2Rc18.3他勵直流電動機的調速(2)改變電樞電壓調速調速方向n<nN

Ua↓→n↓Ua↑→n↑

調速特性平滑性好，可以實現無級調速；?n/

?U為常數。經濟性運行經濟性好、調速效率高；投資經濟性差，需要專用可調電源。穩定性Ua變化

α、β不變，穩定性好；靜差率δ變大；調速范圍小。允許負載恒轉矩負載、風機類負載第八章直流電機電力拖動18/46E＋U－＋Uf－IIfRa＋Ua－IaOTenUa1Ua2＞TLadbcTb8.3他勵直流電動機的調速(3)減弱磁通調速調速方向n>nN

Φ↓→n↑Φ↑→n↓

Φ↓→E↓→Ia↑→Te↑→n↑→E↑→Ia↓→Te↓→Te=TL穩定性Φ↓n0↑、機械特性變軟，穩定性差；靜差率δ不變；調速范圍電樞去磁反應影響；換向能力；最大轉速、機械強度受限；一般D=2，特殊D=4。第八章直流電機電力拖動19/46E＋U－＋Uf－IIfRa＋Ua－IaOTenΦ2Φ1＞TLacb8.3他勵直流電動機的調速(3)減弱磁通調速調速平滑性勵磁電流較小（約2~5%IN）；易于實現連續改變勵磁電流；可實現無級調速。經濟性勵磁電流較小，初期投資較少；改變勵磁電阻Rf設備成本低，易于實現；改變勵磁電壓Uf設備成本較高；調速設備耗能較少，運行效率高。允許負載恒功率負載Φ↓→Te↓，n↑，P

基本不變；風機類負載、恒轉矩負載n↑

P2↑第八章直流電機電力拖動20/46E＋U－＋Uf－IIfRa＋Ua－IaOTenΦ2Φ1＞TLacb8.3他勵直流電動機的調速例8-5

他勵直流電動機PN=17kW,UN=220V,IN=90A,nN=1500rpm，Ra=0.146Ω。額定電壓、額定磁通時驅動某負載時n=1530rpm。現在向下調速，要求最低轉速nmin=700rpm。采用降低電樞電壓方式，計算電樞電流變化范圍。(1)恒轉矩負載；(2)恒功率負載。解，額定，CEΦN=(UN–RaIN)/

nN=(220–0.146

90)/1500

CEΦN=0.138n=1530rpm時的感應電動勢

Ea=CEΦN

n=0.1381530=211.14V電樞電流Ia=(UN–Ea

)/Ra

=(220–211.14)/0.146=60.69An=700rpm時(1)恒轉矩負載，Te=TL=CTΦNIa不變

Ia'=Ia=60.69A第八章直流電機電力拖動21/468.3他勵直流電動機的調速例8-5

他勵直流電動機PN=17kW,UN=220V,IN=90A,nN=1500rpm，Ra=0.146Ω。額定電壓、額定磁通時驅動某負載時n=1530rpm。現在向下調速，要求最低轉速nmin=700rpm。采用降低電樞電壓方式，計算電樞電流變化范圍。(1)恒轉矩負載；(2)恒功率負載。(2)恒功率負載，Pe=TeΩ

=TLΩ=CTΦNIaΩ

不變

Ia'/Ia=

Ω/Ω'

=

n

/

n'調速后電流

Ia'=Ia

n

/

n'=

60.691530/700=132.65A結論電樞電流的變化范圍是60.69A～132.65A。低速時電樞電流超過額定電樞電流，所以不能在低速時長期運行。

說明降低電樞電壓或電樞回路串電阻的調速方法不適合對恒功率負載進行調速。第八章直流電機電力拖動22/468.3他勵直流電動機的調速例8-6

他勵直流電動機PN=17kW,UN=220V,IN=90A,nN=1500rpm，Ra=0.146Ω。額定電壓、額定磁通時驅動某負載時n=1530rpm。要求采用弱磁調速的方法把轉速升高到nmax=1900r/min。計算電樞電流變化范圍。(1)恒轉矩負載；(2)恒功率負載。解，額定，P2N=PeN=CTΦNINΩN=CEΦNnNIN

CEΦN=PN/(INnN)=17000/(901500)=0.1259≠0.138n=1530rpm時的感應電動勢

Ea=CEΦN

n=0.1381530=211.14V電樞電流

Ia=(UN–Ea

)/Ra

=(220–211.14)/0.146=60.69An=1900rpm時(1)恒轉矩負載，Te=TL=CTΦNIa=CTΦ'Ia'不變

Ia'/Ia=

ΦN/Φ'…….1第八章直流電機電力拖動23/468.3他勵直流電動機的調速例8-6

他勵直流電動機PN=17kW,UN=220V,IN=90A,nN=1500rpm，Ra=0.146Ω。額定電壓、額定磁通時驅動某負載時n=1530rpm。要求采用弱磁調速的方法把轉速升高到nmax=1900r/min。計算電樞電流變化范圍。(1)恒轉矩負載；(2)恒功率負載。

Ia'/Ia=

ΦN/Φ'…….1Φ'=(Ia/Ia')

ΦN又

Ia'=(UN–Ea')/Ra=

(UN–CEΦ'n')/Ra

Ia'=

UN/Ra–CEΦ'n'/Ra

…….2Ia'=

UN/Ra–CE

(Ia/Ia'

)ΦNn'/RaIa'2=(UN/Ra)Ia'–CEIaΦNn'/RaIa'2–(UN/Ra)Ia'+CEΦNIan'/Ra=0Ia'2–(220/0.146)Ia'+0.138

60.69

1900

/0.146=0求解，Ia'=

76.20A

(Ia'=

1430.67A舍去)。(2)恒功率負載，電樞電流不變，Ia'=Ia

=60.69A第八章直流電機電力拖動24/468.3他勵直流電動機的調速例8-6

他勵直流電動機PN=17kW,UN=220V,IN=90A,nN=1500rpm，Ra=0.146Ω。額定電壓、額定磁通時驅動某負載時n=1530rpm。要求采用弱磁調速的方法把轉速升高到nmax=1900r/min。計算電樞電流變化范圍。(1)恒轉矩負載；(2)恒功率負載。(2)恒功率負載，電樞電流不變，Ia'=Ia

=60.69A--------------------------第八章直流電機電力拖動25/468.4他勵直流電動機的制動目的：快速停車、勻速放下重物等。方法：機械制動、電氣制動。(1)能耗制動動能轉換成電能，被制動電阻消耗掉。第八章直流電機電力拖動26/46Te

nE＋Ua－Ia＋Uf－電動狀態E＋Uf－RbIaTen制動狀態TLTL8.4他勵直流電動機的制動(1)能耗制動制動前：特性1制動開始后：特性2Ua=0n0=0迅速停車（bO）

a

b，na=nb，Ea=Eb

Ia反向

Te反向，制動開始

Te+TL共同作用

n↓

O

n=0

E=0

Ia

=0，Te

=0。制動停車。第八章直流電機電力拖動27/46TLOTen12ba8.4他勵直流電動機的制動(1)能耗制動迅速停車（bO）Rb↓

Ia↑

Te↑

Tb↑更快速度制動停車。位能負載（Oc）a

b

O

Te=0，TL≠0

n<0反轉

Ea<0

Ia<0反向

Te<0|TL|>|Te||n|↑|TL|=|Te|c制動運行狀態。第八章直流電機電力拖動28/46TLOTen12ba(Ia)(Ia')2'(Rb小)b'cc'8.4他勵直流電動機的制動(1)能耗制動第八章直流電機電力拖動29/46n↓→n=0,→n＜0,E＜0制動運行nTe電動狀態制動過程8.4他勵直流電動機的制動例8-7

他勵直流電動機UN=220V,IN=115A,nN=1500rpm，Ra=0.125Ω。最大允許電流Iamax<2IN。負載轉矩TL=0.9TN。試求，(1)反抗性負載時，能耗制動停機，電樞回路中需要串聯制動電阻值；(2)位能負載時，要求下放重物速度n=-300rpm，電樞串聯的制動電阻值。解，額定，Te=CTΦNIaTL=0.9TN

電樞電流Ia=0.9IN

=0.9115=103.5A(1)反抗性負載，Eb=Ea=UN–RaIa

=220-103.50.125=207.06V

制動電阻最小值，

Rbmin=Eb/Iamax–Ra

=207.06/(2

115)–0.125=0.78Ω第八章直流電機電力拖動30/468.4他勵直流電動機的制動例8-7

他勵直流電動機UN=220V,IN=115A,nN=1500rpm，Ra=0.125Ω。最大允許電流Iamax<2IN。負載轉矩TL=0.9TN。試求，(1)反抗性負載時，能耗制動停機，電樞回路中需要串聯制動電阻值；(2)位能負載時，要求下放重物速度n=-300rpm，電樞串聯的制動電阻值。(2)位能負載，穩定運行c點，TL=0.9TNTe=CTΦNIa

電樞電流Ia=0.9IN

感應電動勢，E=CEΦNnc=0.137300=41.1V

制動電阻最小值，

Rbmin=Ec/Ia–Ra

=41.1/103.5–0.125=0.272Ω220-0.125115=CEΦN1500

CEΦN=205.625/1500=0.137第八章直流電機電力拖動31/468.4他勵直流電動機的制動(2)反接制動制動前：特性1制動開始后：特性2-Ua-n0迅速停車（bc）

a

b，na=nb，Ea=Eb

Ia反向

Te反向

制動開始

Te+TL共同作用

n↓

c

n=0

E=0

Te

≠0。立即斷電停車。第八章直流電機電力拖動32/46OTen12－n0TLbace8.4他勵直流電動機的制動(2)反接制動迅速停車（cd）

n=0

E=0，

Te

≠0。未斷電，反向起動，

n反向，E反向，|TL|<|Te||n|↑

d，|TL|=|Te|反向電動運行。第八章直流電機電力拖動33/46OTen12－n0TLbace－TLd8.4他勵直流電動機的制動(2)反接制動制動效果（bd）Rb↓

特性2斜率↓，制動轉矩|Tb|↑

制動過程更快。位能負載？第八章直流電機電力拖動34/46OTen12－n0TLbace－TLd2

Tb

b

Tbc'd'f'8.4他勵直流電動機的制動(2)反接制動位能負載？!①電樞接入Rb；②Ia↓Te↓Te＜TL

n↓③n＜0|n|↑制動前，特性1制動開始，特性2a

b

Te<TL

n↓b

c

n<0↓c

d

Te=TL倒拉制動電源能量以及重物位能全部消耗在制動電阻上。效果Rb↓

斜率越小

nd越小，制動越快第八章直流電機電力拖動35/46OTen1TLa1'2bdc8.4他勵直流電動機的制動例8-8

他勵直流電動機UN=220V,IN=115A,nN=1500rpm，Ra=0.125Ω。最大允許電流Iamax<2IN。負載轉矩TL=0.9TN。試求，(1)反抗性負載時，電壓反接制動停機，電樞回路中需要串聯制動電阻值；(2)位能負載時，采用電動勢反向反接恒速下放重物速度n=-1000rpm，電樞串聯的制動電阻值。解，額定，Te=CTΦNIaTL=0.9TN

電樞電流Ia=0.9IN

=0.9115=103.5A(1)反抗性負載，Eb=Ea=UN–RaIa

=220-103.50.125=207.06V

制動電阻最小值，

Rbmin=(UN+Eb)

/Iamax–Ra

=(220+207.06)/(2

115)–0.125=1.734Ω第八章直流電機電力拖動36/468.4他勵直流電動機的制動例8-8

他勵直流電動機UN=220V,IN=115A,nN=1500rpm，Ra=0.125Ω。最大允許電流Iamax<2IN。負載轉矩TL=0.9TN。試求，(1)反抗性負載時，電壓反接制動停機，電樞回路中需要串聯制動電阻值；(2)位能負載時，采用電動勢反向反接恒速下放重物速度n=-1000rpm，電樞串聯的制動電阻值。(2)位能負載，穩定運行d點，nd

<0，電動勢E反向，E<0E=CEΦNnd=0.137(–1000)=–137V

電壓平衡方程

UN=Ea+Ia(Ra+Rb)

制動電阻

Rb=(UN–E)

/Ia–Ra

=(220–(–137))/103.5–0.125=3.32Ω

nd>0

E>0

UN+Ea=Ia(Ra+Rb)第八章直流電機電力拖動37/468.4他勵直流電動機的制動(3)回饋制動n>n0

E>Ua電動機處于發電狀態；動能轉換為電能回饋電網；Ia<0Te<0。正向回饋

下坡

上坡時，工作在a點，Te=TL1

下坡時，TL2<0，Te>0

n↑

a

n0，na<n0<nb，Ea<UN<Eb

n>n0

E>U

Ia<0反向

Te<0反向

制動開始Te>TL2

n↑

Te=TL2

n0

b

第八章直流電機電力拖動38/46OTen1n0TL12aTL23b8.4他勵直流電動機的制動(3)回饋制動正向回饋

下坡第八章直流電機電力拖動39/46OTen1n0TL12aTL23b8.4他勵直流電動機的制動(3)回饋制動降低電壓調速