1直流電動機的電力拖動

2第一節電力拖動系統的運動方程式第二節生產機械的負載轉矩特性第一節電力拖動系統的運動方程式

一、電力拖動系統的基本概念電力拖動:以電動機為原動機拖動生產機械運轉的拖動方式.電力拖動系統:由電動機、機械傳動機構、生產機械的工作機構、電動機的控制設備以及電源等五部分組成的綜合機電裝置。電源電動機傳動機構工作機構控制設備二、電力拖動系統的分類1、單軸旋轉系統特征：電動機的轉子與負載軸通過聯軸器連接在一起。所有運動運動部分均以同一轉速旋轉。如通風機。2、多軸旋轉系統特征：各軸轉速不同，主軸轉速比電動機轉速低。電動機轉子通過皮帶輪和減速機與主軸相連接。如車床。第二節電力拖動系統的運動方程式二、電力拖動系統的運行狀態1、、、正負號的規定2、系統的運行狀態①當時，則或常數，即電力拖動系統處于靜止不動或勻速運行的穩定狀態。②當時，電力拖動系統處于加速狀態，即處于過渡過程中。③當時，電力拖動系統處于減速狀態，也是處于過渡過程中。第一節電力拖動系統的運動方程式TLT

負載的轉矩特性：生產機械工作機構的轉矩與轉速之間的函數關系。一、恒轉矩負載（一）反抗性恒轉矩負載特點：轉矩由摩擦力產生的，它的絕對值大小不變，但作用方向總是與旋轉方向相反，是阻礙運動的制動轉矩.（二）位能性恒轉矩負載由重力作用產生。Tn0第二節生產機械的負載轉矩特性TTn0二、通風機型負載（機械特性1）

均為流體機械，其轉矩與轉速的二次方成正比，只能單方向旋轉。三、恒功率負載（機械特性2）

常數

nT012課后作業與思考2-12-22-32-49直流電動機的電力拖動第三節

他勵直流電動機的機械特性

引出問題直流發電機的主要特性：

空載特性------直流發電機如何建壓的問題外特性------直流發電機輸出電壓的穩定性問題

直流電動機的主要特性：

機械特性------分析電動機啟動、制動、調速等問題的重要工具2025/6/25

第三節他勵直流電動機的機械特性一、定義:電動機的機械特性是指電動機的轉速n與電磁轉矩T之間的關系，即

。二、機械特性方程式

—電樞回路總電阻，包括電樞電阻

和附加電阻

取決于電源電壓

、電樞總電阻

、主磁通

第三節他勵直流電動機的機械特性機械特性上的兩個特殊點和機械特性的斜率1．理想空載點A（0，

）2．堵轉點B（Td，0）3．機械特性的斜率

第三節他勵直流電動機的機械特性三、固有機械特性

U=UN，Φ=ΦN，RPa=0時，電動機的機械特性稱為固有機械特性。1．理想空載點（0，

）2．機械特性的斜率斜率最小，特性最硬

第三節他勵直流電動機的機械特性四、人為機械特性改變機械特性方程式中電源電壓U、主磁通Φ和附加電阻RPa中任意一個或兩個、三個參數，所得到的機械特性為人為機械特性。電樞回路串接電阻時的人為機械特性

U=UN，Φ=ΦN，⑴

理想空載點

不變；

⑵

斜率β隨

的增大而增大，

特性變軟。

第三節他勵直流電動機的機械特性改變電源電壓時的人為機械特性

Φ=ΦN，=0⑴

降低；⑵

斜率β不變，硬度不變。3.改變磁通時的人為機械特性

U=UN，=0⑴

升高；⑵

斜率β增大，特性變軟。

第三節他勵直流電動機的機械特性五、電力拖動系統的穩定運行條件

1.平衡工作點

2.穩定工作點

3.穩定工作條件

17直流電動機的電力拖動第四節

他勵直流電動機的啟動與反轉第四節他勵直流電動機的啟動和反轉

啟動的定義

電動機從接入電網開始轉動，到達穩定運行的全部過程稱為啟動過程或

啟動。

直流電動機的啟動性能指標：1.啟動轉矩Tst足夠大（

）；2.啟動電流Ist不可太大，一般限制在一定的允許范圍之內，一般為

（1.5—2）IN；3.啟動時間短，符合生產機械的要求；4.啟動設備簡單、經濟、可靠、操作簡便。一、他勵直流電動機的啟動

直流電動機常用的啟動方法有三種。1.直接啟動定義：直接啟動就是將電動機直接投入到額定電壓的電網上啟動。接線圖：

啟動時，閉合Q1

、

Q2

的順序，為什么？

停機時，斷開Q1

、

Q2

的順序，為什么？一、他勵直流電動機的啟動啟動過程分析：啟動瞬間，電機因機械慣性，轉子保持靜止

電樞電勢

，

由電樞電勢方程式

可知，啟動電流

啟動轉矩

當Tst大于拖動系統的總阻力轉矩時，電動機開始轉動并加速。隨著轉速升高，電樞電勢增大，使電樞電流下降，相應的電磁轉矩也減小，但只要電磁轉矩大于總阻力轉矩，n仍舊增加，直到電磁轉矩降到與總阻力轉矩相等時，轉速不變，電機達到穩定恒速運行，啟動過程結束。直接啟動的優缺點

優點：啟動轉矩大，啟動過程短，不需要啟動設備，操作簡單。

缺點：啟動電流大。所以一般不允許采用問題：一般直流電動機不允許采用直接啟動，為什么？一、他勵直流電動機的啟動例2-2一臺他勵直流電動機，PN=40kW，UN=220V，nN=1500r/min，IN=207.5A，Ra=O.O67Ω。計算：（1）直接啟動時的啟動電流為額定電流的幾倍？（2）在額定磁通下啟動的啟動轉矩？解：（1）求啟動電流倍數

（2）求啟動轉矩

一、他勵直流電動機的啟動為了限制啟動電流，可采用降低電源電壓和電樞回路串聯電阻的啟動方法。2.電樞回路串電阻啟動定義：電源電壓為額定值且恒定不變，在電樞回路中串一啟動電阻Rst，

達到限制啟動電流的目的。接線圖、機械特性：

啟動時采用電樞串電阻分級啟動的方式啟動過程分析：一、他勵直流電動機的啟動電樞回路串電阻啟動的優缺點

優點：有效的限制了啟動電流，啟動設備及操作簡便，廣泛應用于各種中小型直流電動機。

缺點：但在啟動過程中能量消耗大，不適用于經常啟動的大中型直流電動機。啟動過程的平穩性差

例2-3接上例題。如果采用電樞回路串電阻啟動使起動電流為1.5IN時，則啟

動開始時應串入多大電阻？

解：一、他勵直流電動機的啟動3.降壓啟動定義：啟動前將施加在電動機電樞兩端的電源電壓降低，以限制啟動電流Ist啟動電壓應為：例2-4接上例題。如果采用降壓啟動使啟動電流為1.5IN時，電源電壓應為多少？解：求電源電壓為：啟動過程分析：

在降壓啟動的瞬間，由于電源電壓較低，啟動電流Ist不大，且隨著轉速n的上升，電勢增大，使啟動電流下降，相應的啟動轉矩也減小。因此在啟動過程中，為保證有足夠大的啟動轉矩，需使Ist保持在（1.5~2）IN范圍內，電源電壓U必須不斷升高，直到電壓升至額定電壓，電動機進入穩定運行狀態，啟動過程結束。降壓啟動的優缺點優點：有效的限制了啟動電流，能量損耗小，啟動平穩。缺點：需要專用電源，增加了初投資。

二、他勵直流電動機的反轉直流電動機的轉向決定于電磁轉矩的方向，要使他勵直流電動機反轉，必須改變電磁轉矩的方向。

通常采用的方法有兩種：1．改變主磁通Φ的方向

保持電樞兩端電壓極性不變，將勵磁繞組反接，使勵磁電流反向，主磁通Φ即改變方向。2.改變電樞電流Ia的方向

保持勵磁繞組兩端的電壓極性不變，將電樞繞組反接，電樞電流Ia即改變方向。

實際應用中大多采用將電樞繞組反接的方法來實現電動機的反轉。

26直流電動機的電力拖動第五節

他勵直流電動機的制動課后作業

啟動他勵直流電動機時為什么一定先加勵磁電壓？

先加勵磁電壓可以先在電機中建立主磁場，當電樞回路接通電源時，有電樞電流就有電磁轉矩，電機開始啟動，隨轉速升高，電樞電流下降。2.啟動他勵直流電動機時如果未加勵磁電壓，而將電樞接通電源，會發生什么現象？未加勵磁電壓，電機中沒有主磁場，當電樞回路接通電源時，有電樞電流但沒有電磁轉矩，電機無法啟動，過大的電樞電流會燒毀電機。為什么他勵（并勵）直流電動機正在運行時勵磁電路不可斷開？

勵磁電路斷開，電機出現失磁現象，但電機中還存在比較弱的剩磁，根據電機所帶負載大小的不同會出現飛車（空載或輕載）現象或轉速降低甚至堵轉（負載大）現象如果電動機尚未轉動，勵磁電路斷開了，然后啟動電動機，情況又是如何？

同問題3

第五節他勵直流電動機的制動制動：電動機的制動就是在電動機的軸上加一個與轉向相反的轉矩。反向轉矩稱為制動轉矩。制動的目的：1.停車（制停）；

2.制動運行。制動的方法：自由停車；機械制動；電氣制動。自由停車：切斷電源，系統在摩擦轉矩的作用下慢下來，最后停車，這叫做自由停車。自由停車是最簡單的制動方法，但自由停車一般較慢，特別是空載自由停車，更需要等較長的時間。機械制動：就是靠機械制動閘產生的機械摩擦轉矩進行制動。這種制動方法雖然可以加快制動過程，但閘皮磨損嚴重，增加了維修工作量。電氣制動：就是使電動機的電磁轉矩成為制動轉矩的制動。電氣制動便于控制，容易實現自動化，比較經濟。電氣制動的原理（方法）：-----如何改變電磁轉矩的方向？

保持主磁通方向不變，改變電樞電流的方向。

一、能耗制動

直流電動機常用的制動方法有能耗制動、反接制動、回饋制動。一、能耗制動

1.定義：把正在作電動運行的他勵直流電動機的電樞從電網上切除，并接到一個外加的制動電阻RbK上構成閉合回路。

電動狀態時：接觸器KM1常開觸點閉合，常閉觸點斷開

制動時，保持磁通不變，接觸器KM1常開觸點斷開，電樞切斷電源，2.RbK的作用：常閉觸點閉合，電樞短接。限制制動瞬間過大的電流。電動狀態時

制動時

為了限流

一、能耗制動3.能耗制動的目的：

反抗性負載-------制動停車

位能性負載-------重物的低速下放

制動停車（加機械制動）4.能耗制動的特點：

控制線路比較簡單，制動過程中不需要從電網吸收電功率，比較經濟、安全。但制停慢二.反接制動反接制動有電樞反接制動和倒拉反接制動兩種方式。一）電樞反接制動

1.定義：就是把正在作電動運行的他勵直流電動機的電樞反接在電源上，同時電樞回路要串入制動電阻RbK。

電動狀態時：接觸器KM1接通，KM2斷開

制動時，保持磁通不變，接觸器KM1斷開，KM2接通2.RbK的作用：限制制動瞬間過大的電流。

二.反接制動3.目的：

反抗性負載------快速停車（斷電）

快速正反轉

位能性負載------重物的高速下放

快速停車（斷電+機械制動）4.電樞反接制動的特點：

從能量關系看，在電樞反接制動過程中，電動機一方面從電網吸取電能，另一方面將系統的動能或位能轉換成電能，這些電能全部消耗在電樞回路的總電阻（Ra+Rbk）上，很不經濟。但可以實現快速制動二.反接制動二）倒拉反接制動1.實現的條件：負載一定為位能性負載；電樞回路必須串入大電阻。2.目的：只可以用于低速下放重物。

三.回饋制動

1.定義：就是電動機工作在發電機狀態。

電動狀態下運行時：U＞Ea，電源向電動機輸送電能，T與n同方向；

制動（發電機）狀態下運行時：

U＜Ea，電動機向電源回送電能，T與n反方向。

2.什么情況下電動機能夠進入回饋制動？

（

即如何使電動機進入發電機運行狀態）位能性負載高速運行時；降低電樞電壓（增加磁通）調速時。35直流電動機的電力拖動第六節

他勵直流電動機的調速課后作業

提升機下放重物時，欲使實現重物的欲使實現重物的低速下放，應采用什么制動方法？欲使實現重物的高速下放，又應采用什么制動方法？低速下放：能耗制動，倒拉反接制動高速下放：電樞反接制動他勵直流電動機拖動一恒轉矩負載，欲實現系統快速停車，應采用什么制動方法？欲實現系統平穩停車，應采用什么制動方法？快速停車：電樞反接制動

平穩停車：能耗制動

第六節他勵直流電動機的調速調速：在同樣的負載下，人為地改變電動機速度，以滿足生產的需要，

這種方法通常稱為調速。調速的方法：機械調速、電氣調速、機械電氣配合調速電氣調速：在同樣的負載下，通過人為改變電動機參數（改變電機的機

械特性）

來改變電動機的轉速。

根據機械特性方程式調速的方法：降壓調速、電樞回路串電阻調速和弱磁調速三種

注意：調速與因負載變化而引起的轉速變化是不同的。負載變化時的轉速變化則是自動的，這時電動機的電氣參數未變。第六節他勵直流電動機的調速調速的性能指標：1．調速范圍：是指電動機在額定負載時所能達到的最高轉速nmax與最低

轉速nmin之比，用D表示，即

2．靜差率（相對穩定性）:是表示電動機在某一機械特性上運行時，由理

想空載到額定負載所出現的轉速降與理想空載轉速之比，

用百分數表示為

3．調速的平滑性:是指相鄰兩級速度的比，用平滑系數

來表示=1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．調速的經濟性:是指對調速設備的投資、電能消耗和調速效率等經濟

效果的綜合比較。一、電樞串電阻調速電樞串接電阻調速的物理過程：原穩定運行點A瞬間工作點B（瞬間n不變，機械特性變為串電阻后的BC)，在B點，因為T＜TL，電動機做減速運動。

T＜TLnEaIa

TT=TL，