他励直流电动机的运行

转矩。
二、 反接制动
（一）电压反接制动
U
电动
S
电压反接制动时接线如图所 示。开关S投向“电动”侧时，电枢 Ia
制动
I aB
RB
Ea
接正极电压，电机处于电动状态。
M
进行制动时，开关投向“制动”侧， T n TB
电枢回路串入制动电阻RB 后，接
If
上极性相反的电源电压，电枢回路
内产生反向电流：
I aB
PM Ea Ia 0 , 表明轴上输入的机械功率转变为 电枢回路电功率。
n
B
n0
A
注意：
TL C0
D
n0
Ra
TL
T
Ra RB
电动机拖到反抗性 负载时，若停车应 及时切断电源，否 则当 T TL 时会反
向启动
注意事项：
（1）反接制动转矩大――制动作用较强； （2）制动转矩大是由于电枢电流大，故制 动过程中会使电机发热，故不适合频繁制动
为了扩大调速范围，通常把降压和 弱磁两种调速方法结合起来，在额定 转速以上，采用弱磁调速，在额定转 速以下采用降压 调速。
二、恒转矩调速和恒功率调速
当直流电动机调速运行时，不管转速是多少，如 果保持其电枢电流和每极磁通都为额定值，即对
应的电磁转矩为额定值，则称为恒转矩调速
电枢串电阻调速和降压调速
磁通保持不变，在不同转速下保持电流不变
载的稳定速度。RB 越小,特性曲线的斜率越小,起
始制动转矩越大,而下放负载的速度越小。
但制动电阻越小，制动电流越大。选 择制动电阻的原则是
I aB
Ea Ra RB
Imax
(2 ~ 2.5)IN
即：
RB
Ea (2 ~ 2.5)I N
Ra
其中 Ea为制动瞬间的电枢电动势。
能耗制动操作简单,但随着转速下降, 电动势减小,制动电流和制动转矩也 随着减小,制动效果变差。若为了尽 快停转电机,可在转速下降到一定程 度时,切除一部分制动电阻,增大制动
的场合。
n
B
n0
A
TL
C D
0
TL
Ra
T
n0
Ra RB
（二）倒拉反转反接制动 倒拉反转反接制动只适用于位能性恒转矩负载。
电枢回路串入较大电 阻 RB后特性曲线
电机以稳定 的转速下放
重物D点
正向电动状
n
n0 B
A
态提升重物 (A点)
负载作用下
Ra 电机反向旋
转(下放重
C
物)
T 0 TB TK TL
D
Ra RB
倒拉反转反接制动时的机械特性方程就是电 动状态时电枢串电阻时的人为特性方程。由于 串入电阻很大，有
n
n0
Ra RB
CeCT
2 N
TL
0
倒拉反转反接制动时的机械特性曲线就 是电动状态时电枢串电阻时的人为特性在 第四象限的部分。
倒拉反转反接制动时的能量关系和 电压反接制动时相同。
三、 回馈制动 1、正向回馈制动运行
能耗制动时的机械特性为：
n
Ra RB
CeCT
2 N
T
0
THale Waihona Puke n电动机状态制动瞬间
工作点
B
工作点
n0
A
Ra
制动过程 工作段
电动机拖动反抗性 负载，电机停转。
Ra RB
若电动机带
0
TL
T位em 能性负载,
C
稳定工作点
改变制动电阻RB 的大小可以改变能耗制动特
性曲线的斜率,从而可以改变制动转矩及下放负
第四章 他励直流电动机的运行
4.1 他励直流电动机的起动 一、起动基本情况
电动机的起动是指电动机接通电源后， 由静止状态加速到稳定运行状态的过程。
起动问题是评价电动机性能的重要方面之一。这是 一个动态过程。但这里只介绍稳态情况，即在电动 机接入电源瞬间，转子待转而未转动这一瞬间的状 态。系统要求起动电流要小，起动转矩要大的原因
是要保证电源供电质量和起动时间要短。
起动瞬间，起动转矩和起动电流分别为
Tst CT I st
I st
UN Ra
起动时由于转速 n 0 ，电枢电动势Ea 0，而且电枢电阻Ra 很小，所以起动电流将达很大值。 过大的起动电流将引起电网电
压下降、影响电网上其它用户的正常用电、使电动机的换向恶化； 同时过大的冲击转矩会损坏电枢绕组和传动机构。一般直流电动 机不允许直接起动。
If
n
机械特性为：
B
n0 A
n UN Ce N
Ra RB
CeCT
2 N
T
Ra
TL
C D
0
TL
T
n0 T
曲线如图中BC所示。
n0
Ra RB
工作点变为：A B C
制动过程中, U 、T 、Ia 均为负，而 n、Ea
为正。
P1 UIa 0 , 表明电机从电源吸收电功率
P2 T2 T 0 , 表明电机从轴上吸收机械功率;
3）无论轻载还是负载，调速范围相同，一般 可达 D=2.5〜12。 4）电能损耗较小。
缺点：需要一套电压可连续调节的直流电源。
（三）、减弱磁通调速
n
n01 n1
n0
nN
调节磁场 前工作点
弱磁稳定后的 工作点
B
弱磁瞬间工作
A’
点A→A‘
A
1N
TL
T
（三）、减弱磁通调速
结论：磁场越弱，转速越高。因此 电机运行时励磁回路不能开路。
（三）调速的平滑性
在一定的调速范围内，调速的级数越多， 调速越平滑。相邻两级转速之比为平滑系
数：
ni
ni 1
越接近1，平滑性越好，当 1时，称为无
级调速，即转速可以连续调节。调速不连续时，
级数有限，称为有级调速。
（四）调速的经济性
主要指调速设备的投资、运行效率及 维修费用等。
4.3 他励直流电动机的电动与制动运行 4.3.1 他励直流电动机的电动运行
U Ea Ra RB
U Ea Ra RB
I aB
U Ea Ra RB
U Ea Ra RB
I max
所串电阻最小值为
Rmin
U Ea I max
Ra
Ia
反向的电枢电流产生 反向的电磁转矩，从而产 生很强的制动作用——电 压反接制动。
U
电动
S
制动
I aB
RB
Ea
M
T n TB
一、 他励直流电动机的正向电动运行
n
UN Ce N
Ra R CeCT 2N
T
U
电动
S
n0 T
Ia
Ea
二、 他励直流电动机的反向电动运行 M
n UN Ce N
Ra R CeCT 2N
T
Tn
If
n T
n
UN Ce N
Ra R
CeCT
2 N
T
n0 T
n
n0
A
TL
0 TL
发生在动态过程中的回馈制动过程的情况
降压调速时产生的回馈制动 A→B
由驱动变为制动。 从能量方向看，电
机处于发电状态
B
n01
n U2 U1 A
nA
U1
制动过程 为 Bn02段。
n02
C
nC
U2
0 TL T
他励直流电动机拖动小车时
回馈制动时的机械特性方 程与电动状态时相同。
n n0
Ea CeN n U CeN n0 B
% n0 nN 100% nN 100%
n0
n0
δ%越小，相对稳定性越好； δ%与机械特性硬度和n0有关。
D
nmax nmin
nmax n0min nN
nmax
nN
nN
nmax nN (1 )
D与δ%相互制约:δ越小,D越小,
相对稳定性越好;在保证一定的δ指 标的前提下,要扩大D,须减少Δn,即 提高机械特性的硬度。
TL T转速越低。
优点：电枢串电阻调速设备简单，操作方便。
缺点：1）由于电阻只能分段调节，所以调速的平滑性差；
2）低速时特性曲线斜率大,静差率大,所以 转速的相对稳定性差；
3）轻载时调速范围小，额定负载时调速范围 一般为D≦2；
4）损耗大，效率低，不经济。对恒转矩负载， 调速前、后因增通不变而使T和Ia不变，输入功 率不变，输出功率却随转速的下降而下降，减 少的部分被串联电阻消耗了。
当电车下坡
n n0 A
时，运行转 速可能超过
2
1
从能量方向 理想空载转
看，电机处 于发电状态
速,进入第二 象限
TL2 0
TL1
T
2、反向回馈制动运行
电压反接制动带位能性负载进入第四 象限；
n B n0 A
U N , Ra R
TL 2
0 TL1
n0 C
n
Ra
T 电压反接制 动带位能性 负载进入第 四象限
T
B
n U N Ra R T n0
Ce N
CeCT
2 N
n0 T
座标图中有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、
Ⅳ
n
个象限。其中，第Ⅰ、Ⅲ
n0
象限分别为正向、反向电
动工作状态，属于电动机 运行，电磁转矩 T 与转速 n 同方向。而第Ⅱ、Ⅳ象 限的电磁转矩与转速反方
A
TL
B
0 TL
T
n0
向，故均属制动工作状态。
为了限制起动电流，他励直流电动机通常 采用电枢回路串电阻或降低电枢电压起动。