第四章 他励直流电动机的运行
他励直流电动机的运行
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
直流他励电动机四象限运行
直流电动机四象限机械特性测试一．实验目的本实验通过对直流电动机四象限机械特性的测试时学生对直流电动机的基本特性以及四象限工作状态有更深入的了解，进而掌握直流电动机的认为特性及其在调速国策和那个中的应用方式，同时锻炼学僧的分析问题解决问题能力和独立工作的能力。
二．实验内容测试直流电动机四个象限的机械特性，包括设备选择，拖动及负载电动机的选择，调速方式，参数调整，接线以及数据测试和曲线的绘制等。
三．实验要求1）第一象限固有特性电动状态测量4个稳定工作点2）第二象限回馈状态（电压可适当降低）测量4个稳定工作点3）第二象限电动势反接制动（最大电流设为1.5倍的In）测量3个工作点4）第二象限能耗制动（最大电流设1.5In)测量三个工作点，可以接反抗性负载5）第三象限反向电动状态（类同一象限）6）第四象限能耗制动测量4个稳定工作点7）第四象限倒拉反转测量4个稳定工作点8）要求写清实验步骤，并记录数据四．实验步骤1 第一象限的固有特性1.1 实验原理在电源电压U =Un，气隙磁通Ф=ФN，电枢外串电阻RΩ=0时，n =ƒ(T )的机械特性，其数学表达式为：特性表达式 T n TC C R C U n N T e a N e N ⋅-=Φ-Φ=β02机械转速N e N C U n Φ=0 斜率2N T e aC C R Φ=β空载1.2 实验步骤（１）按照实验接线图连接号电路，R1：电枢调节电阻（MEL-09）Rf ：磁场调节电阻（Ｍｅｌ－０９） Ｍ：直流并励电动机Ｍ０３ Ｇ：涡流测功机Ｕ１：可调直流稳压电源 Ｕ２：直流电机励磁电源Ｖ１：可调直流稳压电源自带电压表Ｖ２：直流电压表，量程为３６０ｖ档，位于ＭＥＬ－６（有的时候其实不用这个表，为了 实验的安全性和调速还是加上） Ａ：测电枢电流的安培表，ｍＡ：毫安表，位于直流电机励磁电源部（２）检查M ，G 之间是否用联轴器接好，电机导轨和MEL-13的连线是否接好，电动机励磁回路接线是否牢靠，仪表的量程，极性是否正确。
2024年第4章-直流电动机的运行
1）能耗制动过程
如图，处于电动状态的电动机，突然 将开关S投向制动电阻 RB 上，即实现 制动。
制动瞬间（如特性曲线图），U=0，
U
电动
S
Ia
I aB
RB
Ea
制 动
M
n不能突变，运行点从A→B，Ф和Ea
T
均不变。此时 IaB <0，TB <0。
制动运行时，将系统储存的动能转换成电能，
n TB
If
消耗在电阻上，直到电机停止转动。
第4章 他励直流电动机的运行
本章主要介绍电力拖动系统的运动方程、负载转矩特 性、直流电动机的机械特性、启动、调速、制动等方法和 物理过程。
一、电力拖动系统的运动方程式
1、运动方程式
运动方程式描述了系统的运动状态，系统的运动状态取决于 作用在原动机转轴上的各种转矩。
电源
电力拖动系统的组成
控制设备
电动机
② 拖动位能性负载；
③电源电压反接U=-U；
④运行在第四象限B点；
TL2 TL1
T
⑤ TB >0，n <0，电磁转矩为制动转矩；
⑥ n<0，反向回馈制动 。
n0
B
能耗制动
5）对于要求频繁正、反转的生 产机械（如可逆轧钢机）采用反 接制动可使正向停车和反向启动 连续进行，缩短过渡过程时间。
4、倒拉反转运行
他励直流电动机拖动位能性负载运行。
在电枢回路中串联一个较大的电阻，即可实现制动。
1）特性曲线
电枢串较大 电阻特性
n
n0 B
A Ra
正向电动 提升重物
工作点由A-B-C-D， CD段为制动段。
电动机以稳 定转速下放
实验一 他励直流电动机特性以及调速运行
实验一他励直流电动机特性以及调速运行一、实验目的1.了解他励直流电动机的基本原理和结构；2.掌握他励直流电动机的特性曲线及其调速方法；3.通过实验研究，掌握生产过程中如何实现合理的调速运行。
二、实验原理电动机是将电能转换为机械能的机械装置。
其构成包括定子和转子两个部分。
定子为不可移动部分，包括电控系统和一个磁场。
转子为可动部分，通常包括电枢和磁极，磁极的极性可以根据需要改变。
当通入可变直流电流时，电枢内产生电磁场与磁极产生的磁场相互作用，使电枢开始转动。
2.调速运行原理他励直流电动机的调速可以通过改变电枢电流、定子电流、磁极电流等方式实现。
其调速原理基于电机理论和电气控制原理，根据负载要求设定输出转矩或转速目标值，然后通过电器控制手段，调整电机输出、电机参数变化来完成调速。
三、实验设备数字万用表、直流电动机、直流电源、变阻器、稳压电源、转速计、电阻箱、实验箱、电压表、电流表、按键板等。
四、实验步骤1.将直流电动机与直流稳压电源接通，检测电动机运行状态是否正常。
2.测量电动机的空载电压和空载电流，在此基础上绘制空载特性曲线。
3.通过调节变阻器中的电阻，改变电动机的负载电路，测量电动机各负载点的电流和电压，然后绘制负载特性曲线。
4.利用变阻器调节直流稳压电源输出电压，测量不同电压下电动机转速，并绘制调速特性曲线。
5.掌握电流和电压的比例关系，通过调整调速器中的电阻值，控制稳压电源输出电压，从而控制电动机的转速。
6.掌握电枢电流和输出转矩的关系，通过改变电枢电流改变电动机的输出转矩，进而控制电动机的输出功率。
五、实验结果分析通过实验，我们可以得到电动机的空载特性曲线、负载特性曲线和调速特性曲线。
通过这些特性曲线，我们可以了解该电动机的电流、电压、负载情况和运行状态。
在生产实际中，需要根据实际需要调节电动机输出的功率和转速。
六、实验注意事项1.实验前，需要仔细查看电动机和稳压电源的连接方式及电路图。
2.操作时，需仔细确认电路连接是否正确，不得错误接线。
他励直流电动机的运行
电网输入功率 P1 UNIa 4 4 5 W 0 0 22 W 0 2 k 0 2 W 0
电枢电路电阻上消耗的功率
P Ia2R 52 0 1.4 3 W 8 33 W 7 3.7 0 k 30 W
轴上功率（为负值，表示从轴上输入功率）
P 2 E a Ia (U N Ia R )Ia( 4 5 4 1 0 .4 ) 3 5 8 W 0 11 W 7 1 .7 k 0 1
B′
B
电气参数：＝ N， U ＝-UN， 电枢回路总电
阻R＝Ra＋Rc
n0
nn0 T
A
TB′
C点n=0时
CE
TB -TC -TL o
TL
T
D
Iac
UNEa RcRa
0
Tc 0
Rc限制制动初 始时刻的电流
若Tc <TL 系统停车
-n0
若Tc > TL Tc-TL<0 n<0 反向加速到D点稳定运行
例9-6 一台他励直流电动机，PN=5.6KW，UN=220V， IN=31A，nN=1000r/min，Ra=0.4，负载转矩 TL=49 N·m，
电枢电流不得超过2倍额定电流。试计算：(略T0）
1).电动机拖动位能性恒转矩负载，要求以300r/min速 度下放重物，采用倒拉反接运行，电枢回路应串入多大电 阻？若采用能耗制动运行，电枢回路应串入多大电阻？
电动机带动反作用负载，从 n50r0/mi进n行能耗制动，若其 最大制动电流限制在100A，试计算串接在电枢电路中的电阻值。
解
CeUN
INRa nN
4407.620.3930.39 1050
串接在电枢电路中的电阻值
他励直流电机的启动原理与运行
他励直流电机的运行直流电动机的起动电动机接到规定电源后，转速从0上升到稳态转速的过程称为起动过程。
他励直流电动机起动时，必须先保证有磁场（即先通励磁电流），而后加电枢电压。
合闸瞬间的起动电流很大应尽可能的缩短启动时间，减少能量损耗以及减少生产中的损耗起动电流大的原因：１、起动开始时：n=0,Ea=CeΦn=0,２、电枢电流：Ia=(U-Ea)/Ra=U/Ra Ra一般很小这样大的起动电流会引起后果：１、电机换向困难，产生严重的火花２、过大转矩将损坏拖动系统的传动机构和电机电枢３、供电线路产生很大的压降。
变频器整流回路的启动电阻结论：因此必须采取适当的措施限制起动电流，除容量极小的电机外，绝不允许直接起动起动方法：电枢串电阻启动——起动过程中有能量损耗，现在很少用，在实验室中用降压启动——适用于电动机的直流电源是可调的，投资较大，但启动过程中没有能量损耗。
直流启动器电枢串电阻起动：最初起动电流：Ist=U/(Ra+Rst) 最初起动转矩：Tst=ＫＴΦIst启动电阻：Rst＝（UN／λi IN）－Ra为了在限定的电流Ist下获得较大的起动转矩Tst,应该使磁通Φ尽可能大些，因此起动时串联在励磁回路的电阻应全部切除。
有了一定的转速n后，电势Ea不再为0，电流Ist会逐步减小，转矩Tst 也会逐步减小。
为了在起动过程中始终保持足够大的起动转矩，一般将起动器设计为多级，随着转速n的增大，串在电枢回路的起动电阻Rst逐级切除，进入稳态后全部切除。
起动电阻Rst一般设计为短时运行方式，不容许长时间通过较大的电流。
降压起动：对于他励直流电动机，可以采用专门设备降低电枢回路的电压以减小起动电流。
起动时电压Umin,起动电流Ist：Ist= Umin/Ra< λiIN启动过程中U随Ea上升逐渐上升，直到U=UN串励电动机绝对不允许空载起动。
串电阻起动设备简单，投资小，但起动电阻上要消耗能量；电枢降压起动设备投资较大，但起动过程节能。
他励直流电动机的调速
T TL TL Ia 电枢电流 CT N TL = 常数时，I a 常数，如果 T TL ,则 I a I N ，即 I a 因此，
稳定运行时
与电动机转速n无关。 3．弱磁调速：Φ↓ A、调速过程： UN Ra R n T Ce CeCT
U Ea I a Ra =210V+10A（1Ω）
Ts≥（1.l～1.2）TN，这样系统才能顺利起动。
他励直流电动机起动方法有两种，下面分别叙述。
4.1.1 电枢回路串电阻起动 :(如图) UN 起动电流为： I S Ra R 特点：1、根据负载TL起动条件的要求，可确定所串入电阻R的 大小，有级。 2、简单、成本低。 3、功耗大。 4.1.2降电压启动 (如图)
（B）扰动消失后→ 回原稳定点。（食堂买饭）
3 ．稳定性分析：（图2.13）
（1）(机特交点A )当干扰导致U↓ → ∵瞬间n = C、Ea = C ∴Ia↓→T↓(新的机特交点B) → TA – T0﹤0 →n↓→Ea↓→Ia↑ →T↑→(稳定在新的机特交点A’)
（2）当干扰导致U↑→ ∵瞬间n= C、Ea= C ∴Ia↑
（2）位能性恒转矩负载：电梯 （A）︱Tf ︳= C; （B）nf＞0， Tf＞0，nf＜0， Tf＞0， 2 ．泵类：风机、油泵等，（图2.10） Tf ≌ n2 3 ．恒功率负载：（图2.11） n↑→Tf↓；n↓→Tf↑； P ≌ Tf * n = C。 二、电力拖动运行的稳定条件： 1 ．交点（机特与负特）— 同解（图2.12） 2 ．扰动后仍能稳定： （A）U 变化→Tf变化→新的稳定点，而不发散；
n
返回 反抗性 恒功率 通风机
位能性
T 0
反抗性
电机与拖动基础习题1(第3-6章)
电机与拖动基础习题1（第3-6章）第三章：直流电机原理一、简答题：1、换向器在直流电机中起什么作用在直流发电机中，换向器起整流作用，即把电枢绕组里交流电整流为直流电，在正、负电刷两端输出。
在直流电动机中，换向器起逆变作用，即把电刷外电路中的直流电经换向器逆变为交流电输入电枢元件中。
2、直流电机铭牌上的额定功率是指什么功率直流电机铭牌上的额定功率：对直流发电机而言，指的是输出的电功率的额定值;对直流电动机而言，指的是电动机轴上输出的机械功率的额定值3、直流电机主磁路包括哪几部分磁路未饱和时，励磁磁通势主要消耗在哪一部分直流电机的主磁路主要包括;主磁极、定、转子之间的气隙电枢齿、电枢磁轭、定子磁轭。
磁路未饱和时，铁的磁导率远大于空气的磁导率，气隙的磁阻比磁路中的铁心部分大得多，所以，励磁磁通势主要消耗在气隙上。
4、如何改变他励直流发电机的电枢电动势的方向如何改变他励直流电动机空载运行时的转向通过改变他励直流发电机励磁电流的方向，继而改变主磁通的方向，即可改变电枢电动势的方向;也可以通过改变他励直流发电机的旋转方向来改变电枢电动势的方向。
改变励磁电流的方向，继而改变主磁通的方向，即可改变电动机旋转方向;也可通过改变电枢电压的极性来改变他励直流电动机的旋转方向。
5、直流发电机的损耗主要有哪些铁损耗存在于哪一部分,它随负载变化吗电枢铜损耗随负载变化吗直流发电机的损耗主要有:(1)励磁绕组铜损耗;(2)机械摩擦损耗;(3)铁损耗;(4)电枢铜损耗;(5)电刷损耗;(6)附加损耗。
铁损耗是指电枢铁心在磁场中旋转时硅钢片中的磁滞和涡流损耗。
这两种损耗与磁密大小以及交变频率有关。
当电机的励磁电流和转速不变时,铁损耗也几乎不变。
它与负载的变化几乎没有关系。
电枢铜损耗由电枢电流引起,当负载增加时,电枢电流同时增加,电枢铜损耗随之增加。
电枢铜损耗与电枢电流的平方成正比。
6、他励直流电动机的电磁功率指什么在直流发电机中，电磁功率指的是由机械功率转化为电功率的这部分功率。