第4章他励直流电动机的运行

反接前：
U N Ea Ia Ra
反接后 ：U
U N
I
' a
U N Ea Ra
为了限制电枢电流，所以反接时必须在电枢回路串入一个足够
大的限流电阻。
Rmin
U N Ea Ra I a max
电压反接制动时电动机的机械特性方程式为：
U N Ra R n T 2 Ce N C e CT N
直流电动机上述三种调速方法中，改变电枢电 压和电枢回路串电阻调速属于恒转矩调速，而 弱磁调速属于恒功率调速。
a.最合理的使用电机是使Ia=IN b.调压、串电阻属恒转矩调速： T 弱磁属恒功率调速： PM
CTN I N C
2
U N I N I N Ra C
技术指标
二 调速的性能指标
电枢回路串电阻起动：
I st UN Ra Rst
一般情况下：
I st 2I N
由上式可选定Rst 当起动转矩大于负载转矩，电动机开始转动,则
I st
U N Ea Ra Rst
随着转速的升高，电枢电动势不断增大，起动电流减小，同时起 动转矩也减小，所以为在整个起动过程中保持一定的起动转矩 ， 加速电动机的起动过程，采用将起动电阻一段一段逐步切除，电 动机进入稳态运行时，起动电阻应被完全切除。
1 、能耗制动： 1)能耗制动过程：
在制动时，将闸刀合向下 方，此时，电动机脱离电 网，电能在电阻上以电阻 压降的形式进行消耗，这 样一来使得电机的转速迅 速下降。
机械特性分析：
Ra R n T 2 Ce CT N
是一条过原点的直线； 在由运行点到停转的制动 过程中，转速并非稳定在某 一数值，而是一直在变化中， 因此称为能耗制动过程。
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4、回馈制动：
1)正向回馈制动：他励直 流电动机拖动负载运行， 电机将系统具有的动能 反馈回电网，且电机仍 为正向转动，称之为正 向回馈制动。
2）反向回馈制动：他励直 流电动机拖动位能性恒 转矩负载运行，采用电 压反接制动，电机将系 统具有的位能反馈回电 网，电机为反向转动， 称之为反向回馈制动。
Ea , I a , T 均逐渐 随着转速的升高， 增大，最后 T 和负载转矩相等时 稳定运行。
平衡时： T
TF
2、电压反接制动：
反接制动过程分析： 电压反接制动是将正在正 向运行的他励直流电动机电枢 回路的电压突然反接，电枢电 流也将反向，主磁通不变，则 电磁转矩反向，产生制动转矩。 机械特性分析；
UN Ra n T 2 Ce CeCT
这种调速方法的特点是由于 励磁回路的电流很小，只有 额定电流的（1～3）%，不 仅能量损失很小，且电阻可 以做成连续调节的，便于控 制。其限制是转速只能由额 定磁通时对应的速度向高调， 而电动机最高转速要受到电 机本身的机械强度及换向的 限制。
1 2 3 4
D
如果C点电动机的转矩大于负载转矩，电动机将反向起动，
最后稳定在D点运行。电压反接制动在整个制动过程中均具
有较大的制动转矩，在可逆拖动系统，常常采用这种方法。
3、倒拉反转制动运行：
他励直流电动机拖动位能性恒转矩负载运行， 电枢回路串入电阻，将引起转速下降。如果 n 电阻大到一定程度，将使电动机的机械特性 和负载的机械特性的交点出现在第 IV
降低电枢电压起动： 除了增大电阻外，还可以通过减小电枢电 压来减小起动电流，
I st
U Ra
UN
可 调 电 源
U
这种方法在起动过程中不会有大量的能量消耗。
4.2 他励直流电动机的调速
为什么要调速
调速的方法
调速的性 Ce Ce CT
Ra
这种制动方法在转速较高时制动作用较大，随着转 速下降，制动作用也随之减小，在低速时可配合使 用机械制动装置，使系统迅速停转。
2）能耗制动运行：
他励直流电动机拖动位能性负载运行， 在达到上述零点时（电磁转矩为零）， 由于负载转矩不为零，结果，在负载 转矩的作用下，电机开始反转。
Ce N n Ia Ra R
他励直流电动机有3种调速方法： （1）改变电枢电压，降压； （2）改变励磁电流，即改变磁通，弱磁； （3）电枢回路串入调节电阻，串电阻。
1）降低电枢电压调速：
Ra U n T 2 Ce N CeCT N
电机在正常工作时，电 枢电压不能超过额定电 压，所以，采用向下调 压。很显然，在这里， 只改变了n0 ，所以将得 到一系列与固有特性平 行的曲线。
U 0, N
L
L
这种方法所串入的电阻越小，能耗制动开始瞬间的 制动转矩和电枢电流就越大，而电流太大，会造成换 向上的困难，因此能耗制动过程中电枢电流有个上限， 即电动机允许的最大电流（2IN）。由此可以计算出 能耗制动过程电枢回路中串入制动电阻的最小值：
Rmin
Ea I a max
4.1 他励直流电动机的起动 一、直流电动机的起动： 起动：电机接上电源从静止状态转动起来到达稳态 运行，这就是电动机的起动过程。 起动条件：1、起动转矩要足够大， 2、起动电流不要太大，
注意：因为在起动时，n=0,电枢电动势Ea=0
I st
UN Ra
这种方法下的起动电流很大，因 此，除了小容量的电动机可采用 直接加电压起动的方法外，一般 直流电动机都不采用这种方法。
象限，这时电动机接线未变，转速反向。称 为倒拉反转制动运行。
UN Ra R n T 2 Ce N CeCT N
倒拉反转制动运行常用于起重设备低速下放 重物的场合。电动机的电磁转矩起了制动作 用，限制了重物下降的速度。可改变机械特 性的交点，使重物以不同的稳定速度下降。
0
TL
T
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1）调速范围与静差率
经济指标
nmax nN D nmin T TN nmin
n n0 n n0 n0
n nN
TN
T
a. 越小越好，D越大越好 ;两者互相制约；
高 低 ，低速满足，高速自然满足； c. ，D同时提才有意义； d. ，D关系:
b.
nN D n0 (1 低 )
2）调速的平滑性： 有级调速 无级调速 二 调速的经济性 初投资 运行费用：损耗、维护等 p80 表
ni ni 1
4.3 直流电动机的制动
制动的作用：减速或停车，或者限制位能性负载在某一 转速下稳定运转； 制动的方法：机械制动； 电气制动。 电气制动：能耗制动、反接制动、回馈制动 获得方法、机械特性、相关计算
U1> U2> U3> U4
特点：改变电枢电压调节转速的方法具有较好的调速性 能。由于调电压后，机械特性的“硬度”不变， 因 此有较好的转速稳定性，调速范围较大，同时便 于控制，可以做到无级平滑调速，损耗较小。在 实际工程当中，常常采用这种方法。 缺点：转速只能由额定电压对应的速度向低调。此外， 应用这种方法时，电枢回路需要一个专门的可调 压电源，过去用直流发电机-直流电动机系统实 现，由于电力电子技术的发展，目前一般均采用 可控硅调压设备—直流电动机系统来实现。
2）电枢回路串电阻调速：
UN Ra R n T 2 Ce N CeCT N
电枢回路串联电阻越大，机械 特性的斜率越大，因此在负载 转矩恒定时，即为常数时，增 大电阻，可以降低电动机的转 速。
n n0 n
N
由基速向下调；
机械特性变软； 有级调速； 损耗较大； 调速方法简单
TL
T
3）弱磁调速：