1、 第一节 他励直流电机的机械特性 第二节 他励直流电机的起动和反转 第三节 他励直流电机的调速 第四节 他励直流电机的制动 第五节 电力拖动系统的过渡过程第三章 直流电动机的电力拖动11.他励直流电机的机械特性一、一般概念()aaacUEIRR TaTCI nCEea2375eqLGDdnTTdt2当 均为常数时电动机转速与电磁转矩的关系：123,acUccRRRc 2acNeNeTNRRUnTCC C 0nnT 理想空载转速机械特性斜率1.他励直流电机的机械特性3特性曲线上的ABC点0nnT CA:依靠外力达到理想空载转速点（0,n0）B:电动机即将起动点，由于电机不转，此时电流也称堵转电流
2、 （T Tk，0）C:实际空载转速点（T0，n0）4穿越.象限的直线 第象限：T和n的方向一直，T为拖动转矩转矩从零增加到T时转速降落为 第象限：nn0 TU，进入回馈制动100四、回馈制动1、降压调速时产生的回馈制动Bn02nA0LTT1U01nCnAn2UC12UU制动过程为 段。02Bn1012、增磁调速时产生的回馈制动Bn02nA0LTT101nCnAn2C12四、回馈制动制动过程为 段。02Bn102反向起动过程 为了高速下放位能负载，反向起动电动机，T和TL方向一致，拖动转速迅速升高，由反向电动状态进入第四象限。103反向回馈制动104反向回馈制动0,aaeNnnEUECn 虽然T
3、0，但对于一个反转的电动机来说，T是制动转矩回馈制动的下放速度：回馈制动的下放速度：acNLeNeNRRUnICC 能量关系：能量关系：系统储存的位能转换成电能送回电网。系统储存的位能转换成电能送回电网。PMEaIa0P1UIa0Ia2(Ra+Rc)P2T0p0电动机在反向回馈制动时：105回馈制动的特点 回馈制动过程中，因为有电功率U Ia回馈电网。从电能消耗角度分析，相比其他制动方法，回馈制动是最经济的一种制动方式。转速高于理想空载转速是回馈制动运行状态的重要特点。例题 3-5解题图1061.能耗制动时应串最小电阻T（Ia）n0.9TN2TNRaRaRcnAAmin?cR 1072.能耗制
4、动带位能负载T（Ia）n0.9TN200RaRaRcnAA1083.电压反接制动停车时应串最小电阻T（Ia）n0.9TN2TNRaRaRcnAA-n0n01094.电势反接制动带位能负载T（Ia）n0.9TN1000RaRaRcnAA1105.反向回馈制动停车时电机转速T（Ia）n0.9TN2TNRaRaRcnAA-n0n0n？111五、电动机四象限运行分析方法n0n0LTTLT 0n112五、电动机四象限运行分析方法2acNeNeTNRRUnTCC C 1.电动机机械特性与负载特性的交点为电动机工作点；2.人为改变电机参数，电动机以不变的转速过渡到新的 机械特性上。系统进入过渡过程，在此过程
5、中转速的变 化的方向取决于动态转矩的正负；3.过渡过程结束后，电动机运行在新的稳定工作点上。113n0n0LTTLT 0n摩擦负载摩擦负载位能负载位能负载电动状态电动状态正向回馈正向回馈电势反接电势反接电压反接电压反接能耗制动能耗制动制动运行制动运行减弱磁通减弱磁通反向电动反向电动反向回馈反向回馈五、电动机四象限运行分析方法串电阻串电阻2降低电压降低电压串电阻串电阻1114n0n0LTTLT 0n摩擦负载摩擦负载位能负载位能负载电动状态电动状态正向回馈正向回馈电势反接电势反接电压反接电压反接能耗制动能耗制动制动运行制动运行减弱磁通减弱磁通反向电动反向电动反向回馈反向回馈五、电动机四象限运行分析
6、方法串电阻串电阻2降低电压降低电压串电阻串电阻1115第五节 电力拖动系统的过渡过程一、过渡过程的一般概念一、过渡过程的一般概念 电力拖动系统处于稳定状态时，电磁转矩、电枢电流、转速及电枢电势都不随时间变化。如果打破这种平衡关系，拖动系统将从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态。在此过程中，转矩、转速、电流等都将随时间变化，它们是时间的函数。这种变化过程就是电力拖动系统的过渡过程。116一、过渡过程的一般概念一、过渡过程的一般概念 电力拖动系统过渡过程要研究的问题：这是拖动系统的动态特性，当磁通一定时动态特性可用微分方程组表示：()()()anftTftIft117一、过渡过程的一般概念2375a
7、aaaaLaeNTNadIULEI RdtGD dnTTdtECnTCI求微分方程的解得到动态特性118一、过渡过程的一般概念一、过渡过程的一般概念 电动机输出功率有限，因此电力拖动系统的电动机和Ia都不能突变，即拖动系统从一个稳定状态到另一个稳定状态，一定有一个过程，这个过程的产生是由于系统存在着电磁惯性电磁和机械惯性：电磁惯性：电枢回路存在La，电流不能突变；机械惯性：系统飞轮力矩GDGD2 2存在，转速不能突变。119一、过渡过程的一般概念一、过渡过程的一般概念 机电过渡过程：既考虑电磁惯性La又考虑机械惯性GD2的过渡过程。机械过渡过程：认为La0，只考虑机械惯性的过渡过程（电压平衡方
8、程式得到简化）。不同机械对过渡过程要求：起动、制动、反转要快（轧机、刨床起动、制动、反转要快（轧机、刨床），），缩短过渡时间缩短过渡时间起动制动平稳，加速度不能太大（电梯、起动制动平稳，加速度不能太大（电梯、电车电车），舒适度），舒适度准确定位、协调运转（伺服控制系准确定位、协调运转（伺服控制系统统），精确度），精确度120二、拖动系统过渡过程的数学分析（一）机械过渡过程的一般表达式nTTiRan0nsA0CBniRa+RcTs=TLB点是过渡过程的起始点;C点是过渡过程结束后的稳定工作点。121从BC的机械过渡过程 假设La0，U、TL保持不变，过渡过程结束时，稳态值为ns、Ts、Ias 1
9、.转速变化规律 运动方程：2376LGD dnTTdt2200()375375LLGD dnGD dnnnTnTdtdt()nf t122从BC的机械过渡过程0snnT过渡过程结束后的稳态值是2375sGD dnnndt2M T375GD令MTsdnnndt有有微分方程式的通解是：一阶常系数非齐次123从BC的机械过渡过程MtTsnnCe关于n的一阶常系数非齐次微分方程式的通解其中C由初始条件确定，当t0时nni（B点转速）则Cnins 上式可以写成：()MtTsisnnnn e转速的机械过转速的机械过渡过程解析式渡过程解析式124从BC的机械过渡过程 2.电磁转矩的变化规律()Tf t000
10、sLiinnTnnTnnT()MtTsisnnnn e代入整理()MtTsisTTTT e125从BC的机械过渡过程 3.电枢电流的变化规律()aIf taT I 为常数，所以有：()MtTaasaiasIIIIe126机械过渡过程的讨论()MtTsisnnnn e()MtTsisTTTT e()MtTaasaiasIIIIe三个式子形式相同，都含有一个稳态分量和一个按指数形式变化的分量。过渡过程的时间取决于机电时间常数机电时间常数T TM M的大小。127TiRan0nsA0CBniTs2222M2 T375375375375acsieTsisRRnnGDGDn GDGDC CTTTTM既与
11、电量有关也与机械量有关，所以称：机电时间常数机电时间常数128机械过渡过程的讨论 TM的量纲为：221N mssmN ms机械过渡过程三要素：初始值、稳态值、机电时间常数。唯一的确定过渡过程曲线。当t4TM时，各量值已经可以达到稳态值的98%，过渡过程结束。129时间计算 在工程设计中如果需要转速过渡到某一点时的时间，可令转速为nx，求得时间tx（如图）即：()xMtTxsisnnnn eisxMxsnntT lnnnisxMxsTTtT lnTT130131三、起动的过渡过程（一）起动过渡过程曲线的计算TnnttT4TM022202M T375375375375AAsstLtLGDGDGDn
12、TnTGnnTDTstTLTAn0n132（二）逐级切除起动电阻的过渡过程TnnttT1stTLTn0ns2ns1ns32stT133四、能耗制动过渡过程反抗性负载反抗性负载134四、能耗制动过渡过程位能恒转矩负载位能恒转矩负载D135五、反接制动过渡过程反抗性负载反抗性负载136五、反接制动过渡过程位能恒转矩负载位能恒转矩负载137六、过渡过程中的能量损耗 电力拖动系统的过渡过程中由于电流较大，会产生较大的能量损耗，使拖动系统效率降低。（一）过渡过程能量损耗的一般情况 电动机总损耗 中包含空载损耗和电枢铜损，在过渡过程中由于电流较大可以考虑忽略以简化计算。假设电压、磁通为常数；电枢串电阻；电
13、动机为理想空载状态。从t1 t2：过渡过程能量损耗输入能量电磁能量p op138（一）过渡过程能量损耗的一般情况 从t1 t2电机转过角度1 210PT MPT 2cuapI R 20cuaddpI RJJdtdt 139过渡过程能量损耗的一般情况 过渡过程能量损耗与过渡时间无关。过渡过程能量损耗与过渡时间无关。222112201122021211()()2ttattApdtI R dtJdJdJJ 输入能量输入能量动能变化动能变化140过渡过程中的能量损耗情况T0022021211()()2AJJ141理想空载起动过程中的能量损耗2012AJ 22021211()()2AJJ1200;起动过
14、程中输入能量的一半转化为损耗142理想空载能耗制动过程中能量损耗2012AJ 22021211()()2AJJ102;0 电网输入电网输入能量为能量为0系统动能转化为损耗143反接起动停车过程中的能量损耗2032AJ 22021211()()2AJJ102;0 输入能量和系统动能全部转化为损耗反接时反接时为负值为负值14422001242AJJ 22021211()()2AJJ1020;理想空载反转时能量消耗最大。理想反转空载起动过程中能量损耗反转时反转时为负值为负值145 起动、能耗制动、反接制动停车、理想反转空载起动过程中的能量损耗分别为：2200220011 223(1)(2)(3)(4)22AJAJAJAJ 减小拖动系统转动惯量、降低理想空载转速，可减少过渡过程能量损耗。146第三章小结 1.直流电机机械特性（自然、人工）2.起动方式，起动电阻计算 3.调速方法，调速范围，静差率 4.制动方法，制动转矩 5.过渡过程，虚稳定点 6.稳定运行条件147
