直流电动机的电力拖动(3).ppt

第2章直流电动机的电力拖动,2.1电力拖动系统的动力学基础2.2他励直流电动机的机械特性2.3他励直流电动机的起动2.4他励直流电动机的制动2.5他励直流电动机的调速2.6串励及复励直流电动机的电力拖动思考题与习题,2.1电力拖动系统的动力学基础,2.1.1电力拖动系统的运动方程式1．运动方程式电力拖动系统的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。下面分析电动机直接与生产机械的工作机构相接时拖动系统的各种转矩及运动方程式。图2.1.1所示为直线运动系统，根据牛顿第二定律，其运动方程为,（2.1.1）,图2.1.1直线运动,图2.1.2所示为电动机单轴拖动系统，电动机的电磁转矩Tem通常与转速n同方向，是驱动性质的转矩。生产机械的工作机构转矩即负载转矩TL通常是制动性质的。如果忽略电动机的空载转矩T0，根据牛顿第二定律可知，拖动系统旋转时的运动方程式为,2.1.2,式中J为运动系统的转动惯量，单位为kgm2；Ω为系统旋转的角速度，单位为rad／s；JdΩ/dt为系统的惯性转矩，单位为Nm。,图2.1.2电动机单轴拖动系统,在实际工程计算中，经常用转速n代替角速度Ω来表示系统的转动速度，用飞轮惯量或称飞轮矩GD2代替转动惯量J来表示系统的机械惯性。Ω与n、J与的关系为,式中，n为转速，单位为r／min；m与G为旋转体的质量与重量，单位分别为kg与N；r与D为惯性半径与直径，单位为m；g为重力加速度，g9.8m／s2。,把式2.1.3、2.1.4代人式2.1.2，可得运动方程的实用形式,2.1.5,式中，GD2为旋转体的飞轮矩，单位为Nm2。应注意，式2.1.5中的375具有加速度量纲；而飞轮矩GD2是反映物体旋转惯性的一个整体物理量。电动机和生产机械的GD2可从产品样本和有关设计资料中查到。,由式2.1.5可知，系统的旋转运动可分三种状态1当TemTL，dn/dt0时，系统处于加速运行状态，即处于瞬态过程；2当Tem1。,2飞轮矩的折算以图2.1.3拖动系统为例，飞轮矩的折算是指把图2.1.3a中的工作机构轴连同传动机构中不同转速各轴上的飞轮矩或转动惯量一并折算成图2.1.3b中的一个等效的飞轮矩GD2或转动惯量J。折算时应以保持系统储存的动能不变为原则，于是可得,2.1.16,2.1.15,考虑到J∝GD2，Ω∝n，可得等效的飞轮矩为,2.1.17,一般情况下，在系统总的飞轮矩中，电动机轴上的飞轮矩最大，工作机构轴上的飞轮矩折算值占的比重较小，而传动机构飞轮矩的折算值占的比重更小。因此在实际计算时，为了减少折算的麻烦，可以采用下式来估算系统总的飞轮矩,2.1.18,2．水平直线运动工作机构１负载力FL的折算龙门刨床工作台带动工件前进时，受到切削阻力，将通过传动机构在电动机轴上体现为阻转矩TL。折算的方法与上述相同，也是以传送功率不变为原则，并考虑到这两种工作状态时传动损耗是由电动机承担的，所以，不难得出折算后的等效转矩为,2.1.19,如果系统制动，则传动损耗由负载承担，这时等效转矩为,2.1.20,在上两式中，FL为工作机构的直线作用力，单位为N；V为工作机构直线运动的速度，单位为m/s；n为电动机转速，单位为r／min；η为龙门刨床的传动效率。,２直线工作机构运动质量的折算对工作机构为直线运动的多轴系统图2.1.４进行折算时，除了要把传动机构中各轴上的飞轮矩折算到电动机的轴上外，同时还应该对直线运动的质量进行折算。因为运动的质量中储存有动能，因此应把运动速度为VL的质量mL折算成电动机轴上的一个等效飞轮矩GD2。折算的原则是保持其动能不变，即,（2.1.21）,（2.1.22）,把JGD2/4g，Ω2πn/60，代入上式，经化简得运动质量mL的等效飞轮矩为,2.1.23,式中GL为mL的重量。,图2.1.4刨床拖动系统,3．升降运动工作机构起重机提升或下放重物属于升降运动，如图2.1.5所示。升降运动可以看成是直线运动来折算（已知升降物重量GL，升降速度v），也可以把它看成旋转运动机构来折算（已知升降物重量GL，卷筒半径RL）。提升和下放重物时的传动效率是不等的，但提升与下放时的传动损耗可认为是相等的。提升时的效率用η表示，下降时的效率用η′来表示。,图2.1.5起重机的升降电力拖动系统,上升时系统的阻转矩由电动机来承担，则,（2.1.24）,按旋转运动考虑时,按直线运动考虑,（2.1.25）,在下放重物时，为了阻止重物下降太快，电动机处于制动状态，这时系统的阻转矩由重物承担，则,按旋转运动考虑,（2.1.26）,按直线运动考虑,（2.1.27）,若提升与下放时重物G的重量不变，提升与下放时的传动损耗可认为是相等的，即提升与下降时传动机构损耗的转矩ΔT不变，则,提升重物时,（2.1.28）,（2.1.29）,下放重物时,（2.1.30）,（2.1.31）,由式（2.1.29）、式（2.1.31）可推导出下放重物传动效率η′与提升重物传动效率η之间的关系,2.1.32,对2.1.32式我们可以进行以下的讨论，得出相应的结论1若η0.8，则η′0.75，表明在提升重物时电动机输出的功率，大部分用于提升重物，只有少部分用于克服传动机构损耗；下放该负载时，重物提供的功率由工作机构传给了电动机，使电动机处于发电制动状态，从而保持重物匀速下放。2若η0.5，则η′0，表明提升重物时电动机输出的功率，一半用于克服转动机构的损耗，另一半才用于提升重物；下放该重物放出的位能全部被传动机构所消耗，电动机处于空载状态。即不需要电动机制动，重物可以安全下放。,3η0，Tem为驱动转矩。开始制动时，因n不能突变（能量不能突变），工作点将沿水平方向跃变到能耗制动特性曲线上的B点。在B点，n0，Tem0，Tem0，为正向电动状态；在第三象限内n0，Tem0，在下放位能负载时出现这一情况。在第四象限内的工作点C、D、E等均是稳定制动运行工作点，此时位能性负载是匀速下降的。为了比较电动状态及三种制动状态的能量传递关系，图2.4.8绘出了它们的功率流程图，图中各功率传递方向为实际方向。,图2.4.8电动机各种制动状态时的功率流程图a电动运行；b能耗制动；c反接制动；d回馈制动,[例2.4.1]一台他励直流电动机数据为PN10kw,UN220V，IN53A，nNl000r/min，Ra0.3Ω，电枢电流最大允许值为2IN。（1）在额定状态下进行能耗制动，求电枢回路应串入的制动电阻值。（2）用此电动机拖动起重机，在能耗制动下以300r/min的转速下放重物，电枢电流为额定值，求电枢回路应串入的制动电阻值。（3）在倒拉反接制动下以300r/min的转速下放重物，电枢电流为额定值，求电枢回路应串入的制动电阻值,解1制动前电枢电动势为,应串人的制动电阻值为,2因为励磁保持不变，则,下放重物时，转速为n-300r/min，由能耗制动的机械特性,得,3由倒拉反接制动的机械特性方程,得,解得,下放重物时电动机的转速转速为负值。,2.4.4．直流电动机的反转直流电动机的转向是由电磁转矩的方向决定，而电磁转矩的方向由方向确定的，要改变其转向，只要改变电枢电流方向和主磁场任意一个的方向即可。一是改变电枢电流的方向，二是改变励磁电流的方向即改变主磁场的方向。如果同时改变电枢电流和励磁电流的方向，则电动机的转向不会改变。改变直流电动机的转向，通常采用改变电枢电流方向的方法，具体就是改变电枢两端的电压极性，或者说把电枢绕组两端换接，而很少采用改变励磁电流方向的方法。因为励磁绕组匝数较多，电感较大，切换励磁绕组时会产生较大的自感电压而危及励磁绕组的绝缘。,,2.5他励直流电动机的调速,电力拖动系统的调速可以采用机械调速、电气调速或二者配合起来调速。通过改变传动机构速比进行调速的方法称为机械调速；通过改变电动机参数进行调速的方法称为电气调速。本节只介绍他励直流电动机的电气调速。所谓调速，就是在所拖动的负载不变的前提下，人为改变运行的转速。改变电动机的参数就是人为地改变电动机的机械特性，从而使负载工作点发生变化，转速随之变化。可见，在调速前后，电动机必然运行在不同的机械特性上。如果机械特性不变，因负载变化而引起电动机转速的改变不能称为调速。,根据他励直流电动机的转速公式,可知，当电枢电流Ia不变时即在一定的负载下，只要改变电枢电压U，电枢回路串联电阻RS即改变RRaRS及励磁磁通Φ三者之中的任意一个量，就可改变转速n。因此，他励直流电动机具有三种调速方法调压调速；电枢串电阻调速和调磁调速。为了评价各种调速方法的优缺点，对调速方法提出了一定的技术经济指标，称为调速指标。,2.5.1调速的指标,1.调速范围调速范围是指电动机在额定负载下可能运行的最高转速nmax与最低转速nmin之比，通常用D表示，即,（2.5.1）,不同的生产机械对电动机的调速范围有不同的要求。要扩大调速范围，必须尽可能地提高电动机的最高转速和降低电动机的最低转速。电动机的最高转速受到电动机的机械强度、换向条件、电压等级等方面的限制，而最低转速则受到低速运行时转速的相对稳定性的限制。,2．静差率相对稳定性转速的相对稳定性是指负载变化时，转速变化的程度，转速变化小，其相对稳定性好。转速的相对稳定性用静差率δ％表示。当电动机在某一机械特性上运行时，由理想空载增加到额定负载，电动机的转速降落与理想空载转速n0之比，就称为静差率，用百分数表示,（2.5.2）,显然，电动机的机械特性越硬，其静差率越小，转速的相对稳定性就越高。但是静差率的大小不仅仅是由机械特性的硬度决定的，还与理想空载转速的大小有关。例如，图2.5.1中的两条相互平行的机械特性曲线2、3，它们的硬度相同，额定转速降也相等，即Δn2Δn3，但由于它们的理想空载转速不等，n02n03，所以它们的静差率不等，δ2％δ3％。可见，硬度相同的两条机械特性，理想空载转速越低，其静差率越大。,图2.5.1降压时的机械特性,静差率与调速范围两个指标是相互制约的，若图2.5.1中曲线1和曲线4为电动机最高转速和最低转速时的机械特性，则电动机的调速范围D与最低转速时的静差率δ关系如下,（2.5.3）,式中，为最低转速机械特性上的转速降；δ最低转速时的静差率，即系统的最大静差率。,由式2.5.3可知，若对静差率这一指标要求过高，即δ值越小，则调速范围D就越小；反之，若要求调速范围D越大，则静差率δ也越大，转速的相对稳定性越差。不同的生产机械，对静差率的要求不同，普通车床要求δ≤30％，而高精度的造纸机则要求δ≤0.1％。在保证一定静差率指标的前提下，要扩大调速范围，就必须减小转速降落，就是说，必须提高机械特性的硬度。,3.调速的平滑性在一定的调速范围内，调速的级数越多，就认为调速越平滑。相邻两级转速之比称为平滑系数，表示为,（2.5.4）,φ值越接近1，则平滑性越好，当φl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。,4.调速的经济性经济性包含两方面的内容一是指调速设备的投资和调速过程中的能量损耗、运行效率及维修费用等；另一方面是指电动机在调速时能否得到充分利用，即调速方法是否与负载类型相配合。,1．电枢回路串电阻调速电枢回路串电阻调速的原理及调速过程可用图2.5.2说明。1）前提条件UUN，ΦΦN，TLC，RRaRS调速过程设电动机拖动恒转矩负载TL在固有特性上A点运行，其转速为nN。若电枢回路串入电阻Ra，则达到新的稳态后，工作点变为人为特性上的B点，转速下降到n1。从图中可以看出，串入的电阻值越大，稳态转速就越低。,2.5.2调速方法,现以转速由nN降至n1为例，说明其调速过程。电动机原来在A点稳定运行时，TemTL，nnN，当串入Ra后，电动机的机械特性变为直线n0B，因串电阻瞬间转速由于惯性不突变（动能不能突变），故Ea不突变，于是Ia及Tem突然减小，工作点平移到A′点。在A′点，TemTL，所以电动机开始减速，随着n的减小，Ea减小，Ia及Tem增大，即工作点沿A′B方向移动，当到达B点时，TemTL，达到了新的平衡，电动机便在n1转速下稳定运行。调速过程中转速n和电流Ia或Tem随时间的变化过渡过程曲线如图2.5.3所示。,图2.5.2直流他励电动机电枢串电阻调速,图2.5.3电枢串电阻调速时的过渡过程曲线,3电枢串电阻调速的特点。电枢串电阻调速的优点是设备简单，操作方便。电枢串电阻调速的缺点是由于电阻只能分段调节，因而调速的平滑性差；低速时特性曲线斜率大，静差率大，因此转速的相对稳定性差；轻载时调速范围小，额定负载时调速范围一般为D≤2；如果负载转矩保持不变，则调速前和调速后因磁通不变而使电动机的Tem和Ia不变，输入功率P1UNIa也不变，但输出功率P2∝TLn却随转速的下降而减小，减小的部分被串联的电阻消耗掉了。因此，电枢串电阻调速的损耗较大，效率较低，而且转速越低，所串电阻越大，则损耗越大，效率越低。电枢串电阻调速多用于对调速性能要求不高的生产机械上，如起重机、电车等。,2．降低电源电压调速电动机的工作电压不允许超过额定电压，因此电枢电压只能在额定电压以下进行调节。降低电源电压调速的原理及调速过程可用图2.5.4说明。1前提条件ΦΦN，RRa，TLC，U↓2调速过程设电动机拖动恒转矩负载TL在固有特性上A点运行，其转速为nN。若电源电压由UN下降至U1，，则达到新的稳态后，工作点将移到对应人为特性曲线上的B点，其转速下降为n1。从图中可以看出，电压越低，稳态转速也越低。,图2.5.4直流电动机降压调速,电动机原来在A点稳定运行时，TemTL，nnN。当电压降至U1后，电动机的机械特性变为直线n01B。在降压瞬间，转速n由于惯性不能突变，Ea不能突变，所以Ia和Tem突然减小，工作点平移到A′点。在A′点，TemTL，电动机开始加速，随着n上升，Ea增大，Ia和Tem减小，工作点沿A′B方向移动。到达B点时，TemTL，出现了新的平衡，此时电动机便在较高的转速n1下稳定运行。调速过程中电枢电流和转速随时间的变化规律如图2.5.6所示。,图2.5.6弱磁调速过渡过程,（3）弱磁调速的特点。对于恒转矩负载，调速前后电动机的电磁转矩不变，因为磁通减小，所以调速后的稳态电枢电流大于调速前的电枢电流，这一点与前两种调速方法是不同的。当忽略电枢反应影响和较小的电阻压降RaIa的变化时，可近似认为转速与磁通成反比变化。弱磁调速的优点由于在电流较小的励磁回路中进行调节，因而控制方便，能量损耗小，设备简单，而且调速平滑性好。虽然弱磁升速后电枢电流增大，电动机的输入功率增大，但由于转速升高，输出功率也增大，电动机的效率基本不变，因而弱磁调速的经济性是比较好的。,弱磁调速的缺点机械特性的斜率变大，特性变软；转速的升高受到电机换向能力和机械强度的限制，因此升速范围不可能很大，一般D≤2。为了扩大调速范围，常常把降压和弱磁两种调速方法结合起来。在额定转速以下采用降压调速，在额定转速以上采用弱磁调速。,[例2.5.1]一台他励直流电动机的额定数据为UN220V，IN41.1A，，nN1500r／min，Ra0.4Ω，保持额定负载转矩不变，求1电枢回路串入1.65Ω电阻后的稳态转速；2电源电压降为110V时的稳态转速；3磁通减弱为90％ΦN时的稳态转速。解,（1）因为负载转矩不变，磁通不变，所以Ia不变。,（2）因为负载转矩不变，磁通不变，所以Ia不变,（3）因为TemCTΦNINCTΦ′I′常数，所以,即弱磁调速时，若负载转矩不变且等于额定转矩，则弱磁调速后电枢电流将超过额定电流，电机过载。此时转速为,2.5.3调速方式与负载类型的配合1.电动机的允许输出与充分利用的概念电动机运行时，电机的实际输出是由负载决定的。电动机的允许输出是指电动机在某一转速下长期可靠工作时所能输出的最大转矩和功率。允许输出的大小主要决定于电机的发热，而电机的发热又主要决定于电枢电流。因此，在一定的转速下，对应额定电流时的输出转矩和功率便是电动机的允许输出转矩和功率。所谓电动机的充分利用，是指在一定的转速下电动机的实际输出转矩和功率达到了它的允许输出值，即电枢电流达到了额定值。,显然，在大于额定电流下工作的电机，其实际输出转矩和功率将超过其允许值，这时电机将会因过热而烧坏；而在小于额定电流下工作的电机，其实际输出转矩和功率将小于其允许值，这时电机便得不到充分利用而造成浪费。正确地使用电动机，应当使电动机既满足负载的要求，又得到充分利用，即保证电动机总是处于额定电流下工作。不调速的电动机通常都工作在额定状态，电枢电流为额定值，因此恒转速运行的电动机一般都能得到充分利用。但当电动机调速时，在不同的转速下，电枢电流能否总是保持为额定值，即电动机能否在不同的转速下都得到充分利用，这就需要进一步研究了。事实上，这个问题与调速方式和负载类型的配合有关。,2.恒转矩与恒功率调速方式以电机在不同转速下都能得到充分利用为条件IaIN，可以把他励直流电动机的调速分为恒转矩调速和恒功率调速两种方式。电枢串电阻调速和降压调速属于恒转矩调速方式，而弱磁调速属于恒功率调速方式。电枢串电阻调速和降压调速时，磁通ΦΦN保持不变，如果在不同转速下保持电流IaIN不变，即电机得到充分利用，则电动机的允许输出转矩和功率分别为,（2.5.5）,式中C为常数。由此可见，电枢串电阻和降压调速时，电动机的允许输出功率与转速成正比，而允许输出转矩为恒值，故称为恒转矩调速方式。弱磁调速时，磁通Φ是变化的，在不同转速下，若保持IaIN不变，则电动机的允许输出转矩和功率分别为,（2.5.6）,则,式中C为常数。由此可见，弱磁调速时，电动机的允许输出转矩与转速成反比，而允许输出功率为恒值，故称之为恒功率调速方式。式2.5.5、式2.5.6中的允许输出转矩和功率随转速的变化关系可用图2.5.7表示。显然，图中以nN为界，分为两个区域nnN弱磁调速为恒功率调速区。,图2.5.7他励直流电动机调速时的允许输出,3.调速方式与负载类型的配合,1）恒转矩负载配恒转矩调速方式此时负载转矩TL和电动机的允许输出转矩T均为常数，负载功率PL和电动机的允许输出功率P均与转速n成正比。因此，只要选择电动机的允许输出转矩T也就是额定转矩TN与负载转矩TL相等，则负载转矩特性与电动机的允许输出转矩特性就完全重合，如图2.5.8a所示。这样，在任何转速下均有TTL，PPL，IaIN。此时，电动机既满足了负载的要求，又得到了充分利用。因此，恒转矩负载配恒转矩调速方式是一种理想的配合。需要指出的是，此时电动机的额定转速为系统的最高转速。,2）恒功率负载配恒功率调速方式此时负载功率PL和电动机的允许输出功率P均为常数，负载转矩TL和电动机的允许输出转矩T均与转速n成反比。因此，只要选择电动机的允许输出功率也就是额定功率PN与负载功率PL相等，则负载转矩特性也与电动机的允许输出转矩特性完全重合，在任何转速下，也均有PPL，TTL，IaIN，特性配合如图2.5.8b所示。与第一种情况相同，电动机既满足了负载的要求，又得到了充分利用，这也是一种理想的配合。恒功率调速时，转速是从额定转速往上调的，故电动机的额定转速为系统的最低转速。,图2.5.8调速方式与负载类型的理想配合a恒转矩负载采用恒转矩调速；b恒功率负载采用恒功率调速,3）恒转矩负载配恒功率调速方式恒转矩负载，即负载转矩TL常数；恒功率调速方式，即电动机的允许输出转矩T与转速n成反比变化。显然，此时的负载转矩特性TL常数，与电动机的允许输出转矩特性T∝1/n不可能重合。为了满足负载转矩的需要，二者的特性配合只能如图2.5.9a所示，即使电动机允许输出转矩的最小值此时转速最高等于恒定的负载转矩。可见，恒转矩负载配恒功率调速方式时，只有在最高转速这一点上才有TTL，PPL,IaIN，电动机才被充分利用。而在低于最高转速时，均出现TLT，PLP，IaIN，即电动机的实际输出小于允许输出，电动机没有充分利用。可以证明，在最低转速时，电动机的实际输出功率负载功率只是电动机额定功率的1/DD是调速范围。,图2.5.9调速方式与负载类型的不适当配合a恒转矩负载采用恒功率调速；b恒功率负载采用恒转矩调速,因为负载所需要的最大功率应作为选择电动机额定功率的依据，所以电动机的额定功率,（2.5.7）,显然，这种配合是不好的，它将造成电动机容量的浪费。,4）恒功率负载配恒转矩调速方式恒功率负载，其转矩与转速成反比变化，恒转矩调速方式时，电动机的允许输出转矩为常数。显然，此时的负载转矩特性与电动机的允许输出转矩特性T常数，也是不能重合的。为了满足负载的需要，二者的特性配合只能如图2.5.9b所示，即，使恒定的允许输出转矩T等于变化的负载转矩的最大值此时转速最低。可见，恒功率负载配恒转矩调速方式时，只有在最低转速时才有TTL，PPL，IaIN，电动机才被充分利用。而在高于最低转速时，均出现TLT，PLP，IaIN，即电动机不能被充分利用。可以证明，这种配合时，电动机的实际输出功率恒定的负载功率只是电动机额定功率的1/D。,恒功率负载的功率PL常数，且恒转矩调速方式电枢串电阻调速和降压调速是在nN以下调速，所以nN，而电动机的额定转矩必须满足最大负载转矩的要求，即TNTLmax，于是电动机的额定功率为,即,（2.5.8）,显然，这种配合同样会造成电动机容量的浪费。,根据以上四种情况分析可得，调速方式与负载类型的适当配合是1电枢串电阻调速和降压调速属于恒转矩调速方式，适用于恒转矩负载。2弱磁调速属于恒功率调速方式，适用于恒功率负载。,,2.6串励及复励直流电动机的电力拖动,2.6.1串励直流电动机的机械特性,1.固有机械特性图2.6.1是串励电动机的接线图，励磁绕组与电枢绕组串联，电枢电流Ia即为励磁电流If，电枢电流Ia（即负载）的变化将引起主磁通Φ变化。当Ia较小，磁路未饱和时，Φ与Ia成正比，即,2.6.1,图2.6.1串励电动机接线图,式中k为比例常数。此时，电磁转矩,2.6.2,由此可得,2.6.3,固有机械特性表达式为,（2.6.4）,将式（2.6.1）和式（2.6.3）代入式（2.6.4）中，可以得到轻载磁路不饱和时串励直流电动机的机械特性为,2.6.5,式中,该式表明转速n与成反比，其机械特性如图2.6.2中AB段。,图2.6.2串励电动机的固有机械特性,由串励电动机的固有机械特性曲线可以看出（1）特性曲线是一条非线性的软特性曲线，随着负载转矩的增大（减小），转速自动减小（增大），保持功率基本不变，即有很好的牵引性能。因此，串励电动机广泛作为机车类负载的牵引动力。（2）理想空载转速为无穷大，实际上由于有剩磁磁通存在，n0一般可达（5～6）nN，空载运行会出现“飞车”现象。因此，串励电动机是不允许空载或轻载运行或用皮带传动的。（3）由于Tem与Ia的平方成正比，因而串励电动机的起动转矩大，过载能力强。,2.人为机械特性串励直流电动机同样可以采用电枢串电阻、改变电源电压和改变磁通的方法来获得各种人为机械特性，其人为机械特性曲线变化趋势与他励直流电动机的人为机械特性曲线的变化趋势相似，如图2.6.3所示。,图2.6.3串励直流电动机的人为机械特性,2.6.2串励直流电动机的电气制动对于串励直流电动机，由于理想空载转速为无穷大，因而它不可能有回馈制动运转状态，只能进行能耗制动和反接制动。1.能耗制动串励直流电动机的能耗制动分为他励式和自励式两种。,1）他励式能耗制动他励式能耗制动把励磁绕组由串励形式改接成他励形式，即把励磁绕组单独接到电源上，电枢绕组外接制动电阻RB后形成回路，如图2.6.4（a）所示。由于串励直流电动机的励磁绕组电阻RF很小，因而如果采用原来的电源，则因电压较高而必须在励磁回路中串入一个较大的限流电阻Rsf。此外，还必须保持励磁电流If的方向与电动状态时相同，否则不能产生制动转矩（因Ia已反向）。他励式能耗制动的机械特性为一直线，如图2.6.4（b）中直线BC所示，其制动过程与他励直流电动机的能耗制动完全相同。他励式能耗制动的效果好，应用较广泛。,图2.6.4串励电动机的他励式能耗制动a接线图；b机械特性,2）自励式能耗制动自励式能耗制动时，电枢回路脱离电源后通过制动电阻形成回路，但为了实现制动，必须同时改接串励绕组，以保证励磁电流的方向不变，如图2.6.5（a）所示。自励式能耗制动的机械特性如图2.34（b）中曲线BO所示。由图可见，自励式能耗制动开始时制动转矩较大，随着转速下降，电枢电动势和电流也下降，同时磁通也减小，由TemCTΦIa可知，制动转矩下降很快，制动效果变弱，制动时间较长且制动不平稳。由于这种制动方式不需要电源，因而主要用于事故停车。,图2.6.5串励电动机的自励式能耗制动a接线图；b机械特性,2.反接制动串励直流电动机的反接制动也有电枢电压反接制动和倒拉反接制动两种，制动的原理、物理过程和他励直流电动机相同。反接制动时，电枢中也必须串入足够大的电阻以限制电流。串励电动机进行电压反接制动时，并不是将电源电压反接，因为这样将会造成Ia和If同时改变方向，电磁转矩方向不变，起不到制动作用。因此，只能将电枢两端反接，而励磁绕组的接法不变。为了限制过大的制动电流，还应串入制动电阻RB。串励电动机倒拉反转反接制动只适用于位能性负载，方法是保持电压极性不变，在电枢回路串入一个较大的电阻RB，使电动机倒拉反转。,2.6.3复励直流电动机复励直流电动机有两个励磁绕组，分别为串励绕组和并励绕组，如图2.6.6所示。通常这两个绕组的磁通势方向是相同的，因此称为积复励电动机。积复励电动机的机械特性介于他励与串励电动机之间，如图2.6.7所示。当并励绕组磁通势较大而起主要作用时，机械特性接近于并励特性；当串励绕组磁通势较大而起主要作用时，机械特性便接近于串励特性。复励直流电动机既具有串励电动机的起动转矩大、过载能力强等优点，又因为有并励绕组，使得理想空载转速不至于太高，因而避免了“飞车”的危险。,图2.6.6复励直流电动机的原理接线图,图2.6.7复励直流电动机的机械特性,复励电动机的起动和调速方法与他励电动机相同。复励直流电动机也可进行能耗制动、反接制动和回馈制动。反接制动时的接线与串励电动机类似，而回馈制动和能耗制动时，由于电枢电流反向，串励磁通势也反向，因而对并励磁通势起去磁作用，这将影响制动效果。因此，采用回馈制动和能耗制动时，往往将串励绕组短接起来。,,思考题与习题,2.1什么叫电力拖动系统它包括哪几部分各起什么作用2.2试用运动方程式说明系统处于静止、恒速旋转、加速、减速等各种工作状态的条件是什么2.3什么叫负载转矩特性典型的负载转矩特性有哪几种，各有什么特点试画出共转矩特性。2.4什么叫多轴电力拖动系统为什么实际电力拖动系统多为多轴系统2.5多轴系统为什么要折算成单轴系统一般向哪根轴折算折算的原则是什么,2.6什么叫机械特性的硬度什么叫硬特性，什么叫软特性特性的软硬对电力拖动系统有什么意义2.7什么叫平衡运转状态什么叫平衡稳定运转状态电力拖动系统稳定运行的充要条件是什么2.8他励直流电动机稳定运行时，电枢电流的大小与什么量有关改变电枢回路电阻能否改变电枢电流的稳态值2.9直流电动机为什么一般不允许直接起动如直接起动有什么问题采用什么方法起动比较好2.10在他励直流电动机励磁绕组断线的条件下，下面两种情况会有什么后果空载起动；拖动额定负载起动,2.11一台他励直流电动机，PN40kW，UN220V，IN207.5A，Ra0.067Ω。1若电枢回路不串电阻直接起动，则起动电流为额定电流的几倍2若将起动电流限制为1.5IN，求电枢回路应串入的电阻大小。2.12一台他励直流电动机，PN17kW，UN220V，IN92.5A，Ra0.16Ω,nN1000r/min，电动机允许的最大电流Iamax1.8IN，电动机拖动负载TL0.8TN电动运行。求（1）若采用能耗制动停车，电枢回路应串入多大电阻（2）若采用反接制动停车，电枢回路应串入多大电阻,2.13一台他励直流电动机，PN5.5kW，UN220V，IN30.5A,Ra0.45Ω,nN1500r/min。电动机拖动额定负载运行，保持励磁电流不变，要把转速降到1000r/min，求1若采用电枢回路串电阻调速，应串入多大电阻2若采用降压调速，电枢电压应降到多少3两种方法调速时电动机的效率各是多少,,