1、子领域一 直流电动机的制动反转技术,2.1 直流电动机的感应电动势和电磁转矩2.2 直流电动机的基本方程 2.3 直流电动机的机械特性2.4 直流电动动机的制动,学习情境1.3 直流电动机的制动技术,2.1 直流电动机的感应电动势和电磁转矩,一、 电枢绕组的感应电动势二、 直流电动机的电磁转矩,每根导体的感应电动势为,一、电枢绕组的感应电动势,式中，, 导体所在处的气隙磁密；, 导体的有效长度；, 导体相对气隙磁场的速度。,电枢绕组的电动势应为一条支路各串联导体的,令 为平均气隙磁密，则上式改写为,将 代入上式得出,电动势的代数和，则,电动势公式 ：,式中，, 每极的总磁通量；, 电动机常数；
2、, 电动势公式。,二 、直流电机的电磁转矩 电枢表面任一点处的载流导体上的电磁转距 为 式中， 称为该点处的气隙磁密。 一个极下的载流导体上的电磁转矩 应为 式中， 称为气隙平均磁密。,整个电枢上的电磁转矩 则 为,可得直流电机的转矩公式为,再考虑到,2.2 直流电动机的基本方程,一、 电压方程二、 转矩方程三、 电磁功率,他励时，励磁电流由其他电源单独供电，故 。,一、电压方程,1、他励直流电机,对于发电机： 则有,对于电动机： 则有,2、并励直流电机,其电枢回路的电压方程与他励时相同，但激磁,3、串励直流电机,其电枢回路的电压方程与他励时亦相同，但因励,另外，电压方程应加入串励绕组的电阻压
3、降。,电压为电枢端电压，即,发电机：,电动机：,磁绕组与电枢绕组相串联，有 。,二、转矩方程, 为电磁转矩。,1、发电机情况下, 电机本身的机械阻力转矩；, 原动机的驱动转矩；,电磁转矩为制动转矩，有, 电动机轴上的负载转矩。,式中，,2、电动机情况下,电磁转矩为驱动转矩，有,三、电磁功率,发电机： 机械能 转化为电能 ； 电动机： 电能 转化为机械能 。,电磁功率用 表示，则,将 代入上式，得,2.3 直流电动机的机械特性,一、 机械特性的表达式二、 固有机械特性和人为机械特性矩三、 机械特性的求取四、 电力拖动系统稳定运行条件,一、机械特性的表达式,机械特性：电动机处于稳定运行状态时，电动
4、机的电磁转矩 Tem与转速n的关系曲线称为电动机的机械特性。 （ Tem与n 都是机械量）,其中：,称为理想空载转速,称为机械特倾性的斜率，大小反映软特性与硬特性,称为负载时的转速降,机械特性曲线：当U、R、为常数时，为一条向下倾斜的直线。 电枢反应对机械特性的影响，可能使特性在T 较大时上翘，如图2.1所示 。,机械特性的硬度 :越大，特性越陡，称为软特性； 越小，特性越平，称为硬特性；表明机械特性曲线的下垂程度。,图2.1,二、固有机械特性和人为机械特性,（一）固有机械特性,其方程式为：,当 时的机械特性称为固有机械特性：,（二）人为机械特性1、电枢串电阻时的人为机械特性,是一族通过理想空
5、载点并具有不同斜率的人为特性。,保持 不变,只在电枢回路中串入电阻 的人为特性,图2.2,2、降低电枢电压时的人为机械特性,是位于固有特性下方，且与固有特性平行的一组直线。,保持 不变，只改变电枢电压时的人为特性：,图2.3,3、减弱磁通时的人为机械特性,保持 不变，只改变励磁回路调节电阻 的人为特性：,图2.4,三、机械特性的求取,（一）固有机械特性的的求取步骤：（1）估算 （2）计算 （3）计算理想空载点 （4）计算额定工作点数据,（二）人为机械特性的的求取,四、电力拖动系统稳定运行条件,一、稳定运行的概念 电力拖动系统在某种扰动作用下，离开原来的平衡状态，但仍能在新的条件下达到平衡状态，
6、或者在扰动消失后仍能自动恢复原平衡状态，则该系统是稳定的。二、稳定运行的条件,（1）必要条件：电动机的机械特性与负载的转矩特性必须有交点， 即存在Tem=TL (2)充分条件：在交点的转速以上存在TemTL，而在交点的转速以 下存在TemTL,不稳定运行,稳定运行,图2.5,2.4 直流电动机的制动,一、 制动的概念二、 能耗制动三、 反接制动四、 回馈制动,制动是指从某一稳定转速开始减速到停止或限制位能负载下降速度的一种运行过程。 电机的两种运行状态： 制动状态：电磁转矩Tem的方向与转速n的方向相反。 制动状态：电磁转矩Tem的方向与转速n的方向相同。 制动的方式有三种：能耗制动、反接制动
7、、回馈制动。,一、制动的概念,二、能耗制动,1、实现能耗制动的方法 将电枢从电源上断开，通过制动电阻RB闭合。电枢电流Ia变为由Ea产生，与原来方向相反，电磁转矩 随之反向，Tem与n反向，进入制动状态，制动过程中，电动机靠系统的动能发电，消耗在电枢回路的电阻上，故称为能耗制动。,图2.6,2、能耗制动时的机械特性,从机械特性曲线看制动过程（A、B、C、三点）,B,图2.7,能耗制动时的机械特性方程为：,3、制动电阻RB的选择原则,即,其中Ea=CeFn为制动瞬间的电枢电动势。,4、能耗制动的优点,操作简单,制动平稳,随着电机转速的减小, 制动转矩也不断减小,制动效果变差。若为了尽快停转电机,
8、可在转速下降到一定程度时,切除一部分制动电阻,增大制动转矩。,三、反接制动,（一）电压反接制动1、实现方法 如图所示，使k断开、F闭合，使电枢电源反接的同时串入一个制动电阻RB,这时由于U反向,反向的电枢电流很大，产生很大的反向Tem，从而产生很强的制动作用，进入制动状态。2、制动电阻,图2.8,3、机械特性 4、从机械特性曲线看制动过程 5、功率关系6、优点 设备简单，操作方便。,图2.9,（二）倒拉反转反接制动（只适用于位能性恒转矩负载）1、实现方法 他励电动机拖动位能性负载，电枢回路串入较大电阻，使n=0时的电磁转矩（起动转矩）小于负载转矩TL 。,2、机械特性方程：,图2.10,3、从机械特性曲线看制动过程4、功率关系5、适用场合 设备简单，操作方便，适用于低速匀速下放重物。这种反转制动主要是位能负载的倒拉作用，因此得名。,四、回馈制动,1、实现方法 他励直流电动机在电动状态下提升重物时，将电源反接，电动机进入电压反接制动状态由于EaU，电流Ia与Ea同方向，与U反方向，所以电动机将位能转换为电能回馈电网，故称回馈制动。,2、机械特性由上所述，可能在第四象限，也可能在第二象限。3、分析回馈制动过程中，有功率UIa回馈电网，能量损耗最少。4、使用场合用于高速匀速下放重物和降压、增加磁通调速过程中自动加快减速过程。,图2.11,
