Unit 1 直流電機(jī)

Unit 2 ……

Unit 2 直流電機(jī)的電力拖動(dòng)系統(tǒng)

前言

1. 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的概念

(1)基本概念

(2)特點(diǎn)

(3)典型的電力拖動(dòng)系統(tǒng)

2. 電力拖動(dòng)系統(tǒng)

(1)運(yùn)動(dòng)方程

(2)負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性

(3)穩(wěn)定運(yùn)行的條件

(4)調(diào)速

3. 他勵(lì)直流電機(jī)

(1)機(jī)械特性

(2)固有機(jī)械特性

(3)人為機(jī)械特性

(4)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

(5)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)

(6)直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

1. 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的概念

(1)基本概念

拖動(dòng)：原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)。

電力拖動(dòng)：用電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)方式。

電力拖動(dòng)系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、生產(chǎn)機(jī)械的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、工作機(jī)構(gòu)、電動(dòng)機(jī)的控制設(shè)備以及電源這五部分組成。

(2)特點(diǎn)

電能易于生產(chǎn)、傳輸、分配;

電動(dòng)機(jī)類型多、規(guī)格全、具有各種特性，能滿足各種生產(chǎn)機(jī)械的不同需求;

電動(dòng)機(jī)損耗小、效率高、具有較大的短時(shí)過(guò)載能力;

電力拖動(dòng)系統(tǒng)易于控制、操作簡(jiǎn)單、便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

(3)典型的電力拖動(dòng)系統(tǒng)

單軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)：最簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸與生產(chǎn)機(jī)械的工作機(jī)構(gòu)直接相連，工作機(jī)構(gòu)是電動(dòng)機(jī)的負(fù)載，電動(dòng)機(jī)與負(fù)載同一根軸，同一轉(zhuǎn)速。

多軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸必須通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)多根轉(zhuǎn)軸的傳動(dòng)才能帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)。

多機(jī)系統(tǒng)：少數(shù)場(chǎng)合，還有兩臺(tái)或多臺(tái)電動(dòng)機(jī)來(lái)帶動(dòng)一個(gè)或多個(gè)工作機(jī)構(gòu)，稱之為多電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)。

2. 電力拖動(dòng)系統(tǒng)

(1)運(yùn)動(dòng)方程

1) 運(yùn)動(dòng)方程求解

① 單軸拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程

電動(dòng)機(jī)上有兩種轉(zhuǎn)矩：一是拖動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩 Tem，一是阻礙電機(jī)旋轉(zhuǎn)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL(TL = T2 + T0，T2 為負(fù)載輸出轉(zhuǎn)矩，T0 為空載損耗轉(zhuǎn)矩)。電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩 Tem 與 轉(zhuǎn)速 n 同向，負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL 與 Tem 方向相反。由牛頓第二定律得拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程：

式中，J 為電動(dòng)機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg●m2)，ω 為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子角速度(rad/s)。

在工程計(jì)算中，常用 n 代替 Ω 表示系統(tǒng)速度(Ω = 2πn/60)，用飛輪力矩 GD2 代替 J 表示系統(tǒng)機(jī)械慣性(J = mρ2 = G/g * (D/2)2 = GD2/4g)，于是化簡(jiǎn)上式得單軸拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程：

式中，GD2 為飛輪矩(N●m2)，375 為具有加速度量綱的系數(shù)(m/s2)

② 多軸系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式

研究對(duì)象：把生產(chǎn)機(jī)械連同它的傳動(dòng)機(jī)構(gòu) ===> 電動(dòng)機(jī)直接聯(lián)接的機(jī)構(gòu)負(fù)載。根據(jù)能量守恒，將各傳動(dòng)軸上的 GD2 與 TL 折算到電動(dòng)機(jī)的軸上，就等效成了單軸系統(tǒng)。

折算原則：等效單軸系統(tǒng)所傳送的功率與所儲(chǔ)存的動(dòng)能跟實(shí)際多軸系統(tǒng)相同。

2)根據(jù)運(yùn)動(dòng)方程判斷系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

Tem > TL ，dn / dt > 0，n 增大，系統(tǒng)加速;

Tem = TL ，dn / dt = 0，n = 0 或 n = 常數(shù)，系統(tǒng)勻速;

Tem < TL ，dn / dt < 0，n 減小，系統(tǒng)減速。

我們把勻速狀態(tài)叫做電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，把加速或減速狀態(tài)叫做電力拖動(dòng)系統(tǒng)的暫態(tài)。

3)正方向判斷

運(yùn)動(dòng)方程式的一般形式如下：

首先確定電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)檗D(zhuǎn)速的正方向，然后規(guī)定：

電磁轉(zhuǎn)矩 T 與轉(zhuǎn)速 n 的正方向相同時(shí)為正，相反時(shí)為負(fù);

負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL 與轉(zhuǎn)速 n 的正方向相同時(shí)為負(fù)，相反時(shí)為正;

慣性轉(zhuǎn)矩 GD2 / 375 * dn/dt 的大小和正負(fù)號(hào);由 T 和 TL 的代數(shù)和確定。

(2)負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性

不同生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL 隨轉(zhuǎn)速 n 變化規(guī)律不同，用負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性 n = f(TL)來(lái)表征。

各種生產(chǎn)機(jī)械的特性大致分為三種類型：

恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性：TL = 常數(shù)，大小與轉(zhuǎn)速 n 無(wú)關(guān)。

① 反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載：大小與速度無(wú)關(guān)，方向始終與轉(zhuǎn)向相反(摩擦：皮帶傳輸、機(jī)床、軋鋼機(jī)、高鐵)。

② 位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載：負(fù)載轉(zhuǎn)矩由重力作用產(chǎn)生，大小和方向始終不變(起重機(jī)、電梯)。

恒功率負(fù)載特性：負(fù)載的功率 Pz 不隨轉(zhuǎn)速 n 變化，即轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的乘積為常數(shù)。適用于金屬切削車床，索引。

P = T * Ω = 常數(shù) → T * n = 常數(shù)

通風(fēng)機(jī)型負(fù)載特性(泵類負(fù)載特性)：轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)速的平方成正比，即 TL = kn2 。適用于電扇、水泵、油泵等。

以上三類是典型的負(fù)載特性，實(shí)際生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性常為幾種類型負(fù)載的綜合。

(3)穩(wěn)定運(yùn)行的條件

在生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性(n = f(T))與生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性是同時(shí)存在的。將它們的特性在同一坐標(biāo)系中表示如下：

電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 —— 電動(dòng)機(jī) Tem 與 n 的關(guān)系：n = f(Tem)

負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性 —— 負(fù)載 TL 與 n 的關(guān)系：n = f(TL)

我們把 Tem - TL 稱為動(dòng)轉(zhuǎn)矩

當(dāng)動(dòng)轉(zhuǎn)矩大于或小于零時(shí)，n ≠ 常數(shù) —— 動(dòng)態(tài)過(guò)程;

當(dāng)動(dòng)轉(zhuǎn)矩等于零時(shí)，n = 常數(shù) —— 穩(wěn)定運(yùn)行

產(chǎn)生動(dòng)態(tài)過(guò)程的原因：

機(jī)械慣性 —— 反應(yīng)在系統(tǒng)的飛輪慣性上，使轉(zhuǎn)速不能突變。

電磁慣性 —— 反應(yīng)在電樞回路電感及勵(lì)磁回路電感上，分別使電樞電流和勵(lì)磁電流不能突變，從而使磁通不能突變。

熱慣性 —— 使電動(dòng)機(jī)的溫度不能突變。

如何使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行?

首先看這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)，在一個(gè)凸曲面上放一個(gè)小球使它穩(wěn)定，當(dāng)給它一個(gè)外力，小球便不再平衡;而在一個(gè)凹曲面同樣實(shí)驗(yàn)，小球是平衡且穩(wěn)定的。所以平衡是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件，但不是充分條件。維持小球穩(wěn)定的兩個(gè)條件是平衡且有抗干擾能力。

機(jī)械特性和負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性有一個(gè)交點(diǎn)，Tem = TL，是平衡點(diǎn)。我們來(lái)看下面兩種情況：

由此繼續(xù)分析：

可得出電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的充分必要條件：

① 必要條件：電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性與負(fù)載特性有交點(diǎn)：Tem = TL。

② 充分條件：在交點(diǎn)處滿足：dT/dn < dTL/dn

(4)調(diào)速

1)調(diào)速特性

調(diào)速：在一定的負(fù)載條件下，人為地改變電動(dòng)機(jī)的電路參數(shù)，以改變電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。

調(diào)速方法：

機(jī)械調(diào)速：電動(dòng)機(jī) n 不變，改變傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的速比。

電機(jī)調(diào)速：人為改變電動(dòng)機(jī)的參數(shù)，使同一個(gè)機(jī)械負(fù)載得到不同的轉(zhuǎn)速。

2)技術(shù)指標(biāo)

調(diào)速范圍 D：額定負(fù)載下，電機(jī)可能運(yùn)行的最高轉(zhuǎn)速 nmax 與最低轉(zhuǎn)速 nmin 之比。

nmax 受電機(jī)的機(jī)械強(qiáng)度限制，直流電機(jī)還會(huì)受到換向的限制。一般為電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。

nmin 受穩(wěn)定性和靜差率限制。

靜差率(轉(zhuǎn)速變化率)δ：電動(dòng)機(jī)從理想空載轉(zhuǎn)速 n0 到帶額定負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)速的變化率。

工程上用靜差率 δ 來(lái)衡量相對(duì)穩(wěn)定性，機(jī)械特性硬，系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性就越高。

調(diào)速范圍 D 與靜差率 δ 是相互制約的：

若使調(diào)速范圍大一些，則最低速要調(diào)的小一些，但靜差率會(huì)增大;若使靜差率小一點(diǎn)，則需要將最低速調(diào)大一點(diǎn)，但調(diào)速范圍會(huì)變小。

調(diào)速平滑性 φ：相鄰兩級(jí)轉(zhuǎn)速之比。

φ 越接近 1的電力拖動(dòng)裝置，其調(diào)速平滑性越好，工程上稱為無(wú)極調(diào)速;φ 越大的電力拖動(dòng)裝置，其調(diào)速平滑性越差，稱為有級(jí)調(diào)速。

3)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

經(jīng)濟(jì)指標(biāo)決定了調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)備投資及運(yùn)行費(fèi)用。

在滿足一定技術(shù)指標(biāo)的情況下確定調(diào)速方案時(shí)，力求設(shè)備投資少，電能損耗小，操作維修方便。

3. 他勵(lì)直流電機(jī)

剛才討論了直流電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的關(guān)系 —— 機(jī)械特性 n = f(TL)，現(xiàn)在以他勵(lì)直流電機(jī)為例來(lái)討論他勵(lì)直流電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的關(guān)系 —— 機(jī)械特性 n = f(Tem)。下圖為他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電路圖：

Ra：電樞回路電阻?Ia：電樞電流?Ea：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)?If：勵(lì)磁電流→φ?Tem：電磁轉(zhuǎn)矩?n：電機(jī)轉(zhuǎn)速?T2：輸出轉(zhuǎn)矩?T0：空載轉(zhuǎn)矩

(1)機(jī)械特性

n = f(Tem)是電動(dòng)機(jī)最重要的特性，反映了電動(dòng)機(jī)本身帶負(fù)載的能力。是研究電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、制動(dòng)、調(diào)速等工作過(guò)程的重要基礎(chǔ)。

1)機(jī)械特性一般表達(dá)式的推導(dǎo)

當(dāng)U、φ、Ra 一定時(shí)，機(jī)械特性表達(dá)式為直線方程，可將上式寫成如下形式，機(jī)械特性曲線圖如上所示。

2)四個(gè)特殊點(diǎn)：

理想空載點(diǎn) A(0，n0)，T2 = 0 → T0 = 0 ，Tem = 0 ，可得理想空載轉(zhuǎn)速

實(shí)際空載點(diǎn) B(T0，n’0)，T2 = 0，T0 ≠ 0 → Tem = T0，可得實(shí)際空載轉(zhuǎn)速

啟動(dòng)點(diǎn) C(Tk， 0)，n = 0，電機(jī)起動(dòng);Ik 為起動(dòng)電流;T = Tk 為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，可得起動(dòng)轉(zhuǎn)矩

工作點(diǎn) D(TL，n)，電機(jī)帶負(fù)載工作，T2，T0 ≠ 0，Tem = TL = T2 + T0，可得穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)轉(zhuǎn)速

3)機(jī)械特性的斜率 β

由 n = n0 - βTem

β↑?→?特性下垂多 —— 軟特性

β↓?→?特性下垂少 —— 硬特性

機(jī)械特性的軟硬，表明當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載增大時(shí)，轉(zhuǎn)速下降的程度。

4)轉(zhuǎn)速降 △n

Ra = 0 → β = 0 → n = n0

Ra ≠ 0 → β ≠ 0 → n ↓

由上分析可知 Ra 是引起轉(zhuǎn)速下降的原因，轉(zhuǎn)速降就是理想空載轉(zhuǎn)速和電動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速的差值，即 △n = n0 - n。

意義：電樞回路的通損耗以轉(zhuǎn)速降的形式表現(xiàn)出來(lái)了。

(2)固有機(jī)械特性

1)固有機(jī)械特性：在 U = UN，If = IfN，電樞回路不串電阻條件下，得到的機(jī)械特性叫固有特性(自然特性)。固有機(jī)械特性方程式如下：

2)特點(diǎn)：

電樞回路的電阻很小，固有機(jī)械特性是一條略微向下傾斜的直線 —— 硬特性。

當(dāng) Tem = 0 時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速為理想空載轉(zhuǎn)速，n0N = UN /(CeφN)。

隨著負(fù)載的增加，Tem 增大，△n 增加，電機(jī)轉(zhuǎn)速 n 略下降，點(diǎn)電機(jī)帶額定負(fù)載(Trm = TN)時(shí)，△n = △nN。電機(jī)的轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速 nN。

△nN = n0N - nN = n0N - βTemN

3)固有機(jī)械特性繪制(計(jì)算)

已知電動(dòng)機(jī)銘牌，PN、UN、IN、nN，繪制機(jī)械特性曲線。

① 工程計(jì)算電樞電阻 Ra：

② 求理想空載轉(zhuǎn)速 n0

③ 求電磁轉(zhuǎn)矩 TN

④ 求斜率 β = (n0 - nN) / TN

(3)人為機(jī)械特性

1)人為機(jī)械特性：在電源電壓、勵(lì)磁磁通和電樞回路電阻三個(gè)條件中，只要改變其中一個(gè)，得到的機(jī)械特性稱為人為機(jī)械特性。

電樞回路串電阻 Rad 的人為機(jī)械特性

與固有特性比較：

① n0 不變

② β 變大

軟特性?？梢源娮铚p速。

降低電樞電壓的人為特性

與固有特性比較：

① n0 變小

② β 不變

硬特性?？梢越祲簻p速。

減小磁通的人為機(jī)械特性

與固有特性比較：

① n0 增大

② β 變大

軟特性?？梢詼p小磁通增速。

(4)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

1)起動(dòng)過(guò)程：電動(dòng)機(jī)組(電動(dòng)機(jī) + 生產(chǎn)機(jī)械)從靜止到穩(wěn)定運(yùn)行的過(guò)程。

起動(dòng)瞬間：應(yīng)該將勵(lì)磁回路短路(勵(lì)磁電阻為零)，If 最大，使磁場(chǎng)強(qiáng)度增大，從而使電動(dòng)機(jī)滿磁通啟動(dòng)，使轉(zhuǎn)矩增大，加快轉(zhuǎn)子啟動(dòng)時(shí)間，直到轉(zhuǎn)速達(dá)到轉(zhuǎn)速額定值。也由于電樞回路中負(fù)載電阻很小，Ia 很大，隨著感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的增大，使 Ia 逐漸減小，電流也達(dá)到額定值，防止燒壞換向器。φ ≠ 0，n = 0， Ea = 0，可得：

如果啟動(dòng)時(shí)，U = UN，且 Rc = 0，稱為直接啟動(dòng)，則 Ia = UN / Ra . 由于 Ra 很小，所以沖擊電流很大，可達(dá)額定電流的 10 ~ 20 倍，T ≈ (10 ~ 20)TN，過(guò)大的啟動(dòng)電流會(huì)使換相片表面產(chǎn)生強(qiáng)烈的火花，從而燒壞換向器和損壞繞組，故一般只容許小容量電機(jī)直接啟動(dòng)。

2)沖擊電流和轉(zhuǎn)矩過(guò)大的影響：

換向惡化，出現(xiàn)強(qiáng)烈火花甚至環(huán)火;

電樞受到電磁力而損壞繞組;

引起電網(wǎng)的電壓波動(dòng)，影響同一電網(wǎng)上其他電氣設(shè)備的正常工作;

T 過(guò)大，轉(zhuǎn)矩沖擊可能損壞拖動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。

3)啟動(dòng)要求：

限制啟動(dòng)電流，一般要求啟動(dòng)初瞬的 Ia 不超過(guò) IN 的 1.5 ~ 2 倍(兩種方法：① 降低端電壓;② 串入電樞電阻?| 前提是滿勵(lì)磁啟動(dòng));

有足夠大的電磁轉(zhuǎn)矩且 T > TL ，使系統(tǒng)獲得較大的加速度而順利起動(dòng)。

4)兩種限制啟動(dòng)電流的方法

降壓?jiǎn)?dòng)：電壓從小逐漸增大加壓。如下圖電壓逐漸增大，使電動(dòng)機(jī)從點(diǎn) a→b→c→…→k 加速到 p 點(diǎn)，電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，起動(dòng)過(guò)程結(jié)束。

優(yōu)點(diǎn)：起動(dòng)平穩(wěn)，能量損耗小。

缺點(diǎn)：系統(tǒng)復(fù)雜，所以多用于經(jīng)常起動(dòng)的場(chǎng)合和大中型電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、直流伺服系統(tǒng)。

計(jì)算：Ia = U/Ra ≈ (1.5 ~ 2)IN??T = CMφIa ≈ (1.5 ~ 2)TN

串電阻啟動(dòng)：用幾個(gè)電阻來(lái)分級(jí)起動(dòng)，啟動(dòng)電阻分段數(shù)目越多，啟動(dòng)加速過(guò)程越平滑，啟動(dòng)時(shí)間越短，但段數(shù)也不宜過(guò)多，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況分析。如下圖為分三級(jí)起動(dòng)的示意圖。

設(shè)計(jì)電阻：保證切換時(shí)每一級(jí)的Imax 為最大啟動(dòng)電流 I1(I1 = (1.5 ~ 2)IN )，而切換電流為 I2(I2 = (1.1 ~ 1.2)IN )，使電機(jī)有較大而且均勻的加速度，又不會(huì)因啟動(dòng)電流過(guò)大而造成的危害。

(5)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)

1)制動(dòng)：電機(jī)的轉(zhuǎn)速能從高速通過(guò)制動(dòng)變成低速或下降到零。最簡(jiǎn)單的方法就是斷開電樞電源，在總負(fù)載轉(zhuǎn)矩下，轉(zhuǎn)速逐漸下降為零，稱為“自由停車”。但時(shí)間較長(zhǎng)，尤其是在空載時(shí)，所以實(shí)際中更需要快速停車(降速)，這就要求在電機(jī)的軸上加一個(gè)與轉(zhuǎn)向相反的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

機(jī)械制動(dòng)，用機(jī)械動(dòng)作剎車，依靠摩擦力

抱閘制動(dòng)，采用電磁制動(dòng)器

電氣制動(dòng)，依靠電動(dòng)機(jī)本身產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)向相反的電磁轉(zhuǎn)矩(電機(jī)多采用這種制動(dòng)方法，這里只說(shuō)明電氣制動(dòng)狀態(tài)的物理過(guò)程、能量關(guān)系以及機(jī)械特性和參數(shù)之間的關(guān)系。)

2)制動(dòng)狀態(tài)判定：電機(jī)是電動(dòng)還是制動(dòng)狀態(tài)僅僅取決于電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的方向是否一致，與電機(jī)是否加速、電機(jī)正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)、負(fù)載轉(zhuǎn)矩的方向等都無(wú)關(guān)。制動(dòng)狀態(tài)工作在二、四象限，如下圖所示：

3)制動(dòng)狀態(tài)的運(yùn)行特點(diǎn)：

電動(dòng)機(jī)吸收機(jī)械能，轉(zhuǎn)化為電能(消耗在電機(jī)內(nèi)部或反饋回電網(wǎng))。

T 與 n 方向相反，起制動(dòng)作用。

4)兩類制動(dòng)方法：

① 快速停車(保持 n 方向不變，改變 Tem 方向)：制動(dòng)時(shí) n 的方向與電動(dòng)狀態(tài)時(shí)方向相同，由 T = CMφIa → 改變 Ia 的方向，來(lái)改變 T 的方向。

能耗制動(dòng)： 勵(lì)磁不變，把電動(dòng)機(jī)的電樞脫離電網(wǎng)，而經(jīng)過(guò)一個(gè)電阻 Rz 閉合，如下圖所示。

參數(shù)：φ = φN，U = 0，R = Ra + Rz，Ia = -Ea / (Ra+Rz) = - CeφNn / (Ra+Rz)

運(yùn)行過(guò)程：制動(dòng)瞬間，n 不變，Ia<0，T<0，系統(tǒng)在Tz 與 T 共同制動(dòng)下減速，直至停車。

制動(dòng)過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)實(shí)際成為一臺(tái)他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)，把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，消耗在電樞回路上，所以稱為能耗制動(dòng)。

電源反接制動(dòng)

正向回饋制動(dòng)

② 位能性負(fù)載穩(wěn)速下放(保持 Tem 方向不變，改變 n 方向)：制動(dòng)時(shí) n 的方向與電動(dòng)狀態(tài)時(shí)方向相反，Ia 的方向與電動(dòng)狀態(tài)時(shí)方向相同(負(fù)載轉(zhuǎn)矩由重力作用產(chǎn)生，方向始終不變)。

電動(dòng)勢(shì)回饋制動(dòng)(倒拉反接制動(dòng)/轉(zhuǎn)速反向制動(dòng))：|n| < |n0|

反向回饋制動(dòng)：|n| > |n0

5)對(duì)電氣制動(dòng)的要求：

有足夠大的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

制動(dòng)電流一般為 2 ~ 2.5 倍的額定電流。

(6)直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

直流電動(dòng)機(jī)不僅有良好的起動(dòng)、制動(dòng)性能，而且具有非常良好的調(diào)速性能，可以在重負(fù)載條件下，實(shí)現(xiàn)均勻、平滑的無(wú)極調(diào)速，而且調(diào)速范圍較寬，在工程上還是有用武之地的。

1)直流調(diào)速：直流電動(dòng)機(jī)在一定負(fù)載條件下，根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械要求，人為調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的過(guò)程。

2)調(diào)速方法及原理

電樞回路串電阻調(diào)速

工作條件：保持勵(lì)磁 φ = φN，電壓 U = UN，恒轉(zhuǎn)矩 TL = 常數(shù)

轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過(guò)程：電樞回路串電阻 R = Ra + Rc，電阻 R↑ → n0 不變 → n↓

機(jī)械特性：電樞回路電阻 R 增大，理想空載轉(zhuǎn)速不變，機(jī)械特性曲線斜率增大，機(jī)械特性變軟。

調(diào)速性能：① 調(diào)速時(shí) n0 不變，機(jī)械特性曲線斜率變大，機(jī)械特性變軟，系統(tǒng)穩(wěn)定性變差;

② 只能進(jìn)行有級(jí)調(diào)速，調(diào)速平滑性差;

③ 電樞回路串電阻能量損耗大，電阻不能串太大，因此轉(zhuǎn)速變化的范圍有限，調(diào)速范圍小。

調(diào)速方向：電阻增大則轉(zhuǎn)速下降，因此 n 只能下調(diào)，即調(diào)速方向向下。

調(diào)壓調(diào)速

工作條件：保持勵(lì)磁 φ = φN，電阻 R = Ra，恒轉(zhuǎn)矩 TL = 常數(shù)

轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過(guò)程：改變電壓 UN → U1↓ → n01↓ → n↓

機(jī)械特性：電壓下降，理想空載轉(zhuǎn)速減小，機(jī)械特性斜率不變，曲線平行下移。

調(diào)速性能：① 調(diào)壓時(shí)，盡管電壓降到很低，但機(jī)械特性硬度不變，說(shuō)明調(diào)速的穩(wěn)定性好;

② 電壓可以調(diào)節(jié)得很低，轉(zhuǎn)速也可以調(diào)節(jié)至低轉(zhuǎn)速，調(diào)速范圍大;

③ 電壓可以連續(xù)調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)速也就可以連續(xù)調(diào)節(jié)，因此屬于平滑調(diào)速，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速。

調(diào)速方向：電壓的調(diào)節(jié)只能從額定值減小，因此降壓調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性都是在固有特性之下，轉(zhuǎn)速也是從額定轉(zhuǎn)速降低，稱為調(diào)速方向向下。因此對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，降壓調(diào)速方法最好。

弱磁調(diào)速

工作條件：保持電壓 U = UN，電阻 R = Ra，恒轉(zhuǎn)矩 TL = 常數(shù)

轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過(guò)程：調(diào)節(jié)勵(lì)磁 If，磁通從 φN 減弱 → φ1↓ → n01↑ → n↑

機(jī)械特性：磁通減小(磁通不能過(guò)小)，理想空載轉(zhuǎn)速升高，機(jī)械特性斜率增大，曲線變軟。

調(diào)速性能：① 機(jī)械特性斜率絕對(duì)值隨磁通下降而增大，機(jī)械特性變軟1，系統(tǒng)穩(wěn)定性變差;

② 磁通一般從額定值向下調(diào)，轉(zhuǎn)速則從額定值向上升，轉(zhuǎn)速的最高速受限，故調(diào)速范圍小;

③ 勵(lì)磁電流可以連續(xù)調(diào)節(jié)，磁通連續(xù)變化，調(diào)速平滑性好。

調(diào)速方向：弱磁調(diào)速在固有特性之上進(jìn)行，轉(zhuǎn)速上升，故調(diào)速方向向上。

3)調(diào)速特點(diǎn)：

調(diào)壓調(diào)速，適用在 0 ~ 基速范圍內(nèi)調(diào)速，但受額定電壓限制，不能達(dá)到電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速;

弱磁轉(zhuǎn)速，適用在基速以上，不能得到電動(dòng)機(jī)的較低轉(zhuǎn)速;

將弱磁和降壓兩種方法結(jié)合，降壓減速，弱磁升速。適用在調(diào)速范圍大的情況。這是直流電動(dòng)機(jī)最完善的調(diào)速方式。

下圖為三種調(diào)速方法的調(diào)速性能比較：