1,电力拖动的动力学基础；
2,他励电动机的机械特性；
3,他励直流电动机的起动；
4,他励直流电动机的制动；
5,他励直流电动机的调速；
直流电机的电机拖动电力拖动系统的动力学基础以电动机作为原动机，按人们所给定的规律来带动生产机械,称为电力拖动。
电 源控制设备 电动机 传动机构 工作机构电力拖动系统的构成基础
运动方程：
dt
dnGD
dt
dJMM
Z
375
2
60/2 n
g
GDD
g
GmJ
4)2(
2
22
g,重力加速度,9.8米 /秒 2； GD2：系统的飞轮矩（牛 ·米 2）；
n,转速（转 /分）； M,MZ：转矩（牛 ·米）
注意,GD2是一个完整的符号 ;M,MZ具有方向性,与转速方向一致为正。
多轴系统的运动方程系统中具有两根或两根以上不同转速的转轴,称为 多轴系统 。
对多轴系统的分析，通过把多轴系统折算为等效的单轴系统，进行简化。按单轴系统的运动方程进行简化。
折算原则：保持系统的功率传递关系及系统储存的动能不变。
负载转矩、飞轮矩、阻力、质量等负载转矩的大小与速度无关，但其方向始终与转向相反
MZ
n
0
负载转矩特性反抗性恒转矩负载 位能性恒转矩负载恒功率负载 通风机型负载转矩具有固定的方向，不随转速方向的改变而改变
n
MZ
0
负载的功率为常数，不随转速的变化而改变负载的转矩与转速的平方成正比
MZ
n
0
MZ
n
0
M
n
稳定运行条件电机的机械特性需要与负载特性同时存在。 分析拖动系统运行时，在同一坐标图上，两特性的交点是系统的平衡点。
平衡点＝稳定点？
稳定点：在受到外界扰动后,仍能还原的点。
稳定点的条件：
dn
dM
dn
dM Zem?
他励直流电动机的机械特性直流电动机的基本方程式：
电磁转矩：
aMem ICM
感应电动势,nCE
Ea
电枢回路电势平衡式,aaa RIEU
电动机转速特性：
E
a
C
RIUn
机械特性一般表达式：
em
Mee
MCC RCUn 2
n
0 Mem
他励直流电动机的固有机械特性当 U＝ UN,?＝?N，电枢回路无外接电阻时，转速与转矩之间的关系,称为 固有机械特性 。
em
NMe
a
Ne
N M
CC
R
C
Un
2
n0
Mem0
n’0
MemN
nN分析：
1,电磁转矩越大,转速越低，
机械特性是一条下斜直线；
固有机械特性分析
2,当转矩等于零点,为理想空载转速。
此时 Ia＝ 0,Ea＝ UN,是一种理想工作状态。 Ne
N
C
Unn
0
3,n0’为电动机的实际空载转速,比 n0略低。对应于空载转矩。
em
NMe
a M
CC
Rnn
20
'
0
4 为机械特性斜率。增大,也增大。 通常称?小的机械特性为硬特性,?大的机械特性为软特性 。
2
NMe
a
CC
R
n?
n
0 Mem
n0
Mem0
n’0
MemN
nN
固有机械特性分析
5,额定转速变化率,表示电机额定负载时的转速比 n0降落的程度。
%n?
%100%100% 0
N
N
N
N
n
n
n
nnn
6,n>n0时为发电机状态，此时 Ea>U,Ia反向,Ea
与 Ia同向,向电网送出电功率。
7.堵住点。 此时电枢电流,为短路电流；
电磁转矩,为电机堵转转矩 。
0,0 nCeEan N?
k
a
Na IRUI
e m kkNMem MICM
n
0 Mem
n0
Mem0
n’0
MemN
nN
人为机械特性分析根据转速、转矩公式
em
Mee
MCC RCUn 2
人为地改变电动机参数 U,R或?得到的机械特性，称为人为机械特性 。
有三种人为机械特性：
（ 1）电枢回路串电阻的人为机械特性；
（ 2）改变端电压时的人为机械特性；
（ 3）减弱电动机主磁通时的人为机械特性；
Mem0
n
电枢回路串电阻的人为机械特性保持 U＝ UN 及?＝?N 不变而在电枢回路中串入电阻 Rc，所得的 n＝ f（ Mem）关系。
emem
NMe
ca
Ne
N MnM
CC
RR
C
Un?
02
对于给定的 Rc，,?为常数。
Ra+Rc1
Ra+Rc2 人为
Rc2>Rc1
固有Ran0
电枢回路串电阻的人为机械特性电枢串电阻人为特性的特点：
（ 1）理想空载转速 n0’与固有机械特性的 n0相同；
（ 2）斜率,特性变软，
在同一个转矩下，转速下降更多。
N
NMe
ca
CC
RR?
2
Mem0
n
改变端电压时的人为机械特性保持每极磁通为额定值不变，电枢回路不串电阻 (Rc=0),只改变电枢电压时的机械特性。
表达式：
emN
em
NMe
a
Ne
Mn
M
CC
R
C
U
n
'
0
2
一般都为降低的电压。
人为
UN>U1>U2
固有UNn0
U1
U2
改变端电压时的人为机械特性改变端电压人为特性的特点：
（ 1）理想空载转速比固有特性的理想空载转速低。端电压下降越多，其理想空载转速越低。
（ 2）端电压不同，但人为特性的斜率跟固有特性的斜率相等，因此各条特性彼此平行。
Mem0
n
减弱电机主磁通的人为机械特性保持端电压为额定值不变，电枢回路不串电阻
(Rc=0),只改变励磁电流的机械特性。
表达式：
emN
em
Me
a
e
N
Mn
M
CC
R
C
U
n
'''
0
2
额定时，接近饱和，一般都为减弱的磁通。
N>?N’
固有
N
n0 人为?N’
减弱电机主磁通的人为机械特性减弱电机主磁通人为特性的特点：
（ 1） 由于?’ <?N，理想空载转速比固有特性的理想空载转速高。
（ 2）人为机械特性的斜率比固有机械特性大，
即人为特性比固有特性软。
人为特性的几点补充
（ 1）考虑电枢反应时，会使机械特性上翘。影响稳定性。通过补偿绕组改善。
（ 2）机械特性的确定。特殊点（ n0,0），
（ nN,MemN)
（ 3）通过电机的数据铭牌估算机械特性
,0
Ne
N
C
Un
N
aNN
N
aN
N n
RIU
n
ECe
他励直流电动机的起动直流电动机接到电源以后，转速从零达到稳定转速的过程,称为 起动过程 。
对电动机起动的基本要求：
（ 1）起动转矩要大；
（ 2）起动电流要小；
（ 3）起动设备要简单、经济、可靠。
（ 1）他励直流电机直接起动：
a
N
aaa R
UIREn,0,0,0
将电动机的电枢投入额定电压的电源上起动。
优点,操作简单，无需另加设备。
缺点,冲击电流大，引起换向困难，产生火花；
电源会发生瞬时跌落。适用于容量很小的电动机。
M
n
0
将起动电阻串入电枢回路，待转速上升后，逐步将起动电阻切除。
（ 2）电枢回路串变阻器起动
R1 R2 R3
R1+R2+R3 R1+R2
R1
电枢回路串变阻器起动起动电流
321 ccca
N
st RRRR
UI
将起动电流限制在允许的范围内，选择合适的 Rst，
其步骤,
（ 1）根据电动机铭牌数据，估算电动机电枢回路电阻 Ra；
（ 2）选取最大起动电流 I1，计算最大起动电阻；
（ 3）决定起动电阻级数
（ 4）计算起动电流比。
降压起动开始时，降低端电压,使 Ia＝ (1.5~2.0)IN,
Mem=(1.5～ 2.0） Mem。
随着转速的上升，逐步提高电枢电压，并使电枢电流限制在一定范围内。
优点,起动电流小，起动过程平滑、能量损耗少。
缺点,需要一套专用的直流发电机或整流电源，
投资费用大。
直流电动机的调速改变传动机构的传动比改变工作机构的速度，
称为 机械调速 。
人为改变电动机的参数（如端电压、励磁电流或电枢回路电阻），使同一机械负载得到不同转速，称为 电气调速。
电动机驱动生产机械，对电动机的转速不仅要能调节，而且要求 调节的范围宽广,过程平滑,调节的方法 简单、经济 。
直流电动机调速直流电动机的转速公式：
e
jaa
C
RRIUn )(
直流电动机的调速方法：
（ 1）改变励磁电流从而改变磁通；
（ 2）改变施加在电枢两端的电压 U；
（ 3）改变串入电枢回路的调节电阻；
Mem
n
改变励磁调速改变励磁电流调速，实际上是减少励磁电流的调速,所以又称弱磁调速。
弱磁调速：保持 U＝ UN,Rj＝ 0，仅减小电动机的励磁电流 If使主磁通减小，达到调速目的。
If1
P If2
Q
If1>If2
从两个稳定点 P,Q对应转速说明减小励磁可以使转速升高。
弱磁调速的过程
If减小瞬间速度不变
减小 nCE ea
If1
If2P Q
If1>If2
Mem
n
a
a R
EUI
aMem ICM
Zem MM? 机组加速
n Ea Ia Mem
Mem＝ MZ 新的平衡，新的 Ia和 n
弱磁调速调速前后的量：
（ 1）假定负载转矩不变，
2211 aMaMem ICICM
1
2
2
1
a
a
I
I
(2)假定磁路不饱和，不计电枢反应和 IaRa的变化
1
2
1
2
2
1
2211,
f
f
I
I
n
nnCenCeE
（ 3） 恒转矩负载，,?基本不变
nP
IUP a
2
1
弱磁调速特点
优点,设备简单，调节方便，能耗小。
缺点,单方向调节，转速调得过高，励磁过弱,电枢电流变大,换向变坏,出现不稳定。
改变端电压调速保持电动机的?＝?N不变且无外接电枢电阻,仅降低施加于电动机电枢两端电压 U达到调速的目的，
称为 降压调速 。
Mem
n
U1
U1>U2>U3
U2
U3
P
Q
电压越低,转速越低,调速方向从基值往下调。
调节过程,(留为作业）
（ 1）降压的人为特性是一簇与固有特性平行的直线，
无论是满载、轻载还是空载都有明显的调速效果。
（ 2）由于人为特性硬度不变，低速时由于负载变化引起的转速波动不大。静态稳定性好,调速范围大。
（ 3）可平滑调节端电压,使转速平滑调节，实现无级调速。
（ 4）调节过程能量损耗小。
调压调速的特点：
改变电枢回路电阻调速保持 U＝ UN且?＝?N不变，电枢回路中串入调速电阻 Rc，使同一个负载得到不同转速的方法，
称为 电枢串电阻调速 。
串入电枢回路的电阻越大,转速越低。
R2
R1
P
Q
R1>R2>R3
Mem
n
R3电机运行于固有机械特性上的转速称为基速。 电枢回路串电阻调速的方法,只能从基速往下调。
串电枢电阻调速该调速的特点：
（ 1）设备简单、操作方便。
（ 2）低速时,机械特性很软,当负载变化时，
转速波动很大。静态稳定性差 调速范围不大。
（ 3）由于电阻的不连续调节,因此速度调节不平滑,属有级调速。
（ 4） 电枢电流在 Rc上消耗的能量大,调速时效率低。 效率与转速成正比。
调速性能指标
（ 1） 调速范围,电动机在额定负载转矩下调速时,最高转速与最低转速之比。用 D表示。
（ 2） 静差率 （相对稳定性：也称转速变化率。指电动机由理想空载到额定负载时转速的变化率。 静差率越小,转速的相对稳定性越好。
（ 3）调速的 平滑性,无级调速平滑性最好,有级调速由相邻两级转速中,高一级转速与低一级转速之比。
（ 4）调速时电动机的 容许输出,电动机在不同转速时轴上输出的功率和转矩。不同的调速方法允许的输出不同。
（ 5） 经济性电动机调速时的容许输出在某转速下,电机即能充分利用,又能安全运行时输出的功率和转矩称为,调速时的 允许输出功率和转矩 。
(1)调压调速的允许输出降压调速、电枢回路串电阻都是降低电枢两端的电压。
95501000
e m Nem
Mem
N
MM
P
IaCM
在整个调速范围允许输出转矩为常数,恒转矩调速方式。
允许输出功率与转速成正比。
nKnMnMP
KMICM
i
Ni
i
NNNMi
95509550
保持 I不变弱磁调速时的允许输出弱磁调速时，保持电流 I＝ IN
n
K
nC
RIU
e
aNN 2
4
3
32
9 5 5 09 5 5 0
Kn
n
KnTP
n
KI
n
KCICT
i
i
NMNMi
弱磁调速时,在整个调速范围内的允许输出功率为常数,是恒功率调速方式 。
其允许输出转矩与转速成反比 。
负载类型与调速方式的配合恒转矩负载恒转矩调速方式：使电机在任何转速下都满载运行,能得到充分利用。
恒功率调速方法，在 n＝ nmin时，电动机的转矩及功率比负载需要的转矩和负载大得多,电动机没充分利用，造成浪费。
m a x
m a x
9 5 5 0 L
NN
N
N
LN
P
nM
P
nn
MM
L
L
L
N
N
N
L
LN
N
DM
n
nM
n
P
n
P
M
nM
PP
nn
m i n
m a x
m i n
m a x
m a x
m a x
m i n
95509550
9550
恒转矩调速方式弱磁控制
m a x
m i n
m a x
m i n
95509550
L
L
N
N
N
LN
N
T
n
P
n
P
M
PP
nn
恒功率负载与调速方式的配合恒功率负载恒转矩调速方式：高速时电动机需要输出的转矩小于额定转矩，
电流小于额定电流,电动机没有被充分利用。
恒功率调速方法，在整个调速范围内，做到额定转矩输出,电机安全且充分利用。
L
LNN
N
N
LLN
DP
nMnM
P
nn
MMM
9 5 5 09 5 5 0
m a xm a x
m a x
m a x
恒转矩调速方式恒功率控制通风机负载与调速方式的配合
M
n
UN
U’
nmax
nmin
MN
ML
n
M
nmax
nmin
N
’M
L
恒转矩控制 恒功率控制两种调速方式，在整个调速范围内，除 n＝ nmax外所有的转速点，
输出转矩多小于允许输出，速度越低,电机越不能充分利用。
相比通风机负载采用恒转矩调速方式比弱磁调速造成浪费小一些。
直流电动机的制动直流电动机的两种运转状态：
（ 1） 电动运转状态,电动机的电磁转矩方向与旋转方向相同,此时电网向电动机输入电能,并转变为机械能带动负载。
（ 2） 制动运转状态,电动机的电磁转矩方向与旋转方向相反，此时电动机吸收机械能转变为电能。
电动机很快停车，或者由高速运行很快进入低速，
要求制动运行。
直流电动机的制动断开电源抱闸能耗制动反接制动回馈制动机械制动电气制动自由停车能耗制动的方法和原理保持励磁电流 If的大小及方向不变,将开关接至 RT，
电枢从电网脱离经制动电阻 RT闭合。
参数特点,?＝?N,U＝ 0，
电枢回路总电阻 R＝ Ra＋ RT
实际上是一台他励直流发电机。
轴上的机械能转化成电能,全部消耗于电枢回路的电阻上，
所以称为能耗制动。 I
f
UN
RT
Ea
Ia n
M
n
固有能耗制动时的机械特性
em
NMe
Ta M
CC
RRn
2?
能耗制动的参数代入机械特性的一般表达式，得到能耗制动时的机械特性：
制动过程：
串电阻反抗性负载停车位能性负载稳速下放能耗制动的特点能耗制动的特点：
（ 1）操作简单，停车准确
（ 2）能耗制动产生的冲击电流不会影响电网 ；
（ 3）低速时制动转矩小，停转慢；
（ 4）动能大部分都消耗在制动电阻上。
制动初瞬的最大电流：
Ta
AN
B RR
nCeI
制动电阻：
a
N
N
T RI
UR
2
反接制动反接制动转速反向（用于位能负载）
电枢反接（用于反抗性负载）
（电动势反向）
（电压反向）
转速反向的反接制动
If及端电压 UN不变,仅在电枢回路串入足够大的制动电阻
RT，使该人为特性与负载转矩特性的交点处于第四象限。
不同的 RT，可得到不同的稳定转速。
n
Mem0
nA B
C
D
A
nD
电压平衡式：
EUEURRI Taa )()(
机械特性：
L
Ne
TaL
NMe
Ta IC RRnMCC RRnn 0
20
转速反向的反接制动能量关系：
aaaTaa IEIURRI )(2
U及 Ia的方向与电动状态相同,UIa表示由电网输入的功率；
Ea 的方向与电动状态时相反,EaIa表示输入的机械功率在电枢内变成电磁功率；
UIa与 EaIa两者之和消耗在电枢电路的电阻 Ra＋ RT上。
电枢反接的反接制动保持 If不变,将开关向下合闸,使电枢经制动电阻 RT
而反接于电网上。
参数特点,?＝?N,U＝－ UN。 R=Ra+RT.
If
UN
RT
Ea
I
a
n
Mem
nA A
B
C
D
E
电动下固有不串 RT
串 RT
nE
电枢反接的反接制动机械特性：
L
Ne
Ta
em
NMe
Ta
Ne
N
I
C
RR
n
M
CC
RR
C
U
n
0
2
能量关系,)(
2 TaaaaaN RRIIEIU
从电网吸收的电能和轴上输入的机械能都消耗在电枢回路 的电阻上 。
电压平衡式：
Ta
NeN
Ta
aN
a
TaaaN
RR
nCU
RR
EUI
RRIEU
)(
（ Ia反向）
电枢反接的反接制动特点：
（ 1）可以很快使机组停机。
（ 2） 需要加入足够的电阻,限制电枢电流；
（ 3）转速至零时,需切断电源。
Mem
n0 电动下固有A
nA
回馈制动当转速高于某一数值时，电枢电动势大于端电压,电机进入发电状态,电磁转矩起制动作用,限制转速上升,位能转换为电能,回馈到电网。 (分反向和正向回馈制动）
（ 1）电压反向的反接制动
（ 2）反向电动状态
（ 3）回馈制动
EnE
B
C
D
串 RT
n0’
反向回馈制动反向回馈时,电机实际转速方向与电压反向后的理想空载转速方向一致，
00,nCUnCEnn NeNea
Ia与 Ea方向一致。 电机呈发电机状态。
回馈制动的下放速度：
L
Ne
Ta
Ne
N I
C
RR
C
Un
能量关系,?电磁功率 Pem＝ EaIa<0，电机从轴上输入机械功率转变为电功率 ;
输入功率 P1＝ UIa<0； 回馈给电网的功率 ;
电枢回路能量损耗为 Ia2(Ra+RT);
系统储存的位能转换成电能送回电网。
正向回馈制动
（ 1）电车下坡
（ 2）过渡回馈制动过程（降压运行）
Mem
n
A
B
ML-ML
n0
C
D'0n
点 A 点 B
点 A 点 C 点 D
回馈制动回馈制动过程中，有功功率 U Ia回馈电网。
从电能消耗看,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。
2,他励电动机的机械特性；
3,他励直流电动机的起动；
4,他励直流电动机的制动；
5,他励直流电动机的调速；
直流电机的电机拖动电力拖动系统的动力学基础以电动机作为原动机，按人们所给定的规律来带动生产机械,称为电力拖动。
电 源控制设备 电动机 传动机构 工作机构电力拖动系统的构成基础
运动方程：
dt
dnGD
dt
dJMM
Z
375
2
60/2 n
g
GDD
g
GmJ
4)2(
2
22
g,重力加速度,9.8米 /秒 2； GD2：系统的飞轮矩（牛 ·米 2）；
n,转速（转 /分）； M,MZ：转矩（牛 ·米）
注意,GD2是一个完整的符号 ;M,MZ具有方向性,与转速方向一致为正。
多轴系统的运动方程系统中具有两根或两根以上不同转速的转轴,称为 多轴系统 。
对多轴系统的分析，通过把多轴系统折算为等效的单轴系统，进行简化。按单轴系统的运动方程进行简化。
折算原则：保持系统的功率传递关系及系统储存的动能不变。
负载转矩、飞轮矩、阻力、质量等负载转矩的大小与速度无关，但其方向始终与转向相反
MZ
n
0
负载转矩特性反抗性恒转矩负载 位能性恒转矩负载恒功率负载 通风机型负载转矩具有固定的方向，不随转速方向的改变而改变
n
MZ
0
负载的功率为常数，不随转速的变化而改变负载的转矩与转速的平方成正比
MZ
n
0
MZ
n
0
M
n
稳定运行条件电机的机械特性需要与负载特性同时存在。 分析拖动系统运行时，在同一坐标图上，两特性的交点是系统的平衡点。
平衡点＝稳定点？
稳定点：在受到外界扰动后,仍能还原的点。
稳定点的条件：
dn
dM
dn
dM Zem?
他励直流电动机的机械特性直流电动机的基本方程式：
电磁转矩：
aMem ICM
感应电动势,nCE
Ea
电枢回路电势平衡式,aaa RIEU
电动机转速特性：
E
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C
RIUn
机械特性一般表达式：
em
Mee
MCC RCUn 2
n
0 Mem
他励直流电动机的固有机械特性当 U＝ UN,?＝?N，电枢回路无外接电阻时，转速与转矩之间的关系,称为 固有机械特性 。
em
NMe
a
Ne
N M
CC
R
C
Un
2
n0
Mem0
n’0
MemN
nN分析：
1,电磁转矩越大,转速越低，
机械特性是一条下斜直线；
固有机械特性分析
2,当转矩等于零点,为理想空载转速。
此时 Ia＝ 0,Ea＝ UN,是一种理想工作状态。 Ne
N
C
Unn
0
3,n0’为电动机的实际空载转速,比 n0略低。对应于空载转矩。
em
NMe
a M
CC
Rnn
20
'
0
4 为机械特性斜率。增大,也增大。 通常称?小的机械特性为硬特性,?大的机械特性为软特性 。
2
NMe
a
CC
R
n?
n
0 Mem
n0
Mem0
n’0
MemN
nN
固有机械特性分析
5,额定转速变化率,表示电机额定负载时的转速比 n0降落的程度。
%n?
%100%100% 0
N
N
N
N
n
n
n
nnn
6,n>n0时为发电机状态，此时 Ea>U,Ia反向,Ea
与 Ia同向,向电网送出电功率。
7.堵住点。 此时电枢电流,为短路电流；
电磁转矩,为电机堵转转矩 。
0,0 nCeEan N?
k
a
Na IRUI
e m kkNMem MICM
n
0 Mem
n0
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n’0
MemN
nN
人为机械特性分析根据转速、转矩公式
em
Mee
MCC RCUn 2
人为地改变电动机参数 U,R或?得到的机械特性，称为人为机械特性 。
有三种人为机械特性：
（ 1）电枢回路串电阻的人为机械特性；
（ 2）改变端电压时的人为机械特性；
（ 3）减弱电动机主磁通时的人为机械特性；
Mem0
n
电枢回路串电阻的人为机械特性保持 U＝ UN 及?＝?N 不变而在电枢回路中串入电阻 Rc，所得的 n＝ f（ Mem）关系。
emem
NMe
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CC
RR
C
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02
对于给定的 Rc，,?为常数。
Ra+Rc1
Ra+Rc2 人为
Rc2>Rc1
固有Ran0
电枢回路串电阻的人为机械特性电枢串电阻人为特性的特点：
（ 1）理想空载转速 n0’与固有机械特性的 n0相同；
（ 2）斜率,特性变软，
在同一个转矩下，转速下降更多。
N
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ca
CC
RR?
2
Mem0
n
改变端电压时的人为机械特性保持每极磁通为额定值不变，电枢回路不串电阻 (Rc=0),只改变电枢电压时的机械特性。
表达式：
emN
em
NMe
a
Ne
Mn
M
CC
R
C
U
n
'
0
2
一般都为降低的电压。
人为
UN>U1>U2
固有UNn0
U1
U2
改变端电压时的人为机械特性改变端电压人为特性的特点：
（ 1）理想空载转速比固有特性的理想空载转速低。端电压下降越多，其理想空载转速越低。
（ 2）端电压不同，但人为特性的斜率跟固有特性的斜率相等，因此各条特性彼此平行。
Mem0
n
减弱电机主磁通的人为机械特性保持端电压为额定值不变，电枢回路不串电阻
(Rc=0),只改变励磁电流的机械特性。
表达式：
emN
em
Me
a
e
N
Mn
M
CC
R
C
U
n
'''
0
2
额定时，接近饱和，一般都为减弱的磁通。
N>?N’
固有
N
n0 人为?N’
减弱电机主磁通的人为机械特性减弱电机主磁通人为特性的特点：
（ 1） 由于?’ <?N，理想空载转速比固有特性的理想空载转速高。
（ 2）人为机械特性的斜率比固有机械特性大，
即人为特性比固有特性软。
人为特性的几点补充
（ 1）考虑电枢反应时，会使机械特性上翘。影响稳定性。通过补偿绕组改善。
（ 2）机械特性的确定。特殊点（ n0,0），
（ nN,MemN)
（ 3）通过电机的数据铭牌估算机械特性
,0
Ne
N
C
Un
N
aNN
N
aN
N n
RIU
n
ECe
他励直流电动机的起动直流电动机接到电源以后，转速从零达到稳定转速的过程,称为 起动过程 。
对电动机起动的基本要求：
（ 1）起动转矩要大；
（ 2）起动电流要小；
（ 3）起动设备要简单、经济、可靠。
（ 1）他励直流电机直接起动：
a
N
aaa R
UIREn,0,0,0
将电动机的电枢投入额定电压的电源上起动。
优点,操作简单，无需另加设备。
缺点,冲击电流大，引起换向困难，产生火花；
电源会发生瞬时跌落。适用于容量很小的电动机。
M
n
0
将起动电阻串入电枢回路，待转速上升后，逐步将起动电阻切除。
（ 2）电枢回路串变阻器起动
R1 R2 R3
R1+R2+R3 R1+R2
R1
电枢回路串变阻器起动起动电流
321 ccca
N
st RRRR
UI
将起动电流限制在允许的范围内，选择合适的 Rst，
其步骤,
（ 1）根据电动机铭牌数据，估算电动机电枢回路电阻 Ra；
（ 2）选取最大起动电流 I1，计算最大起动电阻；
（ 3）决定起动电阻级数
（ 4）计算起动电流比。
降压起动开始时，降低端电压,使 Ia＝ (1.5~2.0)IN,
Mem=(1.5～ 2.0） Mem。
随着转速的上升，逐步提高电枢电压，并使电枢电流限制在一定范围内。
优点,起动电流小，起动过程平滑、能量损耗少。
缺点,需要一套专用的直流发电机或整流电源，
投资费用大。
直流电动机的调速改变传动机构的传动比改变工作机构的速度，
称为 机械调速 。
人为改变电动机的参数（如端电压、励磁电流或电枢回路电阻），使同一机械负载得到不同转速，称为 电气调速。
电动机驱动生产机械，对电动机的转速不仅要能调节，而且要求 调节的范围宽广,过程平滑,调节的方法 简单、经济 。
直流电动机调速直流电动机的转速公式：
e
jaa
C
RRIUn )(
直流电动机的调速方法：
（ 1）改变励磁电流从而改变磁通；
（ 2）改变施加在电枢两端的电压 U；
（ 3）改变串入电枢回路的调节电阻；
Mem
n
改变励磁调速改变励磁电流调速，实际上是减少励磁电流的调速,所以又称弱磁调速。
弱磁调速：保持 U＝ UN,Rj＝ 0，仅减小电动机的励磁电流 If使主磁通减小，达到调速目的。
If1
P If2
Q
If1>If2
从两个稳定点 P,Q对应转速说明减小励磁可以使转速升高。
弱磁调速的过程
If减小瞬间速度不变
减小 nCE ea
If1
If2P Q
If1>If2
Mem
n
a
a R
EUI
aMem ICM
Zem MM? 机组加速
n Ea Ia Mem
Mem＝ MZ 新的平衡，新的 Ia和 n
弱磁调速调速前后的量：
（ 1）假定负载转矩不变，
2211 aMaMem ICICM
1
2
2
1
a
a
I
I
(2)假定磁路不饱和，不计电枢反应和 IaRa的变化
1
2
1
2
2
1
2211,
f
f
I
I
n
nnCenCeE
（ 3） 恒转矩负载，,?基本不变
nP
IUP a
2
1
弱磁调速特点
优点,设备简单，调节方便，能耗小。
缺点,单方向调节，转速调得过高，励磁过弱,电枢电流变大,换向变坏,出现不稳定。
改变端电压调速保持电动机的?＝?N不变且无外接电枢电阻,仅降低施加于电动机电枢两端电压 U达到调速的目的，
称为 降压调速 。
Mem
n
U1
U1>U2>U3
U2
U3
P
Q
电压越低,转速越低,调速方向从基值往下调。
调节过程,(留为作业）
（ 1）降压的人为特性是一簇与固有特性平行的直线，
无论是满载、轻载还是空载都有明显的调速效果。
（ 2）由于人为特性硬度不变，低速时由于负载变化引起的转速波动不大。静态稳定性好,调速范围大。
（ 3）可平滑调节端电压,使转速平滑调节，实现无级调速。
（ 4）调节过程能量损耗小。
调压调速的特点：
改变电枢回路电阻调速保持 U＝ UN且?＝?N不变，电枢回路中串入调速电阻 Rc，使同一个负载得到不同转速的方法，
称为 电枢串电阻调速 。
串入电枢回路的电阻越大,转速越低。
R2
R1
P
Q
R1>R2>R3
Mem
n
R3电机运行于固有机械特性上的转速称为基速。 电枢回路串电阻调速的方法,只能从基速往下调。
串电枢电阻调速该调速的特点：
（ 1）设备简单、操作方便。
（ 2）低速时,机械特性很软,当负载变化时，
转速波动很大。静态稳定性差 调速范围不大。
（ 3）由于电阻的不连续调节,因此速度调节不平滑,属有级调速。
（ 4） 电枢电流在 Rc上消耗的能量大,调速时效率低。 效率与转速成正比。
调速性能指标
（ 1） 调速范围,电动机在额定负载转矩下调速时,最高转速与最低转速之比。用 D表示。
（ 2） 静差率 （相对稳定性：也称转速变化率。指电动机由理想空载到额定负载时转速的变化率。 静差率越小,转速的相对稳定性越好。
（ 3）调速的 平滑性,无级调速平滑性最好,有级调速由相邻两级转速中,高一级转速与低一级转速之比。
（ 4）调速时电动机的 容许输出,电动机在不同转速时轴上输出的功率和转矩。不同的调速方法允许的输出不同。
（ 5） 经济性电动机调速时的容许输出在某转速下,电机即能充分利用,又能安全运行时输出的功率和转矩称为,调速时的 允许输出功率和转矩 。
(1)调压调速的允许输出降压调速、电枢回路串电阻都是降低电枢两端的电压。
95501000
e m Nem
Mem
N
MM
P
IaCM
在整个调速范围允许输出转矩为常数,恒转矩调速方式。
允许输出功率与转速成正比。
nKnMnMP
KMICM
i
Ni
i
NNNMi
95509550
保持 I不变弱磁调速时的允许输出弱磁调速时，保持电流 I＝ IN
n
K
nC
RIU
e
aNN 2
4
3
32
9 5 5 09 5 5 0
Kn
n
KnTP
n
KI
n
KCICT
i
i
NMNMi
弱磁调速时,在整个调速范围内的允许输出功率为常数,是恒功率调速方式 。
其允许输出转矩与转速成反比 。
负载类型与调速方式的配合恒转矩负载恒转矩调速方式：使电机在任何转速下都满载运行,能得到充分利用。
恒功率调速方法，在 n＝ nmin时，电动机的转矩及功率比负载需要的转矩和负载大得多,电动机没充分利用，造成浪费。
m a x
m a x
9 5 5 0 L
NN
N
N
LN
P
nM
P
nn
MM
L
L
L
N
N
N
L
LN
N
DM
n
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n
P
n
P
M
nM
PP
nn
m i n
m a x
m i n
m a x
m a x
m a x
m i n
95509550
9550
恒转矩调速方式弱磁控制
m a x
m i n
m a x
m i n
95509550
L
L
N
N
N
LN
N
T
n
P
n
P
M
PP
nn
恒功率负载与调速方式的配合恒功率负载恒转矩调速方式：高速时电动机需要输出的转矩小于额定转矩，
电流小于额定电流,电动机没有被充分利用。
恒功率调速方法，在整个调速范围内，做到额定转矩输出,电机安全且充分利用。
L
LNN
N
N
LLN
DP
nMnM
P
nn
MMM
9 5 5 09 5 5 0
m a xm a x
m a x
m a x
恒转矩调速方式恒功率控制通风机负载与调速方式的配合
M
n
UN
U’
nmax
nmin
MN
ML
n
M
nmax
nmin
N
’M
L
恒转矩控制 恒功率控制两种调速方式，在整个调速范围内，除 n＝ nmax外所有的转速点，
输出转矩多小于允许输出，速度越低,电机越不能充分利用。
相比通风机负载采用恒转矩调速方式比弱磁调速造成浪费小一些。
直流电动机的制动直流电动机的两种运转状态：
（ 1） 电动运转状态,电动机的电磁转矩方向与旋转方向相同,此时电网向电动机输入电能,并转变为机械能带动负载。
（ 2） 制动运转状态,电动机的电磁转矩方向与旋转方向相反，此时电动机吸收机械能转变为电能。
电动机很快停车，或者由高速运行很快进入低速，
要求制动运行。
直流电动机的制动断开电源抱闸能耗制动反接制动回馈制动机械制动电气制动自由停车能耗制动的方法和原理保持励磁电流 If的大小及方向不变,将开关接至 RT，
电枢从电网脱离经制动电阻 RT闭合。
参数特点,?＝?N,U＝ 0，
电枢回路总电阻 R＝ Ra＋ RT
实际上是一台他励直流发电机。
轴上的机械能转化成电能,全部消耗于电枢回路的电阻上，
所以称为能耗制动。 I
f
UN
RT
Ea
Ia n
M
n
固有能耗制动时的机械特性
em
NMe
Ta M
CC
RRn
2?
能耗制动的参数代入机械特性的一般表达式，得到能耗制动时的机械特性：
制动过程：
串电阻反抗性负载停车位能性负载稳速下放能耗制动的特点能耗制动的特点：
（ 1）操作简单，停车准确
（ 2）能耗制动产生的冲击电流不会影响电网 ；
（ 3）低速时制动转矩小，停转慢；
（ 4）动能大部分都消耗在制动电阻上。
制动初瞬的最大电流：
Ta
AN
B RR
nCeI
制动电阻：
a
N
N
T RI
UR
2
反接制动反接制动转速反向（用于位能负载）
电枢反接（用于反抗性负载）
（电动势反向）
（电压反向）
转速反向的反接制动
If及端电压 UN不变,仅在电枢回路串入足够大的制动电阻
RT，使该人为特性与负载转矩特性的交点处于第四象限。
不同的 RT，可得到不同的稳定转速。
n
Mem0
nA B
C
D
A
nD
电压平衡式：
EUEURRI Taa )()(
机械特性：
L
Ne
TaL
NMe
Ta IC RRnMCC RRnn 0
20
转速反向的反接制动能量关系：
aaaTaa IEIURRI )(2
U及 Ia的方向与电动状态相同,UIa表示由电网输入的功率；
Ea 的方向与电动状态时相反,EaIa表示输入的机械功率在电枢内变成电磁功率；
UIa与 EaIa两者之和消耗在电枢电路的电阻 Ra＋ RT上。
电枢反接的反接制动保持 If不变,将开关向下合闸,使电枢经制动电阻 RT
而反接于电网上。
参数特点,?＝?N,U＝－ UN。 R=Ra+RT.
If
UN
RT
Ea
I
a
n
Mem
nA A
B
C
D
E
电动下固有不串 RT
串 RT
nE
电枢反接的反接制动机械特性：
L
Ne
Ta
em
NMe
Ta
Ne
N
I
C
RR
n
M
CC
RR
C
U
n
0
2
能量关系,)(
2 TaaaaaN RRIIEIU
从电网吸收的电能和轴上输入的机械能都消耗在电枢回路 的电阻上 。
电压平衡式：
Ta
NeN
Ta
aN
a
TaaaN
RR
nCU
RR
EUI
RRIEU
)(
（ Ia反向）
电枢反接的反接制动特点：
（ 1）可以很快使机组停机。
（ 2） 需要加入足够的电阻,限制电枢电流；
（ 3）转速至零时,需切断电源。
Mem
n0 电动下固有A
nA
回馈制动当转速高于某一数值时，电枢电动势大于端电压,电机进入发电状态,电磁转矩起制动作用,限制转速上升,位能转换为电能,回馈到电网。 (分反向和正向回馈制动）
（ 1）电压反向的反接制动
（ 2）反向电动状态
（ 3）回馈制动
EnE
B
C
D
串 RT
n0’
反向回馈制动反向回馈时,电机实际转速方向与电压反向后的理想空载转速方向一致，
00,nCUnCEnn NeNea
Ia与 Ea方向一致。 电机呈发电机状态。
回馈制动的下放速度：
L
Ne
Ta
Ne
N I
C
RR
C
Un
能量关系,?电磁功率 Pem＝ EaIa<0，电机从轴上输入机械功率转变为电功率 ;
输入功率 P1＝ UIa<0； 回馈给电网的功率 ;
电枢回路能量损耗为 Ia2(Ra+RT);
系统储存的位能转换成电能送回电网。
正向回馈制动
（ 1）电车下坡
（ 2）过渡回馈制动过程（降压运行）
Mem
n
A
B
ML-ML
n0
C
D'0n
点 A 点 B
点 A 点 C 点 D
回馈制动回馈制动过程中，有功功率 U Ia回馈电网。
从电能消耗看,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。
