8 直流电机的电力拖动7.6 直流电动机的电磁转矩与电动势7.7 直流电动机的运行分析8.1 他励直流电机的机械特性8.2 他励直流电动机起动4.2 电力拖动系统的负载特性8.3 他励直流电动机的调速8.4 他励直流电动机的制动8.5 他励电动机在四象限中运行状态

8 直流电机的电力拖动

7.6 直流电动机的电磁转矩与电动势

切割磁感线的感应电动势E具体等于多少呢？我们直接上结论，推导过程略过。这里磁通是励磁与电枢总的合成磁场大小。如果忽略电枢反应，那么就是由励磁磁通直接决定总磁通，N是电枢绕组的个数。

电机的电磁转矩计算公式直接上结论。

假设忽略空载转矩，并且电机稳定运行状态那么Te = Tl = T2。电磁转矩的计算公式，推导过程略,直接公式结论，其中电枢电流Ia,磁通同上。电机中电磁转矩与转速方向相同，转矩常数与电动势常数的比值是固定值9.55。电动机而言，电磁转矩方向与转速方向相同，作为拖动转矩。

7.7 直流电动机的运行分析

E 与Ia带入电枢侧的电路方程，以n为应变量，得到他励直流电机机械特性方程即运动方程（背下来）。

8.1 他励直流电机的机械特性

理想空载工作点（0，n0）：电机空转，电磁扭矩为0，电枢电流为0.

临界状态：即电机承受的最大扭矩，得到最大工作电流，再根据机械方程得到在这个扭矩下的转速。

额定状态：在额定扭矩下的额定电流与额定转速。

人为特性：人为可以修改电机的几个参数让电机的机械方程发生变化。人为可以修改电枢电压Ua ，电枢回路电阻Ra，电机的总磁通改变三种方式实现如下。

如果想要增大电枢电压实现人为让机械曲线改变前提是不能超过额定的电枢电压。

如果想改变励磁电流从而改变磁通，从而机械特性变化。同样励磁电流大小不能超过额定值。即减小可以直到为0，但不能一直改大到超过额定范围。

总结：分析了他励电动机的运动方程，体现转子转速与电机电磁转矩关系（忽略空载转矩T0,在匀速工作状态下），并且在电枢电压Ua ，电枢回路电阻Ra，电机的总磁通三个变量分别影响下分析方程特点。

8.2 他励直流电动机起动

主要关注启动电流大小与启动转矩大小（即它可以带动负载）

为了防止启动电流过大，他励直流电动机的启动两种方案。一是减小电枢电压Ua,因此禁止额定电压直接启动。二是增加电枢电阻,经常用这个方法。

4.2 电力拖动系统的负载特性

电机不是空转，而是带动负载。工作在稳定匀速状态（忽略空载转矩）。

电磁转矩方向与输出转矩同向，与负载转矩相反方向，但他们的大小在匀速下相同。

负载特性曲线：站在负载点角度。而不是电机角度。但为了方便分析取正值，第一象限进行分析。实际方向相反。

三种种典型负载转矩类型：恒转矩负载，恒功率负载，通风机负载。通常实际负载可能是其中两个叠加。

恒转矩负载：分为反抗性恒转矩负载与位性恒转矩负载。

反抗性恒转矩负载：负载的转矩总是与转速方向相反。其值大小永远不变。

位能性恒转矩负载：负载转矩方向一直保持同一个方向，与速度无关，其值大小方向恒定不变。

恒功率负载：P = T * Ω，功率不变，那么转矩与转速乘积不变，即成反比关系。

通风机负载：负载转矩T正比于速度的平方。例如水泵。

对于恒转矩负载，它转矩是一个恒定值。对于恒定功率负载即电机给负载提供的输出功率大小要求恒定值，即转矩与机械角速度乘积恒定值，即转矩与转速乘积恒定。对于通风机负载，负载转矩与转速的平方成正比。

8.3 他励直流电动机的调速

确定好负载转矩即需要确定好电磁转矩值，即设置好参数即确定上面机械方程的三个参数产生曲线，因为要在匀速状态下运行，因此想要改变转速就只能从上图方程的3个变量入手。

负载角度三种负载和电机角度机械方程三种可调参数组合，产生九种的调速的方案。

工作稳定点：即负载转矩与电机转矩两条曲线的交点。

指定通过调节电枢电阻在通风机负载情况下的实现调速计算题目

额定即不能工作超过额定值。两个角度来看调速过程：对于电磁转矩而言，由于电枢电阻的改变使得机械方程发生变化；对于负载的转矩而言它的转矩与速度的平方成正相关；当电机稳定工作即电磁转矩等于负载转矩（忽略了空载转矩情况），同时由于转矩具有惯性，改变Ra一瞬间转速不变,工作由a瞬间移到b（改变Ra一瞬间电磁转矩突变，但转速不变也不能突变）,再由b缓慢降低到C（电磁转矩在增加，转速在减小）。

通过改变电枢电压对于恒定负载实现调速功能：电枢电压改变即空载转速n0发生改变，在调速瞬间工作点由a瞬移到b点，然后转速缓慢下降直到c点达到平衡。

通过改变励磁电压或者电流从而改变电机磁通与恒功率负载结合实现调速功能：a瞬移到b,缓慢到达c点稳定。

弱磁调速：如果想要电机工作转速提升到比额定转速还大，通常就用弱磁调速。而想要降低转速通常用前面的两种方法。

8.4 他励直流电动机的制动

我们研究的电气制动：制动不一定是停到静止也可以是匀速这2种制动目的。

电气制动实现手段有三种：能耗制动，反接制动，回馈制动。因此从六种情况研究。

本课程是实现负载转矩曲线与电磁转矩曲线交点达到平衡状态，让电机匀速运行或静止，因此拖动与制动本质就是让平衡点的实现（在转速为0处或者转速恒定处）

能耗制动：电源替换成电阻（制动电阻）。分析：电枢电压就是0了，此时电枢电流大小与方向发生突变，导致电磁转矩也随之突变，而转速与负载转矩还保持与原来同向，由拖动转矩变成制动转矩角色。动能变成电能，被电阻消耗。

静止制动与匀速制动情况下的能耗制动曲线图：静止制动电磁转矩曲线由红线变成青色曲线，a点瞬间移动到b点，然后b点缓慢移动到o点，转速为0，完成制动，但此时负载转矩还在，还容易反转，此时最好再改变电磁转矩曲线与X轴重合，即达到与负载转矩平衡即可（为了方便把负载转矩画在第一象限）。匀速制动电磁转矩曲线由红线变成淡红曲线，a点瞬间移动到b点，然后b点缓慢移动到c点（其中过程是先正转再反转）。

静止制动与匀速制动情况下的反接制动曲线图：电源正负极对调，再多串一个Rb,导致电枢电流反向突变，从而电磁转矩方向突变，因此电机动能与电源电压Ua的电能均是被Rb与Ra消耗掉。

通过反接法实现静止制动曲线图：a瞬移到b，缓慢到c.此时迅速停机需要进行在电机转速为0的时候立刻断电，让电机电流为0,转矩就为0了。但存在负载转矩还可能反向运转，为了达到长久平衡状态，而不是某一个时刻，负载转矩的值需要与电磁转矩的曲线在X轴上交点即转速为0，因此需要配电磁转矩曲线与X轴重合。

通过反接法实现匀速制动曲线图：注意放下重物的反接制动就不需要让电压正负极对调了，唯一区别就是串一个Rb,并且电枢电阻Rb需要设置较大。a瞬移到b，b缓慢到d.

回馈制动：在制动情况下变成发电机，给电源回馈电能。分为电车下坡回馈制动与匀速回馈制动。

回馈制动的上下坡制动方案：原来的电路没有改变，当上坡改成下坡，机械运动曲线红色的线条改成淡红色，但负载转矩的方向变得与电机转矩相同导致加速运行，从a点到达b点直到平衡。负载转矩（重力下坡角度分量）等于电机转矩，达到平衡，实现回馈制动。a点是上坡之前平衡状态，a点是匀速上坡状态与下坡状态的切换点。加速运行到b点。b点是匀速下坡状态。发现速度变大了，即发电状态。

回馈制动的匀速制动方案：

8.5 他励电动机在四象限中运行状态

以回馈制动实现匀速为例：整个制动过程中电机工作在4个象限都有可能，每个象限工作状态不同。

其中一三象限表示电动机运行状态（转速n与电磁转矩T方向相同）。二四象限表示发电机运行状态（转速n与电磁转矩T方向相反）

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