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3.4 他励直流电机的运行特性 3.4.1 他励直流机的起动及调速 由于电枢绕组电阻Ra很小，因此起动电流IsIN（约为10～20倍的IN），这么大的起动电流使电机换向困难，在换向片表面产生强烈的火花，甚至形成环火； 由于大电流产生的转矩过大，将损坏拖动系统的传动机构，这都是不允许的。 因此一般直流电机都不允许直接起动。这样，就需要增加起动设备和采取措施来控制电机的起动过程。 如何限制起动电流呢？ 限制起动电流的措施有两个：一是增加电枢回路电阻，二是降低电源电压，即 直流电动机的起动方法有电枢串电阻和降压两种。 1） 电枢回路串电阻起动 启动原理 在额定电源电压下，电枢回路串入分级起动电阻Rst，在起动过程中将起动电阻逐步切除。 2.起动电阻的计算 有图解法和解析法。主要讨论解析法 切除起动电阻瞬间，n不能跃变,得以下三组方程 将每组两个方程相除得 最后得到每段起动电阻为 若起动级数为m，则计算总电阻公式为 计算起动电阻的步骤： ①估算或实测Ra。 ②计算R1。 ③计算 ④求R2，R3，...，Rm。 ⑤计算r1, r2, r3,..., rm。 3.2.2 降压起动 当直流电源电压可调时，可以采用降压方法起动。在起动瞬间，电动机的转速n = 0，反电动势Ea = 0，降低电源电压U ， 将起动电流限制在允许的范围内。 如何确定最低电压？ 负载TL已知，根据启动条件的要求，可以确定电压U的大小。 (1) 电枢串电阻调速 电枢串电阻调速——他励直流电动机拖动生产机械运行时，保持电枢电压额定，励磁电流（磁通）额定，在电枢回路串入不同的电阻时，电动机可运行于不同的速度。 电枢串电阻调速的机械特性方程式为 电枢回路串电阻调速的特点是： 1）实现简单，操作方便,方向只能在基速以向调速，因而调速范围较小，一般 D ≤ 2； 2）由于串接电阻上要消耗电功率，因而经济性较差，而且转速越低，能耗越大。 3）由于电阻是分级切除的，所以只能实现有级调速，平滑性差（有级调速）； 4）机械特性变软，静差率增大，相对稳定性变差； 应用：电枢串电阻调速的方法多用于对调速性能要求不高的场合，如过去的起重机、电车等，现在已不多见。 （2） 改变电枢电源电压调速（降压调速） 降压调速——他励直流电动机拖动负载运行时，保持励磁电流（磁通）额定，电枢回路不串电阻，改变电枢两端的电压，可以得到不同的转速。由于受电机绝缘耐压的限制，其电枢电压不允许超过额定电压，只能在额定电压UN以下进行，因此，调压调速也是一种在基速以下调节转速的方法。 调压调速的机械特性方程式为 调压调速的特点是： 1）在基速以下调速，调速范围较宽，D可达10~20； 2）调速前后机械特性硬度不变，因而相对稳定性较好； 3）由于调压电源可连续平滑调节，所以拖动系统可实现无级调速； 4）调速过程中能量损耗较少，因此调速经济性较好； 5）需要一套可控的直流电源。 应用：调压调速多用在对调速性能要求较高的生产机械上，如机床、轧钢机、造纸机等。 （3） 弱磁调速 弱磁调速——他励直流电动机拖动负载运行时，保持电枢电压额定，电枢回路不串电阻，改变励磁电流（磁通），可以得到不同的转速。由于电动机在额定运行时，磁路已接近饱和，因此改变磁通调速，实际上是减弱磁通，所以叫弱磁调速。 弱磁调速时，机械特性方程式为 弱磁调速的特点是： 1）由于励磁电流I f Ia ，因而控制方便，能量损耗小； 2）可连续调节电阻值，以实现无级调速； 3）在基速以上调速，由于受电机机械强度和换向火花的限制，转速不能太高，一般约为（1.2~1.5）nN ，特殊设计的弱磁调速电动机，最高转速为（3~4）nN ，因而调速范围窄。 应用：弱磁调速的调速范围小，所以很少单独使用，一般都与调压调速配合，以获得很宽范围的、高效、平滑而又经济的调速。 3.4.2 调速方法的转矩特性及其与负载的配合 1 调速方法的转矩特性：恒转矩调速与恒功率调速 表3-1 直流电动机三种调速方法的调速性能比较 HELLO EVERY ONE 3.4.3 他励直流电机的四象限运行 1 正向电动运行 和反向电动运行 2 能耗制动 4 电压反接制动 5 倒拉反转运行（制动） 6 正向回馈制动过程和运行 (2)正向回馈制动运行 7 反向回馈 制动运行 3.4.3 小结 例题： 例3.4-2 本节小结： (1) 降压减速时 (1-1)若负载为恒转矩时 降压调速时 常数，因此， =43.02A (1-2) 若负载为恒功率时 负载的功率为 式中TL为电压为额定、转速为n=1550r/min时负载转矩的值，降低电源 电压降速后的负载功率为 式中 为