【正文】 代表了轉(zhuǎn)速特性n=f(I)曲線(xiàn)。但是在討論減弱磁通的人為特性時(shí)，因?yàn)榇磐ㄊ莻€(gè)變量，所以n=f(I)與n=f(T)兩條曲線(xiàn)是不同的，如圖3—26所示。圖3—26 減弱磁通時(shí)的人為特性當(dāng)n=0時(shí)，堵轉(zhuǎn)電流IK==常數(shù)，而n隨的減小而增大。因此n=f(I)的人為特性是一組通過(guò)橫坐標(biāo)I=I點(diǎn)的直線(xiàn)，如圖3—26（a）所示。改變磁通可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，從圖3—26（b）看出，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩不太大時(shí)，磁通減小使轉(zhuǎn)速升高；當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩特別大時(shí)，減弱磁通才會(huì)使轉(zhuǎn)速下降，然而，這時(shí)的電樞電流已經(jīng)過(guò)大，電動(dòng)機(jī)不允許在這樣大的電流下工作。因此，實(shí)際運(yùn)行條件下，可以認(rèn)為磁通越小，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速越高。3．機(jī)械特性的求取在設(shè)計(jì)電力拖動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，首先應(yīng)知道所選擇電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，可是電動(dòng)機(jī)的產(chǎn)品目錄或銘牌中都未直接給出機(jī)械特性的數(shù)據(jù)，因此通常是根據(jù)銘牌數(shù)據(jù)：P、U、I、n計(jì)算或通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)求取機(jī)械特性。（1）固有機(jī)械特性的求取他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性為一條直線(xiàn)，所以只要求出直線(xiàn)上任意兩點(diǎn)的數(shù)據(jù)就可以畫(huà)出這條直線(xiàn)。一般計(jì)算理想空載點(diǎn)（T，）和額定運(yùn)行點(diǎn)（T，n=n）數(shù)據(jù)，具體步驟如下：①估算R電樞電阻R可用實(shí)測(cè)方法求得，也可用下式進(jìn)行估算：R=（ （3—37）是人為電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，電樞銅耗占總電阻的。②計(jì)算C、C C= C③計(jì)算理想空載點(diǎn)數(shù)據(jù) ，④計(jì)算額定工作點(diǎn)數(shù)據(jù) 以上計(jì)算中，用到的額定功率、額定電壓、額定電流和額定轉(zhuǎn)速n均可從電動(dòng)機(jī)的銘牌中查得。根據(jù)計(jì)算所得（0，n）和（T，n）兩點(diǎn)就可以在—n平面內(nèi)畫(huà)出電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性。通過(guò)式求出后，便可求得他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性方程式n=n?。（2）人為特性的求取在固有特性方程式n=n（n、為已知）基礎(chǔ)上，根據(jù)人為特性對(duì)應(yīng)的參數(shù)（U、R或）變化，重新計(jì)算n和值后，便可求得人為特性方程式。若要畫(huà)出人為特性，還需算出某一負(fù)載點(diǎn)數(shù)據(jù)，如點(diǎn)（T），然后連接（0，n）和（T）兩點(diǎn)，便得到人為特性曲線(xiàn)。（二）串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性1．固有特性串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，勵(lì)磁電流If等于電樞電流Ia，主磁通Φ是電樞電流Ia的函數(shù)。當(dāng)Ia較小，磁路未飽和時(shí)，Φ與Ia成正比，即Φ=kIa （3—38） 式中，k為比例常數(shù)。此時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩Tem與Ia的平方成正比，即Tem=CTΦIa=CTkI2a （3—39） 由此（3—39）式可得 （3—40）直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的一般表達(dá)式為 （3—41） 將式（3—38）和式（3—40）代入式（3—41）中，得出在磁路不飽和時(shí)串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性為 （3—42） 式中，R=Ra+Rf+Rs為電樞回路總電阻，Rs為電樞回路串聯(lián)電阻。式（3—42）表明，當(dāng)磁路不飽和時(shí)，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與成反比，其機(jī)械特性為非線(xiàn)性軟特性，如圖3—27中曲線(xiàn)AB段。當(dāng)Ia較大，磁路飽和時(shí)，Φ基本保持不變，這時(shí)串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性相似，變?yōu)檩^硬的直線(xiàn)特性，如圖3—27中曲線(xiàn)BC段。串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的固有特性是在U=UN，RS=0時(shí)的特性（圖3—29所示），具有以下特點(diǎn)：（1）它是一條非線(xiàn)性的軟特性，負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速降落很大。（2）空載時(shí)，Tem=0，Ia=0，Φ=0，n0=→∞，即理想空載轉(zhuǎn)速為無(wú)窮大。但實(shí)際上，即使Ia=0，由于存在剩磁通Φ0，故空載轉(zhuǎn)速n0為一有限值，但其值很高，一般可達(dá)（5~6）nN，這就是所謂的“飛車(chē)”現(xiàn)象，因此，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)是不允許空載或輕載運(yùn)行的。圖3—27 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的固有特性（3）由于Tem∝Ia2，起動(dòng)和過(guò)載時(shí)Ia均較大，故串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，過(guò)載能力強(qiáng)。2．人為特性串勵(lì)電動(dòng)機(jī)同樣可以采用電樞串電阻、改變電源電壓和改變磁通的方法來(lái)獲得各種人為特性。電樞串電阻時(shí)的人為特性串入電阻后，轉(zhuǎn)速降增大，所以電樞串電阻的人為特性位于固有特性的下方，且特性變得更軟，如圖3—28所示。降低電源電壓時(shí)的人為特性降低電源電壓時(shí)，理想空載轉(zhuǎn)速降低，其人為特性向下平移。如圖3—29所示。圖3—28 串電阻時(shí)的人為特性 圖3—29 降低電源電壓時(shí)的人為特性改變磁通時(shí)的人為特性串勵(lì)電動(dòng)機(jī)改變磁通的方法之一是在勵(lì)磁繞組上并聯(lián)一個(gè)分流電阻RPf，如圖3—30（a）所示。與固有特性相比，在Ia相同的情況下，因If ＜Ia，故Φ減小，因此人為特性位于固有特性的上方，如圖3—30（b）所示。圖3—30 減弱磁通時(shí)的人為特性 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制1 電壓反向反接制動(dòng)—迅速停機(jī)當(dāng)電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下以穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速n運(yùn)行時(shí)候，如圖331所示，為了使工作機(jī)構(gòu)迅速停車(chē)，可在維持勵(lì)磁電流不變的情況下，突然改變電樞兩端外施電壓的極性，并同時(shí)串入電阻，如圖332所示。由于電樞反接這樣操作，制動(dòng)作用會(huì)更加強(qiáng)烈，制動(dòng)更快。電機(jī)反接制動(dòng)時(shí)候，電網(wǎng)供給的能量和生產(chǎn)機(jī)械的動(dòng)能都消耗在電阻Ra+Rb上面。圖331 制動(dòng)前的電路圖圖332 制動(dòng)后的電路圖同時(shí)也可以用機(jī)械特性來(lái)說(shuō)明制動(dòng)過(guò)程。電動(dòng)狀態(tài)的機(jī)械特性如下圖三的特性1，n與T的關(guān)系為電壓反向反接制動(dòng)時(shí)，n與T的關(guān)系為 其機(jī)械特性如圖333中的特性2。設(shè)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，負(fù)載特性如圖333中的特性3。圖333 反接制動(dòng)迅速停機(jī)過(guò)程制動(dòng)前，系統(tǒng)工作在機(jī)械特性1與負(fù)載特性3的交點(diǎn)a上，制動(dòng)瞬間，工作點(diǎn)平移到特性2上的b點(diǎn)，T反向，成為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，制動(dòng)過(guò)程開(kāi)始。在T和的共同作用下，轉(zhuǎn)速n迅速下降，工作點(diǎn)沿特性2由b移至c點(diǎn)，這是，應(yīng)立即斷開(kāi)電源，使制動(dòng)過(guò)程結(jié)束。否則電動(dòng)機(jī)將反向起動(dòng)，到d點(diǎn)去反向穩(wěn)定運(yùn)行。電壓反向反接制動(dòng)的效果與制動(dòng)電阻的大小有關(guān)，小，制動(dòng)過(guò)程短，停機(jī)快，但制動(dòng)過(guò)程中的但制動(dòng)過(guò)程中的最大電樞電流，即工作于b點(diǎn)時(shí)的電樞電流不得超過(guò)。只考慮絕對(duì)值時(shí)式中，Eb=Ea。由此求得電壓反接制動(dòng)的制動(dòng)電阻為2 電動(dòng)勢(shì)反向反接制動(dòng)—下放重物制動(dòng)前的電路如圖334所示，制動(dòng)后的電路如圖335所示。制動(dòng)時(shí)，電樞電壓不反向，只在電樞電路中串聯(lián)一個(gè)適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)電阻。機(jī)械特性方程邊變?yōu)閳D334制動(dòng)前的電路圖 圖335 制動(dòng)后的電路圖若電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)若電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，則如圖336所示。制動(dòng)前，系統(tǒng)工作在固有特性1與負(fù)載特性3的交點(diǎn)a上。制動(dòng)瞬間，工作點(diǎn)由a平移到人為特性上的b點(diǎn)。由于，n下降，工作點(diǎn)沿特性2由b點(diǎn)向c點(diǎn)移動(dòng)。當(dāng)工作點(diǎn)到達(dá)c點(diǎn)時(shí)，但，在重物的重力作用下，系統(tǒng)反向起動(dòng)，工作點(diǎn)由c點(diǎn)下移到d點(diǎn)，系統(tǒng)重新穩(wěn)定運(yùn)行。這是n反向，電動(dòng)機(jī)處在制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定下放重物。在這種情況下制動(dòng)運(yùn)行時(shí)，由于n反向，E也隨之反向，由圖可以看出，這時(shí)E與Ua的作用方向也變?yōu)橐恢?，但I(xiàn)a和T的方向不變，T與n方向相反，成為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，與負(fù)載轉(zhuǎn)矩保持平衡，穩(wěn)定下放重物。所以這種反接制動(dòng)稱(chēng)為電動(dòng)勢(shì)反向的反接制動(dòng)運(yùn)行。電動(dòng)勢(shì)反接制動(dòng)的效果與制動(dòng)電阻的大小有關(guān)。小，特性2的斜率小，轉(zhuǎn)速低，下放重物滿(mǎn)。由圖五知，在d點(diǎn)運(yùn)行時(shí)，為簡(jiǎn)化分析，只取各量的絕對(duì)值，而不考慮其正負(fù)，則可見(jiàn)，若要以轉(zhuǎn)速n下放負(fù)載轉(zhuǎn)矩為的重物，制動(dòng)電阻應(yīng)為忽略，則 圖336反接制動(dòng)下放重物過(guò)程 直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩Tem和轉(zhuǎn)速n方向之間的關(guān)系，可以把電機(jī)分為兩種運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)Tem與n方向相同時(shí)，稱(chēng)為電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，簡(jiǎn)稱(chēng)電動(dòng)狀態(tài)；當(dāng)Tem與n方向相反時(shí)，稱(chēng)為制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，簡(jiǎn)稱(chēng)制動(dòng)狀態(tài)。電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，電機(jī)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能；制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)經(jīng)常需要工作在制動(dòng)狀態(tài)。例如，許多生產(chǎn)機(jī)械工作時(shí)，往往需要快速停車(chē)或者有高速運(yùn)行迅速轉(zhuǎn)為低速運(yùn)行，這就要求電動(dòng)機(jī)進(jìn)行制動(dòng)。因此，電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)運(yùn)行也是十分重要的。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)有能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)和回饋制動(dòng)三種方式，下面分別加以介紹。 能耗制動(dòng)圖3—37是能耗制動(dòng)的接線(xiàn)圖。開(kāi)關(guān)S接電源側(cè)為電動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行，此時(shí)電樞電流Ia、電樞電動(dòng)式Ea、轉(zhuǎn)速n及驅(qū)動(dòng)性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩Tem的方向如圖所示。當(dāng)需要制動(dòng)時(shí)，將開(kāi)關(guān)S投向制動(dòng)電阻RB上，電動(dòng)機(jī)便進(jìn)入能耗制動(dòng)狀態(tài)。初始制動(dòng)時(shí)，因?yàn)榇磐ū３植蛔?、電樞存在慣性，其轉(zhuǎn)速n不能馬上降為零，而是保持原來(lái)的方向旋轉(zhuǎn)，于是n和Ea的方向均不改變。但是，由Ea在閉合的回路內(nèi)產(chǎn)生的電樞電流IaB卻與電動(dòng)狀態(tài)時(shí)電樞電流Ia的方向相反，由此而產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩TemB也與電動(dòng)狀態(tài)時(shí)Tem的方向相反，變?yōu)橹苿?dòng)轉(zhuǎn)矩，于是電機(jī)處于制動(dòng)運(yùn)行。制動(dòng)運(yùn)行時(shí)，電機(jī)靠生產(chǎn)機(jī)械慣性力的拖動(dòng)而發(fā)電，將生產(chǎn)機(jī)械儲(chǔ)存的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能，并消耗在電阻上，直到電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)為止，所以這種制動(dòng)方式稱(chēng)為能耗制動(dòng)。 圖3—37 能耗制動(dòng)接線(xiàn)圖能耗制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性，就是在U=0、=N、R=Ra+RB條件下的一條人為機(jī)械特性，即n = ? (3—43) 或n = ? (3—44) 可見(jiàn)，能耗制動(dòng)時(shí)的機(jī)械性是一條通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線(xiàn)，其理想空載轉(zhuǎn)速為零，特性的斜率=，與電動(dòng)狀態(tài)下電樞串電阻RB時(shí)的人為特性的斜率相同，如圖3—38中直線(xiàn)BC所示。圖3—38 能耗制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性能耗制動(dòng)時(shí)，電機(jī)工作點(diǎn)的變化情況可用機(jī)械特性曲線(xiàn)說(shuō)明。設(shè)制動(dòng)前工作點(diǎn)在固有特性曲線(xiàn)A點(diǎn)處，其n0，Tem0，Tem為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。開(kāi)始制動(dòng)時(shí)，因n不突變，工作點(diǎn)將沿水平方向躍變到能耗制動(dòng)特性曲線(xiàn)上的B點(diǎn)。在B點(diǎn)，n0，Tem0，電磁轉(zhuǎn)矩為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，于是電動(dòng)機(jī)開(kāi)始減速，工作點(diǎn)沿BO方向移動(dòng)。若電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)反抗性負(fù)載，則工作點(diǎn)到達(dá)O點(diǎn)時(shí)，n=0，Tem=0，電機(jī)便停轉(zhuǎn)。若電機(jī)拖動(dòng)位能性負(fù)載，則工作點(diǎn)到達(dá)O點(diǎn)時(shí)，雖然n=0，Tem=0，但在位能負(fù)載的作用下，電機(jī)反轉(zhuǎn)并加速，工作點(diǎn)將沿曲線(xiàn)OC方向移動(dòng)。此時(shí)Ea的方向隨n的反向而反向，即n和Ea的方向均與電動(dòng)狀態(tài)時(shí)相反，而Ea產(chǎn)生的Ia方向卻與電動(dòng)狀態(tài)時(shí)相同，隨之Tem的方向也與電動(dòng)狀態(tài)時(shí)相同，即n0, Tem0，電磁轉(zhuǎn)矩仍為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。隨著反向轉(zhuǎn)速的增加，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩也不斷增大，當(dāng)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩平衡時(shí)，電機(jī)便在某一轉(zhuǎn)速下處于穩(wěn)定的制動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行，即勻速下放重物，如圖3—38中的C點(diǎn)。改變制動(dòng)電阻RB的大小，可以改變能耗制動(dòng)特性曲線(xiàn)的斜率，從而可以改變起始制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的大小以及下放位能負(fù)載時(shí)的穩(wěn)定速度。RB越小，特性曲線(xiàn)的斜率越小，起始制動(dòng)轉(zhuǎn)矩越大，而下放位能負(fù)載的速度越小。減小制動(dòng)電阻，可以增大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，縮短制動(dòng)時(shí)間，提高工作效率。但制動(dòng)電阻太小，將會(huì)造成制動(dòng)電流過(guò)大，通常限制最大制動(dòng)電流不超過(guò)2~。選擇制動(dòng)電阻的原則是IaB=≤Imax=(2~)IN即 RB （3—45） 式中，Ea為制動(dòng)瞬間（制動(dòng)前電動(dòng)狀態(tài)時(shí)）的電樞電動(dòng)勢(shì)。如果制動(dòng)前電機(jī)處于額定運(yùn)行，則Ea=UN?RaIN。能耗制動(dòng)操作簡(jiǎn)單，但隨著轉(zhuǎn)速的下降，電動(dòng)勢(shì)減小，制動(dòng)電流和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩也隨之減小，制動(dòng)效果變差。若為了使電機(jī)能更快地停轉(zhuǎn)，可以在轉(zhuǎn)速到一定程度時(shí)，切除一部分制動(dòng)電阻，使制動(dòng)轉(zhuǎn)矩增大，從而加強(qiáng)制動(dòng)作用。 反接制動(dòng)反接制動(dòng)分為電壓反接制動(dòng)和倒拉反接制動(dòng)兩種。（1）電壓反接制動(dòng)電壓反接制動(dòng)時(shí)的接線(xiàn)圖如圖3—39所示。開(kāi)關(guān)S投向“電動(dòng)”側(cè)時(shí)，電樞接正極性的電源電壓，此時(shí)電機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行。進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，開(kāi)關(guān)S投向“制動(dòng)”側(cè)，此時(shí)電樞回路串入制動(dòng)電阻RB后，接上極性相反的電源電壓，即電樞電壓由原來(lái)的正值變?yōu)樨?fù)值。此時(shí)，在電樞回路內(nèi)，U與Ea順向串聯(lián)，共同產(chǎn)生很大的反向電流： （3—46） 反向的電樞電流IaB產(chǎn)生很大的反向電磁轉(zhuǎn)矩TemB，從而產(chǎn)生很強(qiáng)的制動(dòng)作用，這就是電壓反接制動(dòng)。電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，電樞電流的大小由UN與Ea之差決定，而反接制動(dòng)時(shí)，電樞電流的大小由UN與Ea之和決定，因此反接制動(dòng)時(shí)電樞電流是非常大的。為了限制過(guò)大的電樞電流，反接制動(dòng)時(shí)必須在電樞回路中串接制動(dòng)電阻RB。RB的大小應(yīng)反接制動(dòng)時(shí)電樞電流不超過(guò)電動(dòng)機(jī)的最大允許值Imax=(2~)IN,因此應(yīng)串入的制動(dòng)電阻值為 （3—47） 比較式（3—47）和式（3—45）可知，反接制動(dòng)電阻值要比能耗制動(dòng)電阻值約達(dá)一倍。電壓反接制動(dòng)時(shí)的