【正文】 代表了轉速特性n=f(I)曲線。但是在討論減弱磁通的人為特性時，因為磁通是個變量，所以n=f(I)與n=f(T)兩條曲線是不同的，如圖3—26所示。圖3—26 減弱磁通時的人為特性當n=0時，堵轉電流IK==常數，而n隨的減小而增大。因此n=f(I)的人為特性是一組通過橫坐標I=I點的直線，如圖3—26（a）所示。改變磁通可以調節(jié)轉速，從圖3—26（b）看出，當負載轉矩不太大時，磁通減小使轉速升高；當負載轉矩特別大時，減弱磁通才會使轉速下降，然而，這時的電樞電流已經過大，電動機不允許在這樣大的電流下工作。因此，實際運行條件下，可以認為磁通越小，穩(wěn)定轉速越高。3．機械特性的求取在設計電力拖動系統(tǒng)時，首先應知道所選擇電動機的機械特性，可是電動機的產品目錄或銘牌中都未直接給出機械特性的數據，因此通常是根據銘牌數據：P、U、I、n計算或通過實驗來求取機械特性。（1）固有機械特性的求取他勵直流電動機的固有機械特性為一條直線，所以只要求出直線上任意兩點的數據就可以畫出這條直線。一般計算理想空載點（T，）和額定運行點（T，n=n）數據，具體步驟如下：①估算R電樞電阻R可用實測方法求得，也可用下式進行估算：R=（ （3—37）是人為電動機額定運行時，電樞銅耗占總電阻的。②計算C、C C= C③計算理想空載點數據 ，④計算額定工作點數據 以上計算中，用到的額定功率、額定電壓、額定電流和額定轉速n均可從電動機的銘牌中查得。根據計算所得（0，n）和（T，n）兩點就可以在—n平面內畫出電動機的固有機械特性。通過式求出后，便可求得他勵電動機的固有機械特性方程式n=n?。（2）人為特性的求取在固有特性方程式n=n（n、為已知）基礎上，根據人為特性對應的參數（U、R或）變化，重新計算n和值后，便可求得人為特性方程式。若要畫出人為特性，還需算出某一負載點數據，如點（T），然后連接（0，n）和（T）兩點，便得到人為特性曲線。（二）串勵電動機的機械特性1．固有特性串勵電動機的勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，勵磁電流If等于電樞電流Ia，主磁通Φ是電樞電流Ia的函數。當Ia較小，磁路未飽和時，Φ與Ia成正比，即Φ=kIa （3—38） 式中，k為比例常數。此時，電磁轉矩Tem與Ia的平方成正比，即Tem=CTΦIa=CTkI2a （3—39） 由此（3—39）式可得 （3—40）直流電動機機械特性的一般表達式為 （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串勵電動機的機械特性為 （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，當磁路不飽和時，串勵電動機的轉速n與成反比，其機械特性為非線性軟特性，如圖3—27中曲線AB段。當Ia較大，磁路飽和時，Φ基本保持不變，這時串勵電動機的機械特性與他勵電動機的機械特性相似，變?yōu)檩^硬的直線特性，如圖3—27中曲線BC段。串勵電動機的固有特性是在U=UN，RS=0時的特性（圖3—29所示），具有以下特點：（1）它是一條非線性的軟特性，負載時的轉速降落很大。（2）空載時，Tem=0，Ia=0，Φ=0，n0=→∞，即理想空載轉速為無窮大。但實際上，即使Ia=0，由于存在剩磁通Φ0，故空載轉速n0為一有限值，但其值很高，一般可達（5~6）nN，這就是所謂的“飛車”現(xiàn)象，因此，串勵電動機是不允許空載或輕載運行的。圖3—27 串勵電動機的固有特性（3）由于Tem∝Ia2，起動和過載時Ia均較大，故串勵電動機的起動轉矩大，過載能力強。2．人為特性串勵電動機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獲得各種人為特性。電樞串電阻時的人為特性串入電阻后，轉速降增大，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。降低電源電壓時的人為特性降低電源電壓時，理想空載轉速降低，其人為特性向下平移。如圖3—29所示。圖3—28 串電阻時的人為特性 圖3—29 降低電源電壓時的人為特性改變磁通時的人為特性串勵電動機改變磁通的方法之一是在勵磁繞組上并聯(lián)一個分流電阻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 減弱磁通時的人為特性 他勵直流電動機的正反轉控制1 電壓反向反接制動—迅速停機當電動機在電動運轉狀態(tài)下以穩(wěn)定的轉速n運行時候，如圖331所示，為了使工作機構迅速停車，可在維持勵磁電流不變的情況下，突然改變電樞兩端外施電壓的極性，并同時串入電阻，如圖332所示。由于電樞反接這樣操作，制動作用會更加強烈，制動更快。電機反接制動時候，電網供給的能量和生產機械的動能都消耗在電阻Ra+Rb上面。圖331 制動前的電路圖圖332 制動后的電路圖同時也可以用機械特性來說明制動過程。電動狀態(tài)的機械特性如下圖三的特性1，n與T的關系為電壓反向反接制動時，n與T的關系為 其機械特性如圖333中的特性2。設電動機拖動反抗性恒轉矩負載，負載特性如圖333中的特性3。圖333 反接制動迅速停機過程制動前，系統(tǒng)工作在機械特性1與負載特性3的交點a上，制動瞬間，工作點平移到特性2上的b點，T反向，成為制動轉矩，制動過程開始。在T和的共同作用下，轉速n迅速下降，工作點沿特性2由b移至c點，這是，應立即斷開電源，使制動過程結束。否則電動機將反向起動，到d點去反向穩(wěn)定運行。電壓反向反接制動的效果與制動電阻的大小有關，小，制動過程短，停機快，但制動過程中的但制動過程中的最大電樞電流，即工作于b點時的電樞電流不得超過。只考慮絕對值時式中，Eb=Ea。由此求得電壓反接制動的制動電阻為2 電動勢反向反接制動—下放重物制動前的電路如圖334所示，制動后的電路如圖335所示。制動時，電樞電壓不反向，只在電樞電路中串聯(lián)一個適當的制動電阻。機械特性方程邊變?yōu)閳D334制動前的電路圖 圖335 制動后的電路圖若電動機拖動若電動機拖動位能性恒轉矩負載，則如圖336所示。制動前，系統(tǒng)工作在固有特性1與負載特性3的交點a上。制動瞬間，工作點由a平移到人為特性上的b點。由于，n下降，工作點沿特性2由b點向c點移動。當工作點到達c點時，但，在重物的重力作用下，系統(tǒng)反向起動，工作點由c點下移到d點，系統(tǒng)重新穩(wěn)定運行。這是n反向，電動機處在制動運行狀態(tài)穩(wěn)定下放重物。在這種情況下制動運行時，由于n反向，E也隨之反向，由圖可以看出，這時E與Ua的作用方向也變?yōu)橐恢?，但Ia和T的方向不變，T與n方向相反，成為制動轉矩，與負載轉矩保持平衡，穩(wěn)定下放重物。所以這種反接制動稱為電動勢反向的反接制動運行。電動勢反接制動的效果與制動電阻的大小有關。小，特性2的斜率小，轉速低，下放重物滿。由圖五知，在d點運行時，為簡化分析，只取各量的絕對值，而不考慮其正負，則可見，若要以轉速n下放負載轉矩為的重物，制動電阻應為忽略，則 圖336反接制動下放重物過程 直流電動機的制動控制根據電磁轉矩Tem和轉速n方向之間的關系，可以把電機分為兩種運行狀態(tài)。當Tem與n方向相同時，稱為電動運行狀態(tài)，簡稱電動狀態(tài)；當Tem與n方向相反時，稱為制動運行狀態(tài)，簡稱制動狀態(tài)。電動狀態(tài)時，電磁轉矩為驅動轉矩，電機將電能轉換成機械能；制動狀態(tài)時，電磁轉矩為制動轉矩，電機將機械能轉換成電能。在電力拖動系統(tǒng)中，電動機經常需要工作在制動狀態(tài)。例如，許多生產機械工作時，往往需要快速停車或者有高速運行迅速轉為低速運行，這就要求電動機進行制動。因此，電動機的制動運行也是十分重要的。他勵直流電動機的制動有能耗制動、反接制動和回饋制動三種方式，下面分別加以介紹。 能耗制動圖3—37是能耗制動的接線圖。開關S接電源側為電動狀態(tài)運行，此時電樞電流Ia、電樞電動式Ea、轉速n及驅動性質的電磁轉矩Tem的方向如圖所示。當需要制動時，將開關S投向制動電阻RB上，電動機便進入能耗制動狀態(tài)。初始制動時，因為磁通保持不變、電樞存在慣性，其轉速n不能馬上降為零，而是保持原來的方向旋轉，于是n和Ea的方向均不改變。但是，由Ea在閉合的回路內產生的電樞電流IaB卻與電動狀態(tài)時電樞電流Ia的方向相反，由此而產生的電磁轉矩TemB也與電動狀態(tài)時Tem的方向相反，變?yōu)橹苿愚D矩，于是電機處于制動運行。制動運行時，電機靠生產機械慣性力的拖動而發(fā)電，將生產機械儲存的動能轉換成電能，并消耗在電阻上，直到電機停止轉動為止，所以這種制動方式稱為能耗制動。 圖3—37 能耗制動接線圖能耗制動時的機械特性，就是在U=0、=N、R=Ra+RB條件下的一條人為機械特性，即n = ? (3—43) 或n = ? (3—44) 可見，能耗制動時的機械性是一條通過坐標原點的直線，其理想空載轉速為零，特性的斜率=，與電動狀態(tài)下電樞串電阻RB時的人為特性的斜率相同，如圖3—38中直線BC所示。圖3—38 能耗制動時的機械特性能耗制動時，電機工作點的變化情況可用機械特性曲線說明。設制動前工作點在固有特性曲線A點處，其n0，Tem0，Tem為驅動轉矩。開始制動時，因n不突變，工作點將沿水平方向躍變到能耗制動特性曲線上的B點。在B點，n0，Tem0，電磁轉矩為制動轉矩，于是電動機開始減速，工作點沿BO方向移動。若電動機拖動反抗性負載，則工作點到達O點時，n=0，Tem=0，電機便停轉。若電機拖動位能性負載，則工作點到達O點時，雖然n=0，Tem=0，但在位能負載的作用下，電機反轉并加速，工作點將沿曲線OC方向移動。此時Ea的方向隨n的反向而反向，即n和Ea的方向均與電動狀態(tài)時相反，而Ea產生的Ia方向卻與電動狀態(tài)時相同，隨之Tem的方向也與電動狀態(tài)時相同，即n0, Tem0，電磁轉矩仍為制動轉矩。隨著反向轉速的增加，制動轉矩也不斷增大，當制動轉矩與負載轉矩平衡時，電機便在某一轉速下處于穩(wěn)定的制動狀態(tài)運行，即勻速下放重物，如圖3—38中的C點。改變制動電阻RB的大小，可以改變能耗制動特性曲線的斜率，從而可以改變起始制動轉矩的大小以及下放位能負載時的穩(wěn)定速度。RB越小，特性曲線的斜率越小，起始制動轉矩越大，而下放位能負載的速度越小。減小制動電阻，可以增大制動轉矩，縮短制動時間，提高工作效率。但制動電阻太小，將會造成制動電流過大，通常限制最大制動電流不超過2~。選擇制動電阻的原則是IaB=≤Imax=(2~)IN即 RB （3—45） 式中，Ea為制動瞬間（制動前電動狀態(tài)時）的電樞電動勢。如果制動前電機處于額定運行，則Ea=UN?RaIN。能耗制動操作簡單，但隨著轉速的下降，電動勢減小，制動電流和制動轉矩也隨之減小，制動效果變差。若為了使電機能更快地停轉，可以在轉速到一定程度時，切除一部分制動電阻，使制動轉矩增大，從而加強制動作用。 反接制動反接制動分為電壓反接制動和倒拉反接制動兩種。（1）電壓反接制動電壓反接制動時的接線圖如圖3—39所示。開關S投向“電動”側時，電樞接正極性的電源電壓，此時電機處于電動狀態(tài)運行。進行制動時，開關S投向“制動”側，此時電樞回路串入制動電阻RB后，接上極性相反的電源電壓，即電樞電壓由原來的正值變?yōu)樨撝?。此時，在電樞回路內，U與Ea順向串聯(lián)，共同產生很大的反向電流： （3—46） 反向的電樞電流IaB產生很大的反向電磁轉矩TemB，從而產生很強的制動作用，這就是電壓反接制動。電動狀態(tài)時，電樞電流的大小由UN與Ea之差決定，而反接制動時，電樞電流的大小由UN與Ea之和決定，因此反接制動時電樞電流是非常大的。為了限制過大的電樞電流，反接制動時必須在電樞回路中串接制動電阻RB。RB的大小應反接制動時電樞電流不超過電動機的最大允許值Imax=(2~)IN,因此應串入的制動電阻值為 （3—47） 比較式（3—47）和式（3—45）可知，反接制動電阻值要比能耗制動電阻值約達一倍。電壓反接制動時的