一、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速、反轉(zhuǎn)與制動(dòng)

（一）他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)是指電動(dòng)機(jī)接通電源后，由靜止?fàn)顟B(tài)加速到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的過(guò)程。電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)瞬間（n=0）的電磁轉(zhuǎn)矩稱為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩T_st，起動(dòng)瞬間的電樞電流稱為起動(dòng)電流I_st。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為

T_st=C_TI_st                                           （1—58）

如果他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)在額定電壓下直接起動(dòng)，由于起動(dòng)瞬間n=0， E_a=0，故起動(dòng)電流為

I_st=                                              （1—59）

因?yàn)殡姌须娮鑂_a很小，所以，直接起動(dòng)電流將達(dá)到很大的數(shù)值，通常可達(dá)到（10~20）I_N。過(guò)大的起動(dòng)電流會(huì)引起電網(wǎng)電壓下降，影響電網(wǎng)上其他用戶；使電動(dòng)機(jī)的換向嚴(yán)重惡化，甚至?xí)龎碾妱?dòng)機(jī)；同時(shí)過(guò)大的沖擊轉(zhuǎn)矩會(huì)損壞電樞繞組和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。因此，除了個(gè)別容量很小的電動(dòng)機(jī)外，一般直流電動(dòng)機(jī)是不允許直接起動(dòng)的。

對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)，一般有如下要求：

（1）要有足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

（2）起動(dòng)電流要限制在一定的范圍內(nèi)。

（3）起動(dòng)設(shè)備要簡(jiǎn)單、可靠。

為了限制起動(dòng)電流，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)通常采用電樞回路串電阻起動(dòng)或降低電樞電壓起動(dòng)。無(wú)論采用哪種起動(dòng)方法，起動(dòng)時(shí)都應(yīng)保證電動(dòng)機(jī)的磁通達(dá)到最大值。這是因?yàn)樵谕瑯拥碾娏飨拢?img alt="" src="/uploads/allimg/111213/182555-111213115U2302.jpg" style="width: 16px; height: 20px" />大則T_st大；而在同樣的轉(zhuǎn)矩下，大則I_st可以小一些。

1．電樞回路串電阻起動(dòng)

電動(dòng)機(jī)起動(dòng)前，應(yīng)使勵(lì)磁回路調(diào)節(jié)電阻R_st=0，這樣勵(lì)磁電流I_f最大，使磁通最大。電樞回路串接起動(dòng)電阻R_st，在額定電壓下的起動(dòng)電流為

                                                                  （1—60）

式中，R_st值應(yīng)使I_st不大于允許值。對(duì)于普通直流電動(dòng)機(jī)，一般要求I_st≦（1.5~2）I_N。

在起動(dòng)電流產(chǎn)生的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩作用下，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)并逐漸加速，隨著轉(zhuǎn)速的升高，電樞電動(dòng)勢(shì)（反電動(dòng)勢(shì)）E_a逐漸增大，使電樞電流逐漸減小，這樣轉(zhuǎn)速的上升就逐漸緩慢下來(lái)。為了縮短起動(dòng)時(shí)間，保持電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中的加速不變，就要求在起動(dòng)過(guò)程中電樞電流維持不變，因此隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的升高,應(yīng)將起動(dòng)電阻平滑地切除，最后使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到運(yùn)行值。

實(shí)際上，平滑地切除電阻是不可能的，一般是在電阻回路中串入多級(jí)(通常是2~5級(jí))電阻，在起動(dòng)過(guò)程中逐級(jí)加以切除。起動(dòng)電阻的級(jí)數(shù)越多，起動(dòng)過(guò)程就越快且越平穩(wěn)，但所需要的控制設(shè)備就越多，投資也越大。圖1—37所示是采用三級(jí)電阻起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)的電路原理圖及其機(jī)械特性。

圖1—37   他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)三級(jí)電阻起動(dòng)

起動(dòng)開(kāi)始時(shí)，接觸器的觸點(diǎn)S閉合，而S1、S2、S3斷開(kāi)，如圖1—37（a）所示，額定電壓加在電樞回路總電阻R₃（R₃=R_a+R_st1+R_st2+R_st3）上，起動(dòng)電流為I₁= ，此時(shí)起動(dòng)電流I₁和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩T₁均達(dá)到最大值（通常取額定值的二倍左右）。接入全部起動(dòng)電阻時(shí)的人為特性如圖1—37（b）中的曲線1所示。起動(dòng)瞬間對(duì)應(yīng)的_a點(diǎn)，因?yàn)槠饎?dòng)轉(zhuǎn)矩T₁大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩T_L，所以電動(dòng)機(jī)開(kāi)始加速，電動(dòng)勢(shì)E_a逐漸增大，電樞電流和電磁轉(zhuǎn)矩逐漸減小，工作點(diǎn)沿曲線1箭頭方向移動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)速升高到n₁、電流降至I₂、轉(zhuǎn)矩減至T₂（圖中b點(diǎn)）時(shí)，觸點(diǎn)S3閉合，切除電阻R_st3。I₂稱為切換電流，一般取I₂=（1.1~1.2）I_N，T₂=（1.1~1.2）T_N。切除R_st3后，電樞回路電阻減小為R₂=R_a+R_st1+R_st2，與之對(duì)應(yīng)的人為特性如圖1—37（b）中的曲線2。在切除電阻瞬間，由于機(jī)械慣性，轉(zhuǎn)速不能突變，所以電動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)由b點(diǎn)沿水平方向躍變到曲線2上的c點(diǎn)。選擇適當(dāng)?shù)母骷?jí)起動(dòng)電阻，可使c點(diǎn)的電流仍為I₁，這樣電動(dòng)機(jī)又處在最大轉(zhuǎn)矩T₁下進(jìn)行加速，工作點(diǎn)沿曲線2箭頭方向移動(dòng)。當(dāng)?shù)竭_(dá)d點(diǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)速升至n₂，電流又降至I₂，轉(zhuǎn)矩也降至T₂，此時(shí)觸電S2閉合，將R_st2切除，電樞回路電阻變?yōu)镽₁=R_a+R_st1，工作點(diǎn)由d點(diǎn)平移到人為特性曲線3上的e點(diǎn)。e點(diǎn)的電流和轉(zhuǎn)矩仍為最大值，電動(dòng)機(jī)又處在最大轉(zhuǎn)矩T₁下加速，工作點(diǎn)在曲線3上移動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)速升至n₃時(shí)，即在f點(diǎn)切除最后一級(jí)電阻R_st1后，電動(dòng)機(jī)將過(guò)渡到固有特性上，并加速到h點(diǎn)處于穩(wěn)定運(yùn)行，起動(dòng)過(guò)程結(jié)束。

2．降壓起動(dòng)

當(dāng)直流電源電壓可調(diào)時(shí)，可以采用降壓方法起動(dòng)。起動(dòng)時(shí)，以較低的電源電壓起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，起動(dòng)電流便隨電壓的降低而正比減小。隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的上升，反電動(dòng)勢(shì)逐漸增大，再逐漸提高電源電壓，使起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩保持在一定的數(shù)值上，從而保證電動(dòng)機(jī)按需要的加速度升速。

降壓起動(dòng)雖然需要專用電源，設(shè)備投資較大，但它起動(dòng)平穩(wěn)，起動(dòng)過(guò)程中能量損耗小，因而得到了廣泛的應(yīng)用。

（二）他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

為了提高生產(chǎn)效率或滿足生產(chǎn)工藝的要求，許多生產(chǎn)機(jī)械在工作過(guò)程中都需要調(diào)速。例如車床切削工件時(shí)，精加工用高轉(zhuǎn)速，粗加工用低轉(zhuǎn)速；軋鋼機(jī)在軋制不同品種和不同厚度的鋼材時(shí)，也必須有不同的工作速度。

電力拖動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)速可以采用機(jī)械調(diào)速、電氣調(diào)速或二者配合起來(lái)調(diào)速。通過(guò)改變傳動(dòng)機(jī)構(gòu)速比的方法稱為機(jī)械調(diào)速；通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)參數(shù)的方法稱為電氣調(diào)速。本節(jié)只介紹他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電氣調(diào)速。

改變電動(dòng)機(jī)的參數(shù)就是人為地改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，從而使負(fù)載工作點(diǎn)發(fā)生變化，轉(zhuǎn)速隨之變化?？梢?jiàn)，在調(diào)速前后，電動(dòng)機(jī)必然運(yùn)行在不同的機(jī)械特性上。如果機(jī)械特性不變，因負(fù)載變化而引起電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的改變，則不能稱為調(diào)速。

根據(jù)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式

可知，當(dāng)電樞電流I_a不變時(shí)（即在一定的負(fù)載下），只要改變電樞電壓U、電樞回路串聯(lián)電阻R_s及勵(lì)磁磁通三者之中的任意一個(gè)量，就可改變轉(zhuǎn)速n。因此，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)具有三種調(diào)速方法：調(diào)壓調(diào)速,電樞串電阻調(diào)速和調(diào)磁調(diào)速。為了評(píng)價(jià)各種調(diào)速方法的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)調(diào)速方法提出了一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，稱為調(diào)速指標(biāo)。下面先對(duì)調(diào)速指標(biāo)做一介紹，然后討論他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的三種調(diào)速方法及其與負(fù)載類型的配合問(wèn)題。

1．評(píng)價(jià)調(diào)速的指標(biāo)

評(píng)價(jià)調(diào)速性能好壞的指標(biāo)由以下四個(gè)方面

（1）調(diào)速范圍

調(diào)速范圍是指電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載下可能運(yùn)行的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比，通常又用D表示，即

不同的生產(chǎn)機(jī)械對(duì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍有不同的要求。要擴(kuò)大調(diào)速范圍，必須盡可能地提高電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速和降低電動(dòng)機(jī)的最低轉(zhuǎn)速。電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速受電動(dòng)機(jī)的機(jī)械強(qiáng)度、換向條件、電壓等級(jí)等方面的限制，而最低轉(zhuǎn)速則受到低速運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速的相對(duì)穩(wěn)定性的限制。

（2）靜差率（相對(duì)穩(wěn)定性）

轉(zhuǎn)速的相對(duì)穩(wěn)定性是指負(fù)載變化時(shí)，轉(zhuǎn)速變化的程度。轉(zhuǎn)速變化小，其相對(duì)穩(wěn)定性好。轉(zhuǎn)速的相對(duì)穩(wěn)定性用靜差率表示。當(dāng)電動(dòng)機(jī)在某一機(jī)械特性上運(yùn)行時(shí)，由理想空載增加到額定負(fù)載，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降落與理想空載轉(zhuǎn)速n₀之比，就稱為靜差率，用百分?jǐn)?shù)表示為：

顯然，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性越硬，其靜差率越小，轉(zhuǎn)速的相對(duì)穩(wěn)定性就越高。但是靜差率的大小不僅僅是由機(jī)械特性的硬度決定的，還與理想空載轉(zhuǎn)速的大小有關(guān)。

靜差率與調(diào)速范圍兩個(gè)指標(biāo)是相互制約的，設(shè)圖1—38中曲線1和曲線4為電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速時(shí)的機(jī)械特性，則電動(dòng)機(jī)的范圍D與最低轉(zhuǎn)速是的靜差率關(guān)系如下：

式中，為最低轉(zhuǎn)速機(jī)械特性上的轉(zhuǎn)速降；為最低轉(zhuǎn)速時(shí)的靜差率，即系統(tǒng)的最大靜差率。

圖1—38   不同機(jī)械特性的靜差率

由式（1—64）可知，若對(duì)靜差率這一指標(biāo)要求過(guò)高，即值越小，則調(diào)速范圍D就越??；反之，若要求調(diào)速范圍D越大，則靜差率也越大，轉(zhuǎn)速的相對(duì)穩(wěn)定性越差。

不同的生產(chǎn)機(jī)械，對(duì)靜差率的要求不同，普通車床要求，而高精度的造紙機(jī)則要求。保證一定靜差率指標(biāo)的前提下，要擴(kuò)大調(diào)速范圍，就必須減小轉(zhuǎn)速降落。

（3）調(diào)速的平滑性

（4）調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性

主要指調(diào)速設(shè)備的投資、運(yùn)行效率及維修費(fèi)用等。

2．調(diào)速方法

（1）電樞回路串電阻調(diào)速

電樞回路串電阻調(diào)速的原理及調(diào)速過(guò)程可用圖1—39說(shuō)明。設(shè)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載T_L在固有特性上A點(diǎn)運(yùn)行，其轉(zhuǎn)速為n_N。若電樞回路串入電阻R_s1，則達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)后，工作點(diǎn)變?yōu)槿藶樘匦陨系腂點(diǎn)，轉(zhuǎn)速下降到n₁。從圖中可以看出，串入的電阻值越大，穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速就越低。

現(xiàn)以轉(zhuǎn)速由n_N降至n₁為例，說(shuō)明其調(diào)速過(guò)程。電動(dòng)機(jī)原來(lái)在A點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，T_em=T_L，n=n_N,當(dāng)串入R_s1后，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性變?yōu)橹本€n₀B，因串電阻瞬間轉(zhuǎn)速不突變，故E_a不突變，于是I_a及T_em突變減小，工作點(diǎn)平移到A^/點(diǎn)。在A^/點(diǎn)，T_em<T_L,所以電動(dòng)機(jī)開(kāi)始減速，隨著n的減小，E_a減小，I_a及T_em增大，即工作點(diǎn)沿A^/B方向移動(dòng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)B點(diǎn)時(shí)，T_em=T_L，達(dá)到了新的平衡，電動(dòng)機(jī)便在n₁轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)行。調(diào)速過(guò)程中轉(zhuǎn)速n和電流i_a(或T_em)隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖1—40所示。

   

              圖1—39   電樞串電阻調(diào)速          圖1—40    恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)電樞串電阻調(diào)速過(guò)程

電樞串電阻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便；缺點(diǎn)是：

（1）由于電阻只能分段調(diào)節(jié)，所以調(diào)速的平滑性差。

（2）低速是特性曲線斜率大，靜差率大，所以轉(zhuǎn)速的相對(duì)穩(wěn)定性差。

（3）輕載時(shí)調(diào)速范圍小，額定負(fù)載時(shí)調(diào)速范圍一般為D≤2。

（4）如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩保持不變，則調(diào)速前和調(diào)速后因磁通不變而使電動(dòng)機(jī)的T_em和I_a不變，輸入功率（P₁=U_NI_a）也不變，但輸出功率（）卻隨轉(zhuǎn)速的下降而減小，減小的部分被串聯(lián)的電阻消耗掉了，所以損耗較大，效率較低。而且轉(zhuǎn)速越低，所串電阻越大，損耗越大，效率越低，所以這種調(diào)速方法是不太經(jīng)濟(jì)的。

因此，電樞串電阻調(diào)速多用于對(duì)調(diào)速性能要求不高的生產(chǎn)機(jī)械上，如起重機(jī)、電車等。

（2）降低電源電壓調(diào)速

電動(dòng)機(jī)的工作電壓不允許超過(guò)額定電壓，因此電樞電壓只能在額定電壓以下進(jìn)行調(diào)節(jié)。降低電源電壓調(diào)速的原理及調(diào)速過(guò)程可用圖1—41說(shuō)明。

圖1—41  降低電壓調(diào)速

設(shè)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載T_L在固有特性上A點(diǎn)運(yùn)行，其轉(zhuǎn)速為n_N。若電源電壓由U_N下降至U₁，則達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)后，工作點(diǎn)將移到對(duì)應(yīng)人為特性曲線上的B點(diǎn)，其轉(zhuǎn)速下降為n₁。從圖中可以看出，電壓越低，穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速也越低。

轉(zhuǎn)速由n_N下降至n₁的調(diào)速過(guò)程如下：電動(dòng)機(jī)原來(lái)在A點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，T_em=T_L，n=n_N。當(dāng)電壓降至U₁后，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性變?yōu)橹本€n₀₁B。在降壓瞬間，轉(zhuǎn)速n不突變，E_a不突變，所以I_a和T_em突變減小，工作點(diǎn)平移到A^/點(diǎn)。在A^/點(diǎn)，T_em<T_L，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始減速，隨著n減小，E_a減小，I_a和T_em增大，工作點(diǎn)沿A^/B方向移動(dòng)，到達(dá)B點(diǎn)時(shí)，達(dá)到了新的平衡：T_em=T_L，此時(shí)電動(dòng)機(jī)便在較低轉(zhuǎn)速n₁下穩(wěn)定運(yùn)行。降壓調(diào)速過(guò)程與電樞串電阻調(diào)速過(guò)程類似，調(diào)速過(guò)程中轉(zhuǎn)速和電樞電流（或轉(zhuǎn)矩）隨時(shí)間的變化曲線也與圖1—40類似。

降壓調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是：

（1）電源電壓能夠平衡調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速；

（2）調(diào)速前后機(jī)械特性的斜率不變，硬度較高，負(fù)載變化時(shí)，速度穩(wěn)定性好；

（3）無(wú)論輕載還是重載，調(diào)速范圍相同，一般可達(dá)D=2.5~12；

（4）電能損耗較小。

降壓調(diào)速的缺點(diǎn)是，需要一套電壓可連續(xù)調(diào)節(jié)的直流電源。早期常采用發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱G—M系統(tǒng)，如圖1—42所示。圖中交流電動(dòng)機(jī)作為直流發(fā)電機(jī)G2及直流勵(lì)磁機(jī)G1的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。調(diào)節(jié)G2的勵(lì)磁電流I_fG,可以改變G2發(fā)出的電壓，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)M的調(diào)壓調(diào)速。通過(guò)圖中的雙向開(kāi)關(guān)可以改變I_fG的方向，從而改變G2輸出電壓的極性，以實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制。此外，調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁回路的電阻，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)磁調(diào)速。

這種系統(tǒng)的性能較為優(yōu)越，但設(shè)備多、投資大。目前，這種系統(tǒng)已被晶閘管—電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱SCR—M系統(tǒng)）取代，SCR—M系統(tǒng)如圖1—43所示。調(diào)壓調(diào)速多用在對(duì)調(diào)速性能要求較高的生產(chǎn)機(jī)械上，如機(jī)床、造紙機(jī)等。

       

圖1—42  G—M系統(tǒng)示意圖               圖1—43  SCR—M系統(tǒng)示意圖

   （3）減弱磁通調(diào)速

額定運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，其磁路已基本飽和，即使勵(lì)磁電流增加很多，磁通也增加很少，從電動(dòng)機(jī)的性能考慮也不允許磁路過(guò)飽和。因此，改變磁通只能從額定值往下調(diào)，調(diào)節(jié)磁通調(diào)速即是弱磁調(diào)速，其調(diào)速原理及調(diào)速過(guò)程可用圖1—44說(shuō)明。

設(shè)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載T_L在固有特性曲線上A點(diǎn)運(yùn)行，其轉(zhuǎn)速為n_N。若磁通由，則達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)后，工作點(diǎn)將移到對(duì)應(yīng)認(rèn)為特性上的B點(diǎn)，其轉(zhuǎn)速上升為n₁。從圖中可見(jiàn)，磁通越少，穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速將越高。

轉(zhuǎn)速由n_N上升到n₁的調(diào)速過(guò)程如下：電動(dòng)機(jī)原來(lái)在A點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，T_em=T_L，n=n_N。當(dāng)磁通減弱到后，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性變?yōu)橹本€n_01B。在磁通減弱的瞬間，轉(zhuǎn)速n不突變，電動(dòng)勢(shì)E_a隨著而減小，于是電樞電流I_a增大。盡管減小，但I(xiàn)_a增大很多，所以電磁轉(zhuǎn)矩T_em還是增大的，因此工作點(diǎn)移到A^/點(diǎn)。在A^/點(diǎn)，T_em>T_L，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始加速，隨著n上升，E_a增大，I_a和T_em減小，工作點(diǎn)沿A^/B方向移動(dòng)，到達(dá)B點(diǎn)時(shí)，T_em=T_L，出現(xiàn)了新的平衡，此時(shí)電動(dòng)機(jī)便在較高的轉(zhuǎn)速n₁下穩(wěn)定運(yùn)行。調(diào)速過(guò)程中電樞電流和轉(zhuǎn)速隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖1—45所示。

            

圖1—44  減弱磁通調(diào)速           圖1—45  恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)弱磁通調(diào)速過(guò)程

對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，調(diào)速前后電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩不變，因?yàn)榇磐p小，所以調(diào)速后的穩(wěn)態(tài)電樞電流大于調(diào)速前的電樞電流，這一點(diǎn)與前兩種調(diào)速方法不同。當(dāng)忽略電樞反應(yīng)影響和較小的電阻壓降R_aI_a的變化時(shí)，可近似認(rèn)為轉(zhuǎn)速與磁通成反比變化。

弱磁調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)：由于在電流較小的勵(lì)磁回路中進(jìn)行調(diào)節(jié)，因而控制方便，能量損耗小，設(shè)備簡(jiǎn)單，而且調(diào)速平滑性好。雖然弱磁升速后電樞電流增大，電動(dòng)機(jī)的輸入功率增大，但由于轉(zhuǎn)速升高，輸出功率也增大，電動(dòng)機(jī)的效率基本不變，因此弱磁調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性是比較好的。

弱磁調(diào)速的缺點(diǎn)：機(jī)械特性的斜率變大，特性變軟；轉(zhuǎn)速的升高受到電機(jī)換向能力和機(jī)械強(qiáng)度的限制，因此升速范圍不可能很大，一般D≤2。

為了擴(kuò)大調(diào)速范圍，常常把降壓和弱磁兩種調(diào)速方法結(jié)合起來(lái)。在額定轉(zhuǎn)速以下采用降壓調(diào)速，在額定轉(zhuǎn)速以上采用弱磁調(diào)速。

                 

（三）他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)

許多生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)作正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行，如起重機(jī)的升、降，龍門(mén)刨床的前進(jìn)與后退等。直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向是由電樞電流方向和主磁場(chǎng)方向確定的，要改變其轉(zhuǎn)向，一是改變電樞電流的方向，二是改變勵(lì)磁電流的方向。如果同時(shí)改變電樞電流和勵(lì)磁電流的方向，則電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向不會(huì)改變。

（四）他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)

根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩T_em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)T_em與n方向相同時(shí)，稱為電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，簡(jiǎn)稱電動(dòng)狀態(tài)；當(dāng)T_em與n方向相反時(shí)，稱為制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，簡(jiǎn)稱制動(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。

1．能耗制動(dòng)

圖1—46是能耗制動(dòng)的接線圖。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I_a、電樞電動(dòng)式E_a、轉(zhuǎn)速n及驅(qū)動(dòng)性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩T_em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R_B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E_a的方向均不改變。但是，由E_a在閉合的回路內(nèi)產(chǎn)生的電樞電流I_aB卻與電動(dòng)狀態(tài)時(shí)電樞電流I_a的方向相反，由此而產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩T_emB也與電動(dòng)狀態(tài)時(shí)T_em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)方式稱為能耗制動(dòng)。

圖1—46  能耗制動(dòng)接線圖

圖1—47   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)械特性曲線說(shuō)明。設(shè)制動(dòng)前工作點(diǎn)在固有特性曲線A點(diǎn)處，其n>0，T_em>0，T_em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)特性曲線上的B點(diǎn)。在B點(diǎn)，n>0，T_em<0，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，T_em=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，T_em=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OC方向移動(dòng)。此時(shí)E_a的方向隨n的反向而反向，即n和E_a的方向均與電動(dòng)狀態(tài)時(shí)相反，而E_a產(chǎn)生的I_a方向卻與電動(dòng)狀態(tài)時(shí)相同，隨之T_em的方向也與電動(dòng)狀態(tài)時(shí)相同，即n<0, T_em>0，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1—47中的C點(diǎn)。

改變制動(dòng)電阻R_B的大小，可以改變能耗制動(dòng)特性曲線的斜率，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。R_B越小，特性曲線的斜率越小，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)2~2.5倍的額定電流。選擇制動(dòng)電阻的原則是

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。

[例2]   一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)為P_N=10kW，U_N=220V，I_N=53A, n_N=1000r/min，R_a=0.3Ω，電樞電流最大允許值為2I_N。(1)電動(dòng)機(jī)在額定狀態(tài)下進(jìn)行能耗制動(dòng)，求電樞回路應(yīng)串接的制動(dòng)電阻值。（2）用此電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)起重機(jī)，在能耗制動(dòng)狀態(tài)下以300 r/min的轉(zhuǎn)速下放重物，電樞電流為額定值，求電樞回路應(yīng)串入多大的制動(dòng)電阻

[解]  （1）制動(dòng)前電樞電動(dòng)勢(shì)為

應(yīng)串入的制動(dòng)電阻值為

（2）因?yàn)閯?lì)磁保持不變，則

 

下放重物時(shí)，轉(zhuǎn)速為n=−300r/min，由能耗制動(dòng)的機(jī)械特性

2．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)的接線圖如圖1—48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R_B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E_a順向串聯(lián)，共同產(chǎn)生很大的反向電流：

反向的電樞電流I_aB產(chǎn)生很大的反向電磁轉(zhuǎn)矩T_emB，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U_N與E_a之差決定，而反接制動(dòng)時(shí)，電樞電流的大小由U_N與E_a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R_B。R_B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I_max=(2~2.5)I_N,因此應(yīng)串入的制動(dòng)電阻值為

可見(jiàn)，其特性曲線是一條通過(guò)−n₀點(diǎn)，斜率為的直線，如圖1—49中線段BC所示。

電壓反接制動(dòng)時(shí)電機(jī)工作點(diǎn)的變化情況可用圖1—48說(shuō)明如下：設(shè)電動(dòng)機(jī)原來(lái)工作在固有特性上的A點(diǎn)，反接制動(dòng)時(shí)，由于轉(zhuǎn)速不突變，工作點(diǎn)沿水平方向躍變到反接制動(dòng)特性上的B點(diǎn)，之后在制動(dòng)轉(zhuǎn)矩作用下，轉(zhuǎn)速開(kāi)始下降，工作點(diǎn)沿BC方向移動(dòng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)C點(diǎn)時(shí)，制動(dòng)過(guò)程結(jié)束。在C點(diǎn)，n=0,但制動(dòng)的電磁轉(zhuǎn)矩T_emB=T_C≠0，如果負(fù)載是反抗性負(fù)載，且時(shí)，電動(dòng)機(jī)便停止不轉(zhuǎn)。如果時(shí)，這時(shí)在反向轉(zhuǎn)矩作用下，電動(dòng)機(jī)將反向起動(dòng)，并沿特性曲線加速到D點(diǎn)，進(jìn)入反向電動(dòng)狀態(tài)下穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)制動(dòng)的目的就是為了停車時(shí)，那么在電機(jī)轉(zhuǎn)速接近于零時(shí)，必須立即斷開(kāi)電源。

反接制動(dòng)過(guò)程中（圖1—49中BC段），U、I_a、T_em均為負(fù)，而n、E_a為正。輸入功率P₁= U I_a>0，表明電機(jī)從電源輸入電功率；輸出功率，表明軸上輸入的機(jī)械功率轉(zhuǎn)變成電樞回路的電功率。由此可見(jiàn)，反接制動(dòng)時(shí)，從電源輸入的電功率和從軸上輸入的機(jī)械功率轉(zhuǎn)變成的電功率一起全部消失在電樞回路的電阻（R_a+R_B）上，其能量損耗是很大的。

             

圖1—48   電壓反接制動(dòng)接線圖           圖1—49   電壓反接制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性

（2）倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)

倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)只適用于位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載?，F(xiàn)以起重機(jī)下放重物為例來(lái)說(shuō)明。

圖1—50（a）所示為正向電動(dòng)狀態(tài)（提升重物）時(shí)電動(dòng)機(jī)的各物理量方向，此時(shí)電動(dòng)機(jī)工作在固有特性[圖1—50（c）]上的A點(diǎn)。如果在電樞回路中串入一個(gè)較大的電阻R_B，便可實(shí)現(xiàn)倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)。串入R_B將得到一條斜率較大的人為特性，如圖1—50（c）中的直線n₀D所示，制動(dòng)過(guò)程如下：串電阻瞬間，因轉(zhuǎn)速不能突變，所以工作點(diǎn)由固有特性上的A點(diǎn)沿水平跳躍到人為特性上的B點(diǎn)，此時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩T_B小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩T_L，于是電機(jī)開(kāi)始減速，工作點(diǎn)沿人為特性由B點(diǎn)向C點(diǎn)變化，到達(dá)C點(diǎn)時(shí)，n=0,電磁轉(zhuǎn)矩為堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩T_K，因T_K仍小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩T_L，所以在重物的重力作用下電機(jī)將反向旋轉(zhuǎn)，即下放重物。因?yàn)閯?lì)磁不變，所以E_a隨n的方向而改變方向，由圖1—50（b）所示可以看出I_a的方向不變，故T_em的方向也不變。這樣，電機(jī)反轉(zhuǎn)后，電磁轉(zhuǎn)矩為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，電機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)，如圖1—50（c）中的CD段所示。隨著電機(jī)反向轉(zhuǎn)速的增加，E_a增大，電樞電流I_a和制動(dòng)的電磁轉(zhuǎn)矩T_em也相應(yīng)增大，當(dāng)?shù)竭_(dá)D點(diǎn)時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩平衡，電機(jī)便以穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速勻速下放重物。若電機(jī)串入R_B越大，最后穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速越高，下放重物的速度也越快。

電樞回路串入較大的電阻后，電機(jī)能出現(xiàn)反轉(zhuǎn)制動(dòng)運(yùn)行，主要是位能負(fù)載的倒拉作用，又因?yàn)榇藭r(shí)的E_a與U也順向串聯(lián)，共同產(chǎn)生電樞電流，這一點(diǎn)與電壓反接制動(dòng)相似，因此把這種制動(dòng)稱為倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)。

倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性方程式就是電動(dòng)狀態(tài)時(shí)電樞串聯(lián)電阻的人為特性方程式，只不過(guò)此

圖1—50    倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)

時(shí)電樞串入的電阻值較大，使得n<0。因此，倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)特性曲線是電動(dòng)狀態(tài)電樞串電阻人為特性在第四象限的延伸部分。倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)時(shí)的能量關(guān)系和電壓反接制動(dòng)時(shí)相同。      

3．回饋制動(dòng)

電動(dòng)狀態(tài)下運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，在某種條件下（如電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的機(jī)車下坡時(shí)）會(huì)出現(xiàn)運(yùn)行轉(zhuǎn)速n高于理想空載轉(zhuǎn)速n₀的情況，此時(shí)E_a>U，電樞電流反向，電磁轉(zhuǎn)矩的方向也隨之改變：由驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩變成制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。從能量傳遞方向看，電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，將機(jī)車下坡時(shí)失去的位能變成電能回饋給電網(wǎng)，因此這種狀態(tài)稱為回饋制動(dòng)狀態(tài)。

回饋制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性方程式與電動(dòng)狀態(tài)時(shí)相同，只是運(yùn)行在特性曲線上不同的區(qū)段而已。當(dāng)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)機(jī)車下坡出現(xiàn)回饋制動(dòng)時(shí)，其機(jī)械特性位于第二象限，如圖1—51中的n₀A段。當(dāng)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)起重機(jī)下放重物出現(xiàn)回饋制動(dòng)時(shí)，其機(jī)械特性位于第四象限，如圖1—51中的−n₀B段。圖1—51中的A點(diǎn)是電機(jī)處于正向回饋制動(dòng)穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)，表示機(jī)車以恒定的速度下坡。圖1—51中的B點(diǎn)是電機(jī)處于正向回饋制動(dòng)穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)，表示重物勻速下放。

除以上兩種回饋制動(dòng)穩(wěn)定運(yùn)行外，還有一種發(fā)生在動(dòng)態(tài)過(guò)程中的回饋制動(dòng)過(guò)程。如降低電樞電壓的調(diào)速過(guò)程和弱磁狀態(tài)下增磁調(diào)速過(guò)程中都將出現(xiàn)回饋制動(dòng)過(guò)程，下面對(duì)這兩種情況進(jìn)行說(shuō)明。

圖1—51  回饋制動(dòng)機(jī)械特性

在圖1—52中，A點(diǎn)時(shí)電動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行工作點(diǎn)，對(duì)應(yīng)電壓為U₁，轉(zhuǎn)速為n_A。當(dāng)進(jìn)行降壓（U₁降為U₂）調(diào)速時(shí)，因轉(zhuǎn)速不突變，工作點(diǎn)由A點(diǎn)平移到B點(diǎn)，此后工作點(diǎn)在降壓人為特性的Bn₀₂段上變化過(guò)程即為回饋制動(dòng)過(guò)程，它起到了加快電機(jī)的減速作用，當(dāng)轉(zhuǎn)速到n₀₂時(shí)，制動(dòng)過(guò)程結(jié)束。從n₀₂降到C點(diǎn)轉(zhuǎn)速n_c為電動(dòng)狀態(tài)減速過(guò)程。

在圖1—53中，磁通由增大到時(shí)，工作點(diǎn)的變化情況與圖1—52相同，其工作點(diǎn)在Bn₀₂段上變化時(shí)也為回饋制動(dòng)過(guò)程。

      

圖1—52  降壓調(diào)速時(shí)產(chǎn)生回饋制動(dòng)        圖1—53   增磁調(diào)速時(shí)產(chǎn)生回饋制動(dòng)

回饋制動(dòng)時(shí)，由于有功率回饋到電網(wǎng)，因此與能耗制動(dòng)和反接制動(dòng)相比，回饋制動(dòng)是比較經(jīng)濟(jì)的。

二、串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速、反轉(zhuǎn)與制動(dòng)

（一）串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和反轉(zhuǎn)

為了限制起動(dòng)電流，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法與他勵(lì)電動(dòng)機(jī)一樣，也是采用電樞串電阻起動(dòng)和降低電源電壓起動(dòng)。由于T_em與成正比，所以串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，適用于重載起動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械上，例如起重、運(yùn)輸設(shè)備等。

串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速也是采用電樞串電阻、降壓和弱磁三種調(diào)速方法。其中電樞串電阻調(diào)速比較常用，弱磁調(diào)速用得較少。

串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)方法與他勵(lì)電動(dòng)機(jī)一樣。

（二）串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)

對(duì)于串勵(lì)電動(dòng)機(jī)，若不考慮剩磁，只有n趨于無(wú)窮大時(shí)，才能出現(xiàn)E_a= U，要使E_a＞U，顯然無(wú)法實(shí)現(xiàn)。雖然電機(jī)中存在少量的剩磁，但要使E_a＞U，轉(zhuǎn)速將高達(dá)不能允許的數(shù)值，故串勵(lì)電動(dòng)機(jī)不存在回饋制動(dòng)狀態(tài)。串勵(lì)電動(dòng)機(jī)只有能耗制動(dòng)和反接制動(dòng)兩種制動(dòng)方法，下面分別進(jìn)行分析。

1．能耗制動(dòng)

串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)分為他勵(lì)式和自勵(lì)式兩種。

他勵(lì)式能耗制動(dòng)是把勵(lì)磁繞組由串勵(lì)型式改接成他勵(lì)型式，即把勵(lì)磁繞組單獨(dú)接到電源上，電樞繞組外接制動(dòng)電阻R_B后形成閉路，如圖1—54( a )所示。由于串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組電阻R_f很小，如果采用原來(lái)的電源，因電壓較高，則必須在勵(lì)磁回路中串入一個(gè)較大的限流電阻R_sf。此外還必須保持勵(lì)磁電流I_f的方向與電動(dòng)狀態(tài)時(shí)相同，否則不能產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩（因I_a已反向）。他勵(lì)式能耗制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性為一直線，如圖1—54（b）中直線BC所示，其制動(dòng)過(guò)程與他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)完全相同。他勵(lì)式能耗制的效果好，應(yīng)用較廣泛。

圖1—54    串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的他勵(lì)式能耗制動(dòng)

自勵(lì)式能耗制動(dòng)時(shí)，電樞回路脫離電源后，通過(guò)制動(dòng)電阻形成閉路，但為了實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，必須同時(shí)改接串勵(lì)繞組，以保證勵(lì)磁電流的方向不變，如圖1—55（a）所示。自勵(lì)式能耗制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性如圖1—55（b）中曲線BO所示。由圖可見(jiàn)，自勵(lì)式能耗制動(dòng)開(kāi)始制動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，隨著轉(zhuǎn)速下降，電樞電動(dòng)勢(shì)和電流也下降，同時(shí)磁通也減小，從公式T_em=C_TΦI_a可見(jiàn)，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩下降很快，制動(dòng)效果變?nèi)?，所以制?dòng)時(shí)間較長(zhǎng)且制動(dòng)不平穩(wěn)。由于這種制動(dòng)方式不需要電源，因此主要用于事故停車。

圖1—55    串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的自勵(lì)式能耗制動(dòng)

2．反接制動(dòng)

串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)也有電壓反接制動(dòng)和倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)兩種。

串勵(lì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行電壓反接制動(dòng)時(shí)，并不是將電源電壓反接，因?yàn)檫@樣將會(huì)造成I_a和I_f同時(shí)改變方向，電磁轉(zhuǎn)矩方向不變，起不到制動(dòng)作用。因此，只能將電樞兩端反接，而勵(lì)磁繞組的接法不變，如圖1—56（a）所示。為了限制過(guò)大的制動(dòng)電流，還應(yīng)串入制動(dòng)電阻R_B。其機(jī)械特性如圖1—56（b）中曲線BC所示。圖中A點(diǎn)是正向電動(dòng)工作點(diǎn)，B點(diǎn)是制動(dòng)起始點(diǎn),減速時(shí)，工作點(diǎn)由B點(diǎn)沿特性曲線向C點(diǎn)移動(dòng)，到達(dá)C點(diǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)速為零。若要停車，應(yīng)斷開(kāi)電源，否則電動(dòng)機(jī)將反向起動(dòng)并加速到D點(diǎn)，在D點(diǎn)處于反向電動(dòng)運(yùn)行。

圖1—56   串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的電壓反接制動(dòng)

串勵(lì)電動(dòng)機(jī)倒拉反接制動(dòng)只適用于位能性負(fù)載。方法是保持電壓極性不變，電樞回路串入一個(gè)較大的電阻R_B，使電動(dòng)機(jī)倒拉反轉(zhuǎn)，其接線圖和機(jī)械特性如圖1—57所示。在圖1—57（b）中，A點(diǎn)是電

圖1—57   串勵(lì)電動(dòng)機(jī)倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)

動(dòng)機(jī)運(yùn)行工作點(diǎn)，當(dāng)電樞回路串入R_B后，工作點(diǎn)移至B點(diǎn)，并進(jìn)入制動(dòng)減速運(yùn)行，當(dāng)工作點(diǎn)到達(dá)C點(diǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)速減至零，但由于電磁轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩（Tc ＜T_L），于是在位能負(fù)載倒拉下，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)并加速，直到D進(jìn)入反接制動(dòng)狀態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行，勻速下放重物。

串勵(lì)電動(dòng)機(jī)在各種運(yùn)行狀態(tài)下的能量關(guān)系與他勵(lì)電動(dòng)機(jī)相同，這里不再贅述。

三、復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的的起動(dòng)、調(diào)速與制動(dòng)

復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的兩個(gè)勵(lì)磁繞組，分別為串勵(lì)繞組和他勵(lì)（或并勵(lì)）繞組，若這兩個(gè)繞組的磁動(dòng)勢(shì)方向是相同的，則稱為積復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)。

積復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性介于他勵(lì)（或并勵(lì)）與串勵(lì)電動(dòng)機(jī)之間。當(dāng)他勵(lì)（或并勵(lì)）繞組磁動(dòng)勢(shì)較大而起主要作用時(shí)，機(jī)械特性接近于他勵(lì)（或并勵(lì)）特性；當(dāng)串勵(lì)繞組磁動(dòng)勢(shì)較大而起主要作用時(shí)，機(jī)械特性便接近于串勵(lì)特性。

復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)既具有串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、過(guò)載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，又因?yàn)橛胁?lì)繞組，使得理想空載轉(zhuǎn)速不至于太高，因而避免了“飛車”的危險(xiǎn)。

復(fù)勵(lì)電動(dòng)的起動(dòng)和調(diào)速方法與他勵(lì)電動(dòng)機(jī)相同。復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)也可進(jìn)行能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)和回饋制動(dòng)。反接制動(dòng)時(shí)的接線與串勵(lì)電動(dòng)機(jī)類似，而回饋制動(dòng)和能耗制動(dòng)時(shí)，由于電樞電流反向，串勵(lì)磁動(dòng)勢(shì)也反向，它對(duì)并勵(lì)磁動(dòng)勢(shì)起去磁作用，這將影響制動(dòng)效果，故在這兩種制動(dòng)時(shí)，往往將串繞勵(lì)組短接起來(lái)。