第二章 直流电动机的电力拖动(修改)

N Ra Ce CT 2 N
n0 U N C e N
n N n0 N TN n0 n N
额定转速降： n N N TN
n0
ΔnN
nN
他励直流电动机的固有机械特性
三、人为机械特性
1、电枢回路串电阻时的人为机械特性
U N Ra RC n T 2 C e N C e C T N
a)原理图
b)机械特性
四、根据电动机的铭牌数据计算和绘制机械特性
已知:
PN U N
IN
nN
U N I N Ra C e N nN 1 1 U N I N PN Ra ( ~ ) 2 2 3 IN
UN 理想空载点： T 0, n0 C e N
额定工作点：n n N ，T TN
t x Tm ln Tqs TL Tx TL
若已知I=f(t)及Ｘ点的电流Ix
t x Tm ln I qs I L Ix IL
四、Tm的物理意义
Tm决定过渡过程时间的长短
电机从起动开始，一直以最大加速度上升，则达到稳
态转速nA所需的时间就是Tm ，这就是Tm的物理意义。
在交点附近应有
dT dTL dn dn
稳定运行充分条件的判定
第三节
起动步骤：
他励直流电动机的起动
一、起动过程分析
1、建立磁场 2、加电枢电压。 直接起动的特点:起动电流大、起动转矩大 因此起动方法有：降压起动和电枢串电阻起动
二、降压起动：
降低电源电压起动时的接线及机械特性
三、电枢回路串电阻分级起动
第二章 直流电动机的电力拖动
第一节 他励直流电动机的机械特性
第二节
第三节 第四节 第五节
电力拖动系统稳定运行的条件
他励直流电动机的起动 直流电动机电力拖动系统的过渡过程 他励直流电动机的制动
第六节 他励直流电动机的调速 第七节 串励直流电动机的电力拖动
第一节 他励直流电动机的机械特性
机械特性: n=f (T). 他励直流电动机的机械特性是指在电枢电 压、励磁电流、电枢总电阻均为常数的条件下， 电动机的转速 n 与电磁转矩 T的关系曲线：n=f
式中：
Ra ——电枢电阻；
RC ——电枢回路外串电阻；
C e ——电动势常数；
CT ——转矩常数；
当 U 、及 Ra RC都保持为常数时，上式表 示的就是 n 与 T 之间的函数关系，即他励直流电
动机的机械特性方程式。
可以把式(2-1)写成如下形式
n n0 T
n 式中： 0 ——理想空载转速，n0 U Ce ；
T Tb TL
沿 bd 特性减速，到 c 点，n 0 。 c 点，T Tc TL ，在位能负载 TL 拖动下反转。
U N Ea Ia Ra R f 随 n 的增大而增大。 T d 点， d TL ，电机以恒定的转速 n d下放重物。
d点稳定运行须具备两个条件：
4、能耗制动运行
能耗制动过程的功率流程图
二、反接制动
1、转速反向的反接制动 (1) 制动原理：
转速反向的反接制动线路图及机械特性
（a） 原理图
（b） 机械特性
提升重物
a 稳定点： 点
E 要制动，电枢串R f ，a n 来不及变化
工作点由 a b
U N Ea Ia 减小 Ra R f
机电时间常数的物理意义
五、减少过渡过程时间的方法
减少过渡过程时间的方法有二： 1. 减小机电时间常数Tm 减小Tm的主要方法是减小系统的总飞轮距GD2 选用专门设计制造的小惯量电动机，其特点是 电枢细长，GD2小； 采用双电动机拖动
2. 改善起动电流的波形
理想起动时电流、转速曲线
第五节
他励直流电动机的制动
能回到原来的平衡状态。 扰动：电网电压的波动；负载的变化。
TL
TL'
A'
T
A点：T A TL
当 T T ，n 暂时不变， 1 L 根据 U Ce n I a Ra ， I a 不变，
Ta 不变，d 0 ，系统减速。
dt
A
稳定运行
随着 n下降， T 增大，当 n n A 时， TA TL ， T 系统达到新的平衡 。 系统加速。随着 n 升高， 减小，直到 TA TL ，系统回到 T 原来的平衡状态。因此这个平衡是稳定的， 点称为稳定 A 运行点。
C点停车，切断电源，施 以机械抱闸 若为反抗性负载，反向 加速到 d 点，反向电动 运行。 若为位能性负载，继续 加速到 e 点，回馈制动 状态。
已知电力拖动系统的运动方程式为：
d GD 2 dn T TL J dt 375 dt
他励电动机的机械方程式为：n n0 L 为稳态点的转速
Tm 为机电时间常数，单位为秒
R为电枢回路总电阻
2、转矩T的变化规律 T=f (t )
R 1、 f 要大
2、要有位能性负载倒拉
(2) 机械特性：
n n0 Ra R f C e Ct
2 N
T
(3) 能量关系： P Pcu PM 1 而： P UI a 0 1 故：
PM Ea I a T 0
Pcu I a2 ( Ra R f ) P1 PM 0
整理后得T=f (t )表达式为：
T TL (Tqs TL )e
t / Tm
3、电枢电流Ia的变化规律 Ia =f (t )
整理后得Ia=f(t )表达式为：
I a I L ( I qs I L )e
t / Tm
a
（a）n=f(t)
（b）T=f (t ) 过渡过程曲线
2、电压反接的反接制动
(1)制动原理：
电压反接制动的原理图及机械特性 （a） 原理图 b） 机械特性
(2)机械特性及制动电阻的计算
n n0 Ra R f CeCT
2 N
T
U N Ea Rf Ra I max
(3)能量关系
与转速反向的反接制动相同 (4)C点之后的情况
U N Eb b I 2 R3 U N Ec c I1 R2
两式相除得： 同理:
I1 R2 d , e I 2 R1 I1 R1 f , g I 2 Ra
令 ：
I1 I2
I1 R3 R2 R1 I 2 R2 R1 Ra
R1 R a R 2 R1 2 R a R 3 R 2 3 R a

——机械特性的斜率， Ra Rc Ce CT
′
他励直流电动机的机械特性
A点：理想空载点 T 0 n n0 U Ce
u B点：堵转点 T Tk CT Ra Rc
n0
n0为： n 0 n 0 T0 实际空载转速
二、固有机械特性
Rc1<Rc2
Ra
Ra+Rc1
Ra+RC2
电枢串电阻时的原理图和机械特性
2、改变电源电压的人为机械特性
UN>U1>U2>U3
n01 n02 n03
改变电源电压的原理图和机械特性
a)原理图
b)机械特性
3、改变磁通的人为机械特性
n03 n02 n01
Φ3 Φ2
ΦN> Φ1>Φ2>Φ3
n0 Φ1
减弱磁通时的原理图和机械特性
TN CT N I N 9.55Ce N I N
第二节电力拖动系统稳定运行的条件
平衡状态：当电动机电磁转矩与负载转矩 T TL 满足称该系统达到平衡状态。 平衡稳定：是指电力拖动系统原来处于一种平衡运 行状态，在某扰动下离开了原来的平衡状态，在新
的状态下达到了新的平衡，并且在扰动消失后，还
电动机本身固有的特性称为固有机械特性。 它应具备的条件是： 电源电压 U U N 励磁磁通 N 电枢所串电阻 Rc 0
即得固有机械特性方程式：
UN Ra n T 2 C e N C e CT N
固有机械特性也可表示为：
n n0 N T
其中： 额定转速：
稳定点： A点 制动后，工作点：A B
Ia Ea 0, T CT I a 0 Ra Rn
n 产生制动转矩， 当 n 0 时， 0 ，制动过程结束。 T
2、机械特性及制动电阻的计算 机械特性的方程式：
Ra Rn n T 2 CeCt N
制动电阻：
1. 起动过程
f
g
d
b
e
c
a
T2 T1
I2
I1
起动过程电枢串电阻三级起动的接线图及机械特性 （a）接线图 b）机械特性
起动开始，串入全部电阻，电枢加额定电压， 段， ab 起动转矩 T1 ，加速。 到 b 点后，合上 KM 3 ，电枢电流 I 2 I1 ，运行点 由 b c ，继续加速。 到 d 点后，合上 KM 2 ，电枢电流由 I 2 I1 ，运行点 由 d e ，继续加速。 到 f 点后，合上 KM 1 ，电枢电流由 I 2 I1 ，运行 点由 f g ，继续加速，直到 ， T TL ，电机稳 定运行，起动过程结束。
Rn
Ea Ra I max
式中： Ea 制动开始时电动机的电枢电动势；
I max 制动开始时最大允许电流，应带入负值
3、能量关系： P1 Pcu PM 而： P UI a 0 1
PM Ea I a T 0
Pcu I a2 ( Ra Rn ) PM 0 故：