02第2章 直流电机电力拖动

2 3 IN U I P N N N
nN
二、人为特性的求取 在固有机械特性 方程 n = n 0 β T em 的基础上，根据人为 特性所对应的参数RS 或U 或Φ 变化，重新 计算n 0 和 β ，然后得 到人为机械特性方程 式。
T （4）计算额定工作点： N = C T Φ N I N , n = n N
U R n= T em 2 C eΦ C eC T Φ = n 0 β T em
n0
nN
n
n '0
n 0 称为理想空载转速。
′ 实际空载转速 n 0 = U R T0 2 C eΦ C eC T Φ
Tem T0
TN
第二章 直流电动机的电力拖动
2.2 他励直流电动机的机械特性
2.2.2 固有机械特性和人为机械特性
第二章 直流电动机的电力拖动
2.2 他励直流电动机的机械特性
2.2.2 固有机械特性和人为机械特性
1、电枢串电阻时的人为特性 保持U = U N , Φ = Φ N 不变,只在电枢回路中串入电阻 R S的人为特性
n =
UN Ra + RS T em 2 C eΦ N C eC T Φ N
n
n0
Ra
β 特点：1）n0 不变， 变大；
2） β 越大，特性越软。
Ra + RS Tem
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2.2 他励直流电动机的机械特性
2.2.2 固有机械特性和人为机械特性
2、降低电枢电压时的人为特性 保持R = Ra , Φ = Φ N 不变，只改变电枢电压U 时的人为特性：
n = U C eΦ
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2.1电力拖动系统的运动方程式和负载转矩特性
2.1.1 电力拖动系统的运动方程式
一、运动方程式 电力拖动系统运动方程式描述了系统的运 + 动状态，系统的运动状态取决于作用在原动 机转轴上的各种转矩。 根据如图给出的系统（忽略空载转矩）， 可写出拖动系统的运动方程式： d T em T L = J dt d 其中J 为系统的惯性转矩。 dt
2 TL TL0 TL
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2.2 他励直流电动机的机械特性
2.2.1 机械特性的表达式
直流电动机的机械特性是指电动机在电枢电压、励磁电流、 电枢回路电阻为恒值的条件下，即电动机处于稳态运行时，电动 n 机的转速与电磁转矩之间的关系： = f (Tem) 由电机的电路原理图可得机械特性的表达式：
dn dn
Tem
在交点 Tem = TL 处满足dTem < dTL 。 或者说，在交点的转速以上 存在 Tem < TL ,在交点的转速以下存在 Tem > TL 。
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2.3 他励直流电动机的起动
电动机的起动是指电动机接通电源后，由静止状态加速到稳 定运行状态的过程。 起动瞬间，起动转矩和起动电流分别为
R3 R2 R1 I1 = = = =β R2 R1 Ra I 2
R st 3 = ( β 1) β R a = β R st 2 R stm = ( β 1) β m 1 R a = β R stm 1
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2.3 他励直流电动机的起动
2.3.1 电枢回路串电阻起动
二、分组起动电阻的计算 计算各级起动电阻的步骤： （1）估算或查出电枢电阻 R a ； （2）根据过载倍数选取最大转矩 T 1 对应的最大电流 I 1 ； （3）选取起动级数 m ； UN β = m m 取整数 （4）计算起动电流比： I1 R a T1 （5）计算转矩: T 2 = ，校验：2 ≥ (1.1 ~ 1.3)TL T β 如果不满足，应另选 T1 或 m 值并重新计算，直到满足该条件为止。 （6）计算各级起动电阻。
A
Tem
TL
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2.2 他励直流电动机的机械特性
2.2.4 电力拖动系统稳定运行条件
n 在B点，系统平衡Tem = TL T 扰动使转速由nB 上升到n′ ， em > TL ， n′ B B 电力拖动系统稳定运行的充分必要条件是： 即使扰动消失，系统也将一直加速， nB B 不能回到 B 点运行。 n′′ B 1.必要条件:nB下降到n′′ ， em < TL ， 扰动使转速由 B T 系统将一直减速，不可能回到 B 点 电动机的机械特性与负载转矩特性有交点,即存在 Tem = TL 0 运行。 TL 2.充分条件:
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2.3 他励直流电动机的起动
2.3.2 降压起动
当直流电源电压可调时，可采用降压方法起动。 起动时，以较低的电源电压起动电动机，起动电流随电源电 压的降低而正比减小。随着电动机转速的上升，反电动势逐渐增 大，再逐渐提高电源电压，使起动电流和起动转矩保持在一定的 数值上，保证按需要的加速度升速。 降压起动需专用电源，设备投资较大，但它起动平稳，起动 过程能量损耗小，因此得到广泛应用。
GD 2 dn TL = 375 dt
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2.1电力拖动系统的运动方程式和负载转矩特性
2.1.1 电力拖动系统的运动方程式
二、运动方程式中转矩正、负号的规定 首先确定电动机处于电动状态时的旋转方向为转速的正方向， 然后规定： （1）电磁转矩 Tem 与转速 n 的正方向相同时为正，相反时为负。 （2）负载转矩 TL 与转速 n 的正方向相同时为负，相反时为正。
C T Φ N = 9 .55 C e Φ N U （3）计算理想空载点：em = 0, n0 = N T Ce Φ N
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2.2 他励直流电动机的机械特性
2.2.4 电力拖动系统稳定运行条件
处于某一转速下运行的电力拖动系统，由于受到某种扰动，导 致系统的转速发生变化而离开原来的平衡状态，如果系统能在新的 条件下达到新的平衡状态，或者当扰动消失后系统回到原来的转速 下继续运行，则系统是稳定的，否则系统是不稳定的。 n 在A点，系统平衡Tem = TL 扰动使转速有微小增量，转速由 n A n′ A ′ ，Tem < TL ，扰动消失，系 上升到n A nA 统减速，回到 A 点运行。 A T 扰动使转速由n A下降到n′′ ，em > TL ， n′′ A 扰动消失，系统加速，回到 A点运 行。 0
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2.4 他励直流电动机的制动
当Tem 与 n 的方向相同时，电机运行于电动机状态，当Tem 与n 方向相反时，电机运行于制动状态。
2.4.1 能耗制动
在电动状态，电枢电流、电枢电动势、 转速及驱动性质的电磁转矩如图所示。 由于惯性，电枢保持原来方向继续旋转， 需要制动时,将开关S投向制动电阻R B上即可。 电动势 Ea 方向不变。由Ea产生的电枢电流IaB I 的方向与电动状态时的 Ia方向相反,对应的电 a 磁转矩TemB与 Tem 方向相反,为制动性质,电机处 于制动状态。 制动运行时，电机靠生产机械的惯性力 的拖动而发电，将生产机械储存的动能转换 成电能，消耗在电阻上，直到电机停止转动。
T st = C T Φ I st UN I st = Ra 起动时由于转速 n = 0 ，电枢电动势 Ea = 动电流将达很大值。 过大的起动电流将引起电网电 压下降、影响电网上其它用户的正常用电、使电动机的换向恶化； 同时过大的冲击转矩会损坏电枢绕组和传动机构。一般直流电动 机不允许直接起动。 为了限制起动电流，他励直流电动机通常采用电枢回路串电 阻或降低电枢电压起动。
n TL
n TL
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2.1电力拖动系统的运动方程式和负载转矩特性
2.1.2 负载的转矩特性
负载的转矩特性，就是负载的机械特性，简称负载特性。 三、泵与风机类负载特性 二、恒功率负载特性 恒功率负载特点是：负载转 负载的转矩TL 基本上与转 矩与转速的乘积为一常数，即TL 速 n 的平方成正比。负载特性 与 n 成反比，特性曲线为一条双 为一条抛物线。 曲线。 n n 1
N
Ra C eC T Φ
n
2 N
T em
n0
UN
n 01
特点：1)n0 随U 变化, β 不变; 2) 不同,曲线是一组平行线。 U
U1 < U N
U1
Tem
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2.2 他励直流电动机的机械特性
2.2.2 固有机械特性和人为机械特性
3、减弱励磁磁通时的人为特性 保持 R = Ra ,U = U N 不变，只改变励磁回路调节电阻RSf 的人为特性：
UN Ra n= T 2 em C eΦ C eCT Φ
n02 n
n 01
Φ2
Φ1
Φ 2 > Φ1 > Φ N
n0
n 特点：1）弱磁，0增大；
β 2）弱磁， 增大
ΦN
Tem
T k 2 T k 1 Tk
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2.2 他励直流电动机的机械特性
2.2.3 机械特性求取
一、固有特性的求取 已知 PN , U N , I N , n N ，求两点:1）理想空载 点(Tem = 0, n = n0 ) 和额定运行(Tem = TN , n = nN )。 具体步骤： 1 2 U I P （1）估算 Ra : R a = ( ~ ) N N 2 N （2）计算 C e Φ N 和 C T Φ N :C e Φ N =
GD 2 dn （3）惯性转矩 的大小和正负号由Tem和TL 的代数和决定。 375 dt
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2.1电力拖动系统的运动方程式和负载转矩特性
2.1.2 负载的转矩特性
负载的转矩特性，就是负载的机械特性，简称负载特性。 一、恒转矩负载特性 恒转矩负载特性是指生产机械的负载转矩 TL 与转速 n 无关的 特性。分反抗性恒转矩负载和位能性恒转矩负载两种。 2.位能性恒转矩负载 1.反抗性恒转矩负载