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3)当Tem TL 或 dn 0 时,系统处于减速运行状态,即处于动态。 dt
常把
GD 2 375
dn dt
或(Tem
TL
)称为动负载转矩,把
TL 称为静负载转矩.
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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。
小,所以起动电流将达很大值。
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。
22
第22页/共53页
电枢回路串电阻起动——起动时在电枢回路串入起动 电阻Rst
前面分别分析了负载的机械特性和电动机的机械特性。当将电动机与负载 机械构成电力拖动系统时就有一个两者机械特性的配合问题,配合恰当,才
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,
人为机械特性
使用直流电动机时,其固有特
性往往不能满足要求,这时可改变
电源电压U,每极磁通和电枢回路
串接的附加电阻Rsa三个量中的某个
量,从而改变电动机的机械特性,
这样得到的机械特性称为人为机械
特性。
(1)电枢回路串接电阻时的人为
U=UN,=N,电枢回路
串接电阻)

第9章直流电动机的电力拖动

第9章直流电动机的电力拖动

n
3
h 起动时,串接所有外
2 1
g
f
d
b
Tz
TQ2
接电阻,机械特性为 1,起动电流大,对 Ra e 应的起动转矩大于负 载转矩,转速沿机械 R 1 特性1开始上升,在b c 点处切除部分外接电 R2 阻,机械特性变为2, a T 设计恰当时,转矩又 TQ1 增大到c点,转速再 次上升,在d点再切 除剩下的电阻,电机 沿机械特性为3继续 升速,直到g点稳定, 起动完毕。
T
Tsc2 Tsc1 TscN
三、机械特性的绘制
由上面的分析知道, 由上面的分析知道,他励直流电机的机 械特性为一条直线, 械特性为一条直线,故只需找到直线上 的两个点即可画出特性曲线
1. 理想空载点
UN n0 = CeΦN
EN UN − I N Ra CeΦN = = nN nN
2. 额定工作点
1650 1500
n
T
147.3
第二节 他励直流电动机的起动 一、他励直流电动机的起动方法 1)起动时先必须保证先加励磁,后加电枢电压 )起动时先必须保证先加励磁,后加电枢电压 2)起动时,电枢应串接一定的电阻 )起动时,电枢应串接一定的电阻
U − Ea 起 时∵Ia = 动 , ∵n = 0, 则 a = 0 又 E Ra
第九章 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 机械特性是研究电动机转速与转矩之间的关系
n = f (T )
T = Td +T0
一、机械特性方程
T = CT ΦIa Ea = CeΦn U = Ea + IaR
机械特性方程: 机械特性方程:
Ia = T
Ea n= CeΦ

直流电机的电力拖动第部分

直流电机的电力拖动第部分
C、调速方式与负载类型旳配合
调速系统须满足下列两个准则: (1)在整个调速范围内电机不至于过热,为此,求: Ia ;IN (2)电动机旳负载能力要尽量得到充分利用。
鉴于此,不同类型旳负载必须选择合适旳调速方式。
下面分别就不同调速方式以及多种调速方式所适合旳负载类型加以讨论。
1. 调速方式
电力拖动系统旳调速方式主要分为两大类: (1)恒转矩调速方式:在保持 Ia 不IN变旳前提下, 保Tem持不变; (2)恒功率调速方式:在保持 Ia 不IN变旳前提下, 保Pe持m 不变。
直流电机旳电力拖动
3.6 直流电动机旳调速
A、与调速有关旳性能指标
a、调速范围D:
定义: 调速范围定义为拖动系统旳最高转速(或速度)与最低转速(或
速度)之比,即:
b、静差率 :
D nmax vmax nmin vmin
(3-46)
定义: 对调速系统旳静差率即转速变化率,它是指理想空载转速与额定
老式旳可调压电源可采用如图3.24所示旳发电机-电动机旋转机组方案。
图3.24 直流发电机-电动机机组旳可调直流电源 目前应用较为广泛旳是静止变流器方案,如相控变流器和斩控变流器,有关内容已在 《电力电子技术》中简介过。
2. 弱磁升速
图3.25给出了他励直流电动机弱磁调速时旳人工机械特征。
图3.25 励磁变化情况下旳直流电动机人工机械特征和负载特征
结论: 基速下列,他励直流电动机采用恒转矩调速方式,而基速以上,
则采用恒功率调速方式。
图3.27a、b分别给出了他励直流电动机在整个调速过程中旳机械特征与负载能力曲线。
图3.27 他励直流电动机调速过程中所允许旳转矩和功率
2. 调速方式旳选择

直流电机的电力拖动

直流电机的电力拖动

直流电机的电力拖动
一、概述
直流电机是一种常见的电动机,利用直流电流产生的磁场来实现转动。

在工业领域,直流电机的电力拖动应用广泛,包括但不限于电动车辆、机器人、工业生产线等领域。

二、直流电机的结构
直流电机通常包括定子和转子两部分。

定子上绕有电磁线圈,转子上则安装有电刷和电枢。

当电流通过电磁线圈产生磁场时,磁场与转子上的磁铁相互作用,导致转子产生转动。

三、直流电机的工作原理
直流电机的工作原理是基于洛伦兹力的作用。

当电流流过电磁线圈时,产生的磁场与磁铁相互作用,使转子受到一个力矩,从而实现转动。

这种力矩被称为电力拖动的基础。

1. 电动车辆
直流电机在电动车辆中广泛应用。

电动汽车利用直流电机将电能
转化为机械能,驱动车辆行驶。

电力拖动的优势在于高效、省时省力。

2. 机器人
机器人是另一个常见的使用直流电机电力拖动的例子。

直流电机
提供了机器人运动的动力,使其具备移动、抓取等功能。

3. 工业生产线
在工业生产线中,直流电机常用于传送带、旋转机械等设备的驱动。

通过电力拖动,提高了生产效率和精确度。

电力拖动具有高效、响应速度快、控制方便等特点。

通过调节电
流大小和方向,可以实现精准的转动控制,适用于多种工业应用。

六、结语
直流电机的电力拖动在现代工业中扮演着重要的角色,其应用范
围广泛且效果显著。

通过适当的控制和调节,直流电机可以实现高效、精准的电力拖动,推动各种机械设备的运行和发展。

第九章直流电动机的电力拖动

第九章直流电动机的电力拖动

应指出:机械特性中,T为电磁转矩Tem 。 运动方程式中,T为轴上拖动转矩Td 。
二者相差一个空载转矩T0 ,即:Tem = Td + T0 。
为将机械特性、运动方程式及负载机械特性联 系起来,在工程计算中,可忽略空载转矩T0 ,认 为Tem = Td 。
在稳态运行时,则有Tem = Td = T = Tz 。
Ra R n0 n0 T 2 0 CeCT
实际空载转速
Ra R

C e C T 2
他励直流电动机的机械特性
机械特性斜率。
他励直流电动机的机械特性为一条向下倾斜的直线。
Ra R n n0 n T T 2 Ce CT
带负载后的转速降。
额定转矩TN所对应的转速 为额定转速nN,所对应的转 速降为额定转速降ΔnN。 ΔnN对nN的比值用百分 数表示时称为额定转速变 化率ΔnN%,其值为: Δn
1、固有机械特性的绘制 已知 PN、UN、IN、nN (额定值) 。
(1)实测或估算Ra
1 2 U N I N PN Ra ( ~ ) 2 2 3 IN
如果已有电动机,Ra可以实测;如没有电动机,
可用上述经验公式估算。 或用Ra=(0.03~0.07)RN 。
式中RN=UN/IN——称为额定电阻,不是实际存 在的电阻,没有物理意义。 两公式中的系数: 一般大容量电机取较小的数 值,小容量电机取较大的数值。
' n0
UN Ra R R'a RRa R '' ' Ra '' a I nn n T n n n T T n IN N 0 N N N 0 N 0 00 2 N 2 N 2 C C C C C C C e e NN eC T e T N e T N

第九章 直流电动机的电力拖动(2)

第九章 直流电动机的电力拖动(2)
• 推广到m级起动的一般情况 :
Rm Rm1 I1 R2 R1 I 2 Rm1 Rm2 R1 Ra

m
R1 Ra 2 R R R 2 1 a R R R m m 1 a m
Rm Ra

4
R4 2.895 1.664 Ra 0.377
14
4
第二节 他励直流电动机的起动
则各级起动总电阻如下:
R1 Ra 1.664 0.377 0.627
R2 R1 1.664 0.627 1.043
R3 R2 1.6641.043 1.736
R4 R3 1.6641.736 2.889
各分段电阻如下 :
R1 R1 Ra 0.627 0.377 0.250
R2 R2 R1 1.043 0.627 0.416
R3 R3 R2 1.736 1.043 0.693
过渡到第二级加速时: • 电流变化过程:I2→I1→I2 • 转速变化过程:n1→n2
22
第二节 他励直流电动机的起动
• 多级电阻起动过渡过程的变化规律:
• 不同加速级的机电时间常数不同,电枢电路的电阻越大,TtM越大
• 不同加速级的起始转速与稳定转速都不同,因为不同的机械特性与 恒切换转矩T2及恒负载转矩Tz的交点不同
二、他励直流电动机串级起动电阻的计算
1. 图解解析法
• 1)绘制固有机械特性n0ge; • 2)选取起动过程的最大电流 I1与电阻 切除时的切换电流I2(或T1与T2),过 I1及I2两点作横轴垂线; • 3)画出分级起动特性图:
0 Tz n n0 g f d b

直流电机的电机拖动

直流电机的电机拖动

n
n0
N’ 人为
N
固有
N> N’ 0
Mem
减弱电机主磁通的人为机械特性
减弱电机主磁通人为特性的特点: (1)由于’< N,理想空载转速比固有特性的理想空载转速高。
(2)人为机械特性的斜率比固有机械特性大,即人为特性 比固有特性软。
人为特性的几点补充
(1)考虑电枢反应时,会使机械特性上翘。影响稳定性。 通过补偿绕组改善。
(2)机械特性的确定。特殊点(n0,0),(nN,MemN)
(3)通过电机的数据铭牌估算机械特性
n0
UN
Ce N
,
CeN
EaN nN
U N I N Ra nN
他励直流电动机的起动
直流电动机接到电源以后,转速从零达到稳定转速的过程, 称为 起动过程。 对电动机起动的基本要求: (1)起动转矩要大; (2)起动电流要小;
P
R3 R1>R2>R3
Mem
串电枢电阻调速
该调速的特点:
(1)设备简单、操作方便。 (2)低速时, 机械特性很软, 当负载变化时, 转速波动很大。 静态稳定性差 调速范围不大。
(3)由于电阻的不连续调节, 因此速度调节不平滑, 属有级 调速。
(4)电枢电流在Rc上消耗的能量大, 调速时效率低。 效率 与转速成正比。
改变端电压时的人为机械特性
保持每极磁通为额定值不变,电枢回路不串电阻(Rc=0),只改变 电枢电压时的机械特性。
表达式:
n U Ra
Ce N
CeCM
2 N
n0' N M em
M em
一般都为降低的电压。
n
n0
UN
U1

直流电机及其电力拖动工作原理

直流电机及其电力拖动工作原理

直流电机及其电力拖动工作原理直流电机是实现直流电能和机械能相互转换的一种旋转电机,分为直流发电机和直流电动机。

如果作为发电机,必须由原动机拖动,把机械能转换为直流电能,以满足生产的需要,如直流电动机的电源、同步发电机的励磁电源(称为励磁机)、电镀和电解用的低压电源;如果作为电动机,将电能转变成机械能来拖动各种生产机械,以满足用户的各种要求。

由于直流电动机具有良好的起动特性,能在宽广的范围内平滑而经济地调速,所以它广泛地用于对起动和调速性能要求较高的生产机械上,如轧钢机、高炉卷扬设备、大型精密机床等。

小容量直流电机广泛作为测量、执行元件使用。

一、直流电机的基本原理和结构直流电机主要由定子和转子组成,定子由主磁极(产生恒定的气隙磁通,由铁心和励磁绕组构成)、换向磁极(改善换向)、电刷装置(与换向片配合,完成直流与交流的互换)、机座和端盖(起支承和固定作用)组成;转子由电枢铁心(主磁路的一部分,放置电枢绕组)、电枢绕组(由带绝缘的导线绕制而成,是电路部分)、换向器(与电刷装置配合,完成直流与交流的互换)、转轴、轴承组成。

直流电机是根据电磁感应定律和电磁率定律实现机械能与直流电能转换的电器设备。

按照转换方向不同可分为直流发电机(机械能转换为电能)和直流电动机(电能转换为机械能)。

二、直流电机的电力拖动原理由直流电机作为原动机的拖动系统称为直流电力拖动系统。

其优点是:系统的起动转矩大,在较大范围内能平滑地进行速度调节,控制简便。

然而,由于直流电机具有换向器和电刷,给使用带来了不少限制,如不能使用在易燃、易爆的场合;另外,换向器还限制了电机向高速、大容量方面发展。

尽管如此,直流电机在电力拖动系统的调速和起动方面的优势,使其至今仍在各个工业传动中发挥着重要的作用,特别是小型直流控制电机。

不同类型、励磁方式的电机特性各不相同,它们分别适用于不同类型的生产机械和工艺要求,本节以应用最为广泛的他励直流电机拖动系统为典型,研究他励直流电机的机械特性、起动、制动、调速运行及电力拖动系统稳定运行的条件。

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Ra Ra R IIN N Ce Ce N N
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第九章 直流电机的电力拖动 四、电力拖动稳定运行的条件
稳定运行:
在一定的负载转矩下,电机以不变转速运行。
1、实际电力拖动系统己等效为一个单轴系统,即 负载与电动机必须有相同的转速。 2、系统中同时存在电动机的机械特性和负载机械 特性,二者并不相同。系统能否稳定运行取决于两 个机械特性是否配合得当。
f
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他励直流电机电路原理图
6
第九章 直流电机的电力拖动 由他励直流电动机的基本方程式:
电枢电势公式 电磁转矩公式 E a=CeΦn T= CTΦIa 即 Ia=T/CTΦ
电枢回路电压平衡方程式 U=Ea + Ia(Ra+RΩ) 得
Ra R U Ce n T CT
稳定运行条件即两种特性的配合问题。
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电力拖动系统稳定运行的必要条件: T = Tz 即稳态运行点必是负载、电机两条机械特性的交点。
当转矩T 与Tz 方向相反,大小相等而相互平衡时,转 速为某一稳定值,拖动系统处于稳态,或称静态。
第九章 直流电机的电力拖动
电力拖动系统稳定运行的充分条件: 当电力拖动系统稳定运行时,如受到某种干扰作用后
解出n,即得他励直流电动机机械特性的一般表达式:
Ra R U n T n0 T 2 Ce CeCT
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第九章 U 直流电机的电力拖动
n0 Ce
ΔnN
T=0时的转速, 称为理想空载转速。
Ra R n0 n0 T 2 0 CeCT
(如电压波动、负载变化、调速、制动等) (1)干扰长期存在系统应能移到新的工作点稳定运行。 (2) 当干扰消失后系统应能回到原工作点稳定运行。
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第九章 直流电机的电力拖动
为了分析电力拖
动系统稳定运行的
问题,将电动机的
机械特性和负载的
转矩特性曲线画在 同一张坐标图上。
他励直流电动机带动恒转矩负载 的两种特性 1,2为两个不同负载特性, 3为电动机的机械特性。
在稳态运行时,则有Tem = Td = T = Tz 。
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4
第九章 直流电机的电力拖动
原动机为直流电动机的电机拖动系统称直流
电力拖动系统,或称直流电机拖动系统。
在此系统中,电动机有他励、串励和复励三
种直流电动机,其中最主要的是他励直流电动机,
因此本章重点介绍由他励直流电动机组成的直流 电力拖动系统。
'n ' n0 0 'U U N U N n0 n0 n0 C U Ce N e N
n0
RR R R'a a a '' ' '' nnN nN0 n0 T2T00 n0 TNN Nn n N C CTCe22 N CeeCT CT N
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第九章 直流电机的电力拖动
n n0 nN A
O
TN
Tst
Te
他励直流电机机械特性的主要特点为: 图4-2 他励电动机固有机械特性
3) 电动机起动时n = 0,感应电动势E a 。 4) 若转矩T>Tst ,n < 0,特性曲线在第四象限;若T 1) T = 0时,n=n0,这时Ia=0,UN = Ea=0,这时电磁 < 0,n > n 0,则特性曲线在第二象限,电磁转矩与 转矩为起动转矩T=Tst=CTΦIst ; 2) 机械特性呈下倾的直线,转速随转矩增大而减小。 转速方向相反,形成制动转矩,电机处于发电状态。
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第九章 直流电机的电力拖动
在电力拖动系统中,电动机的使用情况千差万别, 其固有机械特性往往不能满足使用要求。但可通过改 变某个参数来改变电机的机械特性来满足使用要求。 改变U或Φ或RΩ得到的机械特性称为人为机械特 性。一般只改变其中的一个条件,所以他励电动机
有下列三种人为机械特性。
Δn
N
n0 nN nN % 100 % nN
他励直流电动机的机械特性
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第九章 直流电机的电力拖动
电枢反应对机械 特性的影响:
当电枢电流较大 时,由于磁路饱和 的影响,产生去磁 作用,使每极磁通 量Φ降低,转速n升 高,机械特性在负 载大时呈上翘现象。
电枢反应对机械特性的影响
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第九章 直流电机的电力拖动
他励直流电动机 固有机械特性
他励直流电动机Φ不同时的 n=f(Ia) 曲线 (ΦN>Φ1>Φ2)
他励直流电动机Φ不同时的 n=f(T) 曲线(ΦN>Φ1>Φ2)
在负载转矩一定时,一般情况下减弱磁通转速升高,而 转速降Δn变大。但在负载很重或磁通Φ很小时,若再减弱磁
一般选择理想空载点(T=0,n0) 及额定运行点 (TN,nN) 。
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第九章 直流电机的电力拖动 1、固有机械特性的绘制
已知 PN、UN、IN、nN (额定值) 。
(1)实测或估算Ra
1 2 U N I N PN Ra ( ~ ) 2 2 3 IN
如果已有电动机,Ra可以实测;如没有电动机,
n Ra U T 2 Ce N CeCT N
特点:
1) n0随U变化, β 不变。特性
的硬度均相同。 2)改变电枢电压U ,可得到一 他励直流电动机 电压不同时的人为机械特性 (UN>U1>U2)
15
组平行曲线。
在负载转矩一定时,降低电压转速越低,而转速降Δn不变。 重庆工商大学 自动化教研室
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第九章 直流电机的电力拖动 1、电枢串联电阻时的人为机械特性 他励直流电动机
此时U=UN、Φ=ΦN、 RΩ≠0, 人为机械特性为:
固有机械特性
(RΩ=0 )
UN Ra R n T Ce N CeCT 2 N
特点: 1)n0不变,β 变大; 2)RΩ 越大,特性越软。
方程式)求得。------重要! (3)计算理想空载点: (4)计算额定工作点:
CT N 9.55Ce N
CeΦN可由额定状态下的电枢电路电压方程式(转速
UN n0 CeΦ N
T 0,
TN CT N I N ,
n nN
(5)绘图:过两点作直线。
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第九章 直流电机的电力拖动
第一节 他励直流电动机的机械特性
电机机械特性:电机的转速n与电磁转矩T的关系。 表示为:n=f(T)。 转速和转矩都是机械量, n=f(T)反映了电机的机 械性能,所以称为机械特性,是电机最重要的特性。 它与运动方程式及负载机械特性联系起来,可对电力 拖动系统稳态运行及过渡过程进行分析计算。
第九章 直流电机的电力拖动
3、降低电动机磁通时的人为机械特性
在U=UN、RΩ=0,改变磁通Φ时,人为机械特性为:
n UN Ra T 2 Ce Ce CT
改变磁通实际上是在ΦN的基础上减弱磁通。一般在
励磁回路内串接电阻rQ,或降低励磁电压 Uf,通过调节 励磁电流而改变磁通。 特点:1)弱磁,n0与Φ成反比而增大; 2)弱磁,β 与Φ的平方成反比而增大。
实际空载转速

C e C T 2
他励直流电动机的机械特性
Ra R
机械特性斜率。
他励直流电动机的机械特性为一条向下倾斜的直线。
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n n0 n
第九章 R直流电机的电力拖动 R
Ce CT
a 2
T T
带负载后的转速降。
额定转矩TN所对应的转速 为额定转速nN,所对应的转 速降为额定转速降ΔnN。 ΔnN对nN的比值用百分 数表示时称为额定转速变 化率ΔnN%,其值为:
可用上述经验公式估算。 或用Ra=(0.03~0.07)RN 。
式中RN=UN/IN——称为额定电阻,不是实际存 在的电阻,没有物理意义。 两公式中的系数: 一般大容量电机取较小的数 值,小容量电机取较大的数值。
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第九章 直流电机的电力拖动
(2)计算CeΦN和CTΦN
E N U N I N Ra Ce N nN nN
可见,随着转速n的下降,Tz=Tz2不变,T不断增大,
当T增大到T=Tz2时,减速过程结束,系统移到新的工 作点B稳定运行。 由此还可得到一个结论:电动机稳定运行时, 电磁转矩的大小由负载转矩的大小所决定。
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第九章 直流电机的电力拖动 A点可稳态运行 B点不能稳态运行
两种特性的不同配合
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第九章 直流电机的电力拖动 在图上,拖动系统原在A点稳定运行。如负载T
于惯性,转速不能突变仍为nA,则T不变。因此
z1
增大为Tz2,负载特性由直线1变为直线2。开始时由
T=Tz1<Tz2, dn/dt<0,拖动系统进入减速过程。
在减速过程中,T与Tz各按自已的特性变化。由图
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dT dTZ T Tz 处, dn dn
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第九章 直流电机的电力拖动
第二节
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