2第九章 直流电机的拖动(讲稿)

RΩ1
RΩ2 M
b2 a2
b1 b a1
Uf － O
TZ T2 (IZ)(I2)
T1 (I1)
T (Ia) a
(2) 起动过程
① 串联 (RΩ1+RΩ2) 起动： R2 = Ra＋RΩ1＋RΩ2 起动转矩 (电流)：T1 (I1) = (1.5 ~ 2.0) TN (IN) ② 切除 RΩ2 ：R1 = Ra＋RΩ1 切换转矩 (电流)： T2 (I2) = (1.1 ~ 1.2) TN (IN) 或(1.2 ~ 1.5) TZ (IZ)
③ 切除 RΩ1 ：R = Ra
＋ Ia
U RΩ1 RΩ2 M
n p c 2
b2 a2 c1 b1 b
If ＋
Uf
c
－
－
O TZ T2 (IZ)(I2) T1 (I1)
a1 a
T (Ia b2 点 b1 点 瞬间 n 不变
加速 切除RΩ1 加速 p 点。 c1 点 c2 点 瞬间 n 不变
nb1a1 nhc1
R1 Ra RΩ1 nhb1 nhc1 nc1b1 Ra Ra nhc1 nhc1
（二）解析法 ① 确定起动电流 I1 和切换电流 I2 I1 (T1) = (1.5 ~ 2.0) IN (TN) I2 (T2) = (1.1 ~ 1.2) IN (TN) I ② 起切电流（转矩）比： = 1 I2 电机无损耗，电磁功率 ③ 求出电枢电路电阻 Ra
连接 n0 和 N ( TN，nN ) 两点即可得到固有特性。
(2) 固有特性的斜率和硬度 Ea = CeΦ nN = 0.254×750 V = 190.5 V
UN－Ea 220－190.5 Ra = = Ω = 0.14 Ω IN 210 Ra 0.14 = = = 0.228 CeCTΦ2 2.426×0.254 1 = 1 = = 4.39 0.228
n n0 p b2
c2 a2
c1 b1
c b
a1 O TZ T2 (IZ)(I2)
T1 (I1)
T (Ia) a
4）分级电阻计算 – 计算根据：
n n0 p c 2 b2
h Ra R1
c1 b1
R n n0 I Ce
I Δn n0 n R Ce
KRa Δnhc1
O
c b
n0
n01
U1 U N
UN
U1
U↓ →n0↓ 但β、 不变
T
电压降低时的 人为机械特性
→机械特性的硬度不变。
特点：
（1）n0 随 U 变化； （2）U 不同，曲线是一组平行线。
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 n 阻 RSf 的人为特性：
一、他励直流电动机起动方法
1. 直接起动存在的问题 • 他励直流电动机起动时，必须保证先有磁场（即 先通励磁电流），而后加电枢电压。
• 不考虑电枢电感对电枢电流的影响，电枢电流Ia为 直接起动 起动瞬间：U=UN, n = 0，Ea = 0。 UN Ist = = (10 ~ 20) IN （Ra 很小） Ra T = Tst = CTΦ Ist = (10 ~ 20) TN
1 Ra ~ 2
TN CT N I N
2 U N I N PN 2 3 IN
CT N 9.55Ce N
(2) 额定运行点 (T TN , n nN )
2 nN 60 PN PN TN TN TN 60 2 nN
忽略T0时
步骤：
待求
(T 0, n n0 )
2）额定运行点：
两点定一线
(T TN , n nN )
待求
(1) 理想空载点 (T 0, n n0 )
UN n0 Ce N
其中 Ce N EaN U N I N Ra nN nN
– UN、IN和nN为已知，Ra可实测，或通过下式估算：
n
2
n 0，I a I SC
I SC UN Ra
n0
N 1 2
1
N
O
I SC
Ia
堵转电流
三、机械特性的绘制
1、固有机械特性
PN ,U N , I N , nN
UN Ra n T 2 Ce N CeCT N
n f (T )
求两点： 1）理想空载点：
+
-
1.电枢电路电动势平衡方程式：
U Ea I a R
其中
R Ra R
2. 感应电动势 Ea Cen + 其中
pN Ce 为电动势常数 60a
3.电磁转矩
其中
T CT I a
为转矩常数
pN CT 2 a
CT 9.55Ce
三个方程联立得:
U R n T 2 Ce CeCT
• 稳定运行系统分析
n
n0
A
不稳定运行点 稳定运行点
n
O
TZ
T
n0
B
• 不稳定运行系统分析
O
TZ
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T
第二节 他励直流电动机的起动
起动要求
较快的起动：足够的起动转矩 平稳的起动：较小的电网冲击和较小机械冲击 经济的起动：设备简单、经济、可靠 起动性能
① 起动电流 Ist ;
② 起动转矩 Tst。
n02
UN Ra n T 2 Ce CeCT
If →Φ →n0 →
n01
2
n0 1
N 1 2
N

Tk2
→机械特性变软。
特点： （1）弱磁，n0 增大； （2）弱磁，β增大
T Tk1 TK
• 弱磁时人为机械特性的另一种表达方式
UN Ra n Ia Ce Ce
n • 在电力拖动运动方程式中， 当转矩T 与Tz 方向相反， n0 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。
O
他励直流电动 机的机械特性
A
B
1
负载特性
2
负载特性
3
TZ 1
TZ 2
T
• 稳定运行的必要条件是：两种特性有交点。
• 稳定运行的充分条件是：如果电力拖动系统原在交点处 稳定运行，由于出现某种干扰作用（如电网电压波动、 负载转矩的微小变化等），使原来两种特性的平衡变成 不平衡，电动机转速便稍有变化，这时，当干扰消除后， 拖动系统必须有能力使转速恢复到原来交点处的数值。 • 电力拖动系统如能满足这样的特性配合条件，则该系统 是稳定的，否则是不稳定的。
解： (1) 固有特性
忽略 T0 ，则
40×103 60 PN 60 TN = = × N· = 509.55 N· m m 750 6.28 2 nN TN 509.55 = = 2.426 CTΦ = 210 IN 6.28 2 CeΦ = CTΦ = ×2.426 = 0.254 60 60 UN 220 n0 = = r/min = 866.25 r/min CeΦ 0.254
U Ea Ia Ra
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。
1).降压起动：适用于直流电源可调的电动机 2).串联电阻起动：属于有级起动
O
TN TM T
2、人为机械特性
分三种情况：
R=Ra → →
硬特性
改变 U 或 Ra或 得到的机械特性称为人为机械特性
1）电枢串电阻时的人为特性 保持 U U N , N 不变，只在电枢回路中串入电 阻 R 的人为特性： 固有机械特性
n
UN Ra R n T 2 Ce N CeCT N
习题: 一个Z2型他励直流电动机的铭牌数据为：
PN 22KW ,U N 220V , I N 116 A, nN 1500r / min
试计算其固有机械特性；若在电枢回路串联进
R 0.5 电阻，试计算其人为机械特性。
四、 电力拖动系统稳定运行条件
• 主要研究：生产机械负载转矩特性与电动机的机械特性 这两种特性的配合问题。
1 α= β
nN、TN
为机械特性的硬度 为电动机带载后的转速降
n n0 n T
分别为电动机的额定转速和额定转矩
• 额定转速变化率
n0 n N n N % 100% nN
–国产Z系列他励直流电动机的 △nN%一般为10%～18%， 大容量电动机为3%～8%。

当电枢电流较大时，产生去磁作用。磁通降低，转 速就要回升，机械特性在负载大时呈上翘现象。
n0
Ra
Ra RS
T
特点：
电枢串联电阻时的人为机械特性
（1）n0 不变，β变大； R=(Ra＋RΩ)
→ →
特性变软
（2）RΩ越大，特性越软。
2）降低电枢电压时的人为特性 保持 R Ra , N 不变，只改变电枢电压 U 的人 为特性： 固有机械特性 n
Ra U1 n T 2 Ce N CeCT N
机械特性数学表达式
U , R, 为常数时：
n n0 T
U n0 Ce
R CeCT 2
为理想空载转速
为机械特性斜率
大的机械特性为软特性 小的机械特性为硬特性
n n0 T
机械特性的曲线：