电力拖动基础：第15讲 第一章 电力拖动系统动力学2

1、第4章直流电动机的电力拖动,本章教学基本要求,1.掌握他励直流电动机的固有机械特性和人为机械特性; 2.掌握他励直流电动机的主要起动方法； 3.掌握他励直流电动机的调速方法； 4.掌握他励直流电动机的制动原理和方法； 5.了解他励直流电动机的四象限运行概念,一、他励直流电机的机械特性 电动机的机械特性是指电动机的转速n与电磁转矩Te之间的关系，即n=f(Te)。 机械特性的一般表达式,当电源电压Ud、电枢总电阻R、磁通为常数时，他励直流电动机的机械特性n=f(Te) 为,式中，为机械特性直线的斜率。在同样的理想空载转速下，越小，则n越小，即转速随电磁转矩的变化较小，称此机械特性为硬特性；越大，

2、 则n也越大，即转速随电磁转矩的变化较大，称此机械特性为软特性。 机械特性方程式的简化式为n=n0Tem,在机械特性的一般表达式中，右边第二项表示电动机带负载后的转速降，用n表示，即,他励直流电动机的机械特性,1、他励直流电动机的机械特性特点固有机械特性当他励直流电动机的电源电压Ud=UN、磁通=N、电枢回路中没有附加电阻(即Re=0)时，电动机的机械特性称为固有机械特性。固有机械特性的方程式为,他励直流电动机的固有机械特性,2人为机械特性改变固有机械特性方程式中的电源电压Ud、气隙磁通和电枢回路串电阻Re这三个参数中的任意一个、两个或三个，所得到的机械特性为人为机械特性。（1）. 电枢回路串

3、接电阻Re时的人为机械特性当Ud=UN，=N，R=Ra+Re，电枢回路串接电阻Re时的人为机械特性方程为,与固有机械特性相比，电枢回路串接电阻Re时的人为机械特性的特点是： (1) 理想空载点保持不变。(2) 斜率随Re的增大而增大，使转速降n增大，特性变软。不同Re时的一组人为机械特性，是从理想空载点n0发出的一组射线。(3) 对于相同的电磁转矩，转速n随Re的增大而减小,不同Re时的人为机械特性,2）. 改变电源电压Ud时的人为机械特性当=N，电枢回路不串接电阻(Re=0)，改变电源电压Ud时的人为机械特性方程为与固有机械特性相比，改变电源电压Ud时的人为机械特性的特点是,1) 理想空载转

4、速n0随电源电压Ud的降低而成比例降低。(2) 斜率保持不变，特性的硬度不变。不同电压Ud时，机械特性为一组平行直线。(3) 对于相同的电磁转矩，转速n随Ud的减小而减小,图 4-5改变电源电压Ud时的人为机械特性,3. 改变磁通时的人为机械特性一般他励直流电动机在额定磁通=N下运行时，电机已接近饱和，因而只能在额定磁通以下对磁通进行调节。此时Ud=UN，电枢回路不串接电阻(Re=0)、减弱磁通时的人为机械特性方程为,4-9,与固有机械特性相比，减弱磁通时的人为机械特性的特点是： (1) 理想空载点n0=UN/(Ce)随磁通减弱而升高。(2) 斜率与磁通2成反比，减弱磁通，可使斜率增大，特性变

5、软。减弱磁通时的一组人为机械特性随磁通的减弱，理想空载转速n0升高，曲线斜率变大。显然，在实际应用中，同时改变两个甚至三个参数时，人为机械特性同样可根据特性方程式得到,图 4-6改变磁通时的人为机械特性,二、他励直流电机拖动时的运行状态1、他励直流电机的启动电动机从接入电源后开始转动，到达稳定运行的全部过程称为启动过程或启动。电动机在启动的瞬间，转速为0，此时的电枢电流称为启动电流，用Ist表示。对应的电磁转矩称为启动转矩，用Tst表示。直流电动机的启动性能指标有： (1) 启动转矩Tst足够大(Tst1.1TL)；(2) 启动电流Ist不可太大，应限制在一定的允许范围之内，一般为Ist (1

6、.52)IN；直流电动机常用的启动方法有三种：直接启动、降压启动和电枢回路串电阻启动,1) 直接启动直接启动就是将电动机直接投入到额定电压的电网上启动。他励直流电动机在启动时，必须先保证有磁场，而后加电枢电压,启动瞬间，因机械惯性，电机转子保持静止，即n=0，电枢电势Ea=0，由电势方程式Ud=IaRa+Ea可知，启动电流和启动转矩为Tst=CTIst,当Tst大于拖动系统的总阻力转矩时，电动机开始转动并加速。随着转速升高，Ist增大，使电枢电流下降，相应的电磁转矩也减小，但只要电磁转矩大于总阻力转矩，n仍能增加，直到电磁转矩降到与总阻力转矩相等时，电动机达到稳定恒速运行，启动过程结束,2)

7、降压启动降压启动是指启动前将施加在电动机电枢两端的电压降低，以限制启动电流，从而获得足够大的启动转矩。启动电流通常限制在(1.52)IN内，则启动电压应为Ust=IstRa=(1.52)INRa,在降压启动的瞬间，由于电源电压较低，启动电流Ist不大，且随着转速n的上升，电势Ea增大，使启动电流下降，相应地启动转矩也减小。因此，在启动过程中，为保证有足够大的启动转矩，需使Ist保持在(1.52)IN范围内，则电源电压Ud必须不断升高，直到电压升至额定电压，电动机进入稳定运行状态，启动过程结束,3) 电枢回路串电阻启动电枢回路串电阻启动时，电源电压为额定值且恒定不变，在电枢回路中串接启动电阻Rs

8、t，达到限制启动电流的目的。电枢回路串电阻启动时的启动电流为,在电枢回路串电阻启动的过程中，应将启动电阻逐级切除，这种启动方法称为电枢串电阻分级启动。因为在启动过程中，如果不切除电阻，随着转速的增加，电枢电势Ea增大，使启动电流下降，相应地启动转矩也减小，转速上升缓慢，使启动过程时间延长，且启动后转速较低。如果把启动电阻一次全部切除，则会引起过大的电流冲击,注意，分级启动时使每一级的Ist2(或Tst2)与Ist1(或Tst1)大小一致，可以使电机有较均匀的加速度，并能改善电动机的换向性能，缓和转矩对传动机构与生产机械的有害冲击。一般取启动转矩Tst1=(1.52)TN，Tst2=(1.11.3)TN，相应的启动电流Ist2、Ist1也是额定电流的相同倍数,2. 他励直流电动机的反转反向电动机运行他励直流电动机作反向电动机运行时，必须改变电磁转矩的方向。根据左手定则，电磁转矩的方向由磁场方向和电枢电流的方向决定。 所以，只要将磁通和电枢电流Ia中任意一个参数的方向改变，即可改变电磁转矩的方向。 他励直流电动机作反向电动机运行时，其电磁转矩方向发生改变，即Te0，n0，Te与n仍为同方向，Te仍然是拖动性转