第3次课 第三章直流电机的工作原理及特性b

1、33 直流他励电动机的启动特性直流他励电动机的启动特性 一、启动特性一、启动特性 在未启动之前在未启动之前 n = 0 , E = 0aNst/ RUI 这个电流很大，一般情况下能达到其额定电流的（这个电流很大，一般情况下能达到其额定电流的（1020）倍）倍以上。以上。直流电动机不允许直接启动直流电动机不允许直接启动 NstIIststst为过载能力系数，通常为为过载能力系数，通常为1.51.5到到2.52.5aaRIEU 二、启动方法二、启动方法 1. 降压启动：降压启动： 2. 电枢回路串电阻启动电枢回路串电阻启动 aNst/ RUI ast/ RUI )/(aNststRRUI 1) 串

2、一段电阻启动串一段电阻启动 2)串多段电阻逐级切除的启动方法串多段电阻逐级切除的启动方法34 直流他励电动机的调速特性直流他励电动机的调速特性 一、速度调节和速度变化一、速度调节和速度变化 速度调节速度调节：在：在负载不变负载不变的的条件下，条件下，人为地改变电动机的人为地改变电动机的电路参数电路参数，以改变电动机的稳，以改变电动机的稳定转速。定转速。 速度变化速度变化：在：在电动机参数电动机参数不变不变的条件下，由于的条件下，由于负载波动负载波动引起的速度的改变引起的速度的改变。二、调速方法二、调速方法 从直流他励电动机机械特性方程式从直流他励电动机机械特性方程式 TKRRKUn2eadae

3、)(55.9直流电动机调速的方法有以下三种：直流电动机调速的方法有以下三种：改变串入电枢回路的电阻改变串入电枢回路的电阻Rad ；改变改变电枢供电电电枢供电电压压U改变主磁通改变主磁通 1、改变电枢电路外串电阻、改变电枢电路外串电阻 调速调速adR 特点：特点： 1）R增加，增加，k增加，特性变软增加，特性变软 2）有级调速）有级调速 3）R越大，耗能越大越大，耗能越大TKRRKUnNNN2eadae)(55. 92改变电动机电枢供电电压改变电动机电枢供电电压U 3）恒转矩调速）恒转矩调速 1）可以实现无级调节）可以实现无级调节 2）特性曲线互相平行，机械特）特性曲线互相平行，机械特性硬度不变

4、，调速范围较大；性硬度不变，调速范围较大； 4）UUN，nnNTKRKUnNN2eae)(55. 93改变电动机主磁通改变电动机主磁通 1）可以实现无级调节）可以实现无级调节2）随着）随着的减小，的减小，n n0 0增加，增加，k k变大，特性变软变大，特性变软； 3）恒功率调速）恒功率调速：U I 不变不变4）N，nnNTKRKUnN2eae)(55. 935 直流他励电动机的制动特性直流他励电动机的制动特性 1制动与启动制动与启动 启动：电动机速度启动：电动机速度从静止加速到某一稳定转速从静止加速到某一稳定转速的一种运动状态；的一种运动状态； 制动：电动机速度是制动：电动机速度是从某一稳定

5、转速开始减速到停止从某一稳定转速开始减速到停止或是或是限制限制位能负载下降速度位能负载下降速度的一种运转状态。的一种运转状态。 2. . 制动与自然停车制动与自然停车 1）自然停车：电动机脱离电网，）自然停车：电动机脱离电网，靠很小的摩擦阻转矩消耗机靠很小的摩擦阻转矩消耗机械能使转速慢慢下降械能使转速慢慢下降，直到转速为零而停车。，直到转速为零而停车。 2）制动：）制动：外加阻力转矩使电动机迅速停车外加阻力转矩使电动机迅速停车。3. . 电动机的两种工作状态电动机的两种工作状态 1) 电动状态：电动状态：n与与T同向同向 2）制动状态：）制动状态：n与与T反向反向4. . 电动机工作在制动状态

6、下的两种情况电动机工作在制动状态下的两种情况 1）使转速迅速减速到停止；）使转速迅速减速到停止； 2）限制位能负载的下降速度。）限制位能负载的下降速度。 一一 . 反馈制动反馈制动 (再生制动、发电制动）再生制动、发电制动） 特点：特点： 1）在外部条件的作用下，）在外部条件的作用下，nn0； 2）n与与T反向反向 1电车走下坡路时的反馈制动电车走下坡路时的反馈制动 TKRKUnN2eae)(55. 92电枢电压突然下降时的反馈制动电枢电压突然下降时的反馈制动 3电机在弱磁状态下用增加磁通电机在弱磁状态下用增加磁通的方法降速时，也的方法降速时，也产生反馈制动过程。产生反馈制动过程。4. 卷扬机

7、下放重物时，也产生反馈制动过程。卷扬机下放重物时，也产生反馈制动过程。TKRKUnN2eae)(55. 94. 卷扬机下放重物时，也产生反馈制动过程。卷扬机下放重物时，也产生反馈制动过程。TKRKUnN2eae)(55. 9二二 . 反接制动反接制动 特点：特点： 1）U与与E由相反变为相同；由相反变为相同； 2）T与转速与转速n的方向相反。的方向相反。 改变改变U的方向的方向所产生的反接制动称为所产生的反接制动称为电源反接制动电源反接制动； 改变改变E的方向的方向所产生的反接制动称为所产生的反接制动称为倒拉反接制动倒拉反接制动。 1电源反接制动电源反接制动 电动机的机械特性为：电动机的机械特

8、性为： TKRRKUn2eadae)(55. 9 改变改变U的方向的方向所产生的反接制动称为所产生的反接制动称为电源反接制动电源反接制动； 1）U与与E由相反变为相同；由相反变为相同； 2倒拉反接制动倒拉反接制动 TKRRKUnN2eadae)(55. 9改变改变E的方向的方向所产生的反接制动称为所产生的反接制动称为倒拉反接制动倒拉反接制动。 nKEe三三. 能耗制动能耗制动 TKRRn2eada)(55. 9IRREUada)(IRRnKadaNe)(例例3-2 有一台他励电动机，有一台他励电动机，PN5.6kW，UN220V，IN3lA，nN1000rmin，Ra0.4，负载转矩，负载转矩

9、TL49Nm，电动机的过载倍，电动机的过载倍数数2，试计算：，试计算： (1)电动机拖动摩擦性负载，采用能耗制动过程停车，电枢回路应电动机拖动摩擦性负载，采用能耗制动过程停车，电枢回路应串入的制动电阻最小值是多少串入的制动电阻最小值是多少?若采用反接制动停车，电阻最小值若采用反接制动停车，电阻最小值是多少是多少? (2)电动机拖动位能性恒转矩负载，要求以电动机拖动位能性恒转矩负载，要求以300rmin速度下放重速度下放重物，采用倒拉反接制动，电枢回路应串多大电阻物，采用倒拉反接制动，电枢回路应串多大电阻?若采用能耗制动，若采用能耗制动，电枢回路应串多大电阻电枢回路应串多大电阻? (3)想使电机

10、以想使电机以n-1200rmin速度，在再生发电制动状态下，下速度，在再生发电制动状态下，下放重物，电枢回路应串多大电阻放重物，电枢回路应串多大电阻?若电枢回路不串电阻，在再生发若电枢回路不串电阻，在再生发电制动状态下，下放重物的转速是多少电制动状态下，下放重物的转速是多少?解：（解：（1）设能耗制动电阻为）设能耗制动电阻为R1， 反接制动电阻为反接制动电阻为R2220310.40.2081000NNeNNUI RaKn电动状态的稳态转速电动状态的稳态转速222200.4 491010min9.55()0.2089.55 0.208NsLeNeNURarnTKK由于切换瞬间转速不变，而且最大制

11、动电流为由于切换瞬间转速不变，而且最大制动电流为- IN， 所以所串电阻为所以所串电阻为10.20810100.42.99231eNsNKnRR aInKEe)(1aNRRIEIRREUada)(又，制动瞬间的制动转矩由过载系数又，制动瞬间的制动转矩由过载系数限制为限制为:9.559.55 0.208 2 31123.16tNeNTKIKINm 2222()9 .5 5()9 .5 5()6 .5 4TNseNeNNeNseNUR aRnTKKUKRnR aK 由得（）（2）倒拉反接制动和能耗制动时）倒拉反接制动和能耗制动时n= - 300r/m，电枢回路应串入电阻，电枢回路应串入电阻R3 ,

12、R4 . 倒拉反接制动：倒拉反接制动： 11.050.4-49208. 055. 9)300208. 0220(-55. 9)(得 55. 922323aLNeNeNLNeaNeNRTKnKURTKRRKUn能耗制动时：能耗制动时： .1320.4-49208. 055. 9)300(-55. 9得 55. 922424aLNeLNeaRTKnRTKRRn（3）再生发电制动运行时）再生发电制动运行时n= - 1200r/m 的制动电阻的制动电阻R5 和不串电阻时的制动转速和不串电阻时的制动转速： .800.4-49208. 055. 9)1200208. 0220(-55. 9)(得 55.

13、922525aLNeNeNLNeaNeNRTKnKURTKRRKUn不串电阻时的制动转速不串电阻时的制动转速：r/min 110549208. 055. 94 . 0 -208. 0220 55. 922LNeaNeNTKRKUn3.8 一台他励直流电动机所拖动的负载转矩一台他励直流电动机所拖动的负载转矩TL常数，当电枢常数，当电枢电压或电枢附加电阻改变时，能否改变其稳定运行状态下电枢电流电压或电枢附加电阻改变时，能否改变其稳定运行状态下电枢电流的大小的大小?为什么为什么?这时拖动系统中哪些量必然要发生变化这时拖动系统中哪些量必然要发生变化?3.9 一台他励直流电动机在稳态下运行时，电枢反电势

14、一台他励直流电动机在稳态下运行时，电枢反电势E=E1，如负载转矩如负载转矩TL常数，外加电压和电枢电路中的电阻均不变，问减常数，外加电压和电枢电路中的电阻均不变，问减弱励磁使转速上升到新的稳态值后，电枢反电势将如何变化弱励磁使转速上升到新的稳态值后，电枢反电势将如何变化?是大是大于、小于还是等于于、小于还是等于El?3.12 一台他励直流电动机的技术数据如下：一台他励直流电动机的技术数据如下：PN6.5kW，UN=220V，IN=34.4A，nN=1500r/min，Ra=0.242, 试计算出此电动机的如下特试计算出此电动机的如下特性：性：固有机械特性；固有机械特性； 电枢附加电阻分别为电枢

15、附加电阻分别为3和和5时的人为机械特性；时的人为机械特性；电枢电压为电枢电压为UN2时的人为机械特性；时的人为机械特性；磁通磁通0.8N时的人为机械特性。时的人为机械特性。并绘出上述特性的图形。并绘出上述特性的图形。3.19 有一台他励电动机：有一台他励电动机：PN=10kW，UN=220V，IN=53.8A，nN=1500rmin，Ra=0.29，试计算：，试计算： (1)直接起动瞬间的堵转电流直接起动瞬间的堵转电流Iu； (2)若限制起动电流不超过若限制起动电流不超过2IN，采用电枢串电阻启动时，应串入，采用电枢串电阻启动时，应串入启动电阻的最小值是多少启动电阻的最小值是多少?若用降压启动

16、，最低电压应为多少若用降压启动，最低电压应为多少?3.20 有一台他励直流电动机：有一台他励直流电动机：PN=18kW，UN=220V，IN=94A，nN=1000rmin，在额定负载下，求：，在额定负载下，求： (1)想降至想降至800rmin稳定运行，外串多大电阻稳定运行，外串多大电阻?采用降压方法，电采用降压方法，电源电压应降至多少伏源电压应降至多少伏? (2)想升速到想升速到1100rmin稳定运行，弱磁系数稳定运行，弱磁系数N为多少为多少?3.21 有一台他励直流电动机，有一台他励直流电动机，PN7.5kW，UN220V，IN=4lA，nN1500rmin，Ra0.38，拖动恒转矩负

17、载，且，拖动恒转矩负载，且TLTN，现，现将电源电压降到将电源电压降到U=150V，问：，问： (1)降压瞬间的电枢电流及电磁转矩各多大降压瞬间的电枢电流及电磁转矩各多大? (2)稳定运行转速是多少稳定运行转速是多少?3.22 有一台他励直流电动机，有一台他励直流电动机，PN=21kW，UN220V，IN=115A，nN980rmin，Ra=0.1，拖动恒转矩负载运行，弱磁调速时，拖动恒转矩负载运行，弱磁调速时从从N调到调到0.8N，问：，问： (1)调速瞬间电枢电流是多少调速瞬间电枢电流是多少?(TLTN) (2)若若TLTN和和TL0.5TN，调速前后的稳态转速各是多少，调速前后的稳态转速

18、各是多少?3.23 有一台他励直流电动机，有一台他励直流电动机，PN29kW，UN440V，IN76A，nN1000rmin，Ra0.377，负载转矩，负载转矩TL=0.8TN，最大制动电，最大制动电流为流为1.8IN。求当该电动机拖动位能性负载时，用哪几种方法可使电。求当该电动机拖动位能性负载时，用哪几种方法可使电动机以动机以500rmin的转速下放负载，在每种方法中电枢回路应串电的转速下放负载，在每种方法中电枢回路应串电阻为多少欧阻为多少欧?并画出相应的机械特性，标出从稳态提升重物到以并画出相应的机械特性，标出从稳态提升重物到以500rmin转速下放重物的转换过程。转速下放重物的转换过程。

19、3.24 有一台有一台Z252型他励直流电动机，型他励直流电动机，PN4kW，UN220V，IN22.3A，nN1000rmin，Ra0.91，TLTN，为了使电动机，为了使电动机停转，采用反接制动，如串入电枢回路的制动电阻为停转，采用反接制动，如串入电枢回路的制动电阻为9，求：，求：(1)制动开始时电动机所发出的电磁转矩；制动开始时电动机所发出的电磁转矩； (2)制动结束时电动机所发出的电磁转矩；制动结束时电动机所发出的电磁转矩； (3)如果是摩擦性负载，在制动到如果是摩擦性负载，在制动到n0时，不切断电源，电机能否时，不切断电源，电机能否反转反转?为什么为什么?3.19 有一台他励电动机：

20、有一台他励电动机：PN=10kW，UN=220V，IN=53.8A，nN=1500rmin，Ra=0.29，试计算：，试计算： (1)直接起动瞬间的堵转电流直接起动瞬间的堵转电流Iu； (2)若限制起动电流不超过若限制起动电流不超过2IN，采用电枢串电阻启动时，应串入，采用电枢串电阻启动时，应串入启动电阻的最小值是多少启动电阻的最小值是多少?若用降压启动，最低电压应为多少若用降压启动，最低电压应为多少?uuaxNxaNxxaN1)n0,0,I758.62)n0E021.752231.2vNNaNNNNUEURIUUARRURIUIURIURIUR I 当直接启动瞬间串联电阻时，当直接启动瞬间，

21、（R +R ）R用降压启动时3.20 有一台他励直流电动机：有一台他励直流电动机：PN=18kW，UN=220V，IN=94A，nN=1000rmin，在额定负载下，求：，在额定负载下，求： (1)想降至想降至800rmin稳定运行，外串多大电阻稳定运行，外串多大电阻?采用降压方法，电采用降压方法，电源电压应降至多少伏源电压应降至多少伏? (2)想升速到想升速到1100rmin稳定运行，弱磁系数稳定运行，弱磁系数N为多少为多少?解：固有特性：解：固有特性：mN 9 .17110001800055. 955. 9r/min 1111198. 0220198. 0100094227. 0220 2

22、27. 094180009422075. 075. 0R ) 1 (022NNNNeNNNaNNeNNNNanPTKUnnIRUKIPIU 45. 0677. 0)227. 0(438.1169 .171)227. 0(9 .171)227. 0()198. 0(55. 9111118009 .171)198. 0(55. 9227. 0198. 0220800)(55. 9222adadadadadNeadaNeNRRRRRTKRRKUn串电阻：串电阻：V 17963.204 .1589 .171)198. 0(55. 9227. 0198. 0800)(55. 922UUUTKRKUnNe

23、aNe调电压：调电压：11. 0 或者 0.9 9 .171)198. 0(55. 9227. 0198. 02201100)(55. 9 )2(22TKRKUnNeaNeN3.20 有一台他励直流电动机：有一台他励直流电动机：PN=18kW，UN=220V，IN=94A，nN=1000rmin，在额定负载下，求：，在额定负载下，求： (1)想降至想降至800rmin稳定运行，外串多大电阻稳定运行，外串多大电阻?采用降压方法，电采用降压方法，电源电压应降至多少伏源电压应降至多少伏? (2)想升速到想升速到1100rmin稳定运行，弱磁系数稳定运行，弱磁系数N为多少为多少?解：固有特性：解：固有

24、特性：mN 9 .17110001800055. 955. 9r/min 1068206. 0220206. 010009415. 0220 15. 094180009422075. 05 . 0R ) 1 (022NNNNeNNNaNNeNNNNanPTKUnnIRUKIPIU482. 09 .171)206. 0(55. 915. 0206. 0220800)(55. 922adadNeadaNeNRRTKRRKUnV 1789 .171)206. 0(55. 915. 0206. 0800)(55. 922UUTKRKUnNeaNe调电压：调电压：串电阻：串电阻： 9 .171)206.

25、 0(55. 915. 0206. 02201100)(55. 9 )2(22TKRKUnNeaNeN3.21 有一台他励直流电动机，有一台他励直流电动机，PN7.5kW，UN220V，IN=4l A，nN 1500rmin，Ra0.38，拖动恒转矩负载，拖动恒转矩负载，且且TLTN，现将电源电压降到，现将电源电压降到U=150V，问：，问： (1)降压瞬间的电枢电流及电磁转矩各多大降压瞬间的电枢电流及电磁转矩各多大? (2)稳定运行转速是多少稳定运行转速是多少?解：固有特性：解：固有特性：TTKRKUnnPTKUnnIRUKNeaNeNNNNNeNNNaNNe15. 21617)(55. 9

26、mN 75.471500750055. 955. 9r/min 1617136. 0220136. 015004138. 0220 ) 1 (20降压后瞬间电流和转矩：降压后瞬间电流和转矩：mN 6 .183) 1 .142(136. 055. 955. 9A 1 .14238. 01500136. 0150 aNeaNNeaaaNNeIKTRnKUIIRUnKr/min 1000 1031103 75.4715. 21103 75.47136. 055. 938. 0136. 0150)(55. 9 22TKRKUnNeaNe（2） 稳定运转速度：稳定运转速度：3.22 有一台他励直流电动机

27、，有一台他励直流电动机，PN=21kW，UN220V，IN=115A，nN980rmin，Ra=0.1，拖动恒转矩负载运行，弱磁调速时，拖动恒转矩负载运行，弱磁调速时从从N调到调到0.8N，问：，问： (1)调速瞬间电枢电流是多少调速瞬间电枢电流是多少?(TLTN) (2)若若TLTN和和TL0.5TN，调速前后的稳态转速各是多少，调速前后的稳态转速各是多少?解：固有特性：解：固有特性：TTKRKUnnPTKUnnIRUKNeaNeNNNNNeNNNaNNe23. 01033)(55. 9mN 64.2049802100055. 955. 9r/min 1033213. 0220213. 09

28、801151 . 0220 ) 1 (20121789.73129164.204029. 05 .9511291 )213. 08 . 0(55. 91 . 0213. 08 . 0220)8 . 0(55. 98 . 022NNeaNeNTTKRKUn2. 若若TL=TN，调速前转速为，调速前转速为: nN=980 r/min调速后转速为调速后转速为:A 5301 . 0167220 1 . 0980213. 08 . 02208 . 00.8 aNNeaaaNNeRnKUIIRUnK1.弱磁调速瞬间电流：弱磁调速瞬间电流：min/ r 10098 .23103332.102045. 05

29、.9511033 5 . 0)213. 0(55. 91 . 0213. 0220)(55. 922NNeaNeNTTKRKUn2. 若若TL=0.5TN，调速前转速为，调速前转速为: 2. 若若TL=0.5TN，调速后转速为调速后转速为: min/ r 1254 9 .361291 32.102029. 05 .9511291 5 . 0)213. 08 . 0(55. 91 . 0213. 08 . 0220 )8 . 0(55. 98 . 022NNeaNeNTTKRKUn3.23 有一台他励直流电动机，有一台他励直流电动机，PN29kW，UN440V，IN76A，nN1000rmin，

30、Ra0.377，负载转矩，负载转矩TL=0.8TN，最大制动电，最大制动电流为流为1.8IN。求当该电动机拖动位能性负载时，用哪几种方法可使电。求当该电动机拖动位能性负载时，用哪几种方法可使电动机以动机以500rmin的转速下放负载，在每种方法中电枢回路应串电的转速下放负载，在每种方法中电枢回路应串电阻为多少欧阻为多少欧?并画出相应的机械特性，标出从稳态提升重物到以并画出相应的机械特性，标出从稳态提升重物到以500rmin转速下放重物的转换过程。转速下放重物的转换过程。解：固有特性：解：固有特性：TTKRKUnnPTKUnnIRUKNeaNeNNNNNeNNNaNNe234. 01071)(5

31、5. 9mN 95.27610002900055. 955. 9r/min 1071411. 0440411. 0100076377. 0440 ) 1 (20负载转矩负载转矩TL=0.8TN=221.56时的速度时的速度n1为：为：r/min 101952107195.2768 . 0234. 010718 . 0)411. 0(55. 9377. 010718 . 0)411. 0(55. 9377. 0411. 0440)(55. 92221NNLNeaNeNTTTKRKUn1.采用能耗制动，电枢串电阻采用能耗制动，电枢串电阻R1，转速，转速n2=-500R/min 264. 3641. 3377. 095.2768 . 0)411. 0(55. 9377. 0500)(55. 91121212RRRTKRRnLNea转换时转换时n=n1的转矩的转矩T1为为mN 48.451)411. 0(55. 9264. 3377. 01019)(55. 91121211TTTKRRnNeaNNTTTT8 . 1mN 48.451mN51.49895.2768 . 18 . 111转换时的转矩转换时的转矩T1为小于最大允许转矩为小于最大允许转矩1.8TN，此方法允许实现转换。此方法允许实现转换。NNNtTTIIIKT8 . 18 . 1ma