电机与电器3直流电机的电力拖动

1、120020=emLLemLTTTTTTTTTT电机稳定运行的转矩平衡表达式（忽略空载转矩，很小）：电磁转矩：输出转矩：空载转矩：负载转矩3.1 直流电动机的运动方程直流电动机的运动方程并励电动机并励电动机拖动系统的运动方程拖动系统的运动方程2=375emLdGD dnTTJdtdt第第3章章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动 2GD 2表示为转动部分的飞轮矩，单位为表示为转动部分的飞轮矩，单位为 Nm2，可从产品目录，可从产品目录中查到。中查到。由运动方程式可知：由运动方程式可知： (1)当当Tem=TL时，时，n不变，系统稳定运行。不变，系统稳定运行。 (2)当当TemTL时，时，n升

2、高，系统加速。升高，系统加速。 (3)当当TemTL 时，时，n降低，系统减速。降低，系统减速。Tem和和TL 的正负号取法：电动状态下，首先规定的正负号取法：电动状态下，首先规定n的正方向，的正方向，则则Tem与与n的正方向相同时取正号，相反时取负号；的正方向相同时取正号，相反时取负号；TL 与与n的的正方向相反时取正号，相同时取负号。正方向相反时取正号，相同时取负号。TemTL vn2=375emLGD dnTTdt3 负载转矩特性：指负载转矩与机械的转速的关负载转矩特性：指负载转矩与机械的转速的关系系n=f (Tf ) 生产机械负载转矩特性可归纳为三类：生产机械负载转矩特性可归纳为三类：

3、一一、恒转矩负载、恒转矩负载 又可分为两种类型：又可分为两种类型： 反抗性恒转矩负载反抗性恒转矩负载 负载转矩大小与转速无关，负载转矩负载转矩大小与转速无关，负载转矩 方向始终与转向相反。例如摩擦力负方向始终与转向相反。例如摩擦力负 载。载。4 位能性恒转矩负载位能性恒转矩负载 其负载转矩的大小和方向均与转速无关。例如位能负载。其负载转矩的大小和方向均与转速无关。例如位能负载。5二、恒功率负载特性二、恒功率负载特性 其负载功率其负载功率 与转速成反比。例如与转速成反比。例如 车床负载。车床负载。恒功率负载特性恒功率负载特性6三、通风机负载特性三、通风机负载特性 负载功率与转速平方成正比。例如风

4、机、水泵负载功率与转速平方成正比。例如风机、水泵 。 除了这三种典型的负载外，还有其他类型的负载。实际生除了这三种典型的负载外，还有其他类型的负载。实际生产机械的负载特性，往往是上述几种典型特性的组合。例产机械的负载特性，往往是上述几种典型特性的组合。例如，考虑摩擦力，实际鼓风机的负载特性如图中的虚线所如，考虑摩擦力，实际鼓风机的负载特性如图中的虚线所示。示。2LTkn实际鼓风机实际鼓风机的负载特性的负载特性理想鼓风机理想鼓风机的负载特性的负载特性73.2 3.2 他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性一、直流电动机机械特性的一般特性一、直流电动机机械特性的一般特性 机械特性 n=f

5、(Tem) 励磁方式不同，直流电动机的机械特性也不同。下面以他励电动机为例分析：()aasasaeeeUIRRRRUnICCCemTaTCI2asemeeTRRUnTCC CaEMUaIemTLTnfIfU02NaememeeTURnTnTCCC8二、他励直流电动机的固有机械特性二、他励直流电动机的固有机械特性 n0为为Tem=0时的转速，称为理想空时的转速，称为理想空载转速。载转速。 nN很小，故他励电动机的固有机很小，故他励电动机的固有机械特性是一条下降不多的械特性是一条下降不多的“硬硬”特特性。性。002NaemNemeNeTNURnTnTnnCCC9三、他励直流电动机的人为机械特性三、

6、他励直流电动机的人为机械特性1.电枢回路串电阻的人为特性电枢回路串电阻的人为特性特点：特点： （1）n0不变，它是通过理想空载不变，它是通过理想空载点的直线。点的直线。 （2）特性变）特性变“软软”。2NaSemeNeTNURRnTCCC102、降低端电压的人为特性、降低端电压的人为特性特点特点： （1）理想空载转速正比于电压降）理想空载转速正比于电压降低。低。 （2）硬度不变，一组平行的直线硬度不变，一组平行的直线。2aemeNeTNRUnTCCC113、减弱主磁通的人为特性、减弱主磁通的人为特性特点：特点： （1）理想空在转速增大；）理想空在转速增大；电极空载的话会电极空载的话会“飞车飞车

7、” （2）弱磁后硬度变软。）弱磁后硬度变软。2NaemeeTURnTCCC12四、电力拖动系统稳定运行条件四、电力拖动系统稳定运行条件 1、前提条件、前提条件 2、要想稳定运行，抗干扰，还要、要想稳定运行，抗干扰，还要emLTTemLdTdTdndn133.3 3.3 他励直流电动机的启动他励直流电动机的启动 若直接启动，若直接启动，U= UN ，R=0， n=0，Ea=0，则电枢电流为，则电枢电流为 直接启动电流很大，有危害。只有直接启动电流很大，有危害。只有小型电机才允许直接启动。小型电机才允许直接启动。astNaaUEUIIRR （10 20）aEMUaIemTLTnfIfU14大电流启

8、动电机的危害：大电流启动电机的危害： 引起电网的电压波动，影响其他用电设备的正常工作。引起电网的电压波动，影响其他用电设备的正常工作。 使换向产生强烈火花；使换向产生强烈火花； 产生很大的电磁力，损坏绕组；使传动机构受到强烈冲产生很大的电磁力，损坏绕组；使传动机构受到强烈冲击；击；为此，直流电动机一般不允许直接启动。必须采用启动措施为此，直流电动机一般不允许直接启动。必须采用启动措施限制电流，一般要求启动时的限制电流，一般要求启动时的Ist不超过不超过(1.52)IN。同时，。同时，为获得理想的加速转矩尽快启动，应在施加电枢电压之为获得理想的加速转矩尽快启动，应在施加电枢电压之前先加满励磁，使

9、前先加满励磁，使If=IfN，称为满励磁启动。，称为满励磁启动。15一、电枢回路串电阻启动一、电枢回路串电阻启动 是在电枢回路串入几段电阻（一般多采用是在电枢回路串入几段电阻（一般多采用25级），进行级），进行分级启动。分级启动。 启动时先接入全部电阻并施加额定电压启动时先接入全部电阻并施加额定电压UN，使启动电流，使启动电流 随着随着n 的的 升高，升高，Ea 增大，增大，Ist减小，逐级切除所串电阻，减小，逐级切除所串电阻，启动完成。启动完成。(1.5 2)NstNUIIR16二、降压启动二、降压启动 在电枢两端先加低电压，使在电枢两端先加低电压，使 随着转速的升高，随着转速的升高， 反电

10、势逐渐增大，电枢电流逐渐减小反电势逐渐增大，电枢电流逐渐减小，电磁转矩也逐渐减小，启动速度减慢，此时再逐渐升，电磁转矩也逐渐减小，启动速度减慢，此时再逐渐升高电压，直至高电压，直至U= UN ，启动完毕。，启动完毕。降压启动的优点是启动平稳，能耗小，但需要有可调压的降压启动的优点是启动平稳，能耗小，但需要有可调压的直流电源。直流电源。(1.5 2)NUIIstRa173.4 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动只要电动机只要电动机电磁转矩方向与旋转方向电磁转矩方向与旋转方向相反相反，就称电动机制动运动状态。，就称电动机制动运动状态。他励电动机有三种制动方法。他励电动机有三种制动方法。 一、

11、能耗制动一、能耗制动 1、制动方法和原理、制动方法和原理 制动时，将制动时，将K 倒向倒向RZ 。Ea由电动时的反电势变成由电动时的反电势变成发电机电势，电流倒转：发电机电势，电流倒转：)(0zaaaRRIE 18 特点：特点：Ia改变了方向，变为改变了方向，变为 （阻力）（阻力）制动转矩。制动过程中，电动机的制动转矩。制动过程中，电动机的动能转换成电能，全部消耗在动能转换成电能，全部消耗在Ra+R上变成电热量，故称能耗制上变成电热量，故称能耗制动。动。19停机时分析：对于反抗性负载，停机后不会重新启动不会重新启动。 对于位能性负载，停机后会反向重新启动会反向重新启动。反抗性负载位能性负载20

12、2-5 他励直流电动机的制动二、反接制动二、反接制动1、电压反向的反接制动（用于快速停机）、电压反向的反接制动（用于快速停机）（1）制动方法和原理）制动方法和原理制动时，将电枢绕组串入制动电阻反接于电源上。电势方程为： 此时，电流反向，电磁转矩 方向和电机转动方向相反，是制动转矩，起制动作用。)(zaaaNRRIEU ,2ZaNZaNeNaRRURRnCUI ,aNmICTv212、电势反向的反接制动、电势反向的反接制动（用于位能负载稳低速下放）（用于位能负载稳低速下放）保持If和UN不变，仅在电枢回路串入足够大的电阻Rz，可使电机的人为机械特性n=f(T)与位能负载的转矩特性n=f(TZ)相

13、交于第四象限，如图中D点。此时 T0，n 0，Ea=CeNn0 故称为电势反向的反接制动。222-5 他励直流电动机的制动三、回馈制动三、回馈制动 a)电车下坡电车下坡 b)降低端电压降低端电压)(zaaaNRRIEU 232-6 他励直流电动机的调速1、电枢回路串电阻调速、电枢回路串电阻调速 特点是： （1）nnN； （2）有级调速，难以实现无级调速； （3）轻载时效果不明显； （4）低速时特性软； （5）电阻上的能耗大，造成效率低。只适用于对调速要求不高的中小型电机。 TnTCCRRCUnNmeaNeN 02242、降压调速、降压调速 特点是： （1） nnN； （2）无级调速； （3）调速范围大； （4）能耗小。广泛应用于对起制动和调速要求较高的场合。TnTCCRRCUnNmeaNeN 02253、弱磁调速、弱磁调速 特点是： （1） nnN（1.22倍nN)； （2）无级调速； （3）最高转速受机械强度限制，调速范围不宜不大； （4）控制方便，能耗小。 应当注意：直流电动机运行时，励磁回路不能断开，否则，主极仅有很小的剩磁，可能造成“飞车”事故，或者出现过大的电枢电流而烧坏绕组。TnTCCaRCUnNomeeN 22626作业：作业：1、写出直流电动机、直流发电机电压方程式；、写出