他励直流电动机的机械特性(精)

他励直流电动机的机械特性(精)第一页，共13页。2.3.1机械特性方程式

图2.11是他励直流电动机的电路原理图，他励直流电动机的机械特性方程式，可由他励直流电动机的基本方程式导出。由式、和式可求得机械特性方程式;

（2-4）图2.11他励直流电动机电路原理图←第二页，共13页。当电源电压U=常数，电枢回路总电阻R＝常数，励磁磁通＝常数时，电动机的机械特性如图2.12所示，是一条向下倾斜的直线，这说明加大电动机的负载，会使转速下降。特性曲线与纵轴的交点为时的转速，称为理想空载转速。图2.12他励直流电动机的机械特性

第三页，共13页。

实际上，当电动机旋转时，不论有无负载，总存在有一定的空载损耗和相应的空载转矩，而电动机的实际空载转速将低于n0。由此可见式（2-4）的右边第二项即表示电动机带负载后的转速降，用表示，则（2-6）式中——机械特性曲线的斜率。

越大，越大，机械特性就越“软”，通常称大的机械特性为软特性。一般他励电动机在电枢没有外接电阻时，机械特性都比较“硬”。机械特性的硬度也可用额定转速调整率％来说明，见式（1-22），转速调整率小，则机械特性硬度就高。第四页，共13页。2.3.2固有机械特性和人为机械特性

1．固有机械特性固有机械特性是当电动机的电枢工作电压和励磁磁通均为额定值，电枢电路中没有串入附加电阻时的机械特性，其方程式为（2-7）固有机械特性如图2.13中的曲线所示，由于较小，故他励直流电动机固有机械特性较“硬”。图2.13他励直流电动机串电阻时的机械特性第五页，共13页。

2．人为机械特性人为机械特性是人为地改变电动机电路参数或电枢电压而得到的机械特性，即改变公式（2-4）中的参数所获得的机械特性，一般只改变电压、磁通、附加电阻中的一个，他励电动机有下列三种人为机械特性。（1）电枢串电阻时的人为机械特性此时，人为机械特性的方程式为;（2-8）

与固有特性相比，理想空载转速不变，但是，转速降增大。越大，也越大，特性变“软”，如图2.13中曲线1,2所示。这类人为机械特性是一组通过,但具有不同斜率的直线。

第六页，共13页。（2）改变电枢电压时的人为机械特性

此时，，特性方程式为

（2-9）

由于电动机的额定电压是工作电压的上限，因此改变电压时，只能在低于额定电压的范围内变化。与固有特性相比较，特性曲线的斜率不变，理想空载转速随电压减小成正比减小，故改变电压时的人为特性是一组低于固有机械特性而与之平行的直线，如图2.14所示。图2.14他励直流电动机改变电枢电压时的机械特性第七页，共13页。3．减弱磁通时的人为机械特性可以在励磁回路内串接电阻或降低励磁电压来减弱磁通，此时，特性方程式为；

（2-10）

由于磁通

的减少，使得理想空载转速和斜率都增大，其特性曲线如图2.15所图示。2.15他励直流电动机弱磁时的机械特性第八页，共13页。2.3.3电力拖动系统稳定运行的条件

设有一电力拖动系统，原来匀速运行于某一转速，由于受到外界某种短时的扰动，如负载的突然变化或电网电压波动等（注意：这种变化不是人为的控制调节），而使电动机转速发生变化，离开了原平衡状态，当外界的扰动消失后，系统能恢复到原来的转速，或在新的条件下达到新平衡状态，就称该系统能稳定运行，否则就称为不稳定运行。显然，稳定运行是拖动系统所必须满足的条件。为了使系统能稳定运行，电动机的机械特性和负载的转矩特性必须配合得当，这就是电力拖动系统稳定运行的条件。

第九页，共13页。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，如图2.16所示。图（a）和图（b）表示了电动机的两种不同的机械特性。（a）稳定运行（b）不稳定运行图2.16电力拖动系统稳定运行条件第十页，共13页。

根据运动方程式，当电动机的电磁转矩等于总负载转矩时，即为一定值，说明系统运行于一个确定的转速（匀速），在图2.16（a）的情况下，系统原来运行在电动机特性曲线和负载特性曲线的交点A处，A点为运行工作点。设由于外界的扰动，如电网电压波动，使机械特性偏高,由曲线1转为曲线2，扰动作用使原平衡状态受到破坏，但由于惯性，转速还来不及变化，电动机的工作点瞬间从A点变到B点。这时电磁转矩将大于负载转矩，转速将沿机械特性曲线2由B增加到C。随着转速的升高，电动机转矩也逐渐减小，最后在C点得到新的平衡，在一个较高的转速下稳定运行。当扰动消失后，机械特性由曲线2恢复到原机械特性曲线1，这时电动机的特性由C点瞬间过渡到D点，由于电磁转矩小于负载转矩，故转速下降，最后又恢复到原运行点A，重新达到平衡。第十一页，共13页。

反之，如果电网电压波动使机械特性偏低，由曲线1转为曲线3，则瞬间工作点将转到点，电磁转矩小于负载转矩，转速将由点降低到点，在点取得新的平衡；而当扰动消失后，工作点将又恢复到原工作点A。这种情况我们就称为系统在A点能稳定运行，而图2.16（b）则是一种不稳定运行的情况，读者可自己分析。由以上分析，可得出如下结论：若两条特性曲线有交点（必要条件），且在工作点上满足

（2-11）

（充分条件）则系统能稳定运行，式（2-1