02第2章 直流电机电力拖动

n
TL
n
TL
第二章 直流电动机的电力拖动
2.1电力拖动系统的运动方程式和负载转矩特性
2.1.2 负载的转矩特性
负载的转矩特性，就是负载的机械特性，简称负载特性。 三、泵与风机类负载特性 二、恒功率负载特性 恒功率负载特点是：负载转 负载的转矩TL 基本上与转 矩与转速的乘积为一常数，即TL 速 n 的平方成正比。负载特性 与 n 成反比，特性曲线为一条双 为一条抛物线。 曲线。 n n 1
第二章 直流电动机的电力拖动
2.1电力拖动系统的运动方程式和负载转矩特性
2.1.1 电力拖动系统的运动方程式
二、运动方程式中转矩正、负号的规定 首先确定电动机处于电动状态时的旋转方向为转速的正方向， 然后规定： P75，图2.4.5（a) （1）电磁转矩 Tem 与转速 n 的正方向相同时为正，相反时为负。 （2）负载转矩 TL 与转速 n 的正方向相同时为负，相反时为正。
2） 越大，特性越软。
Ra RS Tem
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2.2 他励直流电动机的机械特性
2.2.2 固有机械特性和人为机械特性
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 时的人为特性：
n U Ce N Ra Tem 2 CeCT N
TN CT N I N , n nN （4）计算额定工作点：
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例：某他励直流电动机数据如下：PN=40KW， UN=220V，IN=210A，nN=750rpm，试计算其固 有机械特性。
Ra
解： 1 U N N PN
2 2 N
1 220 210 40 103 ( ) 0.07[] 2 2 210
Ra Rst1 Rst 2 Rst3 R3
T1 I1
Tem I
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2.3 他励直流电动机的起动
2.3.1 电枢回路串电阻起动
二、分组起动电阻的计算 设对应转速n1、n2、n3时电势分别为Ea1、Ea2、Ea3，则有： b点 R3 I 2 U N Ea1 在已知起动电流比β 和电枢电 c点 R2 I1 U N Ea1 阻Ra前提下，经推导可得各级串联 d点 R2 I 2 U N Ea2 电阻为: e点 R1I1 U N Ea 2 Rst1 ( 1) Ra f点 R1I 2 U N Ea3 Rst 2 ( 1) Ra Rst1 g点 Ra I1 U N Ea3 Rst 3 ( 1) 2 Ra Rst 2 比较以上各式得：
n
n0
n01
UN
n0 随U 变化, 不变; 特点：1)
2) U 不同,曲线是一组平行线。
U1 U N
U1
Tem
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2.2 他励直流电动机的机械特性
2.2.2 固有机械特性和人为机械特性
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阻RSf 的人为特性：
UN Ra n T 2 em Ce CeCT
n02 nn012源自1 2 1 N
n0
n0增大； 特点：1）弱磁，
增大 2）弱磁，
N
Tk 2 Tk1 Tk
Tem
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2.2 他励直流电动机的机械特性
2.2.3 机械特性求取
一、固有特性的求取 已知 PN ,U N , I N , nN，求两点:1）理想空载 点(Tem 0, n n0 ) 和额定运行(Tem TN , n nN )。 具体步骤： 1 2 U I P （1）估算 Ra , Ra ( ~ ) N N2 N
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2.2 他励直流电动机的机械特性
2.2.2 固有机械特性和人为机械特性
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RS的人为特性
UN Ra RS n Tem 2 Ce N CeCT N
n
n0
Ra
变大； 特点：1）n0 不变，
U

M
Tem
TL
n
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2.1电力拖动系统的运动方程式和负载转矩特性
2.1.1 电力拖动系统的运动方程式
一、运动方程式 运动方程的实用形式： Tem
GD2 dn TL 375 dt
系统旋转运动的三种状态
dn T T 1)当 em L 或 0 时,系统处于静止或恒转速运行状态，即处 dt 于稳态。 dn 2)当 Tem TL 或 0 时,系统处于加速运行状态，即处于动态。 dt dn 3)当 Tem TL 或 0 时,系统处于减速运行状态，即处于动态。 dt
Tst CT I st UN I st Ra 起动时由于转速 n 0 ，电枢电动势 Ea 0，而且电枢电阻 Ra
很小，所以起动电流将达很大值。 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。
2 TL TL0
TL
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2.2 他励直流电动机的机械特性
2.2.1 机械特性的表达式
直流电动机的机械特性是指电动机在电枢电压、励磁电流、 电枢回路电阻为恒值的条件下，即电动机处于稳态运行时，电动 n f (Tem ) 机的转速与电磁转矩之间的关系： 由电机的电路原理图可得机械特性的表达式：
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2.3 他励直流电动机的起动
2.3.2 降压起动
当直流电源电压可调时，可采用降压方法起动。
起动时，以较低的电源电压起动电动机，起动电流随电源电 压的降低而正比减小。随着电动机转速的上升，反电动势逐渐增 大，再逐渐提高电源电压，使起动电流和起动转矩保持在一定的 数值上，保证按需要的加速度升速。
nA nA n A
0
Tem
TL
A
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2.2 他励直流电动机的机械特性
n n 在B 点，系统平衡Tem TL n T T n n 扰动使转速由 上升到 , B em L B B 电力拖动系统稳定运行的充分必要条件是： 即使扰动消失，系统也将一直加速， n nB B B B B 不能回到 点运行。 n B 1.必要条件:nB下降到n 扰动使转速由 B Tem TL ， 系统将一直减速，不可能回到 B点 电动机的机械特性与负载转矩特性有交点 ,即存在 Tem TL 0 0 运行。 T T
Ce N n0
U N N Ra 220 210 0.07 0.2737 nN 750
UN 220 804[r / min] C e N 0.2737
Ra Ra 0.07 N 0.0978 2 2 2 C e C M N 9.55(C e N ) 9.55 .02737 则n 804 0.0978 T
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2.2 他励直流电动机的机械特性
2.2.4 电力拖动系统稳定运行条件
处于某一转速下运行的电力拖动系统，由于受到某种扰动，导 致系统的转速发生变化而离开原来的平衡状态，如果系统能在新的 条件下达到新的平衡状态，或者当扰动消失后系统回到原来的转速 下继续运行，则系统是稳定的，否则系统是不稳定的。 n 在A点，系统平衡Tem TL 扰动使转速有微小增量，转速由 nA Tem TL ，扰动消失，系 上升到n A， 统减速，回到 A 点运行。 Tem TL ， 扰动使转速由nA下降到n A 扰动消失，系统加速，回到 A 点运 行。
U N I N Ra C 和 C : （2）计算 e N T N Ce N nN CT N 9.55Ce N U （3）计算理想空载点：Tem 0, n0 N Ce N
二、人为特性的求取
2
3
IN
在固有机械特性 方程 n n0 Tem 的基础上，根据人为 特性所对应的参数RS 或U 或 变化，重新 计算n0 和 ，然后得 到人为机械特性方程 式。
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2.3 他励直流电动机的起动
2.3.1 电枢回路串电阻起动
一、起动过程 三级电阻起动时电动机的电路原理图和机械特性为 n U
nN
n2
n0
h
n3
f 3
d
b
TL IL
T2 I2
n1
2
1
g Ra Ra Rst1 R1
S
M
S1 S2
S3
e
c
a
Ra Rst1 Rst 2 R2 Ra Rst 1 Rst 2 Rst 3
2.6 串励直流电动机的电力拖动
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2.1电力拖动系统的运动方程式和负载转矩特性
2.1.1 电力拖动系统的运动方程式
一、运动方程式 电力拖动系统运动方程式描述了系统的运 动状态，系统的运动状态取决于作用在原动 机转轴上的各种转矩。 根据如图给出的系统（忽略空载转矩）， 可写出拖动系统的运动方程式： d Tem TL J dt d 其中J 为系统的惯性转矩。 dt
（2）根据过载倍数选取最大转矩 T1对应的最大电流 I 1 （3）选取起动级数 m； UN m m 取整数 （4）计算起动电流比： I1Ra T1 （5）计算转矩: T2 ，校验： T2 (1.1 ~ 1.3)TL （6）计算各级起动电阻。