电机及拖动基础第2章 直流电动机的运行及拖动

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3）改变磁通时的人为机械特性 保持电动机 的电枢电压 U = UN，电枢回路不串接电阻（RPa= 0），改变磁通的人为机械特性方程为
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图 2.10 他励直流电动机 图 2.11 他励直流电动机弱磁 降的人为机械特性 的人为机械特性
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三、电力拖动系统稳定运行的条件 所谓稳定运行，就是指电力拖动系统在某种外 界因素的扰动下，离开原来的平衡状态，当外界因 素消失后，仍能恢复到原来的平衡状态，或在新的 条件下达到新的平衡状态。这里的“扰动”一般是 指电网电压波动或负载的微小变化。电动机在电力 拖动系统中运行时，会使系统出现稳定运行和不稳 定运行两种情况。
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（3）转矩平衡方程式 将式（2.12）的等号两边同除以电动机的机械 角速度，可得转矩平衡方程式
而机械转矩 T2 与电动机轴上所带的负载转矩 T2 相平衡，即 T2= TL，则由上式可得电动机输出 转矩的常用计算公式
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图 2.5
他励直流电动机功率流程图
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二、直流电动机的工作特性 直流电动机的工作特性是指 U = UN= 常数、 电枢回路不串入附加电阻、励磁电流 If= IfN时，电 动机的转速 n、电磁转矩 T和效率 η与输出功率 P2 之间的关系，即 n = f（P2）、T = f（P2）、η = f （P2）。
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（1）转速特性 n = f（P2） （2）转矩特性 T = f（P2） （3）效率特性 η = f（P2）
Hale Waihona Puke 15第三节 他励直流电动机的机械特性 一、他励直流电动机的机械特性
由图 2.7可以列出他励直流电动机的电动势平 衡方程
图 2.7
他励直流电动机接线图
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图 2.8
他励直流电动机的机械特性
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二、电力拖动系统的负载及负载转矩特性 （1）电力拖动系统的负载 （2）负载转矩特性 1）恒转矩负载特性 2）通风机负载特性 3）恒功率负载特性 这类机械的负载功率恒定不变，功率
转矩与转速成反比，即
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图 2.2 通风机负载特性 图 2.3 恒功率负载特性图
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第二节
直流电动机的运行原理
一、直流电动机的基本方程式 直流电动机的基本方程式是指直流电动机稳定 运行时电路系统的电动势平衡方程式、机械系统的 转矩平衡方程式以及能量转换过程中的功率平衡方 程式。这些方程式反映了直流电动机内部的电磁过 程，又表达了电动机内外的机 -电能量转换，说明 了直流电动机的运行原理，必须予以掌握。下面以 他励直流电动机为例进行分析。
当他励直流电动机接上电源时，电枢绕组中流 过电流 Ia，电网向电动机输入的电功率为
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将式（2.7）代入得
所以电动机转换出来的机械功率，一部分消耗 在机械和铁心损耗上，大部分从电动机轴上输出， 故输出的机械功率为
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忽略附加损耗 ps后有 合并式（2.10）和式（2.12）得 他励电动机的励磁铜耗由其他电源提供。而并 励电动机的励磁铜耗由同一电源提供，因此并励电 动机的功率平衡方程式中还应包括励磁铜耗 pf。 直流电动机的效率为
电力拖动系统的不稳定运行
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从上面对于是否稳定运行的分析可以看出，在 电力拖动系统中，电动机的机械特性与负载转矩特 性有交点，即 T = TL 仅仅是系统稳定运行的必要 条件。系统要稳定运行，还需要两条特性配合恰当 。电力拖动系统稳定运行的充分必要条件是
对恒转矩负载，因为 dTL/dn = 0，所以平衡稳 定的充分必要条件是
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根据 T = CTΦIa，得 Ia= T/（CTΦ），可得机械 特性方程
当 U、R、Φ的数值不变时，而 CE、CT是由 电动机结构决定的常数，转速 n与电磁转矩 T为线 关系。机械特性曲线如图 2.8所示。 式（2.17）还可以写成
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（1）他励电动机的固有机械特性 当他励电动机的电源电压、磁通为额定值，电 枢回路未接附加电阻 RPa 时的机械特性称为固有机 械特性。将上述条件代入式（2.17），得到固有机 械特性方程为
第2章 直流电动机的运行及拖动
第一节 电力拖动动力学基础 一、电力拖动系统的运动方程式 在各种结构形式的电力拖动系统中，电动机轴 与生产机械的旋转机构直接相连的单轴旋转系统是 基本的一种，我们将首先分析其运动方程式。
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由电动机拖动的单轴系统，其旋转运动的方程 式为
转动惯量 J可表示成
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方程式（2.1）的形式比较简洁，用来分析问 题与说明问题比较方便，但工程计算中一般不 用角速度而用旋转速度，不用转动惯量而用飞轮矩， 将式（2.1）的角速度化为旋转速度 n的形 式 将式（2.2）、式（2.3）代入式（2.1）中， 即得电力拖动系统的运动方程式
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（1）电动势平衡方程式 根据电路的基尔霍夫定律可以写出电枢回路的 电动势平衡方程式
（2）功率平衡方程式 电动机在机-电能量转换中，是不可能将输入 的电功率全部转换成机械功率的，在转换过程中总 有一部分能量不能被利用，这部分能量称为损耗。
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图2.4
他励直流电动机结构示意图及电路图
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1）机械损耗 pm 2）铁心损耗 pFe 3）铜耗 pCu 4）附加损耗 ps 综上所述，电机总损耗∑p为
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（2）他励电动机的人为机械特性 1）电枢回路串接电阻时的人为机械特性 根据 上述假定条件，可知电枢串接电阻时的人为机械特 性方程为
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2）改变电源电压时的人为机械特性 当 Φ = ΦN，电枢回路不串联电阻（RPa= 0），改变电源 电压的人为机械特性方程为
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图 2.9 他励直流电动机电枢回路 串电阻的人为机械特性
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图 2.13 电源电压波动时的稳定运行 图 2.14 负载转矩变化时的稳定运行
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图 2.15为他励直流电动机存在较强的电枢反 应时，其机械特性与恒转矩负载配合的情况。在电 枢电流较大时，即电磁转矩较大时，由于电枢反应 的去磁作用较强，转速随转矩的增加而升高，机械 特性上翘。
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图 2.15
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第四节
他励直流电动机的起动
直流电动机的起动，是指直流电动机接通电源 后，转速由 n = 0升到稳定转速 nL 的全过程，虽然 直流电动机的起动过程持续的时间是很短的，但正 确的起动方法是安全合理地使用直流电动机的很重 要条件之一，因此对直流电动机的起动过程和起动 方法要进行分析研究。