第三章直流电动机的电力拖动

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电机学(刘颖慧)课件第3章直流电动机的电力拖动基础[48页]

电机学 Electric machinery
3.1 电力拖动系统的运动方程式和负载转矩特性
❖ 1.运动方程式
+
U
-
J
d
dt
Tem
TL
❖ 转动惯量：
J GD2 mD2 4g 4
M
Tem n
TL
图3.1.1 电动机与工作机构
Department of Electrical Engineering, HUT
电机学 Electric machinery
❖ 2.负载的转矩特性 ❖ a.恒转矩负载
n n
o
TL
o
TL
3.1.2 反抗性恒转矩负载特性
图3. 1. 3 位能性恒转矩负载特性
Department of Electrical Engineering, HUT
电机学 Electric machinery
0
T
图3. 2. 4
电动机不同电压机械特性
Department of Electrical Engineering, HUT
电机学 Electric machinery
❖ 减弱励磁磁通时的人为特性：
❖ 当 U UN R Ra 只减弱励磁磁通
n
UN Ce
Ra Ce
Ia
n
n02 2 n01 1 2 1 N
第3章直流电动机的电力拖动基础
电机学 Electric machinery
❖ 电力拖动的定义：用各种电动机作为原动机拖动生产机械，产生运动，电力拖动也称为电力传动。直流电力拖动是由直流电动机来实现的。
电源
控制设备
电动机
工作机构
Department of Electrical Engineering, HUT

【电机与拖动】刘玫3

式中
jL —— 电动机轴与工作机械轴间的转速比 jL = /L = n / nL
如果要考虑传动机构的损耗，可以在折算公式中引入传动
效率c 。由于功率传送是有方向的，因此引入效率c 时必须注意：要因功率传送方向的不同而不同。现分两种情况讨论：
1）电动机工作在电动状态，此时由电动机带动工作机
参考正方向恰好符中负载转矩TL前有一个负号的表达关系。
3. 运动方程的物理意义式表明电力拖动系统的转速变化dn/dt（即加速度）由电
动机的电磁转矩Te与生产机械的负载转矩TL的关系决定。
1）当Te = TL 时， dn/dt = 0，表示电动机以恒定转速旋转或静止不动，电力拖动系统的这种运动状态被称为静态或
折算后等效拖动系统的静态功率P’L 为
PL TL
现功率是由电动机传向负载，按功率平衡原则P’L=PL/c ，即
TL
FL v L
c
代入关系式 =2n/60 ，经整理，得到如下折算公式
FL vL TL 9.55 n c
2）电动机工作在发电制动状态，此时工作机构带动电动机，使重物下放。根据功率平衡关系，有
1 1 1 1 2 2 2 GD GD GD 2 GD2 2 ... GDn 2 GDL 2 j1 j2 jn jL
2 2 e 2 1
在一般情况下，传动机构的转运惯量 J i (i 1,...,n)，在折算后占整个系统的比重不大，所以实际工作中往往用下面的近似公式
1. 运动方程式电力拖动系统经过化简，都可转为如图a所示的电动机转轴与生产机械的工作机构直接相连的单轴电力拖动系统，各物理量的方向标示如图b。根据牛顿力学定律，该系统的运动方程为

电机与电力拖动基础教程第3章(3)

(0，-n0)，斜率为b，与电动状态时电枢串入电阻RW时的人为机械特性相平行的直线。
b
Ra RW CeCT Φ 2
第3章
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(3)电压反接制动过程电压反接时，n不能突变，工作点由第一象限A点平移至第二象限B点。T＝-TB＜0，T与 TL共同作用使电机减速，直至 n＝0。反接制动过程结束。如果电机拖动反抗性负载，n＝0时， T＝-TC＞-TL，电动机反向电动(第三象限)直至T＝-TL(D点)，电动机稳定运行。
第3章
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2.电动势反接的反接制动电动势反接的反接制动仅适用于位能性恒转矩负载，又称倒拉反接制动或转速反向反接制动。 (1)电动势反接制动的实现
当开关K闭合，电动机运行
于电动状态。当开关K断开，电枢回路串入较大电阻RW，使n＝0时，电磁转矩小于负载转矩，电动机反向加速，T与n反向，进入电动势反接的反接制动运行。
Ra RW n T nC 2 CeCT ΦN
T=TL
CeCT Φ n RW Ra TL
2 N C
第3章
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5.能耗制动பைடு நூலகம்点
(1)制动时 U=0，n0=0 ，直流电动机脱离电网变成直流发电机单独运行，把系统存储的动能或位能性负载的位能转变成电能( EaIa)消耗在电枢电路的总电阻上I2(Ra+RW)。 (2)制动时， n与T成正比 ,所以转速n 下降时，T也下降，故低速时制动效果差，为加强制动效果，可减少RW，以增大制动转矩T ，此即多级能耗制动 C Φ n T CT ΦN I a CT ΦN e N , T n Ra RW

电机与拖动第3章直流电机的电力拖动

B、他励直流电动机的常用的起动方法
为了获得足够大的起动转矩的同时降低起动电流，起动时一般应按照如下步骤进行：（1）首先在励磁绕组中加入额定励磁电流，以建立满载主磁场；（2）待主磁场建立之后再加入电枢电压。
电枢回路串电阻起动
直流电机的起动方法
降压起动
a、电枢回路串电阻起动
3.18 直流电动机人工起动器的电气原理图
B、电力拖动系统的稳定运行条件
定义：对于稳态运行的电力拖动系统，若受到外部扰动（如电网电压的波动，负载转矩的变化等）后系统偏离原来的稳态运行点。一旦干扰消除，系统能够恢复到原来的稳态运行点，则称系统是稳定的；否则，系统是不稳定的。
图3.13 电力拖动系统的稳定运行分析
电力拖动系统稳定运行的条件为：
B、多轴电力拖动系统的折算
a、折算的概念
图3.3 多轴电力拖动系统的简化
折算的原则是：确保折算前后系统所传递的功率或系统储存的动能不变。
b、折算的方法
1) 机械机构的转矩折算
折算时需考虑电动机和生产机械的工作状态。现分析如下：（1）当电动机驱动机械负载时，传动机构的损耗是由电动机承担的。于是有：
TL TL Lt
根据上式，折算后的负载转矩为：
TL
TLt TLt j ( ) L
（3-5）
2）直线作用力的折算
折算时同样应考虑功率的流向问题。图3.4给出了电机拖动起重机负载实现升降运动的示意图。
图3.4 电机带动起重机负载的示意图（1）当重物提升时，传动机构的损耗自然由电动机承担。于是有：又
Tem n
nA
TL n
（3-15）
nA
上述结论可以通过系统的动力学方程式或上图的分析求得。其物理意义是：当在A点处于稳定运行系统受到外部扰动使得转速增加时，负载转矩的增加应大于电磁转矩的增加，系统才能够减速，回到原来的运行点。此时，系统在A点处是稳定运行的。

电机拖动第三章

由图可见，位能性恒转矩负载的转矩不随转速方向的改变而改变。无论电机正、反转，负载转矩始终为单一方向。
B、通风机负载特性特点:
负载转矩基本上和转速的平方成正比，
即
TL Kn
2
例：通风机、水泵及油泵等，负载转动时，其中空气、水、油等介质对机器叶片的阻力基本上和 2 成正比。
n
C、恒功率负载的转矩特性恒功率负载：如车床、恒张力卷取机，随着卷取直径增大，力矩增大。但为了保持张力不变，线速度应不变，相应地转速就要降低，结果是功率不变。
2
当电机工作在A点时，
TemA TLA
则有:
GD2 dn Tem TL 375 dt
考虑到微小增量为在A点的偏导数乘上 n ，上式为
Tem n
nA
TL n n
nA
GD2 dn n 375 dt
整理为线性微分方程
Tem n TL n

为了简化计算，把多轴复杂系统等效成
一个单轴简单系统，方法是把电机轴后面的传动机构和工作机构部分（如下图中虚
线框部分所示）都折算到电机轴上，用一
个等效负载来代替它，这样就可以用单轴
系统的运动方程式来研究多轴系统，这时
运动方程式为
折算
折算方向：一般是从生产机械轴向电动机轴折算。原因是研究对象是电动机。且电动机轴一般是高速。根据传送功率不变的原则，高速轴上的负载转矩数值小。折算的原则是：确保折算前后系统所传递的功率或系统储存的动能不变。
例3-2：用稳定运行的概念判断图中的A点是否为稳定运行点？
系统原在A点平衡运转
TL1 TL 2
n nA
Tem TL1

第三章直流电动机的电力拖动

U
Ec R1
两级起动时
I1 R2 R1 I 2 R1 Ra
推广到m级起动的一般情况
I1 Rm Rm1 R2 R1
I 2 Rm1 Rm2
R1 Ra
I1 / I2 称为起动电流比
30
R1 Ra
R2 R1 Ra 2
Rm1
Rm 2
Ra
m1
Rm Rm1 Ra m
17
B、风机与泵类负载的转矩特性
通风机负载转矩与转速的大小有关，基本上与转速的平方成正比
特点： TL Kn2
通风机类负载的转矩特性
如实际生产机械中的水泵、油泵、离心式通风机等其介质对叶片的阻力基本上与转速的平方成正比。
18
C、恒功率负载的转矩特性
特点：
TL
k
1 n
恒功率负载的转矩特性
在不同转速下，负载转矩基本上与转速成反比,其功率基本
恒转矩负载大多数生产机械可归纳为：风机与泵类负载
恒功率负载
14
各类生产机械的负载转矩特性 A、恒转矩负载的转矩特性
特点：负载转矩不受转速变化的影响。在任何转速下，负载转矩
总是保持恒定或大致恒定。
反抗性恒转矩负载恒转矩负载
位能性恒转矩负载
15
(1) 反抗性恒转矩负载的转矩特性如下图所示。
反抗性恒转矩负载的转矩特性
22000 Ω
0.174Ω
Ce N
UN
I N Ra nN
220 116 0.174 V/(r/min) 1500
0.133 V/(r/min)
理想空载点 Te 0
n
n0
UN
Ce N
220 r/min 1650r/min 0.133

清华大学电机原理及拖动彭鸿才版课件

(4)端盖:附有轴承的端盖安装在机座上以支持电枢,它可以保持电枢表面和极掌表面相隔一个气隙,使电枢可以自由旋转.
(5)电刷装置:电刷是由石墨做成的导电块,将它套入刷握内, 用弹簧以一定压力将电刷压在换向器的表面上.在电枢旋转时可以保持电刷固定不动.电刷的作用是使电枢绕组和外电路接通,同时通过换向器进行电流的换向.
(1)转轴和轴承:转子必须有转轴,以便电机和生产机械或原动机进行联接传递转矩和功率.中小型电机一般采用滚动轴承,大容量电机 ,采用支架式滑动轴承.
4.其他部分
(2).通风装置:作用是冷却电机.
为了说明方便,作下列规定: (1)N导体和S导体:在N极下的导体称为N导体;在S极下的导体称为S导体. (2)符号和符号 :导体中电势(电流)的方向进入纸面时用表示;导体中电势(电流)的方向由纸面出来时用表示.
(2)电枢绕组:电枢绕组是电机产生感应电势和电磁转矩以实现机电能量转换的重要部件.绕组是由绝缘的圆形或矩形铜线绕成,嵌放于电枢铁心的槽中.必须采用层间绝缘和绕组与铁心槽避之间的槽绝缘.
综上所述:线圈中的交变电势已变成刷间直流电压.通过换向器使电刷b1仅能接通S导体,而S导体的电势方向恒为故电刷b1的极性恒为正;同理电刷b2的极性恒为负.
2.直流电动机的基本工作原理
通过换向器的作用，使与电源负极相接的电刷仅能接通S导体，故S导体中的电流方向恒为流出纸面，而与电源正极相接电刷仅能接通N导体，电流流入纸面。故电机恒逆转。
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⌒⌒⌒源自⌒⌒⌒⌒

[工学]刘锦波电机与拖动第3章直流电机的电力拖动第2部分

22
图3.32 他励直流电机反接制动时的接线图
1. 反接制动时电动机的机械特性与制动电阻的计算
反接制动过程中电机的机械特性可表示为：
n
U1 Ce
(Ra CeCT
RB ) 2
Tem
n0
Tem
（3-72）
上式可用图3.33所示曲线表示之。很显然，反接制动时电机的机械特性是一条位于第II 象限的直线。
反接制动时的制动电阻决定了制动转矩的大小。为防止制动电流过大，一般按照下列
规则选择制动电阻 RB ，即：
IB
U N EaN Ra RB
2IN
23
式中，I B 为反接制动的起始电流。相应的制动电阻为：
RB
UN EaN 2IN
Ra
UN IN
Ra
（3-73）
图3.33 反接制动时直流电机的机械特性
K ni ni1
（3-49）
上式中，K 越接近于1，则平滑性越好。若采用无级调速，即速度连续可调，则 K 1 。
d：原始投资与运行成本
调速系统的经济指标包括设备的原始性一次投资和设备的运行费用。运行费用主要是
指调速过程中的损耗，通常用效率来衡量，即：
4
P2 100% P2 100%
P1
P2 p
现说明如下：
图3.28分别给出了恒转矩负载采用恒功率调速方式以及恒功率负载采用恒转矩调速方式时的负载转矩特性和电动机的机械特性。
图3.28 调速方式与负载类型不匹配的说明
14
a、假若恒转矩负载选择恒功率调速方式（见图3.28a）。
为了满足整个调速范围内的转矩要求，必须满足：Tem TL 。根据图3.28a，显然，
结论：随着励磁电流的减小，电动机的转速升高。为了确保电机的磁

电机与电力拖动第3章直流电机的基本理论讲解

3.6 直流电动机稳态运行时的基本方程式和工作特性（重点)
3.6.1 直流电动机稳态运行时的基本方程式（电压、转矩、功率）
1 电压平衡方程式
+ Ia
If +

U Ea M
U
－
－
2 转矩平衡方程式
励磁电路： U = Rf If 电枢电路： U= Ea + Ra Ia
U：端电压；
Ea ：电枢电动势； Ra ：电枢回路电阻； Rf ：励磁回路电阻； U>Ea时：电动机； U<Ea时：发电机；
If
Ia
Ea : 感应电动势
Uf
Ea MU
Ia :电枢电流 Ra :电枢电阻 I f :绕组电流
Rf Ra
Rf :绕组电阻
他励 I I N I f Ia
U UN Ea IaRa
U UN I f Rf
Ra
If
U
M
Rf
并励
Ea
I IN I f Ia U UN Ea IaRa
P

Ea
I
；
a
n ::转机速械；角速度, (2n ) / 60；
转矩的求法：T CT Ia
CT : 转矩常数CT ( pN ) /(2a); p : 磁极对数；
Ia：电枢电流I N ;
题2：一台他励直流电动机的额定数据为PN＝17kW，UN＝220V，nN＝1000r/min， IN＝92A，电枢绕组的电阻Ra＝0.2Ω，电刷压降2△Ub＝2V。试计算：（1）电动机的额定电磁转矩。（2）理想空载转速和实际空载转速。（3）电动机的输出转矩保持为额定值不变，在电枢回路中串入0.3Ω电阻，求电动机转速。

《电机与拖动基础》习题解答

《电机与拖动基础》习题解答第一章直流电机原理P331-21一台并励直流发电机N P =16kW , N U =230V,N I =69.6A ,N n =1600r/min,电枢回路电阻a R =0.128Ω,励磁回路电阻f R =150Ω,额定效率N η=85.5%.试求额定工作状态下的励磁电流、电枢电流、电枢电动势、电枢铜耗、输入功率、电磁功率。

解：fN I =N f U R =230150=1.53A aN I =N I +fN I =69.6+1.53=71.13A aN E =N U +aN I a R =230+71.130.128⨯=239.1Vcua p =2aN I a R =271.130.128⨯=647.6WaN E aN I =239.171.13⨯=17kW输出功率1N p =N N P η=1685.5%1685.5%=18.7kW1-29并励直流发电机N P =7.5kW , N U =220V , N I =40.6A , N n =3000r/min,Ra=0.213Ω.额定励磁电流fN I =0.683A,不计附加损耗，求电机工作在额定状态下的电枢电流、额定效率、输出转矩、电枢铜耗、励磁铜耗、空载损耗、电磁功率、电磁转矩及空载转矩。

解： a I =N I -fN I =40.6-0.683=40AP 1=N U N I =22040.6⨯=8932W N η=1N p p 100%⨯=75008932100%⨯=84% 2T =9550N N p n =95507.53000⨯=24N ·m cua p =2a I Ra=240⨯0.213=341W2203220.683N f fN U R I ===Ω 2cuf fN f p I R =∙=2200.683N fN U I ∙=⨯=150W0189327500341150941N cua cuf p P P p p =---=---=189323411508441M cua cuf P p p p =--=--=WT =9550M Np n =95508.4413000=27 N ·m 02T T T =-=27-24=3 N ·m第二章电力拖动系统的动力学P482-9 负载的机械特性又哪几种主要类型？各有什么特点？答：负载的机械特性有：恒转矩负载特性、风机、泵类负载特性以及恒功率负载特性，其中恒转矩负载特性又有反抗性恒转矩负载与位能性恒转矩负载，反抗性负载转矩的特点是它的绝对值大小不变，但作用方向总是与旋转方向相反，是阻碍运动的制动性转矩，而位能性转矩的特点是转矩绝对值大小恒定不变，而作用方向也保持不变。

直流电机及其电力拖动工作原理

直流电机及其电力拖动工作原理直流电机是实现直流电能和机械能相互转换的一种旋转电机，分为直流发电机和直流电动机。

如果作为发电机，必须由原动机拖动，把机械能转换为直流电能，以满足生产的需要，如直流电动机的电源、同步发电机的励磁电源（称为励磁机）、电镀和电解用的低压电源；如果作为电动机，将电能转变成机械能来拖动各种生产机械，以满足用户的各种要求。

由于直流电动机具有良好的起动特性，能在宽广的范围内平滑而经济地调速，所以它广泛地用于对起动和调速性能要求较高的生产机械上，如轧钢机、高炉卷扬设备、大型精密机床等。

小容量直流电机广泛作为测量、执行元件使用。

一、直流电机的基本原理和结构直流电机主要由定子和转子组成，定子由主磁极（产生恒定的气隙磁通，由铁心和励磁绕组构成）、换向磁极（改善换向）、电刷装置（与换向片配合，完成直流与交流的互换）、机座和端盖（起支承和固定作用）组成；转子由电枢铁心（主磁路的一部分，放置电枢绕组）、电枢绕组（由带绝缘的导线绕制而成，是电路部分）、换向器（与电刷装置配合，完成直流与交流的互换）、转轴、轴承组成。

直流电机是根据电磁感应定律和电磁率定律实现机械能与直流电能转换的电器设备。

按照转换方向不同可分为直流发电机（机械能转换为电能）和直流电动机（电能转换为机械能）。

二、直流电机的电力拖动原理由直流电机作为原动机的拖动系统称为直流电力拖动系统。

其优点是：系统的起动转矩大，在较大范围内能平滑地进行速度调节，控制简便。

然而，由于直流电机具有换向器和电刷，给使用带来了不少限制，如不能使用在易燃、易爆的场合；另外，换向器还限制了电机向高速、大容量方面发展。

尽管如此，直流电机在电力拖动系统的调速和起动方面的优势，使其至今仍在各个工业传动中发挥着重要的作用，特别是小型直流控制电机。

不同类型、励磁方式的电机特性各不相同，它们分别适用于不同类型的生产机械和工艺要求，本节以应用最为广泛的他励直流电机拖动系统为典型，研究他励直流电机的机械特性、起动、制动、调速运行及电力拖动系统稳定运行的条件。

第3章直流电动机

功率流程图：
Pcua= Ia2Ra
P0= pm+ pFe
P1= UIa PM= EaIa
P2
pf
图3-4 他励直流电动机功率流程图
3.2 负载的机械特性
生产机械工作机构的负载转矩TL与转速之间的关系，即n=f(TL) 称为负载的机械特性。也就是负载的转矩特性，简称负载特性。
3.2.1 恒转矩负载的机械特性
用各种原动机带动生产机械的工作机构运转，完成一定生产任务的过程称为拖动。用电动机作为原动机的拖动称为电力拖动。电力拖动系统包括：电动机、传动机构、工作机构、控制设备和电源五个部分。
电源
控制设备
电动机
传动机构
图3-1 电力拖动系统的组成
工作机构
3.1.1 电力拖动系统简介
2.电力拖动系统的运动方程
U M
T n
TL
F图3-2 单轴电力拖动
2.电力拖动系统的运动方程系统旋转运动的三种状态
1)当 T = TL 于稳态。
或
dn dt
=
0 时,系统处于静止或恒转速运行状态，即处
2)当 T 3)当 T
> TL
或
dn dt
>
0 时,系统处于加速运行状态，即处于动态。
< TL或
dn < 0 时,系统处于减速运行状态，即处于动态。 dt
3.3.3 人为机械特性
n
n02
Φ2
n01
Φ1
n0
ΦN
0
T
图3-12 减弱磁通人为机械特性
对于一般电机，当Ф ＝Ф N时，磁路已经饱和，再增加磁通已不容易，所以人为机械特性一般只能在Ф ＝Ф N的基础上减弱磁通。

电机与电力拖动基础教程第3章(2)

△n=2△nN
n01=0.5n0
电枢回路串电阻调速
降压调速
δ 设计调速方案前，由生产机械的要求确定D和设计调速方案前，由生产机械的要求确定和δ，算出允许的转速降，可确定调速方法。的转速降，可确定调速方法。
第3章章
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nmax nmax nmax D= = = nmin n01 −∆nN ∆n ( 1 −1 ) N
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nmin 0 TN PN T、P 他励直流电动机调速时的允许输出转矩和功率
第3章章
3)调速方式与负载类型配合问题调速方式与负载类型配合问题调速方式与负载类型配合恰当，所选电动机的体积较经济。在不同转速下，可较充分地利用，不致造成浪费(浪费是指电机的转矩和功率选的过大)，或长时间运行而烧坏 (指转矩及功率选的较小)。
第3章章
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允许输出转矩和功率
n nmax 1 nN 2
在图中， T=f（n）和 P=f（n）曲线表示在保证电动机得到充分利用的条件下(即Ia=IN)，本身允许输出的转矩和功率，仅说明直流电动机具有的能力，并不代表电动机实际输出的转矩和功率，电动机实际输出的转矩和功率要由它所拖动的负载转矩和负载功率特性来决定。率特性来决定。实际上，电动机在调速时实际输出的功率和转矩是多大，则要看电动机拖动是什么类型的负载。如果配合适当，电机实际输出即为允许输出，电动机容量能充分利用，否则电机容量造成浪费。
第3章章
UN>U1>U2>U3
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3.3.1 调速的基本指标
为生产机械选择调速方法，为了评价各种调速方法的优缺点，必须依据统一规定的调速技术经济指标来选择。调速指标主要有两大类：⑴技术指标；⑵经济指标 1.调速的技术指标 ⑴调速范围D 在额定负载下，电机可能运行的最高转 nm ax 速nmax与最低转速nmin之比称为调速范围。 D = T=T nm N in 用D表示。 ★调速范围D大好。要扩大调速范围，必须尽可能提高nmax 及降低nmin。 nmax受直流电动机转动部分机械强度与换向条件的限制； nmin受低转速时相对稳定性的限制，相对稳定性是指负载转矩变化时转速变化的程度，转速变化越小，相对稳定性越好，能得到的nmin越小，D也就越大。电动机低速时，机械特性越硬，调速范围越大。

《电机原理及拖动(彭鸿才)》习题集-第三章直流电动机的电力拖动题及答案

《电拖》直流电力拖动部分1、电力拖动系统的原动机是___。

a)电动机 b)发电机 c)水轮机 d)汽轮机2、直流电动机的固有机械特性是一条略向下倾斜的___线。

a)双曲 b) 曲 c)直3、改变直流电动机电枢回路电阻，可得到一簇___不变、___随电阻增大而增大的人为特性。

a) n 0 b)斜率4、改变直流电动机端电压,可得到一簇___不变、___随电压下降而减小的人为特性。

a) n 0 b)斜率5、当改变直流电动机励磁电流时，机械特性的n 0是___的，斜率是___的。

a)不变 b)可变6、电力拖动系统稳态运行时, T L ___T ，故稳态工作点为负载特性与电动机机械特性的交点。

a)大于 b)小于 c)等于7、如图电力拖动系统___点是稳定运行点,___点是不稳定运行点。

a)A b)B8、设T= T L 处,转速为n A ，则当扰动使拖动系统n>n A 时,T 应___ T L.当扰动使拖动系统n<n A 时, T 应___ T L, 系统才能稳定运行。

a)等于 b)大于 c)小于9、电力拖动系统稳定运行的充要条件是:在T= T L 处,___。

a)L dT dT dn dn = b) L dT dT dn dn < c) L dT dT dn dn> 10、直流电动机起动时，为了产生尽可能大的起动转矩，应把励磁电流调至。

a)最大 b)最小11、直流电动机直接起动电流可以达到额定电流的倍。

a)4~7 b)10~2012、当电动机的电磁转矩T 与转速n 同向时,运行在___状态；反向时,运行在___状态。

a)电动 b)制动13、能耗制动的特点是___；反接制动的特点是___；回馈制动的特点是___。

a)|n|>|n 0| b)U=0 c)n 与n 0反向14、能耗制动机械特性在第___象限；电压反接制动机械特性在___象限；转速反向（电动势反向）反转制动机械特性在___象限；回馈制动机械特性在___象限；电动状态机械特性在___象限。

直流电机的电力拖动作业题参考答案(第3章)

作业题参考答案一．思考题3.1 下图中箭头表示转矩与转速的实际方向，试利用电力拖动系统的动力学方程式说明在附图所示的几种情况下，系统可能的运行状态（加速、减速或匀速）。

(a) (b) (c) (d) (e)图3.50 题3.1图答：由拖动系统的动力学方程式dt dnGD T T L em 3752=−可知：（a）减速（b）减速（c）加速（d）匀速（e）匀速3.2 在起重机提升重物与下放重物过程中，传动机构的损耗分别是由电动机承担还是由重物势能承担？提升与下放同一重物时其传动机构的效率一样高吗？答：3.3 试指出附图中电动机的电磁转矩与负载转矩的实际方向（设顺时针方向为转速n 的正方向）。

(a) (b)(c) (d)图3.51 题3.3图答：对于图a em T >0 , L T >0,则有动力学方程式的符号规定：em T 顺时针方向，L T 为逆时针方向；电机工作于正向电动状态。

对于图b em T <0 , L T <0,则有动力学方程式的符号规定：em T 逆时针方向，L T 为顺时针方向；电机工作于正向回馈制动状态。

对于图c em T <0 , L T <0,则有动力学方程式的符号规定：em T 逆时针方向，L T 为顺时针方向；电机工作于反向电动状态。

对于图dem T >0 , L T >0,则有动力学方程式的符号规定：em T 顺时针方向，L T 为逆时针方向；电机工作于反向回馈制动状态。

3.4 根据电力拖动系统的稳定运行条件，试判断图3.52中A 、B 、C 三点是否为稳定运行点？图3.52 题3.4图答：根据电力拖动系统的稳定运行条件：可以得出：系统在A 点、B 点是稳定的； C 点是不稳定运行点。

3.5 一般他励直流电动机为什么不能直接起动？采用什么样的起动方法最好？答：直接起动时启动电流远远大于额定电流。

带来的危害：会带来很大的电流冲击，导致电网电压下降，影响周围其他用电设备的正常运行。

电力拖动习题解答

8
励磁绕组与电枢没有电气连接，励磁电流由另外的电源提供
电机及电力拖动
第2章直流电机的原理和特性
2-11：他励直流电机拖动恒转矩负载，如果磁通减小，电枢电流如何改变？根据转矩方程式T=CTΦIa，T恒定，磁通减小则电枢电流上升。 2-14：什么是他励直流电动机的固有机械特性和人工机械特性？他励直流电动机有哪几种人工机械特性？电动机额定电压和额定励磁状态下、电枢绕组不外串电阻时，电机的电磁转矩和转速的关系n=f(T)称为固有机械特性；改变上述参数得到的机械特性n=f(T)称为人工机械特性。改变他励直流电动机的电枢电压、励磁电流和电枢绕组外串电阻可得到三种性质不同的人工机械特性 2-16：电力拖动系统稳定运行的充要条件是什么？
第1章电力拖动系统动力学
某电力拖动系统，如果转速变化率dn/dt<0，说明系统的拖动转矩（ B）制动转矩 A. 大于 B. 小于 C. 等于 D.不确定
对多轴拖动的电力拖动系统，在等效为单轴拖动系统时，根据（ B ）原则进行负载转矩折算。 A. 折算前后转矩不变 C. 折算前后动能不变 B. 折算前后功率不变 D. 折算前后功能不变
B. －0.4
C. 0.5
D. －0.5
7
第2章直流电机的原理和特性
2-4：说明直流电动机换向器的作用。利用换向器将外电流的直流电流转变为交流电流输入到电枢的导体中 2-8：直流电机有哪些励磁方式？各有什么特点？
并励绕组和串励绕组产生的磁势既可相加也可 I=Ia=If I=Ia+If 励磁绕组与电枢并联，负载电流等于电枢电流和励磁电流之和励磁绕组与电枢串联，负载电流等于电枢电流相减 I=Ia+If1=If2 既有与电枢绕组并联的励磁绕组，也有与电枢绕组串联的电枢绕组

电力拖动复习大纲

电力拖动复习大纲漆海霞第三章直流电机的电力拖动一、本章重点：1、电力拖动系统动力学基础：电力拖动系统动力学方程式，多轴电力拖动系统折算，生产机械负载特性，电力拖动系统稳定运行条件，调速系统性能指标；调速方式与负载类型的配合。

2、直流电动机的电力拖动；（1）直流电动机电力拖动动态数学模型，（2）直流电机的起动、调速、制动方法及特性。

3、直流电机的四象限运行分析。

二、复习指导1、电力拖动系统动力学方程式，2375em L d GD dnT T J dt dtΩ-== （3-1）～（3-3）Note ：①正确理解方程式的应用，明确电机输出转矩及负载转矩正方向的规定，熟悉方程式的使用条件，并运用该方程式分析各种电力拖动系统的运行状态。

②明确方程式中各字母符号的物理意义及单位。

2、多轴电力拖动系统等效（折算方法）；掌握折算的概念、原则及方法。

折算概念：对于多轴电力拖动系统，将负载转矩及惯量进行折算为等效的单轴系统。

折算的原则是：确保折算前后系统传递的功率或系统储存的动能不变。

折算的方法有：（1）、机械机构转矩折算；（2）直线作用力的折算；（3）惯量与飞轮矩GD 2的折算；（4）直线运动的质量折算。

（1）、机械机构转矩折算电机工作在电动状态， ()()L L LL t t t L L T T T T n j n ηηη'''===ΩΩ (3-4) 电机工作在发电状态， ()()L tL t L t L LLT T T T nj n ηηη'''===ΩΩ (3-5) j=j 1·j 2·j 3…为传动机构总转速比。

（2）直线作用力的折算电机工作在电动状态，重物提升时，9.55260L L L L L L L t ttF v F v F vT n n πηηη===Ω （3-6）电机工作在发电制动状态，重物下放时，9.55260L L t L L t L L t L F v F v F v T n n ηηηπ'''===Ω （3-7）且对于同一重物有：12t tηη'=-（3-8）（3）惯量与飞轮矩GD 2的折算惯量的折算：2221212()()()L M L J J J J J ΩΩΩ=++++ΩΩΩ（3-9）飞轮矩的折算：2222222221122112222222211212()()()()L L L L MM LG D G D G D G D G D G D GD GD GD n n n j j j j n n n =++++=++++ （3-10）（4）直线运动的质量折算22222222211()3652242460L L L L L L M L L M G v m v G v gJ m v GD g n g n π''Ω=⇒===Ω⎛⎫⎪⎝⎭ （3-11）3、生产机械负载特性恒转矩负载转矩特性（反抗性负载和位能负载特性），恒功率负载转矩特性，风机、泵类负载转矩特性。

电机与拖动技术基础第3章直流电动机的电力拖动基础

—系统旋转的角速度
GD dn Tem TL 375 dt
2
GD2—飞轮惯量（飞轮矩），GD2 J gg—重力加速度2
3.1
3.1.1
电力拖动系统的运动方程式
运动方程式
系统旋转运动的三种状态
(1)当Tem TL 或 dn 0时 dt
系统处于静止或恒转速运行状态，即处于稳态；
15
3.4
直流电动机的机械特性
3. 减弱磁通时的人为机械特性
减弱磁通时的人为机械特性方程式为：
减弱磁通时的人为机械特性的特点是：
（1）理想空载转速与磁通成正比，比例系数为负，减弱磁通升高；（2）斜率与磁通的平方成
反比，减弱磁通使斜率增大。
16
3.5
电力拖动系统的稳定运行条件
3.5.1 电力拖动系统的稳定运行一台电动机拖动生产机械，以多高的转速运行，取决于电动机的机械特性和生产机械的负载特性。如果知道了生产机械的负载转矩特性和电动机的机械特性，把两种特性配合起来，就可以研究电力拖动系统的稳定运行问题。
10
3.4
直流电动机的机械特性
3.4.1 直流电动机机械特性的表达式
11
3.4
直流电动机的机械特性
3.4.2 固有机械特性
把他励直流电动机的电源电压、磁通称为额定值，电枢回
路未接附加电阻时的机械特性称为固有机械特性。其固有机械
特性的方程式为
式中，
可以从铭牌数据中查到；电枢电阻
可由近似公式
估算得到。
（1）理想空载转速保持不变；
（2）斜率随的增大而增
大，转速降增大，特性曲线变软。
14
3.4
直流电动机的机械特性

电机原理与拖动——第三章直流电动机电力拖动2

电枢由晶闸管整流供电的直流调速系统示意图
晶闸管励磁的发电机-电动机机组调速系统晶闸管励磁的发电机电动机机组调速系统
(3)机械特性方程机械特性方程
U0 --整流电压整流电压 R0 -- 整流装置内阻
调压调速时的机械特性
(4)调压调速特点调压调速特点 1) 调速范围广；调速范围广； 2) 调速平滑性高；调速平滑性高； 3) 设备投资大；设备投资大； 4) 采用可控硅直流电源时效率高，采采用可控硅直流电源时效率高，用机组时效率较低。用机组时效率较低。
3.3
他励直流电动机的调速
1.可以采用的调速方法：可以采用的调速方法：可以采用的调速方法机械方法；电气方法；机械电气配合方法。机械方法；电气方法；机械电气配合方法。 2.电气调速方法：电气调速方法：电气调速方法由转速调节特性来看: 由转速调节特性来看
欲改变电动机的转速，欲改变电动机的转速，可以改变电枢端电包括改变U 和改变R 压 Ua （包括改变和改变 )，或改变励磁实现。磁通 Φ 实现。
2.降低电源电压降低电源电压
使用的可调直流电源有：使用的可调直流电源有： (1)晶闸管整流装置；晶闸管整流装置；晶闸管整流装置 (2)电动机发电机机组。电动机-发电机机组电动机发电机机组。容量较大时用机组作为可调直流电源，容量较大时用机组作为可调直流电源，而用晶闸管装置调节发电机G的励磁电流的励磁电流。晶闸管装置调节发电机的励磁电流。
静差率与调速范围的关系：静差率与调速范围的关系：
静差率与调速范围是互相联系的两项指标，静差率与调速范围是互相联系的两项指标，系统决定于低速特性的静差率。可能达到最低速 nmin 决定于低速特性的静差率。

第三章 直流电动机的电力拖动

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