第二章直流电机拖动

扰动使转速有微小下降，由nB下降 到 n ,系统减速。 B , T TZ
n B
B
T
即使扰动消失,也不能回到 B 点运行。 0 Tz 电力拖动系统稳定运行的充分必要条件是： (1)必要条件:电动机的机械特性与负载的转矩特性必须有交点, 即存在 T TZ (2)充分条件: 在交点的转速以上存在 T TZ ,在交点的转速以下存在 T TZ
当电枢电流较大时，由于饱和的影响，产生去磁作用。 磁通降低，转速就要回升，机械特性在负载大时呈上翘 现象。
三、人为机械特性
Ra R U n T 2 Ce Ce C M
人为机械特性：当人为改变 U 或 或 R 得到的 机械特性。
（一）电枢串联电阻时的人为机械特性
UN Ra RΩ n T 2 Ce N Ce CM N
T Tz
n
nA nA nA
扰动使转速有微小增量，转速由n A 上升到nA ，T Tz 。 扰动消失,系统减速，回到 A 点运行。 扰动使转速有微小下降，由 n A下降 到 n A , T TZ
A
T
0
Tz
扰动消失,系统加速，回到 A 点运行。
在B点，系统平衡 T Tz n 扰动使转速有微小增量，转速由nB n 上升到n T Tz ,系统加速 。 B B， 即使扰动消失,也不能回到 B 点运行。 nB
试计算四级起动时的起动电阻。
第五节 他励直流电动机的调速
调速方法： 机械调速——改变传动机构速比 电气调速——调压调速；电枢串电阻调速；调磁调速。 机械电气配合 一、调速指标
调速方法最主要的有两大指标：即技术指标与经济指标 1. 调速范围
nmax （在额定负载下） D nmin
不同生产机械要求的调速范围是不同的，例如车床D＝20～120， 龙门刨床D＝10～40，机床的进给机构D＝5～200，轧钢机D＝3～ 120，造纸机D＝3～20等
总结： 1 是通过同一理想空载点的一 束直线； 2 特性变软。
他励直流电动机 固有机械特性
电枢串联电阻时 的人为机械特性
（二）改变电压时的人为机械特性
Ra n T 2 Ce N Ce CM N
总结： 1 一般为降压人为特性； 2 理想空载转速降低，U 则n’0 ； 3 特性硬度不变。
二、 降压起动 以较低的电源电压起动电动机，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。 降压起动需专用电源，设备投资较大，但它起动平稳，起动 过程能量损耗小，因此得到广泛应用。
某他励直流电动机额定功率PN＝29kW，额定电压 UN＝440V，额定电流IN＝76A，额定转速 nN＝1000r/min，电枢绕组电阻Ra＝0.377，
(3) 3 0.85 N 因负载转矩不变， 稳定后电流 N I a 3 0.8 I N 0.8 30 / 0.85 28.2( A) 3
n
n0 nN n1
串电阻Rs1后, 工作点由 A→A’→B
A’
A B
未串电阻时 的工作点
Ra
Ra+Rs1
0
Tz
T
（一）电枢回路串电阻调速 优点：电枢串电阻调速设备简单，操作方便。 缺点： 1）由于电阻只能分段调节，所以调速的平滑性差，有级调速； 2）低速时特性曲线斜率大,静差率大,所以转速的相对稳定性差； 3）轻载时调速范围小，额定负载时调速范围一般为D≦2；
第三节 他励直流电动机的起动
电动机的起动是指电动机接通电源后，由静止状态加速到 稳定运行状态的过程。
U Ea I a ( Ra R )
一般直流电动机不允许直接起动。
U Ea Ia Ra R
起动瞬间： U＝UN；Ea＝0；R＝0
引起电网电压波动；
使电动机的换向恶化； 损坏电枢绕组和传动机构。
注意： 1.飞轮矩是一个表征系统惯性的物理量，是一个完整的符号； 2.飞轮矩的使用应注意单位换算。
1、当 T Tz
dn 0 dt
电动机静止或恒转速，系统处于稳 定运转状态。
dn 2、当 T Tz 0 电力拖动系统处于加速状态 dt dn 3、当 T Tz 电力拖动系统处于减速状态 0 dt 运动方程式中转矩的正负符号分析 GD 2 dn T (Tz ) 运动方程式的一般形式 375 dt
2．静差率（或称相对稳定性）
nN n0 nN 100% 100% n0 n0
总结： 1 当n0一定时，机械特性越硬， 越小； 2机械特性硬度一定时，当n0越
高，越小； 3 D与相互制约，采用同一方法 调速时， （静差率要求越低） D ，反之 D 。
课堂练习： 1.P60，例2-9 2.某他励直流电动机有关数据为： PN＝60kW， UN＝220V，IN＝305A， nN＝1000r/min， 电枢回路总电阻Ra＝0.04，求下列各种情况下电动机 的调速范围。 （1）静差率 30 %，电枢串电阻调速； （2）静差率 20 %，电枢串电阻调速； （3）静差率 20 %，降低电源电压调速；
题
一、调速指标
3．平滑性 在一定的调速范围内，调速的级数愈多则认为调速愈平滑。
ni ni 1
值愈接近于1，则平滑性愈好。时称为无级调速，即转速连续
可调，级数接近无穷多，此时调速的平滑性最好。
4、调速的经济性
主要指调速设备的投资、运行效率及维修费用等。
二、调速方法
（一）电枢回路串电阻调速
电动机实际空载转速
UN n0 Ce
Ra n0 n0 T 2 0 Ce C M N 额定转速
nN n0 N TN
他励直流电动机固有特性
二 他励直流电动机固有机械特性
电枢反应对机 械特性的影响
电动机带负载后的转速降
Ra n T NT 2 Ce C M N

U
M T

n
TZ
d T Tz J dt
2 GD J m 2 4g
T：电动机的电磁转矩 Tz：总负载转矩（阻转矩）
2 kg m 单位为
转动惯量
其中 J
dΩ 为系统的惯性转矩。 dt
2n 2 dn T Tz 375 dt
2 2 称为飞轮矩 （ N m ）， GD 4 gJ
调速方法
优点： 1）电源电压能够平滑调节，可实现无级调速。 2）调速前后的机械特性的斜率不变，硬度较高，负 载变化时稳定性好。 3）无论轻载还是负载，调速范围相同。
4）电能损耗较小。 缺点：
需要一套电压可连续调节的直流电源。
(三)
减弱磁通调速
调速方法
n
n01 n1
nN
调节磁场前 工作点
弱磁稳定后的 工作点
U N (10 ~ 20) I Ia N Ra
他励直流电动机的起动方法
起动要求：1 启动初瞬 2 满励磁起动
I a (1.5 ~ 2.0) I N I f I fN
起动方法：降压起动；电枢回路串电阻。
一、 电枢回路串电阻起动
R1 Ra R1 R2 Ra R1 R 2
T CM I a
Ra R U n T 2 Ce Ce C M
二 他励直流电动机固有机械特性 当 U U N , N , R Ra 时的机械特性称为固有机械特性。
UN Ra n T n0 N T 2 Ce N Ce C M N
理想空载转速
n0
B
A
A’
弱磁瞬间工作 点A→A‘
N
T
1
Tz
(三)
减弱磁通调速
优点：1)由于在电流较小的励磁回路中进行调节，因而控制方便， 能量损耗小，设备简单，调速平滑性好,可实现无级调速。 2)弱磁升速后电枢电流增大，电动机的输入功率增大，但 由于转速升高，输出功率也增大，电动机的效率基本不变，因此 经济性是比较好。 缺点：1）机械特性变软； 2）转速的升高受到电动机换向能力和机械强度的限制， 升速范围不可能很大，一般 D≤2； 为了扩大调速范围，通常把降压和弱磁两种调速方法结 合起来，在额定转速以上，采用弱磁调速，在额定转速以下采用 降压 调速。
4）损耗大，效率低，不经济。对恒转矩负载，调速前、后因 磁通不变而使T和Ia不变，输入功率不变，输出功率却随转速的 下降而下降，减少的部分被串联电阻消耗了。
（二) 降低电源电压调速
调速方法
调速压前 工作点A
n0 n01 nN n1
降压瞬间 工作点
n
A’
A U N B
U1
稳定后工作点
Tz
T
（二) 降低电源电压调速
规定某个电动状态时n的方向为正方向，则转矩T 正向取正，反向 取负；阻转矩Tz 正向取负，反向取正。
2－2 生产机械的负载转矩特性
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。 一 恒转矩负载特性 恒转矩负载特性是指生产机械的负载转矩TL 与转速 n 无关 的特性。分反抗性恒转矩负载和位能性恒转矩负载两种。
课堂作业： 1.P58，例2-8 2. 他励直流电动机额定数据：PN＝5.6kW，UN＝220V，IN＝30A，nN＝ 1000r/min, 电枢回路总电阻Ra＝0.4, TZ=0.8TN.试求： （1）如果电枢回路中串入电阻Ra＝0.8, 求稳定后的转速和电流； （2）采用降压调速使转速降为500r/min,端电压应降为多少？稳定后电流为 多少？ （3）如将磁通减少15％， 稳定后的转速与电流；
（4）如果端电压与磁通都降低10％， 求稳定后的转速与电流。
解： 额定运行时，
EaN Cen U N I a Ra 220 30 0.4 208 (V )