他励直流电动机的机械特性课件
他励直流电动机的机械特性(精)
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 B 点,电磁转矩小于负载转矩, 转速将由 B点降低到 C 点,在 C 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 dTem dTL (2-11) <
dn dn
(充分条件)则系统能稳定运行,式(211 )即为稳定运行条件。对恒转矩负载 , 则 dT / dn 0即电磁转矩的变化与转速 的变化要异号,图示则为电动机的机械特性 曲线应是往下倾斜的。显然在图2.16(b) dTL / dn 0 dT / dn 0 中的A点, ,因此不 能稳定运行。
图2.14 他励直流电动机改 变电枢电压时的机械特性
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R pf或降低励磁电压U f 来减弱 R pa 0 特 磁通,此时 U U N , 性方程式为; UN Ra (2-10) n T 2 em Ce CeCT
由于磁通 的减少,使 得理想空载转速 n 0 和斜率 都增大,其特性曲线如图2.15 所图示。
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 U Ea I a Ra 、 E a C e n 和 式 Tem CT I a 可求得机械特性方 程式;
←
U R n T C C C
U n C
0 e
图2.12 他励直流电动机的机械特性
他励直流电动机的机械特性
他励直流电动机额定数据为:PN=29kW,UN=440V, IN =76.2A,nN=1050rpm,Ra=0.393。电动机拖动额定恒转距
负载工作,试计算:
(1)额定电压和额定励磁时,电枢串入2.5 电阻时的转速。
(2)额定励磁不串电阻时,电压U=220V时的转速。
(3)额定电压不串电阻时,磁通减少15%时的转速。
注意:他励(或并励)电 动机在运行时,励磁绕组绝对
不能断开。否则, If=0,电枢
电流迅速增大;若负载较小,
则会造成“飞车”事故。
例2-2 P43
0
TN
T
2
§2-3 他励直流电动机的机械特性
三、他励直流电动机的人为机械特性
1、电枢回路串电阻时的人为机械特性
n
UN Ce N
Ra R CeCM N
(4)额定电压、电枢串入2.5 电阻,并将磁通减少15%时
的转速。
解:
CeΦN
UN
IaN Ra nN
440
76.2 0.393 1050
0.3905
6
§2-3 他励直流电动机的机械特性
(1) Ia IaN 76.2 A
n U N (Ra RΩ )Ia 440 76.2 (0.393 2.5) 562 .3rpm
CeΦN
0.3905
(2) Ia IaN 76.2 A
n U Ra Ia 220 76.2 0.393 486 .7rpm
CeΦN
0.3905
(3) 由于: T CeΦN IaN CeΦI a 所以:
Ia
CeΦN IaN CeΦ
CeΦN IaN 0.85 CeΦN
89.65 A
CeΦ
《直流电机的工作原理及特性》PPT模板课件
2.电磁转矩TM
电枢绕组中的电流和磁通相互作用,产生电磁力和 电磁转矩,其大小可用如下公式表示:
TKtIa
式中:T——电磁转矩(N·m); Φ——对磁极的磁通(Wb); Ia——电枢电流(A); Kt——与电机结构有关的常数,Kt=9.55 Ke
3.2 直流他励电动机的机械特性
一、机械特性的一般形式
根据 0,n0、TN,nN
两点,就可作出他励直流电动机近似是机械特性曲线 nfT。
三、人为机械特性 人为机械特性是指人为地改变电动机电枢外加电压U和励磁磁
通Φ的大小以及电枢回路串接附加电阻Rad所得到的机械特性。
1. 电枢回路中串接附加电阻时的人为特性 U U N , N
n
Rad
If
U
Ia M E
3.3 直流他励电动机的启动特性
nN △n
决于 Rf、 Uf的大小,当 Rf、 Uf
的大小一定时, If为定值,即磁
△T
通为定值。
0
TN T
n 理想空载点 n0
nN △n
1. 理想空载转速: T=0时的转速称为理想空
载转速,用n0表示。 根据机械特性可知:
U
△T
n0 Ke
0
TN T
2. 机械特性硬度
为了衡量机械特性的平直程度,引进一个机械特性
直流发电机和直流电动机的电磁转矩的作用是不同的
发电机的电磁转矩是阻转矩,它与电枢转动的方向或 原动机的驱动转矩的方向相反。因此,在等速转动时, 原动机的转矩T1必须与发电机的电磁转矩T及空载损耗 转矩T0相平衡。
电动机的电磁转矩是驱动转矩,它使电枢转动。因此, 电动机的电磁转矩TM必须与机械负载转矩TL及空载损 耗转矩T0相平衡。
他励直流电动机的机械特性
一.能耗制动 1.他励电动机能耗制动电路图及电路特点 1.他励电动机能耗制动电路图及电路特点
他励电动机能耗制动电路原理( 他励电动机能耗制动电路原理(图9-18)
能耗制动时的机械特性为:
Ra + R B Tem = 0 − β Tem 2 C eCT Φ N
n=−
n
制动瞬间 工作点
电动机状态工 作点
启动时电枢电流过渡过程( 启动时电枢电流过渡过程(图9-12)
(7)结论 请看下表: 可以看出: 理论上,只有当时间 n 趋于无穷 时,转速才能达到稳态值 ,但实 际上,由于当 t =(3 ~ 4)TtM 时 ,系统转速已达到稳定运行转速 nz 的 95% ~ 98% 所以,一般可认为经过 3 ~ 4 个 时间常数,转速便达到稳定值, 过渡过程结束
任意给出两点如 T = 0(空载点)和 T = TN通过这两点得连线即为固有机 械特性 (二)人为机械特性的绘制 二 人为机械特性的绘制 各种人为机械特性的计算较为简单,把相应的参数值代入对应的人为机械 特性方程式即可。
四.电力拖动系统稳定运行的条件
我们的任务是什么? 分析生产机械负载转矩特性与电动机的机械特性的配合问题 1.稳态时电动机电流由负载大小决定 1.稳态时电动机电流由负载大小决定 (1)转矩平衡 当他励电动机机械特性 n = f(T)为 3,恒转矩负载特性 n = f(TZ)为 1 因转矩 T 与 TZ 方向相反、大小相等而相互平衡 时,转速为某一稳定值,拖动系统处于稳态 (2)稳态运行 两个特性的交点 A ,转速都是 nA,电磁转矩 等于负载转矩(= TZ1) 交点A表明电力拖动系统的某一稳态运行点 (3)负载发生变化 如负载增大,负载转矩特性由 1 变为 2 。 转速开始时仍为 nA,电磁转矩 T 还是由 A 点决定,因为 T = TZ1< TZ2 所以 dn/dt < 0 ,系统进入动态减速过程 两种不同负载的n= 31,2—两种不同负载的n=f(TZ) 3- n=f(T) 两种不同负载的
他励直流电机的机械特性
他励直流电机的固有机械特性
转速特性:他励直流电动机的转速特性整理后得到 2N
T e S a N e N C C R R C U n Φ+-Φ=
(3-1)
图3-2 直流电机的工作原理图
忽略电枢反应的去磁效应,转速与负载电流按照线性关系变化,负载电流增加时,转速会下降。
转矩特性:当N U U =,fN I I =时,)(a em I f T =的关系叫转矩特性。
根据直流电机电磁转矩的公式
a N T em I C T Φ=
(3-2)
由此公式得出,忽略电枢反应情况下电磁转矩与电枢电流成正比,考虑电枢反应主磁通的下降,电磁转矩上升的速度比电流上升的速度要慢一些,曲线的斜率也会有下降。
效率特性 :当N U U =,N I I f =时,)(a I f =η的关系较效率特性。
a
N a a I U I R P P P P P P 2021211+-=∑+∑-==η (3-3)
空载损耗
P是不随负载变化的,负载电流较小时效率较低,输入的功
率大部分消耗在空载损耗上;负载电流增大效率也会增大,输入的功率大部分消耗在机械的负载上,但当负载电流增大到一定的时候铜损快速增大,此时的效率开始变小。
他励直流电动机的机械特性
当U、R、Φ为常数时,得他励直 流电动机的机械特性n=f(Mem)— 一条向下倾斜的直线
转速n随转矩Mem的增大而降低
M0 MN Mem
二、新课导入
利用机械特性和负载转矩特性,可以确 定电动机在拖动系统的稳定转速。
Байду номын сангаас
在一定条件下还可以利用机械特性和运 动方程来分析拖动系统的动态运动情况, 如转速、转矩及电流随时间的变化规律。
EN U N I N Ra Ce N nN nN
其中,IN、UN及nN为已知,Ra可实测或由经验公 式估算: 1 2 U N I N PN Ra ~ 2 2 3 I N
四、机械特性曲线的绘制
• 额定运行点(MN, nN):
M N CMN I N 9.55CeN I N
CM——转矩常数
•R ——电枢电路总电阻,包括电枢电阻Ra和串联电阻RΩ •Ce——电动势常数
Ce pN / 60a
CM pN / 2 a
CM 9.55Ce
二、新课导入
电动机的机械特性:是指电动机的转速n与转矩M 的关系n=f(M)。 机械特性方程式:
U R n M em 2 Ce CeCM
2、人为机械特性的绘制
• 只要把相应的参数值代入相应的人为机械特性方 程式即可计算出来。
四、机械特性曲线的绘制
例:Z2 型他励直流电动机的铭牌数据如下,计算其机 r / min 械特性。 PN 22kW U N 220V I N 116A nN 1500
解
2 U N I N PN 2 220116 22000 Ra Ω 0.174Ω 2 2 3 IN 116 3
3他励直流电动机的机械特性
他励直流电动机的机械特性
步骤:
1)估算 R a :
Ra 2 U ( ~ ) 2 3 1
N
I N PN IN
2
2)计算 C e N 和 C T N : C e N
U N I N PN nN
C T N 9 . 55 C e N
3)计算理想空载点: em 0 , n 0 T
2、人为机械特性
当改变 U 或 R a或 得到的机械特性称为人为机械特性
3
他励直流电动机的机械特性
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 R S 的人为特性: n
n U
N N
C e
Ra RS C eCT
2 N
n0
T em
Ra Ra RS
特点:(1)n0不变,β 变大; (2)RS越大,特性越软。
Tem4Biblioteka 他励直流电动机的机械特性2)降低电枢电压时的人为特性
保持 R R a , N 不变,只改变电枢电压 U 的人 为特性: n
n U C e
N
Ra C eCT
2 N
T em
n0 U
n 01 U1 U N
N
特点:(1)n0 随 U 变化; (2)U 不同,曲线是一组
U1
平行线。
Tem
5
他励直流电动机的机械特性
3)减弱励磁磁通时的人为特性
保持 R R a , U U N 不变,只改变励磁回路调节电 n 阻 R Sf 的人为特性: n 02
n U
N
C e
Ra C eCT
他励直流电动机的机械特性(4.20)
题解
解 : ( 1) E = k e Φ N n N ,
UN I N Ra k eN nN
ktΦN=9.55 keΦN
,代入下式
UN Ra n T 2 K eN K eK t N
即得固有机械特性方程式。
题 解(续)
(2)将Rad=3,5,分别代入下式:
UN R a R ad n T 2 K eN K eK t N
三、 固有机械特性
固有机械特性:当他励电动机电压U=UN,磁 通Φ=ΦN,电枢没有串联电阻Rad=0时,这一 机械特性称为固有机械特性:
UN Ra n M 2 Ce N CeCm N
人为机械特性:可用改变电动机参数的方法 获得,即机械特性三个变量中任有一个或一个 以上值非额定时得到的机械特性即为人为机械 特性。
Ra K eK t N
2
T
n0∝ U ,Δn不变。
特点和机械特性图
特点 人为机械特性是几 根平行线,它们低 于固有机械特性 1, 但与固有机械特性相 平行 机械特性图 改变电压时的人为 机械特性图如右图。
3. 减弱磁通时的人为机械特性
改变磁通实际上是减弱励磁。 此时电枢电压 U = UN,电枢不串联电阻(Rad=0), 电动机磁通Φ<ΦN 。 减弱磁通时人为机械特性方程式:
他励直流电动机正反转 时的固有机械特性
习题
已知某他励直流电动机的铭牌数据如下: PN=7.5kW,UN=220V,nN=1500r/min, ηN=88.5%。 试求该电机的额定电流和额定转矩。
题解
解: ∵ PN=UNINηN , ∴ IN=PN/(UNηN)=¨¨¨=38.5A; TN=9.55PN/nN=¨¨¨=47.74N· m
直流电动机的机械特性PPT课件
I
F
16
2.2 直流电机的基本原理
4.直流电动机的基本关系
1)电磁力矩方程
+
U
Tem Cm Ia (2-1)
_
式中
pN
Cm 2 a
当磁场 一定时
电机转矩常数;
Tem Km Ia
式中 Km Cm —转矩系数;
第17页/共60页
IB
nF n
I
F
17
2.2 直流电机的基本原理
4.直流电动机的基本关系
+
U
应用:机电系统驱动控制
_
2)发电机原理
I,U 直流电机
T,n
应用:机电系统制动控制
+
U
电机:电 能 机械能,称可逆原理
_
第13页/共60页
IB
nF n
I
F
IB
n
I
T
n
13
2.2 直流电机的基本原理
4.直流电动机的基本关系
1)电磁力矩方程
+
电磁力定律: (左手定理)
U
_
载流导体在磁场中,受电磁力作用;
p p0 pCua pFe pm ps pCua
24
第24页/共60页
2.2 直流电机的基本原理
4.直流电动机的基本关系
5)功率平衡关系
他励电机稳态运行时的功率流程图
P1 P2 p
p pCua pFe pm ps
25
第25页/共60页
2.3 直流电动机的机械特性
2.3.1 他励电动机的机械特性
I
E
7
第7页/共60页
2.1 直流电机的基本结构及类型
他励直流电机的机械特性
定,负载确定电机的
电流与转速
7
他励直流电动机的功率关系
UIa EaIa Ia2Ra
T T2 T0
P1 PM pCua
PM P2 p0
P1 P2 pCua p0 P2 pCua pm pFe
p pCua pm pFe ps
n0
U
Ce
n0 T
直线!
: 理想空载转速
Ra R CeCT 2
:
机械特性的斜率
10
固有机械特性
U=UN,If=IfN, R=0 时的机械特性,也称自然
n T 机械特性
UN
CeN
Ra
CeCTN 2
11
特点:
• 电磁转矩越大,转速越低
• T=0:理想空载转速
+ U RL
-
N
n
T
正方向
Ia
Ea
T0
S
T1
原动机
1
1、他励直流发电机电压平衡关系式:
电枢回路: U Ea Ia Ra
+
U RL N
-
Ea Cen
n
T
T CtIa
U Ea Ia Ra Ia RL Ia
Ea
T0
S
励磁回路:
T1
U f I f rf f (I f , Ia )
PM T Ea Ia
机电能量转换! 3
P1 PM p0 P2 p0 pcu P2 pm pFe pcu
p pcu pf pm pFe ps
效率: P2 P2
他励直流电动机的机械特性
他励直流电动机的机械特性右图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可求得机械特性方程式图.他励直流电动机电路原理图当电源电压U=常数,电枢回路总电阻R=常数,励磁磁通Φ=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Tem=0时的转速n0 ,称为抱负空载转速。
下图他励直流电动机的机械特性曲线实际上,当电动机旋转时,不管是否有负载,总存在有肯定的空载损耗和相应的空载转矩,所以电动机的实际空载转速n0′将低于n0。
由此可见式(2-4)的右边其次项即表示电动机带负载后的转速降,用?n表示,则式中β——机械特性曲线的斜率。
β越大,?n越大,机械特性就越“软”,通常称β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,?n比较小,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。
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;固有机械特性曲线如右上图所示,由于电枢电阻Ra比较小,则?n 也比较小,所以他励直流电动机的固有机械特性是比较“硬”的。
2.人为机械特性人为机械特性是人为地转变电动机回路参数或电枢电压而得到的机械特性,即转变公式(2-4)中的参数所获得的机械特性,一般只转变电压、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)电枢回路串电阻时的人为机械特性保持U =UN , Φ=ΦN ,R =Ra+Rpa,电枢回路串电阻人为机械特性的方程式为;与固有特性相比,抱负的空载转速不变,但转速降?n增大,特性变“软”,当Rpa越大,?n也越大,特性越“软”,如图中曲线1, 2所示。
这类人为机械特性是一组通过n0但具有不同斜率的直线。
第九章 第一节 机械特性方程ppt课件
理想空载点 T 0
n
n0
UN
CeN
220r/min165r/0min 0.133
额定点
精选PPT课件
21
T T N 9 . 5 C eN 5 I N 9 . 5 0 . 1 5 1 3 N m 1 3 1 . 6 3 N 4 m 7
四、电力拖动稳定运行的条件
他励直流电动机 的机械特性
Ra 12~32UNIINN 2PN
额定运行点
TNCTNIN
精选PPT课件
20
(二)人为机械特性的绘制
各种人为机械特性的计算较为简单,只要把相应的参数值代入 相应的人为机械特性方程式即可。
[例9-1 ] 一台Z2 型他励直流电动机的铭牌数据为:PN 22kW UN 220V IN 116A nN150r/0min
电机转速特性: n U IaR
Ce将IaT CT代入上式得:
UR
nCeCeCT2
T
精选PPT课件
4
电动机的机械特性是指电动机的转速n与电磁转矩T 的关系 n=f(T)
机械特性方程:
nCUeCeCRT2 T
令
n0
U
C e
R CeCT 2
得 nn0 T
精选PPT课件
5
机械特性方程能告诉我们什么?
n0
U C e
3 如何改变n0 点的位置?
精选PPT课件
10
4 实际中空载转速的情况如何?
▪ 由于空载转矩( 铁心损耗和机械损耗)的
存在,造成实际的空载转速不在理想空载转
速点,而实际空载转速点略低于理想控制
转速点。
他励直流电动 机的机械特性
n0 n0 CeCRT2 T0
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他励直流电动机的机械特性
机械特性的曲线:
n
n0 n'0 nN
通常称 大的机 械特性为软特性, 小 的机械特性 为硬特性。
Tem T0 TN
他励直流电动机的机械特性
二、固有机械特性和人为机械特性 1、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:
U1 U N
U1
Tem
平行线。
他励直流电动机的机械特性
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 n 阻 RSf 的人为特性:
2 UN Ra n n T 01 em 2 Ce CeCT n0 1
特点:(1)弱磁,n0 增大; (2)弱磁,β 增大
UN Ra n T 2 em Ce N CeCT N
2、人为机械特性
当改变 U或
Ra或 得到的机械特性称为人为机械特性
他励直流电动机的机械特性
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: n
n0 UN Ra RS n Tem 2 Ce N CeCT N
特点:(1)n0不变,β 变大; (2)RS越大,特性越软。
Ra
Ra RS
Tem
他励直流电动机的机械特性
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 的人 为特性: n
n
U Ce N
n0 Ra Tem 2 CeCT N n01
UN
特点:(1)n0 随 U 变化; (2)U 不同,曲线是一组
n02
N
Tem
TK2 TK1 TK
他励直流电动机的机械特性
三、机械特性的求取
1、固有机械特性(已知:PN ,U N , I N , nN 求两点:1)理想空载点:
)
(Tem 0, n n0 )
2)额定运行点:
(Tem TN , n nN )
他励直流电动机的机械特性
步骤:
1)估算 Ra :
U N I N PN 2)计算 Ce N 和CT N : Ce N nN CT N 9.55Ce N UN 3)计算理想空载点: Tem 0, n0 Ce N
4)计算额定工作点: TN CT N I N , n nN
1 2 U N I N PN Ra ( ~ ) 2 2机械特性的表达式 定义:在电动机的电枢电压、励磁电流、电枢 回路电阻为恒值条件下,电机的转速与 电磁转矩之间的关系: n f (Tem ) 由电机的电路原理图可得机械特性的表达式: U R n T 2 em Ce CeCT n0 Tem n0 n
他励直流电动机的机械特性
2、人为机械特性的求取
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 no 和 ,然后得(0, n0 )、(TN , n )。