直流电动机的机械特性

Ra
nF n0 0, IaF 0
2、 求负载的稳定下放速度 无稳定下放速度
正向回馈 正向能耗
n 正向电动
电枢反接 反向电动
Ia/T 转速反向
反向能耗
反向回馈
2、求负载的稳定下放速度
n
n0
Ra Rz CeCT 2
Tz
n0
Ra Rz Ce
Iz
二、 反接制动---电枢反向的反接制动
1、求制动时串入电阻值
RZ
U I
Ra
U
Ce N n Ia
Ra
nB 0, IaB 0
2、求负载的稳定下放速度 无稳定下放速度
三、 回馈制动---反向回馈制动
1、求制动时串入电阻值
※ 直流电动机制动问题总结
一是使系统快速停车（或减速） 制动意义：
二是使位能性负载稳速下放
判别方法： 电磁转矩Tem与转速n方向相反
计算题目类型： 一、求制动时串入电阻值
RZ
U I
Ra
U
Ce N n Ia
Ra
二、求负载的稳定下放速度
n U Ia (Ra Rz )
Ce
一、 能耗制动
1、求制动时串入电阻值
1、起动级数m未定 初选 值，计算起动级
数m
并整定，（
Rm
U ）代入求出新的 I1
2、起动级数m已定 选定T1（I1） 值，计算Rm，计算
§9.3他励直流电动机的制动
概念: 就是指使电动机产生一个与转速方向相反的电磁转矩
Tem,(起到阻碍运动的作用)的状态 意义（应用）：
一是使系统快速或停车（或减速） 二是使位能性负载的稳速下放 特点： 吸收机械能转换成电能
三.串电阻起动
Ra R1 Ra R1 R2 Ra R1 R2 R3 Ra R1 R2 R3
解析法求起动电阻：
nb nc
Eb Ec
b:
I2
U
Eb R2
c:
I1
U
Ec R1
I1 R3 I 2 R2
d | e : I1 R2
I2
R1
I1 Rm Rm1 ..... R2 R1
①与固有机械特性比斜率β没变，即特性硬度没变；
②特性的理想空载点n0随电压的下降而变小，是一簇平行 特性。改变电枢电源电压时的人为机械特性可用于调速。
改变电枢电源电压时的人为机械特性
改变电枢电源电压时的人为机械特性
③减少气隙磁通时的人为机械特性
减少气隙磁通时的人为机械特性是指：在电源电压U=UN， 电枢外串电阻RΩ=0，改变气隙磁通Ф时，n=ƒ(T)的机械特 性，其数学表达式为：
说明
他励直流电动机固有机械特性是一条过理想空载点（n=n0， T=0）斜率很小的硬特性曲线。当空载转矩为T0时，实际 空载转速为n0’。 （2）人为机械特性 每台电动机只有一条固有机械特性，当改变电气参数如变 电源电压、或变气隙磁通、或变电枢外串电阻时，所得到 的机械特性，称为人为机械特性。
①电枢回路串电阻时的人为机械特性
下放速度 :
nZ
Ra CeCT
Rz 2
TZ
Ra Rz Ce
IZ
二、反接制动－转速反向的反接制动
1．原理与方法
他励电动机拖 动位能性负载，电 枢回路串入较大电 阻，使n=0时的电磁 转矩（起动转矩） 小于负载转矩Tz 。
2. 机械特性
机械特性分析： U U N , ，N 电动机的机械特性方程式为
式中气隙磁通Ф<ФN。 n U N Ra T
说明 特性的特点是：
Ce CeCT 2
①与固有机械特性比斜率β随磁通Ф减少而变大，特性变 软；
②特性的理想空载点n0随气隙磁通Ф减少而变大，故特性 上移。减少气隙磁通时的人为机械特性也可用于调速。
减小气隙磁通时的人为机械特性
减小气隙磁通时的人为机械特性
1固有机械特性 气其隙数他磁学励通表直Ф达=流式Ф电为N，动：电机枢的外固串有电机阻械R特Ω性=0是时指，：n=在ƒ(电T)源的电机压械U特=性UN，，
n UN
Ce N
Ra
C
e
CT
2 N
T
n0
N
T
n0
nN
式中
N
Ra
C
e
CT
2 N
称为斜率，ΔnN为额定负载时的转速降。
固有机械特性
他励直流电动机固有机械特性
一、能耗制动
1．能耗制动的原理与方法
UN
K
If Uf
–U+
运行 K
Ia T
RZ n
Ea
If
M
制动
电机实际处于发电机运行
R 状态，将转动部分的动能转换 成电能消耗在电阻和电枢回路
的电阻上，所以称为能耗制动。
2.能耗制动的机械特性
机械特性分析：
U
0,
，电动机的机械特性方程式为
N
n
Ra Rz CeCT 2
RZ
U I
Ra
U
Ce N n Ia
Ra
ne 0, Iae 0
2、 求负载的稳定下放速度
n
n0
Ra Rz CeCT 2
Tem
n0
Ra Rz Ce
Ia
ne 0, Iae 0 n0 ne 0
三、 回馈制动---正向回馈制动
1、求制动时串入电阻值
RZ
U I
Ra
பைடு நூலகம்
U
Ce N n Ia
串电阻时的人为机械特性
电枢回路串电阻时的人为机械特性
②改变电枢电源电压时的人为机械特性
改变电枢电源电压时的人为机械特性是指：在气隙磁通 Ф=ФN，电枢外串电阻RΩ=0，改变电枢端电压时，n=ƒ(T) 的机械特性，其数学表达式为：
说明
n U
Ce N
Ra
C
e
CT
2 N
T
U
Ce N
NT
特性的特点是：
否则反向加速，进入反向电动状态。
3.反接制动的运行状态
2)反向电动状态（第三象限 n <0,T<0）：
3.反接制动的运行状态
2)反向电动状态（第三象限 n <0,T<0）： 3）回馈制动状态（第四象限 n <0,T>0）：
§9.3他励直流电动机的制动
三、回馈制动
1、正向回馈制动 2、反向回馈制动
直流电动机的机械特性
一、机械特性方程式
在电动机的运行中，转速与转矩之间的关系最为重 要，我们把它称为机械特性，即n=ƒ(T)。
n
UN CeΦ
Ra CeΦ
Ia
pN Tem 2 πa ΦIa CTΦIa
n UN
Ce N
Ra
C
e
CT
2 N
T
n0
N
T
n0 nN
二、固有机械特性与人为机械特性
RZ
U I
Ra
Ce N n Ia
Ra
2、求负载的稳定下放速度
n IaC (Ra Rz )
Ce
nB 0, IaB 0 nC 0, IaC 0
nC 0, IaC 0
二、 反接制动---转速反向的反接制动
1、求制动时串入电阻值
RZ
U I
Ra
U
Ce N n Ia
Ra
nd 0, Iad 0
n
n0
Ra Rz CeCT 2
Tz
n0
Ra Rz Ce
Iz
二、反接制动－电枢反接的反接制动
1．原理与方法
+U–
运行
R
If
M
Uf
制动
电枢反接制动是将正在正向 运行的他励直流电动机电枢回路 的电压突然反接，电枢电流也将 反向，主磁通不变，则电磁转矩 反向，产生制动转矩。
2. 机械特性
机械特性分析： U U N , ，N 电动机的机械特性方程式为
n
UN
Ce N
Ra R
C
e
CT
2 N
T
n0
T
n0
n
说明
式中
Ra R
C
e
CT
2 N
称为人为特性的斜率，当改变外串电阻RΩ的大小，可得到 一簇人为特性曲线，如图所示。
特性的特点是： ①理想空载点n0与固有机械特性的相同； ②斜率β随外串电阻RΩ的增大而增大，使特性变软。电枢 回路串电阻时的人为机械特性可用于电机起动和调速。
T
制动电阻 Rz 愈小，则机械特性愈平 T 平均绝对值愈大，制动愈快.
3.能耗制动的应用
1)能耗制动停车（第二象限 n>0,T<0）：
制动时初瞬最大电流
制动电I1阻＝选－择C:ReaNRnzA
按最大制动电流不超过 2 IN 来选择 R Z。
3.能耗制动的应用
2)位能负载稳速下放（第四象限 n <0,T>0）：
三、机械特性绘制
直流电动机的固有机械特性可通过实验测得，也可根据铭
牌数据估算求得。其它各种人为机械特性则可根据固有机
械特性求得。 求理想空载点
由于固有机械特性是一条直线，一般通过求取两个特殊点 （理想空载点和额定工作点），再将这两点连成直线便可 得到固有机械特性。
①求理想空载点（n0，0） 计算理想空载转速公式为：
根据铭牌数据可得额定转速nN，而计算电磁转矩公式为：
TN CT N I N 9.55Ce N I N
四、电力拖动系统稳定运行的条件
1.稳态时电动机电流由负载大小决定
(1)转矩平衡(T=Tz) (2)稳态运行－ A稳态运行点 (3)负载发生变化 负载转矩特性由 1 变为2，(T<Tz) 进 入动态减速过程 (4)动态减速过程 (5)新的稳态工作点 一直过渡到特性3与2的交点 B 点 减 速过程结束，系统又转化为稳态(T=Tz) (6)结论：
n0
UN
Ce N
式中
Ce N
EaN nN
UN
IN nN
Ra
电枢回路电阻计算
电枢回路电阻Ra，可实测或根据经验公式估算。一般直流 电动机额定运行时的铜损约占总损耗的一半至三分之二，
则根R据a上的述估公算式式可为计：算Ra出理(12想~空32载) U转N速I Nn0I。N2PN
103 ()
②求额定工作点（nN，TN）
电力拖动的稳态运行条件
（1)稳态运行的必要条件 电动机的机械特性和负载转矩的机械特性有交点
(2)稳态运行的充分条件 在交点所对应的转速之上保证T<Tz,而在这一转速 之下则要求T>Tz.
9-2 他励直流电动机的起动
一、起动的问题：
起动：电机接上电源从静止状态转动起来
到达稳态运行，这就是电动机的起
I2
Rm1
Rm 2
R1 Ra
R1 Ra
R2 R1 Ra 2
Rm Rm1 Ra m
m Rm
Ra
lg Rm m Ra
lg
R1 R1 Ra ( 1)Ra R2 R2 R1 ( 2 )Ra R1 Rm Rm Rm1 m1R1
解析法计算分级启动电阻分两种情况：
n
n0
Ra Rz CeCT 2
Tem
n0
Ra Rz Ce
Ia
3.反接制动的运行状态
1)反接制动停车状态（第二象限 n>0,T<0）：
制动时初瞬最大电流
制动电I阻1＝选择UR:a
Ce
N Rz
n
A
按最大制动电流不超过 2 IN 来选择 R Z。
注意：仅用于停车时，当n=0时应立即切断电源
动过程
起动条件：1、起动转矩要足够大，
2、起动电流不要太大，
注意：因为在起动时，n=0,反电动势Ea=0
I st
UN Ra
二. 起动方法
1、降压启动 电压调节，现已逐步被晶闸管可控整流电源所取代。这种启动 方法需要专用电源，投资较大大但启动电流小，启动转矩容易 控制，启动平稳启动能耗小，是一种较好的启动方法。 2、串电阻分级启动 无须可调电源，实现方便。但电阻耗能严重，调节平滑性差。
稳态下电动机发出转矩的大小是由 负载转矩的数值所决定的
2.电力拖动的稳态运行问题
电动机的机械特性和负载转矩的机械特性有交点，仅 是必要条件。 稳定概念：如果电力拖动系统原在交点处稳定运行， 由成于不出平现衡某，种电干动扰机作转用速使便原稍来有转变矩化，T当与干T扰Z 的消平除衡后变， 拖动系统必须有能力使转速恢复到干扰作用出现前原 来交点处的数值。