第2章_直流电动机传动基础综述

机械特性分为固有机械特性
• 定义：当电动机电枢接额定电压，正常接线， 磁通为额定磁通，电枢回路无附加电阻时，电 动机的机械特性称为固有机械特性。
U=UN ，=N ，Rad=0 ，Ra=ra代入机械特性，即 得固有机械特性方程式为：
UN ra n T 2 Ce N Ce CT N
电气传动自动控制系统 Chp2，P11
• 电枢回路的电压平衡方程式为： U = E + I Ra
U——电动机的电枢电压(V)；
E——电动机电枢绕组的感应电势(电枢电势)(V)；
I—— 电枢电流(A)；
Ra——电枢回路总电阻()， Ra=ra+Rad。
电气传动自动控制系统 Chp2，P6
电机电动势
• 直流电机的电枢电势公式为： E=Cen Ce——电势常数; p——电机极对数； N——电枢绕组的有效导体数； a——电枢绕组的并联支路对数； ——每极磁通(Wb)； n——电动机转速(r/min)。
UN Ra n T 2 Ce N CeCT N
n n0
ra Ra1=ra+Rad1 Ra2=ra+Rad2
0
Rad1<Rad2 T
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Chp2，P15
2.改变电源电压时的人工机械特性 电枢不串接附加电阻，即 Rad=0 。磁通为额定磁通， 即=N。只改变电源电压U。
n n0 n' 0
I
T CT
0
T0
T
Chp2，P9
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直流电动机的机械特性的特点
• 直流他励电动机的机械特性是一条向下倾斜的直 线； • 斜率愈大，速度降落愈大，特性向下倾斜就愈明 显，即称为机械特性愈“软”； • 特性愈平坦，机械特性愈“硬”。
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Chp2，P10
电气传动自动控制系统
Electrical Drive and Control System
哈尔滨工业大学 电气工程系
武健 E-mail:wujianhit@163.com 2019年3月29日
电气传动自动控制系统 Chp2，P1
第二章 直流电动机传动基础
• • • • • • • • 本章主要内容 直流电动机机械特性 固有机械特性与人工机械特性 直流他励电动机机械特性的计算和绘制 直流他励电动机的起动 直流他励电动机的工作状态 调速的基本指标 直流他励电动机的调速方法 直流他励电动机调速时与负载性质的配合
改变励磁回路的附加电阻 Rfad ，即可改变励磁电流 If ，从而 使磁通改变。一般，电机在额定磁通下工作时，磁路已接 近饱和，所以只能是减弱磁通。
UN ra n T 2 Ce Ce CT
电气传动自动控制系统 Chp2，P7
电机的转矩
• 直流电机的电磁转矩公式为： T=CTI 式中： CT——转矩常数； 则有： T——电磁转矩(Nm)。
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Chp2，P8
直流他励电动机的机械特性方程式
U=百度文库Cen+Ira
Ra U n I Ce Ce
Ra U n T 2 Ce Ce CT
• 直流他励电动机的固有机械特性是一条向下倾斜 的直线，横跨I、II、IV三个象限，特性较硬。
• 机械特性只表征电动机电磁转矩和转速之间的函 数关系，是电动机本身的能力，至于电动机具体 运行状态，还要看拖动什么样的负载。
电气传动自动控制系统 Chp2，P14
人工机械特性
1. 电枢串接电阻时的人工机械特性 电枢串接电阻时，Rad0，电枢回路总电阻 Ra=ra+Rad。电源电压U=UN，磁通=N，此时的人 工机械特性方程式为：
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Chp2，P2
2.1 直流电动机机械特性
• “ 电机学”中，注重电机的结构与原理，主要研 究的是电机在进行能量转换时其内部的电磁过程； 而“电力拖动”，则注重的是电动机的使用，主 要研究的是电机的外特性。在电动机的各类工作 特性中首要的是机械特性。 • 电动机的机械特性(Speed-Torque Characteristics)， 是 电动机产生的转矩(电磁转矩) T 与其转速 n 之间 的关系，即 n=f(T)。
ra U n T 2 Ce N Ce CT N
U 改变时，理想空载转速随 之成正比变化；而特性斜率b 不变，都与固有机械特性的 相同。
n n0 UN U1 U2 UN>U1>U2 0 能耗制动 U=0 T
电枢反接制动 -n 0 U=-UN
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Chp2，P16
3.减弱电动机磁通时的人工机械特性
直流电动机固有机械特性曲线
II n n0 nN N I
0 III
TN IV
Tst
T
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Chp2，P12
直流电动机固有机械特性具有以下几个特点 1. 其电磁转矩 T 越大，转速 n越低，机械特性是一 条下斜直线。
原因是：T增大，电枢电流I与T成正比，I也增大，电 枢电势 E=CenN=UN-Ira，E则减小，转速n则降低。
2. 当T=0时，为固有机械特性的理想空载转速。此 时I=0，E=UN。 ra 3. 固有机械特性的斜率为： b 2 C C e T N 转速降为：
ra n bT T 2 Ce CT N
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• 当n=0，即电动机起动时，E=CenN=0，此时电 枢电流，称为起动电流； • 电磁转矩T=CTNIst=Tst，称为起动转矩。
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Chp2，P3
机械特性的重要性
• 电动机的机械特性是电动机性能的主要表现，只 有掌握好电动机的机械特性，才能正确选择和使 用电动机。
• 电动机的机械特性在很大程度上决定了电力拖动 系统的稳态运行和过渡过程的性质和特点。 • 电动机机械特性的研究是“电气传动”课程的核 心内容。
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Chp2，P4
直流他励电动机的机械特性方程式
假设： • 电源电压为恒值 • 磁通为恒值，即励 磁电流不变，认为 无电枢反应， • 电枢回路电阻为恒 值。
电 枢 回 路
+ I U E M
ra

Rad
励 磁 回 路
+
rf
Rfad
If Uf
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Chp2，P5
电压平衡方程 （基尔霍夫定律）