电力拖动基础电机及电力拖动系统(直流部分)魏炳贵

在磁场作用下，N极性下导体
直流电动机是将电能转变 ab受力方向从右向左，S 极下导
成机械能的旋转机械。
体cd受力方向从左向右。该电磁
把电刷A、B接到直流电源 力形成逆时针方向的电磁转矩。
上，电刷A接正极，电刷B接负 当电磁转矩大于阻转矩时，电机
极。此时电枢线圈中将电流流过 转子逆时针方向旋转。
。
第二节电力拖动系统运动方程式
n
TL
2.位能性恒转矩负载（ TL大小方向恒定）起重机
提升： TL的实际方向与转速的实际方向相反且参 考方向相反=> TL>0,n>0
下降： TL的实际方向与转速的实际方向相同且参 考方向相反=> TL>0,n<0
n
TL
二.恒功率负载（某些机床） 常数
n
TL
三.通风机型负载特性
n
理想的通 风机特性
电力拖动基础电机及电力拖 动系统(直流部分)魏炳贵
第一章电力拖动系统的动力学基础
本章要求： 1.电力拖动系统的组成及运动方程式（理解
） 2.生产机械转矩及飞轮矩的折算方法 （了解
） 3.生产机械特性曲线 （理解） 4.电力拖动稳定的条件 （理解）
第一节 直流电机的基本工作原理和结构
一. 直流电机的主要结构
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。 定子 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：起支撑和固定作用。
转子
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
二、直流电动机工作原理
令U=UN, Φ=ΦN, RS=0 得固有机械特性曲线：
(1)理想空载转速： T=0, n=n0=UN/CeΦN
(2)额定转速： T=TN, n=nN=n0-△nN
(3)固有特性：n=n0-ßt, ß=Ra/(CeCtΦN2) ß大=> △nN上升=>曲线陡=>特性软，反之特性硬 由于电枢电阻很小，特性曲线斜率很小，所以固有 机械特性是硬特性。
：电机侧折算负载转矩
n为电机转速，n1中间级转速，n2 为负载侧转速
飞轮矩折 算：
二旋转运动
1.转矩折算（能量守恒）
a)不考虑传动损耗
b)考虑传动损耗
其 中
2.飞轮矩折算（能量守恒）
动能 ：
两边乘以 得：
近似计算 ：
第四 节生产机械的典型负载转矩的特性
一.恒转矩负载特性（ TL大小恒定) 1.反抗性恒转矩负载 定义： TL的实际方向与转速的实际方向相反 参考方向规定: TL的正方向与n的正方向相反 =>TL>0,n>0 or TL<0,n<0
分析负载为恒转矩负载时的情况
结论：Biblioteka Baidu恒转矩负载，电机的机械特性曲线 斜率向下则稳定，反之不稳定。
推广1：在T与TL的交点处（平衡点），转速之上 T<TL,同时在交点处转速之下T>TL，则稳定。
推广2：在T=TL处，dT/dn<dTL/dn
第二章直流电动机拖动系统
起动：降压起动，电枢回路串电阻分级起动 调速：电枢回路串电阻，降压，弱磁 制动：能耗制动，反接制动，回馈制动
保持
不变，只改变电枢电压时的人为特性：
特点：1) 随 变化, 不变; 2) 不同,曲线是一组平行线。
(3)改变励磁电流If
保持
不变，只改变励磁回路调节电阻 的人为特性：
Φ下降->n0上升 Φ下降=>ß上升 特性上移，变软
特点：1）弱磁， 增大； 2）弱磁， 增大
机械特性求取
一、固有特性的求取
已知
第三 节工作机构的转矩和飞轮矩的折算
一.单轴系统与多轴系统 单轴系统：电机直接带动负载 多轴系统：电机通过减速机带动负载 关系：多轴系统可以等效成单轴系统（能量
守恒原理）
以三轴拖动系统为例： 两级传动速比：j1=n/n1，j2=n1/n2 两级传动效率：η1，η2
转矩折 算： ：工作机构负载转矩
m：质量
TL:负载转矩 J:转动惯量
G：重量 ρ：半径
n:转速（角速度ῼ） D：直径
dῼ/dt=ῳ角加速度 GD2=4gJ：飞轮矩
2.分析
动态：T>TL => dn/dt > 0，系统加速（动态） T<TL => dn/dt < 0，系统减速（动态）
稳态：T=TL => dn/dt = 0， 恒速或静止（静态 ）
实际通风 机特性
TL0
TL
第五 节电力拖动系统稳定运行的条件
一.他励直流电动机的机械特性 机械特性：U电枢电压，励磁电流If和电 枢电阻Rs为恒定的条件下，电机转速n与 电磁转矩T的关系曲线n=f(T)。
电枢回路 感应电动势
电磁转矩
理想空载转速:
实际空载转速 :
与电机参数有关
1.固有机械特性曲线 不改变电机回路的参数
二.电力拖动系统组成 电机：直流，交流（同步，异步） 工作机构：生产设备 控制机构：各种控制器（PLC,单片机等） 传动机构：减速机
二.电力拖动系统的运动方程式
1.方程式 电力拖动系统运动方程式描述了系统的运动状 态，系统的运动状态取决于作用在原动机转轴 上的各种转矩。
参数:(注意参考方向）
T:电磁转矩
，求两点:1）理想空载点
和额定运行
。
具体步骤： (1)估算
(2)计算
(3)计算理想空载点： (4)计算额定工作点：
二、人为特性的求取
在固有机械特性方程 :
的基础上，根据人为特性所对应的参数Rs或U或 Φ变化，重新计算n0和β,然后得到人为机械特性 方程式。
二.电力拖动系统稳定运行的条件
稳定运行： 电力拖动系统在系统的某种干扰作用下，离开 了平衡位置，在新的条件下达到新的平衡，并 在扰动消失后，还能回到原来的位置。
(4)空载时，n’0=n0-ßT0
(5)转速特性： Φ不变=>Ia与T正比（线性关系）得
机械特性
2.人为机械特性曲线 改变电机回路的参数:U,If,Rs
(1)电枢串电阻时的人为机械特性，既串Rs
ß改变，n0不变
特点：1） 不变， 变大； 2） 越大，特性越软。
(2)改变U，ß不变，no与U成正比
第一节 他励直流电动机的起动
一·起动要求分析 定义：电动机通电后开始旋转且转速不断 增加，最终达到稳定状态的过程。
要求：起动时间短->加速度大->电磁转矩大 -> 电枢电流大->换向困难，火花大，产生机械撞 击。 加额定电压后，起动瞬间的起动转矩和起动电 流分别为：
起动时由于转速为零，电枢电动势为零，而且电枢电阻很 小，所以起动电流和起动转矩将达很大值。起动时间和起动电 流要达到平衡。