直流电动机

直流电力拖动原理

总的思路：如何建立基本方程及用其解释拖动机电现象

1 运动方程式（转矩平衡方程）

对平面运动，有∑==dt

dv m ma F 旋转运动则为：∑Ω

dt

d J

T ＝ 其中：转动惯量2ρm J =,ρ：惯量半径 电动机电动运行时

∑ΩT T T T L －－＝，

L

T 为负载转矩，

为粘滞摩擦转矩

ΩT ，转速较高时常忽略ΩT 。

重要结论：（假定正向按电动机惯例） 转矩平衡方程：dt

d J

T T L Ω

=- 考虑375

4)2(,6022222

GD g GD D g G m J n =

===Ωρπ＝,D 为惯量直径，G ＝mg 。

转矩平衡方程的另一形式：dt

dn

GD T T L 3752＋＝

匀速运动条件：L T T ＝。

即电动机稳定运行时电机转矩由负载转矩决定，与电枢电压、电枢回路电阻等无关。

二、转矩、转动惯量的折算（阅读） 三、工作机械的负载性质 问题：dt

d J

T T L Ω

=-，L T 是否与Ω有关？ L T 的性质：负载特性n=f(L T )

1、 恒转矩型：|L T |=C

L

反抗型（摩擦）位能性（起重）

2、 恒功率型： C n T L =(

立车主轴)

L

恒功率性负载特性

L

通风机型负载特性

3、 通风机型：Cn T L ＝ 四、拖动系统的稳定运行条件

必要条件：

L T T dt

d J

T =⇒Ω

∑0＝＝

对恒转矩负载：

稳定运行于A 时因扰动n 下降到B

扰动消失后，因B 点电动机转矩大于负载转矩，电动机加速，工作点可回到A

即扰动使dn<0时，若

L dT dT >,可返回

若因扰动n 上升到C 扰动消失后，因C 点电动机转矩小于负载转矩，电动机减速，工作点也可

T

n n A

T n n A

L

回到A

即扰动使dn>0时，若L dT dT <,可返回

A 为稳定工作点。

因扰动n 下降到B

扰动消失后，因B 点电动机转矩大于负载转矩，电动机加速，工作点背离A ，越升越高；

即扰动使dn>0时，若L dT dT >,不可返回 若因扰动n 上升到C

扰动消失后，因C 点电动机转矩小于负载转矩，电动机减速，工作点也背离A 。 即扰动使dn<0时，若L dT dT <,不可返回

A 为不稳定工作点。

稳定充分条件：dn

dT dn dT L

<

对恒转矩负载，稳定充分条件为：0

dT

§2－2 直流电动机的起动

a a e a a a I R n K I R E U ++ φ＝＝

·起动前应有励磁

·起动开始时应限流 ∵t=0时n=0、Ea=0

∴无限流时，起动电流

a a st R U

I I =

=

以某直流电动机参数为例：

A I R V U U N a N 6.15,35.1,220=Ω===

不限流时N a st I A I I >>≈==17035

.1220

将使电机绕组、电刷和换向器烧坏。

切记：工业直流电动机不能加全电压直接起动。 限流措施：

1、 电枢回路串接附加起动电阻a am

c R I U

R -=；N i am I I λ= i λ为直流电动机电流短时允许过载倍数。 2、 降低电枢电压； 3、 起动过程中保持am a

I I =不变，产生允许的最大加速度，缩

短起动时间：

·Rc 随n 升高逐步切除，直到Rc ＝0 ·或U 随n 升高逐步增大，直到N U U =

§2-3 直流电动机的转速调节

调速：根据工作机械的要求人为改变电动机的运行速度

例：电动汽车

一、 如何调节电动机的稳定运行速度

转速特性 a e c a e I K R R K U

n φ

φ+-=

机械特性 T K K R R K U n T e c a e 2φφ+-= 考虑恒转矩负载：C T L =

∵稳态时有：C T T L

==

∴稳态下n 与Rc ，U ，φ有关

1、 电枢电路串附加电阻调速 设N N U U φφ==,,串Rc 时的机械特性

T K K R R K U

n T e c a e 2φ

φ+-=

特点

·在不同的Rc 下，0n 不变；

·斜率绝对值随Rc 增大而增大

·

0=c R ：固有特性，

0≠c R ：人为特性

·所有人为特性均在固有特性之下 ∴调速只能在固有特性之下进行。 2、 改变电枢电压调速：

设

0==c N R ，φφ,N U U ≤,机械特性

特点：

n n

T

n n

T

N

·0n 与U 成正比 ·斜率不变，与U 无关

·所有人为特性均在固有特性之下

3、 改变励磁调速：0==c N R U U ，，N φφ≤ （弱磁调速）

n

n

n n 弱磁调速的转速特性

弱磁调速的机械特性

L

特点：·φe

N

K U n =0随磁通下降而增大

·斜率绝对值随磁通下降而增大 ·转速特性所有堵转电流a

N st R U I ≡

交与一点

·机械特性：磁通下降，st T st I K T φ=下降。 ·在有效负载范围内，人为机械特性在固有特性之上 ·对恒转矩负载，弱磁后，速度升高同时电流相应也