电机拖动基础 第九章 直流电动机的电力拖动

第九章 直流电动机的电力拖动 (Dragging of DC motor)

本章主要介绍直流电动机的机械特性、起动、调速、制动等方法和物理过程。

9.1他励直流电动机机械特性(torque-speed characteristic)

一.机械特性的表达式

直流电动机的机械特性是指电动机在电枢电压、励磁电流、电枢回路电阻为恒值的条件下，即电动机处于稳态运行时，电动机的转速与电磁转矩之间的关系：

)(em T f n =

由电机的电路原理图可得机械特性的表达式：

em em

T e e T n T C C R

C U n β-=Φ-Φ=

02 0n 称为理想空载转速。

实际空载转速

20

T C C R

C U n T e e Φ

-Φ=' 二.固有机械特性和人为机械特性 1.固有机械特性

当a N N R R U U =Φ=Φ=,,时的机械特性称为固有机械特性：

em N

T e a

N e N T C C R C U n 2

Φ-Φ=

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。 2.人为机械特性

'n 0n N

n N

当改变U 或a R 或Φ得到的机械特性称为人为机械特性。 1)电枢串电阻时的人为特性

保持N N U U Φ=Φ=,不变,只在电枢回路中串入电阻S R 的人为特性

em N

T e S

a N e N T C C R R C U n 2

Φ+-Φ=

特点：(1）0n 不变,β变大；(2）β 越大，特性越软。

2)降低电枢电压时的人为特性

保持N a R R Φ=Φ=,不变，只改变电枢电压U 时的人为特性：

em N

T e a

N

e T C C R C U n 2

Φ-

Φ=

特点：1)0n 随U 变化,β不变; 2)U 不同,曲线是一组平行线。

n n n

3)减弱励磁磁通时的人为特性

保持N a U U R R ==,不变，只改变励磁回路调节电阻Sf R 的人为特性：

em

T e a

e N T C C R C U n 2Φ

-Φ=

特点:1）弱磁,0n 增大； 2）弱磁，β增大。

三.机械特性绘制 1.固有特性的绘制

已知N N N N n I U P ,,,，求两点: 1）理想空载点),0(0n n T em == 2）额定运行点),(N N em n n T T ==。 具体步骤：

（1）估算:a R 2)32~21(

N

N

N N a I P I U R -= （2）计算:N T N e C C ΦΦ和N N

N N N

e n P I U C -=Φ

（3）计算理想空载点：N

e N

em C U n T Φ=

=0,0

（4）计算额定工作点：N N N T N n n I C T =Φ=, 2.人为特性的绘制

在固有机械特性方程em T n n β-=0的基础上，根据人为特性所对应的参数S R 或

U 或Φ变化，重新计算0n 和β，然后得到人为机械特性方程式。

n 1k n 2k n k

四.电力拖动系统稳定运行条件

处于某一转速下运行的电力拖动系统，由于受到某种扰动，导致系统的转速发生变化而离开原来的平衡状态，如果系统能在新的条件下达到新的平衡状态，或者当扰动消失后系统回到原来的转速下继续运行，则系统是稳定的，否则系统是不稳定的。

在A 点，系统平衡L em T T =。扰动使转速有微小增量，转速由A n 上升到A n ' ，

L em T T <，扰动消失，系统减速，回到A 点运行。扰动使转速由A n 下降到A n ''，

L em T T >，扰动消失，系统加速，回到A 点运行。

在B 点，系统平衡L em T T =，扰动使转速由B n 上升到B n '，L em T T >，即使扰动消失，系统也将一直加速，不能回到B 点运行。

扰动使转速由B n 下降到B n ''，L em T T <，系统将一直减速，不可能回到B 点运行。

电力拖动系统稳定运的行充分必要条件

L

T A n 'n 'n

A n 0

n

L

B n 0

B

n ''B n '

1.必要条件:

电动机的机械特性与负载转矩特性有交点,即存在L em T T =。 2.充分条件:

在交点L em T T =处满足

dn

dT dn dT L

em <

。 或者说，在交点的转速以上存在L em T T <,在交点的转速以下存在L em T T >。

9.2他励直流电动机的起动(starting)

电动机的起动是指电动机接通电源后，由静止状态加速到稳定运行状态的过程。起动瞬间，起动转矩和起动电流分别为

a

N

st st T st R U I I C T =Φ=

起动时由于转速n =0 ，电枢电动势0=a E ，而且电枢电阻a R 很小，所以起动电流将达很大值。 过大的起动电流将引起电网电压下降、影响电网上其它用户的正常用电、使电动机的换向恶化；同时过大的冲击转矩会损坏电枢绕组和传动机构。一般直流电动机不允许直接起动。

为了限制起动电流，他励直流电动机通常采用电枢回路串电阻或降低电枢电压起动。 一. 电枢回路串电阻起动 1.起动过程

三级电阻起动时电动机的电路原理图和机械特性为

M a

R S

1

S -

+

U

1

st R 2st R 3

st R 2

S 3

S