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1、第三章 直流电动机的电力拖动,第一节 他励直流电动机的机械特性,电动机的机械特性是指电动机的转速n与电磁转矩T 的关系 n=f(Te),一、机械特性方程式,2,理想空载转速,电动机实际空载转速,电动机带负载后的转速降,当电枢电流较大时，由于饱和的影响，产生去磁作用。磁通降低，转速就要回升，机械特性在负载大时呈上翘现象。,3,例3-1 一台他励直流电动机额定功率PN=96KW，额定电压UN=440V，额定电流IN=250A，额定转速nN=500r/min，电枢回路总电阻Ra=0.078，忽略电枢反应的影响，求： （1）理想空载转速n0； （2）固有机械特性斜率。 解（1）理想空载转速计算,电动机
2、的,理想空载转速,（2）斜率计算,斜率,4,例3-2 某他励直流电动机额定功率PN=22KW，额定电压UN=220V，额定电流IN=115A，额定转速nN=1500r/min，电枢回路总电阻Ra=0.1，忽略空载转矩T0，电动机拖动恒转矩负载TL=0.85TN（TN为额定电磁转矩）运行，稳定运行时电动机转速、电枢电流及电动势多大？,解,理想空载转速,额定转速降,负载时转速降,5,电机运行转速,电枢电流,电枢电动势,或,他励直流电动机固有机械特性具有以下几个特点： 见书P51页,6,二、固有机械特性与人为机械特性,当他励电动机电压及磁通均为额定值时，电枢没有串联电阻时的机械特性称为固有机械特性。
3、,（一）电枢串联电阻时的人为机械特性,7,（二）改变电压时的人为机械特性,（三）减弱电动机磁通时的人为机械特性,8,三、机械特性的绘制,（一）固有机械特性的绘制,从上式中看出，如果能知道额定电枢电动式EaN 或者知道电枢回路电阻Ra,便可算出来，从而计算出理想的空载转速n0。有两种计算方法。,1、根据经验估算出额定的电枢电动势EaN,其中小容量电机取小的系数，一般中等容量电机取0.95左右。,9,还有一种估算方法，简单实用。它取电机工作在最大效率时候为额定工作点。此时可变损耗=不变损耗，也可以定义为总损耗=2*可变损耗。即，,则,2、根据所选直流电动机，实测它的电枢回路电阻Ra,注意，直流电动
4、机转抽上输出转矩T2N为 其中PN是额定功率，单位为kW。nN是额定转速，单位r/min。 T2N与TN二者不相等，相差T0。,10,总之，根据铭牌数据求电动机的固有机械特性，可按如下的次序进行： （1）估算EaN或实测Ra； （2）计算 ；,（3）求n0； （4）计算TN； 在坐标纸上标出（n0，0），（nN,TN）两点，过此两点联成直线，即为该直流电动机的固有机械特性。,例3-3 一台他励直流电动机的铭牌数据为：额定容量PN=50kW，额定电压UN=220V，额定电流IN=250A，额定转速nN=1150r/min，试计算其固有机械特性。,解（1）估算额定电枢电势EaN 根据额定容量知道，
5、这台电动机属于中等容量电机， 取,11,（2）计算CeN,（3）计算n0,（4）计算TN,于是得到固有机械特性上的两个特殊点：理想空载点（ 0 ，1208.8 ），额定工作点（434.5 ，1150 ）。即可画出这台直流电动机的固有机械特性。,12,（二）人为机械特性的绘制,各种人为机械特性的计算较为简单，只要把相应的参数值代入相应的人为机械特性方程式即可。,解,理想空载点,额定点,13,第二节 他励直流电动机的起动,一、他励直流电动机的起动方法,如直接加额定电压起动，Ia 可能突增到额定电流的十多倍,14,二、他励直流电动机起动电阻的计算,（一）图解解析法,1绘制固有机械特性,2选取起动过程
6、中的最大电流 I1与电阻切除时的切换电流 I2 （或T1 与T2）,3画出分级起动特性图,15,16,（二）解析法,在b点,切换在c点,两级起动时,推广到m级起动的一般情况,称为起动电流比,nb=nc，Eb=Ec,17,18,各分段电阻如下 ：,则各级起动总电阻如下：,19,二、 降压启动,降压电源电源电压到U，启动电流,负载TL已知，根据启动条件的要求，可以确定电压U的大小。有时为了保持启动过程中电磁转矩一直较大及电枢电流一直较小，可以逐渐升高电压U，直至最后升到UN。实际上，电源电压由于可以连续升高，所以启动更快、更稳。 他励直流电动机空载启动或拖动反抗性转矩负载启动，改变电源电压U的方向
7、或改变励磁电流的方向，电动机都要反向启动。然后稳定运行。 例3-4,20,第三节 他励直流电动机的制动,1）电动运转状态电动机转矩的方向与转速的方向相同，此时电网向电动机输入电能，并变为机械能以带动负载。,2） 制动运转状态电动机转矩与转速的方向相反，此时，用电动机吸收机械能并转化为电能。,一、能耗制动,21,能耗制动时，,，因而其机械特性方程式为,能耗制动的机械特性曲线是通过原点0的一条直线,22,假定制动前电动机在固有机械特性的A点稳定运行。开始切换到能耗制动瞬间，转速nA不能突变，电动机从工作点A过渡到能耗制动机械特性的B点上。因B点电磁转矩TB0,nn01，所以EaU1,电枢电流将改变
8、方向，IaR1,交点C的转速nC低于交点B的转速nB，它们都比原来没有外串电阻的交点A的转速n低。 通常把电动机运行于固有机械特性上的转速称为基速,那么电枢回路串电阻调速方法的调速范围只能在基速与零转速之间调节。,电枢回路串电阻调速时，如果拖动的是恒转矩负载TL，根据电磁转矩公式,不管电枢回路串多大电阻，电动机运行与多大转速下，电动机电枢电流Ia的大小将不变。可见电动机励磁磁通保持恒定并忽略电枢反应去磁效应的情况下，电枢电流Ia的大小取决于负载转矩TL。TL大，Ia也大；TL小，Ia也小；TL不变，Ia也不变。电动机拖动恒转矩负载采用电枢回路串电阻调速时，虽然电枢电流大小不变，但转速越低，串入
9、电阻上的损耗 将越大，电动机的效率越低。,45,降低电源电压的调速系统的机械特性方程式为,三、 改变电枢电源电压调速,46,例题3-9 一条他励直流电动机的额定功率PN=125kw，额定电压UN=220v，额定电流IN=630A，额定转速nN=1000r/min，电枢回路总电阻Ra=0.01484，电动机带额定负载运行。若要求转速调到420r/min，求：（1)采用电枢串电阻调速时，电枢回路需串入多大电阻？该转速下电动机的效率？（2）采用改变电枢电源电压调速时，电枢电源电压应调到多少伏？电机的效率？ 解：（1） 电枢回路串入电阻值及效率的计算,47,电枢电源电压即效率的计算,48,四、弱磁调速
10、,弱磁调速时，机械特性方程式是 ：,例3-10见73页,49,弱磁调速的优点是，在功率较小的励磁电路中进行调节，控制方便，能量损耗小，调速的平滑性较高。由于调速范围不大，常和额定转速以下的降压调速配合应用，以扩大调整范围。,50,五、恒转矩调速方式与恒功率调速方式,恒转矩调速方式是指在某种调速方法中，保持电枢电流Ia=IN不变，若该电动机电磁转矩恒定不变，则称这种调速方式为恒转矩调速方式。他励直流电动机电枢回路串电阻调速和改变电枢电源电压调速就属于恒转矩调速方式；恒功率调速方式是指在某种调速方法中，保持电枢电流Ia=IN不变，若该电动机电磁功率恒定不变，则称这种调速方式为恒功率调速方式。他励直
11、流电动机弱磁调速就属恒功率调速方式。 电动机采用恒转矩调速方式时，如果拖动恒转矩负载运行，并且使电动机额定转矩与负载转矩相等，那么不论运行在什么转速下，电动机的电枢电流Ia=IN不变，此时点点得到了充分利用，则这种恒转矩调速方式与恒转矩负载的配合是合适的，也称相匹配。,51,电动机采用恒功率调速方式时，如果拖动恒功率负载运行，并且使电磁功率PM为额定值不变，那么不论运行在什么转速下，电动机的电枢电流Ia=IN不变，电动机被充分利用，则恒功率调速方式与恒功率负载相匹配。 电动机采用恒功率调速方式时，如果拖动恒功率负载运行时，假如让电动机低速运行时，负载转矩等于电动机额定转矩，电动机的电枢电流等于额定电流，此时电动机利用是充分的。但当系统运行在高速时，由于负载是恒功率的，高速时转
