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1、电力拖动基础第二章 直流电动机的电力拖动12.1 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Te 的关系 n=f(Te)2.1.1 机械特性方程式 e(Rf)2理想空载转速 电动机实际空载转速 他励直流电动 机的机械特性电动机带负载后的转速降 电枢反应对机 械特性的影响当电枢电流较大时，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。ee32.1.2 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。 （一）电枢回路串电阻时的人为机械特性 他励直流电动机 固有机械特性电
2、枢串联电阻时 的人为机械特性e421FFFN（二）改变电枢电压时的人为机械特性 电压不同时的人为机 械特性（三）减弱磁通时的人为机械特性 ee52.1.3 机械特性的绘制（一）固有机械特性的绘制其中固有机械特性是一条直线，只要求出线上两个点的数据，就可 绘出这条直线。一般选择理想空载及额定运行两点较为方便。理想空载点IN， UN及nN 为已知，Ra 可以估算额定运行点6（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。 补例2- 1一台Z2 型他励直流电动机的铭牌数据为：试计算其机械特性。 解理想空载点额定点72.2 他励直流电动机
3、的起动2.2.1 直接起动直接起动的后果：起动时，转速度为0，则反电动势也为0，如直 接加额定电压起动，Ia 可能突增到额定电流的十多倍。（1）换向情况恶化，产生严重火花（2）过大转矩将损坏拖动系统的传动机构。他励直流电动 机的机械特性起动要求：1、起动转矩足够大 2、起动电流不能超过允许值3、起动过程损耗尽量小82.2.2 降低电枢电压起动适用于电机直流电源可调的情况。电压不同时的人为机 械特性方法：先调好励磁，电源电压由低 向高调节。注意：保证电压连续平衡升高，保 持电枢电流为最大允许电流。优点：起动性能好，升速度平滑损 耗小，持续时间短，无级调压调速使用范围：大中型直流电机频繁起 制动缺
4、点：设备复杂，费用大。 9特性图电路图(Rst1 )(Rst2 )2.2.3 降低电枢电压起动选择：充分利用电机的过载能力，快速起动。 选择：使起动过程中始终有较大的转矩，快速起动。 102.2.4 他励直流电动机起动电阻的计算（一）图解解析法（补充）1绘制固有机械特性 2选取起动过程中的最大电流 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 （根据：电流一定时转速降n与电阻R成正比）11（二）解析法在b点 在c点 两级起动时（因为Eb =Ec) 推广到m级起动的一般情况 称为起动电流比12补例2-2一台他励直流电动机的铭牌数据为： 试用解析法计算四级起动时的起动
5、电阻值。 解已知起动级数m=4 选择13各分段电阻如下 ：则各级起动总电阻如下： 142.3 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，电动 机吸收机械能并转化为电能。 2.3.1 能耗制动 电动状态能耗制动ee(RB)15能耗制动时机械特性和 转速及电流变化曲线(IL)L16能耗制动机械特性方程式 （根据机械特性表达式，考虑U=0）如果按最大制动电流不超 过来选择 则电动机带位能负载时 的能耗制动电路图e (RB)172.3.2 反接制动 电动机带位能负载时 的能
6、耗制动电路图反接制动可用两种方法实现，即转 速反向（用于位能负载）与电枢电 压反接（一般用于反抗性负载）。（一）转速反向的反接制动（位能负载） 转速反向的反接 制动机械特性转速反向的反接制动特性方程式为 电枢电路的电压平衡方程式变为 e(RB)(TL)18上式表明， 与 两者之和消耗在电枢电路的电阻 上。 （二）电枢电压反接的反接制动 断开 和 ， 接通 和电枢反接的反 接制动电路图最大电流应不超过2IN e(RB)192.3.3 回馈制动（或称再生制动） （一）位能负载拖动电动机时 电动机回馈制动电 路图(带位能负载)这时位能负载带动电动机，电枢将轴 上输入的机械功率变为电磁功率 后 ，大部
7、分回馈给电网（ ），小部 分变为电枢回路的铜耗 。电 动机变为一台与电网并联运行的发电 机。 （二）他励电动机降低电枢电压调速 （或增磁调速）时在降低电压的降速过程中，当突然降低电枢电压，感应电动势还来 不及变化时，就会发生 的情况，亦即出现了回馈制动状 态。 e20他励电动机降压、减速 过程中回馈制动特性补例2-4一台他励直流 电动机的数据如下：（1）电动机带动一个位能负载，在固有特性上作回馈制动下放， ，求电动机反向下放转速。（将电枢电压反接）（2）电动机带动位能负载，作反接制动下放， 时，转速 ，求串接在电枢电路中的电阻值、电网输入的功率、从轴上输入的 功率及电枢电路电阻上消耗的功率。（
8、转速反向） （3）电动机带动反抗性负载，从 进行能耗制动，若其 最大制动电流限制在100A，试计算串接在电枢电路中的电阻值。 (TL)21解 （1）电动机反向下放转速 （2）电枢电路总电阻 电枢串接电阻 电网输入功率 电枢电路电阻上消耗的功率 22轴上功率（为负值，表示从轴上输入功率） （3）能耗制动时最大电流出现在制动开始时，此时感应电动势为 电枢电路总电阻 电枢电路串接电阻 232.4 他励直流电动机的调速采用一定的方法来改变生产机械的工作速度，以满足生产的需 要，这种方法通常称为调速。 2.4.1 调速指标 调速方法最主要的有两大指标：即技术指标与经济指标 （一）调速的技术指标 1. 调
9、速范围 不同生产机械要求的调速范围是不同的，例如车床D20120， 龙门刨床D1040，机床的进给机构D5200，轧钢机D3 120，造纸机D320等 24不同机械特性 下的静差率2静差率（或称相对稳定性） 电动机的机械特性愈硬，则静差 率愈小，相对稳定性就愈高。 调速范围D与低速静差率%间的关系允许的转速降 253平滑性 在一定的调速范围内，调速的级数愈多则认为调速愈平滑。 值愈接近于1，则平滑性愈好。 时称为无级调速，即转速 连续可调，级数接近无穷多，此时调速的平滑性最好。4调速时的容许输出（或调速时的功率与转矩）容许输出是指电动机在得到充分利用（即 、 ）的 情况下，在调速过程中轴上所能
10、输出的功率和转矩。 26（二）调速的经济指标调速的经济指标决定于调速系统的设备投资及运行费用，而运行费 用又决定于调速过程的损耗，它可用设备的效率来说明。 补例2-5 一直流调速系统采用改变电源电压调速，已知电动机的额 定转速 ，高速机械特性的理想空载转速 如果额定负载下低速机械特性的转速 ，而相应的理想 空载转速 。（1）试求出电动机在额定负载下运行的调速范围D和静差率 ；（2）如果生产工艺要求静差率 20%，则此时额定负载下能达 到的调速范围是多少？还能否满足原有的要求？ 27电枢串联 电阻调速解 （1）低速静差率 （2）不能满足原有调速范围的要求2.4.2 电枢回路串电阻调速分析电枢串接
11、电阻调速的经 济性： (TL)282.4.3 降低电源电压 降低电源电压的调速系统的机械特性 方程式为晶闸管整流器供电 的直流调速系统降低电源电压调 速时的机械特性29减弱磁通的人 为机械特性2.4.4 弱磁调速 弱磁调速电路示意图较大容量系统小容量系统弱磁调速时，机械特性方程式是 ：30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。 减弱磁通时的电枢电流、 转速、磁通变化曲线312.4.5 调速时的容许输出在调速过程中，只要在不同转速下电流不超过额定值，电动机 长时
12、运行，其发热不会超过容许的限度。 对于他励直流电动机， 转矩与功率的关系为： 1. 降压调速时 从高速到低速， 容许输出转 矩是常数，称为恒转矩调速方式。而容许输出功率则正比于转速。式中2.弱磁调速时 容许输出功率为常数，称为恒功率调速方式； 32机械特性和容 许输出转矩容许输出转 矩和功率3. 电枢回路串电阻调速时 从高速到低速， 容许输出转矩是常数，称为恒转矩调速方式。而容许输出功率 则正比于转速（与降低电枢电压调速相同）。容许容许容许 容许33串励直流电动机 固有机械特性串励直流电动机串联电 阻时的人为机械特性2.5 串励直流电动机的电力拖动 2.5.1 串励电动机的机械特性磁路未饱和时
13、串励电动 机机械特性方程式 串励直流电动 机的电路图e34串励直流电动机降压 时的人为机械特性励磁绕组并分路 电阻的电路图（一）降低电源电压 （二）励磁绕组并分路电阻 2.5.2 串励电动机的起动与调速e35电枢并分路电阻 的电路图串电阻时的人 为机械特性固有机械特性励磁绕组并分路电 阻时的人为特性电枢并分路电阻 时的人为特性（三）电枢并分路电阻 362.5.3 串励电动机的制动状态串励电动机只有两种制动状态，即反接制动与能耗制动。 串励电动机直接反 接电枢的电路图转速反向的 反接制动串励电动机反接制 动特性曲线反接电枢的 反接制动能耗制动的方法，是把电枢由电源断开，接到制动电阻上。此时励 磁常用他励。必须使励磁电流方向与能耗制动前相同，否则不能产 生制动转矩。由于串励绕组电阻很小，当接成他励时，必须在励磁 电路内串入较大的电阻，以限制电流。ee372.5.4 复励直流电动机的机械特性复励直流电动机有两个励磁绕组，一个是串励绕组，另一个是 他励绕组，两绕组的励磁磁动势方向一般是相同的，即是所谓积复 励接法。 复励电动机的电路图复励电动机的固 有机械特性和人 为机械特性ee38第2章 结 束39
