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1、电力拖动基础,第二章 直流电动机的电力拖动,2.1 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),3,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。,e,e,4,2.1.2 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,e,5,（二）改变电枢电压时的人为机械特性,（三）减弱磁通时的人为
2、机械特性,e,e,6,2.1.3 机械特性的绘制,（一）固有机械特性的绘制,7,（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,8,2.2 他励直流电动机的起动,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。,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,9,2.2.2 降低电枢电压起动,适用于电机直流电源可调
3、的情况。,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 缺点：设备复杂，费用大。,10,2.2.3 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。,11,2.2.4 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）
4、,12,（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,13,14,各分段电阻如下 ：,则各级起动总电阻如下：,15,2.3 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,e,e,(RB),16,(IL),L,17,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,e,(RB),18,2.3.2 反接制动,反接制
5、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）,e,(RB),(TL),19,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,最大电流应不超过2IN,e,(RB),20,2.3.3 回馈制动（或称再生制动）,（一）位能负载拖动电动机时,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
6、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。,e,21,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。（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),22,解 （1）,电动机反向下放转速,（2）电枢电路总电阻,电枢串接电
7、阻,电网输入功率,电枢电路电阻上消耗的功率,23,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,24,2.4 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,25,2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,26,3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
8、。,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输出的功率和转矩。,27,（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
9、； （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？,28,(TL),29,2.4.3 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,30,2.4.4 弱磁调速,弱磁调速时，机械特性方程式是 ：,31,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。,32,2.4.5 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.
10、 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；,33,3. 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,34,2.5 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,磁路未饱和时串励电动机机械特性方程式,e,35,（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,e,36,（三）电枢并分路电阻,37,2.5.3 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。,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。,e,e,38,2.5.4 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。,e,e,39,第2章 结 束,
