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1、第第3章章 直流电动机的电力拖动基础直流电动机的电力拖动基础3.1电力拖动系统的运动方程式电力拖动系统的运动方程式 3.2生产机械的负载特性生产机械的负载特性 3.3直流电动机的机械特性直流电动机的机械特性 3.4电力拖动系统的稳定运行条件电力拖动系统的稳定运行条件13.1.13.1.1运动方程式运动方程式电力拖动系统旋转时的运行方程：电力拖动系统旋转时的运行方程：运动方程的实用形式运动方程的实用形式Tem感应电动机的电磁转矩感应电动机的电磁转矩TL负载的转矩负载的转矩J运动系统的转动惯量运动系统的转动惯量 系统旋转的角速度系统旋转的角速度GD2飞轮惯量（飞轮矩），飞轮惯量（飞轮矩），g重力加
2、速度重力加速度3.1电力拖动系统的运动方程式电力拖动系统的运动方程式23.1.13.1.1运动方程式运动方程式3.1电力拖动系统的运动方程式电力拖动系统的运动方程式系统旋转运动的三种状态系统旋转运动的三种状态系统处于系统处于静止或恒转速静止或恒转速运行状态，即处于运行状态，即处于稳态稳态；系统处于系统处于加速加速运行状态，即运行状态，即瞬态瞬态过程；过程；系统处于系统处于减速减速运行状态，即运行状态，即瞬态瞬态过程。过程。33.1.23.1.2运动方程式中转矩方向的确定运动方程式中转矩方向的确定一般规定如下：一般规定如下：首首先先选选定定电电动动机机处处于于电电动动状状态态时时的的旋旋转转方方
3、向向为为转转速速n n的的正正方方向，然后按照下列规则确定转矩的正、负号。向，然后按照下列规则确定转矩的正、负号。1 1. .电电磁磁转转矩矩 T Tem em 与与转转速速 n n 的的正正方方向向相相同同时时为为正正，相相反反时时为为负；负；2 2. .负负载载转转矩矩 T TL L 与与转转速速 n n 的的正正方方向向相相反反时时为为正正，相相同同时时为为负；负；3 3. .惯惯性性转转矩矩 的的大大小小及及正正、负负号号由由 T Tem em 和和 T TL L 的的代代数和决定。数和决定。3.1电力拖动系统的运动方程式电力拖动系统的运动方程式43.2生产机械的负载特性生产机械的负载
4、特性电力拖动的运动方程式，集电动机的电磁转矩、生产电力拖动的运动方程式，集电动机的电磁转矩、生产机械的负载转矩及系统的转速之间的关系于一体，描述机械的负载转矩及系统的转速之间的关系于一体，描述了拖动系统的运动状态。但是要对运动方程式求解，首先必须了拖动系统的运动状态。但是要对运动方程式求解，首先必须知道电动机的机械特性和生产机械（负载）的机械知道电动机的机械特性和生产机械（负载）的机械特性。特性。生产机械运行时常用负载转矩标志其负载的大小，不同的生产机械运行时常用负载转矩标志其负载的大小，不同的生产机械的转矩随转速变化的规律而不同，负载的机械特性也生产机械的转矩随转速变化的规律而不同，负载的机
5、械特性也成为成为负载转矩特性负载转矩特性，简称，简称负载特性负载特性。53.2生产机械的负载特性生产机械的负载特性3.3.1恒转矩负载特性1.反抗性恒转矩负载反抗性恒转矩负载这类负载的特点是：负载转矩的大小恒定不变，而负载转这类负载的特点是：负载转矩的大小恒定不变，而负载转矩的方向总是与转速的方向相反，即负载转矩的性质总是起反矩的方向总是与转速的方向相反，即负载转矩的性质总是起反抗运动作用的阻转矩性质。抗运动作用的阻转矩性质。63.3生产机械的负载特性生产机械的负载特性3.3.1恒转矩负载特性2.位能性恒转矩负载位能性恒转矩负载这类负载是由拖动系统中某些具有位能的部件（如起重类这类负载是由拖动
6、系统中某些具有位能的部件（如起重类型负载中的重物）造成的，其特点是：不仅负载转矩的大小恒型负载中的重物）造成的，其特点是：不仅负载转矩的大小恒定不变，而且负载转矩的方向也不变。定不变，而且负载转矩的方向也不变。73.3生产机械的负载特性生产机械的负载特性3.3.2恒功率负载特性恒功率负载的特点是：负载转矩与转速的乘积为一常数，恒功率负载的特点是：负载转矩与转速的乘积为一常数，即负载功率，也就是负载转矩即负载功率，也就是负载转矩与转速成反比。与转速成反比。83.3生产机械的负载特性生产机械的负载特性3.3.3通风机类负载特性水泵、油泵、通风机和螺旋桨等机械的负载转矩将将基本水泵、油泵、通风机和螺
7、旋桨等机械的负载转矩将将基本上与转速的平方成正比。上与转速的平方成正比。93.4直流电动机的机械特性直流电动机的机械特性3.4.1直流电动机机械特性的表达式他励直流电动机的接线如图所示。电枢回路的总电阻称为他励直流电动机的接线如图所示。电枢回路的总电阻称为电枢内阻，电枢回路有时还串入附加电阻，此时电枢回路电枢内阻，电枢回路有时还串入附加电阻，此时电枢回路电阻包括附加电阻。为了使电动机能正常工作，在励磁电路中电阻包括附加电阻。为了使电动机能正常工作，在励磁电路中一般加入一个可调节大小的电阻，用于调节励磁电流的大小。一般加入一个可调节大小的电阻，用于调节励磁电流的大小。103.4直流电动机的机械特
8、性直流电动机的机械特性3.4.1直流电动机机械特性的表达式113.4直流电动机的机械特性直流电动机的机械特性3.4.2固有机械特性把他励直流电动机的电源电压、磁通称为额定值，电枢回把他励直流电动机的电源电压、磁通称为额定值，电枢回路未接附加电阻时的机械特性称为固有机械特性。其固有机械路未接附加电阻时的机械特性称为固有机械特性。其固有机械特性的方程式为特性的方程式为式中，式中， 可以从铭牌数据中查到；电枢电阻可以从铭牌数据中查到；电枢电阻 可由近似公式可由近似公式估算得到。估算得到。一般电动机额定运行时，铜耗损是总耗损的一般电动机额定运行时，铜耗损是总耗损的 ，电，电枢电阻为：枢电阻为：123.
9、4直流电动机的机械特性直流电动机的机械特性3.4.2固有机械特性133.4直流电动机的机械特性直流电动机的机械特性3.4.3人为机械特性1. 电枢回路串接电阻时的人为机械特性电枢回路串接电阻时的人为机械特性当电源电压和磁通都是额定值时，电枢回路串接电阻，这当电源电压和磁通都是额定值时，电枢回路串接电阻，这时的人为机械特性方程式为：时的人为机械特性方程式为：人为机械特性的特点是：人为机械特性的特点是：（1）理想空载转速保持不变；）理想空载转速保持不变；（2）斜率随的增大而增）斜率随的增大而增大，转速降增大，特性曲线变软。大，转速降增大，特性曲线变软。143.4直流电动机的机械特性直流电动机的机械
10、特性2. 改变电枢电压时的人为机械特性改变电枢电压时的人为机械特性改变电枢电压的人为机械特性方程式为：改变电枢电压的人为机械特性方程式为：降低电枢电压后，理想空载转速下降，特性曲线的斜率降低电枢电压后，理想空载转速下降，特性曲线的斜率不变，因此降低电枢电压情况下不变，因此降低电枢电压情况下的人为机械特性是一组平行线，的人为机械特性是一组平行线，改变电枢电压可以调速。当负载改变电枢电压可以调速。当负载转矩不变时，电压越低，转速也转矩不变时，电压越低，转速也越低。越低。153.4直流电动机的机械特性直流电动机的机械特性3. 减弱磁通时的人为机械特性减弱磁通时的人为机械特性减弱磁通时的人为机械特性方
11、程式为：减弱磁通时的人为机械特性方程式为：减弱磁通时的人为机械特性的特点是：减弱磁通时的人为机械特性的特点是：（1）理想空载转速与磁通成正比，比例系数为负，减弱磁）理想空载转速与磁通成正比，比例系数为负，减弱磁通通 升高；升高；（2）斜率）斜率 与磁通的平方成与磁通的平方成反比，减弱磁通使斜率增大。反比，减弱磁通使斜率增大。163.5电力拖动系统的稳定运行条件电力拖动系统的稳定运行条件3.5.1电力拖动系统的稳定运行一台电动机拖动生产机械，以多高的转速运行，取决于电动一台电动机拖动生产机械，以多高的转速运行，取决于电动机的机械特性和生产机械的负载特性。如果知道了生产机械的负机的机械特性和生产机
12、械的负载特性。如果知道了生产机械的负载转矩特性载转矩特性 和电动机的机械特性和电动机的机械特性 ，把，把两种特性配合起来，就可以研究电力拖动系统的稳定运行问题。两种特性配合起来，就可以研究电力拖动系统的稳定运行问题。173.5电力拖动系统的稳定运行条件电力拖动系统的稳定运行条件3.5.2电力拖动系统的稳定运行条件电力拖动系统的稳定运行的充分必要条件是：电力拖动系统的稳定运行的充分必要条件是：（1）必要条件：电动机的机械特性与负载的转矩特性必须）必要条件：电动机的机械特性与负载的转矩特性必须有交点，即存在；有交点，即存在；（2）充分条件：在交点处，满足。或）充分条件：在交点处，满足。或者说，在交点的转速以上存在，而在交点的转速以下存者说，在交点的转速以上存在，而在交点的转速以下存在。在。18
