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1、直流电动机电力拖动教学讲直流电动机电力拖动教学讲义义4.1 4.1 他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性 4.2 4.2 他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动 4.3 4.3 他励直流电动机的四象限运行他励直流电动机的四象限运行 4.4 4.4 他励直流电动机的调速与控制他励直流电动机的调速与控制 4.5 4.5 其他直流电动机的拖动问题其他直流电动机的拖动问题 4.6 4.6 他励直流电动机的瞬态分析与控制他励直流电动机的瞬态分析与控制 直流电动机的起、制动动态性能比较良直流电动机的起、制动动态性能比较良好，可以在很多快速调速的场合应用，尽管好，可以在很多快速调速的场合应用，
2、尽管目前交流拖动技术发展很快，但直流电动机目前交流拖动技术发展很快，但直流电动机的电力拖动仍然占有重要地位，同时直流电的电力拖动仍然占有重要地位，同时直流电动机的电力拖动技术也是其他电力拖动系统动机的电力拖动技术也是其他电力拖动系统的基础。的基础。 4.1 4.1 他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性 4.1.1机械特性的一般表达式机械特性的一般表达式 电动机机械特性是指电动机加上一定的电电动机机械特性是指电动机加上一定的电压和一定的励磁电流时，转速压和一定的励磁电流时，转速n与电磁转矩与电磁转矩T之之间的关系间的关系由电枢回路电动势平衡方程式由电枢回路电动势平衡方程式: :感应电
3、动势感应电动势由电磁转矩由电磁转矩 代入转速特性式，得他励直流电动机机械特代入转速特性式，得他励直流电动机机械特性的一般表达式：性的一般表达式：称为理想空载转速；称为理想空载转速；称为机械特性的斜率。称为机械特性的斜率。 4.1.2他励直流电动机的固有机械特性他励直流电动机的固有机械特性当电动机电枢两端加额定电压、气隙每极磁当电动机电枢两端加额定电压、气隙每极磁通为额定值、电枢回路不串电阻时，通为额定值、电枢回路不串电阻时， 即即 时，时，机械特性称为固有机械特性。其表达式为机械特性称为固有机械特性。其表达式为固有机械特性曲线如图固有机械特性曲线如图他励直流电动机的固有机械特性分析：他励直流电
4、动机的固有机械特性分析： (1) 固有机械特性是一条下降的直线固有机械特性是一条下降的直线(2)T=0时，时， 为理想空载转速。为理想空载转速。 (3)为为固固有有机机械械特特性性斜斜率率，其其值值很很小小，特特性性较较平平，称称为为硬硬特特性性，这这时时电电机机运运行行平平稳稳，转转速速变变化化小小。增增大大后后，特特性性较较陡陡，称称为为软特性，这时电机运行易波动，转速变化大。软特性，这时电机运行易波动，转速变化大。(4)电电动动机机的的实实际际空空载载转转速速为为，比比略略小小，因因为为电电动动机机必必须须克克服服机机械械摩摩擦擦及及风风阻阻构构成成的的空空载转矩载转矩T0(5)T=TN
5、时，时， ，有额定转速降，有额定转速降。 (6) (6)n=0，电动机起动点。电磁转矩电动机起动点。电磁转矩Ts为起动转矩。为起动转矩。 (7) (7) 在第四象限，在第四象限，TTs,IaIs (8) (8) 在第二象限，在第二象限，Tn0，电磁转矩实际方向电磁转矩实际方向与转速相反了，由拖动性变为制动性与转速相反了，由拖动性变为制动性,这时电动这时电动机进入回馈制动，是发电机状态。机进入回馈制动，是发电机状态。他励直流电动机的人为机械特性他励直流电动机的人为机械特性 固有机械特性是电动机最基本的特性，固有机械特性是电动机最基本的特性，在它的基础上，人为的改变电动机的参数如在它的基础上，人为
6、的改变电动机的参数如电压、励磁电流、电枢回路电阻大小等，所电压、励磁电流、电枢回路电阻大小等，所得到的机械特性称为人为机械特性。主要的得到的机械特性称为人为机械特性。主要的人为机械特性有三种。人为机械特性有三种。 1、电枢回路串电阻的人为机械特性、电枢回路串电阻的人为机械特性保保持持不不变变，在在电电枢枢回回路路中中串串入入电电阻阻R后后，所所得得到到的的机机械械特特性性称称为为电电枢枢回回路路串串电阻的人为机械特性，表达式为电阻的人为机械特性，表达式为 电枢回路串入不电枢回路串入不同电阻时的人为机械同电阻时的人为机械特性如图特性如图4.2所示，是所示，是一组放射形直线，都一组放射形直线，都通
7、过理想空载点。这通过理想空载点。这种特性可以用来改善种特性可以用来改善起动性能，也可以用起动性能，也可以用于调速和制动。于调速和制动。 2、改变电枢电压的人为机械特性、改变电枢电压的人为机械特性 保持保持 不变，在电枢回路中不串不变，在电枢回路中不串电阻，只改变电枢电压，所得到的机械特性称电阻，只改变电枢电压，所得到的机械特性称为改变电枢电压的人为机械特性，表达式为为改变电枢电压的人为机械特性，表达式为 改变电枢电压的人为机械特性如图改变电枢电压的人为机械特性如图4.4所示，是所示，是比固定特性低而与之平行的一组直线，硬度不变。比固定特性低而与之平行的一组直线，硬度不变。它可以使拖动系统具有良
8、好的起、制动和调速性能。它可以使拖动系统具有良好的起、制动和调速性能。3、减小气隙磁通量的人为机械特性、减小气隙磁通量的人为机械特性 保保持持不不变变，在在电电枢枢回回路路中中不不串串电电阻阻R，减减少少励励磁磁电电流流，使使，所所得得到到的的机机械械特特性性称称为为减减弱弱磁通的人为机械特性，表达式为磁通的人为机械特性，表达式为 以上分析直流电机的固有或人为机械特性时，以上分析直流电机的固有或人为机械特性时，忽略了电枢反应的影响。实际上，由于电枢反忽略了电枢反应的影响。实际上，由于电枢反应的存在，表现为去磁效应，使机械特性出现应的存在，表现为去磁效应，使机械特性出现上翘现象，如图上翘现象，如
9、图4.6所示，会影响电机稳定性。所示，会影响电机稳定性。一般小容量电机，去磁作用不明显，对机械特一般小容量电机，去磁作用不明显，对机械特性影响不大性影响不大。 根据电机的铭牌数据估算机械特性根据电机的铭牌数据估算机械特性电电动动机机的的机机械械特特性性是是我我们们设设计计电电力力拖拖动动系系统统时时应应该该给给出出的的，但但在在电电机机的的产产品品目目录录及及铭铭牌牌中中，没没有有直直接接给给出出。因因此此，我我们们必必须须利利用用产产品品目目录录或或铭铭牌牌中中给给出出的的数数据据估估算算机机械特性。械特性。1、固有机械特性的绘制、固有机械特性的绘制 他励直流电动机的固有特性是一条斜直线，若
10、已知他励直流电动机的固有特性是一条斜直线，若已知直线上两个特殊点，将这两点连成直线，就是固有机械直线上两个特殊点，将这两点连成直线，就是固有机械特性。特性。 通常选择理想空载点（通常选择理想空载点（0,），额定工作），额定工作点（点（ ， ）较为方便。这两个特殊点，额定）较为方便。这两个特殊点，额定转速可以在产品目录或者电机的铭牌数据中查转速可以在产品目录或者电机的铭牌数据中查到，但理想空载转速、额定转矩却是未知的。到，但理想空载转速、额定转矩却是未知的。需另想办法求得。需另想办法求得。 （1）理想空载转速的确定）理想空载转速的确定 已知理想空载转速为已知理想空载转速为式式中中已已知知，是是对对应应于于额额定定运运行行状状态态的的数值，可由额定状态下电枢回路电压方程式求得：数值，可由额定状态下电枢回路电压方程式求得：c)根据经验估算额定电枢电动势根据经验估算额定电枢电动势（2）额定转矩的确定）额定转矩的确定 可以按下式进行计算：可以按下式进行计算： 2、人为机械特性的绘制、人为机械特性的绘制 人为机械特性的计算较为简单，只要把相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特性方程即可。应的参数值代入相应的人为特性方程即可。再根据上面的方法求出两点，连线即可。再根据上面的方法求出两点，连线即可。
