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1、第二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,第二节 电力拖动系统稳定运行的条件,第三节 他励直流电动机的起动,第四节 直流电动机电力拖动系统的过渡过程,第五节 他励直流电动机的制动,第六节 他励直流电动机的调速,第七节 串励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,机械特性:n=f(T).,他励直流电动机的机械特性是指在电枢电压、励磁电流、电枢总电阻均为常数的条件下，电动机的转速 n 与电磁转矩T的关系曲线：n=f（T）。,一、机械特性方程式,忽略电枢反应时，根据图中给出的正方向，可列出电枢回路的电压平衡方程式,他励直流电动机拖动系统,由电机学知，电动机产生的电
2、磁转矩及电枢电动势分别为:,联解上述方程，整理后可得,式中：,电枢电阻；,电枢回路外串电阻；,电动势常数；,转矩常数；,当、及 都保持为常数时，上式表示的就是 n 与 T 之间的函数关系，即他励直流电动机的机械特性方程式。,可以把式(2-1)写成如下形式,式中：理想空载转速，；,机械特性的斜率，,他励直流电动机的机械特性,A点：理想空载点,B点：堵转点,实际空载转速 为：,二、固有机械特性,电动机本身固有的特性称为固有机械特性。它应具备的条件是：,电源电压,电枢所串电阻,励磁磁通,即得固有机械特性方程式：,固有机械特性也可表示为：,其中：,额定转速：,额定转速降：,他励直流电动机的固有机械特性
3、,n0,nN,nN,三、人为机械特性,1、电枢回路串电阻时的人为机械特性,电枢串电阻时的原理图和机械特性,Rc1Rc2,2、改变电源电压的人为机械特性,改变电源电压的原理图和机械特性 a)原理图 b)机械特性,UNU1U2U3,3、改变磁通的人为机械特性,N 123,四、根据电动机的铭牌数据计算和绘制机械特性,理想空载点：,已知:,额定工作点：，,平衡状态：当电动机电磁转矩与负载转矩 满足称该系统达到平衡状态。,第二节电力拖动系统稳定运行的条件,扰动：电网电压的波动；负载的变化。,平衡稳定：是指电力拖动系统原来处于一种平衡运行状态，在某扰动下离开了原来的平衡状态，在新的状态下达到了新的平衡，并
4、且在扰动消失后，还能回到原来的平衡状态。,当，暂时不变，根据，不变，不变，系统减速。,A点：,随着下降，增大，当时，系统达到新的平衡。,当负载扰动消失负载由，因此，系统加速。随着 升高，减小，直到，系统回到原来的平衡状态。因此这个平衡是稳定的，点称为稳定运行点。,平衡点:当，系统减速。随着 下降，相应下降，直到。点不是稳定运行点。,不稳定运行,对于一个电力拖动系统，稳定运行的充要条件是：,电机的机械特性与负载转距特性必须有交点，在交点处,在交点附近应有,稳定运行充分条件的判定,第三节 他励直流电动机的起动,一、起动过程分析,起动步骤：,1、建立磁场,2、加电枢电压。,直接起动的特点:起动电流大
5、、起动转矩大,因此起动方法有：降压起动和电枢串电阻起动,降低电源电压起动时的接线及机械特性,二、降压起动：,三、电枢回路串电阻分级起动,1.起动过程,起动过程电枢串电阻三级起动的接线图及机械特性（a）接线图 b）机械特性,a,g,f,e,d,c,b,起动开始，串入全部电阻，电枢加额定电压，段，起动转矩，加速。到点后，合上，电枢电流，运行点由，继续加速。到点后，合上，电枢电流由，运行点由，继续加速。,到点后，合上，电枢电流由，运行点由，继续加速，直到，电机稳定运行，起动过程结束。,2.起动电阻的计算,最大电流的选择：,切换电流的选择：,或：,起动级数的选择：,=24级,各级起动电阻的计算：,以及
6、不变为原则,两式相除得：,同理:,令：,则可得：,于是：,若m为分数，则取相应的较大整数，然后用此整数代入公式计算。,可得每级分段电阻值：,第四节 直流电动机电力拖动系统的过渡过程,过渡过程是指系统从一个稳定工作状态过渡到另一个稳定工作状态的过程,一、他励直流电动机过渡过程的数学分析,略去电磁惯性的影响，只考虑机械惯性对过渡过程的影响,假设在过渡过程中：,电源电压U恒定不变；,磁通恒定不变；,负载转矩TL保持常数不变,1、转速n的变化规律 n=f(t),机械特性上AB的过渡过程,已知电力拖动系统的运动方程式为：,他励电动机的机械方程式为：,即得：,式中：,为稳态点的转速,为机电时间常数，单位为
7、秒,R为电枢回路总电阻,2、转矩T的变化规律 T=f(t),整理后得T=f(t)表达式为：,3、电枢电流Ia的变化规律 Ia=f(t),整理后得Ia=f(t)表达式为：,（a）n=f(t)（b）T=f(t)（c）I=f(t)过渡过程曲线,二、他励直流电动机起动的过渡过程,起动过渡过程数学表达式,他励直流电动机直接起动过渡过程,三、过渡过程时间的计算,理论上t，实际上t（）m,若已知=f(t)及点的转距x,若已知I=f(t)及点的电流Ix,四、Tm的物理意义,Tm决定过渡过程时间的长短,电机从起动开始，一直以最大加速度上升，则达到稳态转速nA所需的时间就是Tm，这就是Tm的物理意义。,机电时间常
8、数的物理意义,减小Tm的主要方法是减小系统的总飞轮距GD2,五、减少过渡过程时间的方法,减少过渡过程时间的方法有二：,1.减小机电时间常数Tm,选用专门设计制造的小惯量电动机，其特点是电枢细长，GD2小；,采用双电动机拖动,2.改善起动电流的波形,理想起动时电流、转速曲线,第五节 他励直流电动机的制动,所谓制动，就是使拖动系统从某一稳定转速很快减速停车，或是为了限制电动机转速的升高，使其在某一转速下稳定运行，以确保设备和人身安全。,电气制动方法：能耗制动、反接制动和回馈制动。,一、能耗制动,1、制动原理,制动的方法：机械制动；电气制动；自由停车。,能耗制动过程（a）原理图 b）机械特性,稳定点
9、：,A点,制动后，工作点：,产生制动转矩，,当时，制动过程结束。,2、机械特性及制动电阻的计算,机械特性的方程式：,而：,故：,制动电阻：,式中：制动开始时电动机的电枢电动势；,制动开始时最大允许电流，应带入负值,3、能量关系：,4、能耗制动运行,能耗制动过程的功率流程图,二、反接制动,1、转速反向的反接制动,转速反向的反接制动线路图及机械特性（a）原理图（b）机械特性,(1)制动原理：,二、反接制动,提升重物,稳定点：点,要制动，电枢串，来不及变化,工作点由,减小,沿 特性减速，到 点，。,点，在位能负载 拖动下反转。,随 的增大而增大。,点，电机以恒定的转速 下放重物。,点稳定运行须具备两
10、个条件：,1、要大,2、要有位能性负载倒拉,(2)机械特性：,(3)能量关系：,而：,故：,2、电压反接的反接制动,电压反接制动的原理图及机械特性（a）原理图 b）机械特性,(1)制动原理：,(3)能量关系,(2)机械特性及制动电阻的计算,与转速反向的反接制动相同,(4)C点之后的情况,C点停车，切断电源，施以机械抱闸若为反抗性负载，反向加速到 点，反向电动运行。若为位能性负载，继续加速到 点，回馈制动状态。,三、回馈制动,满足2个条件：制动状态，即转矩与转速反向向电源回馈能量，即回馈制动有2种：正向回馈制动反向回馈制动。,（1）制动原理（2）机械特性,1、正向回馈制动,（3）能量关系,2、反
11、向回馈制动,（1）制动原理（2）机械特性,（3）能量关系 与正向回馈制动时相同,注：反向回馈制动仅仅在下放轻的物体或空载时才采用,第六节 他励直流电动机的调速,一、调速指标,1.调速范围,2.调速的静差率,3.调速的平滑性,4.调速的经济性,5.调速时的容许输出,二、调速的方法,1、电枢回路串电阻调速；,电枢串电阻调速时的机械特性,2、降低电源电压调速；,降低电源电压时的机械特性,B,nB,C,nC,3、减弱磁通调速：,弱磁调速时机械特性,三、调速时电动机的允许输出与调速方 式的选择,电机能否正常的长期运行，取决于它的电枢电流，其值不允许长期超过额定电流；,转矩和电流大小完全取决于负载。,(a
12、)(b)(c)(d)调速方式与负载的配合,第七节 串励直流电动机的电力拖动,励磁绕组与电枢绕组串联励磁电流与电枢电流相等磁通是电枢电流的函数,特点：,一、串励直流电动机的机械特性,串励直流电动机的电路图,串励直流电动机磁化曲线,磁通与电枢电流的关系：磁通不饱和时，两者呈线性关系：,磁通饱和时，认为 为常数,设回路总电阻：,电压方程式：,磁路不饱和：,机械特性：,其中：,当磁路不饱和时，转速与电流是双曲线关系。,上式也可写成：,串励直流电动机的机械特性,串励直流电动机机械特性的特点：,非线性软特性；,不允许轻载或空载运行；,过载能力强，起动性能好。,改变电源电压的极性不能改变T 的方向。带反抗性
13、负载时，需将电枢绕组通过电刷引出的两根出线头的位置互换。,二、串励直流电动机的起动调速,起动办法：串电阻起动；起动电阻的计算：图解法。,调速方法：,电枢回路中串电阻；,降低电枢电压；,励磁回路并联分路电阻,串励直流电动机的人为机械特性曲线（a）电枢回路串电阻的人为机械特性(b)降低电源电压和并分路电阻的人为特性,三、串励直流电动机的制动,串励直流电动机的理想空载转速为无穷大，所以它不可能有回馈制动运转状态，只能进行能耗制动和反接制动。,1、能耗制动,其能耗制动可采用两种方式：,自励式和他励式,自励式能耗制动主要用于事故制动；,他励式能耗制动效果好，应用较广泛。,2、反接制动,其反接制动也有两种：,转速反向的反接制动,电压反接的反接制动,
