第2章_直流电动机传动基础分解.ppt

电气传动自动控制系统Electrical Drive and Control System 哈尔滨工业大学 电气工程系 武健 E-mail:wujianhit@163.com * 本章主要内容 直流电动机机械特性 固有机械特性与人工机械特性 直流他励电动机机械特性的计算和绘制 直流他励电动机的起动 直流他励电动机的工作状态 调速的基本指标 直流他励电动机的调速方法 直流他励电动机调速时与负载性质的配合 2.1 直流电动机机械特性 “电机学”中，注重电机的结构与原理，主要研究的是电机在进行能量转换时其内部的电磁过程；而“电力拖动”，则注重的是电动机的使用，主要研究的是电机的外特性。在电动机的各类工作特性中首要的是机械特性。 电动机的机械特性(Speed-Torque Characteristics)， 是电动机产生的转矩(电磁转矩) T 与其转速 n 之间的关系，即 n=f(T)。 机械特性的重要性 电动机的机械特性是电动机性能的主要表现，只有掌握好电动机的机械特性，才能正确选择和使用电动机。 电动机的机械特性在很大程度上决定了电力拖动系统的稳态运行和过渡过程的性质和特点。 电动机机械特性的研究是“电气传动”课程的核心内容。 直流他励电动机的机械特性方程式 假设： 电源电压为恒值 磁通为恒值，即励磁电流不变，认为无电枢反应， 电枢回路电阻为恒值。 电压平衡方程 （基尔霍夫定律） 电枢回路的电压平衡方程式为： U = E + I Ra U——电动机的电枢电压(V)； E——电动机电枢绕组的感应电势(电枢电势)(V)； I—— 电枢电流(A)； Ra——电枢回路总电阻(?)， Ra=ra+Rad。 电机电动势 直流电机的电枢电势公式为： E=Ce?n Ce——电势常数; p——电机极对数； N——电枢绕组的有效导体数； a——电枢绕组的并联支路对数； ?——每极磁通(Wb)； n——电动机转速(r/min)。 电机的转矩 直流电机的电磁转矩公式为： T=CT?I 式中： CT——转矩常数； 则有： T——电磁转矩(Nm)。 直流他励电动机的机械特性方程式 U= Ce?n+Ira 直流电动机的机械特性的特点 直流他励电动机的机械特性是一条向下倾斜的直线； 斜率愈大，速度降落愈大，特性向下倾斜就愈明显，即称为机械特性愈“软”； 特性愈平坦，机械特性愈“硬”。 机械特性分为固有机械特性 定义：当电动机电枢接额定电压，正常接线，磁通为额定磁通，电枢回路无附加电阻时，电动机的机械特性称为固有机械特性。 U=UN，?=?N，Rad=0，Ra=ra代入机械特性，即得固有机械特性方程式为： 直流电动机固有机械特性曲线 直流电动机固有机械特性具有以下几个特点 其电磁转矩T越大，转速n越低，机械特性是一条下斜直线。 原因是：T增大，电枢电流I与T成正比，I也增大，电枢电势 E=Ce?nN=UN-Ira，E则减小，转速n则降低。 当T=0时，为固有机械特性的理想空载转速。此时I=0，E=UN。 固有机械特性的斜率为： 转速降为： 当n=0，即电动机起动时，E=Ce?nN=0，此时电枢电流，称为起动电流； 电磁转矩T=CT?NIst=Tst，称为起动转矩。 直流他励电动机的固有机械特性是一条向下倾斜的直线，横跨I、II、IV三个象限，特性较硬。 机械特性只表征电动机电磁转矩和转速之间的函数关系，是电动机本身的能力，至于电动机具体运行状态，还要看拖动什么样的负载。 人工机械特性 1. 电枢串接电阻时的人工机械特性 电枢串接电阻时，Rad?0，电枢回路总电阻Ra=ra+Rad。电源电压U=UN，磁通?=?N，此时的人工机械特性方程式为： 2.改变电源电压时的人工机械特性 电枢不串接附加电阻，即Rad=0。磁通为额定磁通，即?=?N。只改变电源电压U。 3.减弱电动机磁通时的人工机械特性 改变励磁回路的附加电阻Rfad，即可改变励磁电流If，从而使磁通改变。一般，电机在额定磁通下工作时，磁路已接近饱和，所以只能是减弱磁通。 人工机械特性小结 电枢串接电阻和弱磁时，机械特性都变软了； 只有调压调速，才保持和固有机械特性相同的硬度； 直流他励电动机机械特性的计算和绘制 直流他励电动机的机械特性是一条向下倾斜的直线 为了绘制其机械特性，不论是固有机械特性，还是人工机械特性，只需两点即可，即：“两点法”。 1.固有机械特性的计算和绘制 直流他励电动机的固有机械特性可以由理想空载点(0，n0)和额定工作点(TN，nN)这两点来决定。 （1