直流电动机机械特性2

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1、 第二章 直流电动机的电力拖动 本章主要介绍电力拖动系统的运动方程、负载转矩特性、直流电动机的机械特性、起动、调速、制动等方法和物理过程。2.1 电力拖动系统的运动方程式： 电力拖动系统运动方程式描述了系统的运动状态，系统的运动状态取决于作用在原动机转轴上的各种转矩。一、运动方程式MemTnLTU 根据如图给出的系统（忽略空载转矩），可写出拖动系统的运动方程式：dtdJTTLem其中 为系统的惯性转矩。dtdJ运动方程的实用形式：dtdnGDTTLem3752系统旋转运动的三种状态1)当 或 时,系统处于静止静止或恒转速恒转速运行状态，即处于稳态。LemTT0dtdn2)当 或 时,系统处于加

2、速加速运行状态，即处于动态。LemTT0dtdn3)当 或 时,系统处于减速减速运行状态，即处于动态。LemTT0dtdn 首先确定电动机处于电动状态时的旋转方向为转速的正方向，然后规定：二、运动方程式中转矩正、负号的规定（1）电磁转矩 与转速 的正方向相同时为正，相反时为负。emTn（2）负载转矩 与转速 的正方向相同时为负，相反时为正。LTnemTLT（3）惯性转矩 的大小和正负号由 和 的代数和决定。dtdnGD37522. 2 负载的转矩特性一、恒转矩负载特性负载的转矩特性，就是负载的机械特性，简称负载特性。 恒转矩负载特性是指生产机械的负载转矩 与转速 无关的特性。分反抗性恒转矩负载

3、和位能性恒转矩负载两种。nLT1.反抗性恒转矩负载T TL Ln2.位能性恒转矩负载T TL Ln二、恒功率负载特性 恒功率负载特点是：负载转矩与转速的乘积为一常数，即 与 成反比，特性曲线为一条双曲线。nLTT TL Ln三、泵与风机类负载特性 负载的转矩 基本上与转速 的平方成正比。负载特性为一条抛物线。LTnT TL Ln12TL02.3 他励直流电动机的机械特性方程方程TUnTLRa+RcEaIaRIEUaa(回路总电阻回路总电阻)nCEeaaTICTTCCRRCUnTeCae2Tnn0(理想空载转速理想空载转速)(特性斜率特性斜率)大时大时 特性曲线越特性曲线越陡陡 机械特性机械特性

4、软软小时小时 特性曲线越特性曲线越平平 机械特性机械特性硬硬 机械特性的软硬度机械特性的软硬度图图3 32 2他励直流电动机的机械特性曲线他励直流电动机的机械特性曲线0nACB0TLTATnn0理想空载点（ 0， ）0neaCUnEU0实际空载点（ ， ）0n0T02TTT02T当时，0TT 000Tnn故有：（ ）00nn人为通过外界经电机轴上转入与人为通过外界经电机轴上转入与 同方向的拖动转距同方向的拖动转距 ，克服，克服 。n0TT0n0nACB0TLTATnn0额定工作点（ ， ）NTNn堵转点（ ， 0 ） 堵转转矩： 堵转电流： 仅由外加电压和电枢回路总电阻决定。KTKTKIKTK

5、ICTCaKRRUI（空载堵转电流很大，（空载堵转电流很大， ）0nACB0TLTANKII2010KI0aaMIEPTnn02.3 他励直流电动机的机械特性2.3.1 机械特性的表达式 直流电动机的机械特性是指电动机在电枢电压、励磁电流、直流电动机的机械特性是指电动机在电枢电压、励磁电流、电枢回路电阻为恒值的条件下，即电动机处于稳态运行时，电动电枢回路电阻为恒值的条件下，即电动机处于稳态运行时，电动机的转速与电磁转矩之间的关系：机的转速与电磁转矩之间的关系：)(emTfnememTeeTnTCCRCUn02由电机的电路原理图可得机械特性的表达式：由电机的电路原理图可得机械特性的表达式：0 n

6、0nNnnemTNT0T0n称为称为理想空载转速理想空载转速。实际空载转速实际空载转速020TCCRCUnTee2.3.2 固有机械特性和人为机械特性一、固有机械特性当当 时的机械特性称为固有机械特性时的机械特性称为固有机械特性：aNNRRUU,emNTeaNeNTCCRCUn2 由于电枢电阻很小，特性曲由于电枢电阻很小，特性曲线斜率很小，所以固有机械特性线斜率很小，所以固有机械特性是硬特性。是硬特性。 当当T=TN时，时，n=nN，此点为电此点为电动机额定工作点，转速差动机额定工作点，转速差nn=n=n0 0- -nN，为额定转速差，为额定转速差。 当当n=0时，即电动机起动时，电时，即电动

7、机起动时，电磁转矩磁转矩Tem=Ts，称为起动转矩，称为起动转矩。1 1、电枢串电阻时的人为机械特性、电枢串电阻时的人为机械特性 保持保持 不变不变,只在电枢回路中串入电阻只在电枢回路中串入电阻 的人为特性的人为特性NNUU,SRemNTeSaNeNTCCRRCUn2SaRR 0nnaRemT特点：特点：1 1） 不变，不变， 变大；变大； 2 2） 越大，特性越软越大，特性越软。0n二、人为机械特性当改变当改变 或或 或或 得到的机械特性称为人为机械特性。得到的机械特性称为人为机械特性。UaR 故电枢串电阻的人为机械特故电枢串电阻的人为机械特性是通过理想空载点的一簇放射性是通过理想空载点的一

8、簇放射性直线。性直线。2 2、降低电枢电压时的人为机械特性、降低电枢电压时的人为机械特性 保持保持 不变，只改变电枢电压不变，只改变电枢电压 时的人为特性：时的人为特性：NaRR,UemNTeaNeTCCRCUn21UNUU 101n0nnNUemT特点：特点：1)1) 随随 变化变化, , 不变不变; ; 2) 2) 不同不同, ,曲线是一组平行线曲线是一组平行线。0nUU 因此降低电枢电压时的人为机械特性曲线因此降低电枢电压时的人为机械特性曲线是一组平行于固有机械特性的直线是一组平行于固有机械特性的直线。3、减弱励磁磁通时的人为特性减弱励磁磁通时的人为特性 保持保持 不变，只改变励磁回路调

9、节电阻不变，只改变励磁回路调节电阻 的人为特性：的人为特性：NaUURR,SfRemTeaeNTCCRCUn201n11kT202n2kTNn0nemTkTN12特点：特点：1 1）弱磁，）弱磁， 增大；增大； 2 2）弱磁，）弱磁， 增大增大0n 注：他励直流电动机起动和运行注：他励直流电动机起动和运行过程中，绝不允许励磁回路断开过程中，绝不允许励磁回路断开。2.3.3 机械特性求取一、固有特性的求取一、固有特性的求取 ), 0(0nnTem),(NNemnnTT已知已知 ，求两点求两点:1:1）理想空载）理想空载点点 和额定运行和额定运行 。NNNNnIUP,具体步骤：具体步骤：（1）估算

10、）估算:aR2)3221(NNNNaIPIUR（2 2）计算）计算:NTNeCC和NeNTCC55.9（3）计算理想空载点：）计算理想空载点：NeNemCUnT0, 0（4 4）计算额定工作点）计算额定工作点：NNNTNnnICT,NNNNenRIUCa 估算估算 ，计算，计算 ; 计算计算 , ; 求求 ， ; 计算计算NNNenTnC0RNUNnnn000nUUnNNUNnnn00nTnaRRNn2.4 他励直流电动机的起动 电动机的起动是指电动机接通电源后，由静止状态加速到稳电动机的起动是指电动机接通电源后，由静止状态加速到稳定运行状态的过程。定运行状态的过程。aNststTstRUII

11、CT起动瞬间，起动转矩和起动电流分别为起动瞬间，起动转矩和起动电流分别为 为了限制起动电流，他励直流电动机通常采用电枢回路串电为了限制起动电流，他励直流电动机通常采用电枢回路串电阻或降低电枢电压起动。阻或降低电枢电压起动。0n 起动时由于转速起动时由于转速 ，电枢电动势，电枢电动势 ，而且电枢电阻，而且电枢电阻 很小，所以起动电流将达很大值。很小，所以起动电流将达很大值。 过大的起动电流将引起电网电过大的起动电流将引起电网电压下降、影响电网上其它用户的正常用电、使电动机的换向恶化；压下降、影响电网上其它用户的正常用电、使电动机的换向恶化；同时过大的冲击转矩会损坏电枢绕组和传动机构。一般直流电动