直流电动机的电力拖动教学.ppt

第四章 直流电动机的电力拖动,4.1 他励直流电动机的机械特性,4.2 他励直流电动机的起动,4.3 他励直流电动机的四象限运行,4.4 他励直流电动机的调速与控制,4.5 其他直流电动机的拖动问题,4.6 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好，可以在很多快速调速的场合应用，尽管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，同时直流电动机的电力拖动技术也是其他电力拖动系统的基础。,4.1 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 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n与电磁转矩T之间的关系,由电枢回路电动势平衡方程式:,感应电动势,由电磁转矩,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：,称为理想空载转速；,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 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， 即 时， 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,他励直流电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,(2) T=0时， 为理想空载转速。,(3) 为固有机械特性斜率，其值很小，特性较平，称为硬特性，这时电机运行平稳，转速变化小。 增大后，特性较陡，称为软特性，这时电机运行易波动，转速变化大。,(4) 电动机的实际空载转速为 ，比 略小，因为电动机必须克服机械摩擦及风阻构成的空载转矩T0,(5) T= TN 时， ，有额定转速降。,(6) n=0，电动机起动点。电磁转矩Ts为起动转矩。 (7) 在第四象限，TTs, IaIs (8) 在第二象限，Tn0，电磁转矩实际方向与转速相反了，由拖动性变为制动性 ,这时电动机进入回馈制动，是发电机状态。,4.1.3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，在它的基础上，人为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。,1、电枢回路串电阻的人为机械特性 保持 不变，在电枢回路中串入电阻R后，所得到的机械特性称为电枢回路串电阻的人为机械特性，表达式为,电枢回路串入不同电阻时的人为机械特性如图4.2所示，是一组放射形直线，都通过理想空载点。这种特性可以用来改善起动性能，也可以用于调速和制动。,2、改变电枢电压的人为机械特性 保持 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4.4所示，是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 保持不变，在电枢回路中不串电阻R，减少励磁电流，使，所得到的机械特性称为减弱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，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，使机械特性出现上翘现象，如图4.6所示，会影响电机稳定性。一般小容量电机，去磁作用不明显，对机械特性影响不大。,4.1.4根据电机的铭牌数据估算机械特性 电动机的机械特性是我们设计电力拖动系统时应该给出的，但在电机的产品目录及铭牌中，没有直接给出。因此，我们必须利用产品目录或铭牌中给出的数据估算机械特性。 1、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，若已知直线上两个特殊点，将这两点连成直线，就是固有机械特性。,通常选择理想空载点（0, ），额定工作点（ ， ）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到，但理想空载转速、额定转矩却是未知的。需另想办法求得。,（1）理想空载转速的确定 已知理想空载转速为,式中 已知， 是对应于额定运行状态的数值，可由额定状态下电枢回路电压方程式求得：,式中的 可以通过实测的方法测得，也可以由式(4-6)进行估算， a）根据所选的直流电机，实测它的电枢回路电阻 ， b）根据经验公式估算,c) 根据经验估算额定电枢电动势