他励直流电动机的机械特性(4.20).ppt

1、3.2 直流电动机的机械特性,机械特性： 电动机最重要的运行特性是机械特性，它是指电动机的转速 n 与转矩 M的关系n=f(M)。 机械特性中的转矩M是电磁转矩，它与电动机轴上的输出转矩 Md 差一个空载转矩 M0电动机运行时，MMdM0,一、他励直流电动机机械特性方程式,1.他励直流电动机电路原理图 （图1） 2.他励直流电动机的参数关系 电磁转矩: MCMIa (1) 感应电动势: EaCe n (2) 电枢电路电动势平衡方程式:UEaIaR (3) 由(2)(3)得转速特性: n(U-IaRa)/(Ke) 并考虑到 IaT/(Kt) 可获得他励直流电动机机械特性方程式：,转速降落，值越大

2、，机械特性就越“软”,图1 他励直流电动机电路原理图,n0为理想空载转矩，由于电动机总是存在空载制动转矩，靠电动机本身是不可能使其转动速度上升到n0的，因此，称之为“理想”,二、 机械特性图,3.机械特性图（右图） 引入机械特性硬度： = dM/dn =(M/n)100% = 1/斜率 用来衡量机械特性的平直度 值越大直线越平， 特性越硬,根据值的不同，将电动机机械特性分为三类： 绝对硬特性（ ）：如交流同步电动机的机械特性。 硬特性（ 10）：如直流他励电动机的机械特性，交流异步电动机机械特性的上半部。 软特性（ 10）：如直流串励电动机和直流积复励电动机的机械特性。,三、 固有机械特性,固

3、有机械特性：当他励电动机电压UUN，磁 通N，电枢没有串联电阻Rad0时，这一 机械特性称为固有机械特性: 人为机械特性：可用改变电动机参数的方法 获得，即机械特性三个变量中任有一个或一个 以上值非额定时得到的机械特性即为人为机械 特性。,根据固有机械特性估算数据,根据固有机械特性可估算以下数据： 电枢电阻Ra：通常电机在额定负载下的铜耗 I2aRa占总损耗PN的5075。因 PN输入功率输出功率 UNINPN UNINN UNIN （1N ）UNIN 即 P铜 I2aRa(0.50.75)(1-N )UNIN 式中， N PN/(UNIN) 是额定运行条件下电 动机的效率，且此时IaIN,根

4、据固有机械特性估算数据,故得 求KeN：额定运行条件下的反电势 ENKeNnN=UN-INRa， 故 KeN(UN-INRa)/nN 求理想空载转速：n0UN/(KeN) 求额定转矩： TN是电动机轴上的输出转矩， 电磁转矩 TKtINTN,正反转时的固有机械特性,根据（0，n0）和 (TN，nN)两点，就可以 作出他励电动机近似的 机械特性曲线n=f(T)。 电动机即可正转又可 反转，反转时，n与T均 为负。,他励直流电动机正反转时的固有机械特性,习 题,已知某他励直流电动机的铭牌数据如下： PN7.5kW，UN=220V，nN=1500r/min， N88.5%。 试求该电机的额定电流和额

5、定转矩。,题 解,解： PNUNINN , INPN/(UNN)38.5A； TN9.55PN/nN47.74Nm,四、 人为机械特性,人为机械特性可用改变电动机参数的方法获得，即机械特性三个变量中任有一个或一个以上值非额定时得到的机械特性即为人为机械特性。 （U，Rad）,固有机械特性：,1. 串联电阻时的人为机械特性,此时增加了Rad：UUN，N，RRaRad 电枢串联电阻Rad时，人为机械特性的方程式为：,当U和都是额定值时，理想空载转速不变，转速降增加，特性变软。 Rad越大，特性越软。,特点和机械特性图,特点 人为机械特性由交纵坐标轴于一点，但具有不同斜率的射线族组成。 机械特性图

6、电枢串联电阻时的人为机械特性,2. 改变电压时的人为机械特性,此时电枢不串联电阻 (Rad=0), N ， 电枢电压 U UN 。 改变电压时的人为机械特性方程式为:,n0 U ，n不变。,特点和机械特性图,特点 人为机械特性是几 根平行线，它们低 于固有机械特性 1， 但与固有机械特性相 平行 机械特性图 改变电压时的人为 机械特性图如右图。,3. 减弱磁通时的人为机械特性,改变磁通实际上是减弱励磁。 此时电枢电压 U = UN，电枢不串联电阻(Rad=0), 电动机磁通N 。 减弱磁通时人为机械特性方程式：,特 点,由于励磁线圈发热和电动机磁饱和的限制， 电动机的励磁电流和它对应的磁通只能

7、在低 于其额定值N的范围内调节。 所以，随着磁通的降低，理想空载转速n0 和转速降n都要增大。 当n0时， IIstU/Ra，（U=E+IaRa，且E=Ken）,特性曲线图,因为，当n0时， IIstU/Ra常数， 所以，TstKtIst 随的降低而减小，而 n0随的降低而增大。 改变磁通的人为特性 曲线图如右图。,注 意,励磁电流If减小的时候，磁通也减小，当0时，根据机械特性方程式可知转速n趋于。虽然实际上If (励磁电流) 0时，电动机尚有剩磁，0，n虽不是，但也会发生飞车现象。 所以，在运转过程中，决不允许If0（电路断开或Rf太大），一般直流他励电动机在使用过程中设有“失磁”保护。,

8、习 题,一台他励直流电动机的技术数据 如下：PN=6.5kW，UN=220V，IN=34.4A，nN=1500r/min， Ra=0.242，试计算出此电动机的如下特性： 固有机械特性； 电枢附加电阻分别为3和5时的人为机械特性； 电枢电压为UN/2时的人为机械特性； 磁通0.8 N时的认为机械特性。 并绘出上述特性的图形。,题 解,解: （1）EkeN nN ， ktN9.55 keN ，代入下式 即得固有机械特性方程式。,题 解（续）,（2）将Rad3，5，分别代入下式： 即得相应的人为机械特性。 （3）将UUN/2代入固有机械特性方程式： 即得相应的人为机械特性。,题 解（续）,（4）将

9、0.8N 代入固有机械特性方程式： 即得相应的人为机械特性。 因为他励直流电动机的机械特性曲线是一条直线， 所以若绘制上述机械特性的图形，只需计算出直线上的 两点：(0，n0)、(TN ，nN)。此题中只需求出 n0 ：机械特性方程式中的常数项， TN9.55PN/nN .,制动的概念：通过某种方法产生一个与拖动系统转向相反的阻转矩以阻止系统运动的过程。,五、他励直流电动机的制动,1制动的一般概念,从机械特性看两种运动形态：,1制动的一般概念,制动状态 T与n反向 制动转矩,电动状态 T与n同向 拖动转矩,原理,制动情况分析：,（1）要求停车 切断电枢电源，自由停车，或小容量电机切断电源，机械

10、抱闸，帮助停车。,（2）降速过程中 在降压调速幅度比较大时，降速过程中要经过制动状态。,制动情况分析：,（3）提升机构下放重物 提升机构下放重物时，电动机要处于制动状态。,（4） 反转 电动机从正转变为反转，首先要制动停车，然后 才能反向起动。,从上面分析可见，制动不能简单地理解为停车，停车只是制动过程中的一种形式而以。,制动的分类：,机械制动：用磨擦力产生阻转矩实现制动的（损耗大）,电气制动,机械能电能,能耗制动,反接制动,回馈制动,电压反接制动,电动势反接制动,（反拉制动）,（再生制动）,加快停车 U=0 且电阻串入电枢回路,2能耗制动,制动,能耗制动的方程：,2能耗制动,能耗制动时，U

11、= 0, = N , 有：,机械特性为：,即 Ia反向T反向 n不变 则由电动转向制动,能耗制动的曲线：,2能耗制动,BO为能耗制动曲线， 通过原点的一条曲线且 在第二象限。,BO曲线斜率大的制动快 or 斜率小的制动快？,？,能耗制动的功率流程图：,2能耗制动,将降速过程中释放的机械能（动能）作为电动机的输入功率，大部分通过电磁作用转变为电功率，消耗在电枢回路电阻上。,能耗制动特点: (1) 制动时 U= 0， =N ，直流电动机脱离电网变成直流发电机单独运行，把系统存储的动能，或位能性负载的位能转变成电能，消耗在电枢电路的总电阻上I2(Ra+Rc)；,(2) 制动时， n与T成正比 ，所以

12、转速n 下降时，T也下降，故低速时制动效果差，为加强制动效果，可减少Rc，以增大制动转矩T ，即多级能耗制动；实现准确停车。,制动情况分析：,3反接制动电压反接,保持励磁电流 If 不变， 将电源电压反极性，同时电枢回路串入制动电阻Rc。,电压反接制动方程：,3反接制动电压反接,电压反接制动有：U = UN , = N , R=RaRc,即：T反向，n不变，则T与n反向，阻转矩,电压反接制动的机械方程：,3反接制动电压反接,电压反接制动的曲线：,第二象限 BC 过( 0，n0 ) ( n, TMAX ),3反接制动电压反接,电压反接制动的特点：,（1）可以很快使机组停机。 （2） 需要加入足够

13、的电阻， 限制电枢电流； （3）转速至零时， 需切断电源。,由机械特性1 特性2； ，所以 n ； 到C点： , 所以 ；,3反接制动电动势反接 （倒拉反接）,制动情况分析：, 又 , 则 拖着电动机 反转 ； 即：I 0, T 0, n 0,3反接制动电动势反接,制动情况分析：, 直到D点， , 下放重物 。,3反接制动电动势反接,制动方程：,保持If 及端电压UN 不变， 仅在电枢回路串入足够大的制动电阻Rbk，使该人为特性与负载转矩特性的交点处于第四象限。不同的Rbk，可得到不同的稳定转速。,3反接制动电动势反接,制动曲线：,CD为制动曲线，第四象限主要用于起重机提升机构低速下放重物,实现电动势反接制动的条件:,电枢回