1、第三章 直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng),第一節(jié) 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩T 的關(guān)系 n=f(Te),一、機(jī)械特性方程式,2,理想空載轉(zhuǎn)速,電動(dòng)機(jī)實(shí)際空載轉(zhuǎn)速,電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載后的轉(zhuǎn)速降,當(dāng)電樞電流較大時(shí)，由于飽和的影響，產(chǎn)生去磁作用。磁通降低，轉(zhuǎn)速就要回升，機(jī)械特性在負(fù)載大時(shí)呈上翹現(xiàn)象。,3,例3-1 一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)額定功率PN=96KW，額定電壓UN=440V，額定電流IN=250A，額定轉(zhuǎn)速nN=500r/min，電樞回路總電阻Ra=0.078，忽略電樞反應(yīng)的影響，求： （1）理想空載轉(zhuǎn)速n0； （2）固有機(jī)械特性斜率。 解（1）理想空載轉(zhuǎn)速計(jì)算,電動(dòng)機(jī)

2、的,理想空載轉(zhuǎn)速,（2）斜率計(jì)算,斜率,4,例3-2 某他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)額定功率PN=22KW，額定電壓UN=220V，額定電流IN=115A，額定轉(zhuǎn)速nN=1500r/min，電樞回路總電阻Ra=0.1，忽略空載轉(zhuǎn)矩T0，電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載TL=0.85TN（TN為額定電磁轉(zhuǎn)矩）運(yùn)行，穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、電樞電流及電動(dòng)勢(shì)多大？,解,理想空載轉(zhuǎn)速,額定轉(zhuǎn)速降,負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)速降,5,電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速,電樞電流,電樞電動(dòng)勢(shì),或,他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： 見(jiàn)書(shū)P51頁(yè),6,二、固有機(jī)械特性與人為機(jī)械特性,當(dāng)他勵(lì)電動(dòng)機(jī)電壓及磁通均為額定值時(shí)，電樞沒(méi)有串聯(lián)電阻時(shí)的機(jī)械特性稱(chēng)為固有機(jī)械特性。

3、,（一）電樞串聯(lián)電阻時(shí)的人為機(jī)械特性,7,（二）改變電壓時(shí)的人為機(jī)械特性,（三）減弱電動(dòng)機(jī)磁通時(shí)的人為機(jī)械特性,8,三、機(jī)械特性的繪制,（一）固有機(jī)械特性的繪制,從上式中看出，如果能知道額定電樞電動(dòng)式EaN 或者知道電樞回路電阻Ra,便可算出來(lái)，從而計(jì)算出理想的空載轉(zhuǎn)速n0。有兩種計(jì)算方法。,1、根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估算出額定的電樞電動(dòng)勢(shì)EaN,其中小容量電機(jī)取小的系數(shù)，一般中等容量電機(jī)取0.95左右。,9,還有一種估算方法，簡(jiǎn)單實(shí)用。它取電機(jī)工作在最大效率時(shí)候?yàn)轭~定工作點(diǎn)。此時(shí)可變損耗=不變損耗，也可以定義為總損耗=2*可變損耗。即，,則,2、根據(jù)所選直流電動(dòng)機(jī)，實(shí)測(cè)它的電樞回路電阻Ra,注意，直流電動(dòng)

4、機(jī)轉(zhuǎn)抽上輸出轉(zhuǎn)矩T2N為 其中PN是額定功率，單位為kW。nN是額定轉(zhuǎn)速，單位r/min。 T2N與TN二者不相等，相差T0。,10,總之，根據(jù)銘牌數(shù)據(jù)求電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性，可按如下的次序進(jìn)行： （1）估算EaN或?qū)崪y(cè)Ra； （2）計(jì)算 ；,（3）求n0； （4）計(jì)算TN； 在坐標(biāo)紙上標(biāo)出（n0，0），（nN,TN）兩點(diǎn)，過(guò)此兩點(diǎn)聯(lián)成直線(xiàn)，即為該直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性。,例3-3 一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)為：額定容量PN=50kW，額定電壓UN=220V，額定電流IN=250A，額定轉(zhuǎn)速nN=1150r/min，試計(jì)算其固有機(jī)械特性。,解（1）估算額定電樞電勢(shì)EaN 根據(jù)額定容量知道，

5、這臺(tái)電動(dòng)機(jī)屬于中等容量電機(jī)， 取,11,（2）計(jì)算CeN,（3）計(jì)算n0,（4）計(jì)算TN,于是得到固有機(jī)械特性上的兩個(gè)特殊點(diǎn)：理想空載點(diǎn)（ 0 ，1208.8 ），額定工作點(diǎn)（434.5 ，1150 ）。即可畫(huà)出這臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性。,12,（二）人為機(jī)械特性的繪制,各種人為機(jī)械特性的計(jì)算較為簡(jiǎn)單，只要把相應(yīng)的參數(shù)值代入相應(yīng)的人為機(jī)械特性方程式即可。,解,理想空載點(diǎn),額定點(diǎn),13,第二節(jié) 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),一、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法,如直接加額定電壓起動(dòng)，Ia 可能突增到額定電流的十多倍,14,二、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電阻的計(jì)算,（一）圖解解析法,1繪制固有機(jī)械特性,2選取起動(dòng)過(guò)程

6、中的最大電流 I1與電阻切除時(shí)的切換電流 I2 （或T1 與T2）,3畫(huà)出分級(jí)起動(dòng)特性圖,15,16,（二）解析法,在b點(diǎn),切換在c點(diǎn),兩級(jí)起動(dòng)時(shí),推廣到m級(jí)起動(dòng)的一般情況,稱(chēng)為起動(dòng)電流比,nb=nc，Eb=Ec,17,18,各分段電阻如下 ：,則各級(jí)起動(dòng)總電阻如下：,19,二、 降壓?jiǎn)?dòng),降壓電源電源電壓到U，啟動(dòng)電流,負(fù)載TL已知，根據(jù)啟動(dòng)條件的要求，可以確定電壓U的大小。有時(shí)為了保持啟動(dòng)過(guò)程中電磁轉(zhuǎn)矩一直較大及電樞電流一直較小，可以逐漸升高電壓U，直至最后升到UN。實(shí)際上，電源電壓由于可以連續(xù)升高，所以啟動(dòng)更快、更穩(wěn)。 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)空載啟動(dòng)或拖動(dòng)反抗性轉(zhuǎn)矩負(fù)載啟動(dòng)，改變電源電壓U的方向

7、或改變勵(lì)磁電流的方向，電動(dòng)機(jī)都要反向啟動(dòng)。然后穩(wěn)定運(yùn)行。 例3-4,20,第三節(jié) 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng),1）電動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的方向與轉(zhuǎn)速的方向相同，此時(shí)電網(wǎng)向電動(dòng)機(jī)輸入電能，并變?yōu)闄C(jī)械能以帶動(dòng)負(fù)載。,2） 制動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的方向相反，此時(shí)，用電動(dòng)機(jī)吸收機(jī)械能并轉(zhuǎn)化為電能。,一、能耗制動(dòng),21,能耗制動(dòng)時(shí)，,，因而其機(jī)械特性方程式為,能耗制動(dòng)的機(jī)械特性曲線(xiàn)是通過(guò)原點(diǎn)0的一條直線(xiàn),22,假定制動(dòng)前電動(dòng)機(jī)在固有機(jī)械特性的A點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。開(kāi)始切換到能耗制動(dòng)瞬間，轉(zhuǎn)速nA不能突變，電動(dòng)機(jī)從工作點(diǎn)A過(guò)渡到能耗制動(dòng)機(jī)械特性的B點(diǎn)上。因B點(diǎn)電磁轉(zhuǎn)矩TB0,nn01，所以EaU1,電樞電流將改變

8、方向，IaR1,交點(diǎn)C的轉(zhuǎn)速nC低于交點(diǎn)B的轉(zhuǎn)速nB，它們都比原來(lái)沒(méi)有外串電阻的交點(diǎn)A的轉(zhuǎn)速n低。 通常把電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于固有機(jī)械特性上的轉(zhuǎn)速稱(chēng)為基速,那么電樞回路串電阻調(diào)速方法的調(diào)速范圍只能在基速與零轉(zhuǎn)速之間調(diào)節(jié)。,電樞回路串電阻調(diào)速時(shí)，如果拖動(dòng)的是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載TL，根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩公式,不管電樞回路串多大電阻，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行與多大轉(zhuǎn)速下，電動(dòng)機(jī)電樞電流Ia的大小將不變?？梢?jiàn)電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁磁通保持恒定并忽略電樞反應(yīng)去磁效應(yīng)的情況下，電樞電流Ia的大小取決于負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL。TL大，Ia也大；TL小，Ia也??；TL不變，Ia也不變。電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載采用電樞回路串電阻調(diào)速時(shí)，雖然電樞電流大小不變，但轉(zhuǎn)速越低，串入

9、電阻上的損耗 將越大，電動(dòng)機(jī)的效率越低。,45,降低電源電壓的調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性方程式為,三、 改變電樞電源電壓調(diào)速,46,例題3-9 一條他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的額定功率PN=125kw，額定電壓UN=220v，額定電流IN=630A，額定轉(zhuǎn)速nN=1000r/min，電樞回路總電阻Ra=0.01484，電動(dòng)機(jī)帶額定負(fù)載運(yùn)行。若要求轉(zhuǎn)速調(diào)到420r/min，求：（1)采用電樞串電阻調(diào)速時(shí)，電樞回路需串入多大電阻？該轉(zhuǎn)速下電動(dòng)機(jī)的效率？（2）采用改變電樞電源電壓調(diào)速時(shí)，電樞電源電壓應(yīng)調(diào)到多少伏？電機(jī)的效率？ 解：（1） 電樞回路串入電阻值及效率的計(jì)算,47,電樞電源電壓即效率的計(jì)算,48,四、弱磁調(diào)速

10、,弱磁調(diào)速時(shí)，機(jī)械特性方程式是 ：,例3-10見(jiàn)73頁(yè),49,弱磁調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是，在功率較小的勵(lì)磁電路中進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制方便，能量損耗小，調(diào)速的平滑性較高。由于調(diào)速范圍不大，常和額定轉(zhuǎn)速以下的降壓調(diào)速配合應(yīng)用，以擴(kuò)大調(diào)整范圍。,50,五、恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式與恒功率調(diào)速方式,恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式是指在某種調(diào)速方法中，保持電樞電流Ia=IN不變，若該電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩恒定不變，則稱(chēng)這種調(diào)速方式為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電樞回路串電阻調(diào)速和改變電樞電源電壓調(diào)速就屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式；恒功率調(diào)速方式是指在某種調(diào)速方法中，保持電樞電流Ia=IN不變，若該電動(dòng)機(jī)電磁功率恒定不變，則稱(chēng)這種調(diào)速方式為恒功率調(diào)速方式。他勵(lì)直

11、流電動(dòng)機(jī)弱磁調(diào)速就屬恒功率調(diào)速方式。 電動(dòng)機(jī)采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式時(shí)，如果拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行，并且使電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相等，那么不論運(yùn)行在什么轉(zhuǎn)速下，電動(dòng)機(jī)的電樞電流Ia=IN不變，此時(shí)點(diǎn)點(diǎn)得到了充分利用，則這種恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式與恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的配合是合適的，也稱(chēng)相匹配。,51,電動(dòng)機(jī)采用恒功率調(diào)速方式時(shí)，如果拖動(dòng)恒功率負(fù)載運(yùn)行，并且使電磁功率PM為額定值不變，那么不論運(yùn)行在什么轉(zhuǎn)速下，電動(dòng)機(jī)的電樞電流Ia=IN不變，電動(dòng)機(jī)被充分利用，則恒功率調(diào)速方式與恒功率負(fù)載相匹配。 電動(dòng)機(jī)采用恒功率調(diào)速方式時(shí)，如果拖動(dòng)恒功率負(fù)載運(yùn)行時(shí)，假如讓電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)行時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩等于電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)的電樞電流等于

12、額定電流，此時(shí)電動(dòng)機(jī)利用是充分的。但當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行在高速時(shí)，由于負(fù)載是恒功率的，高速時(shí)轉(zhuǎn)矩TL 小。因此電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩T就小于額定轉(zhuǎn)矩TN。而恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時(shí)磁通不變，電磁轉(zhuǎn)矩T減小，電樞電流Ia也必然減小，結(jié)果IaIN ，電動(dòng)機(jī)的利用就不充分了。這種情況就叫電動(dòng)機(jī)調(diào)速方式與所拖動(dòng)的負(fù)載不匹配。從以上分析可看出，電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)恒功率負(fù)載采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，只能按低速運(yùn)行選配好合適的電動(dòng)機(jī)，而高速時(shí)電動(dòng)機(jī)容量就有所浪費(fèi)。,52,不難分析，電動(dòng)機(jī)采用恒功率調(diào)速方式而拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其結(jié)果也是調(diào)速方式與拖動(dòng)的負(fù)載不匹配。電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載采用恒功率調(diào)速方式，只能按高速運(yùn)行選配好合適電動(dòng)機(jī)，而低速時(shí)電動(dòng)機(jī)容量則有所浪費(fèi)。 對(duì)于泵類(lèi)負(fù)載，既非恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載類(lèi)型，也非恒功率負(fù)載類(lèi)型，那么無(wú)論采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式還是采用恒功率調(diào)速方式，都不能作到調(diào)速方式與負(fù)載性質(zhì)相匹配。 直流電動(dòng)機(jī)三種調(diào)速方法的調(diào)速性能比較見(jiàn)表3-1. 見(jiàn)書(shū)74頁(yè)，例題3-11見(jiàn)書(shū)75頁(yè),53,第七節(jié) 串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng),一、串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,磁路未飽和時(shí)串勵(lì)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性方程式,54,（一）降低電源電壓,（二）勵(lì)磁繞組并分路電阻,55,（三）電樞并分路電阻,56,二、串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)狀態(tài),串勵(lì)電動(dòng)機(jī)只有兩種