电机与拖动基础 第2版 教学课件 作者 汤天浩 第04章－直流电机拖动基础.ppt

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1、-1-第四章直流电机拖动基础电机与拖动基础（第2版）第一节他励直流电动机的机械特性第二节他励直流电动机的起动第三节他励直流电动机的调速第四节他励直流电动机的制动第五节串励和复励电动机的电力拖动*-2-引言原动机为直流电动机的电机拖动系统称直流电力拖动系统，或称直流电机拖动系统。在此系统中，电动机有他励、串励和复励三种直流电动机，其中最主要的是他励直流电动机，因此本章重点介绍由他励直流电动机组成的直流电力拖动系统，对串励、复励电动机的电力拖动只作简单介绍。第四章直流电机拖动基础-3-第四章直流电机拖动基础第一节他励直流电动机的机械特性直流电动机的机械特性

2、是直流拖动理论的基础，下面以他励直流电动机为例进行讨论。一、机械特性的一般形式他励式直流电动机的电路图如图4-1所示，电动机的电磁转矩与转速之间的关系曲线便是电动机的机械特性，即n=f（Te）。为了推导机械特性公式的一般形式，在电枢回路中串入外接电阻R。由转矩特性和转速特性推导可得机械特性的一般表达式为（4-1）-4-二、固有机械特性直流电动机在电枢电压、励磁电压均为额定值，电枢外串电阻为零时所得的机械特性称为固有的机械特性。特性曲线如图4-2所示，曲线满足如下公式：第四章直流电机拖动基础（4-2）-5-第四章直流电机拖动基础固有机械特性的主要特点为：

3、1)Te=0时，n=n0是理想空载转速，这时Ia=0，UN=Ea。2)机械特性呈下倾的直线，转速随转矩增大而减小。因为下倾的斜率较小，转速变化较小，所以又称为硬特性。3)电动机起动时n=0，感应电动势Ea=0，这时电枢电流为起动电流Ia=Ist=UN/Ra；电磁转矩为起动转矩Te=Tst=CTΦIst；又因为电枢电阻Ra很小，在额定电压的作用下，起动电流将非常大，远远超过电动机所允许的最大电流，会烧坏换向器，因此直流电机一般不允许全电压直接起动。4)若转矩Te>Tst，n<0，特性曲线在第四象限；若Te<0，n>0，则特性曲线在第二象限，电磁转矩与转

4、速方向相反，形成制动转矩，电机处于发电状态。-6-三、人为机械特性由公式（4-1）可知，当改变电动机的参数电枢电压Ua、励磁电流If、电枢外接电阻R，可改变电动机的机械特性，这种人为改变参数引起的机械特性又称人为机械特性。第四章直流电机拖动基础1.改变电枢电压电动机励磁电流为额定值，使每极磁通为N并保持不变，电枢回路不外接电阻，改变电动机的电枢电压Ua，可得到一条与固有机械特性平行的人为机械特性。不断改变Ua，可得到一组平行曲线，特性曲线的硬度均相同，仅理想空载转速大小不同，如图4-3所示。-7-2.减小每极气隙磁通当降低励磁电压或在励磁回路串接电阻

5、Rc，使励磁电流If减小，由于磁通与励磁电流在额定磁通以下时基本成正比，所以主极磁通减小了。根据机械特性公式可知：第四章直流电机拖动基础当磁通减小后，理想空载转速n0升高，而斜率增大，使特性曲线倾斜度增加，电动机的转速较原来有所提高，整个特性曲线均在固有机械特性之上，如图3-21所示。-8-3.电枢回路串接电阻当保持电枢回路电压Ua，励磁电流If不变，改变电枢回路的串接电阻R，电动机的理想空载转速n0不变，但机械特性的斜率增大，特性曲线倾斜度增加，且串入电阻越大，曲线越倾斜，其人为机械特性如下图所示。第四章直流电机拖动基础-9-第二节他励直流电动机

6、的起动所谓起动就是指电动机接通电源后，由静止状态加速到某一稳态转速的过程。他励直流电动机起动时，必须先加额定励磁电流建立磁场，然后再加电枢电压。他励直流电动机当忽略电枢电感时，电枢电流Ia为第四章直流电机拖动基础（4-3）在起动瞬间，电动机的转速n=0，反电动势Ea=0，电枢回路只有电枢绕组电阻Ra，此时电枢电流为起动电流Ist，对应的电磁转矩为起动转矩Tst，并有（4-4）（4-5）-10-第四章直流电机拖动基础由于电枢绕组电阻Ra很小，因此起动电流Ist>>IN（约为10～20倍的IN），这么大的起动电流使电机换向困难，在换向片表面产生强烈的火花，

7、甚至形成环火；另外，由于大电流产生的转矩过大，将损坏拖动系统的传动机构，这都是不允许的。因此一般直流电机都不允许直接起动。这样，就需要增加起动设备和采取措施来控制电机的起动过程。一般直流电动机拖动负载顺利起动的条件是：1)起动电流限制在一定范围内，即Ist≤IN，为电机的过载倍数；2)足够大的起动转矩，Tst≥（1.1～1.2）TN；3)起动设备简单、可靠。如何限制起动时的电枢电流呢？由Ist=UN/Ra可知，限制起动电流的措施有两个：一是增加电枢回路电阻，二是降低电源电压，即直流电动机的起动方法有电枢串电阻和降压两种。-11-第四章直流电机拖动基

8、础一、电枢回路串电阻起动在额定电源电压下，电枢回路串入分级起动电阻Rst，在起动过程中将起动电