电机与电器控制 教学课件 作者 冯晓 刘仲恕编 - 副本第七节.ppt

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1、第二章第七节直流电动机的拖动本节首先介绍生产机械的负载转矩特性n＝f（TL）及他励直流电动机的机械特性n＝f（Tem），然后着重阐述他励直流电动机的起动、制动、调速和拖动系统的过渡过程等问题；同时，对串励与复励直流电动机的电力拖动问题作简要介绍；最后分析晶闸管控制直流电动机开环、闭环和PWM脉宽调制调速系统。第二章第七节（续1）负载的转矩特性恒转矩负载生产机械的负载转矩TL的大小与转速n无关的特性，即无论转速n如何变化，负载转矩TL的大小都保持不变。恒功率负载负载转矩与转速的乘积为一常数，负载转矩TL与转速n成反比。恒功率负载特性是一条双曲线。泵与风机类负载水泵、油泵

2、、通风机和螺旋桨等机械的负载转矩基本上与转速的平方成正比，这类机械的负载特性是一条抛物线。第二章第七节（续1）负载的转矩特性反抗性恒转矩负载负载转矩的大小恒定不变，而负载转矩的方向总是与转速的方向相反，即负载转矩的性质总是起反抗运动作用的阻转矩性质。位能性恒转矩负载负载转矩的大小和方向恒定不变。恒功率负载某些生产工艺过程，要求具有恒功率负载特性。例如车床的切削，粗加工时需要较大的吃力量和较低的转速，精加工时需要较小的吃力量和较高的转速；又如轧钢机轧制钢板时，小工件需要高速度低转矩，大工件需要低速度高转矩，这些工艺要求都是恒功率负载特性。第二章第七节（续1）负载的转矩特

3、性泵与风机类负载水泵、油泵、通风机和螺旋桨等机械的负载转矩基本上与转速的平方成正比，即TL∝kn2，其中k是比例常数。第二章第七节（续1）负载的转矩特性第二章第七节（续2）他励直流电动机的机械特性机械特性方程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，电动机的转速与电磁转矩之间的关系：n=f(Tem)。由电机的电路原理图可得机械特性的表达式：称为理想空载转速。固有机械特性当他励直流电动机端电压额定(U＝UN)，每极气隙励磁磁通额定(Φ=ΦN)，电枢回路不串外接电阻(Rst＝0)时，其机械特性称为固有机械特性。

4、第二章第七节（续2）他励直流电动机的机械特性机械特性特点电磁转矩Tem越大，转速n越低，其特性曲线是一条下倾的直线。这是由于电磁转矩增大，电枢电流成比例增长，从而引起电枢回路电阻压降增大，电枢电动势反而减小，因此转速下降。当电磁转矩Tem为零时，转速为额定理想空载转速，此时电枢电流等于零，电动势与端电压相平衡。斜率绝对值很小，特性曲线较平坦，通常称为硬特性，转速随转矩扰动变化较小，因此转速鲁棒(稳定)性好。反之称为软特性，转矩变化对转速影响较大，电机抗转矩干扰能力弱，鲁棒性能也较差。第二章第七节（续2）他励直流电动机的机械特性第二章第七节（续2）他励直流电动机的机械特

5、性当电磁转矩额定(Tem＝TN)时。转速额定（n＝nN)，电机的额定转速降(△nN＝n0－nN)与额定电枢电流时的电枢回路电阻压降成正比，其值通常取决于电机设计的结果。机械特性越硬，起动电流和起动砖矩越大。但起动电流和起动转矩过大会烧坏电机换向器，因此他励直流电动机通常不能采用全压直接起动。当电动机反向起动后，加正向端电压，或负载反拖电动机运行，这时机械特性进入第Ⅳ象限。当原动机拖动电动机使其转速超过空载转速时，电机进入第Ⅱ象限发电机运行状态，电枢电流和电磁转矩改变方同。第二章第七节（续2）他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的固有机械特性是一条下倾的直线，特性较硬

6、。它表征电动机转速与电磁砖矩之间的函数关系，是电动机本身固有的，因此也称为自然机械特性。掌握了他励直流电动机固有机械特性，就容易学习人为机械特性。第二章第七节（续2）他励直流电动机的机械特性人为机械特性若改变参数如电源电压U、励磁磁通Φ、电枢回路外接电阻Rst等，其机械特性部会发生变化，这种改变参数后形成的机械特性称为人为机械特性。在固有机械特性的基础上，主要分析由独立改变电枢回路串接电阻Rst，改变端电压U和改变励磁磁通Φ三种情况下的人为机械特性。电枢回路串接电阻Rst的人为机械特性保持U=UN、Φ=ΦN不变，只在电枢回路中串入电阻Rst的人为特性第二章第七节（续2

7、）他励直流电动机的机械特性特点:1）不变，变大；2）越大，特性越软。改变电枢电压的人为机械特性保持R=Ra、Φ=ΦN不变，只改变电枢电压U时的人为特性：第二章第七节（续2）他励直流电动机的机械特性特点:1)随变化,不变;2)不同,曲线是一组平行线。改变气隙磁通Φ的人为机械特性保持R=Ra、Φ=ΦN不变，只改变励磁回路调节电阻R而改变励磁电流的人为特性：第二章第七节（续2）他励直流电动机的机械特性特点：1）弱磁，增大；2）弱磁，增大第二章第七节（续2）他励直流电动机的机械特性根据电机铭牌数据估算机械特性在设计电力拖动系统时，应知道选用电机的机械特性曲线