电机与拖动基础 教学课件 作者 周渊深 第2章-直流电机的电力拖动.ppt

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1、第2章直流电机的电力拖动2.1.1电力拖动系统运动方程式式中Te为电动机的电磁转矩；ＴL为负载转矩；Ｊ为转动部分的转动惯量;Ω为转动部分的机械角速度;为转动部分的机械角加速度。转动惯量表示转动部分的惯性，转动惯量越大，其惯性越大，改变Ω就越困难。转动惯量Ｊ可用下式表示ＧＤ2为转动部分的飞轮矩，在数值上等于Ｇ和Ｄ2的乘积，因ＧＤ2=４ｇＪ，与Ｊ成正比，为此工程上把ＧＤ2看成一个整体，用它表示旋转部分的惯性，单位为Ｎ·ｍ2;ｇ为重力加速度。机械角速度Ω与转速ｎ的关系式为可得旋转运动方程式的实用形式首先确定电动机处于电动状态时的旋转方向为转速的正方向，然后规定：2.1.2、运动方程式中

2、转矩正负号的分析（1）电磁转矩与转速的正方向相同时为正，相反时为负。（2）负载转矩与转速的正方向相同时为负，相反时为正。(3)惯性转矩的大小和正负号由和的代数和决定。2.2生产机械的负载机械特性2.2.1恒转矩负载机械特性1、反抗性恒转矩负载机械特性2、位能性恒转矩负载机械特性图2-1反抗性恒转矩负载机械特性图2-2位能性恒转矩负载机械特性2.2.2泵类负载机械特性2.2.3恒功率负载机械特性图2-3泵类负载机械特性图2-4恒功率负载机械特性2.3他励直流电动机的机械特性2.3.1他励式直流电动机机械特性方程式图2-5他励直流电动机的机械特性2.3.2他励式直流电动机的固有机械特性

3、图2-5他励直流电动机的固有机械特性2.3.3他励式直流电动机的人为机械特性1、电枢串接电阻时的人为机械特性2、降低电压时的人为机械特性图2-6他励直流电动机电枢串联电阻时的人为机械特性保持不变,在电枢回路中串入电阻的人为特性保持不变，只改变电枢电压时的人为特性：3、减弱磁通时的人为机械特性图2-7降压时的人为机械特性图2-8弱磁时的人为机械特性）保持不变，只改变励磁回路调节电阻的人为特性：2.3.4他励式直流电动机机械特性的绘制1、固有机械特性的绘制（1）求Ra一般直流电动机的电枢铜损耗约占电动机总损耗的到,为此可用下式估算Ra（2）计算CeΦN他励直流电动机额定运行时Ia=

4、IN,根据Ea=CeΦn=UN-IaRa可得额定运行时的将已知数据UN、IN、nN和上面估算得到的Ra代入即得所求的CeΦN。（3）求理想空载转速n0（4）求额定电磁转矩（5）绘制固有机械特性在直角坐标纸上画出坐标，横坐标表示电磁转矩Te，纵坐标表示转速n，根据已知的nN和计算所得的n0、TN，在坐标纸上画出(0，n0)和(TN，nN)两点，过此两点作一直线，即为所求固有机械特性。2、人为机械特性的绘制绘制电枢回路串接附加电阻Rsa时的人为机械特性只需将相应的参数值代入人为机械特性方程式，即可计算绘制各种人为机械特性2.3.5电力拖动系统稳定运行的条件图2-9静态稳定运行图2-10

5、静态不稳定运行对于不同的负载机械特性与他励直流电动机机械特性的配合，是否满足稳定运行的必要条件和充分条件：如果满足此条件，系统是稳定的，否则就是不稳定的。2.4他励直流电动机的起动如果将额定电压直接加至电枢两端进行起动，称为直接起动，由于起动初始时刻，电动机因机械惯性还未及转起来，转速n=0，电枢电动势Ea=CeΦn=0，忽略电枢回路电感的作用时，可得起动电流的起始值为了限制起动电流，他励直流电动机通常采用电枢回路串电阻或降低电枢电压起动。2.4.1电枢回路串电阻分级起动图2-11电枢串电阻三级起动电路图图2-12电枢串电阻三级起动机械特性图串电阻分级启动接线如图2-11所示。2.

6、4.2他励直流电动机起动电阻的计算各级电枢电路总电阻的计算公式：分段电阻值2.4.3降压起动当直流电源电压可调时，可采用降压方法起动。起动时，以较低的电源电压起动电动机，起动电流随电源电压的降低而正比减小。随着电动机转速的上升，反电动势逐渐增大，再逐渐提高电源电压，使起动电流和起动转矩保持在一定的数值上，保证按需要的加速度升速。降压起动需专用电源，设备投资较大，但它起动平稳，起动过程能量损耗小，因此得到广泛应用。2.5他励直流电动机的过渡过程2.5.1机械过渡过程方程式图2-14他励直流电动机串固定电阻全压起动原理图式中——负载转矩对应的负载电流，亦即过渡过程结束以后稳定运行时的电

7、流；——机电时间常数。改写成微分方程的标准形式为（1）电流方程式Ia=f(t)微分方程的解为式中K为由初始条件决定的常数，以起动为例，t=0，Ia=Ist，代入上式，可得得过渡过程的电流方程式式中IL——电流的稳态分量，又称强制分量；——电流的暂态分量，又称自由分量。（2）转矩方程式T=f（t）电流曲线如右图所示将电流方程两边同乘以CTΦN，即得转矩方程式。电流方程与转矩方程曲线形状同。图2-15启动过程中电枢电流变化曲线（3）转速方程式n=f(t)式中——起动