电机及拖动基础 教学课件 作者 汤天浩 第06章－直流电动机的电力拖动.ppt

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1、第6章直流电动机的电力拖动电机及拖动基础6.1他励直流电动机的机械特性6.2他励直流电动机的起动6.3他励直流电动机的调速6.4他励直流电动机的制动6.5串励和复励直流电动机的电力拖动*1引言原动机为直流电动机的电力拖动系统称为直流电力拖动系统，在此系统中有他励、串励和复励三种直流电动机，其中应用最多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、复励直流电动机的电力拖动只作简要介绍。第6章直流电动机的电力拖动26.1他励直流电动机的机械特性6.1.1机械特性的一般形式他励式直流电动机的电路图

2、如右图所示，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（6-1）第6章直流电动机的电力拖动36.1.2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6-2所示，曲线满足如下公式：（6-2）第6章直流电动机的电力拖动4固有机械特性的主要特点为：1)Te=0时，n=n0是理想空载转速，这时Ia=0，UN=Ea。2)机械特

3、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，电磁转矩与转速方向相反，形成制动转矩，电机处于发电状态。第6章直

4、流电动机的电力拖动56.1.3人为机械特性由公式（6-1）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。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6-3所示。第6章直流电动机的电力拖动62.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：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6-4所示。第6章直流电动机的电力拖动73.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6章直流电动机的电力拖动

6、86.2他励直流电动机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（6-6）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（6-7）（6-8）第6章直流电动机的电力拖动9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

7、片表面产生强烈的火花，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

8、串电阻和降压两种。第6章直流电动机的电力拖动106.2.1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阻逐步切除。图6-6a为他励直流电动机三级起动时的电气原理图。第6章直流电动机的电力拖动116.2.2降压起动当直流