直流电机的建模与特性(第2部分).ppt

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1、第2章直流电机的建模与特性分析（第2部分）刘锦波山东大学控制科学与工程学院2.7直流发电机的运行特性及自励建压过程A、直流发电机的运行特性1、空载特性定义：在、条件下，正负电刷之间的空载端电压与励磁电流之间的关系曲线，即为空载特性。图2.17他励直流发电机的空载特性2、外特性定义：在、条件下，端部输出电压与输出电流之间的关系曲线，即为外特性。对于他励直流发电机，外特性可通过电压方程式（2-27）获得：（3-37）图2.33各种励磁方式下直流发电机的外特性1—积复励2—他励3—并励结论:对他励直流电动机，影响端部电压随负载增加而下降的因素：负载电流增加，电阻压降

2、增加；电枢反应的去磁作用造成每极磁通减小，引起感应电势下降。定义:电压变化率：在，的条件下，（2-38）式中，为直流发电机的空载端电压。图2.33中，显然，并励直流发电机的电压变化率大于他励直流发电机。主要原因为：负载电流增加，电阻压降增加；电枢反应的去磁作用造成每极磁通减小，引起感应电势下降；随着电枢电压下降，励磁电流减少，引起每极磁通和相应感应电势的进一步下降；3、调节特性定义：在、条件下，负载输出电流与励磁电流之间的关系曲线,即为调节特性。图2.34他励直流发电机的调节特性4、效率特性定义：电机的效率定义为输出功率与输入功率之比，即：（2-39）式中，总

3、损耗为：（2-40）其中，不变损耗即空载损耗为：。可变损耗为：典型直流发电机的效率曲线如图2.35所示。图2.35典型直流发电机的效率曲线B、并励与复励直流发电机空载电压的建立定义：并励或复励直流发电机空载电压的建立过程又称为发电机的自励过程。图2.36a为并励直流发电机的接线图。图2.36b给出了并励直流发电机建压过程的曲线解释。图2.36并励直流发电机的自励建压过程图2.36b中，曲线1代表直流发电机的空载曲线：；曲线2为励磁回路的伏-安特性，又称为磁场电阻线，其表达式为：；曲线3为临界磁场电阻线，其对应的临界电阻为：。并励（或复励）直流发电机自励建压需满

4、足下列三个条件：电机主磁路须有剩磁。励磁回路与电枢回路的接线须正确配合。励磁回路的总电阻不能超过临界电阻值。2.8他励直流电动机的运行特性2.8.1他励直流电动机的工作特性定义：直流电动机的工作特性定义为：，，且电枢回路无外接电阻条件下，或的关系曲线。A、转速特性定义：在，条件下，转速与电枢电流之间的关系曲线：定义为转速特性。将电势平衡方程式（2-23）代入电势表达式（2-13）即可获得转速特性为：（2-41）其中，为理想空载转速；为转速特性的斜率。根据上式绘出转速特性曲线如图2.37所示。图2.37并励直流电动机的工作特性结论：随着负载的增加，转子转速下降。

5、影响转子转速的因素有两个：（1）电枢的电阻压降；（2）电枢反应的去磁作用。通常，直流电动机的转速变化用转速变化率来描述。转速变化率定义为：空载转速与额定转速的差值占额定转速的百分比，即：（2-42）结论：在运行过程中，他励直流电动机不能失磁亦即励磁绕组不能开路，否则转子转速将迅速上升，造成所谓的“飞车”现象。B、转矩特性定义：在，条件下，电磁转矩与电枢电流之间的关系曲线：即为转矩特性。由转矩表达式（2-16）得转矩特性为：（2-43）式中，根据上式绘出转矩特性如图2.37所示（见前面）。C、效率特性其定义和计算过程与直流发电机基本相同，见图2.37。2.8.2

6、他励直流电动机的机械特性定义：在，，且电枢回路未串任何电阻条件下，的关系曲线定义为机械特性。根据直流电动机的基本关系式：，，以及得他励直流电动机的机械特性为：（2-44）根据上式绘出他励直流电动机的机械特性曲线如图2.38所示。图2.38他励直流电动机的机械特性由图2.38可见，随着转矩的增大，电机转速有所下降。故此，机械特性可进一步表示为：（2-45）其中，转速降。越小，转速变化越小，称电动机具有较硬的机械特性；反之，称电动机具有较软的机械特性。图2.38中，需注意：电机的理想空载转速与实际空载转速的区别；重载时由于电枢反应的去磁作用造成机械特性的上翘。2.

7、8.3他励直流电动机的人工机械特性定义:在额定电压、额定励磁且电枢回路未串任何电阻条件下的机械特性又称为固有（或自然）机械特性。而把通过人工改变控制量或参数所获得的机械特性称为人工机械特性。A、电枢回路外串电阻的人工机械特性当，时，电枢回路的总电阻为（即电枢回路的外串电阻为）时，利用类似于式（2-44）的推导，得他励直流电动机的人工机械特性为：（2-46）上式可用图2.39所示曲线表示之。图2.39他励直流电动机电枢回路串电阻时的人工机械特性B、改变外加电枢电压的人工机械特性当，时，仅改变电枢电压时的人工机械特性由下式给出：（2-47）式（2-47）可用图2.

8、40所示的曲线表示之。图2.40他励直