电机与电气控制技术教学课件作者袁维义3.ppt

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1、第3章直流电动机的电力拖动3.1电力拖动系统的运动方程3.2他励直流电动机的机械特性3.3他励直流电动机的启动3.4他励直流电动机的制动3.5他励直流电动机的调速返回3.1电力拖动系统的运动方程3.1.1运动方程式电力拖动系统的运动方程式描述了系统的运动状态，系统的运动状态取决于作用在原动机转轴上的各种转矩。(1)运动方程表达式电动机直接与生产机械的工作机构相接。下面分析电动机直接与生产机械的工作机构相接时，拖动系统的各种转矩及运动方程式。在图3.1中，电动机的电磁转矩Tem通常与转速n同方向，

2、是驱动性质的转矩。生产机械的工作机构转矩，即负载转矩TL通常是制动性质的。如果忽略电动机的空载转矩T0，根据牛顿第二定律可知，拖动系统旋转时的运动方程式为下一页返回3.1电力拖动系统的运动方程式中，J为运动系统的转动惯量，单位为kg·m2；ω为系统旋转的角速度，单位为rad/s，为系统的惯性转矩，单位为N•m。在实际工程计算中，经常用转速n代替角速度ω来表示系统的转动速度，用飞轮惯量或称飞轮矩GD2代替转动惯量J来表示系统的机械惯性。由此可得运动方程的实用形式式中，GD2为旋转体的飞轮矩，单位为

3、N•m2。飞轮矩GD2是反映物体旋转惯性的一个整体物理量。电动机和生产机械的G；可从产品样本和有关设计资料中查到。(2)系统旋转运动的三种状态当Tem=TL时，，系统处于静止或恒转速运行状态，即处于稳态。上一页下一页返回3.1电力拖动系统的运动方程当Tem>T1时，，系统处于加速运行状态，即处于瞬态过程。当Tem

4、em与转速n的正方向相同时为正，相反时为负；负载转矩TL与转速n的正方向相反时为正，相同时为负。3.1.2负载转矩特性电力拖动系统的运动方程式是集电动机的电磁转矩Tem、生产机械的负载转矩TL及系统的转速：之间的关系于一体，定量地描述了拖动系统的运动规律。但是，要对运动方程式求解，首先必须知道上一页下一页返回3.1电力拖动系统的运动方程电动机的机械特性:n=f(Tem)及负载的机械特性:n=f(TL)。负载的机械特性也称为负载转矩特性，简称负载特性。下面先介绍生产机械的负载特性。虽然生产机械的类

5、型很多，但是生产机械的负载转矩特性基本上可以分为三大类：(1)恒转矩负载特性所谓恒转矩负载特性，是指生产机械的负载转矩的大小与转速：无关的特性。恒转矩负载又分为反抗性恒转矩负载和位能性恒转矩负载两种。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。显然，上一页下一页返回3.1电力拖动系统的运动方程反抗性恒转矩负载特性在第一和第三象限内，如图3.2所示。如皮带运输机、轧钢机、机床的刀架平移和行走机构等由摩擦力产生转矩的机械都

6、属于反抗性恒转矩负载。位能性恒转矩负载负载转矩的大小恒定不变，而且负载转矩的方向也不变。位能性恒转矩负载特性位于第一和第四象限内，如图3.3所示。如起重机，无论是提升重物还是下放重物，由物体重力所产生的负载转矩的方向是不变的。(2)恒功率负载特性恒功率负载的特点是负载转矩与转速的乘积为一常数，即负载功率PL=TLω=常数，即负载转矩TL与转速n成反比。恒功率负载特性是上一页下一页返回3.1电力拖动系统的运动方程一条双曲线，如图3.4所示。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，

7、粗加工时需要较大的吃刀量和较低的转速，精加工时需要较小的吃刀量和较高的转速;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。(3)泵与风机类负载特性水泵、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。这类机械的负载特性是一条拋物线，如图3.5所示。上一页返回3.2他励直流电动机的机械特性3.2.1机械特性的表达式直流电动机的机械特性是指在电动机的电枢电压、励磁电流、电枢回路电阻为恒定值的条件下，即电动机处于稳态运行时，电动机的

8、转速n与电磁转矩Tem之间的关系。由于转速和转矩都是机械量，所以把它称为机械特性。电动机的机械特性对分析电力拖动系统的运行是非常重要的。图3.6是他励直流电动机的电路原理图，按图中标明的各个量的正方向，可以列出电枢回路的电压平衡方程式，即式中，R=Ra+Rs，为电枢回路总电阻。将电枢电动势Ea=CeΦn和电磁转矩Tem=CTΦIa代入式(3.3)中，可得他励直流电动机的机械特性方程式为下一页返回3.2他励直流电动机的机械特性式中，n0为电磁转矩Tem=0时的转速，称为理想空载转速;β为机械特性的