哈尔滨工业大学电力拖动基础课件

电气传动自动控制系统Electrical Drive and Control System

哈尔滨工业大学 电气工程系武健 E-mail:wujianhit@http://www.77cn.com.cn 2013年7月29日电气传动自动控制系统 Chp2,P1

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第二章 直流电动机传动基础 本章主要内容 直流电动机机械特性 固有机械特性与人工机械特性 直流他励电动机机械特性的计算和绘制 直流他励电动机的起动 直流他励电动机的工作状态 调速的基本指标 直流他励电动机的调速方法 直流他励电动机调速时与负载性质的配合

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2.1 直流电动机机械特性 ―电机学”中，注重电机的结构与原理，主要研 究的是电机在进行能量转换时其内部的电磁过程； 而“电力传动”,则注重的是电动机的使用，主 要研究的是电机的外特性。在电动机的各类工作 特性中首要的是机械特性。 电动机的机械特性(Speed-Torque Characteristics), 是 电动机产生的转矩(电磁转矩) T 与其转速 n 之间 的关系，即 n=f(T)。

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机械特性的重要性 电动机的机械特性是电动机性能的主要表现，只 有掌握好电动机的机械特性，才能正确选择和使 用电动机。

电动机的机械特性在很大程度上决定了电力传动 系统的稳态运行和过渡过程的性质和特点。 电动机机械特性的研究是“电气传动”课程的核 心内容。

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直流他励电动机的机械特性方程式假设： 电源电压为恒值 磁通为恒值，即励 磁电流不变，认为 无电枢反应， 电枢回路电阻为恒 值。电 枢 回 路+ I U E Mra

Rad

励 磁 回 路+

rf

Rfad

If Uf

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电压平衡方程 (基尔霍夫定律) 电枢回路的电压平衡方程式为： U = E + I RaU——电动机的电枢电压(V);E——电动机电枢绕组的感应电势(电枢电势)(V);

I——电枢电流(A);Ra——电枢回路总电阻( ), Ra=ra+Rad。电气传动自动控制系统 Chp2,P6

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电机电动势 直流电机的电枢电势公式为： E=Ce n Ce——电势常数; p——电机极对数； N——电枢绕组的有效导体数； a——电枢绕组的并联支路对数； ——每极磁通(Wb); n——电动机转速(r/min)。电气传动自动控制系统 Chp2,P7

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电机的转矩 直流电机的电磁转矩公式为： T=CT I 式中： CT——转矩常数，; 则有： T——电磁转矩(Nm)。

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直流他励电动机的机械特性方程式U= Ce n+IraRa U n I Ce Ce Ra U n T 2 C e C e CT n n0 n '0

I

T CT

0 T0电气传动自动控制系统

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直流电动机的机械特性的特点 直流他励电动机

的机械特性是一条向下倾斜的直 线； 斜率愈大，速度降落愈大，特性向下倾斜就愈明 显，即称为机械特性愈“软”; 特性愈平坦，机械特性愈“硬”。

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机械特性分为固有机械特性 定义：当电动机电枢接额定电压，正常接线， 磁通为额定磁通，电枢回路无附加电阻时，电 动机的机械特性称为固有机械特性。

U=UN, = N,Rad=0,Ra=ra代入机械特性，即 得固有机械特性方程式为：

UN ra n T 2 C e N C e CT N电气传动自动控制系统 Chp2,P11

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直流电动机固有机械特性曲线II n n0 nN N I

0 III

TN IV

Tst

T

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直流电动机固有机械特性具有以下几个特点 1. 其电磁转矩T越大，转速n越低，机械特性是一 条下斜直线。原因是：T增大，电枢电流I与T成正比，I也增大，电枢 电势 E=Ce Nn=UN-Ira,E则减小，转速n则降低。

2. 当T=0时，为固有机械特性的理想空载转速。此 时I=0,E=UN。 ra 3. 固有机械特性的斜率为： b 2 C e CT N 转速降为：ra n bT T 2 C e CT N电气传动自动控制系统 Chp2,P13

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当n=0,即电动机起动时，E=Ce Nn=0,此时电 枢电流，称为起动电流； 电磁转矩T=CT NIst=Tst,称为起动转矩。

直流他励电动机的固有机械特性是一条向下倾斜 的直线，横跨I、II、IV三个象限，特性较硬。 机械特性只表征电动机电磁转矩和转速之间的函 数关系，是电动机本身的能力，至于电动机具体 运行状态，还要看拖动什么样的负载。电气传动自动控制系统 Chp2,P14

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人工机械特性1. 电枢串接电阻时的人工机械特性 电枢串接电阻时，Rad 0,电枢回路总电阻 Ra=ra+Rad。电源电压U=UN,磁通 = N,此时的 人工机械特性方程式为：

UN Ra n T 2 Ce N CeCT N

n n0

ra Ra1=ra+Rad1 Ra2=ra+Rad2

0

Rad1<Rad2 T

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2.改变电源电压时的人工机械特性 电枢不串接附加电阻，即Rad=0。磁通为额定磁通， 即 = N。只改变电源电压U。ra U n T 2 C e N C e CT NU改变时，理想空载转速随 之成正比变化；而特性斜率b 不变，都与固有机械特性的 相同。n n0 UN U1 U2 UN>U1>U2 0 能耗制动 U=0 T

电枢反接制动 -n0 U=-UN

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