第二章 直流电动机拖动系统
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1、 第二章 直流电动机电力拖动DC Motor Drives2.1他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性2.1.1一般概念一般概念机械特性：指电源电压机械特性：指电源电压U、气隙磁通、气隙磁通、电枢回路电枢回路电阻电阻R均为常数时，均为常数时，电动机产生的电磁转矩电动机产生的电磁转矩T与电力与电力拖动系统的转速拖动系统的转速n之间的关系，即之间的关系，即n=f(T)。n方程方程：。TTCCRRnCUnCCRRnnTCUTCCRRCUnTeaeTeaeTeae20202转速降，理想空载转速斜率机械特性分析机械特性分析硬度硬度：斜率：斜率的倒数或定义机械特性曲线工作的倒数或定义机械特性曲线
2、工作范围内某一点转矩对该点转速的导数，即：范围内某一点转矩对该点转速的导数，即：越大（越大（ 越小），特性越硬，称为硬特性。即越小），特性越硬，称为硬特性。即T变化时，变化时，n 的变化不大。的变化不大。TnnT，dd2.1.2固有机械特性固有机械特性 他励直流电动机的固有机械特性是指：在电源他励直流电动机的固有机械特性是指：在电源电压电压U=UN，气隙磁通，气隙磁通=N，电枢外串电阻，电枢外串电阻R=0时，时，n=(T)的机械特性，其数学表达式为：的机械特性，其数学表达式为： 式中式中称为斜率，称为斜率，n为负载时的转速降。为负载时的转速降。nnTnTCCRCUnNTeaNeN002固有机械
3、特性固有机械特性2.1.3人为机械特性人为机械特性人为机械特性：指改变电机参数，即改变人为机械特性：指改变电机参数，即改变U或变或变R或或变变得到机械特性。得到机械特性。1.电枢回路串接电阻时的人为机械特性电枢回路串接电阻时的人为机械特性条件：当条件：当U=UN， = N，电枢回路外串电阻，电枢回路外串电阻R时时TCCRRCUnNTeaNeN21.串电阻接线和特性串电阻接线和特性UfNIfNRfM-RaRs1Rs2R1=Ra+Rs1KM1KM2R2=Ra+Rs1+Rs2UN+-(a)接线图(b)机械特性电枢回路串电阻起动nn00T(I)TLT2(I2)T1(I2)RaR1AabcdeR22.改
4、变电动机供电电源的人为特性改变电动机供电电源的人为特性条件：当条件：当UUU1 1UU2 2UU3 3UfNIfNRf调压电源调压电源EanT电源电压可调的他励直流电动机电源电压可调的他励直流电动机3.改变磁通时的人为特性改变磁通时的人为特性条件：当条件：当U=UN， 1 2弱磁他励直流电动机弱磁他励直流电动机2.1.3电枢反应对机械特性影响电枢反应对机械特性影响 在上述讨论固有特性和人为特性时，对变在上述讨论固有特性和人为特性时，对变 R 和变和变U，认为，认为 为常数。而他励直流电动机为常数。而他励直流电动机由于有电枢反应，产生去磁作用，使由于有电枢反应，产生去磁作用，使 ，则，则n0 ，
5、即，即n 特性上翘。特性上翘，对电动特性上翘。特性上翘，对电动机稳定运行不利，解决的办法是在主磁极上加机稳定运行不利，解决的办法是在主磁极上加装匝数很少的串励绕组，称为稳定绕组。稳定装匝数很少的串励绕组，称为稳定绕组。稳定绕组产生与主磁极相同的磁通，抵消电枢反应绕组产生与主磁极相同的磁通，抵消电枢反应的去磁作用。的去磁作用。加装稳定绕组加装稳定绕组 加装了稳定绕组后，电动机实质上已变加装了稳定绕组后，电动机实质上已变为积复励电动机，但由于串入励磁环绕组匝为积复励电动机，但由于串入励磁环绕组匝数很少，其机械特性又与没有电枢反应时的数很少，其机械特性又与没有电枢反应时的他励直流电动机相同，因此仍可
6、视为他励直他励直流电动机相同，因此仍可视为他励直流电动机。这样，在讨论问题时，就可完全流电动机。这样，在讨论问题时，就可完全忽略电枢反应的影响忽略电枢反应的影响,认为认为 为常数。为常数。上翘曲线上翘曲线nn00 0T上翘机械特性上翘机械特性3.1.4电力拖动系统稳定运行的条件电力拖动系统稳定运行的条件稳定运行的概念：当稳定运行的概念：当 T=TL ， n=f(T)与与 n=f(TL)有交点有交点 称静态平衡，这是稳定运行的必要条件称静态平衡，这是稳定运行的必要条件T=TL是平衡稳定运行的一个必要条件。在电力是平衡稳定运行的一个必要条件。在电力拖动中，为使问拖动中，为使问题简化均忽略即题简化均
7、忽略即T00,T=T2=TL 。nT0TLnTTL静态平衡示意图静态平衡示意图n0AnA问题问题问：有了交点是否平衡了即为稳定运行问：有了交点是否平衡了即为稳定运行?答答:(1)要看系统出现干扰后在新的条件要看系统出现干扰后在新的条件下下能否平衡。能否平衡。(2)干扰消失后，能否回到原干扰消失后，能否回到原来的平衡点。如果能满足以上两条件，来的平衡点。如果能满足以上两条件，即为稳定运行。即为稳定运行。例例1.电网电压波动电网电压波动nTn=f(TL)0电力拖动系统稳定平衡状态n0AABC曲线1(UN)曲线1(U)TBTLTCn0UNU分析分析 系统原工作在平衡点系统原工作在平衡点A，这时电网电
8、压，这时电网电压向下波动，从向下波动，从 UN 降到降到U，在此瞬间由于机械，在此瞬间由于机械惯性，转速来不及变化，从惯性，转速来不及变化，从A点过渡到点过渡到B点。点。负载转矩负载转矩TL 没变，则没变，则 UNIaTTTL 从从B点过渡到点过渡到C点，点， TL 没变，没变， TTL系统加速。系统加速。 nEaIaT 系统沿系统沿CA特性加速到特性加速到A点，点， n=nN时时， T=TL ，达到原来平衡点，达到原来平衡点A。说明说明： 当当UUN ，负载不变时，他励直流电动机能达到，负载不变时，他励直流电动机能达到新的平衡新的平衡(A点点)，在干扰消失后，能回到原来的平衡点，在干扰消失后
9、，能回到原来的平衡点(A点点)，所以能稳定运行。，所以能稳定运行。讨论稳定运行示意图讨论稳定运行示意图nT0 0TLA nn=f(T)n=f(TL) TL T探讨稳定运行条件的示意图探讨稳定运行条件的示意图平衡稳定运行充要条件平衡稳定运行充要条件平衡稳定运行的充要条件为：平衡稳定运行的充要条件为：1.电动机机械特性与负载特性必须相交，在电动机机械特性与负载特性必须相交，在交点处交点处T=TL 处，实现了转矩平衡。处，实现了转矩平衡。2.在交点处有在交点处有0dndTdndTL3.2他励直流电动机的起动和反转他励直流电动机的起动和反转3.2.1他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动起动起动：指
10、电动机从静止状态转动起来。：指电动机从静止状态转动起来。 起动过程起动过程：电动机从静止运转到某一稳态转速：电动机从静止运转到某一稳态转速的过程叫起动过程。的过程叫起动过程。1.系统对起动的要求系统对起动的要求 不同的生产机械对起动有不同的要求。不同的生产机械对起动有不同的要求。例例如，无轨电车要求起动慢些平稳些，但一般生如，无轨电车要求起动慢些平稳些，但一般生产机械都要求快速起动。即要求起动时间产机械都要求快速起动。即要求起动时间 tst小小些，则起动转矩些，则起动转矩Tst大些。大些。起动电流起动电流 Ist为起动电流，也称为堵转电流为起动电流，也称为堵转电流 (在起动瞬间在起动瞬间n=0
11、)。从式。从式T=CTIa可知，当可知，当一定时，一定时，T与与 Ia成正成正比，比， Ist越大，越大， Tst 也越大。但起动电流不能太大。也越大。但起动电流不能太大。否则会引起换向恶化，产生严重的火花。还会导致否则会引起换向恶化，产生严重的火花。还会导致很大的线路压降，使电网电压不稳定。很大的线路压降，使电网电压不稳定。 Ist不能太大，一般为不能太大，一般为1.52 IN ，因为，因为 T大小是大小是受机械强度限制，受机械强度限制， T太大，突然加到传动机构上，太大，突然加到传动机构上，会损坏机械部件的薄弱部分，例如传动齿轮的轮齿会损坏机械部件的薄弱部分，例如传动齿轮的轮齿等。等。2.
