《电机与拖动》第2章直流电动机的电力拖动.pptx

《电机与拖动》第2章直流电动机的电力拖动.pptx

《《电机与拖动》第2章直流电动机的电力拖动.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《电机与拖动》第2章直流电动机的电力拖动.pptx（52页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

模块模块11直流电机及其拖动直流电机及其拖动1第第22章直流电动机的电力拖动章直流电动机的电力拖动2本章要点本章要点n他励直流电动机的机械特性和生产机械他励直流电动机的机械特性和生产机械的负载特性。

的负载特性。

n他励直流电动机的启动、反转、制动、他励直流电动机的启动、反转、制动、调速。

调速。

n串励及复励直流电动机的电力拖动。

串励及复励直流电动机的电力拖动。

32.12.1直流电动机的启动、调速、反转观直流电动机的启动、调速、反转观察察2.22.2电力拖动系统的特性电力拖动系统的特性2.32.3他励直流电动机的启动和反转他励直流电动机的启动和反转2.42.4他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动2.52.5他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速2.62.6串励及复励直流电动机的电力拖动串励及复励直流电动机的电力拖动本章主要内容本章主要内容42.12.1直流电动机的启动、调速、直流电动机的启动、调速、反转观察反转观察任务1直流电动机的起动任务2调节他励电动机的转速任务3改变电动机的转向5任务1直流电动机的起动11、接线图、接线图按图按图2-12-1接线，检查电动机和测功机之间是否用联轴器联结好，接线，检查电动机和测功机之间是否用联轴器联结好，电动机励磁回路接线是否牢靠，仪表的量程、极性是否正确。

电动机励磁回路接线是否牢靠，仪表的量程、极性是否正确。

图图2-12-1他励直流电动机的启动、调速、反转电路图他励直流电动机的启动、调速、反转电路图6任务1直流电动机的起动22、调节电阻、调节电阻将电动机电枢调节电阻将电动机电枢调节电阻R1R1调至最大，励磁调节电阻调至最大，励磁调节电阻RfRf调至最调至最小。

小。

33、观察他励直流电动机的旋转方向、测量启动电流、观察他励直流电动机的旋转方向、测量启动电流先接通励磁电源先接通励磁电源U2U2，再接通可调直流稳压电源，再接通可调直流稳压电源U1U1，此时，电动，此时，电动机开始旋转。

将电动机的旋转方向、电枢电流值和励磁电流值记录在机开始旋转。

将电动机的旋转方向、电枢电流值和励磁电流值记录在表表2-12-1中。

中。

表表2-12-1他励直流电动机旋转方向的观察和启动电流的测量他励直流电动机旋转方向的观察和启动电流的测量电动机旋转方向电动机旋转方向电枢电流电枢电流/励磁电流励磁电流/7aIAfIA任务1直流电动机的起动44、记录电枢电流值和励磁电流值、记录电枢电流值和励磁电流值保持电源电压保持电源电压U1U1不变，逐渐减小电阻不变，逐渐减小电阻R1R1的值直至最小，将电枢的值直至最小，将电枢电流值和励磁电流值记录在表电流值和励磁电流值记录在表2-22-2中。

中。

表表2-22-2他励直流电动机不同电阻值时电流的测量他励直流电动机不同电阻值时电流的测量电阻值3/4R13/4R12/4R12/4R11/4R11/4R100电流类型电枢电电枢电流流Ia/AIa/A励磁电励磁电流流If/AIf/A电枢电电枢电流流Ia/AIa/A励磁电励磁电流流If/AIf/A电枢电电枢电流流Ia/AIa/A励磁电励磁电流流If/AIf/A电枢电电枢电流流Ia/AIa/A励磁电励磁电流流If/AIf/A测量值8aIfI任务2调节他励电动机的转速11、测量改变串入电动机电枢回路的调节电阻时的转速、测量改变串入电动机电枢回路的调节电阻时的转速RfRf调至最小，改变串入电动机电枢回路的调节电阻调至最小，改变串入电动机电枢回路的调节电阻R1R1，测量相，测量相应的转速应的转速nn，填入表，填入表2-32-3中，并绘制中，并绘制R1-nR1-n曲线。

曲线。

表2-32-3改变串入电动机电枢回路的调节电阻时的转速测量保持电源电压为额定电压保持电源电压为额定电压UNUN，分别改变串入电动机电枢回路的，分别改变串入电动机电枢回路的调节电阻调节电阻R1R1和励磁回路的调节电阻和励磁回路的调节电阻RfRf，观察转速变化情况。

，观察转速变化情况。

R1/R1/R1mR1m3/4R1m3/4R1m1/2R1m1/2R1m1/4R1m1/4R1m00n/r/minn/r/min9任务2调节他励电动机的转速22、测量改变励磁回路的调节电阻时的转速、测量改变励磁回路的调节电阻时的转速R1R1调至最小，改变励磁回路的调节电阻调至最小，改变励磁回路的调节电阻RfRf，测量相应的转速，测量相应的转速nn，填入表，填入表2-42-4中，并绘制中，并绘制Rf-nRf-n曲线。

曲线。

表表2-42-4改变励磁回路的调节电阻时的转速测量改变励磁回路的调节电阻时的转速测量Rf/Rf/RfmRfm3/4Rfm3/4Rfm1/2Rfm1/2Rfm1/4Rfm1/4Rfm00n/r/minn/r/min10将电枢回路调节电阻将电枢回路调节电阻R1R1调至最大值，调节转矩到零，断开调至最大值，调节转矩到零，断开U1U1，再断开再断开U2U2，使他励电动机停机，然后将电枢或励磁回路的两端接线对，使他励电动机停机，然后将电枢或励磁回路的两端接线对调后，再按前述方法起动电动机，观察电动机的转向及转速表的读数。

调后，再按前述方法起动电动机，观察电动机的转向及转速表的读数。

将电动机的旋转方向、电枢电流值和励磁电流值记录在表将电动机的旋转方向、电枢电流值和励磁电流值记录在表2-52-5中。

中。

任务3改变电动机的转向表表2-52-5他励直流电动机接线对调后的旋转方向观察和启动电流的测量他励直流电动机接线对调后的旋转方向观察和启动电流的测量电动机旋转方向电动机旋转方向电枢电流电枢电流Ia/AIa/A励磁电流励磁电流If/AIf/A112.22.2电力拖动系统的特性电力拖动系统的特性电动机拖动单轴旋转系统的旋转运动方程式为电动机拖动单轴旋转系统的旋转运动方程式为一、电力拖动系统的运动方程一、电力拖动系统的运动方程11、运动方程式、运动方程式在实际工程计算中一般不用转动惯量而用飞轮矩，不用角速度在实际工程计算中一般不用转动惯量而用飞轮矩，不用角速度而用旋转速度。

因此，转动惯量表示为而用旋转速度。

因此，转动惯量表示为角速度化为旋转速度的形式：

角速度化为旋转速度的形式：

12dtdJTTLgGDmJ42260/2n2.22.2电力拖动系统的特性电力拖动系统的特性由上式可知：

由上式可知：

（11）当时，转速变化率，电力拖动系统处）当时，转速变化率，电力拖动系统处于稳定运行状态，电动机静止或作恒转速运动。

于稳定运行状态，电动机静止或作恒转速运动。

（22）当时，转速变化率，电力拖动系统加）当时，转速变化率，电力拖动系统加速运行。

速运行。

（33）当时，转速变化率，电力拖动系统减）当时，转速变化率，电力拖动系统减速运行。

速运行。

由以上几式可知，工程计算中运动方程的形式为由以上几式可知，工程计算中运动方程的形式为11、运动方程式、运动方程式13dtdnGDTTL3752LTT0/dtdn0/dtdn0/dtdnLTTLTT2.22.2电力拖动系统的特性电力拖动系统的特性22、运动方程式中转矩正、负号确定的规则、运动方程式中转矩正、负号确定的规则在运动方程式中，转矩正、负号的确定与转速在运动方程式中，转矩正、负号的确定与转速nn的正、负号相关的正、负号相关，确定规则如下：

，确定规则如下：

（11）取转速）取转速nn大于零的方向为正方向，当电磁转矩大于零的方向为正方向，当电磁转矩TT的方向的方向与转速与转速nn的正方向相同时，的正方向相同时，TT取正号，反之取负号。

取正号，反之取负号。

（22）负载转矩）负载转矩TLTL的方向与转速的方向与转速nn的正方向相反时，的正方向相反时，TLTL取正号取正号，反之取负号。

，反之取负号。

（33）惯性转矩（）的大小及正负号由电磁）惯性转矩（）的大小及正负号由电磁转矩转矩TT和负载转矩和负载转矩TLTL的代数和确定。

的代数和确定。

14）/）（375/（2dtdnGD2.22.2电力拖动系统的特性电力拖动系统的特性二、他励直流电动机的机械特性二、他励直流电动机的机械特性直流电动机的机械特性是电动机在电枢电压、励磁电流、电枢回直流电动机的机械特性是电动机在电枢电压、励磁电流、电枢回路电阻为恒值的条件下，即电动机处于稳态运行时，电动机的转速与路电阻为恒值的条件下，即电动机处于稳态运行时，电动机的转速与电磁转矩之间的关系：

。

电磁转矩之间的关系：

。

11、机械特性方程式、机械特性方程式他励直流电动机的接线图如图他励直流电动机的接线图如图2-22-2所所示。

由图可知，他励直流电动机的机械特性示。

由图可知，他励直流电动机的机械特性方程式为方程式为图图2-22-2他励直流电动机接线图他励直流电动机接线图15）（TfnnnTnTCCRCUnTee0022.22.2电力拖动系统的特性电力拖动系统的特性由于由于CeCe、CTCT是由电动机结构决定的常数，当是由电动机结构决定的常数，当UU、RR、的数的数值不变时，转速值不变时，转速nn与电磁转矩与电磁转矩TT为线性关系。

他励直流电动机的机械为线性关系。

他励直流电动机的机械特性如图特性如图2-32-3所示。

所示。

图图2-3他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性11、机械特性方程式、机械特性方程式162.22.2电力拖动系统的特性电力拖动系统的特性22、机械特性的分类、机械特性的分类他励直流电动机的机械特性分为固有机械特性和人为机械特性。

他励直流电动机的机械特性分为固有机械特性和人为机械特性。

（11）固有机械特性）固有机械特性当电动机中的电源电压、磁通为额定值，电枢回路未接附加电阻当电动机中的电源电压、磁通为额定值，电枢回路未接附加电阻时的机械特性称为固有机械特性，也称自然特性。

由以上条件得到固时的机械特性称为固有机械特性，也称自然特性。

由以上条件得到固有机械特性方程式有机械特性方程式由于电枢电阻由于电枢电阻RaRa较小，较小，NN数值大，所以特性曲线斜率数值大，所以特性曲线斜率小，小，固有机械特性曲线为硬特性。

固有机械特性曲线为硬特性。

17TCCRCUnNTeaNeN22.22.2电力拖动系统的特性电力拖动系统的特性（22）人为机械特性）人为机械特性人为机械特性：

人为地改变电源电压、磁通和电枢回路串电阻等一个或几人为机械特性：

人为地改变电源电压、磁通和电枢回路串电阻等一个或几个参数的特性。

个参数的特性。

11）电枢串电阻时的人为机械特性）电枢串电阻时的人为机械特性保持电源电压和磁通为额定值，当他励直流电动机的电枢回路中串入电保持电源电压和磁通为额定值，当他励直流电动机的电枢回路中串入电阻阻RpaRpa时，电枢回路总电阻，此时的人为机械特性方程式为时，电枢回路总电阻，此时的人为机械特性方程式为从上式可知，理想空载转速从上式可知，理想空载转速n0n0不变，机械特性不变，机械特性的斜率的斜率随着串电阻的增大而增大，机械特性的硬随着串电阻的增大而增大，机械特性的硬度减小，特性曲线变软，如图度减小，特性曲线变软，如图2-42-4所示。

由图可知所示。

由图可知，电枢回路串入不同电阻时，电动机的转速发生变，电枢回路串入不同电阻时，电动机的转速发生变化，因此可通过电枢回路串电阻进行调速。

化，因此可通过电枢回路串电阻进行调速。

图图2-42-4他励直流电动机电他励直流电动机电枢电路串电阻的人为机械特枢电路串电阻的人为机械特性性18TCCRRCUnNTepaaNeN2paaRRR2.22.2电力拖动系统的特性电力拖动系统的特性22）改变电源电压时的人为机械特性）改变电源电压时的人为机械特性当磁通为额定值，电枢回路不串联电阻时，改变电枢外加电压的当磁通为额定值，电枢回路不串联电阻时，改变电枢外加电压的人为机械特性方程式为人为机械特性方程式为由上式可知，降低电枢电压后，理想由上式可知，降低电枢电压后，理想空载转速空载转速n0n0与电压与电压UU成正比下降，特性曲成正比下降，特性曲线的斜率线的斜率保持不变。

因此在降低电枢电保持不变。

因此在降低电枢电压的情况下，人为特性是一组平行线，如压的情况下，人为特性是一组平行线，如图图2-52-5所示。

所示。

图图2-52-5他励直流电动机降低他励直流电动机降低电枢电压时的人为机械特性电枢电压时的人为机械特性19TCCRCUnNTeaNe22.22.2电力拖动系统的特性电力拖动系统的特性33）减弱磁通时的人为机械特性）减弱磁通时的人为机械特性当电枢电压为额定值，电枢回路不串接电阻时，改变磁通的人当电枢电压为额定值，电枢回路不串接电阻时，改变磁通的人为机械特性方程式为为机械特性方程式为由上式可知，理想空载转速由上式可知，理想空载转速n0n0与磁通与磁通成反比，磁通成反比，磁通减弱，减弱，n0n0增大；斜率增大；斜率与与磁通磁通成反比，磁通减弱会使斜率增大。

弱成反比，磁通减弱会使斜率增大。

弱磁人为机械特性曲线如图磁人为机械特性曲线如图2-62-6所示。

所示。

图图2-62-6他励直流电动他励直流电动机的弱磁人为机械特性机的弱磁人为机械特性20TCCRCUnTeaeN22.22.2电力拖动系统的特性电力拖动系统的特性三、生产机械的负载特性三、生产机械的负载特性生产机械的负载特性也称为负载转矩特性，简称负载特性，是生产机械的负载特性也称为负载转矩特性，简称负载特性，是电动机的转速与负载转矩之间的关系：

，即负载的机械特电动机的转速与负载转矩之间的关系：

，即负载的机械特性。

大致可分为三类：

恒转矩负载特性、恒功率负载特性、泵与风性。

大致可分为三类：

恒转矩负载特性、恒功率负载特性、泵与风机类负载特性。

机类负载特性。

11、恒转矩负载特性、恒转矩负载特性恒转矩负载特性是指生产机械的负载转矩恒转矩负载特性是指生产机械的负载转矩TLTL与转速与转速nn无关的特无关的特性，即性，即TL=TL=常数。

根据负载转矩的方向是否与转向有关，恒转矩负载常数。

根据负载转矩的方向是否与转向有关，恒转矩负载特性又可以分为反抗性恒转矩负载和位能性恒转矩负载两类。

特性又可以分为反抗性恒转矩负载和位能性恒转矩负载两类。

21）（LTfn2.22.2电力拖动系统的特性电力拖动系统的特性（11）反抗性恒转矩负载）反抗性恒转矩负载该类负载转矩的大小恒定不变，方向总是该类负载转矩的大小恒定不变，方向总是与转速的方向相反，即其性质总是起反抗运动的与转速的方向相反，即其性质总是起反抗运动的阻转矩性质，特性曲线为一、三象限内的直线，阻转矩性质，特性曲线为一、三象限内的直线，如图如图2-72-7所示。

所示。

图图2-72-7反抗性恒反抗性恒转矩负载特性曲线转矩负载特性曲线图图2-82-8位能性恒位能性恒转矩负载特性转矩负载特性（22）位能性恒转矩负载）位能性恒转矩负载该类负载转矩不仅大小恒定不变，方向也该类负载转矩不仅大小恒定不变，方向也恒定不变，特性曲线为一、四象限内的直线，如恒定不变，特性曲线为一、四象限内的直线，如图图2-82-8所示。

所示。

222.22.2电力拖动系统的特性电力拖动系统的特性图图2-92-9恒功率负载特性曲线恒功率负载特性曲线恒功率负载是指负载转矩与转速的乘积恒功率负载是指负载转矩与转速的乘积为一常数，即负载转矩与转速成反比，特性为一常数，即负载转矩与转速成反比，特性曲线为一条双曲线，如图曲线为一条双曲线，如图2-92-9所示。

所示。

22、恒功率负载特性、恒功率负载特性33、泵与风机类负载特性、泵与风机类负载特性泵与风机类负载的特点是：

负载的转泵与风机类负载的特点是：

负载的转矩与转速的平方成正比，负载特性为一条抛矩与转速的平方成正比，负载特性为一条抛物线，如图物线，如图2-102-10曲线曲线11所示。

所示。

图图2-102-10泵与风机类负载特性泵与风机类负载特性232.22.2电力拖动系统的特性电力拖动系统的特性四、电力拖动系统的稳定运行条件四、电力拖动系统的稳定运行条件电力拖动系统稳定运行的充分必要条件是电力拖动系统稳定运行的充分必要条件是电力拖动系统的稳定运行，就是系统因外界因素的干扰离开平衡电力拖动系统的稳定运行，就是系统因外界因素的干扰离开平衡状态，在外界因素消失后，仍能恢复到原来的平衡状态，或在新的条状态，在外界因素消失后，仍能恢复到原来的平衡状态，或在新的条件下达到新的平衡状态。

件下达到新的平衡状态。

24dndTdndTTTLL2.32.3他励直流电动机的启动和反转他励直流电动机的启动和反转一、他励直流电动机的启动电路一、他励直流电动机的启动电路直流电动机的启动，是指直流电动机接通电源后，转子由转速为直流电动机的启动，是指直流电动机接通电源后，转子由转速为n=0n=0升到稳定转速升到稳定转速nLnL的全过程。

电动机在启动过程中，电枢电流、电的全过程。

电动机在启动过程中，电枢电流、电磁转矩、转速都随时间变化，是一个过渡过程。

磁转矩、转速都随时间变化，是一个过渡过程。

直流电动机启动时，必须满足以下要求：

（直流电动机启动时，必须满足以下要求：

（11）启动电流不能过）启动电流不能过大，否则会大大缩短电动机的使用寿命；（大，否则会大大缩短电动机的使用寿命；（22）启动全过程中电动机）启动全过程中电动机的启动转矩要足够大，至少，电动机才能正常启动；（的启动转矩要足够大，至少，电动机才能正常启动；（33）启动设备操作简单，运行可靠。

启动设备操作简单，运行可靠。

二、他励直流电动机启动方法二、他励直流电动机启动方法他励直流电动机的启动方法有全压启动、减压启动、电枢回路串他励直流电动机的启动方法有全压启动、减压启动、电枢回路串电阻启动。

电阻启动。

25LstTT2.32.3他励直流电动机的启动和反转他励直流电动机的启动和反转11、全压启动、全压启动全压启动又称为直接启动，就是在直流电动机的电枢上直接接上全压启动又称为直接启动，就是在直流电动机的电枢上直接接上额定电压后启动，其电路如图额定电压后启动，其电路如图2-122-12所示。

所示。

启动转矩为：

启动转矩为：

图图2-122-12他励直流电动他励直流电动机的全压启动电路图机的全压启动电路图全压启动由于电枢电阻全压启动由于电枢电阻RaRa很小，所以启动电很小，所以启动电流流ISTIST太大，一般可达到额定电流的（太大，一般可达到额定电流的（10102020）倍，容易引起电刷、换向器产生剧烈火花，从而缩倍，容易引起电刷、换向器产生剧烈火花，从而缩短电动机的使用寿命。

过大的电流还会使电网电压短电动机的使用寿命。

过大的电流还会使电网电压急剧下降急剧下降,同时，过大的冲击转矩会损坏电枢绕组同时，过大的冲击转矩会损坏电枢绕组和传动机构。

因此全电压启动只限于额定功率几百和传动机构。

因此全电压启动只限于额定功率几百瓦以下的小容量直流电动机。

为了限制启动电流，瓦以下的小容量直流电动机。

为了限制启动电流，他励直流电动机通常使用减压启动。

他励直流电动机通常使用减压启动。

26stTstICT2.32.3他励直流电动机的启动和反转他励直流电动机的启动和反转22、减压启动、减压启动减压启动是为减小启动电流，在启动前降低电动机电枢两端的电减压启动是为减小启动电流，在启动前降低电动机电枢两端的电源电压。

电动机启动后，随着转速源电压。

电动机启动后，随着转速nn的上升，电动势的上升，电动势EaEa也逐渐增大，也逐渐增大，IaIa相应减小，启动转矩也减小。

要保证获得足够的启动转矩相应减小，启动转矩也减小。

要保证获得足够的启动转矩（即即TstTL）TstTL），所以启动时通常把电流限制在（，所以启动时通常把电流限制在（1.51.522）ININ范围内，那范围内，那么启动电压为么启动电压为随后电压要不断升高，使启动电流和启动转随后电压要不断升高，使启动电流和启动转矩保持在一定的数值上，直到升至额定电压矩保持在一定的数值上，直到升至额定电压UNUN后后，电动机进入稳定运行状态。

启动过程的机械特，电动机进入稳定运行状态。

启动过程的机械特性如图性如图2-132-13所示。

所示。

图图2-132-13减压启减压启动的机械特性图动的机械特性图27aNaststRIRIU）25.1（2.32.3他励直流电动机的启动和反转他励直流电动机的启动和反转33、电枢回路串电阻启动、电枢回路串电阻启动电枢回路串电阻启动是在启动时，电源电压的值保持不变，通电枢回路串电阻启动是在启动时，电源电压的值保持不变，通过在电枢回路中串入启动电阻来限制启动电流，并随着转速的上升过在电枢回路中串入启动电阻来限制启动电流，并随着转速的上升逐级将启动电阻短接切除的启动方式。

逐级将启动电阻短接切除的启动方式。

他励直流电动机串二级电阻启动电路图及其机械特性如图他励直流电动机串二级电阻启动电路图及其机械特性如图2-2-14a14a、bb所示，其中所示，其中R1R1、R2R2为各级串入的启动电阻。

为各级串入的启动电阻。

为了保证启动过程中既有足够大的启动转矩又要限制电流不能为了保证启动过程中既有足够大的启动转矩又要限制电流不能过大，启动过程中通常取过大，启动过程中通常取2821）0.25.1（ststTTLstTT）3.11.1（22.32.3他励直流电动机的启动和反转他励直流电动机的启动和反转图图2-142-14他励直流电动机串二级电阻启动他励直流电动机串二级电阻启动aa）串二级电阻启动电路）串二级电阻启动电路bb）串二级电阻启动机械特性）串二级电阻启动机械特性292.32.3他励直流电动机的启动和反转他励直流电动机的启动和反转【例【例2-12-1】一台他励直流电动机，】一台他励直流电动机，计算：

，计算：

（11）采用全压启动时的启动电流。

）采用全压启动时的启动电流。

（22）采用减压启动时的启动电压。

（要求电流不超过）采用减压启动时的启动电压。

（要求电流不超过100A100A）。

）。

（33）采用电枢回路串电阻启动，则启动开始时应串入多大的电阻？

）采用电枢回路串电阻启动，则启动开始时应串入多大的电阻？

（要求电流不超过（要求电流不超过100A100A）。

）。

解：

（解：

（11）（22）（33）30WPN10000VUN220min/1500rnNAIN8.53286.0aR286.0220aNstRUIA2.769A）286.0100（aststRIUV6.28V）286.0100220（astNstRIUR914.12.32.3他励直流电动机的启动和反转他励直流电动机的启动和反转三、他励直流电动机的反转三、他励直流电动机的反转他励直流电动机的反转，是通过改变磁通和电枢电流中的一个参他励直流电动机的反转，是通过改变磁通和电枢电流中的一个参数的方向来实现的。

数的方向来实现的。

通常实施方法有以下两种：

通常实施方法有以下两种：

11改变励磁电流方向改变励磁电流方向电枢电压的极性保持不变，励磁绕组反接，导致励磁电流反向，电枢电压的极性保持不变，励磁绕组反接，导致励磁电流反向，磁通磁通随之改变，从而电磁转矩方向改变，实现电动机反转。

随之改变，从而电磁转矩方向改变，实现电动机反转。

22改变电枢电压极性改变电枢电压极性励磁绕组两端的电压极性保持不变，将电枢绕组反接，电枢电流励磁绕组两端的电压极性保持不变，将电枢绕组反接，电枢电流IaIa方向改变，从而电磁转矩方向改变，实现电动机反