机电传动控制 I 总复习 北京化工大学

3．3 直流他励电动机的启动特性
一、启动特性
对直流电动机而言，在未启动之前n=0 , E=0, 而Ra一般很小， 当将电动机直接接入电网并施加额定电压时，启动电流为：
U N E I N Ra KeN nst I st Ra
I st U N / Ra
这个电流很大，一般情况下能达到其额定电流的（ 10 ～ 20 ）倍。 过大的启动电流危害很大：
第二章
机电传动系统动力学基础
2.1 机电传动系统的运动方程式 1.单轴机电传动系统运动方程式:
系统结构图
转矩正方向确认
电动机M产生输出转矩TM，来克服负载转矩TL，带动生产机 械以角速度ω进行运动
动态转矩 Td=
GD2 dn TM TL 375 dt
工程计算式
讨论: 1)当Td=0时, TM =TL 系统为稳态; 2)当Td≠0时, TM ≠TL 系统为动态: (1) Td＞0 ，TM ＞TL, dn/dt＞0, 系统加速, (2) Td＜0, TM ＜ TL, dn/dt＜0, 系统减速或反向加速.
(1)转矩方程式 T=Ktφ Ia (2)电势方程式 E=Keφ n (3)电压平衡方程式 直流发电机 直流电动机
E=U+IaRa U = E +IaRa
直流电机的分类

直流电动机通常按照励磁方式来分类，有四种：他励、 并励、串励和复励，其运行特性也不尽相同
他励电动机的机械特性
Ra U n T 2 K e K e K t
Ra U n T 2 K e K e K t
n0 △n
特性硬度不变
3．改变磁通 时的人为特性 Ra U n T 2 K e K e K t 理想空载转速n0随磁通 的减小而增大； 转速降△n随磁通的 减小而增大。
U U N , Rad
0
特性变软
当＝0时，从理论上说，空载时电动机转速n0将趋近 , 通常称为“飞车”； 因此，直流他励电动机启动前必须先加励磁电流，在运转 过程中，决不允许励磁电路断开或励磁电流为零，为此，直流 他励电动机在使用中，一般都设有“失磁”保护。
调速特性
从直流他励电动机机械特性方程式
Ra Rad U n T 2 Ke Ke K t
可知：改变串入电枢回路的电阻Rad ；改变电枢供电 电压U或主磁通，都可以得到不同的人为机械特性，从而 在负载不变时可以改变电动机的转速，以达到速度调节的 要求，故直流电动机调速的方法有三种。
2)他励电动机的人为机械特性
人为机械特性是指人为地改变电动机电枢外加电压U 和励磁磁通Φ的大小以及电枢回路串接附加电阻Rad所得 到的机械特性。
Ra U n T 2 K e K e K t
n0 △n
(1)电枢回路串电阻的人
可以人为改变U、φ、Ra
为机械特性
n0不变,特性变软
2. 改变电枢电压U时的人为特性 N , Rad 0
固有(自然)机械特性和人工机械特性
定义：在额定电压UN,额定磁通φN下,电枢电路内不外接 电阻时的机械特性曲线 n=f(T) UN Ra n T 2 Ke N Ke K t N 已知名牌数据PN，UN，IN， nN 求固有机械特性
通过名牌上的技术数据或题目中的给定数据，求取他 励电动机的各种数据参数，如：电枢电流、励磁电流、额 定功率、励磁功率电压等等。
3.恒功率特性 特点:负载转矩与转速成反比, 功率基本不变. TL=K/n 或 TLn=K∝P 例: 车床加工.在粗加工时切 削量大，负载阻力大，开低速； 精加工时，切削量小，开高速。 T*n＝P基本不变
4.其他类型负载 如：直线型负载、随机类负载、复合类负载等
系统稳定运行的充分必要条件
1）电动机的机械特性 n=f(TM) 与生产机械的负载特性n=f(TL) 必须有交点－平衡点 2）当干扰使转速大于平衡点的 转速时，应有TM＜TL , Td＜0, 干扰消失后,n下降回到平衡点
不稳定平衡点; 稳定平衡点;
当转速小于平衡点的转速时，应 有TM ＞TL , Td＞0,干扰消失 后,n上升回到平衡点
满足以上两个条件的点就是稳定工作点
第3章 直流电机的工作原理及特性
直流电机的基本结构－－由定子和转子组成
直流电机即可作为直流电动机，也可作为直流发电机。
直流电动机—将电能转换为机械能； 直流发电机—将机械能转换为电能。
n0 n
n0=U/(Keφ)－－－理想空载转速
△n－－－由于负载所引起的转速降落
他励电动机机械特性
转矩变化dT与转速变 化dn的比值--机械 特性硬度β：

dT T 100 % dn n
根据β值的不同，可将电动机分为以下三类：
（1）绝对硬特性（β→∞），如交流同步电动机的机械特性 （2）硬特性（β＞10），如直流他励电动机的机械特性， 交流异步电动机的上半部机械特性 （3）软特性（β＜10），如直流串励电动机的机械特性，
2.3 机电传动系统的负载特性
定义：同一个转轴上负载转矩和转速之间的函数 关系－－机电传动系统的负载特性n＝f(TL) 1.恒转矩特性 特点:负载转矩为常数 1) 反抗性恒转矩负载 TL恒与n方向相反 例：机床加工中的切削力
2) 位能性恒转矩负载 TL的方向恒定，与n无关 例:卷扬机吊重物 2.通风机特性 特点:负载转矩与转速的平 方成正比: TL=C n2 举例:水泵, 通风机. 风机,水泵电动机的容量占 工业用户总用电量的70%.
二、启动方法 限制直流电动机的启动电流，一般有降压启动和电枢回 路串电阻启动两种方式。 I U / R
st N a
1. 降压启动： 所谓降压启动即在启动瞬间，降低供电电源电压，随着转 速的升高，反电势增大，再逐步提高供电电压，最后达到额定 电压，电动机达到所要求的转速。 2. 电枢回路串电阻启动 启动时，电枢回路串接启动电阻Rst ,此时启动电流 Ist=UN/(Ra+Rst)将受外加启动电阻的限制。随着转速的升高， 反电势增大，再逐步切除外加电阻直到全部切除，电动机达到 所要求的转速。