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他励直流电动机的机械特性课件

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他励直流电动机的机械特性(精)

他励直流电动机的机械特性(精)

反之，如果电网电压波动使机械特性偏低，由曲线1转为曲 线3，则瞬间工作点将转到 B 点，电磁转矩小于负载转矩， 转速将由 B点降低到 C 点，在 C 点取得新的平衡；而当 扰动消失后，工作点将又恢复到原工作点A。这种情况我们就 称为系统在A点能稳定运行，而图2.16（b）则是一种不稳定运 行的情况，读者可自己分析。 由以上分析，可得出如下结论：若两条特性曲线有交点 （必要条件），且在工作点上满足 dTem dTL （2-11） ＜
dn dn
（充分条件）则系统能稳定运行，式（211 ）即为稳定运行条件。对恒转矩负载 , 则 dT / dn 0即电磁转矩的变化与转速 的变化要异号,图示则为电动机的机械特性 曲线应是往下倾斜的。显然在图2.16（b） dTL / dn 0 dT / dn 0 中的A点， ，因此不 能稳定运行。
图2.14 他励直流电动机改 变电枢电压时的机械特性
3．减弱磁通时的人为机械特性 可以在励磁回路内串接电 阻R pf或降低励磁电压U f 来减弱 R pa 0 特 磁通，此时 U U N ， 性方程式为； UN Ra （2-10） n T 2 em Ce CeCT
由于磁通 的减少，使 得理想空载转速 n 0 和斜率 都增大，其特性曲线如图2.15 所图示。
2.3.1
机械特性方程式
图 2.11 是他励直流电动机的 电路原理图，他励直流电动机的 机械特性方程式，可由他励直流 电动机的基本方程式导出。由式 U Ea I a Ra 、 E a C e n 和 式 Tem CT I a 可求得机械特性方 程式;
←
U R n T C C C
U n C
0 e
图2.12 他励直流电动机的机械特性

他励直流电动机的机械特性

他励直流电动机的机械特性

他励直流电动机额定数据为：PN=29kW，UN=440V， IN =76.2A，nN=1050rpm，Ra=0.393。电动机拖动额定恒转距
负载工作，试计算：
（1）额定电压和额定励磁时，电枢串入2.5 电阻时的转速。
（2）额定励磁不串电阻时，电压U=220V时的转速。
（3）额定电压不串电阻时，磁通减少15％时的转速。
注意：他励（或并励）电 动机在运行时，励磁绕组绝对
不能断开。否则， If=0，电枢
电流迅速增大；若负载较小，
则会造成“飞车”事故。
例2-2 P43
0
TN
T
2
§2-3 他励直流电动机的机械特性
三、他励直流电动机的人为机械特性
1、电枢回路串电阻时的人为机械特性
n
UN Ce N
Ra R CeCM N
（4）额定电压、电枢串入2.5 电阻，并将磁通减少15％时
的转速。
解：
CeΦN
UN
IaN Ra nN
440
76.2 0.393 1050
0.3905
6
§2-3 他励直流电动机的机械特性
（1） Ia IaN 76.2 A
n U N (Ra RΩ )Ia 440 76.2 (0.393 2.5) 562 .3rpm
CeΦN
0.3905
（2） Ia IaN 76.2 A
n U Ra Ia 220 76.2 0.393 486 .7rpm
CeΦN
0.3905
（3） 由于： T CeΦN IaN CeΦI a 所以：
Ia
CeΦN IaN CeΦ
CeΦN IaN 0.85 CeΦN
89.65 A
CeΦ

《直流电机的工作原理及特性》PPT模板课件

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2．电磁转矩TM
电枢绕组中的电流和磁通相互作用，产生电磁力和 电磁转矩，其大小可用如下公式表示：
TKtIa
式中：T——电磁转矩（N·m）； Φ——对磁极的磁通（Wb）； Ia——电枢电流（A）； Kt——与电机结构有关的常数，Kt=9.55 Ke
3.2 直流他励电动机的机械特性
一、机械特性的一般形式
根据 0,n0、TN,nN
两点，就可作出他励直流电动机近似是机械特性曲线 nfT。
三、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。
1. 电枢回路中串接附加电阻时的人为特性 U U N , N
n
Rad
If
U
Ia M E
3．3 直流他励电动机的启动特性
nN △n
决于 Rf、 Uf的大小，当 Rf、 Uf
的大小一定时, If为定值，即磁
△T
通为定值。
0
TN T
n 理想空载点 n0
nN △n
1. 理想空载转速： T=0时的转速称为理想空
载转速，用n0表示。 根据机械特性可知：
U
△T
n0 Ke
0
TN T
2. 机械特性硬度
为了衡量机械特性的平直程度，引进一个机械特性
直流发电机和直流电动机的电磁转矩的作用是不同的
发电机的电磁转矩是阻转矩，它与电枢转动的方向或 原动机的驱动转矩的方向相反。因此，在等速转动时， 原动机的转矩T1必须与发电机的电磁转矩T及空载损耗 转矩T0相平衡。
电动机的电磁转矩是驱动转矩，它使电枢转动。因此， 电动机的电磁转矩TM必须与机械负载转矩TL及空载损 耗转矩T0相平衡。

他励直流电动机的机械特性

他励直流电动机的机械特性

一.能耗制动 1.他励电动机能耗制动电路图及电路特点 1.他励电动机能耗制动电路图及电路特点
他励电动机能耗制动电路原理( 他励电动机能耗制动电路原理(图9-18)
能耗制动时的机械特性为：
Ra + R B Tem = 0 − β Tem 2 C eCT Φ N
n=−
n
制动瞬间 工作点
电动机状态工 作点
启动时电枢电流过渡过程( 启动时电枢电流过渡过程(图9-12)
(7)结论 请看下表： 可以看出： 理论上，只有当时间 n 趋于无穷 时，转速才能达到稳态值 ，但实 际上，由于当 t =（3 ~ 4）TtM 时 ，系统转速已达到稳定运行转速 nz 的 95% ~ 98% 所以，一般可认为经过 3 ~ 4 个 时间常数，转速便达到稳定值， 过渡过程结束
任意给出两点如 T = 0（空载点）和 T = TN通过这两点得连线即为固有机 械特性 (二)人为机械特性的绘制 二 人为机械特性的绘制 各种人为机械特性的计算较为简单，把相应的参数值代入对应的人为机械 特性方程式即可。
四.电力拖动系统稳定运行的条件
我们的任务是什么？ 分析生产机械负载转矩特性与电动机的机械特性的配合问题 1.稳态时电动机电流由负载大小决定 1.稳态时电动机电流由负载大小决定 (1)转矩平衡 当他励电动机机械特性 n = f(T)为 3，恒转矩负载特性 n = f(TZ)为 1 因转矩 T 与 TZ 方向相反、大小相等而相互平衡 时，转速为某一稳定值，拖动系统处于稳态 (2)稳态运行 两个特性的交点 A ，转速都是 nA，电磁转矩 等于负载转矩（= TZ1） 交点A表明电力拖动系统的某一稳态运行点 (3)负载发生变化 如负载增大，负载转矩特性由 1 变为 2 。 转速开始时仍为 nA，电磁转矩 T 还是由 A 点决定,因为 T = TZ1< TZ2 所以 dn/dt < 0 ，系统进入动态减速过程 两种不同负载的n= 31，2—两种不同负载的n=f(TZ) 3- n=f(T) 两种不同负载的

他励直流电机的机械特性

他励直流电机的机械特性

他励直流电机的固有机械特性
转速特性：他励直流电动机的转速特性整理后得到 2N
T e S a N e N C C R R C U n Φ+-Φ=
（3-1）
图3-2 直流电机的工作原理图
忽略电枢反应的去磁效应，转速与负载电流按照线性关系变化，负载电流增加时，转速会下降。

转矩特性：当N U U =,fN I I =时，)(a em I f T =的关系叫转矩特性。

根据直流电机电磁转矩的公式
a N T em I C T Φ=
（3-2）
由此公式得出，忽略电枢反应情况下电磁转矩与电枢电流成正比，考虑电枢反应主磁通的下降，电磁转矩上升的速度比电流上升的速度要慢一些，曲线的斜率也会有下降。

效率特性 ：当N U U =,N I I f =时，)(a I f =η的关系较效率特性。

a
N a a I U I R P P P P P P 2021211+-=∑+∑-==η (3-3)
空载损耗
P是不随负载变化的，负载电流较小时效率较低，输入的功
率大部分消耗在空载损耗上；负载电流增大效率也会增大，输入的功率大部分消耗在机械的负载上，但当负载电流增大到一定的时候铜损快速增大，此时的效率开始变小。

他励直流电动机的机械特性

他励直流电动机的机械特性

当U、R、Φ为常数时，得他励直 流电动机的机械特性n=f(Mem)— 一条向下倾斜的直线
转速n随转矩Mem的增大而降低
M0 MN Mem
二、新课导入
利用机械特性和负载转矩特性，可以确 定电动机在拖动系统的稳定转速。
Байду номын сангаас
在一定条件下还可以利用机械特性和运 动方程来分析拖动系统的动态运动情况， 如转速、转矩及电流随时间的变化规律。
EN U N I N Ra Ce N nN nN
其中，IN、UN及nN为已知，Ra可实测或由经验公 式估算： 1 2 U N I N PN Ra ~ 2 2 3 I N
四、机械特性曲线的绘制
• 额定运行点（MN, nN）：
M N CMN I N 9.55CeN I N
CM——转矩常数
•R ——电枢电路总电阻，包括电枢电阻Ra和串联电阻RΩ •Ce——电动势常数
Ce pN / 60a
CM pN / 2 a
CM 9.55Ce
二、新课导入

电动机的机械特性：是指电动机的转速n与转矩M 的关系n=f(M)。 机械特性方程式：
U R n M em 2 Ce CeCM
2、人为机械特性的绘制
• 只要把相应的参数值代入相应的人为机械特性方 程式即可计算出来。
四、机械特性曲线的绘制
例：Z2 型他励直流电动机的铭牌数据如下，计算其机 r / min 械特性。 PN 22kW U N 220V I N 116A nN 1500
解
2 U N I N PN 2 220116 22000 Ra Ω 0.174Ω 2 2 3 IN 116 3

3他励直流电动机的机械特性

7
他励直流电动机的机械特性
步骤：
1）估算 R a :
Ra 2 U ( ~ ) 2 3 1
N
I N PN IN
2
2）计算 C e N 和 C T N : C e N
U N I N PN nN
C T N 9 . 55 C e N
3）计算理想空载点： em 0 , n 0 T
2、人为机械特性
当改变 U 或 R a或 得到的机械特性称为人为机械特性
3
他励直流电动机的机械特性
1）电枢串电阻时的人为特性
保持 U U N , N 不变，只在电枢回路中串入电 阻 R S 的人为特性： n
n U
N N
C e

Ra RS C eCT
2 N
n0
T em
Ra Ra RS
特点：（1）n0不变，β 变大； （2）RS越大，特性越软。
Tem4Biblioteka 他励直流电动机的机械特性2）降低电枢电压时的人为特性
保持 R R a , N 不变，只改变电枢电压 U 的人 为特性： n
n U C e
N

Ra C eCT
2 N
T em
n0 U
n 01 U1 U N
N
特点：（1）n0 随 U 变化； （2）U 不同，曲线是一组
U1
平行线。
Tem
5
他励直流电动机的机械特性
3）减弱励磁磁通时的人为特性
保持 R R a , U U N 不变，只改变励磁回路调节电 n 阻 R Sf 的人为特性： n 02
n U
N
C e

Ra C eCT

他励直流电动机的机械特性(4.20)


题解
解 : （ 1） E ＝ k e Φ N n N ，
UN I N Ra k eN nN
ktΦN＝9.55 keΦN
，代入下式
UN Ra n T 2 K eN K eK t N
即得固有机械特性方程式。
题 解（续）
（2）将Rad＝3，5，分别代入下式：
UN R a R ad n T 2 K eN K eK t N
三、 固有机械特性
固有机械特性：当他励电动机电压U＝UN，磁 通Φ＝ΦN，电枢没有串联电阻Rad＝0时，这一 机械特性称为固有机械特性:
UN Ra n M 2 Ce N CeCm N
人为机械特性：可用改变电动机参数的方法 获得，即机械特性三个变量中任有一个或一个 以上值非额定时得到的机械特性即为人为机械 特性。

Ra K eK t N
2
T
n0∝ U ，Δn不变。
特点和机械特性图
特点 人为机械特性是几 根平行线，它们低 于固有机械特性 1， 但与固有机械特性相 平行 机械特性图 改变电压时的人为 机械特性图如右图。
3. 减弱磁通时的人为机械特性
改变磁通实际上是减弱励磁。 此时电枢电压 U = UN，电枢不串联电阻(Rad=0), 电动机磁通Φ<ΦN 。 减弱磁通时人为机械特性方程式：
他励直流电动机正反转 时的固有机械特性
习题
已知某他励直流电动机的铭牌数据如下： PN＝7.5kW，UN=220V，nN=1500r/min， ηN＝88.5%。 试求该电机的额定电流和额定转矩。
题解
解： ∵ PN＝UNINηN , ∴ IN＝PN/(UNηN)＝¨¨¨＝38.5A； TN＝9.55PN/nN＝¨¨¨＝47.74N· m

直流电动机的机械特性PPT课件

nF n
I
F
16
2.2 直流电机的基本原理
4.直流电动机的基本关系
1）电磁力矩方程
+
U
Tem Cm Ia （2-1）
_
式中
pN
Cm 2 a
当磁场 一定时
电机转矩常数；
Tem Km Ia
式中 Km Cm —转矩系数；
第17页/共60页
IB
nF n
I
F
17
2.2 直流电机的基本原理
4.直流电动机的基本关系
+
U
应用：机电系统驱动控制
_
2）发电机原理
I，U 直流电机
T，n
应用：机电系统制动控制
+
U
电机：电 能 机械能，称可逆原理
_
第13页/共60页
IB
nF n
I
F
IB
n
I
T
n
13
2.2 直流电机的基本原理
4.直流电动机的基本关系
1）电磁力矩方程
+
电磁力定律： （左手定理）
U
_
载流导体在磁场中，受电磁力作用；
p p0 pCua pFe pm ps pCua
24
第24页/共60页
2.2 直流电机的基本原理
4.直流电动机的基本关系
5）功率平衡关系
他励电机稳态运行时的功率流程图
P1 P2 p
p pCua pFe pm ps
25
第25页/共60页
2.3 直流电动机的机械特性
2.3.1 他励电动机的机械特性
I
E
7
第7页/共60页
2.1 直流电机的基本结构及类型

他励直流电机的机械特性


定，负载确定电机的
电流与转速
7
他励直流电动机的功率关系
UIa EaIa Ia2Ra
T T2 T0
P1 PM pCua
PM P2 p0
P1 P2 pCua p0 P2 pCua pm pFe
p pCua pm pFe ps
n0

U
Ce
n0 T
直线！
: 理想空载转速
Ra R CeCT 2
:
机械特性的斜率
10
固有机械特性
U=UN，If=IfN, R=0 时的机械特性，也称自然
n T 机械特性
UN
CeN
Ra
CeCTN 2
11
特点：
• 电磁转矩越大，转速越低
• T=0：理想空载转速
+ U RL
-
N
n
T
正方向
Ia
Ea
T0
S
T1
原动机
1
1、他励直流发电机电压平衡关系式：
电枢回路： U Ea Ia Ra
+
U RL N
-
Ea Cen
n
T
T CtIa
U Ea Ia Ra Ia RL Ia
Ea
T0
S
励磁回路：
T1
U f I f rf f (I f , Ia )
PM T Ea Ia
机电能量转换！ 3
P1 PM p0 P2 p0 pcu P2 pm pFe pcu
p pcu pf pm pFe ps
效率： P2 P2
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他励直流电动机的机械特性
机械特性的曲线：
n
n0 n'0 nN
通常称 大的机 械特性为软特性， 小 的机械特性 为硬特性。
Tem T0 TN
他励直流电动机的机械特性
二、固有机械特性和人为机械特性 1、固有机械特性
当 U U N , N , R Ra 时的机械特性称为固有机械 特性：
U1 U N
U1
Tem
平行线。
他励直流电动机的机械特性
3）减弱励磁磁通时的人为特性
保持 R Ra ,U U N 不变，只改变励磁回路调节电 n 阻 RSf 的人为特性：
2 UN Ra n n T 01 em 2 Ce CeCT n0 1
特点：（1）弱磁，n0 增大； （2）弱磁，β 增大
UN Ra n T 2 em Ce N CeCT N
2、人为机械特性
当改变 U或
Ra或 得到的机械特性称为人为机械特性
他励直流电动机的机械特性
1）电枢串电阻时的人为特性
保持 U U N , N不变，只在电枢回路中串入电 阻 RS 的人为特性： n
n0 UN Ra RS n Tem 2 Ce N CeCT N
特点：（1）n0不变，β 变大； （2）RS越大，特性越软。
Ra
Ra RS
Tem
他励直流电动机的机械特性
2）降低电枢电压时的人为特性
保持 R Ra , N 不变，只改变电枢电压 U 的人 为特性： n
n
U Ce N
n0 Ra Tem 2 CeCT N n01
UN
特点：（1）n0 随 U 变化； （2）U 不同，曲线是一组
n02
N
Tem
TK2 TK1 TK
他励直流电动机的机械特性
三、机械特性的求取
1、固有机械特性（已知：PN ,U N , I N , nN 求两点：1）理想空载点：
）
(Tem 0, n n0 )
2）额定运行点：
(Tem TN , n nN )
他励直流电动机的机械特性
步骤：
1）估算 Ra :
U N I N PN 2）计算 Ce N 和CT N : Ce N nN CT N 9.55Ce N UN 3）计算理想空载点： Tem 0, n0 Ce N
4）计算额定工作点： TN CT N I N , n nN
1 2 U N I N PN Ra ( ~ ) 2 2机械特性的表达式 定义：在电动机的电枢电压、励磁电流、电枢 回路电阻为恒值条件下，电机的转速与 电磁转矩之间的关系： n f (Tem ) 由电机的电路原理图可得机械特性的表达式： U R n T 2 em Ce CeCT n0 Tem n0 n
他励直流电动机的机械特性
2、人为机械特性的求取
在固有机械特性方程 n n0 Tem 的基础上，根据人为特性所对应的参 数 RS 或 U 或 变化，重新计算 no 和 ，然后得（0, n0 ）、（TN , n ）。