第2章 直流电机的建模与特性--2011

《Power System Analysis》
发电机端电压的表达式
以A相为例,在dq坐标系下
jEq
空载端 电压
( I d ) xd j
d轴电流产 生的电压
( jI q ) xq j
q轴电流产 生的电压
U jU jE I x I x j U d q q q q d d I x j-I x jEq U d d q q
xd 与 xq
I d
) Flux( I d
I q
与转子同方向
) Flux( I q
因此
1 xd ld 1 xq lq
d轴系统中磁 力线等效路径 q轴系统中磁力 线等效路径
《Power System Analysis》
xd 与 xq
ld lq
xd xq
对于隐极发电机，由于转子为圆柱 形，气隙相等，所以xd=xq。 对于凸极电机，由于转子有明显的 凸出的磁极，气隙不等，所以xd≠xq， 并且一般而言xd>xq 。
H A H cos(t ) H B H cos(t 120) H C H cos(t 120)
投影到黑线所在的直线上
iC(t)
HC
iA(t)
H Ablackline H A cos(0 - t ) H cos(t ) cos(t ) H Bblackline H B cos(120 t ) H cos(t 120) cos(t 120) H Cblackline H C cos(240 t ) H cos(t 120) cos(t 120)
jEq (U d jU q ) jxd ( I d jI q ) (U d xd I q ) j (U q I d xd )

4
直 流 电 机
交 流 电 机
—电机与电力拖动—
变压器 动力类 电机 控制电机 直电机 交流电机电动机 发电机 异步电机 同步电机 电动机 发电机 电动机
自动控制系统 中的执行元件 、检测元件
2013-7-4 电机与电力拖动
发电机
5
—电机与电力拖动—
2013-7-4
电机与电力拖动
6
电力拖动系统
2013-7-4 电机与电力拖动 22
—电机与电力拖动—
铁磁材料可分为：软磁材料和硬磁材料 4、软磁材料
μ高， Br小， Hc小，磁滞回线窄而长，如：电工硅钢
片、铸铁、铸钢等，制造电机、变压器的铁心。
2013-7-4 电机与电力拖动 23
—电机与电力拖动—
5、硬磁材料
μ不高，Br大， Hc大，磁滞回线宽而胖，制造永久磁铁， 如：铝镍钴、铁氧体、稀土钴、钕铁硼等。
eBA
33
—电机与电力拖动—
eBA
2013-7-4
电机与电力拖动
34
—电机与电力拖动—
• 直流电机的可逆性： • 一台直流电机原则上既可以作为电动机运 行，也可以作为发电机运行，只是外界条件不同 而已。如果用原动机拖动电枢恒速旋转，就可以 从电刷端引出直流电动势而作为直流电源对负载 供电；如果在电刷端外加直流电压，则电动机就 可以带动轴上的机械负载旋转，从而把电能转变 成机械能。这种同一台电机能作电动机或作发电 机运行的原理，在电机理论中称为可逆原理。
电机与电力拖动 27
2013-7-4
—电机与电力拖动—
1.1 直流电机的用途及基本工作原理
• 1.1.1直流电机的用途
直流电机分为直流电动机和直流发电机。直流电动机的应 用场合很多，这是因为直流电动机的起动性能和调速性能好， 过载能力大，易于控制。

2.1 他励直流电动机的机械特性
1、定义: 当 Ua、Ra、If = 常数时： n = f (T ) —— 机械特性
2、机械特性方程式推导
n=
Ua CEΦ
－
Ra CECTΦ2
T
= n0－β T = n0－△n
理想空 载转速
24.05.2020
＋ Ia T TL ＋
Ua E M
Uf
－
n
－
河南理工大学电气学院
N·m = 509.55 N·m
CTΦ =
TN = IaN
509.55 210
=
2.426
CEΦ =
2 60
CTΦ
=
6.28 60
×2.426 = 0.254
n0 =
UaN CEΦ
=
220 0.254
r/min = 866.25 r/min
连接 n0 和 N ( TN，nN ) 两点即可得到固有特性。
② 起切电流（转矩）比：
=
I1 I2
③ 求出电枢电路电阻 Ra
Ra=
UaN IaN 2 Ia2N
－PN
24.05.2020
河南理工大学电气学院
④求出起动时的电枢总电阻 Rm
Rm =
UaN I1
⑤ 确定起动级数 m
m=
lg
Rm Ra
lg
24.05.2020
河南理工大学电气学院
nb2 = nc1 即：Eb2 = Ec1
24.05.2020
河南理工大学电气学院
2.2 他励直流电动机的起动
起动性能
① 起动电流 Ist ② 起动转矩 Tst。 直接起动
起动瞬间： n = 0，E = 0，对于他励电机

[例9-1 ] 一台Z2 型他励直流电动机的铭牌数据为：PN 22kW UN 220V IN 116A nN150r/0min
试计算其机械特性。
解
R a3 2 U N II N N 2 P N 3 2 2 2 1 10 1 2 1 26 6 2Ω 0 0 .0 1Ω 0 74
C e N U N n N IN R a 22 1 10 1 5 0 .1 6 07 V 04/( r0 ./1 m V 3i3 /n ()r
起动开始时降低端电压 使 Ist＝(1.5 ～ 2.0)IN,
Tst=(1.5～2.0）TN。
随着转速的上升，逐步提高电枢电压，并使电枢电流限制 在一定范围内。
14.05.2020
26
降低电源电压起动
调 压 电 源
14.05.2020
27
2、电枢回路串电阻起动
将启动电阻串入电枢回路，带转速上升后，逐步 将起动电阻切除。
理想空载点
n0
UN
Ce N
其中
IN，UN及nN为已知，Ra 可以估算
CeNE nN NUN nN INRa
Ra 12~32UNIINN 2PN
额定运行点
TNCTNIN
14.05.2020
15
（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，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。
w f d
b
g e
c
14.05.2020
a
28
二、起动电阻的计算
各级起动电阻的计算，以起动过程中最大起动转矩
T1和切换转矩T2不变为原则：
I1 1.5 ~ 2IN I2 1.1 ~ 1.2IN
注意在切换起动电阻的瞬间，电机转速不变！即切换 瞬间的电枢电势不变，切换两点的电压降相等。