电机学 Electric machinery
3.1 电力拖动系统的运动方程式和负载转矩特性
❖ 1.运动方程式
+
U
-
J
d
dt
Tem
TL
❖ 转动惯量：
J GD2 mD2 4g 4
M
Tem n
TL
图3.1.1 电动机与工作机构
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❖ 2.负载的转矩特性 ❖ a.恒转矩负载
n n
o
TL
o
TL
3.1.2 反抗性恒转矩负载特性
图3. 1. 3 位能性恒转矩负载特性
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0
T
图3. 2. 4
电动机不同电压机械特性
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❖ 减弱励磁磁通时的人为特性：
❖ 当 U UN R Ra 只减弱励磁磁通
n
UN Ce
Ra Ce
Ia
n
n02 2 n01 1 2 1 N
第3章 直流电动机的电力拖动基础
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❖ 电力拖动的定义：用各种电动机作为原动机拖动生产机械， 产生运动，电力拖动也称为电力传动。直流电力拖动是由直 流电动机来实现的。
电源
控制设备
电动机
工作机构
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根据运动方程，系统的旋转运动有三种状态：
Tem
TL
GD2 375
dn dt
1.
dn Tem TL , dt 0
静止或匀速，稳态
2.
Tem
TL ,
dn dt
0
加速，动态过程
3.
Tem
TL ,
dn dt
0
减速，动态过程
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❖ 当U、R、为常数时，他励直流电动机的机械特性是一条 以 为斜率向下倾斜的直线，
n
❖ 实际空载转速：
n' 0
U Ce
R CeCT 2
T0
n0 n0/
nN
❖ 略低于理想空载转速 n0
T0 图3.2.2
TN
Tem
他励直流电动机的机械特性
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❖ 降低电枢电压时的人为特性： ❖ 当 N R Ra 只降低电枢电压 U
U n
Ce N
Ra
CeCT 2N
Tem
n
n01
n02
UN
n03
U2
U3
UN >U2 > U3
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❖ 2.固有机械特性和人为机械特性
❖ （1）固有机械特性：当 N U UN
❖
n
UN CeN
Ra CeCT 2 N
Tem
❖ 为固有机械特性。
R Ra
❖ （2）人为机械特性 ❖ 电枢串电阻、降压、弱磁三种形式
Байду номын сангаас
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❖ 根据电压方程： ❖ 推导出：
U Ea RIa Cen RIa
n
U Ce
R CeCT 2
Tem
n0
Tem
n0
n
❖ 即为电动机的机械特性。也可变换成：
UR n Ce Ce Ia
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n
n02 2 n01 1 2 1 N
n0 N
n0 N
0 IN
IK
Ia
（a） 转速特性
0
TN
T T K 2 K1 T K
T em
（b） 转矩特性
图3.2.5 减弱磁通时的人为特性
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2.6.1 电力拖动稳定运行的条件
➢稳定运行的定义：
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❖ 电枢串电阻人为特性： ❖ 当 N U U N 在电枢回路中串入调节电阻 R s
n U Ce N
Ra Rs CeCT 2N
Tem
n
n0
Ra( 固有)
Ra+ Rs1
Rs1< Rs2
Ra+ Rs2
0
T
3. 2. 3 电动机电枢回路串电阻机械特性
m
O
TA
TL
稳定运行时机组的机械特性
➢稳定运行条件 n
nA+n nA
nA-n
n=f(T L) n=f(T em)
B
O
TL
不稳定运行时机组的机械特性
➢稳定运行条件
当机组n>0时，有T=Tem-TL<0，使机组速度自行下降；当 机组n<0时，有T=Tem-TL>0，使机组速度自行上升；即可使 机组稳定运行。
电机与生产机械组成的拖动机组已运行于某一转速，若外界 短时扰动（负载突变）使转速产生的变化在扰动消失后能随之 消失，即机组能自行恢复到原来的速度，则称机组的运行是稳 定的，否则为 不稳定运行。
➢稳定运行条件
n
nA+n nA
nA-n
Tem e
TL n=f(T L)
d A
n=f(Tem)
T'L T'e
❖ b.恒功率负载
n
图3. 1. 4
TL 恒功率负载特性
c.泵类、风机负载
n 1 2
o
TL0
TL
图3. 1. 5 泵与风机负载特性
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3.2 他励直流电动机的机械特性
❖ 1.机械特性的表达式
dTem dTL dn dn
即负载机械特性曲线的切线斜率要大于电动机机械特性曲线 的切线斜率。
3.3 他励直流电动机的起动
➢电动机起动问题的引出
机械系统：电动机产生足够大的电磁转矩克服机组的静止摩擦
转矩、惯性转矩以及负载转矩。 Tst CTIst
电气系统：起动瞬间n=0，E=0，Ra很小，因此起动电流很大。
Ia
U E Ra
U Ra
Ist
起动电流大将导致：电网电压突然降低；电机本身遭受巨大电 磁力的冲击。因此，电动机起动时限制起动电流非常必要。
2.6.2 直流电机的起动
➢电动机起动方法
直接起动：只限于小容量电动机。 电枢回路串电阻起动：通过增大电枢回路电阻达到降低起动电流 的目的，完成起动后将起动电阻切除。 降压起动：抑制起动电流最为有效，同时可节约能量。