3.3直流电动机的机械特性
U N − I N Ra 故 K eΦ N = nN (3) 求理想空载转速 求理想空载转速: UN n0 = 得 (0 , n0 ) K eΦ N (4) 求额定转矩 求额定转矩: PN PN TN = = 9.55 得 (TN , nN ) ϖN nN
根据 (0 , n0 )、(TN , nN ) 两点,就可作出他励直流电动机近似机械特性曲线 两点,就可作出他励直流电动机近似机械特性曲线 近似
电枢回路部分 U = E + I a Ra
励磁回路部分
式中: 式中 U ——外加电枢电压(V); 外加电枢电压( ); 外加电枢电压 感应电势( ) 感应电势 E ——感应电势(V); 电枢电流( ) 电枢电流 I a ——电枢电流(A); Ra ——电枢回路内阻( ) 电枢回路内阻( 电枢回路内阻
式中: 式中:η N =
PN UN IN Ia = I N
是额定运行条件下电动机的效率, 是额定运行条件下电动机的效率,且此时
故得
PN U N Ra = (0.5 ~ 0.75)(1 − ) UN IN IN
K (2) 求 eΦ N 额定运行条件下的反电势为: 额定运行条件下的反电势为: E N = K eΦ nN = U N − I N Ra
Ra K e K mΦ N
2
T
空载速度随着U的减小而减小; 空载速度随着 的减小而减小; 的减小而减小
特性硬度不变 由于电动机电枢绕组绝缘 耐压强度的限制, 耐压强度的限制 , 电枢电压只 允许在其额定值以下调节, 所 允许在其额定值以下调节 , 以 , 不同值的人为特性曲线均 在固有特性曲线之下。 在固有特性曲线之下。
(1) 估算电枢电阻 a 估算电枢电阻R 依据:电动机在额定负载下的铜耗 约占总损耗∑ 依据:电动机在额定负载下的铜耗Ia2Ra约占总损耗∑∆ PN的 50%~75%。 ~ 。
输入功率- Q ∑∆ PN=输入功率-输出功率 = U NI N − PN = U N I N − η NU N I N =(1 − η N )U N I N ∴ I a 2 Ra = (0.5 ~ 0.75)(1 − η N )U N I N
U n0 = K eΦ
2. 转速降落
R a n −n= T 2 0 K K Φ e m
3. 机械特性硬度 为了衡量机械特性的平直程度,引进一个机械特性硬度的概念, 为了衡量机械特性的平直程度,引进一个机械特性硬度的概念, 其定义为: 其定义为: dT ∆ T β= = × 100% dn ∆ n
即转矩变化与所引起的转速 变化的比值, 变化的比值,称为机械特性的硬 度。 值的不同, 根据β值的不同,可将电 动机机械特性分为三类。 动机机械特性分为三类。
随着电阻的增加,转速降落增加; 随着电阻的增加,转速降落增加; 特性变软
2. 改变电枢电压 时的人为特性 (Φ = Φ N , Rad = 0 ) 改变电枢电压U时的人为特性
UN Ra T 把n = − 2 K eΦ N K e K mΦ N
转速降落不变; 转速降落不变;
与n =
U K eΦ N
−
3.改变磁通Φ 时的人为特性 (U = U N , Rad = 0) .
UN Ra UN Ra T 与n = 把n = − T − 2 2 K eΦ N K e K mΦ N K eΦ K e K mΦ 理想空载转速随磁通的改变而变化; 理想空载转速随磁通的改变而变化;
转速降随磁通的改变而变化。 转速降随磁通的改变而变化。 特性变软
电压平衡方程式为: 电压平衡方程式为:U = E + I ( R + R ) N a a ad 得到的人为机械特性方程式为: 得到的人为机械特性方程式为: = U N − Ra + Rad T n 2 K eΦ N K e K mΦ N
UN Ra + Rad UN Ra T T 与n = − 把n = − 2 2 K eΦ N K e K mΦ N K eΦ N K e K mΦ N 空载速度不变; 空载速度不变;
3.3 直流他励电动机的机械特性 . 一、机械特性的一般形式 电动机的机械特性指的是转速与电磁转矩之间的关系。 电动机的机械特性指的是转速与电磁转矩之间的关系。 转速与电磁转矩之间的关系 不同励磁方式的电动机,其运行特性也不尽相同, 不同励磁方式的电动机,其运行特性也不尽相同,下面主要介 绍在调速系统中应用的较广泛的他励电动机的机械特性。 绍在调速系统中应用的较广泛的他励电动机的机械特性。 如图所示为直流他励电动机的原理电路图。 如图所示为直流他励电动限制, 由于励磁线圈发热和电动机磁饱和的限制,电动机的励磁电流 和它对应的磁通只能在低于其额定值的范围内调节; 磁通只能在低于其额定值的范围内调节 和它对应的磁通只能在低于其额定值的范围内调节; 当磁通过分削弱后: 当磁通过分削弱后: (1)如果负载转矩不变,将使电动机电流大大增加而严重过载; )如果负载转矩不变,将使电动机电流大大增加而严重过载; (2)当Φ=0时,从理论上说,空载时电动机速度趋近∞ ,通常 ) 时 从理论上说,空载时电动机速度趋近∞ 称为“飞车”; 称为“飞车” 当电动机轴上的负载转矩大于电磁转矩时,电动机不能启动, 当电动机轴上的负载转矩大于电磁转矩时,电动机不能启动, 电枢电流为I 长时间的大电流会烧坏电枢绕组。 电枢电流为 st,长时间的大电流会烧坏电枢绕组。 因此,直流他励电动机启动前必须先加励磁电流, 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 决不允许励磁电路断开或励磁电流为零,为此, 机在使用中,一般都设有“失磁”保护。 机在使用中,一般都设有“失磁”保护。
励磁电流I 励磁电流 f的大小与电枢电流 Ia的 大小无关,它的大小只取决于 Rf、 大小无关, Uf的大小,当 Rf、 Uf的大小一定 的大小, 为定值, 为定值。 时, If为定值,即磁通Φ为定值。 对应的机械特性如图所示: 对应的机械特性如图所示:
理想空载点
1. 理想空载转速: 理想空载转速: T=0时的转速称为理想空载转 时的转速称为理想空载转 表示。 速,用n0表示。 根据机械特性可知: 根据机械特性可知:
T ∵ E = K eΦ n、 = K mΦ I a ∴U = K eΦ n + I a Ra Ra U I a ……转速特性 − 即: n = 转速特性 K eΦ K eΦ
Ra U n= T ……机械特性 − 机械特性 2 K eΦ K e K mΦ 由他励电动机的特性可知: 由他励电动机的特性可知:
直流他励电动机固有机械特性曲线可根据电动机的铭牌数据求 出(0,n0 )和(TN, nN)即可绘出固有的近似的机械特性。 即可绘出固有的近似的机械特性。 和 即可绘出固有的近似的机械特性 通常直流电动机铭牌上给出额定功率P 通常直流电动机铭牌上给出额定功率 N 、额定电压 UN 、额 定电流IN和额定转速 nN。 定电流 固有机械特性的计算步骤如下。 固有机械特性的计算步骤如下。
n = f (T )。
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 人为机械特性是指人为地改变电动机电枢外加电压 和励磁磁 的大小以及电枢回路串接附加电阻R 通Φ的大小以及电枢回路串接附加电阻 ad所得到的机械特性。 的大小以及电枢回路串接附加电阻 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 ,Φ = Φ N )
dT ∆ T β= = × 100% dn ∆ n
→∞:交流同步电动机 (1)绝对硬特性β→∞ 交流同步电动机 ) (3)软特性β<10 :直流串励电动机 )
(2)硬特性β>10:直流他励电动机、交流异步电动机曲线上部 ) :直流他励电动机、
二、固有机械特性 直流他励电动机的固有机械特性指的是在额定条件( 直流他励电动机的固有机械特性指的是在额定条件(额定电压 UN和额定磁通 ΦN )下和电枢电路内不外接任何电阻时的 n=f(T) 下和电枢电路内不外接任何电阻时的 即: UN Ra n= T 是一条直线。 − 是一条直线。 2 K eΦ N K e K mΦ N