直流电动机的电力拖动
这类负载的特点是：不仅负载转矩的大小 （2） 位能性恒转矩负载 恒定不变，而且负载转矩的方向也不变。属 于这一类的负载有起重机的提升机构
直流电动机的电力拖动
负载转矩是由重力作用产生的，无论起重机 是提升重物还是下放重物，重力作用方向始终不 变。图b为对应的机械特性曲线，显然位能性恒 转矩负载特性位于第一与第四象限内。
β为机械特性的斜率
直流电动机的电力拖动
（一）固有机械特性 二、固有机械特性和人为机械特性 他励直流电动机的固有机械特性是指：在电源电压 U=UN，气隙磁通Ф=ФN，电枢外串电阻Rs=0时，n=ƒ(T)的 机械特性，其数学表达式为：
UN Ra n T n0 N T n0 n N 2 Ce N Ce CT N
一、机械特性方程
直流电动机的电力拖动
以他励电动机为例，电动 机的电压方程
将电枢电动势和电磁转矩的 公式代入
U Ea RIa
Ea Cen
T CTIa
U R n T n 0 T n 0 n 2 Ce Ce CT
n0称为理想空载转速(T0=0)
实际空载转速 n0 U R T0 2 Ce CeCT
本章主要分析直流电机拖动系 统的运动方程、机械特性、启动、 调速及制动的原理及方法。
第二章 直流电动机的电力拖动
第一节 电力拖动系统的动力学基础 电力拖动系统是指由各种电动机作为原动 机，拖动各种生产机械，完成一定生产任务 电源 的系统。
控制设备 电动机 传动和工作机构
直流电动机的电力拖动
一、单轴电力拖动系统的运动方程式 最简单的电力拖动系统是电动机转轴与生产 机械的工作机构直接相连，称为单轴电力拖动 系统
式中
Ra N 2 Ce CT N
称为斜率，ΔnN为额定负载时的转速 降。
GD dn T - TL 375 dt
2
行的稳态 （T-TL）>0 系统处于加速运行 过程 （T-TL）<0 系统处于减速运行 过程
在电力拖动系统中，由于生产机械负载类型的 不同，电动机的运行状态也发生变化。即电动机 的电磁转矩并不都是驱动性质的转矩，生产机械 的负载转矩也并不都是阻转矩，它们的大小和方 向都可能随系统运行状态的不同而发生变化。
直流电动机的电力拖动
2n 60 GD J m g 4
2 2
G：系统转动部分的重量，N
m：系统转动部分的质量，Kg
：系统转动部分的转动半径，m
D ：系统转动部分的转动直径，m
g ：重力加速度=9.8m/s2
直流电动机的电力拖动
（T-TL）为动转矩
（T-TL）=0 系统处于恒转速运
规定电动机处于电动状态时的旋转方向为转速 n的正方向。电动机的电磁转矩T与转速n的正方 向相同时为正，相反时为负；负载转矩TL与转速 n的正方向相反时为正，相同时为负； d 的正负 由T和TL的代数和决定。 d
n t
直流电动机的电力拖动
直流电动机的电力拖动
实际的拖动系统，电动机和工作机构之间 由若干级传动齿轮或其他传动机件联接。这 样通过一套传动机构，才能使电动机的转速n 变换成工作机构所需要的转速nL，这种系统 我们称为多轴系统。
课程介绍
课程性质：本课程是电气类专业的技术基础课， 是一门既有基础性又有专业性的课程。
课程任务：掌握电机基本结构和工作原理，以 及 拖动系统的运行性能、分析计算、电机选择 及试验方法，培养在电机及电力拖动方面分 析和解决问题的能力，为今后学习和工作打 下坚实的基础。
第二章 直流电动机的电力拖动
主要内容
（a）实际的多轴系统；（b）等效的单轴系统
直流电动机的电力拖动
多轴系统由于电机的转速和生产机械 的转速不同，需通过折算来分析。同样 平移机械和升降机械也需折算来解决。 电气传动系统转速是在一定范围内变 化的，要解决整个生产过程中的速度问 题，必须要了解负载的机械特性，同时 要考虑电动机的机械特性与负载的机械 特性的稳定性关系。
直流电动机的电力拖动
（1）这类负载的特点是：负载转矩的大小恒定不变， 反抗性恒转矩负载
而负载转矩的方向总是与转速的方向相反，即负载 转矩始终是阻碍运动的。
直流电动机的力拖动
桥式起重机的行走机构的行走车轮，在轨 道上的摩擦力总是和运动方向相反的。b图为对 应的机械特性曲线，显然，反抗性恒转矩负载 特性位于第一和第三象限内。
直流电动机的电力拖动
（二） 恒功率负载特性 恒功率负载的特点是：负载转矩与转速
的乘积为一常数 ,成反比。
2 PL J L J L n 常数 60 JL与n成反比 ，机械 特性是一条双曲线
直流电动机的电力拖动
（三） 转矩随转速而变的其它负载特性 负载转矩与转速的平方成正比，即
TL∝kn² ，其中k是比例常数。负载特性是一 条抛物线 。
直流电动机的电力拖动
二、生产机械的负载特性 负载的机械特性就是生产机械的负载
特性。它表示同一转轴上转速与负载转矩之 间的函数关系，即n=f (TL)。
直流电动机的电力拖动
（一） 恒转矩负载特性 它的机械特性的特点是：负载转矩 TL
的大小与转速n无关，即当转速变化时，负 载转矩保持常数。根据负载转矩的方向是否 与转向有关，恒转矩负载又分为反抗性恒转 矩负载和位能性恒转矩负载两种。
电动机
T
TL
生产机 械
T：电磁转矩
TL：负载转矩
直流电动机的电力拖动
单轴电气传动的动力学方程式为：
d T：电磁转矩； TL：负载转矩,N.m T - TL J dt
J：电动机轴上的总转动惯量，kg.m2 ：电动机角速度,rad/s 在工程计算中,常用n代替表示系统速度, 用飞轮力矩GD2代替J表示系统机械惯性。
实际的负载转矩特性往 往是几种典型特性的综 合。如实际的鼓风机除 了主要是通风机负载特 性外，轴上还有一定的 摩擦转矩。
直流电动机的电力拖动
直流电动机的机械特性是指电动机在电枢电 第二节 他励直流电动机的机械特性 压，励磁电流、电枢回路电阻为恒定值的条件下， 即电动机处于稳定运行时，电动机的转速n与电 磁转矩T之间的关系：n=f(T)。