直流电机4 阎治安.ppt

* * 第 4 章?? 直流电动机 DC Motor 本章介绍直流电动机的启动、调速和制动方面的知识,同时涉及特性。 4-1???? 直流电动机的起动 (Starting) 一、起动过程及其要求 电动机绕组加电源后，转速从0上升到稳态转速的过程称为起动过程。 合闸瞬间的启动电流很大，可达 (10~20)IN ,因为 这样大的启动电流会引起电机换向困难，并使供电线路产生很大的压降。因此必须采取适当的措施限制启动电流。 系统对启动的要求： （1）启动电流要限制在安全范围内；（2）启动转矩足够大；（3）启动设备要简单便可靠。 二、直流电动机的起动方法 1. 电枢回路串电阻启动 最初起动电流：Ist =U / ( Ra+ Rst ) 最初起动转矩：Tst=CT Φ Ist 为了在限定的电流Ist下获得较大的启动转矩Tst，应该使磁通Φ尽可能大些，因此启动时串联在励磁回路的电阻应全部切除。 有了一定的转速n后，电势Ea不再为0，电流 Ist 会逐步减小，转矩Tst也会逐步减小。 为了在启动过程中始终保持足够大的启动转矩，一般将起动器设计为多级，随着转速n的增大，串在电枢回路的启动电阻Rst逐级切除，进入稳态后全部切除。启动电阻Rst一般设计为短时运行方式。 2. 他励电动机降压起动 对他励电动机，可采用专门设备降低电枢回路的电压以减小启动电流。 串励与复励电动机起动方法基本上与并励电动机相同，即采用电枢回路 串电阻的方法减小启动电流。串励电动机绝对不允许空载启动。（下） 串电阻启动设备简单，投资小，但启动电阻上要消耗能量；电枢降压启动设备投资较大，但起动过程节能。 4-2 他励直流电动机工作特性 工作特性定义：U=UN ，If = IfN ，电枢回路不串电阻的情况下，负载P2变化时，电机的转速n、转矩T、效率η分别随输出功率 P2 变化的关系曲线。 一、转速特性 n = f (P2) 影响转速 n 的因素有二：（1）电流Ia增大时电枢电阻压将IaRa也增大，使转速趋于下降；（2）电流增大时，电枢反应的去磁作用使得磁通Φ下降，使转速趋于上升。 一般电阻压降的影响较大，所以随着电流的增大，电动机转速降低。由于电阻Ra的值很小，所以转速下降比较平缓。电流增大，电压恒定时意味着P2增大，所以n = f(P2)是一条较平的下降曲线（硬特性）。 二、转矩特性 T = f ( P2 ) 他励直流电动机在负载变化时， 转速变化很小，可以近似认为 T0 = 常数。 如果不考虑转速的变化，则T = f (P2)为一条直线，考虑到转速略有下降，所以T =f (P2) 为一条略微上翘的曲线。 三、效率特性 η = f ( P2 ) 可以根据本教材2.3.2小节介绍的方法计算。 4-3?? 他励直流电动机机械特性 机械特性定义：n = f ( T )是指U=UN，If = IfN 时，改变负载的过程中，转速n随电磁转矩T 变化的函数关系。 一、机械特性方程式 n=f ( T ) 用电枢回路总电阻考虑电刷接触压降。 n0L =U/(CeΦ) 为理想空载转速， β = (Ra+Rp ) / (CeCTΦ2) 为斜率。 二、固有机械特性 n = f ( T ) U =UN , Φ=ΦN , Rp= 0 时的机械特性 称为 固有机械特性。其方程为 由于Ra很小，转矩T增大时，n下降很小，他励电动机的固有机械特性是一条比较平的下降曲线。（即属硬特性） 三、人为（人工）机械特性 n = f (T ) 改变三个量U、Φ、Rp之一而其他量不变 时可以得到人为机械特性。 （1）电枢回路串电阻时的人为机械特性 对应于不同的Rp可以得到一簇斜率不同的曲线。 （2）改变电枢电压(UUN)的人为机械特性 斜率不变，理想空载转速 n0 不同的一簇平行线。 （3）减少电动机气隙磁通的人为机械特性 Φ减少时，n0L增大同时β增大。 4-4?? 串励直流电动机的机械特性 串励电动机的励磁绕组与电枢绕组串联，所以Ra是电枢绕组与串励绕组电阻之和且串励电流 I = Ia，故 令Φ= K I , 可得T=CTΦIa=CT K Ia2, 电压不变时，n 与 成反比当负载转矩 增大时，转速n下降很快 (软特性) 。 上述结论是在负载较小、电流较小电机 不饱和的情况下得出的。 当电流增加到一定程度时，磁路饱和，变化甚微，n = f( T ) 变成斜率不大（特性变硬）的曲线。 当负载转矩很小时，T 也很小，n 会达到危险的高值，所以串励电动机不允许空载启动和运行。 同样大的起动电流时，串励电动机能产生更大的启动转矩，常用于