直流電機機械特性和動力學(xué)基礎(chǔ)

電機學(xué)教案，太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com1直流電機的機械特性和動力學(xué)基礎(chǔ)

直流發(fā)電機的運行特性直流電動機的工作特性直流電動機的機械特性電力拖動系統(tǒng)介紹電力拖動系統(tǒng)負載分類電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行分析第1頁/共29頁第一頁，共30頁。電機學(xué)教案，太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com2直流發(fā)電機的運行特性

直流發(fā)電機的四個基本物理量：U、IL、If、n。（n由原動機拖動，保持不變）

運行特性：在U、IL、If

之間，保證其中一個量不變，另外兩個物理量之間的函數(shù)關(guān)系。這樣就可以找出電機在工作的過程中所展現(xiàn)的某些特性，并將這些特性用曲線的形式進行表示。主要有：

外特性、負載特性、調(diào)節(jié)特性1、負載特性指當n=常數(shù)且IL=常數(shù)時，U=f(If)的關(guān)系，其中當IL=0時的特性U0=f(If)稱為發(fā)電機的空載特性。第2頁/共29頁第二頁，共30頁。電機學(xué)教案，太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com32、外特性指當n=常數(shù)且If=常數(shù)或Rf=常數(shù)時，U=f(IL)的關(guān)系。3、調(diào)節(jié)特性指當n=常數(shù)且U=常數(shù)時，If=f(IL)的關(guān)系。4、效率曲線下面進行詳細的幾種主要特性的介紹：直流發(fā)電機的運行特性第3頁/共29頁第三頁，共30頁。電機學(xué)教案，太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com4(一)空載運行當n=nN

時，勵磁繞組端加上勵磁電壓Uf，調(diào)節(jié)勵磁電流If0

，使發(fā)電機空載端電壓U0=（1.1-1.3）UN

，然后再使If0

逐步降到零，這樣測得的空載端電壓U0

和勵磁電流If0

關(guān)系，即為他勵發(fā)電機空載運行時特性曲線U0=f(If0)直流發(fā)電機的運行特性第4頁/共29頁第四頁，共30頁。電機學(xué)教案，太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com5他勵直流發(fā)電機的空載特性的實驗條件，如圖所示：直流發(fā)電機的運行特性第5頁/共29頁第五頁，共30頁。電機學(xué)教案，太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com6空載時，n等于常數(shù)空載特性實質(zhì)即為磁化曲線確定磁路和運行點的飽和程度調(diào)節(jié)rIf單調(diào)增長U=1.1~1.3UNIf單調(diào)減小至0If反向單調(diào)增長U=－（1.1~1.3）UNIf單調(diào)減小至0直流發(fā)電機的運行特性第6頁/共29頁第六頁，共30頁。電機學(xué)教案，太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com7分析特性：1）由于鐵磁材料的磁滯現(xiàn)象，使測得的曲線是一閉合的回線。2）由于電機有剩磁，使得時仍有一個很低的電壓，稱之為剩磁電壓，其值約為的２％～４%。實際使用時，一般取回線的平均值（如圖中的虛線所示）作為空載特性。3）空載特性與電機的磁化曲線形狀相似，只差一個比例常數(shù)。直流發(fā)電機的運行特性第7頁/共29頁第七頁，共30頁。電機學(xué)教案，太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com84）空載特性與勵磁方式無關(guān)，因此并勵發(fā)電機的空載特性也可以用上述方法求取，他勵直流發(fā)電機的空載特性是直流電機最基本的特性曲線。（二）、他勵直流發(fā)電機的外特性：實驗條件：使發(fā)電機接上負載，當原動機保持，調(diào)節(jié)使之不變，然后改變負載使從零增加到，讀取、U之值，即得到外特性曲線，如圖所示。電流增大時，端電壓下降，其原因有兩個：直流發(fā)電機的運行特性第8頁/共29頁第八頁，共30頁。電機學(xué)教案，太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com9⑴負載增大時，電樞反映的去磁作用增強，使每極磁通量減小，從而使電樞電動勢減?、齐姌谢芈冯娮枭系膲航惦S電流增大而增大，從而使端電壓下降（繞組的電阻壓降和電刷的接觸壓降）。他勵并勵直流發(fā)電機的運行特性第9頁/共29頁第九頁，共30頁。電機學(xué)教案，太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com10

而我們發(fā)現(xiàn)并勵方式下，端電壓下降的更快一些：負載增大時，電樞反應(yīng)的去磁作用增強，使每極磁通量減小，這樣不僅影響了電樞電動勢，使端電壓下降，同時端電壓的下降進一不也影響了勵磁電流使之減小，這樣一來，又使得的電樞電動勢雙重減小，所以，并勵下降的更快一些。

設(shè)U0為空載時的端電壓，UN為額定時的端電壓，由外特性上找出這兩個特殊點，定義額定時的電壓變化率或稱電壓調(diào)整率。直流發(fā)電機的運行特性第10頁/共29頁第十頁，共30頁。電機學(xué)教案，太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com11三、調(diào)節(jié)特性定義：當、時，調(diào)節(jié)特性曲線如圖所示

由曲線可見，在負載電流變化時，若保持端電壓不變，必須改變勵磁電流，補償電樞反應(yīng)及電樞回路電阻壓降對對輸出端電壓的影響。直流發(fā)電機的運行特性第11頁/共29頁第十一頁，共30頁。電機學(xué)教案，太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com12直流電動機的工作特性工作特性速率特性：n＝f(P2)轉(zhuǎn)矩特性：T＝f(P2)效率特性：η＝f(P2)機械特性（重點）n=f(T)運行特性與電動機的勵磁方式有很大的關(guān)系。以下分他勵、并勵分別介紹…電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運行條件第12頁/共29頁第十二頁，共30頁。電機學(xué)教案，太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com13他勵電動機的工作特性前提：U=UN，If=IfN(Rf=C)；分析：n,T,η=f(P2)n0n=f(P2)T0T=f(P2)T2=f(P2)P2O勵磁回路不允許斷開！η=f(P2)第13頁/共29頁第十三頁，共30頁。電機學(xué)教案，太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com14他勵（并勵）電動機的機械特性我們以他勵為例進行說明，如圖所示：一、機械特性的表達式定義：在電動機的電樞電壓、勵磁電流、電樞回路電阻為恒值條件下，電機的轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系：第14頁/共29頁第十四頁，共30頁。電機學(xué)教案，太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com15根據(jù)方程式組：可知：即：其中，他勵（并勵）電動機的機械特性前提：U=UN，Rf=C；分析：n＝f(T)第15頁/共29頁第十五頁，共30頁。電機學(xué)教案，太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com16n0：理想空載轉(zhuǎn)速,即T=0時的轉(zhuǎn)速。（實際工作時,由于有空載損耗，電機的T不會為0。）根據(jù)n-T公式畫出特性曲線n0nNTNTnn

當T時n

，但由于他勵電動機的電樞電阻Ra很小，所以在負載變化時，轉(zhuǎn)速n的變化不大，屬硬機械特性。他勵（并勵）電動機的機械特性第16頁/共29頁第十六頁，共30頁。電機學(xué)教案，太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com17固有機械特性分析：1、電磁轉(zhuǎn)矩越大，轉(zhuǎn)速越低，機械特性是一條下斜直線；2、當轉(zhuǎn)矩等于零點，為理想空載轉(zhuǎn)速。此時Ia＝0，Ea＝UN，是一種理想工作狀態(tài)。3、n0’為電動機的實際空載轉(zhuǎn)速，比n0略低。對應(yīng)于空載轉(zhuǎn)矩。4、為機械特性斜率。?增大，也增大。通常稱?小的機械特性為硬特性，?大的機械特性為軟特性。他勵（并勵）電動機的機械特性第17頁/共29頁第十七頁，共30頁。電機學(xué)教案，太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com185、額定轉(zhuǎn)速變化率，表示電機額定負載時的轉(zhuǎn)速比n0降落的程度。6、n>n0時為發(fā)電機狀態(tài)，此時Ea>U,Ia反向，Ea與Ia同向，向電網(wǎng)送出電功率。7、堵住點。此時電樞電流：為短路電流；電磁轉(zhuǎn)矩：為電機堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。他勵（并勵）電動機的機械特性第18頁/共29頁第十八頁，共30頁。電機學(xué)教案，太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com19TeN他勵電動機的機械特性TOnn0RaR’aR”aRa<R’a<R”a硬特性軟特性第19頁/共29頁第十九頁，共30頁。電機學(xué)教案，太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com20I’f他勵電動機的機械特性TeNTOnn0RaR’aR”aIf=CRa<R’a<R”an0IfI”fRa=CIf>I’f>I”fTOnTeN結(jié)論：增加電樞回路電阻Ra，機械特性變軟，轉(zhuǎn)速下降。增加勵磁回路電阻Rf，機械特性變軟，轉(zhuǎn)速升高。第20頁/共29頁第二十頁，共30頁。電機學(xué)教案，太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com21他勵電動機的機械特性前提：If=C；分析：n＝f(T)TOnU1>UN>U2>U3UNTeNU1U2U3一組平行線第21頁/共29頁第二十一頁，共30頁。電機學(xué)教案，太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com22三、減弱電動機主磁通時的人為機械特性；保持不變，只改變勵磁回路調(diào)節(jié)電阻的人為特性：額定時，接近飽和，一般都為減弱的磁通。他勵電動機的機械特性第22頁/共29頁第二十二頁，共30頁。電機學(xué)教案，太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com23減弱電機主磁通人為特性的特點：（1）由于’<N，理想空載轉(zhuǎn)速比固有特性的理想空載轉(zhuǎn)速高。（2）人為機械特性的斜率比固有機械特性大，即人為特性比固有特性軟。注意事項：一般情況下，電動機額定負載轉(zhuǎn)矩TN比堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩Tk

小得多，故減弱磁通使電動機轉(zhuǎn)速升高。但負載特別重或磁通Φ特別小時，如再減弱磁通Φ,轉(zhuǎn)速會發(fā)生反而下降的現(xiàn)象。弱磁人為機械特性中，磁場能不能不斷減弱。電機的機械強度問題。他勵電動機的機械特性第23頁/共29頁第二十三頁，共30頁。電機學(xué)教案，太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com24電力拖動系統(tǒng)不穩(wěn)定運行分析電壓發(fā)生波動負載發(fā)生波動第24頁/共29頁第二十四頁，共30頁。電機學(xué)教案，太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com25電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行分析電壓發(fā)生波動負載發(fā)生波動第25頁/共29頁第二十五頁，共30頁。電機學(xué)教案，太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com26電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行條件下降的機械特性曲線第26頁/共29頁第二十六頁，共30頁。電機學(xué)教案，太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com27一臺他勵直流電動機，銘牌數(shù)據(jù)為，試求：（1）固有機械特性時的轉(zhuǎn)速。（3）轉(zhuǎn)速時的電樞電流。

并畫在坐標紙上。（2）例題第27頁/共29頁第二十七頁，共30頁。電機學(xué)教案，太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com28謝謝大家！第28頁/共29頁第二十八頁，共30頁。電機學(xué)教案，太原工