他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性(精)

他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性(精)第一頁，共13頁。2.3.1機(jī)械特性方程式

圖2.11是他勵直流電動機(jī)的電路原理圖，他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性方程式，可由他勵直流電動機(jī)的基本方程式導(dǎo)出。由式、和式可求得機(jī)械特性方程式;

（2-4）圖2.11他勵直流電動機(jī)電路原理圖←第二頁，共13頁。當(dāng)電源電壓U=常數(shù)，電樞回路總電阻R＝常數(shù)，勵磁磁通＝常數(shù)時(shí)，電動機(jī)的機(jī)械特性如圖2.12所示，是一條向下傾斜的直線，這說明加大電動機(jī)的負(fù)載，會使轉(zhuǎn)速下降。特性曲線與縱軸的交點(diǎn)為時(shí)的轉(zhuǎn)速，稱為理想空載轉(zhuǎn)速。圖2.12他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性

第三頁，共13頁。

實(shí)際上，當(dāng)電動機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，不論有無負(fù)載，總存在有一定的空載損耗和相應(yīng)的空載轉(zhuǎn)矩，而電動機(jī)的實(shí)際空載轉(zhuǎn)速將低于n0。由此可見式（2-4）的右邊第二項(xiàng)即表示電動機(jī)帶負(fù)載后的轉(zhuǎn)速降，用表示，則（2-6）式中——機(jī)械特性曲線的斜率。

越大，越大，機(jī)械特性就越“軟”，通常稱大的機(jī)械特性為軟特性。一般他勵電動機(jī)在電樞沒有外接電阻時(shí)，機(jī)械特性都比較“硬”。機(jī)械特性的硬度也可用額定轉(zhuǎn)速調(diào)整率％來說明，見式（1-22），轉(zhuǎn)速調(diào)整率小，則機(jī)械特性硬度就高。第四頁，共13頁。2.3.2固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性

1．固有機(jī)械特性固有機(jī)械特性是當(dāng)電動機(jī)的電樞工作電壓和勵磁磁通均為額定值，電樞電路中沒有串入附加電阻時(shí)的機(jī)械特性，其方程式為（2-7）固有機(jī)械特性如圖2.13中的曲線所示，由于較小，故他勵直流電動機(jī)固有機(jī)械特性較“硬”。圖2.13他勵直流電動機(jī)串電阻時(shí)的機(jī)械特性第五頁，共13頁。

2．人為機(jī)械特性人為機(jī)械特性是人為地改變電動機(jī)電路參數(shù)或電樞電壓而得到的機(jī)械特性，即改變公式（2-4）中的參數(shù)所獲得的機(jī)械特性，一般只改變電壓、磁通、附加電阻中的一個(gè)，他勵電動機(jī)有下列三種人為機(jī)械特性。（1）電樞串電阻時(shí)的人為機(jī)械特性此時(shí)，人為機(jī)械特性的方程式為;（2-8）

與固有特性相比，理想空載轉(zhuǎn)速不變，但是，轉(zhuǎn)速降增大。越大，也越大，特性變“軟”，如圖2.13中曲線1,2所示。這類人為機(jī)械特性是一組通過,但具有不同斜率的直線。

第六頁，共13頁。（2）改變電樞電壓時(shí)的人為機(jī)械特性

此時(shí)，，特性方程式為

（2-9）

由于電動機(jī)的額定電壓是工作電壓的上限，因此改變電壓時(shí)，只能在低于額定電壓的范圍內(nèi)變化。與固有特性相比較，特性曲線的斜率不變，理想空載轉(zhuǎn)速隨電壓減小成正比減小，故改變電壓時(shí)的人為特性是一組低于固有機(jī)械特性而與之平行的直線，如圖2.14所示。圖2.14他勵直流電動機(jī)改變電樞電壓時(shí)的機(jī)械特性第七頁，共13頁。3．減弱磁通時(shí)的人為機(jī)械特性可以在勵磁回路內(nèi)串接電阻或降低勵磁電壓來減弱磁通，此時(shí)，特性方程式為；

（2-10）

由于磁通

的減少，使得理想空載轉(zhuǎn)速和斜率都增大，其特性曲線如圖2.15所圖示。2.15他勵直流電動機(jī)弱磁時(shí)的機(jī)械特性第八頁，共13頁。2.3.3電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件

設(shè)有一電力拖動系統(tǒng)，原來勻速運(yùn)行于某一轉(zhuǎn)速，由于受到外界某種短時(shí)的擾動，如負(fù)載的突然變化或電網(wǎng)電壓波動等（注意：這種變化不是人為的控制調(diào)節(jié)），而使電動機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，離開了原平衡狀態(tài)，當(dāng)外界的擾動消失后，系統(tǒng)能恢復(fù)到原來的轉(zhuǎn)速，或在新的條件下達(dá)到新平衡狀態(tài)，就稱該系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)行，否則就稱為不穩(wěn)定運(yùn)行。顯然，穩(wěn)定運(yùn)行是拖動系統(tǒng)所必須滿足的條件。為了使系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)行，電動機(jī)的機(jī)械特性和負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性必須配合得當(dāng)，這就是電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件。

第九頁，共13頁。為了分析電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的問題，將電動機(jī)的機(jī)械特性和負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性曲線畫在同一張坐標(biāo)圖上，如圖2.16所示。圖（a）和圖（b）表示了電動機(jī)的兩種不同的機(jī)械特性。（a）穩(wěn)定運(yùn)行（b）不穩(wěn)定運(yùn)行圖2.16電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行條件第十頁，共13頁。

根據(jù)運(yùn)動方程式，當(dāng)電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩等于總負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)，即為一定值，說明系統(tǒng)運(yùn)行于一個(gè)確定的轉(zhuǎn)速（勻速），在圖2.16（a）的情況下，系統(tǒng)原來運(yùn)行在電動機(jī)特性曲線和負(fù)載特性曲線的交點(diǎn)A處，A點(diǎn)為運(yùn)行工作點(diǎn)。設(shè)由于外界的擾動，如電網(wǎng)電壓波動，使機(jī)械特性偏高,由曲線1轉(zhuǎn)為曲線2，擾動作用使原平衡狀態(tài)受到破壞，但由于慣性，轉(zhuǎn)速還來不及變化，電動機(jī)的工作點(diǎn)瞬間從A點(diǎn)變到B點(diǎn)。這時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩將大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速將沿機(jī)械特性曲線2由B增加到C。隨著轉(zhuǎn)速的升高，電動機(jī)轉(zhuǎn)矩也逐漸減小，最后在C點(diǎn)得到新的平衡，在一個(gè)較高的轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)擾動消失后，機(jī)械特性由曲線2恢復(fù)到原機(jī)械特性曲線1，這時(shí)電動機(jī)的特性由C點(diǎn)瞬間過渡到D點(diǎn)，由于電磁轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，故轉(zhuǎn)速下降，最后又恢復(fù)到原運(yùn)行點(diǎn)A，重新達(dá)到平衡。第十一頁，共13頁。

反之，如果電網(wǎng)電壓波動使機(jī)械特性偏低，由曲線1轉(zhuǎn)為曲線3，則瞬間工作點(diǎn)將轉(zhuǎn)到點(diǎn)，電磁轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速將由點(diǎn)降低到點(diǎn)，在點(diǎn)取得新的平衡；而當(dāng)擾動消失后，工作點(diǎn)將又恢復(fù)到原工作點(diǎn)A。這種情況我們就稱為系統(tǒng)在A點(diǎn)能穩(wěn)定運(yùn)行，而圖2.16（b）則是一種不穩(wěn)定運(yùn)行的情況，讀者可自己分析。由以上分析，可得出如下結(jié)論：若兩條特性曲線有交點(diǎn)（必要條件），且在工作點(diǎn)上滿足

（2-11）

（充分條件）則系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)行，式（2-1