第17章直流電動機(改)

§17-3直流電動機的機械特性

和工作特性直流電動機的機械特性n~T因為電流轉(zhuǎn)速故直流電動機轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性（又稱機械特性，n～T）不同勵磁方式的電動機，有共同的特性方程式。但在不同的勵磁方式下，主磁通隨負載電流的變化而變化，導致機械特性有很大的不同。直流電動機的工作特性當電壓U=UN，勵磁不變情況下：轉(zhuǎn)矩特性：T～Ia轉(zhuǎn)速特性：n～Ia（效率特性：

～Ia

。這里不作討論）一、并勵電動機的特性

端電壓、勵磁電流不變：a、當負載電流很小時，電樞反應的去磁作用很小，近似認為主磁通不變，則與電樞電流成線性關(guān)系。b、當負載電流較大時，電樞反應去磁作用使主磁通有所減小，曲線向下彎曲。1.轉(zhuǎn)矩特性2.轉(zhuǎn)速特性a、若Ia增加，電樞電阻壓降增大，故分子減?。籦、

Ia增加，電樞反應的去磁作用增加，故分母減小。上述兩者影響是相反的。故并勵機的轉(zhuǎn)速變化較小。一般來說，電樞電阻電壓降的影響較大一些，故并勵機的轉(zhuǎn)速特性是略為下傾的。n變化大小以轉(zhuǎn)速變化率來表示：并勵機轉(zhuǎn)速變化率較小，一般為3%-8%。這種特性稱硬特性并勵電動機失磁分析：電流變化：當勵磁回路斷路時，氣隙中的磁通將驟然降至微小的剩磁，電樞回路中的Ea很小。則電樞電流將急劇增加。電磁轉(zhuǎn)矩的變化：T=CT

Ia（1）當電樞電流的增加程度不足以補償每極磁通的減小程度時，電磁轉(zhuǎn)矩減小，電動機可能停轉(zhuǎn)；（2）當電樞電流的增加程度超過每極磁通的減小程度時，電磁轉(zhuǎn)矩將增大，使電動機加速，直至轉(zhuǎn)速上升到危險的高值，造成“飛車”。以上都不允許！3、并勵電動機的機械特性

主磁通由于負載電流的增加略有減小。故機械特性是一條略向下傾斜的直線。增加電樞回路調(diào)節(jié)電阻Ra，則機械特性傾斜度增大。Ra=0時，稱為自然機械特性。，Ra為電樞回路中接入的調(diào)節(jié)電阻二、串勵電動機的特性轉(zhuǎn)矩特性T~IaT=CT

Ia當負載電流（即勵磁電流）很小時，鐵心處于不飽和狀態(tài)，主磁通隨勵磁電流成正比增加，即當負載電流較大時，鐵心飽和，主磁通隨勵磁變化較?。ń撇蛔儯┐畡铍妱訖C的轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)速特性n~Ia負載較小時，勵磁小，磁路不飽和，主磁通與電流成正比負載較大，在磁路飽和后，主磁通近似不變，隨電流增加轉(zhuǎn)速略有下降調(diào)節(jié)電阻，分別表示1/4PN、PN時的轉(zhuǎn)速串勵電動機不允許輕載或空載：在空載或很輕負載時，If=Ia很小，主磁通很小，電機必須有很高的轉(zhuǎn)速才能產(chǎn)生足夠的反電勢，以保持電壓平衡。在滿載或較重負載時，電樞電流較大，If=Ia較大，氣隙磁通較大，電機只需不太高的轉(zhuǎn)速便能產(chǎn)生較高的反電勢，以保持電壓平衡。鑒于上述原因，串勵電動機的轉(zhuǎn)速變化率定義為：在工作范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速隨負載電流急劇變化——軟特性串勵電動機的機械特性2、滿載時(鐵心飽和)特點：有很大的起動轉(zhuǎn)矩；不能在很輕負載或者空載下運行。故一般和負載直接耦合。n~T1、當輕載時分兩種情況：為雙曲線為直線電樞回路的調(diào)節(jié)電阻Ra不同，則機械特性不同。若Ra為0，則為自然機械特性。適當?shù)剡x擇并勵磁勢和串勵磁勢的相對強弱，可使復勵電動機具有負載所需要的特性。三、復勵電動機的特性一般為積復勵電動機。特性介于并勵電動機和串勵電動機之間。若并勵磁勢占優(yōu)，則特性與并勵電動機接近；若串勵磁勢占優(yōu)，則特性與串勵電動機接近。差復勵一般應用較少。若用，Ws一般取很少，例1匝、2匝等。若Ws取太大，則當Ia(T)上升時，n有可能不降反升。電動機穩(wěn)定運行T

~n:負載轉(zhuǎn)矩特性;T~n:機械特性穩(wěn)定運行條件：若T

為常數(shù)，則條件為：分析方法：小擾動(如速度變化)。擾動消失后，速度能否恢復。例17-2P344§17-4直流電動機的起動、調(diào)速和制動一、直流電動機的起動起動要求：足夠的起動轉(zhuǎn)矩起動電流不能太大tIannIaIst直接起動起動時，n=0，Ea=0，Ist=U/

ra，起動電流很大（可達10-20IN）。可能后果：損壞電樞繞組、導致?lián)Q向器環(huán)火等。隨著速度增加，Ea增加，電樞電流下降。電樞回路串電阻的起動方法變阻器起動——起動時，在電樞回路中串入變阻器，當轉(zhuǎn)速逐漸上升時，可把起動電阻逐級切除。為了保證足夠的起動轉(zhuǎn)矩，使起動時間不致過長，起動電流不應過小。通常取I1＝(1.75—1.5)IN和I2＝(1.3—1.1)IN常見的起動方法：直接起動；電樞回路串電阻起動；降壓起動。降壓起動方法一般只適用于大容量頻繁起動的直流電動機，須用專門的調(diào)壓電源。優(yōu)點：起動電流小，起動消耗能量少，升速比較平穩(wěn)。二、直流電動機的調(diào)速一般直流電動機調(diào)速性能良好：調(diào)速范圍廣、調(diào)速連續(xù)平滑、損耗小、較經(jīng)濟、調(diào)速方法簡便、工作可靠等。電樞回路中的串聯(lián)電阻①調(diào)節(jié)勵磁電流以改變每極磁通Φ；②調(diào)節(jié)外施電源電壓U；③電樞回路中引入可調(diào)電阻量Ra。三種調(diào)速方法：1、調(diào)節(jié)勵磁電流以改變每極磁通

適用于并勵、他勵電動機設調(diào)速前后負載不變(則電磁力矩T不變)，外施電壓U不變。因T=CT

1Ia1=CT

2Ia2，即①從調(diào)速前后的結(jié)果看則因輸入功率、輸出功率為P1=UI，P2=T

。由上式知，I、基本同比例變化，故效率=P2/P1

常數(shù)。故本方法的經(jīng)濟性很好。②從調(diào)速過程看(1)最高轉(zhuǎn)速受機械強度及換向的限制；(2)最低轉(zhuǎn)速受勵磁繞組本身固有電阻及磁路飽和的限制。a.調(diào)速前，平衡狀態(tài)，即T1=TL。此時b.改變

后(如由

1減小至

2)。初瞬n不變，反電勢E2與同比例下降，故增大。一般Ia2的增大倍數(shù)遠大于的減小倍數(shù)。故T2=CT

2Ia2增大。電機加速。反電勢E增大，Ia減小，直至T2=TL。(見下頁表)此種調(diào)速方法的調(diào)速比不大，一般在1:2~1:6n

EIaraIaTU變速前(

1)n1

1E1=Cen1

1(100-5)%=95%Ia1ra(設5%)Ia1T1=CT

1Ia1(T1=TL，平衡)100%

減小至0.81的瞬間n10.810.8E1(0.8×95%=76%)Ia2ra(100%-76%=24%)Ia124/5=4.8Ia1T2=CT

2Ia2=CT0.814.8Ia1=3.84T1(>TL，加速)100%穩(wěn)定后(

2=0.81)0.81(100-6.25)%=93.75%1.25×5%=6.25%CT

1Ia1=CT

2Ia2(平衡)100%改變磁通后的調(diào)速過程：(如

2=0.81)2、調(diào)節(jié)電源電壓U可以在很廣的范圍內(nèi)平滑調(diào)速，且電動機的機械特性(n~T)硬度保持不變。勵磁恒定時，如他勵變電壓的調(diào)速接線圖：①改變G1勵磁電流，實現(xiàn)M1的變電壓調(diào)速；②改變G1或M1勵磁電流方向，可改變M1的轉(zhuǎn)向；③起動時，可降低發(fā)電機端電壓以限制起動電流。對M1供電的直流發(fā)電機對G1、M1供勵磁的直流發(fā)電機拖動G1、G2被調(diào)速電動機(他勵)3、調(diào)節(jié)電樞回路電阻Ra調(diào)速調(diào)速的物理過程(設TL、U、If不變)：此種調(diào)速方法有如下缺點：1、效率低。當TL不變，若n下降，P2也下降；另一方面，因U、Ia不變，故P1基本不變。故效率隨n降低而降低；2、TL較小時，Ia較小，則調(diào)速作用不大。例17-3(P340)電樞回路附加電阻Ra(

)并勵回路附加電阻Rf(

)n0(rpm)nN(rpm)00707.4(計算略)612(計算略)09495675010707.4594.5三、直流電動機的制動制動：使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一個方向與旋轉(zhuǎn)方向相反的電磁力矩。制動目的：使轉(zhuǎn)子盡快停轉(zhuǎn)或者限制速度提高。1.能耗制動特點：低速時，制動轉(zhuǎn)矩很小。可配合機械制動閘，以加快停轉(zhuǎn)。1、電樞回路接電源，正常運行(電動機)；2、電樞回路切斷電源，并立即接到電阻R。電樞電流反向(發(fā)電機運行)。并勵電動機能耗制動原理圖(他勵、復勵機類似)2.回饋制動當電動機的轉(zhuǎn)速高于某一數(shù)值時，電動機的反電勢E大于電源電壓U，即E>U，電樞電流將反向，電機進入發(fā)電機的運行狀態(tài)，起制動作用，可限制轉(zhuǎn)速的持續(xù)上升。適用于電車下坡等場合。3.反接制動勵磁回路不變，電樞回路反接當轉(zhuǎn)速為零時，電磁轉(zhuǎn)矩不為零，應及時將電源切除，否則將反轉(zhuǎn)。利用倒向開關(guān)，將電樞回路接至電源的兩端互換，而勵磁回路不變。則B方向不變，Ia方向改變，故電磁力矩方向改變，制動。初瞬電流很大，由增大到