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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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 )
。
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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。
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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。
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(2)改变电枢电压(U<UN)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。
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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。
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