直流電機(jī)機(jī)械特性和動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)

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

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

直流發(fā)電機(jī)的四個(gè)基本物理量：U、IL、If、n。（n由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，保持不變）

運(yùn)行特性：在U、IL、If

之間，保證其中一個(gè)量不變，另外兩個(gè)物理量之間的函數(shù)關(guān)系。這樣就可以找出電機(jī)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(jìn)行表示。主要有：

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

時(shí)，勵(lì)磁繞組端加上勵(lì)磁電壓Uf，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流If0

，使發(fā)電機(jī)空載端電壓U0=（1.1-1.3）UN

，然后再使If0

逐步降到零，這樣測(cè)得的空載端電壓U0

和勵(lì)磁電流If0

關(guān)系，即為他勵(lì)發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)特性曲線U0=f(If0)直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性第4頁/共29頁第四頁，共30頁。電機(jī)學(xué)教案，太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com5他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的空載特性的實(shí)驗(yàn)條件，如圖所示：直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性第5頁/共29頁第五頁，共30頁。電機(jī)學(xué)教案，太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com6空載時(shí)，n等于常數(shù)空載特性實(shí)質(zhì)即為磁化曲線確定磁路和運(yùn)行點(diǎn)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(jī)的運(yùn)行特性第6頁/共29頁第六頁，共30頁。電機(jī)學(xué)教案，太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)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(cè)得的曲線是一閉合的回線。2）由于電機(jī)有剩磁，使得時(shí)仍有一個(gè)很低的電壓，稱之為剩磁電壓，其值約為的２％～４%。實(shí)際使用時(shí)，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(jī)的磁化曲線形狀相似，只差一個(gè)比例常數(shù)。直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性第7頁/共29頁第七頁，共30頁。電機(jī)學(xué)教案，太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com84）空載特性與勵(lì)磁方式無關(guān)，因此并勵(lì)發(fā)電機(jī)的空載特性也可以用上述方法求取，他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的空載特性是直流電機(jī)最基本的特性曲線。（二）、他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的外特性：實(shí)驗(yàn)條件：使發(fā)電機(jī)接上負(fù)載，當(dāng)原動(dòng)機(jī)保持，調(diào)節(jié)使之不變，然后改變負(fù)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(shí)，端電壓下降，其原因有兩個(gè)：直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性第8頁/共29頁第八頁，共30頁。電機(jī)學(xué)教案，太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com9⑴負(fù)載增大時(shí)，電樞反映的去磁作用增強(qiáng)，使每極磁通量減小，從而使電樞電動(dòng)勢(shì)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(lì)并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性第9頁/共29頁第九頁，共30頁。電機(jī)學(xué)教案，太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com10

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

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

由曲線可見，在負(fù)載電流變化時(shí)，若保持端電壓不變，必須改變勵(lì)磁電流，補(bǔ)償電樞反應(yīng)及電樞回路電阻壓降對(duì)對(duì)輸出端電壓的影響。直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性第11頁/共29頁第十一頁，共30頁。電機(jī)學(xué)教案，太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com12直流電動(dòng)機(jī)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(jī)械特性（重點(diǎn)）n=f(T)運(yùn)行特性與電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁方式有很大的關(guān)系。以下分他勵(lì)、并勵(lì)分別介紹…電力拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行條件第12頁/共29頁第十二頁，共30頁。電機(jī)學(xué)教案，太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com13他勵(lì)電動(dòng)機(jī)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(lì)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(jī)學(xué)教案，太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com14他勵(lì)（并勵(lì)）電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性我們以他勵(lì)為例進(jìn)行說明，如圖所示：一、機(jī)械特性的表達(dá)式定義：在電動(dòng)機(jī)的電樞電壓、勵(lì)磁電流、電樞回路電阻為恒值條件下，電機(jī)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(jī)學(xué)教案，太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com15根據(jù)方程式組：可知：即：其中，他勵(lì)（并勵(lì)）電動(dòng)機(jī)的機(jī)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(jī)學(xué)教案，太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com16n0：理想空載轉(zhuǎn)速,即T=0時(shí)的轉(zhuǎn)速。（實(shí)際工作時(shí),由于有空載損耗，電機(jī)的T不會(huì)為0。）根據(jù)n-T公式畫出特性曲線n0nNTNTnn

當(dāng)T時(shí)n

，但由于他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的電樞電阻Ra很小，所以在負(fù)載變化時(shí)，轉(zhuǎn)速n的變化不大，屬硬機(jī)械特性。他勵(lì)（并勵(lì)）電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性第16頁/共29頁第十六頁，共30頁。電機(jī)學(xué)教案，太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com17固有機(jī)械特性分析：1、電磁轉(zhuǎn)矩越大，轉(zhuǎn)速越低，機(jī)械特性是一條下斜直線；2、當(dāng)轉(zhuǎn)矩等于零點(diǎn)，為理想空載轉(zhuǎn)速。此時(shí)Ia＝0，Ea＝UN，是一種理想工作狀態(tài)。3、n0’為電動(dòng)機(jī)的實(shí)際空載轉(zhuǎn)速，比n0略低。對(duì)應(yīng)于空載轉(zhuǎn)矩。4、為機(jī)械特性斜率。?增大，也增大。通常稱?小的機(jī)械特性為硬特性，?大的機(jī)械特性為軟特性。他勵(lì)（并勵(lì)）電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性第17頁/共29頁第十七頁，共30頁。電機(jī)學(xué)教案，太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com185、額定轉(zhuǎn)速變化率，表示電機(jī)額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速比n0降落的程度。6、n>n0時(shí)為發(fā)電機(jī)狀態(tài)，此時(shí)Ea>U,Ia反向，Ea與Ia同向，向電網(wǎng)送出電功率。7、堵住點(diǎn)。此時(shí)電樞電流：為短路電流；電磁轉(zhuǎn)矩：為電機(jī)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。他勵(lì)（并勵(lì)）電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性第18頁/共29頁第十八頁，共30頁。電機(jī)學(xué)教案，太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com19TeN他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)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(jī)學(xué)教案，太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com20I’f他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)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(jī)械特性變軟，轉(zhuǎn)速下降。增加勵(lì)磁回路電阻Rf，機(jī)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(jī)學(xué)教案，太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com21他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)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(jī)學(xué)教案，太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com22三、減弱電動(dòng)機(jī)主磁通時(shí)的人為機(jī)械特性；保持不變，只改變勵(lì)磁回路調(diào)節(jié)電阻的人為特性：額定時(shí)，接近飽和，一般都為減弱的磁通。他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性第22頁/共29頁第二十二頁，共30頁。電機(jī)學(xué)教案，太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com23減弱電機(jī)主磁通人為特性的特點(diǎn)：（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(jī)械特性的斜率比固有機(jī)械特性大，即人為特性比固有特性軟。注意事項(xiàng)：一般情況下，電動(dòng)機(jī)額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩TN比堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩Tk

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

并畫在坐標(biāo)紙上。（2）例題第27頁/共29頁第二十七頁，共30頁。電機(jī)學(xué)教案，太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)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(jī)學(xué)教案，太原工