第3次課 第三章直流電機的工作原理及特性b

1、33 直流他勵電動機的啟動特性直流他勵電動機的啟動特性 一、啟動特性一、啟動特性 在未啟動之前在未啟動之前 n = 0 , E = 0aNst/ RUI 這個電流很大，一般情況下能達到其額定電流的（這個電流很大，一般情況下能達到其額定電流的（1020）倍）倍以上。以上。直流電動機不允許直接啟動直流電動機不允許直接啟動 NstIIststst為過載能力系數，通常為為過載能力系數，通常為1.51.5到到2.52.5aaRIEU 二、啟動方法二、啟動方法 1. 降壓啟動：降壓啟動： 2. 電樞回路串電阻啟動電樞回路串電阻啟動 aNst/ RUI ast/ RUI )/(aNststRRUI 1) 串

2、一段電阻啟動串一段電阻啟動 2)串多段電阻逐級切除的啟動方法串多段電阻逐級切除的啟動方法34 直流他勵電動機的調速特性直流他勵電動機的調速特性 一、速度調節(jié)和速度變化一、速度調節(jié)和速度變化 速度調節(jié)速度調節(jié)：在：在負載不變負載不變的的條件下，條件下，人為地改變電動機的人為地改變電動機的電路參數電路參數，以改變電動機的穩(wěn)，以改變電動機的穩(wěn)定轉速。定轉速。 速度變化速度變化：在：在電動機參數電動機參數不變不變的條件下，由于的條件下，由于負載波動負載波動引起的速度的改變引起的速度的改變。二、調速方法二、調速方法 從直流他勵電動機機械特性方程式從直流他勵電動機機械特性方程式 TKRRKUn2eadae

3、)(55.9直流電動機調速的方法有以下三種：直流電動機調速的方法有以下三種：改變串入電樞回路的電阻改變串入電樞回路的電阻Rad ；改變改變電樞供電電電樞供電電壓壓U改變主磁通改變主磁通 1、改變電樞電路外串電阻、改變電樞電路外串電阻 調速調速adR 特點：特點： 1）R增加，增加，k增加，特性變軟增加，特性變軟 2）有級調速）有級調速 3）R越大，耗能越大越大，耗能越大TKRRKUnNNN2eadae)(55. 92改變電動機電樞供電電壓改變電動機電樞供電電壓U 3）恒轉矩調速）恒轉矩調速 1）可以實現(xiàn)無級調節(jié)）可以實現(xiàn)無級調節(jié) 2）特性曲線互相平行，機械特）特性曲線互相平行，機械特性硬度不變

4、，調速范圍較大；性硬度不變，調速范圍較大； 4）UUN，nnNTKRKUnNN2eae)(55. 93改變電動機主磁通改變電動機主磁通 1）可以實現(xiàn)無級調節(jié)）可以實現(xiàn)無級調節(jié)2）隨著）隨著的減小，的減小，n n0 0增加，增加，k k變大，特性變軟變大，特性變軟； 3）恒功率調速）恒功率調速：U I 不變不變4）N，nnNTKRKUnN2eae)(55. 935 直流他勵電動機的制動特性直流他勵電動機的制動特性 1制動與啟動制動與啟動 啟動：電動機速度啟動：電動機速度從靜止加速到某一穩(wěn)定轉速從靜止加速到某一穩(wěn)定轉速的一種運動狀態(tài)；的一種運動狀態(tài)； 制動：電動機速度是制動：電動機速度是從某一穩(wěn)定

5、轉速開始減速到停止從某一穩(wěn)定轉速開始減速到停止或是或是限制限制位能負載下降速度位能負載下降速度的一種運轉狀態(tài)。的一種運轉狀態(tài)。 2. . 制動與自然停車制動與自然停車 1）自然停車：電動機脫離電網，）自然停車：電動機脫離電網，靠很小的摩擦阻轉矩消耗機靠很小的摩擦阻轉矩消耗機械能使轉速慢慢下降械能使轉速慢慢下降，直到轉速為零而停車。，直到轉速為零而停車。 2）制動：）制動：外加阻力轉矩使電動機迅速停車外加阻力轉矩使電動機迅速停車。3. . 電動機的兩種工作狀態(tài)電動機的兩種工作狀態(tài) 1) 電動狀態(tài)：電動狀態(tài)：n與與T同向同向 2）制動狀態(tài)：）制動狀態(tài)：n與與T反向反向4. . 電動機工作在制動狀態(tài)

6、下的兩種情況電動機工作在制動狀態(tài)下的兩種情況 1）使轉速迅速減速到停止；）使轉速迅速減速到停止； 2）限制位能負載的下降速度。）限制位能負載的下降速度。 一一 . 反饋制動反饋制動 (再生制動、發(fā)電制動）再生制動、發(fā)電制動） 特點：特點： 1）在外部條件的作用下，）在外部條件的作用下，nn0； 2）n與與T反向反向 1電車走下坡路時的反饋制動電車走下坡路時的反饋制動 TKRKUnN2eae)(55. 92電樞電壓突然下降時的反饋制動電樞電壓突然下降時的反饋制動 3電機在弱磁狀態(tài)下用增加磁通電機在弱磁狀態(tài)下用增加磁通的方法降速時，也的方法降速時，也產生反饋制動過程。產生反饋制動過程。4. 卷揚機

7、下放重物時，也產生反饋制動過程。卷揚機下放重物時，也產生反饋制動過程。TKRKUnN2eae)(55. 94. 卷揚機下放重物時，也產生反饋制動過程。卷揚機下放重物時，也產生反饋制動過程。TKRKUnN2eae)(55. 9二二 . 反接制動反接制動 特點：特點： 1）U與與E由相反變?yōu)橄嗤挥上喾醋優(yōu)橄嗤?2）T與轉速與轉速n的方向相反。的方向相反。 改變改變U的方向的方向所產生的反接制動稱為所產生的反接制動稱為電源反接制動電源反接制動； 改變改變E的方向的方向所產生的反接制動稱為所產生的反接制動稱為倒拉反接制動倒拉反接制動。 1電源反接制動電源反接制動 電動機的機械特性為：電動機的機械特

8、性為： TKRRKUn2eadae)(55. 9 改變改變U的方向的方向所產生的反接制動稱為所產生的反接制動稱為電源反接制動電源反接制動； 1）U與與E由相反變?yōu)橄嗤?；由相反變?yōu)橄嗤?2倒拉反接制動倒拉反接制動 TKRRKUnN2eadae)(55. 9改變改變E的方向的方向所產生的反接制動稱為所產生的反接制動稱為倒拉反接制動倒拉反接制動。 nKEe三三. 能耗制動能耗制動 TKRRn2eada)(55. 9IRREUada)(IRRnKadaNe)(例例3-2 有一臺他勵電動機，有一臺他勵電動機，PN5.6kW，UN220V，IN3lA，nN1000rmin，Ra0.4，負載轉矩，負載轉矩

9、TL49Nm，電動機的過載倍，電動機的過載倍數數2，試計算：，試計算： (1)電動機拖動摩擦性負載，采用能耗制動過程停車，電樞回路應電動機拖動摩擦性負載，采用能耗制動過程停車，電樞回路應串入的制動電阻最小值是多少串入的制動電阻最小值是多少?若采用反接制動停車，電阻最小值若采用反接制動停車，電阻最小值是多少是多少? (2)電動機拖動位能性恒轉矩負載，要求以電動機拖動位能性恒轉矩負載，要求以300rmin速度下放重速度下放重物，采用倒拉反接制動，電樞回路應串多大電阻物，采用倒拉反接制動，電樞回路應串多大電阻?若采用能耗制動，若采用能耗制動，電樞回路應串多大電阻電樞回路應串多大電阻? (3)想使電機

10、以想使電機以n-1200rmin速度，在再生發(fā)電制動狀態(tài)下，下速度，在再生發(fā)電制動狀態(tài)下，下放重物，電樞回路應串多大電阻放重物，電樞回路應串多大電阻?若電樞回路不串電阻，在再生發(fā)若電樞回路不串電阻，在再生發(fā)電制動狀態(tài)下，下放重物的轉速是多少電制動狀態(tài)下，下放重物的轉速是多少?解：（解：（1）設能耗制動電阻為）設能耗制動電阻為R1， 反接制動電阻為反接制動電阻為R2220310.40.2081000NNeNNUI RaKn電動狀態(tài)的穩(wěn)態(tài)轉速電動狀態(tài)的穩(wěn)態(tài)轉速222200.4 491010min9.55()0.2089.55 0.208NsLeNeNURarnTKK由于切換瞬間轉速不變，而且最大制

11、動電流為由于切換瞬間轉速不變，而且最大制動電流為- IN， 所以所串電阻為所以所串電阻為10.20810100.42.99231eNsNKnRR aInKEe)(1aNRRIEIRREUada)(又，制動瞬間的制動轉矩由過載系數又，制動瞬間的制動轉矩由過載系數限制為限制為:9.559.55 0.2082 31123.16tNeNTKIKINm 2222()9 .5 5()9 .5 5()6 .5 4TNseNeNNeNseNUR aRnTKKUKRnR aK 由得（）（2）倒拉反接制動和能耗制動時）倒拉反接制動和能耗制動時n= - 300r/m，電樞回路應串入電阻，電樞回路應串入電阻R3 ,R

12、4 . 倒拉反接制動：倒拉反接制動： 11.050.4-49208. 055. 9)300208. 0220(-55. 9)(得 55. 922323aLNeNeNLNeaNeNRTKnKURTKRRKUn能耗制動時：能耗制動時： .1320.4-49208. 055. 9)300(-55. 9得 55. 922424aLNeLNeaRTKnRTKRRn（3）再生發(fā)電制動運行時）再生發(fā)電制動運行時n= - 1200r/m 的制動電阻的制動電阻R5 和不串電阻時的制動轉速和不串電阻時的制動轉速： .800.4-49208. 055. 9)1200208. 0220(-55. 9)(得 55. 9

13、22525aLNeNeNLNeaNeNRTKnKURTKRRKUn不串電阻時的制動轉速不串電阻時的制動轉速：r/min 110549208. 055. 94 . 0 -208. 0220 55. 922LNeaNeNTKRKUn3.8 一臺他勵直流電動機所拖動的負載轉矩一臺他勵直流電動機所拖動的負載轉矩TL常數，當電樞常數，當電樞電壓或電樞附加電阻改變時，能否改變其穩(wěn)定運行狀態(tài)下電樞電流電壓或電樞附加電阻改變時，能否改變其穩(wěn)定運行狀態(tài)下電樞電流的大小的大小?為什么為什么?這時拖動系統(tǒng)中哪些量必然要發(fā)生變化這時拖動系統(tǒng)中哪些量必然要發(fā)生變化?3.9 一臺他勵直流電動機在穩(wěn)態(tài)下運行時，電樞反電勢一

14、臺他勵直流電動機在穩(wěn)態(tài)下運行時，電樞反電勢E=E1，如負載轉矩如負載轉矩TL常數，外加電壓和電樞電路中的電阻均不變，問減常數，外加電壓和電樞電路中的電阻均不變，問減弱勵磁使轉速上升到新的穩(wěn)態(tài)值后，電樞反電勢將如何變化弱勵磁使轉速上升到新的穩(wěn)態(tài)值后，電樞反電勢將如何變化?是大是大于、小于還是等于于、小于還是等于El?3.12 一臺他勵直流電動機的技術數據如下：一臺他勵直流電動機的技術數據如下：PN6.5kW，UN=220V，IN=34.4A，nN=1500r/min，Ra=0.242, 試計算出此電動機的如下特試計算出此電動機的如下特性：性：固有機械特性；固有機械特性； 電樞附加電阻分別為電樞附

15、加電阻分別為3和和5時的人為機械特性；時的人為機械特性；電樞電壓為電樞電壓為UN2時的人為機械特性；時的人為機械特性；磁通磁通0.8N時的人為機械特性。時的人為機械特性。并繪出上述特性的圖形。并繪出上述特性的圖形。3.19 有一臺他勵電動機：有一臺他勵電動機：PN=10kW，UN=220V，IN=53.8A，nN=1500rmin，Ra=0.29，試計算：，試計算： (1)直接起動瞬間的堵轉電流直接起動瞬間的堵轉電流Iu； (2)若限制起動電流不超過若限制起動電流不超過2IN，采用電樞串電阻啟動時，應串入，采用電樞串電阻啟動時，應串入啟動電阻的最小值是多少啟動電阻的最小值是多少?若用降壓啟動，

16、最低電壓應為多少若用降壓啟動，最低電壓應為多少?3.20 有一臺他勵直流電動機：有一臺他勵直流電動機：PN=18kW，UN=220V，IN=94A，nN=1000rmin，在額定負載下，求：，在額定負載下，求： (1)想降至想降至800rmin穩(wěn)定運行，外串多大電阻穩(wěn)定運行，外串多大電阻?采用降壓方法，電采用降壓方法，電源電壓應降至多少伏源電壓應降至多少伏? (2)想升速到想升速到1100rmin穩(wěn)定運行，弱磁系數穩(wěn)定運行，弱磁系數N為多少為多少?3.21 有一臺他勵直流電動機，有一臺他勵直流電動機，PN7.5kW，UN220V，IN=4lA，nN1500rmin，Ra0.38，拖動恒轉矩負載

17、，且，拖動恒轉矩負載，且TLTN，現(xiàn)，現(xiàn)將電源電壓降到將電源電壓降到U=150V，問：，問： (1)降壓瞬間的電樞電流及電磁轉矩各多大降壓瞬間的電樞電流及電磁轉矩各多大? (2)穩(wěn)定運行轉速是多少穩(wěn)定運行轉速是多少?3.22 有一臺他勵直流電動機，有一臺他勵直流電動機，PN=21kW，UN220V，IN=115A，nN980rmin，Ra=0.1，拖動恒轉矩負載運行，弱磁調速時，拖動恒轉矩負載運行，弱磁調速時從從N調到調到0.8N，問：，問： (1)調速瞬間電樞電流是多少調速瞬間電樞電流是多少?(TLTN) (2)若若TLTN和和TL0.5TN，調速前后的穩(wěn)態(tài)轉速各是多少，調速前后的穩(wěn)態(tài)轉速各

18、是多少?3.23 有一臺他勵直流電動機，有一臺他勵直流電動機，PN29kW，UN440V，IN76A，nN1000rmin，Ra0.377，負載轉矩，負載轉矩TL=0.8TN，最大制動電，最大制動電流為流為1.8IN。求當該電動機拖動位能性負載時，用哪幾種方法可使電。求當該電動機拖動位能性負載時，用哪幾種方法可使電動機以動機以500rmin的轉速下放負載，在每種方法中電樞回路應串電的轉速下放負載，在每種方法中電樞回路應串電阻為多少歐阻為多少歐?并畫出相應的機械特性，標出從穩(wěn)態(tài)提升重物到以并畫出相應的機械特性，標出從穩(wěn)態(tài)提升重物到以500rmin轉速下放重物的轉換過程。轉速下放重物的轉換過程。3

19、.24 有一臺有一臺Z252型他勵直流電動機，型他勵直流電動機，PN4kW，UN220V，IN22.3A，nN1000rmin，Ra0.91，TLTN，為了使電動機，為了使電動機停轉，采用反接制動，如串入電樞回路的制動電阻為停轉，采用反接制動，如串入電樞回路的制動電阻為9，求：，求：(1)制動開始時電動機所發(fā)出的電磁轉矩；制動開始時電動機所發(fā)出的電磁轉矩； (2)制動結束時電動機所發(fā)出的電磁轉矩；制動結束時電動機所發(fā)出的電磁轉矩； (3)如果是摩擦性負載，在制動到如果是摩擦性負載，在制動到n0時，不切斷電源，電機能否時，不切斷電源，電機能否反轉反轉?為什么為什么?3.19 有一臺他勵電動機：有

20、一臺他勵電動機：PN=10kW，UN=220V，IN=53.8A，nN=1500rmin，Ra=0.29，試計算：，試計算： (1)直接起動瞬間的堵轉電流直接起動瞬間的堵轉電流Iu； (2)若限制起動電流不超過若限制起動電流不超過2IN，采用電樞串電阻啟動時，應串入，采用電樞串電阻啟動時，應串入啟動電阻的最小值是多少啟動電阻的最小值是多少?若用降壓啟動，最低電壓應為多少若用降壓啟動，最低電壓應為多少?uuaxNxaNxxaN1)n0,0,I758.62)n0E021.752231.2vNNaNNNNUEURIUUARRURIUIURIURIUR I 當直接啟動瞬間串聯(lián)電阻時，當直接啟動瞬間，（

21、R +R ）R用降壓啟動時3.20 有一臺他勵直流電動機：有一臺他勵直流電動機：PN=18kW，UN=220V，IN=94A，nN=1000rmin，在額定負載下，求：，在額定負載下，求： (1)想降至想降至800rmin穩(wěn)定運行，外串多大電阻穩(wěn)定運行，外串多大電阻?采用降壓方法，電采用降壓方法，電源電壓應降至多少伏源電壓應降至多少伏? (2)想升速到想升速到1100rmin穩(wěn)定運行，弱磁系數穩(wěn)定運行，弱磁系數N為多少為多少?解：固有特性：解：固有特性：mN 9 .17110001800055. 955. 9r/min 1111198. 0220198. 0100094227. 0220 22

22、7. 094180009422075. 075. 0R ) 1 (022NNNNeNNNaNNeNNNNanPTKUnnIRUKIPIU 45. 0677. 0)227. 0(438.1169 .171)227. 0(9 .171)227. 0()198. 0(55. 9111118009 .171)198. 0(55. 9227. 0198. 0220800)(55. 9222adadadadadNeadaNeNRRRRRTKRRKUn串電阻：串電阻：V 17963.204 .1589 .171)198. 0(55. 9227. 0198. 0800)(55. 922UUUTKRKUnNea

23、Ne調電壓：調電壓：11. 0 或者 0.9 9 .171)198. 0(55. 9227. 0198. 02201100)(55. 9 )2(22TKRKUnNeaNeN3.20 有一臺他勵直流電動機：有一臺他勵直流電動機：PN=18kW，UN=220V，IN=94A，nN=1000rmin，在額定負載下，求：，在額定負載下，求： (1)想降至想降至800rmin穩(wěn)定運行，外串多大電阻穩(wěn)定運行，外串多大電阻?采用降壓方法，電采用降壓方法，電源電壓應降至多少伏源電壓應降至多少伏? (2)想升速到想升速到1100rmin穩(wěn)定運行，弱磁系數穩(wěn)定運行，弱磁系數N為多少為多少?解：固有特性：解：固有特

24、性：mN 9 .17110001800055. 955. 9r/min 1068206. 0220206. 010009415. 0220 15. 094180009422075. 05 . 0R ) 1 (022NNNNeNNNaNNeNNNNanPTKUnnIRUKIPIU482. 09 .171)206. 0(55. 915. 0206. 0220800)(55. 922adadNeadaNeNRRTKRRKUnV 1789 .171)206. 0(55. 915. 0206. 0800)(55. 922UUTKRKUnNeaNe調電壓：調電壓：串電阻：串電阻： 9 .171)206.

25、0(55. 915. 0206. 02201100)(55. 9 )2(22TKRKUnNeaNeN3.21 有一臺他勵直流電動機，有一臺他勵直流電動機，PN7.5kW，UN220V，IN=4l A，nN 1500rmin，Ra0.38，拖動恒轉矩負載，拖動恒轉矩負載，且且TLTN，現(xiàn)將電源電壓降到，現(xiàn)將電源電壓降到U=150V，問：，問： (1)降壓瞬間的電樞電流及電磁轉矩各多大降壓瞬間的電樞電流及電磁轉矩各多大? (2)穩(wěn)定運行轉速是多少穩(wěn)定運行轉速是多少?解：固有特性：解：固有特性：TTKRKUnnPTKUnnIRUKNeaNeNNNNNeNNNaNNe15. 21617)(55. 9m

26、N 75.471500750055. 955. 9r/min 1617136. 0220136. 015004138. 0220 ) 1 (20降壓后瞬間電流和轉矩：降壓后瞬間電流和轉矩：mN 6 .183) 1 .142(136. 055. 955. 9A 1 .14238. 01500136. 0150 aNeaNNeaaaNNeIKTRnKUIIRUnKr/min 1000 1031103 75.4715. 21103 75.47136. 055. 938. 0136. 0150)(55. 9 22TKRKUnNeaNe（2） 穩(wěn)定運轉速度：穩(wěn)定運轉速度：3.22 有一臺他勵直流電動機，

27、有一臺他勵直流電動機，PN=21kW，UN220V，IN=115A，nN980rmin，Ra=0.1，拖動恒轉矩負載運行，弱磁調速時，拖動恒轉矩負載運行，弱磁調速時從從N調到調到0.8N，問：，問： (1)調速瞬間電樞電流是多少調速瞬間電樞電流是多少?(TLTN) (2)若若TLTN和和TL0.5TN，調速前后的穩(wěn)態(tài)轉速各是多少，調速前后的穩(wěn)態(tài)轉速各是多少?解：固有特性：解：固有特性：TTKRKUnnPTKUnnIRUKNeaNeNNNNNeNNNaNNe23. 01033)(55. 9mN 64.2049802100055. 955. 9r/min 1033213. 0220213. 098

28、01151 . 0220 ) 1 (20121789.73129164.204029. 05 .9511291 )213. 08 . 0(55. 91 . 0213. 08 . 0220)8 . 0(55. 98 . 022NNeaNeNTTKRKUn2. 若若TL=TN，調速前轉速為，調速前轉速為: nN=980 r/min調速后轉速為調速后轉速為:A 5301 . 0167220 1 . 0980213. 08 . 02208 . 00.8 aNNeaaaNNeRnKUIIRUnK1.弱磁調速瞬間電流：弱磁調速瞬間電流：min/ r 10098 .23103332.102045. 05 .

29、9511033 5 . 0)213. 0(55. 91 . 0213. 0220)(55. 922NNeaNeNTTKRKUn2. 若若TL=0.5TN，調速前轉速為，調速前轉速為: 2. 若若TL=0.5TN，調速后轉速為調速后轉速為: min/ r 1254 9 .361291 32.102029. 05 .9511291 5 . 0)213. 08 . 0(55. 91 . 0213. 08 . 0220 )8 . 0(55. 98 . 022NNeaNeNTTKRKUn3.23 有一臺他勵直流電動機，有一臺他勵直流電動機，PN29kW，UN440V，IN76A，nN1000rmin，R

30、a0.377，負載轉矩，負載轉矩TL=0.8TN，最大制動電，最大制動電流為流為1.8IN。求當該電動機拖動位能性負載時，用哪幾種方法可使電。求當該電動機拖動位能性負載時，用哪幾種方法可使電動機以動機以500rmin的轉速下放負載，在每種方法中電樞回路應串電的轉速下放負載，在每種方法中電樞回路應串電阻為多少歐阻為多少歐?并畫出相應的機械特性，標出從穩(wěn)態(tài)提升重物到以并畫出相應的機械特性，標出從穩(wěn)態(tài)提升重物到以500rmin轉速下放重物的轉換過程。轉速下放重物的轉換過程。解：固有特性：解：固有特性：TTKRKUnnPTKUnnIRUKNeaNeNNNNNeNNNaNNe234. 01071)(55

31、. 9mN 95.27610002900055. 955. 9r/min 1071411. 0440411. 0100076377. 0440 ) 1 (20負載轉矩負載轉矩TL=0.8TN=221.56時的速度時的速度n1為：為：r/min 101952107195.2768 . 0234. 010718 . 0)411. 0(55. 9377. 010718 . 0)411. 0(55. 9377. 0411. 0440)(55. 92221NNLNeaNeNTTTKRKUn1.采用能耗制動，電樞串電阻采用能耗制動，電樞串電阻R1，轉速，轉速n2=-500R/min 264. 3641. 3377. 095.2768 . 0)411. 0(55. 9377. 0500)(55. 91121212RRRTKRRnLNea轉換時轉換時n=n1的轉矩的轉矩T1為為mN 48.451)411. 0(55. 9264. 3377. 01019)(55. 91121211TTTKRRnNeaNNTTTT8 . 1mN 48.451mN51.49895.2768 . 18 . 111轉換時的轉矩轉換時的轉矩T1為小于最大允許轉矩為小于最大允許轉矩1.8TN，此方法允許實現(xiàn)轉換。此方法允許實現(xiàn)轉換。NNNtTTIIIKT8 . 18 . 1max