《電氣控制與PLC》課件-2.2直流電機(jī)的特性

鐵道機(jī)車專業(yè)教學(xué)資源庫額定電壓UN，額定勵磁電流UfN時：一、直流電動機(jī)的工作特性（一）他勵（并勵）直流電動機(jī)的工作特性1．轉(zhuǎn)速特性忽略電樞反應(yīng)的去磁效應(yīng)2．轉(zhuǎn)矩特性考慮電樞反應(yīng)使主磁通略有下降，電磁轉(zhuǎn)矩上升的速度比電流的上升的速度要慢一些，曲線的斜率略有下降。3．效率特性存在最大點(diǎn)（二）串勵直流電動機(jī)的工作特性1.負(fù)載電流較小時、電機(jī)的磁路沒有飽和，每極氣隙磁通與勵磁電流呈線性變化關(guān)系串勵電動機(jī)的轉(zhuǎn)速特性可寫為n與Ia成反比，串勵電動機(jī)不可以空載或在輕載下啟動、運(yùn)行。轉(zhuǎn)矩特性2.負(fù)載電流較大時，磁路已經(jīng)飽和，磁通基本不隨負(fù)載電流變化，串勵電動機(jī)的工作特性與并勵電動機(jī)相同。電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載電流的平方成正比二、直流電動機(jī)的機(jī)械特性（一）他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性1．機(jī)械特性的表達(dá)式機(jī)械特性：U=UN、If＝IfN、電樞回路電阻為恒值的條件下，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系：n=f(Tem)（一）他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性1．機(jī)械特性的表達(dá)式理想空載轉(zhuǎn)速機(jī)械特性的斜率轉(zhuǎn)速降理想空載轉(zhuǎn)速實際空載轉(zhuǎn)速斜率β越小，特性越平，稱為硬特性。反之稱為軟特性1．機(jī)械特性的表達(dá)式2．固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性固有（自然）機(jī)械特性：電樞電壓、勵磁磁通為額定值，且電樞回路不外串電阻時的機(jī)械特性。機(jī)械特性斜率很小，他勵直流電動機(jī)的固有機(jī)械特性是硬特性。通常額定轉(zhuǎn)速降nN只有額定轉(zhuǎn)速的百分之幾到百分之十幾。2．固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性人為機(jī)械特性：①電樞串電阻時的人為特性電阻增加斜率增加2．固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性人為機(jī)械特性：②降低電樞電壓時的人為特性改變電壓時，只能在低于額定電壓的范圍內(nèi)變化特點(diǎn)：人為特性的斜率不變，但理想空載轉(zhuǎn)速n0隨電壓的降低而正比減小2．固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性人為機(jī)械特性：③減弱勵磁磁通時的人為特性只能在額定值以下調(diào)節(jié)勵磁電流.實際運(yùn)行條件下，電機(jī)工作在磁通越小，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速越高的區(qū)域。3．機(jī)械特性的求取通常根據(jù)銘牌數(shù)據(jù)：PN、UN、IN、nN計算或通過實驗來求取機(jī)械特性。（1）固有機(jī)械特性的求取:一般計算理想空載點(diǎn)（Tem=0，n=n0）和額定運(yùn)行點(diǎn)（Tem=TN，n=nN）數(shù)據(jù)得出他勵直流電動機(jī)的固有機(jī)械特性。①估算Ra:電樞電阻R可用實測方法求得，也可用下式進(jìn)行估算：②計算CeφN、CTφN③計算理想空載點(diǎn)數(shù)據(jù)④計算額定工作點(diǎn)數(shù)據(jù)（2）人為機(jī)械特性的求取:在固有特性方程式n=n0－βTem（n0、β為已知）基礎(chǔ)上，根據(jù)人為特性對應(yīng)的參數(shù)（U、Ra或φ）變化，重新計算n和β值后，便可求得人為特性方程式。若要畫出人為特性，還需算出某一負(fù)載點(diǎn)數(shù)據(jù)，如點(diǎn)（TN,n），然后連接（0，n0）和（TN,n）兩點(diǎn)，便得到人為特性曲線。[例1-3]

他勵直流電動機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)為：PN=22kW，UN=220V，IN=116A，nN=1500r/min，試分別求取下列機(jī)械特性方程式并繪制其特性曲線:（1）固有機(jī)械特性；（2）電樞串入電阻Rs=0.7Ω時的人為特性；（3）電源電壓降至110V時的人為特性；（4）磁通減弱至?xí)r的人為特性；（5）當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩時，要求電動機(jī)以n=1000r/min的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，試問有幾種可能的方案，并分別求出它們的參數(shù)。[解]（1）固有機(jī)械特性固有特性為:理想空載點(diǎn)數(shù)據(jù)為額定工作點(diǎn)數(shù)據(jù)為連接這兩點(diǎn)，得出固有特性曲線：（2）電樞回路串入Rs=0.7Ω電阻時不變，β增大為人為特性為時，有（3）電源電壓降為110V時，β=1.04不變，n0變?yōu)?人為特性為：n=827?1.04Tem當(dāng)Tem=TN時，有n=（2481?2.33*147.3)r/min=2138r/min(5)當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為額定值，轉(zhuǎn)速下降至n=1000r/min時，可以采用電樞串電阻或降低電源電壓的方法來實現(xiàn)。當(dāng)電樞串入RS時，β變化。將n=1000r/min、TN=147.3N.m代入機(jī)械特性：1000=1654?β///147.3得:β///=4.44應(yīng)串入的電阻值為RS=9.55（）2β///?Ra=(9.550.1332*4.44?0.175)=0.575]當(dāng)電源電壓下降時，由下式解得電壓應(yīng)降至U=153.4V1．固有特性當(dāng)Ia較小，磁路未飽和時，Φ與Ia成正比即：Φ=kIa電磁轉(zhuǎn)矩Tem與Ia的平方成正比，即：Tem=CTΦIa=CTkI2a直流電動機(jī)機(jī)械特性的一般表達(dá)式為：當(dāng)磁路不飽和時，串勵電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n與成反比，其機(jī)械特性為非線性軟特性。從上式可得：U=UN，RS=0時得固有特性磁路不飽和時串勵電動機(jī)的機(jī)械特性為：R=Ra+Rf+Rs為電樞回路總電阻，Rs為電樞回路串聯(lián)電阻特點(diǎn)：（1）它是一條非線性的軟特性，負(fù)載時的轉(zhuǎn)速降落很大。（2）即理想空載轉(zhuǎn)速為無窮大。由于存在剩磁通Φ0，故空載轉(zhuǎn)速n0為一有限值，但其值很高，一般可達(dá)（5~6）nN，稱為“飛車”現(xiàn)象，因此，串勵電動機(jī)不允許空載或輕載起動或運(yùn)行。（3）由于Tem∝Ia2，起動和過載時Ia均較大，故串勵電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩大，過載能力強(qiáng)。2．人為特性電樞串電阻、改變電源電壓和改變磁通時的機(jī)械特性曲線。（1）電樞串電阻時的人為特性轉(zhuǎn)速降增大，位于固有特性的下方