电机与拖动基础 (3)PPT讲稿.ppt

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1、电机与拖动基础(3)第1页，共139页，编辑于2022年，星期一直流电动机的电力拖动 原动机为直流电动机的电机拖动系统称直流电力拖动系统，或称直流电原动机为直流电动机的电机拖动系统称直流电力拖动系统，或称直流电原动机为直流电动机的电机拖动系统称直流电力拖动系统，或称直流电原动机为直流电动机的电机拖动系统称直流电力拖动系统，或称直流电机拖动系统。机拖动系统。机拖动系统。机拖动系统。在此系统中，电动机有他励、串励和复励三种直流电动机，其中最主要在此系统中，电动机有他励、串励和复励三种直流电动机，其中最主要在此系统中，电动机有他励、串励和复励三种直流电动机，其中最主要在此系统中，电动机有他励、串励和

2、复励三种直流电动机，其中最主要的是他励直流电动机，因此重点介绍的是他励直流电动机，因此重点介绍的是他励直流电动机，因此重点介绍的是他励直流电动机，因此重点介绍 他励直流电动机组成的直流电力拖动系统他励直流电动机组成的直流电力拖动系统他励直流电动机组成的直流电力拖动系统他励直流电动机组成的直流电力拖动系统 研究问题：研究问题：研究问题：研究问题：1.1.电动机各种运转状态的物理概念、实用条件和四象限特性电动机各种运转状态的物理概念、实用条件和四象限特性电动机各种运转状态的物理概念、实用条件和四象限特性电动机各种运转状态的物理概念、实用条件和四象限特性2.2.固有机械特性、人为机械特性固有机械特性

3、、人为机械特性固有机械特性、人为机械特性固有机械特性、人为机械特性3.3.起动、制动与调速方法和相应的过渡过程起动、制动与调速方法和相应的过渡过程起动、制动与调速方法和相应的过渡过程起动、制动与调速方法和相应的过渡过程第2页，共139页，编辑于2022年，星期一他励直流电动机的机械特性 机械特性机械特性机械特性机械特性:电动机的电磁转矩与转速之间的关系电动机的电磁转矩与转速之间的关系电动机的电磁转矩与转速之间的关系电动机的电磁转矩与转速之间的关系曲线便是电动机的机械特性即曲线便是电动机的机械特性即曲线便是电动机的机械特性即曲线便是电动机的机械特性即第3页，共139页，编辑于2022年，星期一他

4、励直流电动机的机械特性一、机械特性方程式一、机械特性方程式一、机械特性方程式一、机械特性方程式理想空载转速理想空载转速理想空载转速理想空载转速 电动机实际空载转速电动机实际空载转速电动机实际空载转速电动机实际空载转速电磁转矩电磁转矩电磁转矩电磁转矩 感应电动势感应电动势感应电动势感应电动势 电动机机械特性电动机机械特性电动机机械特性电动机机械特性 电枢电路电动势平衡方程电枢电路电动势平衡方程电枢电路电动势平衡方程电枢电路电动势平衡方程 电动机转速特性电动机转速特性电动机转速特性电动机转速特性 其中其中其中其中 电动机机械特性可以表示电动机机械特性可以表示电动机机械特性可以表示电动机机械特性可以

5、表示 第4页，共139页，编辑于2022年，星期一他励直流电动机的机械特性 当电枢电流较大时，由于饱当电枢电流较大时，由于饱当电枢电流较大时，由于饱当电枢电流较大时，由于饱和的影响，产生去磁作用。和的影响，产生去磁作用。和的影响，产生去磁作用。和的影响，产生去磁作用。磁通降低，转速就要回升，磁通降低，转速就要回升，磁通降低，转速就要回升，磁通降低，转速就要回升，机械特性在负载大时呈上翘机械特性在负载大时呈上翘机械特性在负载大时呈上翘机械特性在负载大时呈上翘现象现象现象现象电动机带负载后的转速降电动机带负载后的转速降电动机带负载后的转速降电动机带负载后的转速降 他励直流电动机他励直流电动机的机械

6、特性的机械特性电枢反应对电枢反应对机械特性的机械特性的影响影响第5页，共139页，编辑于2022年，星期一他励直流电动机的机械特性二、固有机械特性与人为机械特性二、固有机械特性与人为机械特性二、固有机械特性与人为机械特性二、固有机械特性与人为机械特性 当他励电动机电压及磁通均为额定值时，电枢没有串联电阻时当他励电动机电压及磁通均为额定值时，电枢没有串联电阻时当他励电动机电压及磁通均为额定值时，电枢没有串联电阻时当他励电动机电压及磁通均为额定值时，电枢没有串联电阻时的机械特性称为固有机械特性的机械特性称为固有机械特性的机械特性称为固有机械特性的机械特性称为固有机械特性第6页，共139页，编辑于2

7、022年，星期一他励直流电动机的机械特性 固有机械特性的主要特点为：固有机械特性的主要特点为：固有机械特性的主要特点为：固有机械特性的主要特点为：1.T1.T1.T1.T=0=0=0=0时，时，时，时，是理想空载转速，这时是理想空载转速，这时是理想空载转速，这时是理想空载转速，这时 。2.2.2.2.机械特性呈下倾的直线，转速随转矩增大而减小。如果下倾的斜率机械特性呈下倾的直线，转速随转矩增大而减小。如果下倾的斜率机械特性呈下倾的直线，转速随转矩增大而减小。如果下倾的斜率机械特性呈下倾的直线，转速随转矩增大而减小。如果下倾的斜率 较小，转速变化较小，这时可以称为硬特性较小，转速变化较小，这时可

8、以称为硬特性较小，转速变化较小，这时可以称为硬特性较小，转速变化较小，这时可以称为硬特性3.3.3.3.电动机起动时电动机起动时电动机起动时电动机起动时n n n n=0=0=0=0，感应电动势，感应电动势，感应电动势，感应电动势E E E Ea=0a=0a=0a=0，这时电枢电流为起动电流，这时电枢电流为起动电流，这时电枢电流为起动电流，这时电枢电流为起动电流 ；电磁转矩为起动转矩；电磁转矩为起动转矩；电磁转矩为起动转矩；电磁转矩为起动转矩 。绝大部分情况下，电枢电阻。绝大部分情况下，电枢电阻。绝大部分情况下，电枢电阻。绝大部分情况下，电枢电阻 很小，在额定电压的作很小，在额定电压的作很小，

9、在额定电压的作很小，在额定电压的作用下，用下，用下，用下，起动电流将非常大，远远超过电动机所允许的最大电流，会起动电流将非常大，远远超过电动机所允许的最大电流，会起动电流将非常大，远远超过电动机所允许的最大电流，会起动电流将非常大，远远超过电动机所允许的最大电流，会烧坏换向器，因此直流电机不允许加全电压与烧坏换向器，因此直流电机不允许加全电压与烧坏换向器，因此直流电机不允许加全电压与烧坏换向器，因此直流电机不允许加全电压与 直接起动。直接起动。直接起动。直接起动。4.4.4.4.若转矩若转矩若转矩若转矩T T T T T T T Tst st st st，n n n n 0 0 0 0，特性曲

10、线在第四象限；若，特性曲线在第四象限；若，特性曲线在第四象限；若，特性曲线在第四象限；若T T T T 0 0 0 0 0 0 0，则特性曲线在第二象限，电磁转矩与转速方向相反，形成制动，则特性曲线在第二象限，电磁转矩与转速方向相反，形成制动，则特性曲线在第二象限，电磁转矩与转速方向相反，形成制动，则特性曲线在第二象限，电磁转矩与转速方向相反，形成制动转矩，电机处于发电状态。转矩，电机处于发电状态。转矩，电机处于发电状态。转矩，电机处于发电状态。第7页，共139页，编辑于2022年，星期一他励直流电动机的机械特性 当保持电枢回路电压当保持电枢回路电压当保持电枢回路电压当保持电枢回路电压 励磁励

11、磁励磁励磁电流电流电流电流 不变，改变电枢回路不变，改变电枢回路不变，改变电枢回路不变，改变电枢回路的串接电阻的串接电阻的串接电阻的串接电阻 ，电动机的理，电动机的理，电动机的理，电动机的理想空载转速想空载转速想空载转速想空载转速 不变，但机械不变，但机械不变，但机械不变，但机械特性的斜率特性的斜率特性的斜率特性的斜率 增大，特性曲线增大，特性曲线增大，特性曲线增大，特性曲线倾斜度增加，且串入电阻越倾斜度增加，且串入电阻越倾斜度增加，且串入电阻越倾斜度增加，且串入电阻越大，曲线越倾斜，其人为机大，曲线越倾斜，其人为机大，曲线越倾斜，其人为机大，曲线越倾斜，其人为机械特性如图械特性如图械特性如图

12、械特性如图第8页，共139页，编辑于2022年，星期一他励直流电动机的机械特性（二）改变电压时的人为机械特二）改变电压时的人为机械特二）改变电压时的人为机械特二）改变电压时的人为机械特性性性性 电动机励磁电流为额定值，使电动机励磁电流为额定值，使电动机励磁电流为额定值，使电动机励磁电流为额定值，使每极磁通为每极磁通为每极磁通为每极磁通为 N N N N 并保持不变，并保持不变，并保持不变，并保持不变，电枢回路不外接电阻，改变电枢回路不外接电阻，改变电枢回路不外接电阻，改变电枢回路不外接电阻，改变电动机的电枢电压电动机的电枢电压电动机的电枢电压电动机的电枢电压U U U Ua a a a，可，可

13、，可，可得到一条与固有机械特性平得到一条与固有机械特性平得到一条与固有机械特性平得到一条与固有机械特性平行的人为机械特性。不断改行的人为机械特性。不断改行的人为机械特性。不断改行的人为机械特性。不断改变变变变U U U U ，可得到一组平行曲线，可得到一组平行曲线，可得到一组平行曲线，可得到一组平行曲线，特性曲线的硬度均相同，仅理特性曲线的硬度均相同，仅理特性曲线的硬度均相同，仅理特性曲线的硬度均相同，仅理想空载转速大小不同想空载转速大小不同想空载转速大小不同想空载转速大小不同电压不同时的人为机电压不同时的人为机械特性械特性第9页，共139页，编辑于2022年，星期一他励直流电动机的机械特性（

14、三）减弱电动机磁通时的人为机械特性（三）减弱电动机磁通时的人为机械特性（三）减弱电动机磁通时的人为机械特性（三）减弱电动机磁通时的人为机械特性 当降低励磁电压或在励磁回路串接电阻当降低励磁电压或在励磁回路串接电阻当降低励磁电压或在励磁回路串接电阻当降低励磁电压或在励磁回路串接电阻R R R Rc c c c，使励磁电流，使励磁电流，使励磁电流，使励磁电流I I I If f f f减小，减小，减小，减小，由于磁通与励磁电流在额定磁通以下时基本成正比，所以主极由于磁通与励磁电流在额定磁通以下时基本成正比，所以主极由于磁通与励磁电流在额定磁通以下时基本成正比，所以主极由于磁通与励磁电流在额定磁通以

15、下时基本成正比，所以主极磁通减小了。根据机械特性公式可知：磁通减小了。根据机械特性公式可知：磁通减小了。根据机械特性公式可知：磁通减小了。根据机械特性公式可知：当磁通减小后，理想空载转速当磁通减小后，理想空载转速当磁通减小后，理想空载转速当磁通减小后，理想空载转速 升高，而斜率升高，而斜率升高，而斜率升高，而斜率 增大，使增大，使增大，使增大，使特性曲线倾斜度增加，电动机的转速较原来有所提高，整个特性曲线倾斜度增加，电动机的转速较原来有所提高，整个特性曲线倾斜度增加，电动机的转速较原来有所提高，整个特性曲线倾斜度增加，电动机的转速较原来有所提高，整个特性曲线均在固有机械特性之上特性曲线均在固有

16、机械特性之上特性曲线均在固有机械特性之上特性曲线均在固有机械特性之上第10页，共139页，编辑于2022年，星期一他励直流电动机的机械特性不同不同时时的的n=f(Ia)n=f(Ia)曲曲线线 不同不同时时的的n=f(T)n=f(T)曲曲线线2 21 1FF FF FFN N第11页，共139页，编辑于2022年，星期一他励直流电动机的机械特性三、机械特性的绘制三、机械特性的绘制三、机械特性的绘制三、机械特性的绘制 机械特性绘制时的条件：给定的电动机机械特性绘制时的条件：给定的电动机机械特性绘制时的条件：给定的电动机机械特性绘制时的条件：给定的电动机铭牌数据铭牌数据铭牌数据铭牌数据、产品目产品目

17、产品目产品目录录录录或或或或实测数据实测数据实测数据实测数据来计算机械特性来计算机械特性来计算机械特性来计算机械特性 对计算有用的数据：对计算有用的数据：对计算有用的数据：对计算有用的数据：（一）（一）（一）（一）固有机械特性的绘制固有机械特性的绘制固有机械特性的绘制固有机械特性的绘制 固有机械特性是一条直线，只要求出直线上两个点的数据，就可固有机械特性是一条直线，只要求出直线上两个点的数据，就可固有机械特性是一条直线，只要求出直线上两个点的数据，就可固有机械特性是一条直线，只要求出直线上两个点的数据，就可绘出这条直线。一般选择理想空载及额定运行两点较为方便绘出这条直线。一般选择理想空载及额定

18、运行两点较为方便绘出这条直线。一般选择理想空载及额定运行两点较为方便绘出这条直线。一般选择理想空载及额定运行两点较为方便。理想空载点理想空载点理想空载点理想空载点其中其中其中其中第12页，共139页，编辑于2022年，星期一他励直流电动机的机械特性P P P PN N N N是额定输出功率是额定输出功率是额定输出功率是额定输出功率I IN N，U UN N及及及及n nN N 为已知，为已知，为已知，为已知，R Ra a 可以估算可以估算可以估算可以估算额定运行点额定运行点额定运行点额定运行点第13页，共139页，编辑于2022年，星期一他励直流电动机的机械特性（二）人为机械特性的绘制（二）人

19、为机械特性的绘制（二）人为机械特性的绘制（二）人为机械特性的绘制 各种人为机械特性的计算较为简单，只要把相应的参数值代入各种人为机械特性的计算较为简单，只要把相应的参数值代入各种人为机械特性的计算较为简单，只要把相应的参数值代入各种人为机械特性的计算较为简单，只要把相应的参数值代入相应的人为机械特性方程式即可相应的人为机械特性方程式即可相应的人为机械特性方程式即可相应的人为机械特性方程式即可。例例例例一台一台一台一台Z Z2 2 型他励直流电动机的铭牌数据为：型他励直流电动机的铭牌数据为：型他励直流电动机的铭牌数据为：型他励直流电动机的铭牌数据为：试计算其机械特性。试计算其机械特性。试计算其机

20、械特性。试计算其机械特性。解解解解第14页，共139页，编辑于2022年，星期一他励直流电动机的机械特性理想空载点理想空载点理想空载点理想空载点额定点额定点额定点额定点第15页，共139页，编辑于2022年，星期一电力拖动工作点稳定条件四、电力拖动稳定运行的条件四、电力拖动稳定运行的条件四、电力拖动稳定运行的条件四、电力拖动稳定运行的条件讨论：生产机械负载转矩特性与电动讨论：生产机械负载转矩特性与电动讨论：生产机械负载转矩特性与电动讨论：生产机械负载转矩特性与电动机的机械特性这两种特性的配合问题。机的机械特性这两种特性的配合问题。机的机械特性这两种特性的配合问题。机的机械特性这两种特性的配合问

21、题。他励直流电动他励直流电动机的机械特性机的机械特性负载特性负载特性负载特性负载特性在电力拖动运动方程式中已指出，当转在电力拖动运动方程式中已指出，当转在电力拖动运动方程式中已指出，当转在电力拖动运动方程式中已指出，当转矩矩矩矩T T 与与与与T Tz z 方向相反，大小相等而相互方向相反，大小相等而相互方向相反，大小相等而相互方向相反，大小相等而相互平衡时，转速为某一稳定值，拖动系平衡时，转速为某一稳定值，拖动系平衡时，转速为某一稳定值，拖动系平衡时，转速为某一稳定值，拖动系统处于稳态，或称静态统处于稳态，或称静态统处于稳态，或称静态统处于稳态，或称静态 第16页，共139页，编辑于2022

22、年，星期一所谓电力拖动系统稳定运行是指系统在扰动作用下，离开原来的平衡所谓电力拖动系统稳定运行是指系统在扰动作用下，离开原来的平衡所谓电力拖动系统稳定运行是指系统在扰动作用下，离开原来的平衡所谓电力拖动系统稳定运行是指系统在扰动作用下，离开原来的平衡状态，但仍然能够在新的运行条件达到平衡状态，或者在扰动消失之状态，但仍然能够在新的运行条件达到平衡状态，或者在扰动消失之状态，但仍然能够在新的运行条件达到平衡状态，或者在扰动消失之状态，但仍然能够在新的运行条件达到平衡状态，或者在扰动消失之后，能够回到原有的平衡状态后，能够回到原有的平衡状态后，能够回到原有的平衡状态后，能够回到原有的平衡状态 电力

23、拖动工作点稳定条件第17页，共139页，编辑于2022年，星期一 电力拖动系统稳定运行的条件电力拖动系统稳定运行的条件电力拖动系统稳定运行的条件电力拖动系统稳定运行的条件 从以上分析可以看出，电力拖动系统在电动机机械特性与负载从以上分析可以看出，电力拖动系统在电动机机械特性与负载从以上分析可以看出，电力拖动系统在电动机机械特性与负载从以上分析可以看出，电力拖动系统在电动机机械特性与负载转矩特性的交点上，并不一定都能够稳定运行，也就是说，转矩特性的交点上，并不一定都能够稳定运行，也就是说，转矩特性的交点上，并不一定都能够稳定运行，也就是说，转矩特性的交点上，并不一定都能够稳定运行，也就是说，T

24、T T Te=e=e=e=T T T TL L L L 仅仅是系统稳定运行的一个必要条件，而不是充分条件。仅仅是系统稳定运行的一个必要条件，而不是充分条件。仅仅是系统稳定运行的一个必要条件，而不是充分条件。仅仅是系统稳定运行的一个必要条件，而不是充分条件。因此需要进一步分析电动机与负载特性的关系，寻求电力拖因此需要进一步分析电动机与负载特性的关系，寻求电力拖因此需要进一步分析电动机与负载特性的关系，寻求电力拖因此需要进一步分析电动机与负载特性的关系，寻求电力拖动系统稳定运行的条件。动系统稳定运行的条件。动系统稳定运行的条件。动系统稳定运行的条件。根据电力拖动运动方程根据电力拖动运动方程根据电力

25、拖动运动方程根据电力拖动运动方程 系统在平衡点稳定运行时应有系统在平衡点稳定运行时应有系统在平衡点稳定运行时应有系统在平衡点稳定运行时应有电力拖动工作点稳定条件第18页，共139页，编辑于2022年，星期一给系统加一个扰动使转速有一个改变量给系统加一个扰动使转速有一个改变量给系统加一个扰动使转速有一个改变量给系统加一个扰动使转速有一个改变量 n n n n，如果当扰动消失后系统，如果当扰动消失后系统，如果当扰动消失后系统，如果当扰动消失后系统又回到原平衡点工作，即有又回到原平衡点工作，即有又回到原平衡点工作，即有又回到原平衡点工作，即有 n n n n 0 0 0 0，则系统是稳定的，则系统是

26、稳定的，则系统是稳定的，则系统是稳定的电力拖动工作点稳定条件平衡点条件，有方程平衡点条件，有方程运动方程成为运动方程成为现假定拖动系统在扰动作用下离开了平衡状态现假定拖动系统在扰动作用下离开了平衡状态A A点，此时点，此时第19页，共139页，编辑于2022年，星期一根据微分原理，可近似表示为根据微分原理，可近似表示为 微分方程解为微分方程解为微分方程解为微分方程解为电力拖动系统稳定点条件为电力拖动系统稳定点条件为电力拖动系统稳定点条件为电力拖动系统稳定点条件为电力拖动工作点稳定条件第20页，共139页，编辑于2022年，星期一 图示说明了电力拖动系统稳定的概念。图示说明了电力拖动系统稳定的概

27、念。电力拖动工作点稳定条件第21页，共139页，编辑于2022年，星期一他励直流电动机的起动一、他励电动机的起动方法一、他励电动机的起动方法 所谓起动就是指电动机接通电源后，由静止状态加速到某一稳态转速所谓起动就是指电动机接通电源后，由静止状态加速到某一稳态转速所谓起动就是指电动机接通电源后，由静止状态加速到某一稳态转速所谓起动就是指电动机接通电源后，由静止状态加速到某一稳态转速的过程的过程的过程的过程。他励直流电动机起动时，必须注意的问题他励直流电动机起动时，必须注意的问题他励直流电动机起动时，必须注意的问题他励直流电动机起动时，必须注意的问题1 1 1 1，必须先加额定励磁电流建立磁场必须

28、先加额定励磁电流建立磁场必须先加额定励磁电流建立磁场必须先加额定励磁电流建立磁场2 2，不能不加任何措施，直接加额定电枢电压不能不加任何措施，直接加额定电枢电压不能不加任何措施，直接加额定电枢电压不能不加任何措施，直接加额定电枢电压 直接起动，则起动电流很大直接起动，则起动电流很大直接起动，则起动电流很大直接起动，则起动电流很大 导致问题：导致问题：导致问题：导致问题：1 1 1 1，电机换向困难，在换向片表面产生强烈的火花，甚至形成环火；，电机换向困难，在换向片表面产生强烈的火花，甚至形成环火；，电机换向困难，在换向片表面产生强烈的火花，甚至形成环火；，电机换向困难，在换向片表面产生强烈的火

29、花，甚至形成环火；2 2 2 2，由于大电流产生的转矩过大，将损坏拖动系统的传动机构，由于大电流产生的转矩过大，将损坏拖动系统的传动机构，由于大电流产生的转矩过大，将损坏拖动系统的传动机构，由于大电流产生的转矩过大，将损坏拖动系统的传动机构，第22页，共139页，编辑于2022年，星期一他励直流电动机的起动 直流电动机拖动负载起动的要求直流电动机拖动负载起动的要求直流电动机拖动负载起动的要求直流电动机拖动负载起动的要求：1)1)1)1)起动电流限制在一定范围内，即起动电流限制在一定范围内，即起动电流限制在一定范围内，即起动电流限制在一定范围内，即I I I Istststst I I I IN

30、 N N N，为电机的过载为电机的过载为电机的过载为电机的过载倍数；倍数；倍数；倍数；2)2)2)2)足够大的起动转矩；足够大的起动转矩；足够大的起动转矩；足够大的起动转矩；3)3)3)3)起动设备简单、可靠。起动设备简单、可靠。起动设备简单、可靠。起动设备简单、可靠。如何限制起动时的电枢电流如何限制起动时的电枢电流如何限制起动时的电枢电流如何限制起动时的电枢电流 由由由由I I I Ist=st=st=st=U U U UN N N N/R R R Ra a a a可知，限制起动电流的措施有两个：一是增加电枢回可知，限制起动电流的措施有两个：一是增加电枢回可知，限制起动电流的措施有两个：一是

31、增加电枢回可知，限制起动电流的措施有两个：一是增加电枢回路电阻，二是降低电源电压，即直流电动机的起动方法有电枢串电路电阻，二是降低电源电压，即直流电动机的起动方法有电枢串电路电阻，二是降低电源电压，即直流电动机的起动方法有电枢串电路电阻，二是降低电源电压，即直流电动机的起动方法有电枢串电阻和降压两种。阻和降压两种。阻和降压两种。阻和降压两种。第23页，共139页，编辑于2022年，星期一他励直流电动机的起动 减压起动减压起动减压起动减压起动 当直流电源电压可调时，可以采用减压方法起动。在起动当直流电源电压可调时，可以采用减压方法起动。在起动当直流电源电压可调时，可以采用减压方法起动。在起动当直

32、流电源电压可调时，可以采用减压方法起动。在起动瞬间，电动机的转速瞬间，电动机的转速瞬间，电动机的转速瞬间，电动机的转速n n n n=0=0=0=0，反电动势，反电动势，反电动势，反电动势E E E Ea=0a=0a=0a=0，降低电源电，降低电源电，降低电源电，降低电源电压压压压U U U U ，将起动电流限制在允许的范围内。，将起动电流限制在允许的范围内。，将起动电流限制在允许的范围内。，将起动电流限制在允许的范围内。第24页，共139页，编辑于2022年，星期一他励直流电动机的起动 电枢回路串电阻起动电枢回路串电阻起动电枢回路串电阻起动电枢回路串电阻起动 在额定电源电压下，电枢回路串入分

33、级起动电阻在额定电源电压下，电枢回路串入分级起动电阻在额定电源电压下，电枢回路串入分级起动电阻在额定电源电压下，电枢回路串入分级起动电阻R R R R，在起动过程，在起动过程，在起动过程，在起动过程中将起动电阻逐步切除。图为他励直流电动机二级起动时的中将起动电阻逐步切除。图为他励直流电动机二级起动时的中将起动电阻逐步切除。图为他励直流电动机二级起动时的中将起动电阻逐步切除。图为他励直流电动机二级起动时的电气原理图。电气原理图。电气原理图。电气原理图。第25页，共139页，编辑于2022年，星期一他励直流电动机的起动二、他励直流电动机起动电阻的计算二、他励直流电动机起动电阻的计算二、他励直流电动

34、机起动电阻的计算二、他励直流电动机起动电阻的计算（一）图解分析法（一）图解分析法（一）图解分析法（一）图解分析法 1 1 1 1绘制固有机械特性绘制固有机械特性绘制固有机械特性绘制固有机械特性 2 2 2 2选取起动过程中的最大电流选取起动过程中的最大电流选取起动过程中的最大电流选取起动过程中的最大电流 I I1 1与电阻切除时的切换电流与电阻切除时的切换电流与电阻切除时的切换电流与电阻切除时的切换电流 I I2 2（或力矩或力矩或力矩或力矩T T1 1 与与与与T T2 2）3 3 3 3画出分级起动特性图画出分级起动特性图画出分级起动特性图画出分级起动特性图第26页，共139页，编辑于20

35、22年，星期一他励直流电动机的起动（一）解析法（一）解析法（一）解析法（一）解析法在在在在b b点点点点 在在在在c c点点点点 推广到推广到推广到推广到mm级起动的一般情况级起动的一般情况级起动的一般情况级起动的一般情况 两级起动时两级起动时两级起动时两级起动时 第27页，共139页，编辑于2022年，星期一他励直流电动机的起动 各电阻计算公式为各电阻计算公式为各电阻计算公式为各电阻计算公式为：第28页，共139页，编辑于2022年，星期一他励直流电动机的起动解解解解已知起动级数已知起动级数已知起动级数已知起动级数m m=4=4 选择选择选择选择则各级起动总电阻如下：则各级起动总电阻如下：则

36、各级起动总电阻如下：则各级起动总电阻如下：第29页，共139页，编辑于2022年，星期一他励直流电动机的起动各分段电阻如下各分段电阻如下各分段电阻如下各分段电阻如下 ：第30页，共139页，编辑于2022年，星期一他励直流电动机的动态过程三、他励直流电动机起动的过渡过程三、他励直流电动机起动的过渡过程三、他励直流电动机起动的过渡过程三、他励直流电动机起动的过渡过程直流电力拖动系统动态过程的分析与计算直流电力拖动系统动态过程的分析与计算 所谓动态过程是指系统从一个稳定工作点向另一个稳定工作点过所谓动态过程是指系统从一个稳定工作点向另一个稳定工作点过所谓动态过程是指系统从一个稳定工作点向另一个稳定

37、工作点过所谓动态过程是指系统从一个稳定工作点向另一个稳定工作点过渡的中间过程，这个过程也被称为过渡过程渡的中间过程，这个过程也被称为过渡过程渡的中间过程，这个过程也被称为过渡过程渡的中间过程，这个过程也被称为过渡过程 系统在过渡过程的变化规律和性能被称为系统的动态特性系统在过渡过程的变化规律和性能被称为系统的动态特性系统在过渡过程的变化规律和性能被称为系统的动态特性系统在过渡过程的变化规律和性能被称为系统的动态特性 研究这些问题，对经常处于起动、制动运行的生产机械如何缩短研究这些问题，对经常处于起动、制动运行的生产机械如何缩短研究这些问题，对经常处于起动、制动运行的生产机械如何缩短研究这些问题

38、，对经常处于起动、制动运行的生产机械如何缩短过渡过程时间，减少过渡过程中能量损耗，提高劳动生产率等，过渡过程时间，减少过渡过程中能量损耗，提高劳动生产率等，过渡过程时间，减少过渡过程中能量损耗，提高劳动生产率等，过渡过程时间，减少过渡过程中能量损耗，提高劳动生产率等，都有实际意义都有实际意义都有实际意义都有实际意义 在电力拖动系统中，一些电气参数（如电压、电阻等）与负载转在电力拖动系统中，一些电气参数（如电压、电阻等）与负载转在电力拖动系统中，一些电气参数（如电压、电阻等）与负载转在电力拖动系统中，一些电气参数（如电压、电阻等）与负载转矩的突然变化，会引起过渡过程，但由于惯性，这些变化却不能矩

39、的突然变化，会引起过渡过程，但由于惯性，这些变化却不能矩的突然变化，会引起过渡过程，但由于惯性，这些变化却不能矩的突然变化，会引起过渡过程，但由于惯性，这些变化却不能导致电动机的转速、电流、转矩及磁通等参量的突变，而必须是导致电动机的转速、电流、转矩及磁通等参量的突变，而必须是导致电动机的转速、电流、转矩及磁通等参量的突变，而必须是导致电动机的转速、电流、转矩及磁通等参量的突变，而必须是个连续变化的过程个连续变化的过程个连续变化的过程个连续变化的过程 第31页，共139页，编辑于2022年，星期一他励直流电动机的动态过程 电力拖动系统中一般存在以下三种惯性：电力拖动系统中一般存在以下三种惯性：

40、电力拖动系统中一般存在以下三种惯性：电力拖动系统中一般存在以下三种惯性：1 1 1 1机械惯性机械惯性机械惯性机械惯性 反映在系统的飞轮惯量上，它使转速不能突变。反映在系统的飞轮惯量上，它使转速不能突变。反映在系统的飞轮惯量上，它使转速不能突变。反映在系统的飞轮惯量上，它使转速不能突变。2 2 2 2电磁惯性电磁惯性电磁惯性电磁惯性 反映在电枢回路电感及励磁回路电感上，反映在电枢回路电感及励磁回路电感上，反映在电枢回路电感及励磁回路电感上，反映在电枢回路电感及励磁回路电感上，它们分别使电枢电流和励磁电流不能突变，从而使磁通不能它们分别使电枢电流和励磁电流不能突变，从而使磁通不能它们分别使电枢电

41、流和励磁电流不能突变，从而使磁通不能它们分别使电枢电流和励磁电流不能突变，从而使磁通不能突变。突变。突变。突变。3 3 3 3热惯性热惯性热惯性热惯性 它使电动机的温度不能突变。它使电动机的温度不能突变。它使电动机的温度不能突变。它使电动机的温度不能突变。对电力拖动系统动态过程的研究主要集中在对转速、转矩对电力拖动系统动态过程的研究主要集中在对转速、转矩以及电流在过渡过程中随时间的变化规律，即以及电流在过渡过程中随时间的变化规律，即 ，（或（或 ），这些规律是正确选择或校验电机及），这些规律是正确选择或校验电机及其定额的依据。其定额的依据。第32页，共139页，编辑于2022年，星期一他励直流

42、电动机的动态过程 电力拖动的过渡过程一般分为两种：电力拖动的过渡过程一般分为两种：电力拖动的过渡过程一般分为两种：电力拖动的过渡过程一般分为两种：1 1 1 1）机械过渡过程）机械过渡过程）机械过渡过程）机械过渡过程它只考虑机械惯性，忽略影响较小的电磁惯性。它只考虑机械惯性，忽略影响较小的电磁惯性。它只考虑机械惯性，忽略影响较小的电磁惯性。它只考虑机械惯性，忽略影响较小的电磁惯性。2 2 2 2）电气一机械过渡过程）电气一机械过渡过程）电气一机械过渡过程）电气一机械过渡过程它同时考虑机械与电磁两种惯性它同时考虑机械与电磁两种惯性它同时考虑机械与电磁两种惯性它同时考虑机械与电磁两种惯性（一）起动

43、时的机械过渡过程（一）起动时的机械过渡过程（一）起动时的机械过渡过程（一）起动时的机械过渡过程 1 1 1 1电枢串固定电阻起动的过渡过程电枢串固定电阻起动的过渡过程电枢串固定电阻起动的过渡过程电枢串固定电阻起动的过渡过程他励直流电动机他励直流电动机串固定电阻全压串固定电阻全压起动起动第33页，共139页，编辑于2022年，星期一负载转矩对应的负载电流，即电动机起动完毕负载转矩对应的负载电流，即电动机起动完毕负载转矩对应的负载电流，即电动机起动完毕负载转矩对应的负载电流，即电动机起动完毕后，保持稳定转速运行时的电枢电流后，保持稳定转速运行时的电枢电流后，保持稳定转速运行时的电枢电流后，保持稳定

44、转速运行时的电枢电流 电力拖动系统的机电时间常数，是表征机械电力拖动系统的机电时间常数，是表征机械电力拖动系统的机电时间常数，是表征机械电力拖动系统的机电时间常数，是表征机械惯性的一个非常重要的物理量惯性的一个非常重要的物理量惯性的一个非常重要的物理量惯性的一个非常重要的物理量 其解为其解为其解为其解为为电流的起始值为电流的起始值为电流的起始值为电流的起始值 其中其中其中其中或或或或第34页，共139页，编辑于2022年，星期一起动过程中电枢起动过程中电枢电流的变化曲线电流的变化曲线或或或或转速的变化过程转速的变化过程转速的变化过程转速的变化过程 过渡过程开始时转速的起始值过渡过程开始时转速的

45、起始值过渡过程开始时转速的起始值过渡过程开始时转速的起始值机械特性上负载转矩机械特性上负载转矩机械特性上负载转矩机械特性上负载转矩 （或负载电流（或负载电流（或负载电流（或负载电流 ）对应的转速，即过渡）对应的转速，即过渡）对应的转速，即过渡）对应的转速，即过渡过程结束时电动机的稳定转速。过程结束时电动机的稳定转速。过程结束时电动机的稳定转速。过程结束时电动机的稳定转速。当起动转速为零时当起动转速为零时当起动转速为零时当起动转速为零时起动过程中转速起动过程中转速的上升曲线的上升曲线第35页，共139页，编辑于2022年，星期一他励直流电动机的动态过程 求出过渡过程中某一段的时间求出过渡过程中某

46、一段的时间求出过渡过程中某一段的时间求出过渡过程中某一段的时间 2 2 2 2电枢串多级电阻起动的过渡过程电枢串多级电阻起动的过渡过程电枢串多级电阻起动的过渡过程电枢串多级电阻起动的过渡过程 他励电动机二级起动的电路及特性他励电动机二级起动的电路及特性他励电动机二级起动的电路及特性他励电动机二级起动的电路及特性或或或或或或或或第一级起动时第一级起动时第一级起动时第一级起动时 第一级进行的时间第一级进行的时间第一级进行的时间第一级进行的时间第36页，共139页，编辑于2022年，星期一转速变化曲线转速变化曲线机械特性曲线机械特性曲线电流变化曲线电流变化曲线第37页，共139页，编辑于2022年，

47、星期一第38页，共139页，编辑于2022年，星期一 例例例例一台他励直流电动机铭牌数据为：一台他励直流电动机铭牌数据为：一台他励直流电动机铭牌数据为：一台他励直流电动机铭牌数据为：已知四段起动电阻为：已知四段起动电阻为：已知四段起动电阻为：已知四段起动电阻为：电枢电阻电枢电阻电枢电阻电枢电阻系统飞轮惯量系统飞轮惯量系统飞轮惯量系统飞轮惯量求分级起动总的起动时间。求分级起动总的起动时间。求分级起动总的起动时间。求分级起动总的起动时间。解：解：解：解：第39页，共139页，编辑于2022年，星期一设设设设 =(0.231+0.137+0.0808+0.0478)1.61s+40.0306s=0.

48、922s =(0.231+0.137+0.0808+0.0478)1.61s+40.0306s=0.922s 第40页，共139页，编辑于2022年，星期一他励直流电动机的动态过程3.3.3.3.加快起动过程的途径加快起动过程的途径加快起动过程的途径加快起动过程的途径 原因原因原因原因系统机械惯性，造成机电时系统机械惯性，造成机电时系统机械惯性，造成机电时系统机械惯性，造成机电时间常数大，转速上升时间加长；起动过间常数大，转速上升时间加长；起动过间常数大，转速上升时间加长；起动过间常数大，转速上升时间加长；起动过程中，电流在不断衰减，不能提供最大程中，电流在不断衰减，不能提供最大程中，电流在不

49、断衰减，不能提供最大程中，电流在不断衰减，不能提供最大加速度加速度加速度加速度 措施措施措施措施减小系统的飞轮惯量，以减小系统的飞轮惯量，以减小系统的飞轮惯量，以减小系统的飞轮惯量，以减小机电时间常数，从而降低系统减小机电时间常数，从而降低系统减小机电时间常数，从而降低系统减小机电时间常数，从而降低系统的惯性的惯性的惯性的惯性 ；在设计电力拖动系统时，；在设计电力拖动系统时，；在设计电力拖动系统时，；在设计电力拖动系统时，尽可能设法改善起动过程中电枢电尽可能设法改善起动过程中电枢电尽可能设法改善起动过程中电枢电尽可能设法改善起动过程中电枢电流的波形流的波形流的波形流的波形 理想的起动电理想的起

50、动电流变化规律流变化规律第41页，共139页，编辑于2022年，星期一他励直流电动机的动态过程（二）电枢电路电感对起动过程的影响（二）电枢电路电感对起动过程的影响（二）电枢电路电感对起动过程的影响（二）电枢电路电感对起动过程的影响电磁时间常数为电磁时间常数为电磁时间常数为电磁时间常数为 式中，式中，式中，式中，L La a 为电枢电路的总电感为电枢电路的总电感为电枢电路的总电感为电枢电路的总电感 当电动机带负载起动时，则过渡过程分两阶段当电动机带负载起动时，则过渡过程分两阶段当电动机带负载起动时，则过渡过程分两阶段当电动机带负载起动时，则过渡过程分两阶段：第一阶段，电枢电流从零增加到第一阶段，