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直流電動機機械特性概述

論文導讀:直流電動機的電樞對于可控整流電路來說是反電動勢性質的負載,會導致晶閘管導通時間變短,輸出電流斷續(xù),電動機機械特性將變軟,因此,理論上講應在主回路中加入平波電抗器。加與不加平波電抗器會對直流電動機機械特性會造成什么影響,本文通過實驗給予了明確答復。其機械特性,在電樞電流連續(xù)時是一條較硬的曲線,在電樞電流斷續(xù)時,則是一條很軟的曲線。驗證過程:以三相半波可控整流輸出電壓來為直流電動機供電,直流電動機作為原動機帶動直流發(fā)電機轉動,在發(fā)電機輸出回路串入可變電阻和電流表通過改變電阻大小從而改變了負載的大小,當開關S斷開(相當串入平波電抗器,電流連續(xù)),分別記錄控制角是30°、45°、60°、75°電流表和轉速表對應的值,然后再改變負載大小并記錄其值。
關鍵詞:晶閘管,直流電動機,機械特性,驗證

  摘要: 直流電動機的電樞對于可控整流電路來說是反電動勢性質的負載,會導致晶閘管導通時間變短,輸出電流斷續(xù),電動機機械特性將變軟,因此,理論上講應在主回路中加入平波電抗器。加與不加平波電抗器會對直流電動機機械特性會造成什么影響,本文通過實驗給予了明確答復。
  0引言
  晶閘管—直流電動機調速系統(tǒng),具有調速范圍大、調速特性好、易控制和效率高等優(yōu)點,是近代發(fā)展較快的調速系統(tǒng)。其機械特性,在電樞電流連續(xù)時是一條較硬的曲線,在電樞電流斷續(xù)時,則是一條很軟的曲線,F(xiàn)以三相半波可控整流電路為例來分析這兩種情況。
  1 理論分析:
  1)電流連續(xù)時的機械特性:
  1—a1—b
  [1]如圖1—a所示,當串入較大的平波電抗器時,電流連續(xù),輸出電流波形可認為是一條平滑的直線,據(jù)此可以得出如下方程:
  直流電動機電壓方程:Ud=E+RaId 1—1
  直流電動機機械方程:
  n =Ud /(CeФ)-RaId /(CeФ)1—2
  可控整流平均電壓:
  Ud =1.17U2cosa(3/2л)XTId -△UT1—3
  以上各式整理可得:
  n = 1/ CeФ(1.17U2cosa -R∑Id- △UT)= n′0 - △n
  式中 : R∑—電樞回路總的等效電阻 R∑= 3XT/2л+ RT + Ra = Ri+ Ra
  Ri—整流變壓器等效內阻;Ra—電樞電阻;
  △UT—晶閘管的通態(tài)平均壓降,約為 1V, 通常忽略不計;
  Ф—磁通;
  E — 電動機反電動勢。免費論文網(wǎng)。
  從式( 1—2)可見, 當控制角 a 一定時,電動機轉速n 與負載電流Id成線性關系,如圖( 1—b )所示。圖中虛線是假設電流是連續(xù)時畫出的,實際上,當負載電流小于某一數(shù)值時,電流就不連續(xù),其機械特性不再是這條,而是要按電流斷續(xù)出現(xiàn)的情況去分析。所以n′0稱為電流連續(xù)時假想的理想轉速, 而實際的理想轉速應比n′0 高得多。同時由式(1—2)和圖(1—b)可看出,通過改變控制角a ,就可以調節(jié)電動機的轉速。
  2)電流斷續(xù)時的機械特性:
  當電流不連續(xù)時可以通過推導得出如下關系式:
  
   根據(jù)以上兩式得知: 在某a值時,給出不同的 Ф值,便得出一組n和Id的數(shù)值。再根據(jù)這些數(shù)就可作出在該a 值時,斷續(xù)電流的電動機機械特性, 如圖(2—b)實線段所示。
  
  2—a2—b
  由圖(2—b)可看出,電流斷續(xù)時機械特性與電流連續(xù)時有很大不同,電流斷續(xù)時機械特性隨著負載電流Id 的減小而轉速急劇上升,它與直流串勵電動機的機械特性相似。
  2 實驗驗證:
   利用浙江大學方園科技公司生產(chǎn)的電力電子實驗裝置,設計如下實驗電路(下圖所示)進行驗證。免費論文網(wǎng)。
  
  驗證過程:以三相半波可控整流輸出電壓來為直流電動機供電,直流電動機作為原動機帶動直流發(fā)電機轉動,在發(fā)電機輸出回路串入可變電阻和電流表通過改變電阻大小從而改變了負載的大小,當開關S斷開(相當串入平波電抗器,電流連續(xù)),分別記錄控制角是30°、45°、60°、75°電流表和轉速表對應的值,然后再改變負載大小并記錄其值。同理測量當開關S閉合時(相當不用平波電抗器,電流斷續(xù))的數(shù)據(jù),并記錄在下表中。
  表1開關S斷開時數(shù)據(jù)
  

a=30° 負載電流(A) 0.5A 0.6A 0.7A 0.8A 0.9A
電動機轉速(n) 1000 1000 950 950 900
a=45° 負載電流(A) 0.5A 0.6A 0.7A 0.8A 0.9A
電動機轉速(n) 900 870 850 800 800
a=60° 負載電流(A) 0.5A 0.6A 0.7A 0.8A 0.9A
電動機轉速(n) 800 750 710 700 700
a=75° 負載電流(A) 0.5A 0.6A 0.7A 0.8A 0.9A
電動機轉速(n) 600 600 550 500 500


  表2開關S閉合時數(shù)據(jù)
  

a=30° 負載電流(A) 0.5A 0.6A 0.7A 0.8A 0.9A
電動機轉速(n) 1350 1250 1200 1150 1050
a=60° 負載電流(A) 0.5A 0.6A 0.7A 0.8A 0.9A
電動機轉速(n) 1000 900 850 750 650
a=75° 負載電流(A) 0.2A 0.3A 0.4A 0.5A 0.55A
電動機轉速(n) 1200 800 600 400 300

依此繪出直流電動機機械特性曲線:
  
  
  3 結論:
  1)通過以上實測數(shù)據(jù)和我們繪制的曲線圖作比較可以看出。通過改變控制角a ,就可以調節(jié)電動機的轉速。
  2)當串入平波電抗器時電動機中的電流是連續(xù)的,改變負載的大小時,電動機轉動均勻且轉速隨負載變化很小。從而判定電流連續(xù)時其機械特性較硬。
  3)當回路中沒有電抗器時電動機中的電流是斷續(xù)的,改變負載大小時,電動機的轉速有明顯的變化,機械特性較軟。免費論文網(wǎng)。同時,電機轉動噪音較大。
  4)因此,在正常使用時要在電動機回路中串入平波電抗器,以便提高電動機的機械特性。

參考文獻:《電力電子變流技術》 西安交通大學 黃俊 王兆安 編
[1] [收稿日期]2009年12月1日
 

關鍵字:機械,浙江
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