直流電機的工作原理及特性直流電機的工作原理及特性直流電機的工作原理及特性課件一切電機都是以電磁感應(yīng)定律作為主要依據(jù)設(shè)計而成的。它的基本功能是實現(xiàn)機電能量的相互轉(zhuǎn)換。直流電機電動機發(fā)電機——將直流電能轉(zhuǎn)換成機械能。——將機械能轉(zhuǎn)換成直流電能。.一切電機都是以電磁感應(yīng)定律作為主要依據(jù)設(shè)計而成的。它的基本功直流電機

直流電機

直流電機外形直流電機外形直流電機的用途及優(yōu)缺點一、用途作勵磁機用

一般小于10萬kW的單機同步發(fā)電機要用直流發(fā)電機作為勵機。

直流電機的用途及優(yōu)缺點作勵磁機用

一般小于10萬kW的單機同作電源用:直流發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)化為直流電能

信號傳遞:直流測速發(fā)電機將機械信號轉(zhuǎn)換為電信號

作電源用:直流發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)化為直流電能信號傳遞:直流測作動力用:直流電動機將直流電能轉(zhuǎn)化為機械能；信號傳遞-直流伺服電動機將控制信號轉(zhuǎn)換為機械信號。

作動力用:直流電動機將直流電能轉(zhuǎn)化為機械能；信號傳遞-直流二、優(yōu)缺點直流發(fā)電機的電勢波形較好，受電磁干擾的影響小。直流電動機的調(diào)速范圍寬廣，調(diào)速特性平滑。直流電動機過載能力較強，起動和制動轉(zhuǎn)矩較大。由于存在換向器，其制造復(fù)雜，觸點之間會產(chǎn)生火花腐蝕，制造成本高。二、優(yōu)缺點3．1直流電機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

一、直流電機的基本結(jié)構(gòu)

直流電機的結(jié)構(gòu)圖如圖所示：3．1直流電機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理一、直流電機的基本結(jié)構(gòu)直流電機的主要結(jié)構(gòu)部件直流電機定子轉(zhuǎn)子主磁極換向極機座電刷裝置電樞鐵心電樞繞組換向器.直流電機的主要結(jié)構(gòu)部件直流電機定子轉(zhuǎn)子主磁極換向極機座電刷裝直流電機的結(jié)構(gòu)圖剖面圖：電樞1；主磁極2；換向極4；機座6電樞鐵心沖片換向器：換向片3；連接片4；云母環(huán)2直流電機的結(jié)構(gòu)圖剖面圖：電樞1；電樞鐵心沖片換向器：換向片直流電機的結(jié)構(gòu)部件直流電機的結(jié)構(gòu)部件

根據(jù)電機的工作原理，直流電機的組成可分為定子、轉(zhuǎn)子和換向器三大部分。

定子部分主要由定子鐵心和繞在上面的勵磁繞組兩部分組成。

轉(zhuǎn)子部分主要由電樞鐵心和電樞繞組兩部分組成。

換向器由換向片和電刷組成，電刷固定在定子上，換向片與電樞繞組相連，換向片與電刷保持滑動接觸。根據(jù)電機的工作原理，直流電機的組成可分為定子、轉(zhuǎn)子和直流電機的工作原理及特性課件二、基本的工作原理

為了討論直流電機的工作原理，可把復(fù)雜的直流電機結(jié)構(gòu)簡化為電機具有一對主磁極，電樞繞組只是一個線圈，線圈兩端分別聯(lián)在兩個換向片上，換向片上壓著電刷A和B。如圖所示：1—主磁極：勵磁繞組上加上直流電壓，勵磁繞組上有勵磁電流通過，使定子鐵心產(chǎn)生固定磁場，即定子的主要作用是產(chǎn)生主磁場。

二、基本的工作原理為了討論直流電機的工作原2—電樞繞組：在固定的磁場中旋轉(zhuǎn)，主要作用是產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或產(chǎn)生機械轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換。3、4—換向器：電刷固定不動，換向片與電樞繞組一起旋轉(zhuǎn)，主要作用對發(fā)電機而言是將電樞繞組內(nèi)感應(yīng)的交流電勢轉(zhuǎn)換成電刷間的直流電勢。對電動機而言，則是將外加的直流電流轉(zhuǎn)換為電樞繞組的交變電流，并保證每一磁極下，電樞導(dǎo)體的電流的方向不變，以產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩。3—電刷4—換向片2—電樞繞組：在固定的磁場中旋轉(zhuǎn)，主要作用是產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或

1．發(fā)電機原理：將機械能轉(zhuǎn)換為電能。直流發(fā)電機工作原理圖如圖所示：

電樞由原動機驅(qū)動而在磁場中旋轉(zhuǎn)，在電樞線圈的兩根有效邊ab和cd（切割磁力線的導(dǎo)體部分）中便感應(yīng)出電動勢e。

顯然，每一有效邊中的電動勢是交變的，即在N極下是一個方向，當它轉(zhuǎn)到S極下時是另一個方向。但是，由于電刷A總是同與N極下的有效邊相聯(lián)的換向片接觸，而電刷B總是同與S極下的有效邊相聯(lián)的換向片接觸，因此，在電刷間就出現(xiàn)一個極性不變的電動勢或電壓，當電刷之間接有負載時，在電動勢的作用下就在電路中產(chǎn)生一定方向的電流。1．發(fā)電機原理：將機械能轉(zhuǎn)換為電能。直流發(fā)電注意：電刷固定在空間不動，而半圓銅片與導(dǎo)體一起旋轉(zhuǎn)。注意：電刷固定在空間不動，而半圓銅片與導(dǎo)體一起旋轉(zhuǎn)。直流發(fā)電機原理示意圖（1）直流發(fā)電機原理示意圖（1）直流發(fā)電機原理示意圖（2）直流發(fā)電機原理示意圖（2）線圈電動勢波形tea刷間電動勢波形tEa.線圈電動勢波形tea刷間電動勢波形tEa.結(jié)論：⒈在電樞線圈內(nèi)的感應(yīng)電動勢及電流都是交流的。通過換向片及電刷的整流作用才變成從外部看的兩電刷間的直流電動勢。⒉雖然電樞線圈是旋轉(zhuǎn)的且電樞線圈中的電流是交變的，但從空間上看，N極與S極下的電樞電流的方向是不變的。因此，由電樞電流所產(chǎn)生的磁場從空間上看也是一個恒定不變的磁場.⒊電樞線圈中的感應(yīng)電動勢與其電流的方向始終一致。⒋當接上負載時，電樞繞組中就有電流，此電流與磁場相互作用產(chǎn)生電磁力，該電磁力使轉(zhuǎn)軸受到一個力矩，稱之為電磁轉(zhuǎn)矩，其方向是與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向相反的，是

制動性質(zhì)。.結(jié)論：⒈在電樞線圈內(nèi)的感應(yīng)電動勢及電流都是交流的。通過換向片

2．電動機原理：將電能轉(zhuǎn)換為機械能。直流電動機工作原理圖如圖所示：

直流電源接在電刷之間而使電流通入電樞線圈。電流方向應(yīng)該是這樣的：N極下的有效邊中的電流總是一個方向，而S極下的有效邊中的電流總是另一個方向，這樣才能使兩個邊上受到的電磁力的方向一致，電樞因而轉(zhuǎn)動。因此，當線圈的有效邊從N（S）極下轉(zhuǎn)到S（N）極下時，其中電流的方向必須同時改變，使電磁力的方向不變，即電磁轉(zhuǎn)矩的方向不變而使轉(zhuǎn)子以n的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。將電刷出線端的負載改成外施直流電源，且將軸上的原動機卸掉，換成生產(chǎn)機械。2．電動機原理：將電能轉(zhuǎn)換為機械能。直流電動機工作原理直流電機的工作原理及特性課件直流電機的工作原理及特性課件結(jié)論：⒈雖然外施電壓及電流都是直流，但在電樞繞組內(nèi)部，電樞電流和電樞電動勢都是交流。這是通過換向片及電刷的逆變作用，將外部直流變成內(nèi)部的交流。⒉雖然電樞線圈是旋轉(zhuǎn)的且電樞線圈中的電流是交變的，但從空間上看，由電樞電流所產(chǎn)生的磁場仍是一個恒定不變的磁場。⒊當電樞旋轉(zhuǎn)時，電樞導(dǎo)體切割磁力線也會感應(yīng)電動勢。其方向與電樞電流的方向始終相反，故稱之為反電勢。⒋轉(zhuǎn)子是在電磁轉(zhuǎn)矩的作用下才能旋轉(zhuǎn)，所以電磁轉(zhuǎn)矩的方向是與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向一致，是驅(qū)動性質(zhì)的。此時，電動機從電源輸入電能，通過電磁感應(yīng)轉(zhuǎn)換成機械能從軸上輸出而帶動生產(chǎn)機械轉(zhuǎn)動。.結(jié)論：⒈雖然外施電壓及電流都是直流，但在電樞繞組內(nèi)部，電樞電對于同一臺電機，在不同的外部條件下，即可作發(fā)電機運行，也可作電動機運行原理，稱為電機的可逆原理。電機的可逆原理，是電機理論中的普遍原理。它不僅適用于直流電機，而且也適用于交流電機。電機的可逆原理

對于同一臺電機，在不同的外部條件下，即可作發(fā)電機電機的可逆原三、電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩1.電動勢E

根據(jù)電磁學(xué)原理，兩電刷間的感應(yīng)電動勢為:式中：E——感應(yīng)電動勢（V）；

Φ——對磁極的磁通（Wb）；

n——電樞轉(zhuǎn)速（r/min）；

Ke——與電機結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)。

直流發(fā)電機中，電動勢的方向總是與電流的方向相同，被稱為電源電動勢。直流電動機中，電動勢的方向總是與電流的方向相反，被稱為反電動勢。三、電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩1.電動勢E2．電磁轉(zhuǎn)矩TM

電樞繞組中的電流和磁通相互作用，產(chǎn)生電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩，其大小可用如下公式表示：式中：TM——電磁轉(zhuǎn)矩（N·m）；

Φ——對磁極的磁通（Wb）；

Ia——電樞電流（A）；

Kt——與電機結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)，Kt=9.55

Ke2．電磁轉(zhuǎn)矩TM電樞繞組中的

直流發(fā)電機和直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩的作用是不同的。

發(fā)電機的電磁轉(zhuǎn)矩是阻轉(zhuǎn)矩，它與電樞轉(zhuǎn)動的方向或原動機的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的方向相反。因此，在等速轉(zhuǎn)動時，原動機的轉(zhuǎn)矩T1必須與發(fā)電機的電磁轉(zhuǎn)矩TM及空載損耗轉(zhuǎn)矩T0相平衡。

電動機的電磁轉(zhuǎn)矩是驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，它使電樞轉(zhuǎn)動。因此，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩TM必須與機械負載轉(zhuǎn)矩TL及空載損耗轉(zhuǎn)矩T0相平衡。直流發(fā)電機和直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩的作用是不同的

從以上分析可知，直流電機作發(fā)電機運行和作電動機運行時，雖然都產(chǎn)生電動勢E和電磁轉(zhuǎn)矩T，但二者的作用正好相反，見表電機運行方式E與I的方向E的作用TM的性質(zhì)轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系發(fā)電機相同電源電動勢阻轉(zhuǎn)矩T1=TM+T0電動機相反反電動勢驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TM=TL+T0從以上分析可知，直流電機作發(fā)電機運行和作電動四、直流電動機的分類

直流電動機按定子勵磁繞組的勵磁方式不同可分為四類：1.他勵電動機：勵磁繞組由外加電源單獨供電，勵磁電流的大小與電樞兩端電壓或電樞電流的大小無關(guān)。如圖（a）所示。2.并勵電動機：勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)連接，由外部電源一起供電。如圖（b）所示。3.串勵電動機：勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)連接，由外部電源一起供電。如圖（c）所示4.復(fù)勵電動機：勵磁繞組分為兩部分，一部分與電樞繞組并聯(lián)連接，另一部分與電樞繞組并聯(lián)連接。如圖（d）所示四、直流電動機的分類直流電動機按定子勵磁繞他勵電動機：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的電源分開。并勵電動機：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞并聯(lián)到同一電源上。串勵電動機：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞串聯(lián)接到同一電源上。復(fù)勵電動機：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的聯(lián)接有串有并，接在同一電源上。M他勵UfIfIaUM并勵UIfM串勵UM復(fù)勵U他勵電動機：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的電源分開。并勵電動機：勵磁線

描述直流發(fā)電機運行特性的物理量端電壓U電樞電流Ia或輸出電流I勵磁電流If發(fā)電機的運行特性當I=0時，稱為空載特性。①負載特性③調(diào)節(jié)特性②外特性.3.2直流發(fā)電機描述直流發(fā)電機端電壓U電樞電流Ia或輸出電流I勵磁電流I3.2.1他勵發(fā)電機1.電原理圖由于獨立Uf,If所以負載電流I等于電樞電流IaIaIRfIfEGUR+-3.2.1他勵發(fā)電機1.電原理圖IaIRfIfEGUR+-2.空載特性

當發(fā)電機空載（Ia=0）及轉(zhuǎn)速（n）不變時，輸出電勢與勵磁電流的關(guān)系曲線當If小時直線（不飽和）

If大時，彎曲（開始飽和）

If更大，平直（飽和，Φ不變）EE’oUoIf2.空載特性EE’oUoIf3.外特性曲線

當發(fā)電機轉(zhuǎn)速（n）和勵磁（Φ）不變時，輸出電壓（U）與負載電流(I)之間的關(guān)系曲線注：當Ia↑RaIa↑U=E-IaRa↓調(diào)節(jié)RL

使負載電流達IN

值，同時調(diào)節(jié)Rf

（分壓器）使端電壓達

UN

此時的Rf

不能再改變。

曲線隨電流增加下降的原因：

（1）電樞電阻壓降的存在；

（2）電樞反應(yīng)去磁作用。UIUoUNoIN3.外特性曲線UIUoUNoIN3.2.2并勵發(fā)電機

1.電原理圖：由于If<<I所以Ia≈IIIfEIaURRaR’f-+G3.2.2并勵發(fā)電機1.電原理圖：IIfEIaURRaR’2.電壓建立過程由于事先沒有勵磁電壓U，所以If＝0當電樞轉(zhuǎn)動時，沒有磁場，所以不會產(chǎn)生E。

0E’EE=IfRfE=f(If)Ifa2.電壓建立過程0E’EE=IfRfE=f(If)Ifa并勵發(fā)電應(yīng)滿足以下幾個條件（1）在磁極上有剩磁（弱的磁場）當n↑產(chǎn)生一個小E

產(chǎn)生一個小If（2）勵磁磁場與剩磁場的方向相同電壓建立起來（3）Rf不能太大

兩方面，一方面是線圈電阻，一是外接電阻并勵發(fā)電應(yīng)滿足以下幾個條件（1）在磁極上有剩磁（弱的磁場）（3.工作特點一方面是空載曲線一方面是勵磁電流曲線 由兩方面共同決定當飽和彎曲后產(chǎn)生交點4.外特性

與他勵一樣，但由于U↓If↓

所以U↓得多U0UN0INI3.工作特點一方面是空載曲線4.外特性U0UN0INI并勵直流發(fā)電機的自激條件：a)電機要有一定的剩磁;b)并聯(lián)在電樞兩端的勵磁繞組的極性要正確；c)勵磁回路的總電阻必須小于該轉(zhuǎn)速下的臨界電阻。②空載特性(同他勵）③外特性定義：當n=nN

，Rf+rS

＝常數(shù)時，改變負載電阻RL

過程中，端電壓U隨負載電流I

變化的關(guān)系。電壓下降的多，原因有：a)電樞反應(yīng)的去磁效應(yīng)；b)電樞回路電阻的壓降；c)U↓→If↓→Φ↓→Ea↓→U↓。④調(diào)節(jié)特性（比他勵上升的快）.....總結(jié)并勵直流發(fā)電機的自激條件：a)電機要有一定的剩磁;b)并3．3直流他勵電動機的機械特性

一、機械特性的一般形式

電動機的機械特性指的是轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系。

不同勵磁方式的電動機，其運行特性也不盡相同，下面主要介紹在調(diào)速系統(tǒng)中應(yīng)用的較廣泛的他勵電動機的機械特性。

如圖所示為直流他勵電動機的原理電路圖。3．3直流他勵電動機的機械特性一、機械特性的一般形式

式中:——外加電樞電壓（V），由電源確定；——感應(yīng)電勢（V），由電機結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)速確定；——電樞電流（A），確定輸出轉(zhuǎn)矩大小；——電樞回路內(nèi)阻（Ω）電樞回路部分勵磁回路部分式中:——外加電樞電壓（V），由電源確∵∴

即：……轉(zhuǎn)速特性……機械特性

由他勵電動機的特性可知：勵磁電流If的大小與電樞電流Ia的大小無關(guān)，它的大小只取決于Rf、Uf的大小，當Rf、Uf的大小一定時,If為定值，即磁通為定值。對應(yīng)的機械特性如圖所示：∵∴即：……轉(zhuǎn)速特性……機械特性1.理想空載轉(zhuǎn)速：T=0時的轉(zhuǎn)速稱為理想空載轉(zhuǎn)速，用n0表示。根據(jù)機械特性可知：2.轉(zhuǎn)速降落3.機械特性硬度

為了衡量機械特性的平直程度，引進一個機械特性硬度的概念，其定義為：理想空載點1.理想空載轉(zhuǎn)速：T=0時的轉(zhuǎn)速稱為理想空

即轉(zhuǎn)矩變化與所引起的轉(zhuǎn)速變化的比值，稱為機械特性的硬度。

根據(jù)值的不同，可將電動機機械特性分為三類。

（1）絕對硬特性

（2）硬特性>10

（3）軟特性<10

當T時n

，但由于他勵電動機的電樞電阻Ra很小，所以在負載變化時，轉(zhuǎn)速

n的變化不大，屬硬機械特性。即轉(zhuǎn)矩變化與所引起的轉(zhuǎn)速變化的比值，稱為機械

機械特性指的是電機的電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速間的關(guān)系，下邊以他勵和并勵電機為例說明。他勵電動機和并勵電動機的特性一樣。他勵MUfIfIaUMIfIaU并勵I(lǐng)二、固有機械特性機械特性指的是電機的電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速間的關(guān)系，下邊以他勵

直流他勵電動機的固有機械特性指的是在額定條件（額定電壓UN和額定磁通N

)下和電樞電路內(nèi)不外接任何電阻時的

n=f(T)

即:是一條直線。

直流他勵電動機固有機械特性曲線可根據(jù)電動機的銘牌數(shù)據(jù)求出(0,n0)和(TN,nN)即可繪出固有的機械特性。

通常直流電動機銘牌上給出額定功率PN

、額定電壓UN

、額定電流IN和額定轉(zhuǎn)速nN。直流他勵電動機的固有機械特性指的是在額定條件即：其中，n0：理想空載轉(zhuǎn)速,即T=0時的轉(zhuǎn)速。（實際工作時,由于有空載損耗，電機的T不會為0。）即：其中，n0：理想空載轉(zhuǎn)速,即T=0時的轉(zhuǎn)速。（實際工作(1)估算電樞電阻Ra

依據(jù)：電動機在額定負載下的銅耗Ia2Ra約占總損耗

PN的50%～75%。式中：是額定運行條件下電動機的效率，且此時故得

固有機械特性的計算步驟如下：(1)估算電樞電阻Ra依(2)求

額定運行條件下的反電勢為：故(3)求理想空載轉(zhuǎn)速:得(4)求額定轉(zhuǎn)矩:得根據(jù)兩點，就可作出他勵直流電動機近似是機械特性曲線(2)求額定運行條件下的三、人為機械特性

人為機械特性是指人為地改變電動機電樞外加電壓U和勵磁磁通Φ的大小以及電樞回路串接附加電阻Rad所得到的機械特性。1.電樞回路中串接附加電阻時的人為特性電壓平衡方程式為：

得到的人為機械特性方程式為：三、人為機械特性人為機械特性是指人為地改變

特性變軟空載速度不變；隨著電阻的增加，轉(zhuǎn)速降落增加；特性變軟空載速度不變；隨著電阻的增加，轉(zhuǎn)速降2.改變電樞電壓U時的人為特性

由于電動機電樞繞組絕緣耐壓強度的限制，電樞電壓只允許在其額定值以下調(diào)節(jié)，所以，不同值的人為特性曲線均在固有特性曲線之下。空載速度隨著U的減小而減小；轉(zhuǎn)速降落不變；

特性硬度不變2.改變電樞電壓U時的人為特性由于電動速度變化是指由于電動機的負載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化（增大與減小）或其它不可預(yù)見因數(shù)引起電動機轉(zhuǎn)速的變化（下降或上升），如圖所示。3．改變磁通時的人為特性作動力用:直流電動機將直流電能轉(zhuǎn)化為機械能；而把改變電樞電動勢E的方向所產(chǎn)生的反接制動稱為倒拉反接制動。⒋轉(zhuǎn)子是在電磁轉(zhuǎn)矩的作用下才能旋轉(zhuǎn)，所以電磁轉(zhuǎn)矩的方向是與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向一致，是驅(qū)動性質(zhì)的。串勵電動機：勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)連接，由外部電源一起供電。2．電樞電壓突然下降時的反饋制動直線1為電動機電樞回路串接啟動電阻時的機械特性，直線2為電動機的固有機械特性?？芍焊淖兇腚姌谢芈返碾娮鑂ad；n<0，Ia<0——反向電動狀態(tài)，U>E1．電車走下坡路時的反饋制動直流電機的工作原理及特性3．改變磁通時的人為特性轉(zhuǎn)速降隨磁通的改變而變化。理想空載轉(zhuǎn)速隨磁通的改變而變化；

特性變軟速度變化是指由于電動機的負載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化（增大與減小）或其它由于勵磁線圈發(fā)熱和電動機磁飽和的限制，電動機的勵磁電流和它對應(yīng)的磁通只能在低于其額定值的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)；

當磁通過分削弱后：

（2）當＝0時，從理論上說，空載時電動機速度趨近，通常稱為“飛車”；

當電動機軸上的負載轉(zhuǎn)矩大于電磁轉(zhuǎn)矩時，電動機不能啟動，電樞電流為Ist

，長時間的大電流會燒壞電樞繞組。

因此，直流他勵電動機啟動前必須先加勵磁電流，在運轉(zhuǎn)過程中，決不允許勵磁電路斷開或勵磁電流為零，為此，直流他勵電動機在使用中，一般都設(shè)有“失磁”保護。

（1）如果負載轉(zhuǎn)矩不變，將使電動機電流大大增加而嚴重過載；由于勵磁線圈發(fā)熱和電動機磁飽和的限制，電動機的勵磁電流和它對

例3-1

一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(zhuǎn)矩TL=常數(shù)，外加電壓和電樞電路中的電阻均不變，問減弱勵磁使轉(zhuǎn)速上升到新的穩(wěn)態(tài)值后，電樞反電勢將如何變化?是大于、小于還是等于E1?解

兩個已知條件，一個是負載轉(zhuǎn)矩TL＝常數(shù)；一個是從一個穩(wěn)態(tài)到另一個穩(wěn)態(tài)(而不涉及瞬態(tài)過程)，電樞反電勢是穩(wěn)態(tài)值。注意：從不能判斷E是如何變化的例3-1一臺他勵直流電動機在穩(wěn)態(tài)下運行時，電樞反電勢E例3-2

一臺他勵直流電動機，功率PN=5.5KW,UN=220V,IN=31A,nN=1500r/min,忽略損耗，認為額定運行時的電磁轉(zhuǎn)矩近似等于輸出轉(zhuǎn)矩，試繪制電機近似的固有機械特性。解：n=f(TL)是一條直線，故只要兩點，理想空載點（0，n0）(TN,,nN)(1)估算Ra例3-2一臺他勵直流電動機，(1)估算Ra(2)求n0(3)求TN也可求(2)求n0(3)求TN也可求對起動的基本要求：

1、足夠大的起動轉(zhuǎn)矩Tst；

2、起動電流限制在允許范圍內(nèi)；

3、起動時間短；

4、起動設(shè)備簡單、經(jīng)濟、可靠。常用的起動方法：

1、直接起動；－－適用于小容量電機。

2、電樞串電阻器起動；－－損耗大。

3、降壓起動；－－須有專用電源。損耗小，起動平穩(wěn)。3．4直流他勵電動機的啟動特性

對起動的基本要求：3．4直流他勵電動機的啟動特性一、啟動特性

電動機的啟動就是施電于電動機，使電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來，達到要求轉(zhuǎn)速的這一過程。對直流電動機而言，在未啟動之前n=0,E=0,而Ra一般很小。當將電動機直接接入電網(wǎng)并施加額定電壓時，啟動電流為：

這個電流很大，一般情況下能達到其額定電流的（10～20）倍。過大的啟動電流危害很大：

（1）對電動機本身的影響：

?使電動機在換向過程中產(chǎn)生危險的火花，燒壞整流子；

?過大的電樞電流產(chǎn)生過大的電動應(yīng)力，可能引起繞組的損壞；一、啟動特性電動機的啟動就是施電于電動機，

（2）對機械系統(tǒng)的影響：

與啟動電流成正比例的啟動轉(zhuǎn)矩使運動系統(tǒng)的動態(tài)轉(zhuǎn)矩很大，過大的動態(tài)轉(zhuǎn)矩會在機械系統(tǒng)和傳動機構(gòu)中產(chǎn)生過大的動態(tài)轉(zhuǎn)矩沖擊，使機械傳動部件損壞；

（3）對供電電網(wǎng)的影響：

過大的啟動電流將使保護裝置動作，切斷電源造成事故，或者引起電網(wǎng)電壓的下降，影響其他負載的正常運行。

因此，直流電動機是不允許直接啟動的，即在啟動時必須設(shè)法限制電樞電流，例如普通的Z2型直流電動機，規(guī)定電樞的瞬時電流不得大于額定電流的1.5～2倍。（2）對機械系統(tǒng)的影響：二、啟動方法

限制直流電動機的啟動電流，一般有降壓啟動和電樞回路串電阻啟動兩種方式。1.降壓啟動：

所謂降壓啟動即在啟動瞬間，降低供電電源電壓，隨著轉(zhuǎn)速的升高，反電勢增大，再逐步提高供電電壓，最后達到額定電壓時，電動機達到所要求的轉(zhuǎn)速。2.電樞回路串電阻啟動

啟動時，電樞回路串接啟動電阻Rst,此時啟動電流Ist=UN/(Ra+Rst)將受外加啟動電阻的限制。隨著轉(zhuǎn)速的升高，反電勢增大，再逐步切除外加電阻直到全部切除，電動機達到所要求的轉(zhuǎn)速。二、啟動方法限制直流電動機的啟動電流，一

電樞回路串電阻啟動時電動機電樞電路和啟動特性如圖所示：

直線1為電動機電樞回路串接啟動電阻時的機械特性，直線2為電動機的固有機械特性。啟動電阻的大小就是保證啟動電流為額定值的兩倍。電樞回路串電阻啟動時電動機電樞電路和啟動特性

電樞回路接入電網(wǎng)時，KM斷開，電動機工作在特性1上，在動態(tài)轉(zhuǎn)矩的作用下，電動機速度上升。當速度上升到a點時，KM閉合，電動機的機械特性變?yōu)?。由于在切換電阻的瞬間，機械慣性的作用使電動機的轉(zhuǎn)速不能突變，在此瞬間速度維持不變，即電動機的工作點從a點切換到b點，在動態(tài)轉(zhuǎn)矩的作用下，電動機的速度繼續(xù)上升直到穩(wěn)定點c。演示電樞回路接入電網(wǎng)時，KM斷開，電動機工作在特

從圖中不難看出：當電動機的工作點從a點切換到b點時，沖擊電流仍很大，為了解決這種現(xiàn)象，通常采用逐級切除啟動電阻的方法來實現(xiàn)。圖所示為具有三段啟動電阻的原理電路和啟動特性。

圖中：－尖峰（最大）轉(zhuǎn)矩；－換接（最小）轉(zhuǎn)矩從圖中不難看出：當電動機的工作點從a點切換到(1)電樞接入電網(wǎng)時，KM1、KM2和KM3均斷開，電樞回路串接外加電阻Rad3=R1+R2+R3，此時，電動機工作在特性曲線a，在轉(zhuǎn)矩T1的作用下，轉(zhuǎn)速沿曲線a上升；(1)電樞接入電網(wǎng)時，KM1、KM2和K(2)當速度上升使工作點到達2時，KM1閉合，即切除電阻R3

，此時電樞回路串外加電阻Rad2=R1+R2，電動機的機械特性變?yōu)榍€b。由于機械慣性的作用，電動機的轉(zhuǎn)速不能突變，工作點由2切換到3，速度又沿著曲線b繼續(xù)上升；(2)當速度上升使工作點到達2時，KM1閉(3)當速度上升使工作點到達4時，KM1、KM2同時閉合，即切除電阻R2、R3，此時電樞回路串外加電阻Rad1=R1，電動機的機械特性變?yōu)榍€c。由于機械慣性的作用，電動機的轉(zhuǎn)速不能突變，工作點由4切換到5，速度又沿著曲線c繼續(xù)上升；(3)當速度上升使工作點到達4時，KM1、(4)當速度上升使工作點到達6時，KM1、KM2、KM3同時閉合，即切除電阻R1、

R2、

R3，此時電樞回路無外加電阻，電動機的機械特性變?yōu)楣逃刑匦郧€d，由于機械慣性的作用，電動機的轉(zhuǎn)速不能突變，工作點由6切換到7，速度又沿著曲線d繼續(xù)上升到8，繼續(xù)上升直到穩(wěn)定工作點9。演示(4)當速度上升使工作點到達6時，KM1

由上可見，啟動級數(shù)愈多，T1、T2愈與平均轉(zhuǎn)矩

接近，啟動過程快而平穩(wěn)，但所需的控制設(shè)備也就愈多。我國生產(chǎn)的標準控制柜都是按快速啟動原則設(shè)計的，一般啟動電阻為（3～4）段。

多級啟動時，T1、T2的數(shù)值需按照電動機的具體啟動條件決定，一般原則是保持每一級的最大轉(zhuǎn)矩T1（或最大電流I1

）不超過電動機的允許值，而每次切換電阻時的T2（或最小電流I2

）也基本相同，一般選擇：由上可見，啟動級數(shù)愈多，T1、T2愈與平3．4直流他勵電動機的調(diào)速特性

一、速度調(diào)節(jié)和速度變化

調(diào)速（又稱速度調(diào)節(jié)）與速度變化是兩個完全不同的概念

電動機的調(diào)速是在一定的負載條件下，人為地改變電動機的電路參數(shù)，以改變電動機的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，如圖所示。轉(zhuǎn)速的變化是人為改變（或調(diào)節(jié)）電樞回路的電阻大小所造成的，故稱調(diào)速或速度調(diào)節(jié)。3．4直流他勵電動機的調(diào)速特性一、速度調(diào)節(jié)和速度變化

速度變化是指由于電動機的負載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化（增大與減?。┗蚱渌豢深A(yù)見因數(shù)引起電動機轉(zhuǎn)速的變化（下降或上升），如圖所示。

總之，速度變化是在某條機械特性上，由于負載改變而引起的(一條機械特性)；而速度調(diào)節(jié)則是在某一特定的負載下，靠人為改變機械特性而得到的(兩條機械特性)

。速度變化是指由于電動機的負載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化（增二、調(diào)速方法下面僅就他勵直流電動機的調(diào)速方法作一般性的介紹。

從直流他勵電動機機械特性方程式

可知：改變串入電樞回路的電阻Rad

；改變電樞供電電壓U或主磁通，都可以得到不同的人為機械特性，從而在負載不變時可以改變電動機的轉(zhuǎn)速，以達到速度調(diào)節(jié)的要求，故直流電動機調(diào)速的方法有以下三種。

二、調(diào)速方法下面僅就他勵直流電動機的調(diào)速方法作一般性的介紹。1、改變電樞電路外串電阻

直流電動機電樞回路串接電阻后，可以得到如圖所示的一簇機械特性。

從特性可看出，在一定的負載轉(zhuǎn)矩TL下，串入不同的電阻可以得到不同的轉(zhuǎn)速。如在電阻分別為Ra、R1、R2、R3、的情況下，可以分別得到穩(wěn)定工作點A、C、D和E，對應(yīng)的轉(zhuǎn)速為nA、nB、nC、nD。1、改變電樞電路外串電阻直流電動機電樞回路

改變電樞回路串接電阻的大小調(diào)速存在如下問題：?機械特性較軟，電阻愈大則特性愈軟，穩(wěn)定度愈低；?在空載或輕載時，調(diào)速范圍不大；?實現(xiàn)無級調(diào)速困難；?在調(diào)速電阻上消耗大量電能等。

正因為缺點不少，目前已很少采用，僅在有些起重機、卷揚機等低速運轉(zhuǎn)時間不長的傳動系統(tǒng)中采用。改變電樞回路串接電阻的大小調(diào)速存在如下問題：2．改變電動機電樞供電電壓U

如圖所示特性為改變電樞供電電壓U調(diào)速的特性：

從特性可看出，在一定的負載轉(zhuǎn)矩TL下，電樞外加不同電壓可以得到不同的轉(zhuǎn)速。如在電壓分別為UN、U1、U2、U3的情況下，可以分別得到穩(wěn)定工作點a、b、c和d，對應(yīng)的轉(zhuǎn)速為na、nb、nc、nd。即改變電樞電壓可以達到調(diào)速的目的。2．改變電動機電樞供電電壓U如圖所示特性為改

改變電樞外加電壓調(diào)速有如下特點：1）當電源電壓連續(xù)變化時，轉(zhuǎn)速可以平滑無級調(diào)節(jié)，一般只能在額定轉(zhuǎn)速以下調(diào)節(jié)；2）調(diào)速特性與固有特性互相平行，機械特性硬度不變，調(diào)速的穩(wěn)定度較高，調(diào)速范圍較大；3）調(diào)速時，因電樞電流與電壓U無關(guān)，且=

N，轉(zhuǎn)矩T=Kt

N

Ia不變。

調(diào)速過程中，電動機輸出轉(zhuǎn)矩不變的調(diào)速特性稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。具有恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速特性的調(diào)速方法適合于對恒轉(zhuǎn)矩型負載進行調(diào)速；4）可以靠調(diào)節(jié)電樞電壓來啟動電機，而不用其他啟動設(shè)備。改變電樞外加電壓調(diào)速有如下特點：3．改變電動機主磁通

如圖所示曲線為改變電動機主磁通調(diào)速的特性：從特性可看出，在一定的負載功率PL下，不同的主磁通

N、

1、

2、，可以得到不同的轉(zhuǎn)速na、nb、nc。即改變主磁通可以達到調(diào)速的目的。3．改變電動機主磁通如圖所示曲線為改變電

改變電動機主磁通特點：1）可以平滑無級調(diào)速，但只能弱磁調(diào)速，即在額定轉(zhuǎn)速以上調(diào)節(jié)；2）調(diào)速特性較軟，且受電動機換向條件等的限制。

普通他勵電動機的最高轉(zhuǎn)速不得超過額定轉(zhuǎn)速的1.2倍，所以，調(diào)速范圍不大，若使用特殊制造的“調(diào)速電動機”，調(diào)速范圍可以增加，但這種調(diào)速電動機的體積和所消耗的材料都比普通電動機大得多；3）調(diào)速時維持電樞電壓U和電樞電流Ia不變時，電動機的輸出功率P=UIa電動機的輸出功率不變。

在調(diào)速過程中，輸出功率不變的這種特性稱為恒功率調(diào)速，這種調(diào)速適合于對恒功率型負載進行調(diào)速。改變電動機主磁通特點：13．5直流他勵電動機的制動特性

1．制動與啟動

啟動：施電于電動機使電動機速度從靜止加速到某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的一種運動狀態(tài)；

制動：電動機脫離電網(wǎng)則是使電動機速度是從某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速開始減速到停止或是限制位能負載下降速度的一種運轉(zhuǎn)狀態(tài)。2.制動與自然停車1）自然停車：電動機脫離電網(wǎng)，靠很小的摩擦阻轉(zhuǎn)矩消耗機械能使轉(zhuǎn)速慢慢下降，直到轉(zhuǎn)速為零而停車。這種停車過程需時較長，不能滿足生產(chǎn)機械快速停車的要求；2）制動：電動機脫離電網(wǎng)，外加阻力轉(zhuǎn)矩使電動機迅速停車。為了提高生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量，需要加快停車過程，實現(xiàn)準確停車等，要求電動機運行在制動狀態(tài)，常簡稱為電動機的制動。3．5直流他勵電動機的制動特性1．制3.電動機的兩種工作狀態(tài)1)電動狀態(tài)：

為拖動轉(zhuǎn)矩為阻轉(zhuǎn)矩

電動機的作用是將電能轉(zhuǎn)換機械能。故稱這種狀態(tài)為電動狀態(tài)。2）制動狀態(tài)：為阻轉(zhuǎn)矩為拖動轉(zhuǎn)矩

電動機的作用是吸收或消耗重物的機械能。故稱電動機的這種工作狀態(tài)為制動狀態(tài)。3.電動機的兩種工作狀態(tài)1)電動狀態(tài)：4.電動機工作在制動狀態(tài)下的兩種情況1）使轉(zhuǎn)速迅速減速到停止；2）限制位能負載的下降速度。電動機的制動有兩方面的意義：一是使拖動系統(tǒng)迅速減速和停車，這時的制動是指電動機從某一轉(zhuǎn)速迅速減速到零的過程（包括只降低一段轉(zhuǎn)速的過程）在制動過程中電動機的電磁轉(zhuǎn)矩起著制動的作用，從而縮短停車時間，以提高生產(chǎn)率；二是限制位能性負載的下降速度。這時的制動是指電動機處于某一穩(wěn)定的制動運行狀態(tài)，此時電動機的電磁轉(zhuǎn)矩起到與負載轉(zhuǎn)矩相平衡的作用。4.電動機工作在制動狀態(tài)下的兩種情況1）例如起重機下放重物時，若不采取措施，由于重力作用，重物下降速度將越來越快，直到超過允許的安全下放速度。為防止這種情況發(fā)生，就可以采用電氣機制動的方法，使電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與重物產(chǎn)生的負載轉(zhuǎn)矩相平衡，從而使下放速度穩(wěn)定在某一安全下放速度上。上述兩種情況中，前者屬于過渡過程，故稱為“制動過程”，后者屬于穩(wěn)定運行，則稱為“制動運行”。他勵直流電動機的電氣制動方法有：反饋制動、反接制動和能耗制動等，下面分別討論。例如起重機下放重物時，若不采取措施，由于重力作用，重物下降速一、反饋制動

特點：

1）在外部條件的作用下，實際轉(zhuǎn)速大于理想空載轉(zhuǎn)速；

2）電動機輸出轉(zhuǎn)矩的作用方向與n的方向相反。1．電車走下坡路時的反饋制動

設(shè)電車與地面的摩擦轉(zhuǎn)矩為Tr

，阻轉(zhuǎn)矩；下坡時電車所產(chǎn)生的位能轉(zhuǎn)矩為Tp，拖動轉(zhuǎn)矩；且Tp>Tr

，前進時速度n為正。

電車由直流電動機拖動，機械特性如圖所示：一、反饋制動特點：1．電車走下坡

勻速走平路時（a點）：輸出轉(zhuǎn)矩TM用來克服負載轉(zhuǎn)矩Tr

。

在a—n0段：TM與n的方向相同，故為電動狀態(tài)。

在n0—b段：TM與n的方向相反，且工作速度大于理想空載轉(zhuǎn)速，故電動機工作在反饋制動狀態(tài)。平路上：TM=Tr

；下坡（緩）：TM+Tp=Tr下坡（陡）：TM+Tr=Tp勻速走平路時（a點）：輸出轉(zhuǎn)矩TM用來克服負2．電樞電壓突然下降時的反饋制動

設(shè)當電動機的電樞外加電壓為U1和U2，且U1>U2時的機械特性如圖所示：

若電動機工作在A點時將電樞電壓突然降低為U2，電動機的機械特性變?yōu)榍€2，由于機械慣性，工作點由A轉(zhuǎn)換到B點。此時-TM-TL<0，電動機的轉(zhuǎn)速在TM、TL的共同的作用下沿著曲線2下降直到新的平衡點D。

在B—C段，轉(zhuǎn)速n與轉(zhuǎn)矩TM的方向相反，運行速度大于空載轉(zhuǎn)速n02，故為反饋制動狀態(tài)。U=E+IaR，U下降得多，使E>U2，Ia反向，TM反向。2．電樞電壓突然下降時的反饋制動設(shè)當電動機3．在弱磁狀態(tài)下用增加磁通降速時的反饋制動4．卷揚機構(gòu)下放重物時的反饋制動

在第3象限，n↑，E↑，（U-E）↓，Ia↓，T↓，b點T=0。過b點，E>U，Ia反向，T>0，進入反饋制動。3．在弱磁狀態(tài)下用增加磁通降速時的反饋制動4．卷揚機構(gòu)下放5．電樞電壓改變時的反饋制動5．電樞電壓改變時的反饋制動二、反接制動

反接制動具有如下特點：1）電動機的外加電樞電壓U與感應(yīng)電動勢E的方向在外界的作用下由相反變?yōu)橄嗤?）電動機的輸出轉(zhuǎn)矩TM與轉(zhuǎn)速n的方向相反。

在反接制動中，把改變電樞電壓U的方向所產(chǎn)生的反接制動稱為電源反接制動；而把改變電樞電動勢E的方向所產(chǎn)生的反接制動稱為倒拉反接制動。二、反接制動反接制動具有如下特點：1．電源反接制動

設(shè)電動機外加電樞電壓的參考方向為圖中所示。

當電壓的實際方向與參考方向相同時，電動機的機械特性為1．電源反接制動設(shè)電動

當電壓的實際方向與參考方向相相反時，電動機的機械特性為

其特性曲線分別如圖（b）中的曲線1和曲線2所示。當電壓的實際方向與參考方向相相反時，電動機的機

a點：當電動機穩(wěn)速運行在第一象限中特性曲線1的a點時：

b—c段：

n>0，Tm<0——反接制動狀態(tài)，U和E同向n>0，Tm>0——電動

c—e段：

n<0，Ia<0——反向電動狀態(tài)，U>E

e—f段：

|n|>|n

0|，Ia<0——反饋制動狀態(tài)，E>Ua點：當電動機穩(wěn)速運行在第一象限中特性曲線1

注意:由于在反接制動期間，電樞感應(yīng)電動勢和電源電壓是串聯(lián)相加的，因此，為了限制電樞電流，電動機的電樞電路中必須串接足夠大的限流電阻。

電源反接制動一般應(yīng)用在生產(chǎn)機械要求迅速減速、停車和反向的場合以及要求經(jīng)常正反轉(zhuǎn)的機械上。若只要求準確停車的系統(tǒng)，反接制動不如能耗制動方便。

注意:由于在反接制動期間，電樞感應(yīng)電動勢和2．倒拉反接制動

電動機固有機械特性和電樞回路串接電阻和曲線2所示。

現(xiàn)電動機驅(qū)動位能負載轉(zhuǎn)矩，機械特性如圖（b）中的曲線3所示。2．倒拉反接制動電動機固有機械特性和電樞

a點：重物勻速上升。Tm>0，n>0，電動機工作在電動狀態(tài)。

c—d段：Tm>0，n>0，電動機工作在電動狀態(tài)。由于電動機的輸出轉(zhuǎn)矩小于負載轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速沿著曲線2下降。a點：重物勻速上升。Tm>0，n>0，電動

d—b段：當轉(zhuǎn)速下降到0時，由于電動機的輸出轉(zhuǎn)矩TM仍然小于負載轉(zhuǎn)矩TL，所以，在位能負載的作用下，電動機反向啟動，直到平衡點b而穩(wěn)定運行。電動機勻速下放重物。

電動機在d—b段：Tm>0，n<0，電動機工作在制動狀態(tài)。常稱這種制動狀態(tài)為倒拉制動狀態(tài)。電動機進入倒拉反接制動狀態(tài)必須有位能負載反拖電動機，同時電樞回路要串入較大的電阻。在此狀態(tài)中，位能負載轉(zhuǎn)矩是拖動轉(zhuǎn)矩，而電動機的電磁轉(zhuǎn)矩是制動轉(zhuǎn)矩，它抑制重物下放的速度，使之限制在安全范圍之內(nèi)，這種制動方式不能用于停車，只可以用于下放重物。d—b段：當轉(zhuǎn)速下降到0時，由于電動機的輸反接制動時的能量關(guān)系(1)電壓反接制動時說明從電源吸收電能說明電動機從負載吸收機械能使電機處于發(fā)電狀態(tài)，將機械能轉(zhuǎn)化為電能。上述兩部分能量加在一起消耗在電樞回路的電阻上。反接制動時的能量關(guān)系(1)電壓反接制動時(2)電動勢反接制動時

說明從電源吸收電能說明從負載吸收機械能上述兩部分能量全部消耗在電樞回路的電阻上，其能量關(guān)系同電壓及制動時一樣。(2)電動勢反接制動時三、能耗制動

電阻越小，產(chǎn)生的反向電流越大，制動越快。

當切斷電源接入電阻后，工作點由a點轉(zhuǎn)到b點。b—o段：Tm<0，n>0，能耗制動。三、能耗制動電阻越小，產(chǎn)生的反向電流越大，制動反饋制動：n×T<0；n>n0；E>UN，U<E反接制動：n×T<0；n<n0；1、U<0,U和E同向;2、Ra↑,E<0能耗制動：n×T<0；n0=0；U=0反饋制動：n×T<0；n>n0；E>UN，U<E1.能耗制動實現(xiàn)及機械特性(1)實現(xiàn)方法：a.電動狀態(tài)

接觸器KM1閉合，轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n相同方向，電樞電流與反電勢方向相反，電機運行在A點。b.能耗制動接觸器KM2閉合(電機原運行在A點)，電樞脫離電源經(jīng)電阻R將電樞短接。1.能耗制動實現(xiàn)及機械特性（2）能耗制動分析

U=0,由于電機慣性，n≠0，Ea≠0，在反電動勢Ea作用下產(chǎn)生電樞電流Ia反向，電動機的轉(zhuǎn)矩也反向。這時IB=-Ea/(R+Ra)。IB與原來的IA

方向相反，TB反向，與n相反,轉(zhuǎn)速下降，當n=0，停車。（2）能耗制動分析U=0,由于電機慣性，（3）能耗制動特性（3）能耗制動特性（4）特性方程及制動電阻特性是一條過原點的直線，在第二象限，特性斜率取決于能耗制動電阻Rad。（4）特性方程及制動電阻分析Rad越大，特性越斜，Rad越小，特性越平，但Rad不能太小，否則在制動瞬間會產(chǎn)生過大的沖擊電流，取IB=(2~2.5)IN，IB為制動瞬間的電樞電流，設(shè)制動瞬間電勢為EB

，有：當制動時轉(zhuǎn)速大于或等于nN時，認為EB與U近似相等。分析Rad越大，特性越斜，Rad越小，特性2.能耗制動運行2.能耗制動運行3.能耗制動特點(i)制動時U=0，n0=0，直流電動機脫離電網(wǎng)變成直流發(fā)電機單獨運行，把系統(tǒng)存儲的動能，或位能性負載的位能轉(zhuǎn)變成電能(EaIa)消耗在電樞電路的總電阻上I2(Ra+Rad).(ii)制動時，n與T成正比,所以轉(zhuǎn)速n

下降時，T也下降，故低速時制動效果差，為加強制動效果，可減少Rad，以增大制動轉(zhuǎn)矩T

，此即多級能耗制動(iii)實現(xiàn)能耗制動的線路簡單可靠，當n=0時T=0,可實現(xiàn)準確停車。3.能耗制動特點(i)制動時U=0，n0=0，直4.應(yīng)用

能耗制動多用于一般生產(chǎn)機械的制動停車，對于起重機械，能耗制動可使位能性負載的恒低速下放，確保生產(chǎn)安全，對反抗性負載能確保停車。4.應(yīng)用能耗制動多用于一般生產(chǎn)機械的制第四章機電傳動系統(tǒng)的過渡過程4.1研究機電傳動系統(tǒng)過渡過程的實際意義4.2機電傳動系統(tǒng)過渡過程的分析4.3機電時間常數(shù)4.4加快機電傳動系統(tǒng)過渡過程的方法第四章機電傳動系統(tǒng)的過渡過程4.1研究機電傳動系統(tǒng)過渡4.1研究機電傳動系統(tǒng)過渡過程的實際意義

機電傳動系統(tǒng)過渡過程─由一個穩(wěn)態(tài)向另一個穩(wěn)態(tài)過渡的過程（動態(tài)過程－啟動、制動、反轉(zhuǎn)和調(diào)速）。外因─系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系被破壞。內(nèi)因─貯能的慣性元件。（機械慣性、電磁慣性和熱慣性）實際意義─滿足生產(chǎn)的需要，必須研究轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、電流對時間的變化規(guī)律才能正確地選擇機電傳動裝置、控制電路等。4.1研究機電傳動系統(tǒng)過渡過程的實際意義機電傳動系統(tǒng)過渡4.2機電傳動系統(tǒng)過渡過程的分析利用相似三角形原理TMn代入上式得機電時間常數(shù)4.2機電傳動系統(tǒng)過渡過程的分析利用相似三角形原理TMn代一階線性常系數(shù)非齊次微分方程全解僅考慮機械慣性的過渡過程n、T、I都是按指數(shù)規(guī)律變化的當積分常數(shù)對（4.3）求導(dǎo)，代入運動方程式化簡得一階線性常系數(shù)非齊次微分方程全解僅考慮機械慣性的過渡過程當積啟動1.當t=0、TM=Tst、n=0，加速度最大。3τ0.05n00.95n02.實際上當t=（3～5）TM=TLn=ns3.令t=代入（4.8）n=0.632ns在數(shù)值上等于轉(zhuǎn)速在此時加速直線上升到穩(wěn)態(tài)ns所需時間。啟動1.當t=0、TM=Tst、n=0，加速度最大。3τ0.身體健康，學(xué)習進步！身體健康，學(xué)習進步！直流電機的工作原理及特性直流電機的工作原理及特性直流電機的工作原理及特性課件一切電機都是以電磁感應(yīng)定律作為主要依據(jù)設(shè)計而成的。它的基本功能是實現(xiàn)機電能量的相互轉(zhuǎn)換。直流電機電動機發(fā)電機——將直流電能轉(zhuǎn)換成機械能。——將機械能轉(zhuǎn)換成直流電能。.一切電機都是以電磁感應(yīng)定律作為主要依據(jù)設(shè)計而成的。它的基本功直流電機

直流電機

直流電機外形直流電機外形直流電機的用途及優(yōu)缺點一、用途作勵磁機用

一般小于10萬kW的單機同步發(fā)電機要用直流發(fā)電機作為勵機。

直流電機的用途及優(yōu)缺點作勵磁機用

一般小于10萬kW的單機同作電源用:直流發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)化為直流電能

信號傳遞:直流測速發(fā)電機將機械信號轉(zhuǎn)換為電信號

作電源用:直流發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)化為直流電能信號傳遞:直流測作動力用:直流電動機將直流電能轉(zhuǎn)化為機械能；信號傳遞-直流伺服電動機將控制信號轉(zhuǎn)換為機械信號。

作動力用:直流電動機將直流電能轉(zhuǎn)化為機械能；信號傳遞-直流二、優(yōu)缺點直流發(fā)電機的電勢波形較好，受電磁干擾的影響小。直流電動機的調(diào)速范圍寬廣，調(diào)速特性平滑。直流電動機過載能力較強，起動和制動轉(zhuǎn)矩較大。由于存在換向器，其制造復(fù)雜，觸點之間會產(chǎn)生火花腐蝕，制造成本高。二、優(yōu)缺點3．1直流電機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

一、直流電機的基本結(jié)構(gòu)

直流電機的結(jié)構(gòu)圖如圖所示：3．1直流電機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理一、直流電機的基本結(jié)構(gòu)直流電機的主要結(jié)構(gòu)部件直流電機定子轉(zhuǎn)子主磁極換向極機座電刷裝置電樞鐵心電樞繞組換向器.直流電機的主要結(jié)構(gòu)部件直流電機定子轉(zhuǎn)子主磁極換向極機座電刷裝直流電機的結(jié)構(gòu)圖剖面圖：電樞1；主磁極2；換向極4；機座6電樞鐵心沖片換向器：換向片3；連接片4；云母環(huán)2直流電機的結(jié)構(gòu)圖剖面圖：電樞1；電樞鐵心沖片換向器：換向片直流電機的結(jié)構(gòu)部件直流電機的結(jié)構(gòu)部件

根據(jù)電機的工作原理，直流電機的組成可分為定子、轉(zhuǎn)子和換向器三大部分。

定子部分主要由定子鐵心和繞在上面的勵磁繞組兩部分組成。

轉(zhuǎn)子部分主要由電樞鐵心和電樞繞組兩部分組成。

換向器由換向片和電刷組成，電刷固定在定子上，換向片與電樞繞組相連，換向片與電刷保持滑動接觸。根據(jù)電機的工作原理，直流電機的組成可分為定子、轉(zhuǎn)子和直流電機的工作原理及特性課件二、基本的工作原理

為了討論直流電機的工作原理，可把復(fù)雜的直流電機結(jié)構(gòu)簡化為電機具有一對主磁極，電樞繞組只是一個線圈，線圈兩端分別聯(lián)在兩個換向片上，換向片上壓著電刷A和B。如圖所示：1—主磁極：勵磁繞組上加上直流電壓，勵磁繞組上有勵磁電流通過，使定子鐵心產(chǎn)生固定磁場，即定子的主要作用是產(chǎn)生主磁場。

二、基本的工作原理為了討論直流電機的工作原2—電樞繞組：在固定的磁場中旋轉(zhuǎn)，主要作用是產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或產(chǎn)生機械轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換。3、4—換向器：電刷固定不動，換向片與電樞繞組一起旋轉(zhuǎn)，主要作用對發(fā)電機而言是將電樞繞組內(nèi)感應(yīng)的交流電勢轉(zhuǎn)換成電刷間的直流電勢。對電動機而言，則是將外加的直流電流轉(zhuǎn)換為電樞繞組的交變電流，并保證每一磁極下，電樞導(dǎo)體的電流的方向不變，以產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩。3—電刷4—換向片2—電樞繞組：在固定的磁場中旋轉(zhuǎn)，主要作用是產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或

1．發(fā)電機原理：將機械能轉(zhuǎn)換為電能。直流發(fā)電機工作原理圖如圖所示：

電樞由原動機驅(qū)動而在磁場中旋轉(zhuǎn)，在電樞線圈的兩根有效邊ab和cd（切割磁力線的導(dǎo)體部分）中便感應(yīng)出電動勢e。

顯然，每一有效邊中的電動勢是交變的，即在N極下是一個方向，當它轉(zhuǎn)到S極下時是另一個方向。但是，由于電刷A總是同與N極下的有效邊相聯(lián)的換向片接觸，而電刷B總是同與S極下的有效邊相聯(lián)的換向片接觸，因此，在電刷間就出現(xiàn)一個極性不變的電動勢或電壓，當電刷之間接有負載時，在電動勢的作用下就在電路中產(chǎn)生一定方向的電流。1．發(fā)電機原理：將機械能轉(zhuǎn)換為電能。直流發(fā)電注意：電刷固定在空間不動，而半圓銅片與導(dǎo)體一起旋轉(zhuǎn)。注意：電刷固定在空間不動，而半圓銅片與導(dǎo)體一起旋轉(zhuǎn)。直流發(fā)電機原理示意圖（1）直流發(fā)電機原理示意圖（1）直流發(fā)電機原理示意圖（2）直流發(fā)電機原理示意圖（2）線圈電動勢波形tea刷間電動勢波形tEa.線圈電動勢波形tea刷間電動勢波形tEa.結(jié)論：⒈在電樞線圈內(nèi)的感應(yīng)電動勢及電流都是交流的。通過換向片及電刷的整流作用才變成從外部看的兩電刷間的直流電動勢。⒉雖然電樞線圈是旋轉(zhuǎn)的且電樞線圈中的電流是交變的，但從空間上看，N極與S極下的電樞電流的方向是不變的。因此，由電樞電流所產(chǎn)生的磁場從空間上看也是一個恒定不變的磁場.⒊電樞線圈中的感應(yīng)電動勢與其電流的方向始終一致。⒋當接上負載時，電樞繞組中就有電流，此電流與磁場相互作用產(chǎn)生電磁力，該電磁力使轉(zhuǎn)軸受到一個力矩，稱之為電磁轉(zhuǎn)矩，其方向是與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向相反的，是

制動性質(zhì)。.結(jié)論：⒈在電樞線圈內(nèi)的感應(yīng)電動勢及電流都是交流的。通過換向片

2．電動機原理：將電能轉(zhuǎn)換為機械能。直流電動機工作原理圖如圖所示：

直流電源接在電刷之間而使電流通入電樞線圈。電流方向應(yīng)該是這樣的：N極下的有效邊中的電流總是一個方向，而S極下的有效邊中的電流總是另一個方向，這樣才能使兩個邊上受到的電磁力的方向一致，電樞因而轉(zhuǎn)動。因此，當線圈的有效邊從N（S）極下轉(zhuǎn)到S（N）極下時，其中電流的方向必須同時改變，使電磁力的方向不變，即電磁轉(zhuǎn)矩的方向不變而使轉(zhuǎn)子以n的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。將電刷出線端的負載改成外施直流電源，且將軸上的原動機卸掉，換成生產(chǎn)機械。2．電動機原理：將電能轉(zhuǎn)換為機械能。直流電動機工作原理直流電機的工作原理及特性課件直流電機的工作原理及特性課件結(jié)論：⒈雖然外施電壓及電流都是直流，但在電樞繞組內(nèi)部，電樞電流和電樞電動勢都是交流。這是通過換向片及電刷的逆變作用，將外部直流變成內(nèi)部的交流。⒉雖然電樞線圈是旋轉(zhuǎn)的且電樞線圈中的電流是交變的，但從空間上看，由電樞電流所產(chǎn)生的磁場仍是一個恒定不變的磁場。⒊當電樞旋轉(zhuǎn)時，電樞導(dǎo)體切割磁力線也會感應(yīng)電動勢。其方向與電樞電流的方向始終相反，故稱之為反電勢。⒋轉(zhuǎn)子是在電磁轉(zhuǎn)矩的作用下才能旋轉(zhuǎn)，所以電磁轉(zhuǎn)矩的方向是與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向一致，是驅(qū)動性質(zhì)的。此時，電動機從電源輸入電能，通過電磁感應(yīng)轉(zhuǎn)換成機械能從軸上輸出而帶動生產(chǎn)機械轉(zhuǎn)動。.結(jié)論：⒈雖然外施電壓及電流都是直流，但在電樞繞組內(nèi)部，電樞電對于同一臺電機，在不同的外部條件下，即可作發(fā)電機運行，也可作電動機運行原理，稱為電機的可逆原理。電機的可逆原理，是電機理論中的普遍原理。它不僅適用于直流電機，而且也適用于交流電機。電機的可逆原理

對于同一臺電機，在不同的外部條件下，即可作發(fā)電機電機的可逆原三、電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩1.電動勢E

根據(jù)電磁學(xué)原理，兩電刷間的感應(yīng)電動勢為:式中：E——感應(yīng)電動勢（V）；

Φ——對磁極的磁通（Wb）；

n——電樞轉(zhuǎn)速（r/min）；

Ke——與電機結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)。

直流發(fā)電機中，電動勢的方向總是與電流的方向相同，被稱為電源電動勢。直流電動機中，電動勢的方向總是與電流的方向相反，被稱為反電動勢。三、電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩1.電動勢E2．電磁轉(zhuǎn)矩TM

電樞繞組中的電流和磁通相互作用，產(chǎn)生電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩，其大小可用如下公式表示：式中：TM——電磁轉(zhuǎn)矩（N·m）；

Φ——對磁極的磁通（Wb）；

Ia——電樞電流（A）；

Kt——與電機結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)，Kt=9.55

Ke2．電磁轉(zhuǎn)矩TM電樞繞組中的

直流發(fā)電機和直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩的作用是不同的。

發(fā)電機的電磁轉(zhuǎn)矩是阻轉(zhuǎn)矩，它與電樞轉(zhuǎn)動的方向或原動機的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的方向相反。因此，在等速轉(zhuǎn)動時，原動機的轉(zhuǎn)矩T1必須與發(fā)電機的電磁轉(zhuǎn)矩TM及空載損耗轉(zhuǎn)矩T0相平衡。

電動機的電磁轉(zhuǎn)矩是驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，它使電樞轉(zhuǎn)動。因此，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩TM必須與機械負載轉(zhuǎn)矩TL及空載損耗轉(zhuǎn)矩T0相平衡。直流發(fā)電機和直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩的作用是不同的

從以上分析可知，直流電機作發(fā)電機運行和作電動機運行時，雖然都產(chǎn)生電動勢E和電磁轉(zhuǎn)矩T，但二者的作用正好相反，見表電機運行方式E與I的方向E的作用TM的性質(zhì)轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系發(fā)電機相同電源電動勢阻轉(zhuǎn)矩T1=TM+T0電動機相反反電動勢驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TM=TL+T0從以上分析可知，直流電機作發(fā)電機運行和作電動四、直流電動機的分類

直流電動機按定子勵磁繞組的勵磁方式不同可分為四類：1.他勵電動機：勵磁繞組由外加電源單獨供電，勵磁電流的大小與電樞兩端電壓或電樞電流的大小無關(guān)。如圖（a）所示。2.并勵電動機：勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)連接，由外部電源一起供電。如圖（b）所示。3.串勵電動機：勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)連接，由外部電源一起供電。如圖（c）所示4.復(fù)勵電動機：勵磁繞組分為兩部分，一部分與電樞繞組并聯(lián)連接，另一部分與電樞繞組并聯(lián)連接。如圖（d）所示四、直流電動機的分類直流電動機按定子勵磁繞他勵電動機：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的電源分開。并勵電動機：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞并聯(lián)到同一電源上。串勵電動機：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞串聯(lián)接到同一電源上。復(fù)勵電動機：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的聯(lián)接有串有并，接在同一電源上。M他勵UfIfIaUM并勵UIfM串勵UM復(fù)勵U他勵電動機：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的電源分開。并勵電動機：勵磁線

描述直流發(fā)電機運行特性的物理量端電壓U電樞電流Ia或輸出電流I勵磁電流If發(fā)電機的運行特性當I=0時，稱為空載特性。①負載特性③調(diào)節(jié)特性②外特性.3.2直流發(fā)電機描述直流發(fā)電機端電壓U電樞電流Ia或輸出電流I勵磁電流I3.2.1他勵發(fā)電機1.電原理圖由于獨立Uf,If所以負載電流I等于電樞電流IaIaIRfIfEGUR+-3.2.1他勵發(fā)電機1.電原理圖IaIRfIfEGUR+-2.空載特性

當發(fā)電機空載（Ia=0）及轉(zhuǎn)速（n）不變時，輸出電勢與勵磁電流的關(guān)系曲線當If小時直線（不飽和）

If大時，彎曲（開始飽和）

If更大，平直（飽和，Φ不變）EE’oUoIf2.空載特性EE’oUoIf3.外特性曲線

當發(fā)電機轉(zhuǎn)速（n）和勵磁（Φ）不變時，輸出電壓（U）與負載電流(I)之間的關(guān)系曲線注：當Ia↑RaIa↑U=E-IaRa↓調(diào)節(jié)RL

使負載電流達IN

值，同時調(diào)節(jié)Rf

（分壓器）使端電壓達

UN

此時的Rf

不能再改變。

曲線隨電流增加下降的原因：

（1）電樞電阻壓降的存在；

（2）電樞反應(yīng)去磁作用。UIUoUNoIN3.外特性曲線UIUoUNoIN3.2.2并勵發(fā)電機

1.電原理圖：由于If<<I所以Ia≈IIIfEIaURRaR’f-+G3.2.2并勵發(fā)電機1.電原理圖：IIfEIaURRaR’2.電壓建立過程由于事先沒有勵磁電壓U，所以If＝0當電樞轉(zhuǎn)動時，沒有磁場，所以不會產(chǎn)生E。

0E’EE=IfRfE=f(If)Ifa2.電壓建立過程0E’EE=IfRfE=f(If)Ifa并勵發(fā)電應(yīng)滿足以下幾個條件（1）在磁極上有剩磁（弱的磁場）當n↑產(chǎn)生一個小E

產(chǎn)生一個小If（2）勵磁磁場與剩磁場的方向相同電壓建立起來（3）Rf不能太大

兩方面，一方面是線圈電阻，一是外接電阻并勵發(fā)電應(yīng)滿足以下幾個條件（1）在磁極上有剩磁（弱的磁場）（3.工作特點一方面是空載曲線一方面是勵磁電流曲線 由兩方面共同決定當飽和彎曲后產(chǎn)生交點4.外特性

與他勵一樣，但由于U↓If↓

所以U↓得多U0UN0INI3.工作特點一方面是空載曲線4.外特性U0UN0INI并勵直流發(fā)電機的自激條件：a)電機要有一定的剩磁;b)并聯(lián)在電樞兩端的勵磁繞組的極性要正確；c)勵磁回路的總電阻必須小于該轉(zhuǎn)速下的臨界電阻。②空載特性(同他勵）③外特性定義：當n=nN

，Rf+rS

＝常數(shù)時，改變負載電阻RL

過程中，端電壓U隨負載電流I

變化的關(guān)系。電壓下降