電機及拖動基礎(chǔ)教學(xué)課件目錄緒論第1章直流電機原理1.1

直流電機的基本工作原理1.1.1

直流發(fā)電機的工作原理1.1.2

直流電動機的工作原理1.2

直流電機的主要結(jié)構(gòu)及用途1.2.1

主要結(jié)構(gòu)1.2.2

直流電機的銘牌數(shù)據(jù)1.2.3

直流電機的用途和分類1.3

直流電機的電樞繞組1.3.1

單疊繞組1.3.2

單波繞組簡介1.4

直流電機的磁場1.4.1

直流電機的空載磁場1.4.2

直流電機負(fù)載時的磁場和電樞反應(yīng)1.4.3

直流電機的勵磁方式1.5

直流電機的換向1.5.1

直流電機的換向問題和換向極繞組1.5.2直流電機的補償繞組小結(jié)思考題習(xí)

題

參考文獻第二章直流電機的運行和拖動2.1直流電機的運行原理和特性；2.2他勵直流電機的機械特性；2.3他勵直流電機的起動；2.4他勵直流電機的調(diào)速；2.5他勵直流電機的電動與制動運行第三章變壓器3.1變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu)；3.2單相變壓器的空載運行；3.3單相變壓器的負(fù)載運行；3.4變壓器參數(shù)的確定；3.5變壓器的運行特性；3.6三相變壓器；3.7自耦變壓器第四章三相異步電動機原理4.1異步電動機的基本工作原理；4.2異步電動機的結(jié)構(gòu)及用途；4.3異步電動機的定子繞組；4.4三相異步電動機的電磁關(guān)系；4.5三相異步電動機的功率與轉(zhuǎn)矩；4.6三相異步電動機的工作特性；4.7三相異步電動機參數(shù)的測定第5章

三相異步電動機的運行與拖動5.1三相異步電動機的運行特性5.1.1機械特性的物理表達(dá)式5.1.2機械特性的參數(shù)表達(dá)式5.1.3機械特性的實用表達(dá)式5.1.4機械特性的固有特性和人為特性5.1.5穩(wěn)定運行問題5.2三相異步電動機的起動5.2.1三相異步電動機直接起動的問題5.2.2三相鼠籠式異步電動機的降壓起動5.2.3

三相繞線式異步電動機的起動5.3三相異步電動機的制動5.3.1能耗制動5.3.2反接制動5.3.3回饋制動5.4

三相異步電動機的調(diào)速5.4.1三相異步電動機的降定子電壓調(diào)速5.4.2繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速5.4.3電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速5.4.4繞線式異步電動機的串級調(diào)速5.4.5變極調(diào)速5.4.6變頻調(diào)速小

結(jié)習(xí)題第六章控制電機6.1伺服電動機6.2步進電動機6.3測速發(fā)電機6.4自整角機6.5旋轉(zhuǎn)變壓器6.6小結(jié)第七章電動機的選擇7.1電動機的發(fā)熱與冷卻7-2電機的絕緣材料和允許溫升7.3電動機的工作方式7.4電動機的負(fù)載功率計算7.5電動機的容量選擇7.6小結(jié)電機及拖動基礎(chǔ)教學(xué)課件1.1

直流電機的基本工作原理1.1.1

直流發(fā)電機的工作原理1.1.2

直流電動機的工作原理1.2

直流電機的主要結(jié)構(gòu)及用途1.2.1

主要結(jié)構(gòu)1.2.2

直流電機的銘牌數(shù)據(jù)1.2.3

直流電機的用途和分類1.3

直流電機的電樞繞組1.3.1

單疊繞組1.3.2

單波繞組簡介第1章直流電機原理摘要：本章分析直流電機的工作原理、結(jié)構(gòu)、電路、磁路及換向等問題，為電力拖動自動控制系統(tǒng)提供元件的基本知識。1.1

直流電機的基本工作原理（返回頂部）

1.1.1

直流發(fā)電機的工作原理（返回頂部）直流發(fā)電機的工作原理就是把電樞線圈中感應(yīng)的交變電動勢，靠換向器配合電刷的換向作用，使之從電刷端引出時變?yōu)橹绷麟妱觿莸脑?。圖1.1是一臺交流發(fā)電機的原理模型。圖中，、為一對固定的磁極（一般是電磁鐵，也可以是永久磁鐵），是裝在可以轉(zhuǎn)動的圓柱體表面上的一個線圈，把線圈的兩端分別接到兩個圓環(huán)（稱為滑環(huán)）上（以后把這個可以轉(zhuǎn)動的裝有線圈的圓柱體稱為電樞）。在滑環(huán)上分別放上兩個固定不動的由石墨制成的電刷和。通過電刷和把旋轉(zhuǎn)著的電路與外部電路相聯(lián)接。圖1.1

交流發(fā)電機原理模型1—磁極；2—電樞；3—滑環(huán)；4—電刷當(dāng)原動機拖動電樞以恒速逆時針方向轉(zhuǎn)動時，根據(jù)電磁感應(yīng)定律可知，在線圈邊（即導(dǎo)體）和中有感應(yīng)電動勢產(chǎn)生。感應(yīng)電動勢的大小用式（1.1）確定。

（1.1）式中

——導(dǎo)體所在處的磁密（）；

——導(dǎo)體或的長度（）;

υ——導(dǎo)體或與之間的相對線速度（）。感應(yīng)電動勢的方向按右手定則確定。在圖2.1所示瞬間，導(dǎo)體、的感應(yīng)電動勢方向分別由指向和由指向。這時電刷呈高電位，電刷呈低電位。當(dāng)圖1.1中電樞逆時針方向轉(zhuǎn)過180°時，導(dǎo)體與互換了位置，用右手定則判斷，此時導(dǎo)體、中的感應(yīng)電動勢方向都與圖1.1所示瞬間的相反。這時電刷A呈低電位，電刷B呈高電位。如果電樞繼續(xù)逆時針方向旋轉(zhuǎn)180°，導(dǎo)體、又轉(zhuǎn)到圖1.1所示位置，則電刷又呈高電位，電刷呈低電位。由此可見，圖1.1中電樞每轉(zhuǎn)一周，線圈中感應(yīng)電動勢方向交變一次，因此線圈內(nèi)的感應(yīng)電動勢是一種交變電動勢，這是最簡單的交流發(fā)電機的原理。如果想要得到直流電動勢，那么必須把上述線圈感應(yīng)的電動勢進行整流，實現(xiàn)整流的裝置稱之為換向器。圖2.2是直流發(fā)電機的原理模型，它由兩個銅質(zhì)換向片代替圖1.1中的兩個滑環(huán)。換向片之間用絕緣材料隔開，線圈出線端分別與兩個換向片相連，電刷、與換向片相接觸并固定不動，這就是最簡單的換向器。有了換向器，在電刷、之間感應(yīng)電動勢就和圖1.1中電刷、間的電動勢大不一樣了。例如，在圖2.2所示瞬間，線圈中感應(yīng)電動勢的方向如圖中所示，這時電刷呈正極性，電刷呈負(fù)極性。當(dāng)線圈逆時針方向旋轉(zhuǎn)180°時，這時導(dǎo)體位于極下，導(dǎo)體位于極下，各導(dǎo)體中電動勢都分別改變了方向。但是，由于換向片隨著線圈一同旋轉(zhuǎn)，本來與電刷相接觸的那個換向片，現(xiàn)在卻與電刷接觸了；與電刷相接觸的換向片與電刷接觸了，顯然這時電刷仍呈正極性，電刷呈負(fù)極性。從圖1.2看出，和電刷接觸的導(dǎo)體永遠(yuǎn)位于極下，同樣，和電刷接觸的導(dǎo)體永遠(yuǎn)位于極下。因此，電刷始終有正極性，電刷始終有負(fù)極性，所以電刷端能引出方向不變的但大小變化的脈振電動勢。如果電樞上線圈數(shù)增多，并按照一定的規(guī)律把它們連接起來，可使脈振程度減小，就可獲得直流電動勢。這就是直流發(fā)電機的工作原理。同時也說明了直流發(fā)電機實質(zhì)上是帶有換向器的交流發(fā)電機。

圖1.2

直流發(fā)電機的原理模型

圖1.3

直流電動機的原理模型1—磁極；2—電樞；3—換向器；4—電刷

1—磁極；2—電樞；3—換向器；4—電刷

1.1.2

直流電動機的工作原理（返回頂部）圖1.3所示為直流電動機的原理模型，與圖1.2不同的是：線圈不被原動機拖動；電刷、接上直流電源。于是在線圈中有電流流過，電流的方向如圖1.3所示。根據(jù)電磁力定律可知，載流導(dǎo)體、上受到的電磁力為

（1.2）式中

——導(dǎo)體所在處的氣隙磁密（Wb/m2）；

——導(dǎo)體或的長度（m）；

——導(dǎo)體中的電流（A）。導(dǎo)體受力的方向用左手定則確定，導(dǎo)體的受力方向是從右向左，導(dǎo)體的受力方向是從左向右，如圖1.3所示。這一對電磁力形成了作用于電樞一個力矩，這個力矩在旋轉(zhuǎn)電機里稱為電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩的方向是逆時針方向，企圖使電樞逆時針方向轉(zhuǎn)動。如果此電磁轉(zhuǎn)矩能夠克服電樞上的阻轉(zhuǎn)矩（例如由摩擦引起的阻轉(zhuǎn)矩以及其它負(fù)載轉(zhuǎn)矩），電樞就能按逆時針方向旋轉(zhuǎn)起來。當(dāng)電樞轉(zhuǎn)了180°后，導(dǎo)體轉(zhuǎn)到極下，導(dǎo)體轉(zhuǎn)到極下時，由于直流電源供給的電流方向不變，仍從電刷流入，經(jīng)導(dǎo)體、后，從電刷B流出。這時導(dǎo)體受力方向變?yōu)閺挠蚁蜃?，?dǎo)體受力方向是從左向右，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的方向仍為逆時針方向。因此，電樞一經(jīng)轉(zhuǎn)動，由于換向器配合電刷對電流的換向作用，直流電流交替地由導(dǎo)體和流入，使線圈邊只要處于極下，其中通過電流的方向總是由電刷流入的方向，而在極下時，總是從電刷流出的方向。這就保證了每個極下線圈邊中的電流始終是一個方向，從而形成一種方向不變的轉(zhuǎn)矩，使電動機能連續(xù)地旋轉(zhuǎn)。這就是直流電動機的工作原理。從上述基本電磁情況來看，一臺直流電機原則上既可以作為發(fā)電機運行，也可以作為電動機運行，只是其輸入輸出的條件不同而已。如用原動機拖動直流電機的電樞，將機械能從電機軸上輸入，而電刷上不加直流電壓，則從電刷端可以引出直流電動勢作為直流電源，可輸出電能，電機將機械能轉(zhuǎn)換成電能而成為發(fā)電機；如在電刷上加直流電壓，將電能輸入電樞，則從電機軸上輸出機械能，拖動生產(chǎn)機械，將電能轉(zhuǎn)換成機械能而成為電動機。這種同一臺電機，既能作發(fā)電機又能作電動機運行的原理，在電機學(xué)理論中稱為電機的可逆原理。第1章直流電機原理摘要：本章分析直流電機的工作原理、結(jié)構(gòu)、電路、磁路及換向等問題，為電力拖動自動控制系統(tǒng)提供元件的基本知識。1.2

直流電機的主要結(jié)構(gòu)及用途（返回頂部）1.2.1

主要結(jié)構(gòu)（返回頂部）直流電機的工作原理僅僅揭示了如何利用基本電磁規(guī)律以實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的道理，但是要將其付諸應(yīng)用，直流電機必須具有能滿足電磁和機械兩方面要求的合理的結(jié)構(gòu)型式。直流電機的結(jié)構(gòu)型式是多種多樣的，圖1.4是一臺常用的小型直流電機的結(jié)構(gòu)剖面圖。直流電機是由靜止的定子部分和轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子部分構(gòu)成的，定、轉(zhuǎn)子之間有一定大小的間隙（以后稱為氣隙）。現(xiàn)對各主要結(jié)構(gòu)部件的基本結(jié)構(gòu)及其作用簡述如下。

圖1.4電流電機的結(jié)構(gòu)剖面圖1—換向器；2—電刷裝置；3—機座；4—主磁極；5—換向極；6—端蓋；7—風(fēng)扇；8—電樞繞組；9—電樞鐵心

1．定子部分直流電機定子部分主要由主磁極、換向極、機座和電刷裝置等組成。（1）主磁極

又稱主極。在一般大中型直流電機中，主磁極是一種電磁鐵。只有個別類型的小型直流電機的主磁極才用永久磁鐵，這種電機叫永磁直流電機。主磁極的作用是能夠在電樞表面外的氣隙空間里產(chǎn)生一定形狀分布的氣隙磁密。圖2.5是主磁極的裝配圖。主磁極的鐵心用1~1.5mm厚的低碳鋼板沖片疊壓緊固而成。把事先繞制好的勵磁繞組套在主極鐵心外面，整個主磁極再用螺釘固定在機座的內(nèi)表面上。各主磁極上的勵磁繞組聯(lián)接必須使通過勵磁電流時，相鄰磁極的極性呈極和極交替的排列，為了讓氣隙磁密沿電樞圓周方向的氣隙空間里分布得更加合理一些，鐵心下部（稱為極靴）比套繞組的部分（稱為極身）寬。這樣也可使勵磁繞組牢固地套在鐵心上。圖1.5

直流電機的主磁極1—主極鐵心；2—勵磁繞組；3—機座；4—電樞（2）換向極

容量在1kw以上的直流電機，在相鄰兩主磁極之間要裝上換向極。換向極又稱附加極或間極，其作用為了改善直流電機的換向，至于如何改善換向的，將在后面1.5節(jié)中介紹。換向極的形狀比主磁極簡單，也是由鐵心和繞組構(gòu)成。鐵心一般用整塊鋼或鋼板加工而成。換向極繞組與電樞繞組串聯(lián)。（3）機座

一般直流電機都用整體機座。所謂整體機座，就是一個機座同時起兩方面的作用：一方面起導(dǎo)磁的作用，一方面起機械支撐的作用。由于機座要起導(dǎo)磁的作用，所以它是主磁路的一部分，叫定子磁軛，一般多用導(dǎo)磁效果較好的鑄鋼制成，小型直流電機也有用厚鋼板的。主磁極、換向極和端蓋都固定在電機的機座上，所以機座又起了機械支撐的作用。（4）電刷裝置

電刷裝置是把直流電壓、直流電流引入或引出的裝置。電刷放在電刷盒里，用彈簧壓緊在換向器上，電刷上有個銅絲辮，可以引出、引入電流。直流電機里，常常把若干個電刷盒裝在同一個絕緣的刷桿上，在電路連接上，把同一個絕緣刷桿上的電刷盒并聯(lián)起來，成為一組電刷。一般直流電機中，電刷組的數(shù)目可以用電刷桿數(shù)表示，刷桿數(shù)與電機的主磁極數(shù)相等。各電刷桿在換向器外表面上沿圓周方向均勻分布，正常運行時，電刷桿相對于換向器表面有一個正確的位置，如果電刷桿的位置放得不合理，將直接影響電機的性能。電刷桿裝在端蓋或軸承內(nèi)蓋上，調(diào)整位置后，將它固定。2．轉(zhuǎn)子部分直流電機轉(zhuǎn)子部分主要由電樞鐵心和電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇等組成。圖1.6為直流電機電樞裝配示意圖。圖1.6

直流電機的電樞1—轉(zhuǎn)軸；2—軸承；3—換向器；4—電樞鐵心；5—電樞繞組；6—風(fēng)扇；7—軸承

（1）電樞鐵心

電樞鐵心作用有二，一個是作為主磁路的主要部分；另一個是嵌放電樞繞組。由于電樞鐵心和主磁場之間的相對運動，會在鐵心中引起渦流損耗和磁滯損耗（這兩部分損耗合在一起稱為鐵心損耗，簡稱鐵耗），為了減少鐵耗，通常用0.5mm厚的涂有絕緣漆的硅鋼片的沖片疊壓而成，固定在轉(zhuǎn)軸上。電樞鐵心沿圓周上有均勻分布的槽，里面可嵌入電樞繞組。（2）電樞繞組

電樞繞組是由許多按一定規(guī)律排列和聯(lián)接的線圈組成，它是直流電機的主要電路部分，是通過電流和感應(yīng)產(chǎn)生電動勢以實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵性部件。線圈用包有絕緣的圓形和矩形截面導(dǎo)線繞制而成，線圈亦稱為元件，每個元件有兩個出線端。電樞線圈嵌放在電樞鐵心的槽中，每個元件的兩個出線端以一定規(guī)律與換向器的換向片相連，構(gòu)成電樞繞組。（3）換向器

換向器也是直流電機的重要部件。在直流發(fā)電機中，它的作用是將繞組內(nèi)的交變電動勢轉(zhuǎn)換為電刷端上的直流電動勢；在直流電動機中，它將電刷上所通過的直流電流轉(zhuǎn)換為繞組內(nèi)的交變電流。換向器安裝在轉(zhuǎn)軸上，主要由許多換向片組成，片與片之間用云母絕緣，換向片數(shù)與元件數(shù)相等。1.2.2

直流電機的銘牌數(shù)據(jù)（返回頂部）每臺直流電機的機座外表面上都釘有一塊所謂銘牌，上面標(biāo)注著一些叫做額定值的銘牌數(shù)據(jù)，它是正確選擇和合理使用電機的依據(jù)。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，直流電機的額定值有：（1）額定功率

；（2）額定電壓

；（3）額定電流

；（4）額定轉(zhuǎn)速

；（5）勵磁方式和額定勵磁電流。有些物理量雖然不標(biāo)在銘牌上，但它們也是額定值，例如在額定運行狀態(tài)的轉(zhuǎn)矩、效率分別稱為額定轉(zhuǎn)矩、額定效率等。關(guān)于額定功率，對直流發(fā)電機來說，是指電機出線端輸出的電功率；對直流電動機而言，則是指它的轉(zhuǎn)軸上輸出的機械功率。因此，直流發(fā)電機的額定功率應(yīng)為

（1.3）而直流電動機的額定功率為

（1.4）式中，為直流電動機的額定效率，它是直流電動機額定運行時輸出機械功率與電源輸入電功率之比。電動機軸上輸出的額定轉(zhuǎn)矩用表示，其大小應(yīng)該是輸出的機械功率額定值除以轉(zhuǎn)子角速度的額定值，即

（1.5）式中，的單位為，的單位為，的單位為。此式不僅適用于直流電動機，也適用于交流電動機。直流電機運行時，若各個物理量都與它的額定值一樣，就稱為額定運行狀態(tài)或額定工況。在額定狀態(tài)下，電機能可靠地工作，并具有良好的性能。但實際應(yīng)用中，電機不總是運行在額定狀態(tài)。如果流過電機的電流小于額定電流，稱為欠載運行；超過額定電流，稱為過載運行。長期過載或欠載運行都不好。長期過載有可能因過熱而損壞電機；長期欠載，電機沒有得到充分利用，效率降低，不經(jīng)濟。為此選擇電機時，應(yīng)根據(jù)負(fù)載的要求，盡量讓電機工作在額定狀態(tài)。1.2.3

直流電機的用途和分類（返回頂部）把機械能轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔艿碾姍C是直流發(fā)電機；把直流電能轉(zhuǎn)換為機械能的電機稱為直流電動機。直流電動機多用于對調(diào)速要求較高的生產(chǎn)機械上，如軋鋼機、電力牽引、挖掘機械、紡織機械等等，這是因為直流電動機具有以下突出的優(yōu)點：

（1）調(diào)速范圍廣，易于平滑調(diào)速；

（2）起動、制動和過載轉(zhuǎn)矩大；

（3）易于控制，可靠性較高。直流發(fā)電機可用來作為直流電動機以及同步發(fā)電機的勵磁直流電源以及化學(xué)工業(yè)中的電鍍、電解等設(shè)備的直流電源。與交流電機相比，直流電機的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，消耗較多的有色金屬，維修比較麻煩。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，由晶閘管整流元件組成的直流電源設(shè)備將逐步取代直流發(fā)電機。但直流電動機由于其性能優(yōu)越，在電力拖動自動控制系統(tǒng)中仍占有很重要的地位。利用晶閘管整流電源配合直流電動機而組成的調(diào)速系統(tǒng)仍在迅速地發(fā)展。國產(chǎn)的直流電機種類很多，下面列出一些常見的產(chǎn)品系列。Z2系列是一般用途的中、小型直流電機，包括發(fā)電機和電動機。Z和ZF系列是一般用途的大、中型直流電機系列。Z是直流電動機系列；ZF是直流發(fā)電機系列。ZZJ系列是專供起重冶金工業(yè)用的專用直流電動機。ZT系列是用于恒功率且調(diào)速范圍比較大的拖動系統(tǒng)里的廣調(diào)速直流電動機。ZQ系列是電力機車、工礦電機車和蓄電池供電電車用的直流牽引電動機。ZH系列是船舶上各種輔助機械用的船用直流電動機。ZU系列是用于龍門刨床的直流電動機。ZA系列是用于礦井和有易爆氣體場所的防爆安全型直流電動機。ZKJ系列是冶金、礦山挖掘機用的直流電動機。第1章直流電機原理摘要：本章分析直流電機的工作原理、結(jié)構(gòu)、電路、磁路及換向等問題，為電力拖動自動控制系統(tǒng)提供元件的基本知識。1.3

直流電機的電樞繞組（返回頂部）電樞繞組是直流電機的一個重要部分，電機中機電能量的轉(zhuǎn)換就是通過電樞繞組而實現(xiàn)的，所以直流電機的轉(zhuǎn)子也稱為電樞。電樞繞組是由許多個形狀完全一樣的單匝元件（當(dāng)然也可以是多匝元件）以一定規(guī)律排列和聯(lián)接起來的，用表示元件數(shù)。所謂單匝元件，就是每個元件的元件邊（一個元件有兩個元件邊）里僅有一根導(dǎo)體，對多匝元件來說，一個元件邊里就不止一根導(dǎo)體了。若用代表元件的匝數(shù)，則多匝元件的元件邊里就有根導(dǎo)體。圖1.7（a）就是一個多匝元件，=3。不管一個元件有多少匝，其出線端只有兩根，一根叫首端，另一根叫末端。同一個元件的首端和末端分別接到不同的換向片上，而各個元件之間又是通過換向片彼此聯(lián)接起來的。這樣就必須在同一個換向片上，既聯(lián)有一個元件的首端，又聯(lián)有另一元件的末端。若用表示換向片數(shù)，則整個電樞繞組的元件數(shù)應(yīng)等于換向片數(shù)，即。圖1.7

電樞繞組的元件及在槽內(nèi)的放置情況a)元件；b)元件在槽內(nèi)的放置；c)實槽與虛槽1—元件邊；2—首端；3—末端；4—有效部分；5—端接部分；6—元件邊元件在電樞槽中的放置情況如圖1.7（b）所示。從圖中可以看出，同一個元件的一個元件邊放在某一個槽的上層，它的另一個元件邊就放在另一個槽的下層，所以直流電機繞組一般都是雙層繞組。由于一個槽里能嵌放兩個元件邊，而一個元件又正好有兩個元件邊，所以電樞上的槽數(shù)應(yīng)該等于元件數(shù)。元件嵌放在槽內(nèi)的部分能切割磁通，感應(yīng)產(chǎn)生電動勢，稱為有效部分，而元件在槽外的部分不切割磁通，不會感應(yīng)產(chǎn)生電動勢，僅作聯(lián)接引線，稱為端接部分，如圖1.7（b）中所示。為了改善電機性能，往往需要采用較多的元件來構(gòu)成電樞繞組，由于工藝和其它方面的原因，電樞鐵心開的槽數(shù)不能太多，這樣就只能在每個槽的上、下層各放置若干個元件邊，為了確切地說明每個元件邊所處的具體位置，引入“虛槽”的概念。設(shè)槽內(nèi)每層有個元件邊，則把每個實際槽看作包含有個“虛槽”，每個虛槽的上、下層各有一個元件邊，圖1.7（c）表示=3時，元件邊的布置情況。若用Q代表總實槽數(shù)，代表總虛槽數(shù)，則

（1.6）直流電機電樞繞組最基本的型式有兩種：一種叫單疊繞組，另一種叫單波繞組。下面分別說明它們的聯(lián)接規(guī)律，以便進一步理解直流電機電樞電路的組成情況。

1.3.1

單疊繞組（返回頂部）

1．繞組節(jié)距所謂節(jié)距，是指被聯(lián)接起來的兩個元件邊或換向片之間的距離，以所跨過的元件邊數(shù)或虛槽數(shù)或換向片數(shù)來表示，如圖1.8所示。元件的上層邊用實線表示，下層邊用虛線表示。

（1）第一節(jié)距一個元件的兩個元件邊在電樞表面所跨的距離（即跨距）是，用所跨虛槽數(shù)表示。選擇的依據(jù)是盡量讓元件里感應(yīng)電動勢為最大，即應(yīng)等于或接近于一個極距（每個主磁極在電樞圓周上所分得的弧長）。

（1.7）式中

——電樞外徑；

——主磁極對數(shù)。若極距用虛槽數(shù)表示，則

（1.8）

由于不一定能被極數(shù)整除，而又必須為整數(shù)，所以應(yīng)使

（1.9）式中

——小于1的分?jǐn)?shù)。若=0，

稱為整距繞組；

，＞

稱為長距繞組；

＜

稱為短距繞組。圖1.8

單疊繞組的節(jié)距（2）合成節(jié)距和換向器節(jié)距元件1和它相聯(lián)的元件2對應(yīng)邊之間的跨距是，用虛槽數(shù)表示。每個元件首、末端所聯(lián)兩個換向片之間的跨距是，用換向片數(shù)表示。對單疊繞組。當(dāng)把每一個元件聯(lián)成繞組時，聯(lián)接的順序是從左向右進行，稱為右行繞組。圖1.8所示就是這種繞組。

（3）第二節(jié)距是聯(lián)至同一個換向片的兩個元件邊之間的距離，或者說，是元件1的下層元件邊在換向器端經(jīng)過換向片聯(lián)到元件2的上層元件之間的跨距。對單疊繞組有

（1.10）2．單疊繞組的聯(lián)接方法和特點下面通過一個實例來說明。設(shè)一臺直流發(fā)電機，聯(lián)接成單疊右行繞組。（1）計算各節(jié)距第一節(jié)距合成節(jié)距和換向器節(jié)距第二節(jié)距（2）繪制繞組展開圖

如圖1.9所示。所謂繞組展開圖是假想將電樞及換向器沿某一齒（圖1.9中為第16槽與第1槽間的1個齒）的中間切開，并展開成平面的聯(lián)接圖。作圖步驟如下。第一步，先畫16根等長等距的實線，代表各槽上層元件邊，再畫16根等長等距的虛線，代表各槽下層元件邊。讓虛線與實線靠近一些。實際上一根實線和一根虛線代表一個槽（指虛槽），依次把槽編上號碼。圖1.9

單疊繞組展開圖第二步，放置主磁極。讓每個磁極的寬度大約等于0.7,4個磁極均勻放置在電樞槽之上，并標(biāo)上、極性。假定極的磁力線進入紙面，極的磁力線從紙面穿出。第三步，畫16個小方塊代表換向片，并標(biāo)上號碼，為了作圖方便，使換向片寬度等于槽與槽之間的距離。為了能聯(lián)出形狀對稱的元件，換向片的編號應(yīng)與槽的編號有一定對應(yīng)關(guān)系（由第一節(jié)距來考慮）。第四步，聯(lián)繞組。為了便于聯(lián)接，將元件、槽和換向片按順序編號。編號時把元件號碼、元件上層邊所在槽的號碼以及元件上層邊相聯(lián)接的換向片號碼編得一樣，即1號元件的上層邊放在1號槽內(nèi)并與1號換向片相聯(lián)接。這樣當(dāng)1號元件的上層邊放在1號槽（實線）并與1號換向片相聯(lián)后，因為=4，則1號元件的下層邊應(yīng)放在第5號槽（）的下層（虛線）；因，所以1號元件的末端應(yīng)聯(lián)接在2號換向片上（）。一般應(yīng)使元件左右對稱，這樣1號換向片與2號換向片的分界線正好與元件的中心線相重合。然后將2號元件的上層邊放入2號槽的上層（），下層邊放在6號槽的下層（），2號元件的上層邊聯(lián)在2號換向片上，下層邊聯(lián)在3號換向片上。按此規(guī)律排列與聯(lián)接下去，一直把16個元件都聯(lián)起來為止。校核第2節(jié)距：第1元件放在第5槽的下層邊與放在第2槽第2元件的上層邊，它們之間滿足的關(guān)系。其他元件也如此。第五步，確定每個元件邊里導(dǎo)體感應(yīng)電動勢的方向。圖2.9中，所考慮的是發(fā)電機，箭頭表示電樞旋轉(zhuǎn)方向，即自右向左運動，根據(jù)右手定則就可判定各元件邊的感應(yīng)電動勢的方向，即在極下的導(dǎo)體電動勢是向下，在極下是向上的。在圖示這一瞬間，1、5、9、13四個元件正好位于兩個主磁極的中間，該處氣隙磁密為零，所以不感應(yīng)電動勢。第六步，放電刷。在直流電機里，電刷組數(shù)也就是刷桿的數(shù)目與主極的個數(shù)一樣多。對本例來說，就是四組電刷、、、，它們均勻地放在換向器表面圓周方向的位置。每個電刷的寬度等于每一個換向片的寬度。放電刷的原則是，要求正、負(fù)電刷之間得到最大的感應(yīng)電動勢，或被電刷所短路的元件中感應(yīng)電動勢最小，這兩個要求實際上是一致的。在圖1.9里，由于每個元件的幾何形狀對稱，如果把電刷的中心線對準(zhǔn)主極的中心線，就能滿足上述要求。圖1.9中，被電刷所短路的元件正好是1、5、9、13，這幾個元件中的電動勢恰為零。實際運行時，電刷是靜止不動的，電樞在旋轉(zhuǎn)，但是，被電刷所短路的元件，永遠(yuǎn)都是處于兩個主磁極之間的地方，當(dāng)然感應(yīng)電動勢為零。實際的電機并不要求在繞組展開圖上畫出電刷的位置，而是等電機制造好，用試驗的辦法來確定電刷在換向器表面上的位置。

（3）繞組元件聯(lián)接順序圖繞組元件聯(lián)接順序圖用來表示電樞上所有元件邊的串聯(lián)次序。根據(jù)圖1.9的節(jié)距，可以直接看出繞組各元件之間是如何聯(lián)接的。如第1虛槽上層元件邊經(jīng)接到第5虛槽的下層元件邊，構(gòu)成了第1個元件，它的首、末端分別接到第1、2兩個換向片上。第5虛槽的下層元件邊經(jīng)接到第2虛槽的上層元件邊，這樣就把第1、2兩個元件聯(lián)接起來了。依次類推，如圖1.10所示。圖1.10

單疊繞組元件聯(lián)接順序圖圖1.10中每根實線所連接的兩個元件邊構(gòu)成一個元件，兩元件之間的虛線則表示通過換向器上的一片換向片把兩元件串聯(lián)起來。從圖1.10中看出，從第1元件出發(fā)，繞完16個元件后又回到第1元件。可見，整個繞組是一個閉路繞組。

（4）繞組電路圖在繞組展開圖（圖1.9）所示瞬間，根據(jù)電刷之間元件聯(lián)接順序，可以得到如圖1.11所示的電樞繞組電路圖。圖1.11

單疊繞組電路圖從圖1.11可清楚地看到，從電刷外面看繞組時，電樞繞組由4條并聯(lián)支路組成。上層邊處在同一極下的元件中感應(yīng)電動勢方向相同，串聯(lián)起來通過電刷構(gòu)成一條支路；被電刷短路的元件中電動勢等于零，此時這些元件不參加組成支路，所以單疊繞組的支路數(shù)就等于電機的主磁極數(shù)。若以a表示支路對數(shù)，則

（1.11）可見，增加電機的主極數(shù)便可增加支路數(shù)，從而可使電樞通過較大的電流。同時由圖2.11看出，這種單疊繞組的支路由電刷引出，所以電刷桿數(shù)必須等于支路數(shù)，也就是等于極數(shù)。綜上所述，對電樞繞組中的單疊繞組，有以下特點：

（1）位于同一個磁極下的各元件串聯(lián)起來組成了一條支路，即支路對數(shù)等于極對數(shù)，。（2）當(dāng)元件的幾何形狀對稱，電刷放在換向器表面上的位置對準(zhǔn)主磁極中心線時，正、負(fù)電刷間感應(yīng)電動勢為最大，被電刷所短路的元件里感應(yīng)電動勢最小。（3）電刷桿數(shù)等于極數(shù)。電刷在換向器表面上的位置，雖然對準(zhǔn)主磁極的中心線，但被電刷所短路的元件，它的兩個元件邊仍然位于幾何中性線處。為了簡單起見，今后所謂電刷放在幾何中性線上，就是指被電刷所短路的元件，它的元件邊位于幾何中性線處，也就是指圖2.9所示這種情況。初學(xué)者要特別注意。1.3.2

單波繞組簡介（返回頂部）

1．繞組節(jié)距

單波繞組的繞組節(jié)距也分為第一節(jié)距、合成節(jié)距、換向器節(jié)距和第二節(jié)距等。它們的定義和單疊繞組的節(jié)距定義相同。

（1）第一節(jié)距因為與元件聯(lián)接方式無關(guān)，所以單波繞組的第一節(jié)距的計算方法與單疊繞組的完全相同。（2）合成節(jié)距與換向器節(jié)距選擇時，應(yīng)使相串聯(lián)的元件感應(yīng)電動勢同方向。為此，須把兩個相串聯(lián)的元件放在同極性磁極的下面，讓它們在空間位置上相距約兩個極距。其次，當(dāng)沿圓周向一個方向繞了一周，經(jīng)過個串聯(lián)的元件后，其末尾所聯(lián)的換向片，必須落在與起始的換向片相鄰的位置，才能使第二周繼續(xù)往下聯(lián)，即

（1.12）因此，單波繞組元件的換向器節(jié)距為

（1.13）式中正負(fù)號的選擇，首先要滿足是一個整數(shù)。在滿足為整數(shù)時，一般都取負(fù)號。這種繞組當(dāng)把每一個元件聯(lián)成繞組時，聯(lián)接的順序是從右向左進行，稱為左行繞組。圖1.12所示就是這種繞組。合成節(jié)距。（3）第二節(jié)距單波繞組各節(jié)距如圖1.12所示，聯(lián)接后的形狀猶如波浪一樣向前延伸，由此而得名。圖1.12

單波繞組的節(jié)距2．繞組展開圖下面也用一個例子來說明單波繞組的聯(lián)接。設(shè)一臺直流電動機，，聯(lián)接成單波左行繞組。計算繞組節(jié)距得

為一短距繞組。和單疊繞組一樣，畫出繞組展開圖，如圖1.13所示。繞組元件聯(lián)接順序，也可用元件聯(lián)接順序圖表示，如圖1.14所示。圖1.13

單波繞組展開圖圖1.14

單波繞組元件聯(lián)接順序圖3．繞組電路圖把圖1.13所示瞬間的各元件聯(lián)接情況與電刷的關(guān)系整理、排列，可畫出圖1.15所示的繞組電路圖。圖1.15

單波繞組電路圖由圖可見，單波繞組是把所有上層邊在極下的元件串聯(lián)起來構(gòu)成一條支路，把所有上層邊在極下的元件串聯(lián)起來構(gòu)成另一條支路。由于主磁極只有、之分，所以單波繞組的支路對數(shù)與磁極對數(shù)無關(guān)，總是等于1，即

（1.14）單波繞組有以下特點：

（1）同極性下各元件串聯(lián)起來組成一個支路，支路對數(shù)，與磁級對數(shù)無關(guān)。（2）當(dāng)元件的幾何形狀對稱時，電刷在換向器表面上的位置對準(zhǔn)主磁極中心線，正、負(fù)電刷間感應(yīng)電動勢最大。（3）電刷桿數(shù)也應(yīng)等于極數(shù)（采用全額電刷）。直流電機的電樞繞組除單疊、單波兩種基本型式外，還有復(fù)疊、復(fù)波以及混合繞組等，這里就不一一介紹，讀者可參閱電機學(xué)方面的書籍。電機及拖動基礎(chǔ)教學(xué)課件1.4

直流電機的磁場1.4.1

直流電機的空載磁場1.4.2

直流電機負(fù)載時的磁場和電樞反應(yīng)1.4.3

直流電機的勵磁方式1.5

直流電機的換向1.5.1

直流電機的換向問題和換向極繞組1.5.2．直流電機的補償繞組小結(jié)思考題習(xí)題參考文獻第1章直流電機原理摘要：本章分析直流電機的工作原理、結(jié)構(gòu)、電路、磁路及換向等問題，為電力拖動自動控制系統(tǒng)提供元件的基本知識。1.4

直流電機的磁場（返回頂部）

直流電機中除主極磁場外，當(dāng)電樞繞組中有電流流過時，還將會產(chǎn)生電樞磁場。電樞磁場與主磁場的合成形成了電機中的氣隙磁場，它是直接影響電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩大小的。要了解氣隙磁場的情況，就要先分析清楚主磁場和電樞磁場的特性。

1.4.1

直流電機的空載磁場（返回頂部）直流電機的空載是指電樞電流等于零或者很小，且可以不計其影響的一種運行狀態(tài)，此時電機無負(fù)載，即無功率輸出。所以直流電機空載時的氣隙磁場可以看作就是主磁場，即由勵磁磁通勢單獨建立的磁場。當(dāng)勵磁繞組通入勵磁電流，各主磁極極性依次呈現(xiàn)為極和極，由于電機磁路結(jié)構(gòu)對稱，不論極數(shù)多少，每對極的磁路是相同的，因此只要分析一對極的磁路情況就可以了。圖1.16是一臺四極直流電機空載時的磁場分布示意圖（一對極的情形）。從圖中看出，由極出來的磁通，大部分經(jīng)過氣隙進入電樞齒部，再經(jīng)過電樞磁軛到另一部分的電樞齒，又通過氣隙進入極，再經(jīng)過定子磁軛回到原來出發(fā)的極，成為閉合回路。這部分磁通同時匝鏈著勵磁繞組和電樞繞組，電樞旋轉(zhuǎn)時，能在電樞繞組中感應(yīng)電動勢，或者產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，把這部分磁通稱為主磁通，用φ0表示。此外還有一小部分磁通不進入電樞而直接經(jīng)過相鄰的磁極或者定子磁軛形成閉合回路，這部分磁通僅與勵磁繞組相匝鏈，稱為漏磁通，用φ表示。由于主磁通磁路的氣隙較小，磁導(dǎo)較大，漏磁通磁路的氣隙較大，磁導(dǎo)較小，而作用在這兩條磁路的磁通勢是相同的，所以漏磁通在數(shù)量上比主磁通要小得多，大約是主磁通的20%左右。圖1.16

直流電機空載時的磁場分布示意圖1—極靴；2—極身；3—元子磁軛；4—勵磁繞組；5—氣隙；6—電樞齒；7—電樞磁軛由于主磁極極靴寬度總是比一個極距要小，在極靴下的氣隙又往往是不均勻的，所以主磁通的每條磁力線所通過的磁回路不盡相同，在磁極軸線附近的磁回路中氣隙較小；接近極尖處的磁回路中氣隙較大。如果不計鐵磁材料中的磁壓降，則在氣隙中各處所消耗的磁通勢均為勵磁磁通勢。因此，在極靴下，氣隙小，氣隙中沿電樞表面上各點磁密較大；在極靴范圍外，氣隙增加很多，磁密顯著減小，至兩極間的幾何中性線處磁密為零。不考慮齒槽影響時，直流電機空載磁場的磁密分布如圖1.17所示。圖1.17

直流電機空載磁場的磁密分布在直流電機中，為了感應(yīng)電動勢或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，氣隙里要有一定數(shù)量的主磁通φ0，也就是需要有一定的勵磁磁通勢，或者當(dāng)勵磁繞組匝數(shù)一定時，需要有一定的勵磁電流。把空載時主磁通φ0與空載勵磁磁通勢或空載勵磁電流的關(guān)系，即φ0=或φ0=，稱為直流電機的磁化曲線，它表明了電機磁路的特性。電機的磁化曲線可通過電機磁路計算來得到。直流電機磁路計算內(nèi)容是：已知氣隙每極磁通為φ0，求出直流電機主磁路各段中的磁壓降，各段磁壓降的總和便是勵磁磁通勢。對于給定的不同大小的φ0用同一方法計算，得到與φ0相應(yīng)的不同，經(jīng)多次計算，便得到了空載磁化曲線φ0。直流電機主磁通的磁回路從圖1.16中可看出主要包括這樣幾段：兩段主磁極、兩段氣隙、兩段電樞齒部、電樞磁軛、定子磁軛。對于每一段磁路，都是根據(jù)已知的φ0，算出磁密B，再找出相應(yīng)的磁場強度H，分別乘以各段磁路長度后便得到磁壓降。氣隙部分的磁導(dǎo)率是常數(shù)，不隨φ0而變，或者說氣隙磁壓降與φ0成正比。但其它各段磁路，都是鐵磁材料構(gòu)成，它們的B與H之間是非線性關(guān)系，具有磁飽和的特點，也就是說它們的磁壓降與φ0不成正比，也具有飽和現(xiàn)象，當(dāng)φ0大到一定程度后，出現(xiàn)飽和，φ0再增大，H或磁壓降就急劇增大。因此，造成了直流電機φ0大到一定程度后，磁路總磁壓降即勵磁磁通勢急劇增大，電機的磁化曲線具有飽和現(xiàn)象，如圖2.18所示。圖1.18

電機的磁化曲線考慮到電機的運行性能和經(jīng)濟性，直流電機額定運行的磁通額定值的大小取在磁化曲線開始彎曲的地方（稱為膝部），如圖1.18中的a點（稱為膝點），對應(yīng)的φN系指在空載額定電壓時的每極磁通，對應(yīng)的勵磁磁通勢為FfN。1.4.2

直流電機負(fù)載時的磁場和電樞反應(yīng)（返回頂部）當(dāng)電機帶上負(fù)載后，電樞繞組中就有電流流過，在電機磁路中，又形成一個磁通勢，這個磁通勢稱為電樞磁通勢。因此，負(fù)載時的氣隙磁場將由勵磁磁通勢和電樞磁通勢共同作用所建立。電樞磁通勢的出現(xiàn)，必然會影響空載時只有勵磁磁通勢單獨建立的磁場，有可能改變氣隙磁密分布及每極磁通量的大小。通常把負(fù)載時電樞磁通勢對主磁場的這種影響稱為電樞反應(yīng)，電樞反應(yīng)對直流電機的運行性能影響很大。電樞磁通勢如何影響電機中的主磁場呢？下面先分析清楚電樞磁通勢和電樞磁場的特性，然后把兩種磁場合成起來，再考慮到飽和問題，就可以看清楚電樞磁通勢對主磁場的影響了。

1．電樞磁通勢和電樞磁場電樞磁通勢是由電樞電流所產(chǎn)生的，從對電樞繞組的分析可知，不論什么型式的繞組，其各支路中的電流是通過電刷引入或引出的。在一個極下元件邊中電流方向是相同的，相鄰的不同極性的磁極下元件邊中電流方向總是相反的。因此，電刷是電樞表面電流分布的分界線。在電樞磁通勢的作用下，電刷在幾何中性線上時的電樞磁場分布如圖1.19所示。圖1.19

電刷在幾何中性線上時的電樞磁場分布由于電刷和換向器的作用，盡管電樞是旋轉(zhuǎn)的，但是每極下元件邊中的電流方向是不變的，因此電樞磁通勢以及由它建立的電樞磁場是不動的。電樞磁場的軸線總是與電刷軸線重合，并與勵磁磁通勢產(chǎn)生的主磁場軸線相互垂直?，F(xiàn)在研究電樞磁通勢的大小和電樞磁場的磁密沿電樞表面分布的情況。首先討論一個元件所產(chǎn)生的電樞磁通勢。設(shè)電樞槽內(nèi)僅嵌放一個元件，該元件軸線（即元件的中心線）與磁極軸線垂直，即元件邊位于磁極軸線上，如圖1.20（a）所示。元件有匝，元件中的電流為，則元件邊所產(chǎn)生的磁通勢為安培導(dǎo)線數(shù)。由該元件所建立的磁場的磁力線的路徑如圖1.20（a）所示。設(shè)想將電機從處切開，展平如圖1.20（b）所示。根據(jù)全電流定律可知，每個磁回路的磁通勢均為。每根磁力線通過兩次氣隙，若不計鐵磁材料中的磁壓降，則磁通勢全部消耗在氣隙中。在直流電機中，與磁極軸線等距離處的氣隙大小相等，所以磁力線通過一次氣隙所消耗的磁通勢則為磁力線所包圍的全電流的一半，即1/2。若以幾何中性線為縱軸，電樞周長為橫軸，但規(guī)定磁通勢方向與磁力線方向一致，即正磁通勢表示由它產(chǎn)生的磁通方向從電樞到主磁極，負(fù)磁通勢則為從主磁極到電樞。作這些規(guī)定后，一個元件所消耗于氣隙的磁通勢的空間分布為

（1.15）將式（1.15）用曲線形式表示，如圖1.20（b）中所示。從圖中看出，一個寬度為一個極距的元件所產(chǎn)生的電樞磁通勢在空間的分布為一個以2為周期，幅值為1/2的矩形波。圖1.20

一個元件所產(chǎn)生的電樞磁通勢a)磁力線分布

b）磁通勢分布若電樞表面均勻分布四個元件，如圖1.21所示。根據(jù)上面分析，每個元件的磁通勢空間分布均為一個高為1/2、寬度為的矩形波。把這樣的四個矩形波疊加起來，可得一個每級高度為、階梯級數(shù)為2的階梯形波。圖1.21

四個元件所產(chǎn)生的電樞磁通勢如果電樞表面均勻分布的元件數(shù)目較多，那么總的電樞磁通勢波形會接近圖1.21中所表示的三角形波。由于實際電機中，電樞上元件很多，可近似地認(rèn)為電樞磁通勢分布波形為一三角形波，其軸線即位于三角形的頂點上。設(shè)為電樞繞組的總導(dǎo)線數(shù)，為元件數(shù)，為極對數(shù)，為極距，為電樞直徑，則階梯級數(shù)為，且階梯形波或三角形波的幅值為

（1.16）把和代入式（2.16）得

（1.17）式中——電樞表面單位長度上的安培導(dǎo)體數(shù)，稱為線負(fù)荷（A/m）。知道了電樞磁通勢分布曲線，在忽略鐵心中磁阻的情況下，即可求出電樞磁場的磁密沿電樞表面的分布曲線。這條曲線表示為

（1.18）式中

——氣隙長度（m）；

——真空中的磁導(dǎo)率，。如果氣隙是均勻的，即為常數(shù)，則在極靴范圍內(nèi)，磁密分布也是一條直線。但在兩極極靴之間的空間內(nèi)，因氣隙長度大為增加，磁阻急劇增加，雖然此處磁通勢較大，磁密卻反而減小，因此磁密分布曲線是馬鞍形，如圖1.22中所示。圖1.22

磁場分布和電樞反應(yīng)2．負(fù)載時的合成磁場和電樞反應(yīng)以直流電動機為例，把主磁場與電樞磁場合成，將合成磁場與主磁場比較，便可看出電樞反應(yīng)的作用。在圖2.22中，表明了磁極極性和極下元件邊中的電流方向。根據(jù)左手定則，決定轉(zhuǎn)動方向為由右向左。再按磁力線方向與磁通勢方向一致的原則，分別畫出主磁場分布曲線及電樞磁場分布曲線。若磁路不飽和，可用迭加原理，將沿電樞表面逐點相加，便得到負(fù)載時氣隙內(nèi)合成磁場分布曲線（如圖2.22中實線所表示）。將和比較，得出：

（1）使氣隙磁場發(fā)生畸變。每一磁極下，因為電樞磁場使主磁場一半被削弱，另一半被加強，并使電樞表面磁密為零的位置由空載時在幾何中性線逆轉(zhuǎn)向移動了一個角度。稱通過電樞表面磁密為零的這條直線為物理中性線。故在空載時，物理中性線與幾何中性線重合；負(fù)載時，由于電樞反應(yīng)的影響，氣隙磁場發(fā)生畸變，物理中性線與幾何中性線不再重合，而且磁場的分布曲線也與空載時不同。（2）對主磁場起去磁作用。在磁路不飽和時，主磁場被削弱的數(shù)量恰好等于被加強的數(shù)量（圖2.22中表示出面積），因此負(fù)載時每極下的合成磁通量與空載時相同。但在實際電機中，磁路總是飽和的。因為在主磁極兩邊磁場變化情況不同，一邊是增磁的，另一邊是去磁的。主極的增磁作用會使飽和程度提高，鐵心磁阻增大，從而使實際的合成磁場曲線（圖中用虛線表示）比不計飽和時要低些，與不飽和時相比，增加的磁通要少些；主極的去磁作用可使飽和程度降低，鐵心磁阻減小，結(jié)果使實際的合成磁場曲線（圖中用虛線表示）比不計飽和時略高些，與不飽和時相比，減少的磁通要少些。由于磁阻變化的非線性，磁阻的增大比磁阻的減小要大些，增加的磁通就會小于減少的磁通（圖2.22中表示出面積＜)，因此負(fù)載時合成磁場每極磁通比空載時每極磁通略有減少，這就是電樞反應(yīng)的去磁作用。總的來說，電樞反應(yīng)的作用不僅使電機內(nèi)氣隙磁場發(fā)生畸變，而且還會呈去磁作用。

1.4.3

直流電機的勵磁方式（返回頂部）

直流電機的勵磁方式是指對勵磁繞組如何供電、產(chǎn)生勵磁磁通勢而建立主磁場的問題。根據(jù)勵磁方式的不同，直流電機可分為下列幾種類型。1．他勵直流電機勵磁繞組與電樞繞組無聯(lián)接關(guān)系，而由其他直流電源對勵磁繞組供電的直流電機稱為他勵直流電機，接線如圖1.23（a）所示。圖中M表示電動機，若為發(fā)電機，則用G表示。永磁直流電機也可看作他勵直流電機。2．并勵直流電機并勵直流電機的勵磁繞組與電樞繞組相并聯(lián)，接線如圖1.23（b）所示。作為并勵發(fā)電機來說，是電機本身發(fā)出來的端電壓為勵磁繞組供電；作為并勵電動機來說，勵磁繞組與電樞共用同一電源，從性能上講與他勵直流電動機相同。3．串勵直流電機串勵直流電機的勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)后，再接于直流電源，接線如圖1.23（c）所示。這種直流電機的勵磁電流就是電樞電流。4．復(fù)勵直流電機復(fù)勵直流電機有并勵和串勵兩個勵磁繞組，接線如圖1.23（d）所示。若串勵繞組產(chǎn)生的磁通勢與并勵繞組產(chǎn)生的磁通勢方向相同稱為積復(fù)勵。若兩個磁通勢方向相反，則稱為差復(fù)勵。不同勵磁方式的直流電機有著不同的特性。一般情況直流電動機的主要勵磁方式是并勵式、串勵式和復(fù)勵式，直流發(fā)電機的主要勵磁方式是他勵式、并勵式和和復(fù)勵式。圖1.23

直流電機的勵磁方式a)他勵；b)并勵；c)串勵；d）復(fù)勵第1章直流電機原理摘要：本章分析直流電機的工作原理、結(jié)構(gòu)、電路、磁路及換向等問題，為電力拖動自動控制系統(tǒng)提供元件的基本知識。1.5

直流電機的換向（返回頂部）

1.5.1

直流電機的換向問題和換向極繞組（返回頂部）通過對直流電機電樞繞組的分析知道，當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時，組成電樞繞組的每條支路里所含元件數(shù)目是不變的，但組成每條支路的元件都在依次循環(huán)地更換。一條支路中的某個元件在經(jīng)過電刷后就成為另一條支路的元件，并且在電刷的兩側(cè)，元件中的電流方向是相反的，因此直流電機在工作時，繞組元件連續(xù)不斷地從一條支路退出而進入相鄰的支路。在元件從一條支路轉(zhuǎn)入另一條支路這個過程中，元件中的電流就要改變方向，這就是所謂直流電機的換向問題。換向問題是換向器電機的一個專門問題，如果換向不良，將會在電刷與換向片之間產(chǎn)生有害的火花。當(dāng)火花超過一定程度，就會燒壞電刷和換向器表面，使電機不能正常工作。此外，電刷下的火花也是一個電磁波的來源，對附近無線電通訊有干擾。國家對電機換向時產(chǎn)生的火花等級及相應(yīng)的允許運行狀態(tài)有一定的規(guī)定。讀者可參閱我國有關(guān)國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。產(chǎn)生火花的原因是多方面的，除電磁原因外，還有機械的原因，換向過程中還伴隨有電化學(xué)、電熱等因素，它們互相交織在一起，所以相當(dāng)復(fù)雜，至今還沒有完全掌握其各種現(xiàn)象的物理實質(zhì)，尚無完整的理論分析。就電磁理論方面看，換向元件在換向過程中，電流的變化必然會在換向元件中產(chǎn)生自感電動勢。此外，因電刷寬度通常為2~3片換向片寬，同時換向的元件就不止一個，換向元件與換向元件之間會有互感電動勢產(chǎn)生。自感電動勢和互感電動勢的合成稱為電抗電動勢。根據(jù)楞次定律，電抗電動勢的作用是阻止電流變化的，即阻礙換向的進行。另外電樞磁場的存在，使得處在幾何中性線上的換向元件中產(chǎn)生一種切割電動勢，稱為電樞反應(yīng)電動勢。根據(jù)右手定則，電樞反應(yīng)電動勢也起著阻礙換向的作用。因此，換向元件中出現(xiàn)延遲換向的現(xiàn)象，造成換向元件離開一個支路最后瞬間尚有較大的電磁能量，這部分能量以弧光放電的方式轉(zhuǎn)化為熱能，散失在空氣中，因而在電刷與換向片之間出現(xiàn)火花。從產(chǎn)生火花的電磁原因出發(fā)，要有效地改善換向，就必須減小、甚至抵削換向元件中的電抗電動勢和電樞反應(yīng)電動勢。目前最主要的方法是在主磁極之間裝設(shè)換向極。由于換向元件中的電抗電動勢和電樞反應(yīng)電動勢均與電樞電流成正比，所以換向極繞組中應(yīng)通以電樞電流，即換向極繞組與電樞繞組串聯(lián)。換向極繞組一般用截面較大的矩形導(dǎo)線繞成，而且匝數(shù)較少。換向極繞組產(chǎn)生的磁通勢的方向與電樞磁通勢的方向相反，大小比電樞磁通勢大。這樣換向極磁通勢除抵削電樞磁通勢在幾何中性線處的作用外，剩余的磁通勢在換向元件里產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，這個電動勢抵消換向元件中的電抗電動勢。只要換向極設(shè)計和調(diào)整得合適，就能保證換向元件中總電動勢接近于零，電機的換向就比較順利了，使負(fù)載運行時電刷與換向器之間基本上沒有火花。圖2.24表示了一臺直流電機換向極繞組的聯(lián)接與換向極的極性布置。在直流電動機中，換向極極性應(yīng)和換向元件邊剛離開的那個主磁極極性一樣，其排列順序為、、、（、為換向極極性），而在直流發(fā)電機中，應(yīng)與將進入的那個主磁極極性相同，其排列順序為、、、。圖1.24

換向極繞組聯(lián)接與極性1.5.2直流電機的補償繞組（返回頂部）在直流電機中，除了上述的電磁性火花外，有時還因某些換向片的片間電壓過高而產(chǎn)生的所謂電位差火花。在換向不利的條件下，電磁性火花與電位差火花連成一片，在換向器上形成一條長電弧，將正、負(fù)電刷連通，如圖2.25所示。這種現(xiàn)象稱為“環(huán)火”，是一種十分危險的現(xiàn)象，它不僅會燒壞電刷和換向器，而且將使電樞繞組受到嚴(yán)重?fù)p害。圖1.25

環(huán)火為了防止電位差火花和環(huán)火，在大容量和工作繁重的直流電機中，在主磁極極靴上專門沖出一些均勻分布的槽，槽內(nèi)嵌放補償繞組，如圖1.26所示。補償繞組與電樞繞組串聯(lián)，并使補償繞組磁通勢與電樞磁通勢相反，以保證在任何負(fù)載下電樞磁通勢都能被抵削，從而減少了因電樞反應(yīng)而引起氣隙磁場的畸變，也就減少了產(chǎn)生電位差火花和環(huán)火的可能性。但是裝置補償繞組使電機的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，成本較高，所以一般直流電機不采用，僅在負(fù)載變動大的大、中型電機中才用。

還應(yīng)指出的是環(huán)火的發(fā)生除了上述的電氣原因外，因換向器外圓不圓，表面不干凈也可能形成環(huán)火，因此加強對電機的維護工作，對防止環(huán)火的發(fā)生有著重要作用。圖1.26

補償繞組小

結(jié)（返回頂部）直流電機的工作原理是建立在電和磁相互作用的基礎(chǔ)上。直流電機以及其他旋轉(zhuǎn)電機都是實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的裝置。為此必須熟練地應(yīng)用所學(xué)過的基本電磁定律，結(jié)合電刷和換向器的作用去理解，并且充分注意到直流電機中外電路的電壓（電動勢）和電流都是直流電性質(zhì)的，而每個元件的電壓（電動勢）和電流都是交變性質(zhì)的。任何類型的旋轉(zhuǎn)電機都由定子部分和轉(zhuǎn)子部分組成，在這兩部分之間存在著一定大小的氣隙，使電機中磁場和電路能發(fā)生相對運動。直流電機的主要結(jié)構(gòu)部件除定子部分的主磁極和轉(zhuǎn)子部分的電樞外，還有一些其他主要的部件，如換向器。這些主要的結(jié)構(gòu)部件有其結(jié)構(gòu)形式和作用。額定值是保證電機可靠地工作并具有良好性能的依據(jù)。尤其對應(yīng)用人員，要充分理解額定值的涵義，以便合理地選擇和使用電機。直流電機的額定值有額定功率、額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速和額定勵磁電流等。電樞繞組是直流電機的主要電路部分，是實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的樞紐。直流電機的電樞繞組是由許多完全相同的元件按一定的規(guī)律排列和聯(lián)接起來的一種閉合繞組。單疊繞組和單波繞組是兩種基本型式。從構(gòu)成電樞電路的支路來看，單疊繞組中上層邊處于同一磁極下的元件串聯(lián)構(gòu)成一條支路，而單波繞組則是將上層邊處于相同極性磁極下的所有元件串聯(lián)構(gòu)成一條支路，雖然電樞在轉(zhuǎn)動，每個瞬時構(gòu)成支路的元件在更換，但電樞繞組通過電刷并聯(lián)的支路數(shù)總是不變的。因此，單疊繞組的支路對數(shù)始終等于極對數(shù)，即，而單波繞組的支路對數(shù)與極對數(shù)無關(guān)，永遠(yuǎn)等于1，即。電機的磁場是機電能量轉(zhuǎn)換的媒介，不僅需要理解電機的磁場是怎樣產(chǎn)生的，而且更重要的是理解其性質(zhì)。直流電機的磁場由勵磁磁通勢和電樞磁通勢共同產(chǎn)生，屬于雙邊勵磁的電機。因此存在電樞磁通勢對氣隙磁場的影響，即所謂電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)的作用不僅使氣隙磁場發(fā)生畸變，而且還會呈一定的去磁作用。電樞反應(yīng)對直流電機的運行性能影響很大。換向是直流電機在制造和運行中必須予以重視的問題。特別是在運行中需經(jīng)常觀察直流電機的換向是否良好。不良換向?qū)闺姍C遭到損壞。換向過程是相當(dāng)復(fù)雜的，至今還未完全掌握其各種現(xiàn)象的物理實質(zhì)，主要的電磁現(xiàn)象在于換向元件中存在兩種電動勢（即電抗電動勢和電樞反應(yīng)電動勢）阻礙電流變化，導(dǎo)致?lián)Q向延遲。當(dāng)換向元件離開一條支路最后的瞬間具有一定的電磁能量釋放出來，可能產(chǎn)生火花。改善換向的主要方法是裝設(shè)換向極。換向極繞組通以電樞電流，使換向極磁通勢不僅抵削在幾何中性線處作用的電樞磁通勢，而且產(chǎn)生換向極電動勢去抵削電抗電動勢。為了防止電位差火花與環(huán)火，在大容量和工作繁重的直流電機中，在主磁極極靴上嵌放補償繞組。思考題（返回頂部）1.1

在直流發(fā)電機和直流電動機中，電磁轉(zhuǎn)矩和電樞旋轉(zhuǎn)方向的關(guān)系有何不同？電樞電動勢和電樞電流方向的關(guān)系有何不同？

1.2

直流電機有哪些主要結(jié)構(gòu)部件？各用什么材料制成？起什么作用？

1.3

直流電機銘牌上的額定功率是指什么功率？

1.4

一臺四極直流電機，采用單疊繞組，問：

（1）若取下一只電刷，或取下相鄰的兩只電刷，電機是否可以工作？（2）若只用相對兩只電刷，是否可以工作？（3）若電樞繞組中一個元件斷線是否可以工作？（4）若有一極失去勵磁將會產(chǎn)生什么后果？

若為單波繞組，上述情況又將如何？

1.5

一臺四極直流電動機，試分析在下列情況下有無電磁轉(zhuǎn)矩。

（1）有兩個極的勵磁繞組的極性相主極極性變?yōu)?。?）主極極性和（1）相同，但將兩極和兩極間的電刷拿掉，另外兩個電刷端加直流電壓。1.6

直流電機主磁路包括哪幾部分？磁路未飽和時，勵磁磁通勢主要消耗在哪一部分？

1.7

什么叫電樞反應(yīng)？電樞反應(yīng)對氣隙磁場有什么影響？

1.8

換向極的位置在哪里？極性怎樣確定？流過換向極繞組的電流是什么電流？

1.9

一臺直流電動機改成直流發(fā)電機運行時，是否需要將換向極繞組重新改接？為什么？

1.10

直流電機中以下哪些量方向不變，哪些量是交變的：（1）勵磁電流；（2）電樞電流；（3）電樞感應(yīng)電動勢；（4）電樞元件感應(yīng)電動勢；（5）電樞導(dǎo)條中的電流；（6）主磁極中的磁通；（7）電樞鐵心中的磁通。習(xí)

題（返回頂部）

1.1

一臺他勵直流電動機的額定數(shù)據(jù)如下：，，，，求該電動機的額定電流和軸上輸出的額定轉(zhuǎn)矩？

1.2

一臺直流發(fā)電機，已知，，，，求該發(fā)電機的額定電流？

1.3

計算下列各繞組的節(jié)距、、和，繪制繞組展開圖，安放主磁極和電刷，并求出支路對數(shù)。（1）單疊繞組

（2）單波繞組

1.4

一臺直流電機，，每個元件電阻為0.2Ω，當(dāng)轉(zhuǎn)速時，每個元件的平均電勢為10，問當(dāng)電樞繞組為單疊或單波時，電刷端的電動勢和電阻各為多少？參考文獻（返回頂部）[1]顧繩谷.電機及拖動基礎(chǔ)（上冊）.北京：機械工業(yè)出版社，1980[2]李發(fā)海，王巖.電機與拖動基礎(chǔ).第二版.北京：清華大學(xué)出版社，1994[3]周定頤.電機及電力拖動.北京：機械工業(yè)出版社，1987[4]張葆鈺，沈毓敏.電機及拖動基礎(chǔ)習(xí)題與解答.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)文獻出版社，1982電機及拖動基礎(chǔ)教學(xué)課件5.1三相異步電動機的運行特性5.1.1機械特性的物理表達(dá)式5.1.2機械特性的參數(shù)表達(dá)式5.1.3機械特性的實用表達(dá)式5.1.4機械特性的固有特性和人為特性5.1.5穩(wěn)定運行問題5.2三相異步電動機的起動5.2.1三相異步電動機直接起動的問題5.2.2三相鼠籠式異步電動機的降壓起動5.2.3

三相繞線式異步電動機的起動第5章

三相異步電動機的運行與拖動摘要：本章介紹了三相異步電動機的機械特性的三個表達(dá)式。固有機械特性和人為機械特性，闡述了三相異步電動機的起動、調(diào)速和制動的各種方法、特點和應(yīng)用。5.1三相異步電動機的運行特性（返回頂部）三相異步電動機的運行特性就是三相異步電動機的運行工作時的機械特性。和直流電動機一樣，三相異步電動機的機械特性也是指電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)差率存在下列關(guān)系，即

（5.1）則三相異步電動機的機械特性用曲線表示時，習(xí)慣上縱坐標(biāo)同時表示轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)差率，橫坐標(biāo)表示電磁轉(zhuǎn)矩。三相異步電動機的機械特性有三種表達(dá)式，現(xiàn)介紹如下：5.1.1機械特性的物理表達(dá)式（返回頂部）由上一章三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩關(guān)系知，三相異步電動機轉(zhuǎn)矩的一般表達(dá)式為

（5.2）式中為三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩系數(shù)，是一常數(shù)；為三相異步電動機的氣隙每極磁通量；為轉(zhuǎn)子電流的折算值；為轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)；式（5.2）表明了電磁轉(zhuǎn)矩與磁通量和轉(zhuǎn)子電流的有功分量的乘積成正比，它是電磁力定律在三相異步電動機的應(yīng)用，它從物理特性上描述了三相異步電動機的運行特性，因此這一表達(dá)式又稱為三相異步電動機的物理表達(dá)式。僅從式（5.2）不能明顯地看出電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率之間的變化規(guī)律。要從分析氣隙每極磁通量，轉(zhuǎn)子相電流，以及為轉(zhuǎn)子功率因數(shù)與轉(zhuǎn)差率之間的關(guān)系，間接地找出其變化規(guī)律。現(xiàn)分析如表5.1所示。

根據(jù)表5.1中的分析，可作出曲線、和分別如圖5.2、5.3、5.4所示，據(jù)此可得出圖5.1所示的機械特性曲線。曲線分為兩段：當(dāng)較小時(),變化不大，，電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子相電流成正比關(guān)系，表現(xiàn)為AB段近似為直線，稱為直線部分；當(dāng)較大時()，如，減少近一半，

很小，盡管轉(zhuǎn)子相電流增大，有功電流不大，使電磁轉(zhuǎn)矩反而減小了，此時表現(xiàn)為段，段為曲線段，稱為曲線部分。由此分析知，三相異步電動機的機械特性在某轉(zhuǎn)差率下，產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩，即點稱為最大轉(zhuǎn)矩點，相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩為稱為最大轉(zhuǎn)矩，對應(yīng)的轉(zhuǎn)差率稱為臨界轉(zhuǎn)差率。5.1.2機械特性的參數(shù)表達(dá)式（返回頂部）1.參數(shù)表達(dá)式的推導(dǎo)：三相異步電動機的機械特性的參數(shù)表達(dá)式就是直接表示異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率和電機的某些參數(shù)（及阻抗等）之間的關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式?，F(xiàn)推導(dǎo)如下：已知，電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子電流關(guān)系為

（5.3）根據(jù)三相異步電動機的等值電路中，由于勵磁阻抗比定子、轉(zhuǎn)子漏阻抗大很多，把型等值電路中勵磁阻抗這一段電路近似為開路，而計算的誤差很小，故

（5.4）式（5.4）代入（5.3），得

(5.5)這就是機械特性的參數(shù)表達(dá)式。給定及阻抗等參數(shù)，畫出曲線便是曲線，其形狀與圖5.1一致。由參數(shù)表達(dá)式繪制的三相異步電動機的機械特性如圖5.5所示，它具有以下特點：在時，即的范圍內(nèi)，特性在第一象限，電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速都為正，從規(guī)定正方向判斷，與同方向，與同步轉(zhuǎn)速同方向，電動機工作在電動運行狀態(tài)；在時，即，特性在第二象限，電磁轉(zhuǎn)矩為負(fù)值，表現(xiàn)為制動性轉(zhuǎn)矩，電磁功率也是負(fù)值，電動機工作在電動發(fā)電運行狀態(tài)；在時，即，特性在第四象限，，電動機工作在制動運行狀態(tài)。2.機械特性曲線的分析：下面分析圖5.5機械特性中的幾個特點：（1）同步轉(zhuǎn)速點：其特點是。點為理想空載運行點即在沒有外界轉(zhuǎn)矩的作用下，異步電動機本身不可能達(dá)到同步轉(zhuǎn)速點。（2）額定運行點：其特點是電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速均為額定值，用和表示，相應(yīng)的額定轉(zhuǎn)差率用表示。異步電動機可長期運行在額定狀態(tài)。（3）最大轉(zhuǎn)矩點：其特點是對應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩為最大值，稱為最大轉(zhuǎn)矩，對應(yīng)的轉(zhuǎn)差率用，稱為臨界轉(zhuǎn)差率。把式（5.5）中的對求導(dǎo)，并令，即可得到最大轉(zhuǎn)矩和臨界轉(zhuǎn)差率為

（5.6）

（5.7）式中，“＋”號適用于電動機狀態(tài)，“－”號適用于發(fā)電機狀態(tài)。通常情況下，的絕對值大于的數(shù)值，但是異步電動機的型等值電路不超過的5%，則式（5.6）和（5.7）中可以忽略的影響，則有

（5.8）

（5.8）也就是說，異步電動機的機械特性具有對稱性，即異步電動機的發(fā)電機狀態(tài)和異步電動機的電動機狀態(tài)的最大電磁轉(zhuǎn)矩絕對值及對應(yīng)的臨界轉(zhuǎn)差率可認(rèn)為近似相等。通過式（5.8），可得出下列結(jié)論：1）最大電磁轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，與漏電抗成反比。這說明改變和，可改變的大??；2）臨界轉(zhuǎn)差率與電阻成正比，與漏電抗成反比,與的大小無關(guān)。最大電磁轉(zhuǎn)矩與額定電磁轉(zhuǎn)矩的比值稱為最大電磁轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，又稱為過載能力或過載倍數(shù)，用表示，即

是三相異步電動機運行性能的一個重要參數(shù)。三相異步電動機運行時，絕不可能長期運行在最大轉(zhuǎn)矩處。因為，此時電流過大，溫升會超過允許值，有可能燒毀電機，同時在最大轉(zhuǎn)矩處運行轉(zhuǎn)速也不穩(wěn)定。一般情況下，三相異步電動機的＝1.6～2.2，起重、冶金、機械專用的三相異步電動機的＝2.2～2.8。（4）起動點：其特點是對應(yīng)的轉(zhuǎn)速，,對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩稱為起動轉(zhuǎn)矩，又稱為堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。它是異步電動機接通電源開始起動時的電磁轉(zhuǎn)矩。若令式（5.5）中的，即有

（5.9）通過式（5.9）可以得出下列結(jié)論：與電壓平方成正比，與電阻或漏電抗成反比。這說明電阻或漏電抗越大，起動轉(zhuǎn)矩越?。浑娫措妷哼^低，會引起起動轉(zhuǎn)矩明顯下降，甚至使，而造成電機不能起動。起動轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值稱為轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，用表示，即

是表征三相異步電動機起動性能的另一個重要參數(shù)。三相異步電動機起動時，必須保證有一定的過載倍數(shù)。只有＞1時，異步電動機才能在額定負(fù)載下起動。一般情況下，是針對鼠籠式電動機而言。因為繞線式電動機通過增加轉(zhuǎn)子回路的電阻，可加大或改變起動轉(zhuǎn)矩。這是繞線式電動機的優(yōu)點之一。一般的鼠籠式電動機的＝1.0～2.0；起重、冶金、機械專用的鼠籠式電動機的＝2.8～4.0。5.1.3機械特性的實用表達(dá)式（返回頂部）1.實用表達(dá)式的推導(dǎo)：實際應(yīng)用時，三相異步電動機的參數(shù)（，，，等）在電機產(chǎn)品的目錄中是查不到的，因此使用參數(shù)表達(dá)式和物理表達(dá)式一樣也是不方便的。為了能利用三相異步電動機產(chǎn)品說明書中給出的數(shù)據(jù)，計算出異步電動機的機械特性，有必要導(dǎo)出實用的表達(dá)式。用式（5.5）去除式（5.6）得

(5.10）由式（5.5）得

（5.11）由式（5.11）代入式（5.10）得

（5.12）式中。對于三相異步電動機，其＝0.1～0.2范圍內(nèi)。上式中顯然對任何值，都有

（5.13）而,可忽略。則式（5.13）可簡化為

(5.14）這就是三相異步電動機機械特性的實用表達(dá)式。2.實用表達(dá)式的使用從實用表達(dá)式看出，只需求出最大轉(zhuǎn)矩

和臨界轉(zhuǎn)差率，才能求出。下面介紹

和的求法。已知三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)中額定功率（），額定轉(zhuǎn)速（）和過載倍數(shù)，則額定輸出轉(zhuǎn)矩為

額定轉(zhuǎn)差率為

忽略空載轉(zhuǎn)矩，近似認(rèn)為，（當(dāng)時），且，代入式（5.14）得

由上式可得解之得

因,故上式應(yīng)取“＋”號，則

（5.15）算出和，只需給出值，就可算出相應(yīng)的值。例5.1已知一臺三相異步電動機，額定頻率＝150,額定電壓380,額定轉(zhuǎn)速，＝1460，過載倍數(shù)＝2.4。當(dāng)轉(zhuǎn)子回路不串入電阻時，（1）求其轉(zhuǎn)矩的實用表達(dá)式；（2）問電動機能否帶動額定負(fù)載起動。解：（1）根據(jù)已知數(shù)據(jù)，電機的額定轉(zhuǎn)矩為最大轉(zhuǎn)矩為

根據(jù)額定轉(zhuǎn)速＝1460，可判斷出同步轉(zhuǎn)速＝150，則額定轉(zhuǎn)差率為臨界轉(zhuǎn)差率為轉(zhuǎn)子不串電阻的實用表達(dá)式為（2）電機開始起動時，＝1，＝，代入實用表達(dá)式得因為＜

,故電動機不能拖動額定負(fù)載起動。3.實用表達(dá)式的簡化在0＜＜的直線段，即三相異步電動機在額定負(fù)載范圍內(nèi)運行時，它的轉(zhuǎn)差率小于額定轉(zhuǎn)差率（＝0.01～0.05），可認(rèn)為實用公式中忽略/也是可以的。則實用表達(dá)式（5.14）變成為

（5.16）經(jīng)過以上簡化，使三相異步電動機的機械特性呈線性關(guān)系，使用起來更方便，并稱為機械特性的近似表達(dá)式。在使用式（5.16）時可按下式計算上述三相異步電動機機械特性的三種表達(dá)式，雖然都能用來表征電動機的運行特性，但其應(yīng)用的場合各有不同。一般來說，物理表達(dá)式適用于對電動機的運行作定性分析；參數(shù)表達(dá)式適用于分析電機各種參數(shù)變化對電動機運行特性的影響；實用表達(dá)式適用于電動機機械特性的工程計算。5.1.4機械特性的固有特性和人為特性（返回頂部）1.

固有機械特性三相異步電動機的定子在額定頻率的額定電壓下，定子繞組按規(guī)定的接線方式聯(lián)結(jié)，定子及轉(zhuǎn)子回路不外接任何電器元件的條件下的機械特性稱為固有機機械特性。其形狀如圖5.5所示。三相異步電動機的固有機械特性可以利用實用表達(dá)式（5.14）計算得到。方法是先利用實用表達(dá)式計算出同步轉(zhuǎn)速點，額定運行點，最大轉(zhuǎn)矩點和起動點這幾個特殊點，然后將這些點連接起來便得到固有特性曲線。當(dāng)然，計算的點越多，做出的曲線就越精確。例5.2

某三相異步電動機，＝60，＝750，＝50，＝2.5，試?yán)L出電動機的固有機械特性。解：（1）同步轉(zhuǎn)速點：＝0時，＝750，＝0(2)額定運行點：(3)最大轉(zhuǎn)矩點：(4)

＝＝(4)起動點：將＝1時代入公式得根據(jù)上述求出的四個特殊點，繪出固有機械特性如圖5.6所示。2.人為機械特性人為地改變?nèi)喈惒诫妱訖C的某些參數(shù)所得到的機械特性稱為人為特性。關(guān)于人為特性的分析，主要是分析下列四個公式的特性。同步轉(zhuǎn)速公式

臨界轉(zhuǎn)差率公式

最大轉(zhuǎn)矩公式

起動轉(zhuǎn)矩公式

下面分析幾種常見的人為機械特性。（1）降低定子回路端電壓的人為機械特性。根據(jù)上述四個公式，降低定子回路端電壓，則不變，不變，和與成正比地降低。由于三相異步電動機的磁路在額定電壓下已有飽和的趨勢，故不宜再升高電壓。圖5.7所示為＝0.8，＝0.5時的人為機械特性。定子回路端電壓降低后的人為機械特性，其線性段的特性變軟了。且和也顯著地減小，電動機的過載能力也顯著地下降。（2）轉(zhuǎn)子回路內(nèi)串接對稱電阻時的人為機械特性。繞線式三相異步電動機的轉(zhuǎn)子回路內(nèi)可以串接電阻（要求三相串接的電阻阻值相等）。其電路圖及人為機械特性如圖5.8所示。根據(jù)上述四個公式，不變，不變，隨的增大而增大，開始隨的增大而增大，當(dāng)增大到某一時，＝。如果再繼續(xù)增大，則開始減小。繞線式三相異步電動機的轉(zhuǎn)子回路串接電阻后，電阻越大，其線性段的特性越軟。（3）定子回路串接對稱電抗或電阻時的人為機械特性。