3.直流電機(jī)的工作原理及特性3.1直流電機(jī)的根本結(jié)構(gòu)和工作原理3.2直流發(fā)電機(jī)3.3直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性3.4直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性3.5直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性3.6直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)特性本章內(nèi)容安排：第三章直流電動(dòng)機(jī)的工作原理及其特性

3.0重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：〔1〕電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性是最重要的內(nèi)容，是分析啟動(dòng)、調(diào)速、制動(dòng)的理論根底；〔2〕他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性；〔3〕他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓調(diào)速特性。難點(diǎn)：〔1〕電流、電勢(shì)的換向過程和電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)過程；〔2〕電動(dòng)機(jī)在各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下電磁轉(zhuǎn)矩T、負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL、轉(zhuǎn)速n、電樞電流Ia和電勢(shì)E等符號(hào)確實(shí)定。第三章直流電動(dòng)機(jī)的工作原理及其特性

3.1直流電動(dòng)機(jī)的根本結(jié)構(gòu)和工作原理直流電機(jī)的機(jī)構(gòu)包括定子和轉(zhuǎn)子兩大局部定子用于建立磁場(chǎng)，并作為機(jī)械支撐；轉(zhuǎn)子〔亦稱電樞〕用于產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)、電流，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換3.1.1直流電機(jī)的根本結(jié)構(gòu)第三章直流電動(dòng)機(jī)的工作原理及其特性

3.1直流電動(dòng)機(jī)的根本結(jié)構(gòu)和工作原理直流電機(jī)是以導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力為根底來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的。直流電機(jī)分電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)。3.1.1直流電機(jī)的根本結(jié)構(gòu)第三章直流電動(dòng)機(jī)的工作原理及其特性

3.1直流電動(dòng)機(jī)的根本結(jié)構(gòu)和工作原理直流電機(jī)的工作原理是建立在電磁力和電磁感應(yīng)的根底之上的。3.1.2直流電機(jī)的工作原理直流電機(jī)中能量轉(zhuǎn)換的方向是可逆的。同一臺(tái)電機(jī)既可做發(fā)電機(jī)運(yùn)行，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，也可作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。第三章直流電動(dòng)機(jī)的工作原理及其特性

3.1直流電動(dòng)機(jī)的根本結(jié)構(gòu)和工作原理3.1.2直流電機(jī)的工作原理左、右手定那么感應(yīng)電勢(shì)運(yùn)動(dòng)速度磁感應(yīng)強(qiáng)度電流電磁力磁感應(yīng)強(qiáng)度右手定那么左手定那么右手定那么用于確定動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)左手定那么用于判斷安培力第三章直流電動(dòng)機(jī)的工作原理及其特性

3.1直流電動(dòng)機(jī)的根本結(jié)構(gòu)和工作原理3.1.2直流電機(jī)的工作原理發(fā)電機(jī)依電磁感應(yīng)定理〔右手定那么〕電動(dòng)機(jī)依安培電磁力定律〔左手定那么〕第三章直流電動(dòng)機(jī)的工作原理及其特性

3.1直流電動(dòng)機(jī)的根本結(jié)構(gòu)和工作原理3.1.2直流電機(jī)的工作原理Ke—電勢(shì)常數(shù)Kt---轉(zhuǎn)矩常數(shù)=9.55Ke第三章直流電動(dòng)機(jī)的工作原理及其特性

3.1直流電動(dòng)機(jī)的根本結(jié)構(gòu)和工作原理3.1.2直流電機(jī)的工作原理電機(jī)在不同運(yùn)行方式下E和T的作用第三章直流電動(dòng)機(jī)的工作原理及其特性

3.2直流發(fā)電機(jī)按勵(lì)磁方式分類〔a〕他勵(lì)〔b〕并勵(lì)〔c〕串勵(lì)〔d〕復(fù)勵(lì)常用的是他勵(lì)和并勵(lì)第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.2.1他勵(lì)發(fā)電機(jī)當(dāng)發(fā)電機(jī)空載時(shí)，Ia=0空載特性：發(fā)電機(jī)空載及轉(zhuǎn)速為常數(shù)〔額定值〕的條件下，電動(dòng)勢(shì)E與勵(lì)磁電流If之間的關(guān)系電壓平衡方程()5.3/RUI=IIa=()3.3()/RUEIaa-=

RIEUaa-=()4.3即發(fā)電機(jī)的電勢(shì)為負(fù)載電壓和電樞電阻壓降所平衡，〔與電動(dòng)機(jī)相區(qū)別〕第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

他勵(lì)發(fā)電機(jī)他勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性表示發(fā)電機(jī)端電壓U與負(fù)載電流I之間的關(guān)系曲線從空載到滿載〔額定負(fù)載〕電壓的變化率第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

并勵(lì)發(fā)電機(jī)電壓平衡方程并勵(lì)發(fā)電機(jī)電壓建立的條件：1.發(fā)電機(jī)的磁極要有剩磁；2.起始勵(lì)磁電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與剩磁磁場(chǎng)的方向相同；3.勵(lì)磁電路電阻Rf不能太大。第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.3直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性電壓平衡方程電動(dòng)機(jī)的外加電樞電壓為電樞的反電勢(shì)和電阻壓降所平衡〔與發(fā)電機(jī)相區(qū)別〕第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.3.1他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性n=f(T)

將直流電機(jī)的電勢(shì)方程和轉(zhuǎn)矩方程代入直流電動(dòng)機(jī)電壓平衡方程式中，整理可得他勵(lì)直流電機(jī)的機(jī)械特性方程為：理想空載轉(zhuǎn)速第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.3.1他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性TdTnn0硬特性β＞10軟特性β＜10絕對(duì)硬特性β→∞機(jī)械特性硬度軟特性硬特性絕對(duì)硬特性轉(zhuǎn)矩變化dT與所引起的轉(zhuǎn)速變化dn的比值，用于衡量機(jī)械特性的平直程度。機(jī)械特性硬度第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.3.1他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性1.固有機(jī)械特性〔自然特性〕是指在額定電壓和額定磁通下，電樞電路內(nèi)不接任何電阻時(shí)的n=f〔T〕曲線。當(dāng)U=UN，Φ=φN時(shí)，n=f〔T〕是一條直線。通常用〔0，n0〕和〔TN，nN〕兩點(diǎn)來(lái)作直線。電機(jī)正轉(zhuǎn)在第一象限，反轉(zhuǎn)在第三象限。第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.3.1他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性1.固有機(jī)械特性

n=f(T)〔1〕估算電樞電阻Ra第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.3.1他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性〔2〕計(jì)算額定條件下反電勢(shì)〔3〕求理想空載轉(zhuǎn)速〔4〕求額定轉(zhuǎn)矩第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.3.1他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性例：一臺(tái)Z2-51型他勵(lì)電動(dòng)機(jī)，PN=5.5kW，UN=220V，IN=31A，nN=1500r/min，認(rèn)為額定運(yùn)行時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩近似等于額定輸出轉(zhuǎn)矩，試?yán)L出這臺(tái)電機(jī)近似的固有機(jī)械特性。解：因他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的n=f〔T〕是一條直，故只要求出：〔0，n0〕、〔TN，nN〕兩點(diǎn)即可。第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.3.1他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性1I71.0)(5.0IUUPRNNNNNaW=-=估算Ra計(jì)算KeФN計(jì)算n0求TN畫出機(jī)械特性曲線第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.3.1他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性2.人為機(jī)械特性是指供電電壓或磁通不是額定值、電樞電路內(nèi)接有外加電阻Rad時(shí)的機(jī)械特性；電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、調(diào)速、制動(dòng)的方法就是利用人為機(jī)械特性。第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.3.1他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性2.人為機(jī)械特性〔改變U、φ、Rad〕1)串接電阻Rad串接電阻后1.n0不變；K斜率變大即Δn變大，特性變軟。由同一點(diǎn)〔O，n0〕出發(fā)的一組曲線第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.3.1他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性1.n0隨著U的變化而改變2.平行于固有特性曲線的一簇曲線2.人為機(jī)械特性〔改變U、φ、Rad〕2〕改變電壓第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.3.1他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性2.人為機(jī)械特性〔改變U、φ、Rad〕3〕改變磁通1.n0增加2.隨著φ的降低，斜率變大，T減小，n>nN，電動(dòng)機(jī)工作在交點(diǎn)左側(cè)區(qū)語(yǔ)注意：消弱磁通時(shí)，注意“飛車〞現(xiàn)象，一般要加“失磁〞保護(hù)。第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.4直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性啟動(dòng)時(shí)n=0E=0

啟動(dòng)電流假設(shè)直接啟動(dòng)，那么啟動(dòng)電流很大，造成危害第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.4直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性常用啟動(dòng)方法有兩種：降壓?jiǎn)?dòng)和電樞回路外接電阻啟動(dòng)。生產(chǎn)機(jī)械對(duì)電機(jī)啟動(dòng)的要求是：有足夠的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、啟動(dòng)時(shí)間短、啟動(dòng)平穩(wěn)。限流Ist=〔1.5-2〕IN第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.4直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性1.降壓?jiǎn)?dòng)U＜UN→n↑、E↑→↑U→U=UN、n=nN2.電樞回路內(nèi)串接外加電阻啟動(dòng)滿足啟動(dòng)要求：Ist=UN/〔Ra+Rst〕Rst〔3-4級(jí)〕T1、T2的數(shù)值按照電動(dòng)機(jī)的具體啟動(dòng)條件決定：T1=〔1.6-2〕TNT2=〔〕TN第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.4直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性外接電阻啟動(dòng)例題：一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，其額定數(shù)據(jù)為：PN=17kW，UN=220V，IN=91A，nN=1500r/min,Ra=0.22Ω。試求：第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.4直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性〔1〕TN=？〔2〕直接啟動(dòng)時(shí)的Ist=？〔3〕如果要使啟動(dòng)電流不超過額定電流的兩倍，求啟動(dòng)電阻為多少？此時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為多少？〔4〕如果采用降壓?jiǎn)?dòng)，啟動(dòng)電流不超過額定電流的兩倍，電源電壓應(yīng)為多少？第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.4直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性解：〔1〕TN=？〔2〕直接啟動(dòng)時(shí)的Ist=？第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.4直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性〔3〕串入啟動(dòng)電阻Rad啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩：注意：第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.4直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性〔4〕降壓?jiǎn)?dòng)時(shí)的電源電壓：第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.5直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性調(diào)速——在一定的負(fù)載條件下，人為地改變電機(jī)的機(jī)械特性，以改變電機(jī)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。注意：速度調(diào)節(jié)與速度變化是兩個(gè)完全不同的概念。速度變化是在某條機(jī)械特性下，由于負(fù)載改變而引起的，而速度調(diào)節(jié)那么是在某一特定的負(fù)載下，靠人為改變機(jī)械特性而得到的。由式子可知調(diào)速可采用的的三種方式為：1.改變電樞供電電壓U；2.改變電樞電阻Rad；3.改變磁通Φ。第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.5直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.5直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性電樞電路外串電阻Rad調(diào)速特點(diǎn)：1.Rad越大，特性越軟；2.空載和輕載時(shí)調(diào)速范圍不大；3.無(wú)級(jí)調(diào)速困難；4.電阻上消耗大量電能。應(yīng)用：已很少采用，僅在有些起重機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)等設(shè)備中采用第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.5直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性改變電壓調(diào)速工作點(diǎn)由b點(diǎn)過渡到g點(diǎn)U1↑→UNnb、E暫時(shí)不變電流IL↑→IgTL↑→Tg在g點(diǎn)由于Tg＞TL→系統(tǒng)加速n↑→E↑→I↓→T↓工作點(diǎn)由g點(diǎn)向a點(diǎn)移動(dòng)到a點(diǎn)：T=TL、n=na〔系統(tǒng)穩(wěn)定〕第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.5直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性改變電壓調(diào)速特點(diǎn)1.在在nN以下調(diào)速，可實(shí)現(xiàn)平滑無(wú)級(jí)調(diào)速；2.機(jī)械特性硬度不變，調(diào)速穩(wěn)定性高，范圍大；3.調(diào)速時(shí)電樞電流不變，轉(zhuǎn)矩不變，恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速；4.可以利用調(diào)壓方法啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)。第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.5直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性改變主磁通φ調(diào)速特點(diǎn)〔1〕可在nN以上實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速；〔2〕機(jī)械特性變軟，調(diào)速范圍小；〔3〕屬于恒功率調(diào)速〔調(diào)速時(shí)P=UIa不變〕第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.6直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)特性定義：

制動(dòng)是指從某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速開始減速到停止或者限制位能負(fù)載下降速度的一種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。制動(dòng)和自然停車的區(qū)別：

制動(dòng)和自然停車是兩個(gè)不同的概念。從能量轉(zhuǎn)換角度來(lái)看：

電動(dòng)機(jī)有電動(dòng)和制動(dòng)兩種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。電動(dòng)狀態(tài)T與n方向相同；制動(dòng)狀態(tài)T與n方向相反。第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.6直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)特性直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)形式有：反響制動(dòng)反接制動(dòng)能耗制動(dòng)第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.6.1反響制動(dòng)電動(dòng)機(jī)在負(fù)載的拖動(dòng)下，其實(shí)際轉(zhuǎn)速大于理想空載轉(zhuǎn)速n0〔即n>n0〕，E>U，電樞電流Ia反向，電磁轉(zhuǎn)矩T反向變成制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)工作在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，向電源饋送，故稱反響制動(dòng)，也稱再生制動(dòng)或發(fā)電制動(dòng)。常見發(fā)生場(chǎng)合〔1〕電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)位能轉(zhuǎn)矩型負(fù)載的情況，如電車下坡，重物下放時(shí)；〔2〕降壓調(diào)速變速的瞬間；〔3〕增磁調(diào)速變速的瞬間。第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.6.1反響制動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)位能轉(zhuǎn)矩型負(fù)載：電車下坡在二、四象限，反響制動(dòng)狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性的表達(dá)式仍為：所不同的是T改變了符號(hào)，而理想空載轉(zhuǎn)速和斜率均與電動(dòng)狀態(tài)下一致。Tp位能負(fù)載轉(zhuǎn)矩第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.6.1反響制動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)位能轉(zhuǎn)矩型負(fù)載：下放重物下放電動(dòng)狀態(tài)下放制動(dòng)狀態(tài)提升電動(dòng)狀態(tài)

a點(diǎn)→b點(diǎn)n↑E↑Ia↓-TM↓制動(dòng)矩B點(diǎn)→C點(diǎn)│n│>n0Ia=-Ia-TM→TM與n反方向制動(dòng)改變Rad改變下降的nRad太大n很高不平安第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.6.1反響制動(dòng)降壓調(diào)速變速的瞬間即：當(dāng)n02＜n1時(shí)，U2＜E，那么電流Ib為負(fù)值并產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，從b點(diǎn)到n02這一段工作在制動(dòng)狀態(tài)。突變?yōu)榈谌轮绷麟姍C(jī)的工作原理及特性

3.6.1反響制動(dòng)增加磁通調(diào)速的瞬間電動(dòng)機(jī)在弱磁狀態(tài)用增加磁通Ф的方法來(lái)降速時(shí)，也產(chǎn)生反響制動(dòng)過程，以實(shí)現(xiàn)迅速減速。第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.6.2反接制動(dòng)當(dāng)他勵(lì)直流電機(jī)的電樞電壓U或電樞電勢(shì)E中任何一個(gè)在外部條件作用下改變了方向，即兩者由方向相反變?yōu)榉较蛞恢聲r(shí)，電動(dòng)機(jī)即處于反接制動(dòng)狀態(tài)。分為：電源反接制動(dòng)〔改變U〕倒拉反接制動(dòng)〔改變E〕第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.6.2反接制動(dòng)電源反接制動(dòng)U突然反接變?yōu)?U，機(jī)械特性變?yōu)?/p>

系統(tǒng)狀態(tài)由1的a點(diǎn)變到2的b點(diǎn)，電磁轉(zhuǎn)矩變?yōu)樨?fù)值，此時(shí)在電磁轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的作用下使轉(zhuǎn)速迅速下降，系統(tǒng)狀態(tài)沿著直線2由b點(diǎn)向c點(diǎn)移動(dòng)，當(dāng)n=0時(shí)反接制動(dòng)結(jié)束。正向電動(dòng)反接制動(dòng)反向電動(dòng)反響制動(dòng)在c點(diǎn)處，反接制動(dòng)結(jié)束，此時(shí)假設(shè)不切斷電源，將導(dǎo)致反向啟動(dòng)。分對(duì)抗性負(fù)載和位能性負(fù)載兩種情況。分別平衡與d點(diǎn)或f點(diǎn)。注意：反接制動(dòng)期間，E和U是串聯(lián)相加，為了限制電樞電流Ia，應(yīng)有足夠大的限流電阻。反抗轉(zhuǎn)矩平衡點(diǎn)位能轉(zhuǎn)矩平衡點(diǎn)電源反接制動(dòng)改變U第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.6.2反接制動(dòng)應(yīng)用：要求迅速停車、減速、反向、經(jīng)常正反轉(zhuǎn)的機(jī)械上第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.6.2反接制動(dòng)倒拉反接制動(dòng)改變E提升重物時(shí)，當(dāng)電機(jī)處于正向電動(dòng)狀態(tài)，系統(tǒng)工作點(diǎn)為a點(diǎn)，n=na正向電動(dòng)平衡點(diǎn)圖3.35（b）倒拉反接制動(dòng)機(jī)械特性第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.6.2反接制動(dòng)倒拉反接制動(dòng)改變E欲下放重物，傳入Rad，人為機(jī)械特性改變，工作點(diǎn)由a到c，不平衡，沿2曲線移動(dòng)反接制動(dòng)平衡點(diǎn)圖3.35〔b〕倒拉反接制動(dòng)機(jī)械特性