1、電機(jī)與拖動,關(guān)于本課程,課程性質(zhì)：技術(shù)基礎(chǔ)課（專業(yè)基礎(chǔ)課） 教 材：電機(jī)拖動基礎(chǔ) 宋銀賓主編 實(shí)驗(yàn)教材電機(jī)實(shí)驗(yàn)與檢測 李宗昉主編 任課教師：李宗昉 教學(xué)時間：516=80-10（實(shí)驗(yàn)）=70學(xué)時 成績評定：期末考試70% 中期考試10% 其他 20% （含實(shí)驗(yàn)、出勤、課堂聽課、紀(jì)律）,學(xué)習(xí)電機(jī)與拖動的目的： 學(xué)習(xí)電機(jī)與拖動:不僅實(shí)際工作需要，而且對后續(xù)課程是一個基礎(chǔ)。 對于電車專業(yè)：電機(jī)與拖動牽引電機(jī) 電子專業(yè)：電機(jī)與拖動微特電機(jī)（自控技術(shù)）,序 言,一、電機(jī)概述,1.電機(jī)：與電能有關(guān)的能量轉(zhuǎn)換的機(jī)器 比如：電能生產(chǎn)、傳輸、分配和使用（主要是動力用電） 2.重要性：電氣化的心臟 3.分類：普通

2、電機(jī)與特種電機(jī),（1）普通電機(jī)（按能量轉(zhuǎn)換分）,機(jī)械能電能（發(fā)電機(jī)）（產(chǎn)生電能） 直流 交流 水力、火力、原子能、潮汐、地?zé)?、風(fēng)力 電能機(jī)械能（電動機(jī)，用于動力機(jī)械） 65%的總電量被電動機(jī)消耗 電能之間的轉(zhuǎn)換： 改變交流電壓變壓器 改變電流變流機(jī)（直流交流） 改變頻率變頻機(jī) 改變相數(shù)劈相機(jī)或單-三相變壓器,（2）特種電機(jī),特種電機(jī)（主要完成信號傳遞和轉(zhuǎn)換，用于數(shù)字計(jì)算，是自控系統(tǒng)中的一個重要元件） 比如：潛艇導(dǎo)航 90多臺 ；自動火炮 60多臺 ；導(dǎo)彈控制50多臺 ；雷達(dá)20多臺 ；飛機(jī)的無人駕駛30多臺。,電機(jī)的分類 發(fā)電機(jī) 直流電機(jī) 電動機(jī) 電動機(jī) 旋轉(zhuǎn)電機(jī) 異步電機(jī) 普通電機(jī) 發(fā)電機(jī)

3、變壓器 交流電機(jī) 電機(jī) 電動機(jī) 同步電機(jī) 通用式 發(fā)電機(jī) 特種電機(jī) 控制式,二、電力拖動概述,拖動原動機(jī)為了完成一定任務(wù)而使生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動。 電力拖動電動機(jī)作為拖動的動力源或以電動機(jī)為動力拖動生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動的拖動方式。 電力拖動系統(tǒng)以電機(jī)為核心而向兩邊擴(kuò)展形成：機(jī)電一體化，控制與被控制對象結(jié)合（專業(yè)方向）,電力拖動系統(tǒng),電力拖動類型,1.成組拖動 一臺電動機(jī)拖動幾個工作機(jī)構(gòu)。 條件：電機(jī)容量大（但容量得不到充分利用）。 缺點(diǎn)：不安全、效率低。,圖： 成組拖動,2.單電機(jī)拖動系統(tǒng)：一臺電動機(jī)拖動一個工作機(jī)構(gòu)。 圖：單機(jī)拖動 優(yōu)點(diǎn)：電機(jī)容量利用充分且控制方便，用于各種機(jī)床,3.多電機(jī)拖動系統(tǒng)一個生產(chǎn)機(jī)

4、械有多個工作機(jī)構(gòu)，每個工作機(jī)構(gòu)用一臺電機(jī)拖動。 比如：龍門銑床,圖：多電機(jī)拖動,4.自動化電力拖動系統(tǒng)多學(xué)科綜合應(yīng)用 比如：自動恒定功率、自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩,電力拖動的優(yōu)點(diǎn),電力拖動效率高，因?yàn)殡妱訖C(jī)效率高且與生產(chǎn)機(jī)械聯(lián)接方便。 電機(jī)種類多，具有各種運(yùn)行特性，可滿足不同生產(chǎn)機(jī)械的要求。 檢測方便，易于組成完善的反饋控制系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)最佳控制。 可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制和測量，便于集中管理，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。,三、基本定律,（1）全電流定律（電生磁） 比如， 空間有n=3根導(dǎo)體，其中電流 、 、，方向如圖所示，它們所產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度H沿任何閉合路徑 的線積分等于該閉合回路所包圍的導(dǎo)體電流的代數(shù)和。,用途：電機(jī)和

5、變壓器的磁路計(jì)算,(2)電磁感應(yīng)定律（磁生電） 變壓器電勢（感應(yīng)電勢） 大小 （變化引起） 方向 楞次定則：線圈中感應(yīng)電動勢傾向于阻止線圈中磁鏈的變化,速率電勢 大?。?B-磁通密度 -導(dǎo)體有效長度 V-導(dǎo)體切割磁力線速度 方向： 右手定則,（3）電磁力定律（載流導(dǎo)體在磁場中受力） 大?。?B磁通密度； 導(dǎo)體的有效長度； 通電電流強(qiáng)度 方向： 左手定則,（4）可逆原理 電能 機(jī)械能 電功率 （機(jī)械功率） （5）磁路的歐姆定律 磁動勢 相當(dāng)于E 磁通 相當(dāng)于I 磁阻( ) 相當(dāng)于,磁路的歐姆定律,四、課程的性質(zhì)和任務(wù),性質(zhì)：技術(shù)基礎(chǔ)課，承上啟下 任務(wù)：掌握各種電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、基本特性及

6、應(yīng)用。 掌握電力拖動系統(tǒng)的組成、特性及分析計(jì)算。 通過試驗(yàn)驗(yàn)證電機(jī)的各種性能。,第一章 直流電機(jī)基礎(chǔ),1-1 概述,直流電機(jī):一種轉(zhuǎn)換與直流電能有關(guān)的機(jī)器 直流電能機(jī)械能 （直流電動機(jī)） 機(jī)械能直流電能 （直流發(fā)電機(jī)） 可逆性：同一直流電機(jī)即可用作電動機(jī)也可用作發(fā)電機(jī) 優(yōu) 點(diǎn)： 范圍廣 調(diào)速性能好 方 便 平 滑 起動性能好，起動力矩大 缺 點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、用銅多、成本高、運(yùn)行有時不夠可靠環(huán)火問題。,電力機(jī)車 用 途： 電動機(jī) 主要用于廣泛調(diào)速的地方 地 鐵 電力機(jī)車 牽引電機(jī) 電 車 卷揚(yáng)機(jī) 快速可逆電機(jī)拖動系統(tǒng) 軋鋼機(jī) 發(fā)電機(jī) 可作獨(dú)立直流電源，也可組成發(fā)電機(jī)電動機(jī)拖動系統(tǒng)（F-D），比如冶

7、金、化工、采礦中使用。,優(yōu) 點(diǎn)：發(fā)電機(jī)提供的直流電質(zhì)量好，可靠（比整流）。將來會被可控硅整流取代，但直流電動機(jī)目前還在繼續(xù)使用。,1-2 直流電機(jī)的工作原理,一、直流發(fā)電機(jī)的原理 原理：導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電勢 大?。?方向：右手定則 下面以二極環(huán)形繞組（原理結(jié)構(gòu)）為例：,圖：二極環(huán)形繞組（原理結(jié)構(gòu)）,定 子：兩個主磁極（永久磁鐵） 在空間固定產(chǎn)生恒定磁場 轉(zhuǎn) 子：環(huán)形鐵心上繞有12個線圈（閉合繞組在原動機(jī)拖動下旋轉(zhuǎn)） N 極下：2、3、4、5、6 切割磁力線感應(yīng)電勢方向 S 極下：8、9、10、11、12 切割磁力線感應(yīng)電勢方向 1、7 處于幾何中性線處不感應(yīng)電勢,特 點(diǎn)： 同

8、一極下的導(dǎo)體是在變化的，但同一極下導(dǎo)體電勢方向是一致的。 對于某一元件而言，其元件電勢是交變的。（元件依次切割不同極性的磁力線）。 轉(zhuǎn)子繞組閉合回路中 =0（對稱），無環(huán)流。,引出直流電的辦法：,1、7 導(dǎo)體處加固定電刷，并把電刷接觸處的導(dǎo)線剝開，從而形成了兩個并聯(lián)支路且同一支路內(nèi)電勢方向一致直流電勢,電刷存在的問題及改進(jìn)方法,問題： 壽命不長（經(jīng)不起長期磨損） 安放電刷有困難 改 進(jìn) 辦 法： 用換向器代替電刷與導(dǎo)體直接摩擦，換向器由相互絕緣銅片組成，裝在電樞端部與電樞一起旋轉(zhuǎn)。,特 點(diǎn)：電刷位置應(yīng)與中性線處導(dǎo)體相連，從而保證支路內(nèi)電勢不互相抵消，以獲取刷間最大電勢。 換向片數(shù) K = S

9、(元件數(shù)) 環(huán)形繞組并聯(lián)之路數(shù) 2a = 極數(shù) 2p = 電刷數(shù) a并聯(lián)支路對數(shù)（兩條支路時 a=1） p極對數(shù) （兩個極時 p=1）,二、直流電動機(jī)工作原理,結(jié)構(gòu)：同直流發(fā)電機(jī) 特點(diǎn)：在電刷間加直流電源（電刷極性不變）,圖：直流電動機(jī)原理,通過換向器的作用，將電流直流電轉(zhuǎn)換為元件中的交流電，但在同一極下導(dǎo)體的電流方向一致，根據(jù)左手定則，確定導(dǎo)體受力方向。 注意：轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)后，元件中的電流方向在改變。 換向器的作用：元件中的交流電 電刷間的直流電。,1-3 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、分類及額定值,一、主要結(jié)構(gòu)部件 1、定子部分 主磁極產(chǎn)生主磁場 鐵心：0.51.0mm厚硅鋼片沖迭而成。 勵磁繞組：由絕

10、緣導(dǎo)線繞成，通以直流電產(chǎn)生主極磁場。,換向極（附加極）改善換向，減小電刷下的火花。 鐵心：整塊矩形鑄鋼（形狀不復(fù)雜，易于加工） 線圈：絕緣導(dǎo)線繞成與電樞繞組串聯(lián) 機(jī)座（磁軛） 由厚鋼板彎成圓筒焊接而成或鑄鋼 作用：提供磁路，支撐，防護(hù)作用 電刷裝置和其它 電刷裝置的作用：引出（引進(jìn)）電流 組成：電刷石墨制品，耐磨，導(dǎo)電 刷握刷盒，放電刷，用彈簧壓緊電刷，在空間固定 刷架安放刷盒用，本身固定在機(jī)座或端蓋上.注意,刷盒與刷架之間要絕緣 其它：端蓋、軸承（支持、防護(hù)）,2、轉(zhuǎn)子部分電樞（感應(yīng)電勢，通過電流） 電樞鐵心0.5mm厚低硅鋼片外圓沖上齒、槽裝迭而成，目的在于減少鐵心在磁場中旋轉(zhuǎn)時被反復(fù)磁化

11、而產(chǎn)生過多鐵耗 齒 、槽安放電樞繞組 通 風(fēng) 孔散熱 內(nèi) 圓軸孔,電樞繞組絕緣導(dǎo)線型繞加工而成，嵌放在鐵心槽中導(dǎo)線截面 ：矩形（大電機(jī)） 圓形（小電機(jī)）槽內(nèi)有絕緣（對地）槽楔封口固定，繞組元件的兩頭與換向片相聯(lián),圖：電樞繞組,換向器（由許多彼此絕緣的換向片構(gòu)成）,側(cè)視圖（沿徑向剖開）,沿圓周方向剖開,作用：基體與電刷接觸 豎板（升高片）連接電樞繞組元件 燕尾夾緊、固定 二、分類（按勵磁方式分） 他勵 自勵 他勵式：獨(dú)立直流電源單獨(dú)供給勵磁繞組勵磁，勵磁繞組與電樞繞組不連接 勵磁電流,電樞電流,負(fù)載電流,圖：并勵,圖：串勵,一部分與電樞繞組串聯(lián) 復(fù)勵：勵磁繞組分兩部份 另一部分與電樞繞組并聯(lián),短

12、分接法（先并后串）,長分接法（先串后并）,差復(fù)勵：串聯(lián)繞組產(chǎn)生磁動勢與并聯(lián)繞組產(chǎn)生磁動勢方向相反 積復(fù)勵：串聯(lián)繞組產(chǎn)生磁動勢與并聯(lián)繞組產(chǎn)生磁動勢方向相同 由于聯(lián)接方式不一樣，將直接影響電機(jī)的特性。無論是發(fā)電機(jī)還是電動機(jī)都可采用上述聯(lián)接方式,三、額定值 1、額定功率（容量） 指輸出功率，單位：瓦（千瓦） 發(fā)電機(jī) = （輸出電功率） 電動機(jī) （軸上輸出機(jī)械功率）= 式中： 電動機(jī)的額定電壓； 電動機(jī)的額定電流； 電動機(jī)的額定效率 2、額定電壓 允許加在電機(jī)兩端的電壓限定值 小型發(fā)電機(jī) 小型電動機(jī) 大型電機(jī) 115V 230V 460V 110V 220V 440V 1000V,3、額定電流 電機(jī)額

13、定輸出功率時的電流值 發(fā)電機(jī) 過載 滿載 電動機(jī) 欠載 4、額定轉(zhuǎn)速 額定負(fù)載時電機(jī)的限定轉(zhuǎn)速 5、額定勵磁電流 6、額定效率,1-4 直流電機(jī)的空載磁場,空載磁場：直流電通入勵磁繞組產(chǎn)生的磁場 特點(diǎn)：負(fù)載電流 = 0 ，不考慮電樞通過電流產(chǎn)生磁場的影響（只有主磁極產(chǎn)生的磁場）,一、直流電機(jī)空載時的磁通分布,1、直流電機(jī)空載時的磁通分布（以四極電機(jī)為例） 主磁通 （每極）經(jīng)過氣隙進(jìn)入電樞的磁通,磁通路徑,路徑：N 極出發(fā)N 極下的氣隙N 極下的電樞齒槽電樞鐵心S 極下的電樞齒槽S 極下氣隙S 極下鐵心磁軛回到N 極下的鐵心 主磁通又稱有效磁通能感應(yīng)電勢的磁通或能產(chǎn)生力矩的磁通 漏磁通 未進(jìn)入電

14、樞鐵心的磁通 特點(diǎn)不感應(yīng)電勢也不產(chǎn)生力矩，無效的 缺點(diǎn)不可避免它增加了鐵心和磁軛的飽和程度,總磁通：,2、產(chǎn)生主磁通的磁動勢 產(chǎn)生每極主磁通 所需要的磁勢（激磁安匝） 基本定律：全電流定律（分段計(jì)算法） 注 意：這里把“場”的問題簡化為“路”來計(jì)算 W 總激磁匝數(shù) 2表示兩個極 磁路某段的場強(qiáng) 1個磁極上的激磁繞組匝數(shù) 該段磁路的平均長度 激磁電流,利用磁回路的基爾霍夫第二定律可得： 總磁勢： 氣隙長度 （2） 電樞齒長 （2） 電樞軛一段長 （1） 主極鐵心長 （2） 定子磁軛一段長 （1）,計(jì)算總磁勢的基本方法 設(shè)計(jì)一臺電機(jī)首先要確定：每極磁通量 （已知） （S為不同段的磁路截面積）每段磁

15、場強(qiáng)度H 氣隙 （ 氣隙磁導(dǎo)） 鐵磁材料只有通過查該材料的磁 化曲線求H,圖：磁化曲線,計(jì)算分段磁勢 總磁勢 （一對極的總安匝） 決定 I-決定導(dǎo)線截面 3、主磁通磁勢產(chǎn)生的氣隙磁密的分布曲線 （1）氣隙磁密電樞表面的磁通密度（它與電機(jī)的感應(yīng)電勢，力矩大小和形狀有關(guān)） 特 點(diǎn)：與氣隙大小有關(guān)且分布不均勻 （2）氣隙特點(diǎn)：極中心處氣隙最小 極尖（極掌）處氣隙最大,比如：城市電車用直流電機(jī)ZQ-800 9/4.5 ，即 =4.5mm =9mm 結(jié)果：在氣隙中的磁密形成帽形,圖：帽形磁密,帽形磁密的證明： 一個極的磁勢 令 （ 不變） 為帽形 極距，代表電樞表面的圓周一個極所占的范圍 電樞外徑， p

16、 極對數(shù) 氣隙磁密的最大值 10千瓦以下電機(jī) =4000 6500高斯 大容量電機(jī) =10000 10500高斯,計(jì)算中常用 氣隙平均磁密 ， 電樞軸向有效長度,4、電機(jī)的磁化曲線 （1）定義：代表每極主磁通 與勵磁電流 的關(guān)系曲線 （2） 形狀及解釋 調(diào)R，保持n 不變，測,.,由此可求得磁化曲線：,主要特點(diǎn)： 很小時（鐵心磁路不飽和） 為直線關(guān)系 原因： 小 小，鐵心不飽和，磁勢主要消耗在氣隙上，即 ，因 不變， 不變（ 不變）， 為直線關(guān)系 （2） 增大后，鐵心磁路飽和，曲線向右彎曲， 越大，曲線越趨于水平 原因：由于 鐵心飽和，鐵心上磁壓降所占成分大，而鐵心中 常數(shù)，所以出現(xiàn)非線性，即

17、 （ 鐵心 不多）,（3）氣隙線：磁化曲線在線性部份的延長線（它反映主磁通通過氣隙所需磁動勢） （4）磁路飽和程度 額定電壓下的激磁電流 額定電壓下氣隙磁勢所需激磁電流 大飽和好，則鐵心體 積相對小，但發(fā)熱嚴(yán)重 相同容量比 小不飽和，則鐵心體 積相對大，性能好,15 直流電機(jī)的電樞繞組（以單迭繞組為例）,一 由環(huán)型繞組過渡到鼓型繞組4極電機(jī)為例 1 環(huán)型繞組的缺點(diǎn) （1）制造困難，修理不便。 （2）內(nèi)腔導(dǎo)體不感應(yīng)電勢，導(dǎo)體沒有充分利用。,1、5、9不感應(yīng)電勢,2、過渡到鼓型繞組,環(huán)型,鼓型,作法：把內(nèi)腔層導(dǎo)體拉出來 原則：兩邊電勢相加最大 位置：兩邊相距約一個極距 端部：一般為對稱結(jié)構(gòu) 電刷：

18、仍然要與中軸導(dǎo)體相連，為此，實(shí)際位置在極軸處。 二：幾個基本關(guān)系 元件：繞組的基本單元（頭尾分別 接在兩個換向片上） 元件邊（有效邊）放在電樞槽內(nèi)部分 前段接靠換向器的一邊 后端接無換向器的一邊,（1）元件數(shù)S=換向片數(shù)K （2）總導(dǎo)體數(shù)=S2Wc Wc= 一個元件的匝數(shù) （3）若一個槽內(nèi)只放上下一個元件邊，則槽數(shù)Ze=元件數(shù)S=換向片數(shù)K 若C個槽（虛槽）合編成一個槽（實(shí)）Z虛槽數(shù)Ze=CZ 如圖：Ze=3Z,三 、單迭繞組的組成 1 節(jié) 距繞組連接的規(guī)律 （1）第一節(jié)距y1(后距)：表示元件兩有效邊之間的距離（元件寬度，用虛槽數(shù)來表示）,=0 整距 長距 短距,（2）合成節(jié)距Y緊相串聯(lián)的元

19、件對應(yīng)邊的距離 單迭繞組 y=1 （3）第二節(jié)距y2（前距），接在同一換向片的兩元件邊的距離 單迭繞組，y2=y1-y,2單迭繞組的展開圖（某一瞬間) 例：Z=K=S=16 2p=4 作一單迭繞組展開圖 計(jì)算節(jié)距：y1=z/2p=16/44 （整距）=0 單迭 y=1 y2=y1-y=4-1=3 作圖步驟：,均勻分布全部邊（槽）并編號 按極數(shù)等分元件邊（槽） 按y1畫出后端接（結(jié)構(gòu)對稱） 按y2畫出前端接（結(jié)構(gòu)對稱） 畫出換相片（對應(yīng)編號） 畫出電刷位置（極軸線上） 標(biāo)明電刷極性（按發(fā)電機(jī)）,第二章 直流發(fā)電機(jī),2-1 直流發(fā)電機(jī)的感應(yīng)電勢和電磁轉(zhuǎn)矩,一、感應(yīng)電勢公式 感應(yīng)電勢： =電刷間的電

20、樞電勢 = 一個并聯(lián)支路內(nèi)導(dǎo)體數(shù)一根導(dǎo)體感應(yīng)的平均電勢 = 電機(jī)總導(dǎo)體數(shù) S-元件數(shù)； - 一個元件的匝數(shù) 一個并聯(lián)支路內(nèi)串聯(lián)導(dǎo)體數(shù) ；a并聯(lián)支路對數(shù) 平均電勢： 轉(zhuǎn)/分,代入上式： -電勢常數(shù)，與結(jié)構(gòu)有關(guān) 單位： 韋伯； 轉(zhuǎn)/分 ； 伏,結(jié)論：當(dāng)電機(jī)每極磁通 保持不變時，電樞電勢 與轉(zhuǎn)速成正比。 說明1）該公式是在空載時推導(dǎo)出來的，負(fù)載后 有所變化。故公式中的 應(yīng)該用負(fù)載時的氣隙磁場關(guān)系求得。 2）該公式是電刷處于幾何中性線導(dǎo)出，若電刷偏離則 將有所變化。 3）此公式對發(fā)電機(jī)而言是向外供電的正電勢，對于電動機(jī)而言屬于反電勢。 4）若要改變 的方向，可改變電樞旋轉(zhuǎn)方向或改變磁場方向得到。,二、

21、電磁轉(zhuǎn)矩公式 電磁轉(zhuǎn)矩導(dǎo)體中電流與磁場作用產(chǎn)生 電動機(jī)拖動負(fù)載的轉(zhuǎn)矩（M與n方向一致） 發(fā)電機(jī)反轉(zhuǎn)矩(與原動機(jī)轉(zhuǎn)向相反)，是能量交換的關(guān)健。 電磁功率: 電磁轉(zhuǎn)矩:,結(jié)論：當(dāng)磁通 不變時，電磁轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比。,2-2直流電機(jī)的磁場和電樞反應(yīng),一、空載時：只存在主極磁勢，在氣隙中產(chǎn)生的帽形磁密。 負(fù)載后：出現(xiàn)了電樞磁勢電樞繞組通過電樞直流電流產(chǎn)生。 電樞反應(yīng)：電樞磁勢對氣隙磁場分布的影響。 二、電樞磁勢 1.電樞磁勢 在氣隙中的分布 假設(shè) 忽略鐵心磁位降（電樞磁勢主要降在兩個氣隙中）,導(dǎo)體在電樞表面均勻分布（忽略齒槽影響）,分析方法：磁路的安培環(huán)路定律 特點(diǎn)： 極軸處：電樞磁勢=0（包圍電

22、流?。?中軸處：電樞磁勢=最大 從極軸處到中軸處電樞磁勢是線性變化的（三角波形）,分析方法：磁路的安培環(huán)路定律 特點(diǎn)： 極軸處：電樞磁勢=0（包圍電流?。?中軸處：電樞磁勢=最大 從極軸處到中軸處電樞磁勢是線性變化的（三角波形）,2、電樞磁勢 （幅值）公式 導(dǎo)體中（支路中）的電流 一個極下的導(dǎo)體數(shù)= 電樞線負(fù)載A電樞圓周單位長度的電流數(shù)（安/厘米）,A與 關(guān)系:,3、電樞磁勢對氣隙磁場的影響 空載時：只有直流勵磁磁勢產(chǎn)生的氣隙磁密 帽形 負(fù)載后：出現(xiàn)了電樞磁勢 （三角波） 由 產(chǎn)生的氣隙磁密 ，其特點(diǎn)：在極弧范圍內(nèi)直線分布，主極之間下凹成馬鞍形（主極之間磁阻大） 合成氣隙磁密：,結(jié)論：電樞反應(yīng)

23、使合成氣隙磁密分布畸變且總的磁密減小,注意： 兩個氣隙之間磁阻大，盡管 大，但 更小，故下凹成馬鞍形。 極弧內(nèi)氣隙均勻， 線性變化 也線性變化。 合成后，對一個極而言，因 反向?qū)ΨQ，與 相加后，應(yīng)當(dāng)使合成氣隙磁密與 保持?jǐn)?shù)量不變，但前極端是去磁該去多少正比去掉，后極端為加磁，因飽和影響該加的加不上去故一個極下總磁密有所減少。 顯然，波形發(fā)生畸變。,三、直軸和交軸電樞反應(yīng),研究對象：電樞反應(yīng)的交軸分量和直軸分量對主極磁勢的影響 a）交軸電樞反應(yīng)電刷位于幾何中性線處 ，只存在 ， =0 對主極磁場的影響：,使主極磁場發(fā)生畸變 對主極磁場有去磁作用（總的磁密減少）,b）直軸電樞反應(yīng)電刷不在幾何中性線

24、（以發(fā)電機(jī)為例） 順轉(zhuǎn)向偏離幾何中性線 角（相當(dāng)于電樞表面移動了b厘米） 作用：a、 的軸線與主極磁場軸線重合，且方向相反，所以對于發(fā)電機(jī)若順轉(zhuǎn)向移動電刷，則 起去磁作用，發(fā)電機(jī)端電壓下降。 b、 起交軸電樞反應(yīng)，作用同上。 若電刷逆轉(zhuǎn)向移動：則 與主極磁場軸線重合且方向相同，起加磁作用，端電壓上升。,辦法：若端壓上升，則順轉(zhuǎn)向移動電刷， 若端電壓下降，則逆轉(zhuǎn)向移動電刷。 準(zhǔn)確位置:正反轉(zhuǎn)時，兩端電壓維持不變,圖：直軸電樞反應(yīng) 電刷不在幾何中性線,四、解決辦法（主要指對交軸磁勢的解決辦法） 適當(dāng)改變主極的勵磁電流，以補(bǔ)償電樞反應(yīng)的去磁作用 在主極極面上加裝“補(bǔ)償繞組”抵消電樞磁勢（自動化） 結(jié)

25、構(gòu)上：補(bǔ)償繞組裝在主極極面上其電流方向在空間與電樞電流的反向， 與 反向 電路上：補(bǔ)償繞組與電樞繞組串聯(lián)，適當(dāng)設(shè)計(jì)補(bǔ)償繞組匝數(shù)使 =,2-3 直流電機(jī)換向的一般概念,換向：電樞繞組的每一個元件依次從一條支路經(jīng)過電刷進(jìn)入另一條支路，此時元件中的電流要隨著改變方向，這一現(xiàn)象和過程稱為換向。 比如：元件“4”在上一支路電流是從流向進(jìn)入下一支路后電流從流入,二、換向不良的后果 由于元件中電抗電勢的作用使換向遇到阻力，特別是超前換向和延遲換向?qū)⒃陔娝⑾庐a(chǎn)生火花（電磁能量釋放），使電機(jī)運(yùn)行帶來不利影響。 三、換向極的作用 換向極產(chǎn)生附加電勢 去抵消換向元件中的電抗電勢 從而使換向元件中合成電勢為0，從而改

26、善電機(jī)的換向。 極性正確 與電樞串聯(lián) 低飽和狀態(tài),圖：換向極的作用,2-4 直流發(fā)電機(jī)的基本平衡關(guān)系,一 、電壓平衡關(guān)系（以并勵直流發(fā)電機(jī)為例） 電樞回路總電阻， （含電樞電阻，電刷和 換向器之間的接觸電阻） 勵磁回路總電阻 注意： 是發(fā)電機(jī),二、功率平衡關(guān)系 電磁功率 -輸出功率； -勵磁回路銅耗； -電樞回路內(nèi)阻損耗,輸入功率： 機(jī)械損耗（摩擦，風(fēng)阻）； 鐵耗（電樞硅鋼片反復(fù)磁化引起）； 附加損耗（電樞齒槽使磁場脈振引起損耗，電樞反應(yīng)使磁場畸變使鐵耗增加，電樞拉緊軸桿在磁場中旋轉(zhuǎn)時的鐵耗，換向損耗等組成。約占額定功率0.5%1%）,三、轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系 轉(zhuǎn)向：由原動機(jī)產(chǎn)生的輸入轉(zhuǎn)矩 決定： 轉(zhuǎn)

27、子機(jī)械角速度 ， 方向一致（發(fā)電機(jī)時） 由左手定則決定，發(fā)電機(jī)時M正好與 反向，屬于制動轉(zhuǎn)矩。 空載轉(zhuǎn)矩： 平衡關(guān)系：,四 效率關(guān)系 總損耗：,25直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性,一他勵直流發(fā)電機(jī)的特性 1.空載特性：當(dāng) 時， ， 的關(guān)系曲線（即磁化曲線）,注意：無論是并勵還是串勵發(fā)電機(jī)的 都要改為他勵來測取，否則無法實(shí)現(xiàn)空載。,測取 的步驟： 1、調(diào)節(jié)原動機(jī)（實(shí)驗(yàn)室一般采用并勵直流電動機(jī)作為原動機(jī)拖動直流發(fā)電機(jī)）的轉(zhuǎn)速，使 并保持不變。 2、調(diào)節(jié)勵磁回路外加電阻RP 使 由零逐漸單方向增加。直至 為止。然后逐漸單方向減少 到零，并測取每一點(diǎn)的 所對應(yīng)的,曲線說明：(1)由于剩磁所在，當(dāng) =0時 （2）

28、由于磁滯的作用使磁化曲線上升支和下降支不一致，取其平均值代表 （3） 代表了直流電機(jī)最基本的磁化曲線 作為設(shè)計(jì)電機(jī)時的依據(jù)。,2 、外特性：當(dāng) ， 為常數(shù)時， 的關(guān)系曲線 現(xiàn)象： 原因： 1.電路上 2.磁路上：當(dāng) 不變時 電樞反應(yīng)為去磁作用使,曲線分析： (1)電壓變化率 ，實(shí)質(zhì)：空載 滿載時電壓變化 一般允許 （2）當(dāng)負(fù)載電阻 =0時，出現(xiàn)短路電流 因?yàn)?很小，Isk=(1230)Ie（危險(xiǎn)） 辦法： 加裝保護(hù)裝置。,3、效率特性 當(dāng) 當(dāng) 當(dāng) 迅速上升 所對應(yīng)效率 為（7593）%,二、并勵直流發(fā)電機(jī)的自勵過程及特性 1、并勵直流發(fā)電機(jī)電壓建立的物理過程 并勵：勵磁繞組兩端與電樞繞組兩端并

29、聯(lián)，勵磁電流取自發(fā)電機(jī)本身，不需要其他直流電源供電。 勵磁繞組電阻 勵磁回路電阻,兩個關(guān)系： 磁路上Es=Uo= 電路上,過程：主磁極有剩磁（ 剩）電樞旋轉(zhuǎn) 感應(yīng) 剩 供給起始勵磁電流 產(chǎn)生磁場加強(qiáng)剩磁 到達(dá)空載特性曲線與場阻線OP的交點(diǎn)P才能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定 場阻線OP： 不變， 直線關(guān)系 說明：OP：是以勵磁回路電阻的大小為斜率的直線 即OP的斜率與Rf成正比 所以 (臨界場阻) 此時 OP與 相切,2、建立電壓的條件 （1）主磁極要有剩磁 （2）初始勵磁電流產(chǎn)生磁場必須加強(qiáng)剩磁 （3） 與 要有交點(diǎn)（勵磁回路斷開時 即無交點(diǎn)，電壓不能建立） 3、不能建立電壓的原因和解決辦法 （1） =0，無剩磁

30、（電機(jī)多年不用造成）加直流重新充磁 加強(qiáng)勵磁時 聯(lián)接錯誤，出現(xiàn)剎磁 辦法：1、改變電樞與勵磁繞組的相對聯(lián)接，比如將勵磁繞組的兩個頭調(diào)換。 2、改變原動機(jī)的轉(zhuǎn)向（本質(zhì)是使Es調(diào)頭）,注意：1、2兩種方法不能同時使用 （3）、加強(qiáng)勵磁后 無變化勵磁回磁斷開造成，解決辦法是停機(jī)查線 （4）、穩(wěn)定點(diǎn)電壓太低,4、并勵直流發(fā)電機(jī)的外特性 條件：n=ne 常數(shù) 研究 U=f(I) 關(guān)系： 特點(diǎn)：,解釋 （1）引起U 原因 電樞回路電阻壓降 電樞反應(yīng)去磁作用 （這兩個原因他勵機(jī)也存在） (2)穩(wěn)態(tài)短路電流不大 但要注意兩點(diǎn)，即突然短路過程中仍然出現(xiàn)危險(xiǎn)： 穩(wěn)態(tài)短路過程中，電流要經(jīng)過電流 = ，致使電機(jī)出現(xiàn)環(huán)

31、火，不允許。（ 有電感， 不能馬上為0） 考慮過渡過程：U=0瞬間，磁場不等于0，即Es較大，Ik=(812)Ie也危險(xiǎn)。,（3）引起外特性“拐彎”的原因 兩種趨勢,三、串勵直流發(fā)電機(jī)的外特性,條件： 研究： 關(guān)系： 分析方法：,畫出 曲線 (1) （2） 將(1)-(2)得 U=f(I) 引起U變化原因: 上升因素： 下降因素： ，電樞反應(yīng)去磁 主次關(guān)系：負(fù)載電流I小磁路不飽和 上升因素占主要 負(fù)載電流I大磁路飽和 上升大于Es上升 , U下降占主要 結(jié)論：串勵直流發(fā)電機(jī)的端電壓隨負(fù)載變化很大，不適于恒壓系統(tǒng)。,（四）復(fù)勵直流發(fā)電機(jī)的外特性,復(fù)勵外特性=串勵和并勵外特性的組合（視連接成分而定

32、） 積復(fù)勵=并勵+串勵 平復(fù)勵在額定負(fù)載時，串勵補(bǔ)償了因負(fù)載引起的電壓降 U0=滿載電壓 過復(fù)勵串場太強(qiáng)，使U0滿載電壓 欠復(fù)勵串場太弱，使U0滿載電壓 差復(fù)勵=并勵串勵 即：串勵起去磁作用，使端電壓隨 I增大而急劇下降（少用）?？捎糜谥绷麟姾笝C(jī),第三章 直流電動機(jī),同一臺直流電機(jī)既可作發(fā)電機(jī)運(yùn)行，也可作電動機(jī)運(yùn)行,31 電機(jī)的可逆原理,圖：電機(jī)可逆原理示意圖,物理過程：減小原動機(jī)的,32 直流電動機(jī)的平衡關(guān)系（以并勵電動機(jī)為例）,一電路平衡關(guān)系,二、功率平衡關(guān)系,三轉(zhuǎn)矩平衡 空載時： 負(fù)載后：,33 直流電動機(jī)的運(yùn)行特性,一并勵直流電動機(jī) 1.轉(zhuǎn)速特性（速率特性 ） 由轉(zhuǎn)速公式：,考慮到電樞

33、反應(yīng)的去磁作用,結(jié)論：并勵直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速隨負(fù)載（ ）變化不大硬特性 優(yōu)點(diǎn)：適用于要求轉(zhuǎn)速恒定的場合。缺點(diǎn)：不能過載。,注意：并勵直流電動機(jī)的勵磁回路不能斷開 輕載時： 重載時：,3機(jī)械特性 公式推導(dǎo)： 是一條略為下降的直線 自然機(jī)械特性：,電樞回路無附加電阻Rt，即 Rt=0時的機(jī)械特性 考慮到電樞反應(yīng)的去磁，當(dāng)Is較大時， 相對較小 曲線略微上翹 人為機(jī)械特性：電樞回路串入附加電阻Rt 設(shè)： 特點(diǎn)：串入附加電阻相當(dāng)于 從公式可見： 越大，直線下降越厲害 用途：用于調(diào)速,二串勵直流電動機(jī)的運(yùn)行特性 1、轉(zhuǎn)速特性,注意：1）串勵直流電動機(jī)不能空載，否則“飛速” 2）串勵電動機(jī)的串勵繞組不能過多

34、“旁路”，因?yàn)檫^多旁路會使 更厲害,圖：接旁路電阻示意圖,串勵直流電動機(jī)的優(yōu)點(diǎn)： 起動轉(zhuǎn)矩越大，過載能力越強(qiáng) 具有恒功特性 輕載和重載時輸出功率基本相等。 解釋： 輕載時：n高，低n高* 低 重載時：高，n低高 *n低,=,優(yōu)點(diǎn)：）充分利用電動機(jī)和電源（全部貢獻(xiàn)） ）牛馬特性軟特性適用于“牽引” 比如上坡時：要求M大，n自動降下來，列車能上去如“?！甭?比如下坡時：要求M小，n自動升起來，列車如“馬”飛奔 三復(fù)勵電動機(jī)的運(yùn)行特性 1轉(zhuǎn)速特性 積復(fù)勵磁場=并勵磁場+串勵磁場 特性：介于并、串勵特性之間。 串勵為主，并勵為輔 優(yōu)點(diǎn)：具有串勵機(jī)的牛馬特性，且在空載 時不會“飛速”；, 并勵為主、串

35、勵為輔 優(yōu)點(diǎn)：具有硬特性，且過載能力強(qiáng) 差復(fù)勵=并勵磁場串勵磁場 特點(diǎn)： 轉(zhuǎn)矩特性 設(shè)計(jì)中對積復(fù)勵考慮 之前： 積復(fù)勵的 串勵 其 串勵 并勵并勵； 之后： 積復(fù)勵的 并勵其并勵 串勵串勵； 一般：串勵只占,第四章直流電動機(jī)的電力拖動基礎(chǔ),41電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式,一電力拖動用各種電動機(jī)作為原動機(jī)的拖動系統(tǒng) 關(guān)鍵：掌握電動機(jī)的特性和被拖動的負(fù)載的特性。 二直線運(yùn)動系統(tǒng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動系統(tǒng) 直線運(yùn)動系統(tǒng)（例如直線電機(jī)拖動的系統(tǒng)）,旋轉(zhuǎn)運(yùn)動系統(tǒng), 工作機(jī)構(gòu)及傳動機(jī)構(gòu)參數(shù)的折算,一實(shí)際拖動系統(tǒng)與等效拖動系統(tǒng) 實(shí)際拖動系統(tǒng),特點(diǎn)：轉(zhuǎn)軸有多根（多級傳動）各軸上有本身的轉(zhuǎn)動慣量及轉(zhuǎn)速從而要列出每根軸的運(yùn)動方

36、程及相互聯(lián)系的運(yùn)動方程聯(lián)立求解，才能了解負(fù)載的運(yùn)動狀況太復(fù)雜。,等效系統(tǒng) 以電動機(jī)軸為研究對象，把實(shí)際拖動系統(tǒng)等效為單軸運(yùn)動系統(tǒng) 等效原則：系統(tǒng)傳送的功率及儲存的動能不變 優(yōu)點(diǎn)：僅研究一根軸的運(yùn)動系統(tǒng)，從而大大簡化了計(jì)算 辦法：把傳動機(jī)構(gòu)和工作機(jī)構(gòu)的參數(shù)折算到電動機(jī)軸上 比如：工作機(jī)構(gòu)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 ，直線運(yùn)動時的 各軸的轉(zhuǎn)動慣量 都要折算到電動機(jī)軸上進(jìn)行計(jì)算,二工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩 的折算 原則：系統(tǒng)傳遞的功率不變（把傳動機(jī)構(gòu)的損耗在效率中考慮） 電動機(jī)帶動負(fù)載時：電動狀態(tài),圖：齒輪傳動,發(fā)電機(jī)制動狀態(tài)時工作機(jī)構(gòu)拖動電動機(jī),三工作機(jī)構(gòu)直線作用力的折算起重機(jī)、刨床,發(fā)電機(jī)狀態(tài)工作機(jī)構(gòu)拖動電機(jī)（重物下落）,

37、說明：工作機(jī)構(gòu)的下降功率不足以克服傳動機(jī)構(gòu)的功率損耗，要下落必須電動機(jī)幫忙（反向轉(zhuǎn)動） 好處：比如電梯，由于設(shè)計(jì)時有意使傳動機(jī)構(gòu)損耗大，故提升效率 .，這個代價(jià)才能保證突然斷電時電梯無法下降（ ），以保證人的生命安全,四傳動機(jī)構(gòu)和工作機(jī)構(gòu)飛輪矩的折算,五工作機(jī)構(gòu)直線運(yùn)動質(zhì)量的折算 以 運(yùn)動的質(zhì)量 折算到電動機(jī)軸上可用一個轉(zhuǎn)動慣量為 的轉(zhuǎn)動體與之等效 折算原則儲存動能等效,生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性,一恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性 與負(fù)載轉(zhuǎn)速無關(guān) 反抗性負(fù)載：比如鋼板碾壓，方向可變，但 不變。,位能性負(fù)載（起重類） 負(fù)載轉(zhuǎn)矩由重力作用產(chǎn)生，無論提升或下放重物，重力作用方向始終不變：,特點(diǎn)：數(shù)量、方向均不變,特點(diǎn)：,二

38、通風(fēng)機(jī)負(fù)載：因旋轉(zhuǎn)要克服周圍介質(zhì)阻力 包括：通風(fēng)機(jī)、水泵、油泵 （按離心力原理設(shè)計(jì)）,三恒功率負(fù)載特性：比如車床 粗加工時，切削量大 精加工時，切削量小,第五章 他勵直流電動機(jī)拖動系統(tǒng)的靜態(tài)特性,51 他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性,一機(jī)械特性的一般表達(dá)式 任何特性來源于基本關(guān)系：,二固有（自然）機(jī)械特性,三人為機(jī)械特性：人為改變電路的參數(shù)所得到的特性。 電樞串電阻 的人為特性,結(jié)論：電樞回路串電阻后其機(jī)械特性變軟，轉(zhuǎn)速差 增大，可用于調(diào)速。,改變電樞電壓時的人為特性,弱磁時的人為特性,四機(jī)械特性的繪制 因?yàn)?是一條直線，故確定直線上的兩個點(diǎn)可確定 固有 的繪制 理想空載轉(zhuǎn)速,10千瓦以上的電機(jī)，其

39、系數(shù)取 1/2 10千瓦以下的電機(jī)，其系數(shù)取 2/3 額定轉(zhuǎn)矩點(diǎn)：,人為機(jī)械特性的繪制 代入相應(yīng)的變化量即可求得相應(yīng)的人為機(jī)械特性。 比如：電樞回路串電阻Rt1的人為特性的繪制。 求 求 求,已知：n0一點(diǎn)，（n，Me）一點(diǎn)可畫一直線。,5-2 他勵直流電動機(jī)的起動特性,一、起動的基本知識 特點(diǎn)：n=0(合閘瞬間，由于機(jī)械慣性，電動機(jī)來不及轉(zhuǎn)動) 后果： 損壞電機(jī)：1）電磁力可把繞組從槽中摔出來； 2）大電流形成環(huán)火，啟動時引起爆炸損壞換向器。 沖擊電流：1）造成電網(wǎng)電壓，影響其他負(fù)載； 2）如采用半導(dǎo)體電源，由于其過載能力差-損壞。,要求： 1）起動電流Iq要小，約為1.22.0Ie 2）動

40、轉(zhuǎn)矩要大， -滿磁場下起動（縮短起動過程，提高生產(chǎn)率） 方法：（一）降壓起動： 1）要用專用的可調(diào)電壓的電源-半導(dǎo)體可調(diào)電源。 2）經(jīng)濟(jì)性能高 （起動中無附加損耗）。 3）可實(shí)現(xiàn)無級調(diào)壓-起動平穩(wěn)。但價(jià)格貴 （二）變阻起動（本質(zhì)也是降壓起動 1、操作過程: 閉合C ，,電動機(jī)開始轉(zhuǎn)動Es 閉合C1：切除 閉合C2：切除 。（至此，起動電阻全部切除，起動完畢） 優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡單，操作方便。 缺點(diǎn)：起動過程中 上要消耗能量。 由于起動時間短，消耗能量少，故廣泛應(yīng)用。,2、起動的物理過程：,-起動中最大電流 -起動中最小電流（切換電流），以保證足夠轉(zhuǎn)矩。 起動時：,注意：操作過程中，當(dāng)Is下降不要太多

41、就可切換，以保證足夠的力矩。,3、起動電阻的計(jì)算 （1）圖解解析法 畫起動特性圖 先畫出固有機(jī)械特性 。 選擇起動中最大電流 和最小電流 ， 根據(jù)起動級數(shù)畫人為機(jī)械特性： （試探法），一般變動 。,計(jì)算起動電阻： 根據(jù)：,（2）用解析法計(jì)算起動電阻： 原理： （相當(dāng)于電動機(jī)短路）,步驟：根據(jù)電動機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)，計(jì)算 根據(jù)電動機(jī)容量選定起動級數(shù)m和最大起動電流 ，計(jì)算最大起動電阻R2 由公式計(jì)算各段起動總電阻 計(jì)算各段起動電阻：,5-3 他勵直流電動機(jī)的制動特性,一、制動的基本知識： 制動-阻止拖動系統(tǒng)的運(yùn)動。 制動方法： 機(jī)械制動：比如采用箍瓦，靠強(qiáng)大機(jī)械摩擦使其停下來或減速。 電氣制動：利用電

42、動機(jī)產(chǎn)生反向轉(zhuǎn)矩阻止拖動系統(tǒng)運(yùn)動。 電氣制動的兩個方面： 制動過程：拖動系統(tǒng)轉(zhuǎn)速下降直到零的過程。 制動運(yùn)行：負(fù)載拖動電機(jī)在某一轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)行。,比如：列車在秦嶺坡道（0.3%）前電機(jī)屬于電動機(jī)狀態(tài)，拖動列車前進(jìn)。 下坡道時，如果不切斷電源，這時列車拖動 電動機(jī)前進(jìn)，其轉(zhuǎn)速必然大于n0 ，即電動機(jī)進(jìn)入發(fā)電機(jī)狀態(tài)， Is 反向，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩M與n相反，起到剎車作用，從而使列車保持在一定轉(zhuǎn)速時下坡，避免了列車越來越快。,二、能耗制動特性： 1、制動過程 電機(jī)原來處于電動狀態(tài)，想馬上停轉(zhuǎn)，可拉閘后在電樞兩端接上制動電阻（勵磁電流不變），讓電樞儲存動能發(fā)電，從而產(chǎn)生反向制動力矩使電機(jī)迅速制停。 電動機(jī)

43、狀態(tài) :,關(guān)系： 能耗制動狀態(tài): 拉開K1，閉合K2，迅速制動。,關(guān)系： n較高，Es較大，串R2限流 M= ，制動。 2、機(jī)械特性分析： 原來（電動機(jī)時）， 現(xiàn)在U=0，,即：n=0，M=0 ，特性曲線通過0點(diǎn) M=，n=- （4象限） 或M=-，n=（2象限），過0點(diǎn)的2、4象限一條直線。 斜率 即該特性直線與 時的人 為機(jī)械特性直線平行,制動電阻RZ的選取： RZ不能選得過小， 制動效果好，但I(xiàn)s超過允許值，使電刷下火花增大。,三、反接制動特性（制動力量更強(qiáng)） 1、轉(zhuǎn)速反向（反轉(zhuǎn)）的反接制動（位能性負(fù)載） （1）過程：電機(jī)處于電動機(jī)狀態(tài)。把重物G向上提升 ，此時K處于閉合狀態(tài)，RZ未接入

44、。,（2）機(jī)械特性分析 電路關(guān)系： （電源U與電勢Es串聯(lián)），相當(dāng)于電樞被反接，故稱反接制動,因 大， 變?yōu)樨?fù)值，即反轉(zhuǎn)，反接制動,斜率很大，陡峭,（3）功率關(guān)系分析： 功率關(guān)系：,2、電源反接的反接制動,（1）過程： 正常情況下，“1”閉合“2”打開，電機(jī)處于電動機(jī)狀態(tài)，M與n方向一致。,反接制動時：“1”打開，“2”閉合，電源電壓U反向加在電樞兩端。電樞電勢與電源電壓串聯(lián)(相加)，經(jīng) Rz形成回路，這一瞬間Is且反向（未反向）， 反向 即與n反向形成制動力矩，使電動機(jī)盡快制停。 （2）機(jī)械特性分析 電動機(jī)狀態(tài)（制動前）： 制動后： ，斜率很大，與 的人為特性平行,四、回饋制動特性（再生制動

45、） 1、回饋：把電能反送給電網(wǎng)。 比如：位能性負(fù)載反向拖動電動機(jī)成為發(fā)電機(jī)狀態(tài) 比如：轉(zhuǎn)向不變的位能性負(fù)載 如機(jī)車下坡：,2、過程： 機(jī)車下坡，轉(zhuǎn)向未變，但由于勢能變成動能使機(jī)車的速度越來越快，nn0，使電動機(jī)進(jìn)入正向發(fā)電狀態(tài)，EsU，Is反向，反送電能給電網(wǎng)（再生），由于Is反向（的方向不變），故M反向成為制動轉(zhuǎn)矩，從而放慢了機(jī)車下坡的速度。,3、機(jī)械特性分析 其他參數(shù)未變，僅nn0，故在原特性基礎(chǔ)上向第2象限延伸。,5-4 他勵直流電動機(jī)的調(diào)速特性,一、調(diào)速的基本知識： 1、為什么要調(diào)速？ 不同的生產(chǎn)機(jī)械需要不同的轉(zhuǎn)速； 同一生產(chǎn)機(jī)械在不同的時間需要的轉(zhuǎn)速也不同。 2、調(diào)速的類別： 機(jī)械調(diào)

46、速（齒輪變速）：不改變電動機(jī)轉(zhuǎn)速，僅通過齒輪變速適應(yīng)機(jī)械需要； 電氣調(diào)速：改變電動機(jī)的參數(shù)來改變轉(zhuǎn)速-調(diào)速比較平滑； 機(jī)械，電氣配合調(diào)速-調(diào)速范圍更大。,3、電氣調(diào)速方法的基本途徑 電樞回路串電阻調(diào)速（下調(diào)） 降壓調(diào)速（下調(diào)） 削弱磁場調(diào)速（上調(diào)） 二、調(diào)速指標(biāo) 1、技術(shù)指標(biāo) 調(diào)速范圍 D由生產(chǎn)機(jī)械提出要求，比如： 車床：D=20120 龍門刨床 D=1040,使用機(jī)械調(diào)速還是使用電氣調(diào)速應(yīng)視具體情況而定， 若采用機(jī)械電氣配合法調(diào)速， 則調(diào)速范圍 應(yīng)當(dāng)注意： 若 太低，電機(jī)齒槽磁通脈動厲害，電機(jī)受力不穩(wěn)定，因此 受低速相對穩(wěn)定性限制。 相對穩(wěn)定性（靜差率）,比如：降壓調(diào)速時，n0變，但ne不變

47、。 低速時的 。工作點(diǎn)Me點(diǎn)時，ne足夠大，轉(zhuǎn)速相對降低太多，故運(yùn)行不穩(wěn)定。 在n0點(diǎn)時： 在 點(diǎn)時：,顯然 ，穩(wěn)定性差一點(diǎn)。 注意： 區(qū)別于轉(zhuǎn)速變化率： %與電動機(jī)的機(jī)械特性硬度（斜率）有關(guān)，但又有區(qū)別。 有關(guān)：同樣的n0 ，在Me相同時若特性硬一點(diǎn)，即ne小一點(diǎn)，%則小，相對穩(wěn)定性就好一點(diǎn)。 區(qū)別：在降壓調(diào)速時，低速和高速的特性斜率相同（因?yàn)槠叫校退贂r,%的大小由生產(chǎn)機(jī)械的需要所決定，比如： 普通車床%30% 高精度造紙機(jī)%0.1% （若%大，紙張積壓大） 范圍D與的關(guān)系 或 （低速時允許轉(zhuǎn)速降要由，nmax來決定）,推導(dǎo)： 上式說明，調(diào)速范圍受低速時的靜差率的限制。 比如：降壓調(diào)速

48、時： n0=1000r.p.m nmax=ne=900r.p.m ne=100r.p.m =200r.p.M nmin= -ne=100r.p.m 技術(shù)指標(biāo)：,但低速時 ，穩(wěn)定性相對差 若要提高相對穩(wěn)定性，比如要求低速時%=20% 則 這時 即%小D?。榱颂岣呦鄬Ψ€(wěn)定性，D就得減少）。 平滑性（有級，無級調(diào)速的問題） 調(diào)速的級數(shù)越多越平滑 平滑系數(shù)： （即相鄰兩轉(zhuǎn)速之比） 該比值越小，越平滑。 比如：機(jī)床： =1.26 1.41 1.58等。,調(diào)速的容許輸出 包括調(diào)速時的功率，轉(zhuǎn)矩是否恒定，與什么樣負(fù)載配合最佳，后面將專門討論。 2、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)： 設(shè)備投資少 設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用，即調(diào)速設(shè)備的效率：

49、式中：指調(diào)速設(shè)備的效率，不是電機(jī)本身的效率； P2-電動機(jī)的輸出功率； P-調(diào)速設(shè)備的損耗，不是電動機(jī)的各種損耗。,比如：同一臺電動機(jī)輸出P2相同的情況下， 若采用電樞回路串電阻R調(diào)速。R上的損耗大，P大， 若采用磁場回路中并 調(diào)速， 上的損耗小，P小。 顯然后者比前者調(diào)速設(shè)備的效率高。 三、電氣調(diào)速方法的分析 1、電樞回路串電阻調(diào)速,顯然， 物理過程：,調(diào)速前后的關(guān)系 調(diào)速前若電動機(jī)的電樞電流為Is 調(diào)速后電動機(jī)的電樞電流仍保持為Is，即Is不變 原因：電動機(jī)所帶負(fù)載不變，即 不變則Is不變，但轉(zhuǎn)速降低了， 新轉(zhuǎn)速 此調(diào)速方法的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速設(shè)備簡單，操作方便，初投資小 缺點(diǎn)：1）技術(shù)指

50、標(biāo)差。大，相對穩(wěn)定性差 為了減小，D則減小。,2）調(diào)速中 大，不經(jīng)濟(jì)。 3）屬于有級調(diào)速，平滑性差。 4）輕載時調(diào)速范圍小，效果不明顯。 經(jīng)濟(jì)性分析 輸入功率 調(diào)速損耗,調(diào)速設(shè)備效率： 由上式可見調(diào)速中若n 則 比如：調(diào)速時使n 且 =0.5,就意味轉(zhuǎn)速下降到原來的一半,調(diào)速設(shè)備消耗的功率占總功率的一半，即只有一半的輸入功率變成電動機(jī)的輸出，效率太低。 提高相對穩(wěn)定性的措施:在電樞兩端并聯(lián)電阻RB,圖：在電樞兩端并聯(lián)電阻RB,關(guān)系式:,技術(shù)指標(biāo):特性硬度 穩(wěn)定性 ，技術(shù)指標(biāo) 經(jīng)濟(jì)指標(biāo): 有損耗經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 。,2、降壓調(diào)速 (1)調(diào)速系統(tǒng): 小功率系統(tǒng),大功率系統(tǒng)，直流電動機(jī)容量太大時,小功率系統(tǒng)

51、主要是通過晶閘管（SCR）觸發(fā)角的控制來調(diào)節(jié)輸出電壓即直流電動機(jī)兩端的電壓大小。大功率系統(tǒng)則指直流電動機(jī)容量特別大時,晶閘管容量有限，直接控制 難以實(shí)現(xiàn),因此用一臺三相交流電動機(jī)JD拖動大容量的直流發(fā)電機(jī)ZF,通過SCR來控制它的勵磁電流大小，改變，從而改變直流電動機(jī)ZD兩端的電壓來實(shí)現(xiàn)降壓控制。,調(diào)速的物理過程： UIsMMznEsIsM=Mz為止 機(jī)械特性分析： 由于發(fā)電機(jī)存在內(nèi)阻Ro 特點(diǎn): 略有增長,斜率略有增長,如“虛線”所示。,轉(zhuǎn)速計(jì)算： 即轉(zhuǎn)速與電壓成正比 優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：無級調(diào)速,平滑性好,調(diào)速范圍D大 缺點(diǎn)：但其投資大,損耗大,晶閘管會引起諧波公害。,3.勵磁調(diào)速（升速） 調(diào)速

52、系統(tǒng) 小功率系統(tǒng) 大功率系統(tǒng),勵磁回路串聯(lián)可調(diào)電阻改變If 改變,通過晶閘管改變 勵磁繞組兩端電壓來改變,調(diào)速的物理過程： ssznss直至=z 特點(diǎn): （負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變） 轉(zhuǎn)速變化曲線 磁通變化曲線 電流變化曲線,3.機(jī)械特性 特點(diǎn)： 4.轉(zhuǎn)速關(guān)系: 轉(zhuǎn)速與磁通成反比,5.優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：消耗功率小,設(shè)備容量小,投資少,控制方便,平滑性好; 缺點(diǎn)：磁場不能削弱過多，要受 限制。 四、調(diào)速時的功率和轉(zhuǎn)矩（如何充分、合理利用電機(jī)） 電磁功率 電磁轉(zhuǎn)矩 如果：調(diào)速時 因此：調(diào)速前后能維持 不變，這是電機(jī)長期工作的利用限度。,1、恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 對于他勵直流電動機(jī)，因 不變，要實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速則必須要保證 。

53、 比如降壓調(diào)速時 （保持不變） （不變） 但功率要變： 四、恒功率調(diào)速 比如弱磁調(diào)速時,為了長期運(yùn)轉(zhuǎn)的需要, Is=Ie=不變,改變。,屬于恒功調(diào)速但,3、調(diào)速方式與負(fù)載類型配合 降壓調(diào)速與負(fù)載配合 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載配合 選擇電機(jī):根據(jù)負(fù)載Mz要求的最大轉(zhuǎn)速來決定, Me=Mz 電機(jī)額定功率為 。 調(diào)速時,M=Mz=Me=常數(shù) 電機(jī)不會過熱,充分利用熱容量。,但:PM=Mn975 n 在 功率未充分利用且散熱條件惡化。 結(jié)論:恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載是合理的。 與恒功率負(fù)載配合 選擇電機(jī),負(fù)載功率： 關(guān)系：電機(jī)的 一般D較大, 小，但為了安全運(yùn)行。必須加大電機(jī)的功率即小負(fù)載配大電機(jī),這樣就不合理。

54、此外在高速時 大,Mmin小,IminIe,熱容量利用不充分。 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式與恒功率負(fù)載配合會造成浪費(fèi),不合理。,弱磁調(diào)速與負(fù)載配合 與恒功率負(fù)載配合 負(fù)載功率恒定電機(jī)功率=恒定值 電機(jī)Pe=Pz(負(fù)載) 不擴(kuò)大功率,比較合理。 特點(diǎn)：調(diào)速時電機(jī)的功率不變,電流不變。（長期運(yùn)行需要） 轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比 轉(zhuǎn)矩與 成正比 與恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載配合 選電機(jī): 低速時,結(jié)論:低速運(yùn)行時電動機(jī)的功率只發(fā)揮了額定值的1D,轉(zhuǎn)矩卻比實(shí)際需要值大功率利用不充分,浪費(fèi),不合理。,5-5串勵直流電動機(jī)的電力拖動,一、串勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性在磁場不飽和時為雙曲線,磁場飽和時為下降直線。 關(guān)系: （串場電阻）,磁路不飽和

55、時,為雙曲線,二、串勵直流電動機(jī)的人為特性 1、降低電壓時-一組平行曲線. U1Ue 關(guān)系:,即降壓調(diào)速時轉(zhuǎn)速與所降電壓成正比。 應(yīng)用:比如城市電車,為了降速,但又不能改變直流電網(wǎng)電壓,故有時就將電車上的兩臺串勵直流電動機(jī)串聯(lián),而每臺電機(jī)的電壓降一半,轉(zhuǎn)速也就近似降一半。,2.削弱磁場時的人為特性(串勵繞組兩端并電阻分流) 不并RB時If=Is 并RB時 磁場削弱。 其機(jī)械特性由于使曲線上移。,2、增強(qiáng)磁場時的人為特性 辦法：在電樞兩端并電阻,機(jī)械特性: 若nn0 則EsUsIs 反向發(fā)電制動 能量消耗在 中。,三、串勵直流電動機(jī)的制動 1、反接制動 轉(zhuǎn)速反向時的反接制動,入RIsMMznn繼續(xù)(重物太重物理過程:加)EsIsM 當(dāng)n=0 Mk(堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩)Mz 重物不再正向上升而是下落即電機(jī)反轉(zhuǎn)Es反向。 (相當(dāng)于U+Es)IsM M=Mz為止穩(wěn)定下落,此時n=-n。 反接制動:轉(zhuǎn)速反向Es反向（相當(dāng)于電樞反接）,產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩,阻止重物自由落體下落而使其在-n低轉(zhuǎn)速下勻速下落。 電樞反接時的反接制動(適用于n不反向時的負(fù)載),分析：電樞反接Is反向（If不反向）M反向M與n的方向相反迅速制動 當(dāng)n=0時不切斷電源電動機(jī)將會反轉(zhuǎn)進(jìn)入反向電動機(jī)狀態(tài)。 曲線比 曲線陡，因此與M曲線有交點(diǎn)。而Es-Es后其他參數(shù)未變，故機(jī)械特性與 曲線反向?qū)ΨQ。,2.能耗制動（利用電動機(jī)儲存動能發(fā)電