第3章__直流電機(jī)的原理與特性

1、3.1 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 3.2 直流電機(jī)的機(jī)械特性直流電機(jī)的機(jī)械特性 3.3 直流電機(jī)的啟動(dòng)、調(diào)速與制動(dòng)直流電機(jī)的啟動(dòng)、調(diào)速與制動(dòng) 3.4 電流電機(jī)的各種運(yùn)行狀態(tài)電流電機(jī)的各種運(yùn)行狀態(tài) 直流電機(jī)直流電機(jī) 3.1 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu) 主磁極主磁極 換向磁極換向磁極 電刷裝置電刷裝置 機(jī)座機(jī)座 端蓋等端蓋等 定子定子 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 電樞鐵心電樞鐵心 電樞繞組電樞繞組 換向器換向器 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸 軸承等軸承等 直直 流流 電電 機(jī)機(jī) 3.1.1 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 1. 主

2、要部件主要部件 (1) 定子定子 主磁極主磁極 換向磁極換向磁極 電刷裝置電刷裝置 機(jī)座、端蓋機(jī)座、端蓋 等等 直流電機(jī)的定子直流電機(jī)的定子 (a) 主磁極主磁極 (b) 機(jī)座機(jī)座 3.1 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 直流電機(jī)的定子直流電機(jī)的定子 (2) 轉(zhuǎn)子（電樞）轉(zhuǎn)子（電樞） 電樞鐵心電樞鐵心 電樞繞組電樞繞組 換向器換向器 轉(zhuǎn)軸與風(fēng)扇轉(zhuǎn)軸與風(fēng)扇 直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子 (a) 轉(zhuǎn)子主體轉(zhuǎn)子主體 (b) 電樞鋼片電樞鋼片 電機(jī)裝配圖電機(jī)裝配圖 定子主要組成部分及其作用定子主要組成部分及其作用 1）主磁極）主磁極 由主極鐵芯和勵(lì)磁繞組組成，主磁極的作用是建

3、立由主極鐵芯和勵(lì)磁繞組組成，主磁極的作用是建立 主磁場(chǎng)，小型直流電動(dòng)機(jī)可采用永久磁鐵（永磁直流電動(dòng)機(jī)）。主磁場(chǎng)，小型直流電動(dòng)機(jī)可采用永久磁鐵（永磁直流電動(dòng)機(jī)）。 2）換向極）換向極 安放在相鄰兩主磁極之間，作用是改善電機(jī)的換向。安放在相鄰兩主磁極之間，作用是改善電機(jī)的換向。 3）電刷裝置）電刷裝置 由電刷、刷握、刷桿、壓緊彈簧等組成，它的作由電刷、刷握、刷桿、壓緊彈簧等組成，它的作 用是連接轉(zhuǎn)動(dòng)和靜止之間的電路。用是連接轉(zhuǎn)動(dòng)和靜止之間的電路。 4）機(jī)座）機(jī)座 作用是固定主磁極等部件，同時(shí)也是磁路的一部分。作用是固定主磁極等部件，同時(shí)也是磁路的一部分。 即起導(dǎo)磁和機(jī)械支撐的作用；即起導(dǎo)磁和機(jī)械支

4、撐的作用； 轉(zhuǎn)子主要組成部分及其作用轉(zhuǎn)子主要組成部分及其作用 1）電樞鐵心）電樞鐵心 一般用一般用0.5mm涂過(guò)絕緣漆的硅鋼片疊壓而成，涂過(guò)絕緣漆的硅鋼片疊壓而成， 作用是嵌放電樞繞組，同時(shí)它又是電機(jī)主磁路的一部分。作用是嵌放電樞繞組，同時(shí)它又是電機(jī)主磁路的一部分。 2）電樞繞組）電樞繞組 由絕緣導(dǎo)線繞制成的線圈（又稱(chēng)繞組元件）按由絕緣導(dǎo)線繞制成的線圈（又稱(chēng)繞組元件）按 一定規(guī)律聯(lián)接組成。電樞繞組的作用是產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)和電磁一定規(guī)律聯(lián)接組成。電樞繞組的作用是產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)和電磁 轉(zhuǎn)矩，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的樞紐。轉(zhuǎn)矩，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的樞紐。 3)換向器換向器 由許多相互絕緣的換向片組成，作用是將

5、電樞繞由許多相互絕緣的換向片組成，作用是將電樞繞 組中的交流電整流成刷間的直流電或?qū)⑺㈤g的直流電逆變成組中的交流電整流成刷間的直流電或?qū)⑺㈤g的直流電逆變成 電樞繞組中的交流電。電樞繞組中的交流電。 兩級(jí)直流電機(jī)模型兩級(jí)直流電機(jī)模型 M 3.1.2 勵(lì)磁方式勵(lì)磁方式 If + Ua Ia + Uf 他他 勵(lì)勵(lì) 并并 勵(lì)勵(lì) 串串 勵(lì)勵(lì) 復(fù)復(fù) 勵(lì)勵(lì) (1) 直流電動(dòng)機(jī)按勵(lì)磁方式分類(lèi)直流電動(dòng)機(jī)按勵(lì)磁方式分類(lèi) M + U IIf Ia M + U IIa M IaIf+ U I G (2) 直流發(fā)電機(jī)按勵(lì)磁方式分類(lèi)直流發(fā)電機(jī)按勵(lì)磁方式分類(lèi) 自自 勵(lì)勵(lì) G Ia + Ua 他他 勵(lì)勵(lì) 串串 勵(lì)勵(lì) 復(fù)復(fù) 勵(lì)

6、勵(lì) 并并 勵(lì)勵(lì) Ia+ U If I GG IfIa+ U I + U IfI Ia If + Uf 1、直流發(fā)電機(jī)工作原理（機(jī)械能、直流發(fā)電機(jī)工作原理（機(jī)械能 電能）電能） N、S為為定子磁極定子磁極，abcd是電樞是電樞 線圈，線圈連同導(dǎo)磁圓柱體稱(chēng)為線圈，線圈連同導(dǎo)磁圓柱體稱(chēng)為 電機(jī)的電機(jī)的電樞電樞。線圈的首末端。線圈的首末端a、d 連接到兩個(gè)相互絕緣并可隨線圈連接到兩個(gè)相互絕緣并可隨線圈 一同旋轉(zhuǎn)的一同旋轉(zhuǎn)的換向片換向片上。轉(zhuǎn)子線圈上。轉(zhuǎn)子線圈 與外電路的連接是通過(guò)放置在換與外電路的連接是通過(guò)放置在換 向片上固定不動(dòng)的向片上固定不動(dòng)的電刷電刷進(jìn)行的。進(jìn)行的。 3.1.3 直流電機(jī)的工作原

7、理直流電機(jī)的工作原理 當(dāng)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)當(dāng)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí) 針旋轉(zhuǎn)針旋轉(zhuǎn) 后，如右圖。后，如右圖。 0 180 可見(jiàn)：可見(jiàn)： u線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是交變線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是交變 的，是交流電勢(shì)；的，是交流電勢(shì)； u通過(guò)換向器的作用，使電刷通過(guò)換向器的作用，使電刷 間的電勢(shì)為直流電勢(shì)。間的電勢(shì)為直流電勢(shì)。 N S N S U U 電刷電刷 換向片換向片 2、直流電動(dòng)機(jī)工作原理（電能、直流電動(dòng)機(jī)工作原理（電能 機(jī)械能）機(jī)械能） 注：對(duì)于每個(gè)線圈來(lái)講，線圈內(nèi)的電流是交變的）注：對(duì)于每個(gè)線圈來(lái)講，線圈內(nèi)的電流是交變的） u換向器和電刷的作用 n將刷間的直流電逆變成線圈中的交流電；將刷間的直

8、流電逆變成線圈中的交流電； n把外面不轉(zhuǎn)的電路與轉(zhuǎn)動(dòng)的電路連接。把外面不轉(zhuǎn)的電路與轉(zhuǎn)動(dòng)的電路連接。 u直流電機(jī)的可逆運(yùn)行 3、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩 1）電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)）電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 產(chǎn)生產(chǎn)生: :電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí), ,主磁場(chǎng)在電樞繞組中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)簡(jiǎn)稱(chēng)主磁場(chǎng)在電樞繞組中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)簡(jiǎn)稱(chēng) 為電樞電動(dòng)勢(shì)。為電樞電動(dòng)勢(shì)。 表示為表示為: : aE ECn Ea 大小：大?。篍a n v改變改變 或或 n 的大小，可使的大小，可使 Ea 大小發(fā)生變化大小發(fā)生變化 Ea 方向：取決于方向：取決于 和和 n 的方向的方向 v改變改變 的方向（即改變勵(lì)磁電流的方向（即

9、改變勵(lì)磁電流 If 的方向）的方向） v就可改變就可改變Ea的方向的方向 3、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩 2）電磁轉(zhuǎn)矩）電磁轉(zhuǎn)矩 產(chǎn)生產(chǎn)生: :電樞繞組中有電樞電流流過(guò)時(shí)電樞繞組中有電樞電流流過(guò)時(shí), ,在磁場(chǎng)內(nèi)受電磁力的在磁場(chǎng)內(nèi)受電磁力的 作用作用, ,該力與電樞鐵心半徑之積稱(chēng)為電磁轉(zhuǎn)矩。該力與電樞鐵心半徑之積稱(chēng)為電磁轉(zhuǎn)矩。 表示為表示為: : T 大?。捍笮。篢 Ia v改變改變 或或 Ia 的大小，可使的大小，可使 T 大小發(fā)生變化大小發(fā)生變化 T 方向：取決于方向：取決于 和和 Ia 的方向的方向 v改變改變 的方向（即改變勵(lì)磁電流的方向（即改變勵(lì)磁電流 If 的方向）的

10、方向） v就可改變就可改變T的方向的方向 Ta TCI 9.55 TE CC CT 與CE 之間的關(guān)系表達(dá)式 v推導(dǎo)： 則 a pN C a E 60 a pN C a T 2 a pN C a T 2 E C55. 9 a pNa 60 E C 2 60 2 60 ET CC55. 9 v圖中標(biāo)出了各量的參考方向：圖中標(biāo)出了各量的參考方向： U 電樞兩端的端電壓電樞兩端的端電壓 Ea電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) Ia 電樞電流電樞電流 T 電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩 TL 負(fù)載轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩 n 電機(jī)的轉(zhuǎn)速電機(jī)的轉(zhuǎn)速 Uf 勵(lì)磁電壓勵(lì)磁電壓 If 勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流 主磁通主磁通 TLTn If Ia E

11、a U Uf 圖圖3.9 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 各量的規(guī)定正方向各量的規(guī)定正方向 4、直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的基本方程式穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的基本方程式 v根據(jù)圖中規(guī)定的正方向根據(jù)圖中規(guī)定的正方向 v可以列出直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)可以列出直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí) 的基本方程式為：的基本方程式為： vU = EaIa Ra (3-5) vEa = CE n (3-6) vT = CT Ia (3-7) vT = T0T2 (3-8) vIf = UfRf (3-9) v = f ( If , Ia ) (3-10) Ia TLTn If Ea U Uf 圖圖3.9 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 各量

12、的規(guī)定正方向各量的規(guī)定正方向 電樞繞組電樞繞組 回路的電阻回路的電阻 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī) 空載轉(zhuǎn)矩空載轉(zhuǎn)矩 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī) 輸出轉(zhuǎn)矩輸出轉(zhuǎn)矩 勵(lì)磁繞組勵(lì)磁繞組 回路的電阻回路的電阻 基本方程式的應(yīng)用基本方程式的應(yīng)用 v舉例：舉例： v當(dāng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電源電壓當(dāng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電源電壓U、電樞回路電阻、電樞回路電阻Ra、 每極磁通量每極磁通量、負(fù)載轉(zhuǎn)矩、負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL已知情況下，如何根據(jù)已知情況下，如何根據(jù) 基本方程式，計(jì)算直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速基本方程式，計(jì)算直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速n？ 基本方程式的應(yīng)用基本方程式的應(yīng)用 v（1）計(jì)算電樞電流）計(jì)算電樞電流Ia v穩(wěn)態(tài)：穩(wěn)態(tài)：T = TL v（2

13、）計(jì)算電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)）計(jì)算電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ea v（3）計(jì)算電機(jī)的轉(zhuǎn)速）計(jì)算電機(jī)的轉(zhuǎn)速n L a TT TT I C C aaa EUI R a E E n C v U = EaIa Ra v上式兩邊同乘以電樞電流上式兩邊同乘以電樞電流Ia得得 v U Ia = Ea IaIa2 Ra (3-11) v即即 P1 = PMpCua (3-12) v式中，式中， vP1 = U Ia 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)從電源輸入的電功率從電源輸入的電功率 vPM = Ea Ia 電磁功率電磁功率，即把，即把電功率電功率轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率機(jī)械功率的那的那 部分功率部分功率 vpCua = Ia2 Ra 電樞回路總的電樞

14、回路總的銅損耗銅損耗 5、直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)功率關(guān)系功率關(guān)系 v T = T0T2 v把上式兩邊同乘以電樞機(jī)械角速度把上式兩邊同乘以電樞機(jī)械角速度得得 v T = T0T2 (3-13) v即即 v PM = p0P2 (3-14) v式中，式中， vPM = T 電磁功率電磁功率，理論上可以證明：，理論上可以證明：T = Ea Ia vp0 = T0 = pmpFe 空載損耗空載損耗，包括，包括鐵損耗鐵損耗 pFe 和和 機(jī)械摩擦損耗機(jī)械摩擦損耗 pm vP2 = T2 轉(zhuǎn)軸上轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率輸出的機(jī)械功率 電磁功率電磁功率PM = Ea Ia = T v證明：證明： v v v從上式

15、中可看出：從上式中可看出： v電機(jī)在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，把吸收的電機(jī)在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，把吸收的電功率電功率Ea Ia轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械機(jī)械 功率輸出功率輸出T給負(fù)載給負(fù)載 v這就是直流電動(dòng)機(jī)中，由這就是直流電動(dòng)機(jī)中，由電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，用功率表示的，用功率表示的 關(guān)系式關(guān)系式 aE ECn 9.55 TE CC 2 60 n Ta TCI Ma a PE I 9.55 T C Ea CnI Ta CIT 60 2 a I 他勵(lì)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的功率流程圖直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的功率流程圖 vP1 = PMpCua vPM = p0P2 vp0 = pmpFe P1 = U

16、IaPM = Ea Ia = TP2 = T2 pCua = Ia2 Ra p0 = pmpFe 輸出機(jī)械功率輸出機(jī)械功率電磁功率電磁功率輸入電功率輸入電功率 電樞回路電樞回路 總銅損耗總銅損耗 空載損耗空載損耗 v v P1 = PMpCua v PM = p0P2 v p0 = pmpFe v vP1 = PMpCua = p0P2pCua = pCuapFepmP2 v令總損耗令總損耗 v p = pCuapFepmps v則則 P1 =pP2 v式中，式中，ps 附加損耗或雜散損耗附加損耗或雜散損耗 他勵(lì)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的總損耗的總損耗 電動(dòng)機(jī)的效率電動(dòng)機(jī)的

17、效率 v v v額定負(fù)載時(shí)額定負(fù)載時(shí) v直流電動(dòng)機(jī)的效率與電機(jī)的容量有關(guān)直流電動(dòng)機(jī)的效率與電機(jī)的容量有關(guān) u10 kW以下的小型電機(jī)，效率約為以下的小型電機(jī)，效率約為75%85% u10100 kW的電機(jī)，效率約為的電機(jī)，效率約為85%90% u1001000 kW的電機(jī)，效率約為的電機(jī)，效率約為88%93% 12 PpP 2112 112 () 1(3 15) PPPPp PPPp (1) 額定電壓額定電壓 UN 發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)的 UN ：指輸出電壓的額定值。：指輸出電壓的額定值。 電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)的 UN ：指輸入電壓的額定值。：指輸入電壓的額定值。 (2) 額定電流額定電流 IN 發(fā)電機(jī)的

18、發(fā)電機(jī)的 IN ：指輸出電流的額定值。：指輸出電流的額定值。 電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)的 IN ：指輸入電流的額定值。：指輸入電流的額定值。 (3) 額定功率額定功率 PN 發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)的 PN ：指輸出電功率的額定值：指輸出電功率的額定值(UN IN ) 。 電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)的 PN ：指輸出機(jī)械功率的額定值：指輸出機(jī)械功率的額定值 (UN INN ) 。 3.1.4 直流電動(dòng)機(jī)的額定值直流電動(dòng)機(jī)的額定值 (4) 額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速 nN (5) 額定勵(lì)磁電壓額定勵(lì)磁電壓 UfN (6) 額定勵(lì)磁電流額定勵(lì)磁電流 IfN 額定狀態(tài)額定狀態(tài) ： 指指 U、I、P、n 均為額定值的狀態(tài)。均為額定值的狀態(tài)。

19、滿載狀態(tài)滿載狀態(tài) ： 指指 I = IN 的狀態(tài)。的狀態(tài)。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 附錄：各種損耗的含義 v電樞回路總銅損耗pCua = Ia2 Ra包括電樞回路所有相串聯(lián)的繞 組以及電刷與換向器表面電損耗在內(nèi) v空載損耗p0 = T0 = pmpFe v鐵損耗 pFe是指電樞鐵心在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)時(shí)，硅鋼片中的磁滯 與渦流損耗。這兩種損耗與磁密大小以及交變頻率有關(guān)，當(dāng) 電機(jī)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)速不變時(shí)，鐵損耗也幾乎不變 v機(jī)械摩擦損耗 pm包括軸承摩擦、電刷與換向器表面摩擦、 電機(jī)旋轉(zhuǎn)部分與空氣的摩擦以及風(fēng)扇所消耗的功率。這個(gè)損 耗與電機(jī)的轉(zhuǎn)速有關(guān)。當(dāng)轉(zhuǎn)速固定時(shí)，它幾乎也是常數(shù) 天津職業(yè)技術(shù)師范

20、大學(xué)機(jī)電工程系 附錄：各種損耗的含義 v附加損耗又稱(chēng)雜散損耗ps：前面討論時(shí)沒(méi)有考慮而實(shí)際中又 存在。例如電樞反應(yīng)把磁場(chǎng)扭歪，從而使鐵損耗增大；電樞 齒槽的影響造成磁場(chǎng)脈動(dòng)引起極靴及電樞鐵心的損耗增大等 等。此損耗一般不易計(jì)算，按額定功率的0.5%（有補(bǔ)償繞組 的直流電動(dòng)機(jī)）或1%（無(wú)補(bǔ)償繞組的直流電動(dòng)機(jī)）估算 v勵(lì)磁損耗pCuf包括勵(lì)磁繞組的銅損耗和勵(lì)磁回路外串電阻中 的損耗。如果是他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，pCuf由其他直流電源供給， 因此總損耗不包括這項(xiàng)損耗 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 例題2-1(P36) v例題2-1(P36) 已知一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的額 定功率PN = 110 kW，額定

21、電壓UN = 400 V， 額定電流IN = 276 A，額定轉(zhuǎn)速nN = 1 500 r/min，電樞回路總電阻Ra = 0.080 7 ，忽略 磁飽和影響。 v求額定運(yùn)行時(shí)： v（1）電磁轉(zhuǎn)矩；（2）輸出轉(zhuǎn)矩； v（3）輸入功率；（4）效率。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 例題2-1(P36) v解： v電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) v電磁功率 v（1）電磁轉(zhuǎn)矩 440276 0.080 7417.7 aNNNa EUI RVV 417.7276115.29 MaNN PEIWkW 115.29 9.559 550734.0 1 500 M N P TN mN m n 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系

22、例題2-1(P36) v（2）輸出轉(zhuǎn)矩 v（3）輸入功率 v（4）效率 2 110 9.559 550700.3 1 500 N N N P TN mN m n 1 440276121.44 NN PU IWkW 2 1 110 90.58% 121.44 P P 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 附錄：例題2-1(P36) v推導(dǎo)公式： v CT = 9.55 CE v Ea = CE n v PM = Ea Ia v v或 Ta TCI9.55 Ea CI9.55 E a Cn I n 9.55 a a E I n 9.55 M P n 9.55 M P T n 2 609.55 M nTn

23、 PTT 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 3.2 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 v定義： 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 是指電動(dòng)機(jī)的電樞電壓 U、勵(lì)磁電流 If 保持一定 （通常保持額定值）時(shí)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 3.2.1 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的 機(jī)械特性 v根據(jù)直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的基本方程式： v可求得轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系： a E E n C aa E UI R C 2 a EET RU T CC C 0 (232)nT (219) aaa UEI R (220) aE ECn (221) Ta TC 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 v他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的一般表達(dá)式： v

24、式中， 稱(chēng)為理想空載轉(zhuǎn)速 稱(chēng)為機(jī)械特性的斜率 0 E U n C 2 a ET R C C 2 a EET RU nT CC C 0 (232)nT 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的 機(jī)械特性曲線 n n0 nN TNT0 0 2 a EET RU nTnT CC C 0 E U n C 2 a ET R C C ybkx 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 考慮磁飽和時(shí)的機(jī)械特性曲線 vT Ia v由于有電樞反應(yīng) v產(chǎn)生去磁作用，使 v可使機(jī)械特性曲線下降程度減小 v甚至成水平或上翹的曲線 v曲線上翹對(duì)電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行不利 T0 0 n n 0 0 N E U n C n 2 a

25、ET R TT C C T 2 Na EET UR nT CC C 0 nT 0 n 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 1固有機(jī)械特性 v定義： 當(dāng)電動(dòng)機(jī)電樞兩端的電源電壓為額定電壓、氣隙磁通為 額定值、電樞回路不外串電阻 即U = UN、 = N、電樞回路外串電阻 R = 0 時(shí) 這種情況下的機(jī)械特性稱(chēng)為固有機(jī)械特性 v固有機(jī)械特性表達(dá)式： v特點(diǎn)：6條 2 Na ENETN UR nT CC C 2 a EET RU nT CC C 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 （1）其特性曲線是 一條略為下斜的直線 n n0 nN T0TNT0 0 n TS 圖2.20 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性曲線

26、 0 2 Na ENETN UR nTnT CC C T TNa T C a Naaa UEI R aNaa EUI R a E aEN ECn n 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 （2）其特性為硬特性 斜率 v值很小，特性 較平，習(xí)慣上 稱(chēng)為硬特性 v轉(zhuǎn)矩變化時(shí)， 轉(zhuǎn)速變化較小 v斜率大時(shí)的特 性，則稱(chēng)為軟 特性 n n0 nN T0TNT0 0 n TS 圖2.20 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性曲線 0 2 Na ENETN UR nTnT CC C 2 a ETN R C C 2 aETN RC C 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 （3）當(dāng) T = 0時(shí) 理想空載轉(zhuǎn)速 n n0 nN T

27、0TNT0 0 n TS 圖2.20 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性曲線 0 2 Na ENETN UR nTnT CC C 0 N EN U nn C 0T TNa T C 0 a aNaa EUI R aN EU 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 （3）當(dāng) T = 0時(shí) 理想空載轉(zhuǎn)速 v實(shí)際空載時(shí)， 電機(jī)本身還有 空載轉(zhuǎn)矩 v因此實(shí)際的空 載轉(zhuǎn)速為： n n0 nN T0TNT0 0 n TS 圖2.20 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性曲線 0 2 Na ENETN UR nTnT CC C 0 N EN U nn C 000 nnT 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 （4）當(dāng) T = TN 時(shí)，

28、轉(zhuǎn)速 n = nN 額定轉(zhuǎn)速降nN = TN vnN = n0 nN =TN vnN稱(chēng)為額定轉(zhuǎn) 速降 v一般nN約為0.95 n0 v而nN約為0.05 n0 v這是硬特性的數(shù) 值體現(xiàn) n n0 nN T0TNT0 0 n TS 圖2.20 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性曲線 0 2 Na ENETN UR nTnT CC C 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 （5）他勵(lì)、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 不允許在額定電壓下直接起動(dòng) v剛起動(dòng)時(shí) vIs稱(chēng)為起動(dòng)電流 vT = CT N IS = TS 稱(chēng)為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 v由于Ra很小，IS和 TS都比額定值大 很多 n n0 nN T0TNT0 0 n TS 圖2.20

29、 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性曲線 0 2 Na ENETN UR nTnT CC C 0n 0 aEN ECn N aS a U II R Naaa UEI R 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 （5）他勵(lì)、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 不允許在額定電壓下直接起動(dòng) v若 v則 v即 v起動(dòng)電流 IS = 20 IN 00 0.05 NNN nnnTn NTNN TC 0 N EN U n C N T 0.05 aNN R IU 0.050.05 N NS a U II R 2 a TNN ETN R CI C C aN EN R I C 0 0.05n0.05 N EN U C 2 a ETN R C C

30、2 a N ETN R T C C 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 （5）他勵(lì)、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 不允許在額定電壓下直接起動(dòng) v起動(dòng)電流 IS = 20 IN v起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 TS = CT N IS = 20 CT N IN = 20 TN vIS、TS比電樞額定電流、額定轉(zhuǎn)矩大幾十倍 v如此大的起動(dòng)電流會(huì)導(dǎo)致?lián)Q向器表面產(chǎn)生強(qiáng)烈火花， 甚至環(huán)火而燒壞換向器 v另外，過(guò)大的起動(dòng)電流會(huì)使起動(dòng)轉(zhuǎn)矩太大，造成機(jī) 械沖擊，易使設(shè)備受損 v所以他勵(lì)、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)一般不允許在額定電壓 下直接起動(dòng) 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 （6）當(dāng)T n0 電動(dòng)機(jī)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)狀態(tài)運(yùn)行 v在第象限 n n0 nN T0TNT

31、0 0 n TS 圖2.20 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性曲線 0 2 Na ENETN UR nTnT CC C 0T TNa T C 0 a Naaa UEI R aNaa EUI R aN EU 0 aEN N E N ECn U n C 0 nn aN EU 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 （6）當(dāng)T n0 電動(dòng)機(jī)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)狀態(tài)運(yùn)行 v當(dāng)T n0 v機(jī)械特性在第 象限 vT的實(shí)際方向 與 n 的方向相 反 v T由拖動(dòng)性轉(zhuǎn) 矩變?yōu)橹苿?dòng)性 轉(zhuǎn)矩 n n0 nN T0TNT0 0 n TS 圖2.20 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性曲線 0 2 Na ENETN UR nTnT CC C 天

32、津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 （6）當(dāng)T n0 電動(dòng)機(jī)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)狀態(tài)運(yùn)行 vT 0 Ia UN n n0 vT由拖動(dòng)性轉(zhuǎn)矩變?yōu)橹苿?dòng)性轉(zhuǎn)矩 vPM = Ea Ia 0，P1 = UN Ia Ea Ea + + - - T TL1 UN Ia TL2 Ea UN n T A B TL1TL2 +TL10 n nA nB n0 (a)電車(chē)平路行駛 (b)電車(chē)下坡 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 例題1 v例題已知一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)為： vPN = 75 kW，UN = 220 V，IN = 383 A，nN = 1 500 r/min v電樞回路總電阻Ra = 0.019 2 ， v忽略磁路飽

33、和的影響，求： v（1）理想空載轉(zhuǎn)速； v（2）固有機(jī)械特性的斜率； v（3）額定轉(zhuǎn)速降； v（4）若電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載TL = 0.82 TN運(yùn)行(TN為額定電 磁轉(zhuǎn)矩)，問(wèn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、電樞電流以及電樞電動(dòng)勢(shì)為多 大？ 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 v解： v（1）理想空載轉(zhuǎn)速 NNa EN N UI R C n 0 220 1 552/ min 0.141 76 N EN U nr C 220383 0.019 2 1 500 0.141 76min/Vr 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 v（2）斜率 v（3）額定轉(zhuǎn)速降 2 0.019 2 9.55 0.141 76 0 1 552

34、 1 50052/ min NN nnnr 2 a ETN R C C 2 9.55() a EN R C 0.100 04 9.55 TE CC 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 v（4）負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速降 v電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 v電樞電流 v電樞電動(dòng)勢(shì) 0.820.820.825242.6/ min LNN nTTnr 0 1 55242.61 509.4/ minnnnr 0.82 0.820.82 383314.06 NL aN TNTN TT IIA CC 0.141 76 1 509.4214.0 aEN ECnV 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 2人為機(jī)械特性 v定義： 當(dāng)直流電動(dòng)機(jī)的 v電

35、源電壓 v勵(lì)磁電流 v電樞回路串接電阻 v等參數(shù) 由于生產(chǎn)機(jī)械的需要而做人為調(diào)整時(shí) 其機(jī)械特性將相應(yīng)發(fā)生變化 變化后的特性稱(chēng)為人為機(jī)械特性 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 2人為機(jī)械特性 v根據(jù)固有機(jī)械特性表達(dá)式： v主要人為機(jī)械特性有三種： 電樞回路串接電阻 改變電樞電源電壓 減少氣隙磁通量 2 Na ENETN URR nT CC C 0 N EN U n C 2 a ETN RR C C n0 n TLT0 0 n 0 n 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 （1）電樞回路串接電阻時(shí)的 人為機(jī)械特性 v如圖所示，這時(shí) 電動(dòng)機(jī)電樞兩端的電源電壓為額 定電壓UN 氣隙磁通量為額定值N 電樞回路總

36、電阻為（Ra+R） v 與固有機(jī)械特性相比： 只是把電樞回路總電阻由Ra改成 （Ra+R ） 其余不變 If Ia Ea U Uf R 圖2.21 電樞回路 串接電阻R的原理圖 Ra 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 （1）電樞回路串接電阻時(shí)的 人為機(jī)械特性 v條件： U = UN， = N 改變R（總電阻Ra+R） v人為機(jī)械特性表達(dá)式 v特點(diǎn)： 理想空載轉(zhuǎn)速n0不變，與固 有機(jī)械特性相同 斜率隨(Ra+R)的增大成正 比例地增加，因而形成一組 過(guò)n0的放射狀直線 v用途：起動(dòng)和 nN 以下調(diào)速 Ra+R1 Ra+R2 R1 R2 固有 人為 n0 n TLT0 Ra 圖2.22 電樞回路串接

37、電阻的 人為機(jī)械特性曲線 2 Na ENETN URR nT CC C 0 N EN U n C 2 a ETN RR C C 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 （2）改變電樞電源電壓時(shí)的 人為機(jī)械特性 v條件： = N，R = 0，改變U v人為機(jī)械特性表達(dá)式 v特點(diǎn)： 斜率不變，與固有機(jī)械特性 相同，各條人為特性曲線平行 理想空載轉(zhuǎn)速n0與U成正比 v用途： 電機(jī)的起動(dòng)和 nN 以下調(diào)速 調(diào)速時(shí)保持硬度不變 TLT0 固有 人為 n n n 0 n 0 n 0 n N U U U N UUU n 圖2.23 改變電樞電源電壓時(shí)的 人為機(jī)械特性曲線 2 a ENETN RU nT CC C 0

38、 EN U n C 2 a ETN R C C 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 （3）減少氣隙磁通量時(shí)的 人為機(jī)械特性 v條件： U = UN，R = 0，改變 v人為機(jī)械特性表達(dá)式 v特點(diǎn)： 磁通減弱會(huì)使n0升高，因n0與 磁通成反比 磁通減弱會(huì)使斜率加大，因 與磁通的平方成反比 一組直線，它們既不平行也非 放射狀。磁通減弱時(shí)，特性上 移而且變軟 v用途：小范圍 nN 以上調(diào)速 TLT0 固有 人為 n n n 0 n 0 n 0 n N N n 圖2.24 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)減弱磁通 時(shí)的人為機(jī)械特性曲線 2 Na EET UR nT CC C 0 N E U n C 2 a ET R C C

39、 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 2.4 電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行條件 v定義： 所謂電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定問(wèn)題 也就是系統(tǒng)的工作點(diǎn)穩(wěn)定問(wèn)題 是指電力拖動(dòng)系統(tǒng)在某種擾動(dòng)作用下離開(kāi)了原工作點(diǎn) （或平衡狀態(tài)）后，是否能在新的條件下運(yùn)行于新的工 作點(diǎn)（或平衡狀態(tài)） 且在擾動(dòng)消失后，系統(tǒng)是否還能回到原來(lái)的工作點(diǎn)（或 平衡狀態(tài)） v“擾動(dòng)”含義： 一般是指電網(wǎng)電壓的波動(dòng)或負(fù)載的微小變化 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的 必要條件 v電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的 v必要條件是： v動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩（T - TL）為零 v即 v T = TL v工作點(diǎn)：電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性曲線 和負(fù)載特性曲線的交點(diǎn) v問(wèn)題： v是

40、否每一個(gè)工作點(diǎn)（平衡狀態(tài)） 都是穩(wěn)定的呢？ A T n n0 TL0 1 2 圖 系統(tǒng)運(yùn)行工作點(diǎn) 3 B 0 n 機(jī)械 特性 負(fù)載 特性 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行分析 v若出現(xiàn)干擾 v機(jī)械特性曲線1曲線 v由于系統(tǒng)機(jī)械慣性GD2 v轉(zhuǎn)速不能突變 vTB TL升速Tn v回到曲線1和2交點(diǎn)A，TA = TL v系統(tǒng)進(jìn)入新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài) v又返回A點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行 v因此 A 點(diǎn)屬穩(wěn)定工作點(diǎn) A B C T n n0 TBTLTC0 1 2 0 n A 1 圖2.26 電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行分析 A A 經(jīng)歷了 CA的過(guò)程 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 拖動(dòng)系統(tǒng)的不穩(wěn)定運(yùn)行分

41、析 v若出現(xiàn)干擾 v機(jī)械特性曲線1曲線 v由于系統(tǒng)機(jī)械慣性GD2 v轉(zhuǎn)速不能突變 vTB TL升速Tn vTL仍不變n v轉(zhuǎn)速不斷升高 v造成飛車(chē) A B T n n0 TBTL0 1 2 0 n 1 1 圖2.27 拖動(dòng)系統(tǒng)的不穩(wěn)定運(yùn)行分析 1 A點(diǎn)曲線 的B點(diǎn) 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 拖動(dòng)系統(tǒng)的不穩(wěn)定運(yùn)行分析 v干擾消失后 v機(jī)械特性又變成曲線1 v轉(zhuǎn)速不能突變 vC點(diǎn)曲線1的D點(diǎn) vTD TL升速Tn v也就是說(shuō) v干擾消失后，系統(tǒng)不能回到原 工作點(diǎn) A 穩(wěn)定運(yùn)行 v因此 A 點(diǎn)屬不穩(wěn)定工作點(diǎn) A B C T n n0 TBTLTD0 1 2 0 n 1 D 圖2.27 拖動(dòng)系統(tǒng)

42、的不穩(wěn)定運(yùn)行分析 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的 充分必要條件 v結(jié)論： 對(duì)于拖動(dòng)系統(tǒng) 其工作點(diǎn)（平衡狀態(tài)）穩(wěn)定運(yùn)行的 充分必要條件是： vT = TL，且 L dTdT dndn 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 系統(tǒng)帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí) 穩(wěn)定運(yùn)行的充要條件 v特例： 對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，因?yàn)閐TL/dn = 0 所以恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載平衡狀態(tài) 穩(wěn)定的充要條件是： v在T = TL處，電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的硬度 v即機(jī)械特性曲線應(yīng)稍微向下傾斜 L dTdT dndn 0 dT dn 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 3.3.1 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 起動(dòng)性能起動(dòng)性能 起動(dòng)電流

43、起動(dòng)電流 Ist 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 Tst。 直接起動(dòng)直接起動(dòng) 起動(dòng)瞬間：起動(dòng)瞬間： n = 0，E = 0， Ist = U a Ra 對(duì)于他勵(lì)電機(jī)對(duì)于他勵(lì)電機(jī) = (10 20) IN 換向決不允許換向決不允許! T = Tst = CT Ist = (10 20) TN 1. 降低電樞電壓起動(dòng)降低電樞電壓起動(dòng) 需要可調(diào)直流電源。需要可調(diào)直流電源。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 O T (Ia) n 2. 電樞串聯(lián)電阻起動(dòng)電樞串聯(lián)電阻起動(dòng) T1 (I1) TL (IL) T2 (I2) a1 a2 (1) 起動(dòng)過(guò)程起動(dòng)過(guò)程 串聯(lián)串聯(lián) (Rst1+Rst2) 起動(dòng)：起動(dòng)： R2 = RaR

44、st1Rst2 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 (電流電流)：T1 (I1) = (1.5 2.0) TN (IaN) 切除切除 Rst2 ：R1 = RaRst1 切換轉(zhuǎn)矩切換轉(zhuǎn)矩 (電流電流)： T2 (I2) = (1.1 1.2) TL (IL) b2 b1 8.2 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) M If Ua Ia Uf Rst1 Rst2 TM b a 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 O T (Ia) n T1 (I1) TL (IL) T2 (I2) a1 a2 b2 b1 TM b a 切除切除 Rst1 ：R0 = Ra 8.2 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) M I

45、f Ua Ia Uf Rst1 Rst2 起動(dòng)起動(dòng) a1 點(diǎn)點(diǎn)a2 點(diǎn)點(diǎn) 加速加速 瞬間瞬間 n 不變不變 b1 點(diǎn)點(diǎn) c c1 c2 p 切除切除Rst1 b2 點(diǎn)點(diǎn) 加速加速切除切除Rst2 c1 點(diǎn)點(diǎn) c2 點(diǎn)點(diǎn) 加速加速 p 點(diǎn)。點(diǎn)。 加速加速 瞬間瞬間 n 不變不變 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 起切電流（轉(zhuǎn)矩）比：起切電流（轉(zhuǎn)矩）比： 求出電樞電路電阻求出電樞電路電阻 Ra 若忽略若忽略 T0 ，則，則 P2 = Pe = EIa ，在額定運(yùn)行時(shí)，在額定運(yùn)行時(shí) (2) 起動(dòng)級(jí)數(shù)未定時(shí)的起動(dòng)電阻的計(jì)算起動(dòng)級(jí)數(shù)未定時(shí)的起動(dòng)電阻的計(jì)算 確定起動(dòng)電流確定起動(dòng)電流 I1 和切換電流和切換電

46、流 I2 I1 (T1) = (1.5 2.0) IaN (TN) I2 (T2) = (1.1 1.2) IL (TL) = I1 I2 8.2 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) R = UaNE IaN = UaN IaN PN IaN 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 求出起動(dòng)時(shí)的電樞總電阻求出起動(dòng)時(shí)的電樞總電阻 Rm 確定起動(dòng)級(jí)數(shù)確定起動(dòng)級(jí)數(shù) m m = Rm Ra lg lg Rm = UaN I1 8.2 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 nb2 = nc1 即：即：Eb2 = Ec1 UaNR1I2 = UaNR0I1 R1I2 =

47、R0I1 R1 =R0 同理，由同理，由 na2 = nb1 可得可得 R2 =R1 對(duì)于對(duì)于 m 級(jí)起動(dòng)，有級(jí)起動(dòng)，有 Rm=mR0 重新計(jì)算重新計(jì)算 ，校驗(yàn)，校驗(yàn) I2 是否在規(guī)定的范圍內(nèi)是否在規(guī)定的范圍內(nèi) =2R0 8.2 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) O T (Ia) n T1 (I1) TL (IL) T2 (I2) a1 a2 b2 b1 b a c c1 c2 p = Rm Ra m 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 確定各段總電阻值和各段電阻值確定各段總電阻值和各段電阻值 各段總電阻值：各段總電阻值：R1 =R0 = Ra R2 =R1=2Ra R3 =R2=3Ra

48、Rm =Rm 1 = mR a 各段電阻值：各段電阻值： Rst1 = R1Ra Rst2 = R2R1 Rst3 = R3R2 Rstm = RmRm 1 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 (3) 起動(dòng)級(jí)數(shù)已定時(shí)的起動(dòng)電阻的計(jì)算起動(dòng)級(jí)數(shù)已定時(shí)的起動(dòng)電阻的計(jì)算 選擇起動(dòng)電流選擇起動(dòng)電流 I1 。 測(cè)出或由銘牌數(shù)據(jù)估算出測(cè)出或由銘牌數(shù)據(jù)估算出 Ra 。 計(jì)算計(jì)算Rm 。 計(jì)算計(jì)算 。 計(jì)算切換電流計(jì)算切換電流 I2 ，并校驗(yàn)之。，并校驗(yàn)之。 確定各段總電阻值和各段電阻值。確定各段總電阻值和各段電阻值。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 【例例1】 一臺(tái)一臺(tái) Z4 系列他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，系列他勵(lì)直流電動(dòng)

49、機(jī)， PN = 200 kW，UaN = 440 V，IaN = 497 A，nN = 1 500 r/min ，Ra = 0.076 ，采用電樞串電阻起動(dòng)。求起動(dòng)級(jí)數(shù)和各級(jí)起動(dòng)，采用電樞串電阻起動(dòng)。求起動(dòng)級(jí)數(shù)和各級(jí)起動(dòng) 電阻電阻 。 解：解： (1) 選擇選擇 I1 和和 I2 I1 = (1.5 2.0) IaN = (745.5 994) A I2 = (1.1 1.2) IaN = (546.7 596.4) A 取取 I1 = 840 A， I2 = 560 A。 (2) 求出起切電流比求出起切電流比 (3) 求出起動(dòng)時(shí)的電樞總電阻求出起動(dòng)時(shí)的電樞總電阻 Rm 840 560 = =

50、 1.5 = I1 I2 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 (4) 求出起動(dòng)級(jí)數(shù)求出起動(dòng)級(jí)數(shù) m 取取 m = 5。 (5) 重新計(jì)算重新計(jì)算 ，校驗(yàn)，校驗(yàn) I2 440 840 = = 0.524 Rm = UaN I1 m = Rm Ra lg lg = = 4.76 0.524 0.076 lg1.5 lg = Rm Ra m 0.524 0.076 = 1.47 5 840 1.47 = A = 571 A I2 = I1 (在規(guī)定的范圍內(nèi)在規(guī)定的范圍內(nèi)) 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 (6) 求出各段總電阻值和各段電阻值求出各段總電阻值和各段電阻值 R1 =Ra R2 =2Ra R3

51、 =3Ra R4 =4Ra R5 =5Ra Rst1 = R1Ra Rst2 = R2R1 Rst3 = R3R2 Rst4 = R4R3 Rst5 = R5R4 = 1.470.076 = 0.11 = 1.4720.076 = 0.16 = 1.4730.076 = 0.24 = 1.4740.076 = 0.35 = 1.4750.076 = 0.52 = (0.110.076 ) = 0.034 = (0.160.11 ) = 0.05 = (0.240.16 ) = 0.08 = (0.350.24 ) = 0.11 = (0.520.35 ) = 0.17 3.3.2 他勵(lì)直流電動(dòng)

52、機(jī)的調(diào)速他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 n = CE Ua Ra CECT2 T UaRa 1. 改變電樞電阻調(diào)速改變電樞電阻調(diào)速 O T n M If Ua Ia Uf Rr Ra RaRr TL b c n0 a 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 a O T n Ra RaRr n0 TL TL b c O T n Ra RaRr n0 b c a 調(diào)速方向：在調(diào)速方向：在 nN 以下以下 調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)。 (Ra + Rr) n ，(Ra + Rr) n 。 調(diào)速的穩(wěn)定性調(diào)速的穩(wěn)定性 (Ra + Rr) 穩(wěn)定性變差。穩(wěn)定性變差。 調(diào)速范圍：受穩(wěn)定性影響，調(diào)速范圍：受穩(wěn)定性影響，D 較小。較小。 天津職業(yè)

53、技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 調(diào)速的平滑性調(diào)速的平滑性 電樞電路總電阻電樞電路總電阻 PCu = R Ia2 = Ua Ia E Ia = Ua Ia (1 E / Ua) = Ua Ia (1 n / n0) = P1P P1 = n n0 低速效率低。低速效率低。 調(diào)速時(shí)的允許負(fù)載調(diào)速時(shí)的允許負(fù)載 T = CTN IaN 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。 取決于取決于 Ra 的調(diào)節(jié)方式，一般為有級(jí)調(diào)速。的調(diào)節(jié)方式，一般為有級(jí)調(diào)速。 調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性 P1 = Ua Ia = E IaR Ia2 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 結(jié)論：結(jié)論： (1) 調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性很差。調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性很差。 (2) 調(diào)

54、速方法簡(jiǎn)單，控制設(shè)備不復(fù)雜。調(diào)速方法簡(jiǎn)單，控制設(shè)備不復(fù)雜。 (3) 一般用于一般用于 串勵(lì)或復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的電車(chē)、串勵(lì)或復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的電車(chē)、 煉鋼車(chē)間的澆鑄吊車(chē)等生產(chǎn)機(jī)械。煉鋼車(chē)間的澆鑄吊車(chē)等生產(chǎn)機(jī)械。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 【例例2】 一臺(tái)他勵(lì)電動(dòng)機(jī)，一臺(tái)他勵(lì)電動(dòng)機(jī)， PN = 4 kW，UaN = 160 V，IaN = 34.4 A，nN = 1 450 r/min ，用它拖動(dòng)通風(fēng)機(jī)負(fù)載，用它拖動(dòng)通風(fēng)機(jī)負(fù)載 運(yùn)行?，F(xiàn)采用改變電樞電路電阻調(diào)速。試問(wèn)要使轉(zhuǎn)速降低運(yùn)行?，F(xiàn)采用改變電樞電路電阻調(diào)速。試問(wèn)要使轉(zhuǎn)速降低 至至 1 200 r/min，需在電樞電路串聯(lián)多大的電阻，需

55、在電樞電路串聯(lián)多大的電阻 Rr ？ 解：解： 電樞電阻電樞電阻 116.31 1 450 = = 0.080 2 CE = E nN Ra = UaN IaN PN IaN = = 1.27 160 34.4 4 000 34.4 額定運(yùn)行時(shí)額定運(yùn)行時(shí) E = UaNRa IaN = (160 1.2734.4) V = 116.31 V 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 CT = 9.55 CE = 9.550.080 2 = 0.766 60 2 PN nN TN = 60 6.28 4 000 1 450 = Nm = 26.36 Nm 對(duì)于通風(fēng)機(jī)負(fù)載對(duì)于通風(fēng)機(jī)負(fù)載 T n2， 當(dāng)當(dāng) n

56、= 1 200 r/min 時(shí)時(shí) n = n0n = (1 9951 200) r/min = 795 r/min 由于由于 n nN T = TN 2 1 200 1 450 = 26.36 Nm = 18.05 Nm 2 UaN CE n0 = 160 0.080 2 = r/min = 1 995 r/min RaRr CECT2 n = T 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 由此求得由此求得 n T Rr = CECT2 Ra 795 18.05 = 0.080 20.766 1.27 = 1.436 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 2. 改變電樞電壓調(diào)速改變電樞電壓調(diào)速 O T n U

57、a Ua TL b c n0 n0 a 調(diào)速方向：調(diào)速方向： 在在 UN（或（或nN）以下調(diào)節(jié)。）以下調(diào)節(jié)。 Ua n ，Ua n 。 調(diào)速的平滑性：調(diào)速的平滑性： 連續(xù)調(diào)節(jié)連續(xù)調(diào)節(jié) Ua ，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。 調(diào)速的穩(wěn)定性：調(diào)速的穩(wěn)定性： 改變改變 Ua 調(diào)速范圍：調(diào)速范圍：D 不大（不大（D8） 。 調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性：需要專(zhuān)用直流電源。調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性：需要專(zhuān)用直流電源。 調(diào)速時(shí)的允許負(fù)載調(diào)速時(shí)的允許負(fù)載: T = CTN IaN 、 不變，不變， 但但 穩(wěn)定性變差。穩(wěn)定性變差。 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 【例例3】 例例2中的他勵(lì)電動(dòng)機(jī)，拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩

58、負(fù)載運(yùn)中的他勵(lì)電動(dòng)機(jī)，拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn) 行，行，TL = TN?，F(xiàn)采用改變電樞電壓調(diào)速。試問(wèn)要使轉(zhuǎn)速降?，F(xiàn)采用改變電樞電壓調(diào)速。試問(wèn)要使轉(zhuǎn)速降 低至低至 1 000 r/min，電樞電壓應(yīng)降低到多少，電樞電壓應(yīng)降低到多少 ？ 解：解： 已知已知 Ra = 1.27 ， CE = 0.080 2， CT = 0.766，TN = 26.36 Nm 。 = 544.94 r/min n0 = n n = (1 000 544.94) r/min = 1 544.94 r/min Ua = CE n0 = 0.080 21 544.94 V = 123.9 V Ra CECT2 n = T 1.27

59、 0.080 20.766 = 26.36 r/min 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 3. 改變勵(lì)磁電流調(diào)速改變勵(lì)磁電流調(diào)速 TL n不能躍變不能躍變 E = CE n O T n 2 1 b c a n0 n0 If E Ia T n E 下降至某一最小值后回升下降至某一最小值后回升 Ia 和和 T 上升至某一最大值后下降上升至某一最大值后下降 T = TL ，n = nc 。 調(diào)速方向調(diào)速方向 在在 nN 以上（以上（IfN 以下）調(diào)節(jié)。以下）調(diào)節(jié)。 調(diào)速的平滑性調(diào)速的平滑性 連續(xù)調(diào)節(jié)連續(xù)調(diào)節(jié)Uf（或（或Rf）可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。）可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 調(diào)速的穩(wěn)定

60、性調(diào)速的穩(wěn)定性 調(diào)速范圍調(diào)速范圍 受機(jī)械強(qiáng)度（受機(jī)械強(qiáng)度（nmax）的限制，）的限制，D 不大。不大。 普通普通 M ：D = 2，特殊設(shè)計(jì)的，特殊設(shè)計(jì)的 M ：D = 4。 調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)Rf 比較經(jīng)濟(jì)；比較經(jīng)濟(jì)； 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)Uf 則需要專(zhuān)用直流電源。則需要專(zhuān)用直流電源。 調(diào)速時(shí)的允許負(fù)載調(diào)速時(shí)的允許負(fù)載 T ，n ， n ，n0 不變，不變， 穩(wěn)定性好。穩(wěn)定性好。 P 基本不變，基本不變， 為恒功率調(diào)速。為恒功率調(diào)速。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)電工程系 應(yīng)用應(yīng)用 不經(jīng)常逆轉(zhuǎn)的重型機(jī)床。不經(jīng)常逆轉(zhuǎn)的重型機(jī)床。 如：國(guó)產(chǎn)如：國(guó)產(chǎn) C660、C670 等機(jī)床，等機(jī)床， 重型龍門(mén)刨