《電機學(xué)》完整PPT課件（全套）

1、緒論第一章 直流電機第二章 直流電動機的電力拖動第三章 變壓器第四章 三相異步電動機第五章 三相異步電動機的電力拖動第六章 同步電機第七章 驅(qū)動和控制微電機第八章 電力拖動系統(tǒng)中電動機的選擇電機及拖動電子教案緒 論 電機是利用電磁感應(yīng)原理工作的機械。 電機常用的分類方式有兩種：一是按功能分，有發(fā)電機、電動機、變壓器和控制電機四大類；二是按電機結(jié)構(gòu)或轉(zhuǎn)速分，有變壓器和旋轉(zhuǎn)電機。0.1 電機及電力拖動系統(tǒng)概述兩種方法歸納如下： 電機變壓器直流電機直流發(fā)電機直流電動機交流電機控制電機同步電機同步發(fā)電機同步電動機異步電機異步發(fā)電機異步電動機緒 論 電機拖動系統(tǒng)是用電動機來拖動機械運行的系統(tǒng)。包括：電動

2、機、傳動機構(gòu)、生產(chǎn)機械、控制設(shè)備和電源五個部分。0.1 電機及電力拖動系統(tǒng)概述它們之間的關(guān)系如下 電動機傳動機構(gòu)生產(chǎn)負載控制設(shè)備電源緒 論 本課程是工業(yè)電氣石自動化、電氣技術(shù)和供用電技術(shù)等專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。0.2 本課程的性質(zhì)、任務(wù)和內(nèi)容 本課程的任務(wù)是讓學(xué)生掌握電機制基本結(jié)構(gòu)和工作原理，以及拖動系統(tǒng)的運行性能、分析計算、電機選擇及試驗方法，培養(yǎng)在電機及電力拖動方面分析和解決問題的能力，為今后學(xué)習(xí)和工作打下堅實的基礎(chǔ)。 本課程的內(nèi)容有直流電機、直流電動機的電力拖動、變壓器、三相異步電動機、三相異步電動機的電力拖動、同步電機、驅(qū)動和微控電機、電動機的選擇八個部分。緒 論 電機及拖動是一門理論

3、性很強的技術(shù)基礎(chǔ)課，同時又具有專業(yè)課的性質(zhì)，涉及的基礎(chǔ)理論和實際知識面廣，是電磁學(xué)、動力學(xué)、熱力學(xué)等學(xué)科知識的綜合。用理論分析電機及拖動的實際問題時，必須結(jié)合電機的具體結(jié)構(gòu)，采用工程觀點和分析方法。掌握基本理論的同時，還要注意培養(yǎng)實驗操作技能和計算方法。0.3 本課程的特點及學(xué)習(xí)方法 為了學(xué)好本門課程，必須做到以下幾點：1、抓主要矛盾，有條件地略去一些次要因素；2、抓住重點，牢固掌握基本概念、基本原理和主要特性；3、要有良好的學(xué)習(xí)方法，運用對比或比較的方法，分析電機的共性和特點，加深對原理和性能的理解；4、理論聯(lián)系實際，重視科學(xué)實驗和工程實踐；5、充分預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)。 1.2 1.2 直流電機電樞

4、繞組簡介直流電機電樞繞組簡介1.3 1.3 直流電機的電樞反應(yīng)直流電機的電樞反應(yīng) 本章主要討論直流電機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，討論直流電機的磁場分布、感應(yīng)電動勢、電磁轉(zhuǎn)矩、電樞反應(yīng)及影響、換向及改善換向方法，從應(yīng)用角度分析直流發(fā)電機的運行特性和直流電動機的工作特性。1.4 1.4 直流電機的電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩直流電機的電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩1.5 1.5 直流電機的換向直流電機的換向1.6 1.6 直流發(fā)電機直流發(fā)電機1.7 1.7 直流電動機直流電動機1.1 直流電機的基本工作原理與結(jié)構(gòu)直流電機的基本工作原理與結(jié)構(gòu)1.1.1直流電機的主要結(jié)構(gòu)1.1 直流電機的基本工作原理和結(jié)構(gòu)主磁極換向磁極電

5、刷裝置機座端蓋定子轉(zhuǎn)子電樞鐵心電樞繞組換向器轉(zhuǎn)軸軸承1.1.2 直流電機的工作原理1.1 直流電機的基本工作原理和結(jié)構(gòu)一、直流發(fā)電機工作原理 右圖為直流發(fā)電機的物理模型，N、S為定子磁極，abcd是固定在可旋轉(zhuǎn)導(dǎo)磁圓柱體上的線圈，線圈連同導(dǎo)磁圓柱體稱為電機的轉(zhuǎn)子或電樞。線圈的首末端a、d連接到兩個相互絕緣并可隨線圈一同旋轉(zhuǎn)的換向片上。轉(zhuǎn)子線圈與外電路的連接是通過放置在換向片上固定不動的電刷進行的。 直流發(fā)電機是將機械能轉(zhuǎn)變成電能的旋轉(zhuǎn)機械。 當原動機驅(qū)動電機轉(zhuǎn)子逆時針旋轉(zhuǎn)時同，線圈abcd將感應(yīng)電動勢。如右圖，導(dǎo)體ab在N極下，a點高電位，b點低電位；導(dǎo)體cd在S極下，c點高電位，d點低電位；

6、電刷A極性為正，電刷B極性為負。 1.1.2 直流電機的工作原理1.1 直流電機的基本工作原理和結(jié)構(gòu)一、直流發(fā)電機工作原理 當原動機驅(qū)動電機轉(zhuǎn)子逆時針旋轉(zhuǎn) 后 ，如右圖。0180 可見，和電刷A接觸的導(dǎo)體總是位于N極下，和電刷B接觸的導(dǎo)體總是位于S極下， 導(dǎo)體ab在S極下，a點低電位，b點高電位；導(dǎo)體cd在N極下，c點低電位，d點高電位；電刷A極性仍為正，電刷B極性仍為負。1.1.2 直流電機的工作原理1.1 直流電機的基本工作原理和結(jié)構(gòu)一、直流發(fā)電機工作原理 可見，和電刷A接觸的導(dǎo)體總是位于N極下，和電刷B接觸的導(dǎo)體總是位于S極下，因此電刷A的極性總是正的，電刷B的極性總是負的，在電刷A、B

7、兩端可獲得直流電動勢。 實際直流發(fā)電機的電樞是根據(jù)實際需要有多個線圈。線圈分布在電樞鐵心表面的不同位置，按照一定的規(guī)律連接起來，構(gòu)成電機的電樞繞組。磁極也是根據(jù)需要N、S極交替旋轉(zhuǎn)多對。1.1.2 直流電動機的工作原理1.1 直流電機的基本工作原理和結(jié)構(gòu)二、直流電動機工作原理 把電刷A、B接到直流電源上，電刷A接正極，電刷B接負極。此時電樞線圈中將電流流過。如右圖。 直流電動機是將電能轉(zhuǎn)變成機械能的旋轉(zhuǎn)機械。 在磁場作用下，N極性下導(dǎo)體ab受力方向從右向左，S 極下導(dǎo)體cd受力方向從左向右。該電磁力形成逆時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。當電磁轉(zhuǎn)矩大于阻轉(zhuǎn)矩時，電機轉(zhuǎn)子逆時針方向旋轉(zhuǎn)。1.1.2 直流電動機

8、的工作原理1.1 直流電機的基本工作原理和結(jié)構(gòu)二、直流電動機工作原理原N極性下導(dǎo)體ab轉(zhuǎn)到S極下，受力方向從左向右，原S 極下導(dǎo)體cd轉(zhuǎn)到N極下，受力方向從右向左。該電磁力形成逆時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。線圈在該電磁力形成的電磁轉(zhuǎn)矩作用下繼續(xù)逆時針方向旋轉(zhuǎn)。 當電樞旋轉(zhuǎn)到右圖所示位置時 同直流發(fā)電機相同，實際的直流電動機的電樞并非單一線圈，磁極也并非一對。1.1.3 直流電機的銘牌數(shù)據(jù)1.1 直流電機的基本工作原理和結(jié)構(gòu)額定條件下電機所能提供的功率NP額定功率指電刷間輸出的額定電功率發(fā)電機指軸上輸出的機械功率電動機發(fā)電機：是指輸出額定電壓；電動機：是指輸入額定電壓。在額定工況下，電機出線端的平均電壓

9、NU額定電壓在額定電壓下，運行于額定功率時對應(yīng)的電流NI額定電流在額定電壓、額定電流下，運行于額定功率時對應(yīng)的轉(zhuǎn)速Nn額定轉(zhuǎn)速1.1.3 直流電機的銘牌數(shù)據(jù)1.1 直流電機的基本工作原理和結(jié)構(gòu) 此外，電機銘牌上還標有其它數(shù)據(jù)，如勵磁電壓、出廠日期、出廠編號等。 電機運行時，所有物理量與額定值相同電機運行于額定狀態(tài)。電機的運行電流小于額定電流欠載運行；運行電流大于額定電流過載運行。長期欠載運行將造成電機浪費，而長期過載運行會縮短電機的使用壽命。電機最好運行于額定狀態(tài)或額定狀態(tài)附近，此時電機的運行效率、工作性能等比較好。fNI額定勵磁電流對應(yīng)于額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速及額定功率時的勵磁電流指直

10、流電機的勵磁線圈與電樞線圈的連接方式勵磁方式1.2.1 直流樞繞組基本知識1.2 直流電機的電樞繞組簡介元件：構(gòu)成繞組的線圈稱為繞組元件，分單匝和多匝兩種。元件的首末端：每一個元件均引出兩根線與換向片相連，其中一根稱為首端，另一根稱為末端。極距：相鄰兩個主磁極軸線沿電樞表面之間的距離，用 表示。pD2疊繞組：指串聯(lián)的兩個元件總是后一個元件的端接部分緊疊在前一個元件端接部分，整個繞組成折疊式前進。波繞組：指把相隔約為一對極距的同極性磁場下的相應(yīng)元件串聯(lián)起來，象波浪式的前進。1.2.1 直流樞繞組基本知識1.2 直流電機的電樞繞組簡介合成節(jié)距 ：連接同一換向片上的兩個元件對應(yīng)邊之間的距離。y第一節(jié)

11、距 ：一個元件的兩個有效邊在電樞表面跨過的距離。1y第二節(jié)距 ：連至同一換向片上的兩個元件中第一個元件的下層邊與第二個元件的上層邊間的距離。2y21yyy單疊繞組21yyy單波繞組換向節(jié)距 ：同一元件首末端連接的換向片之間的距離。ky1.2.2 單疊繞組1.2 直流電機的電樞繞組簡介 單疊繞組的特點是相鄰元件(線圈)相互疊壓,合成節(jié)距與換向節(jié)距均為1，即： 。1kyy 單疊繞組的展開圖是把放在鐵心槽里、構(gòu)成繞組的所有元件取出來畫在一張圖里，展示元件相互間的電氣連接關(guān)系及主磁極、換向片、電刷間的相對位置關(guān)系。1.2.2 單疊繞組1.2 直流電機的電樞繞組簡介根據(jù)單疊繞組的展開圖可以得到繞組的并聯(lián)

12、支路電路圖(下圖)。單疊繞組的的特點：1） 同一主磁極下的元件串聯(lián)成一條支路，主磁極數(shù)與支路數(shù)相同。2）電刷數(shù)等于主磁極數(shù)，電刷位置應(yīng)使感應(yīng)電動勢最大，電刷間電動勢等于并聯(lián)支路電動勢。3）電樞電流等于各支路電流之和。1.2.3 單波繞組1.2 直流電機的電樞繞組簡介 單波繞組的特點是合成節(jié)距與換向節(jié)距相等，展開圖如下圖所示。 兩個串聯(lián)元件放在同極磁極下，空間位置相距約兩個極距；沿圓周向一個方向繞一周后，其末尾所邊的換向片落在與起始的換向片相鄰的位置。1.2.3 單波繞組1.2 直流電機的電樞繞組簡介單波繞組的并聯(lián)支路圖如右圖所示。單波繞組的特點1）同極下各元件串聯(lián)起來組成一條支路，支路對數(shù)為1

13、，與磁極對數(shù)無關(guān)；2）當元件的幾何形狀對稱時，電刷在換向器表面上的位置對準主磁極中心線，支路電動勢最大；3）電刷數(shù)等于磁極數(shù)；4）電樞電動勢等于支路感應(yīng)電動勢；5）電樞電流等于兩條支路電流之和。1.3.1直流電機的空載磁場1.3 直流電機的電樞反應(yīng) 直流電機工作中，主磁極產(chǎn)生主磁極磁動勢，電樞電流產(chǎn)生電樞磁動勢。電樞磁動勢對主極磁動勢的影響稱為 電樞反應(yīng)。 右圖為一臺四極直流電機空載時的磁場示意圖。當勵磁繞組的串聯(lián)匝數(shù)為 ，流過電流為 ，每極的勵磁磁動勢為：fNfIfffNIF 1.3.1直流電機的空載磁場1.3 直流電機的電樞反應(yīng) 直流電機中，主磁通是主要的，它能在電樞繞組中感應(yīng)電動勢或產(chǎn)生

14、電磁轉(zhuǎn)矩，而漏磁通沒有這個作用，它只是增加主磁極磁路的飽和程度。在數(shù)量上，漏磁通比主磁通小得多，大約是主磁通的20%。磁力線由N極出來，經(jīng)氣隙、電樞齒部、電樞鐵心的鐵軛、電樞齒部、氣隙進入S極，再經(jīng)定子鐵軛回到N極主磁通主磁通主磁路磁力線不進入電樞鐵心，直接經(jīng)過氣隙、相鄰磁極或定子鐵軛形成閉合回路漏磁通漏磁通漏磁路1.3.1直流電機的空載磁場1.3 直流電機的電樞反應(yīng) 空載時，勵磁磁動勢主要消耗在氣隙上。當忽略鐵磁材料的磁阻時，主磁極下氣隙磁通密度的分布就取決于氣隙的大小和形狀。 如右圖 (a) 所示幾何中性線極靴極身（a）氣隙形狀 磁極中心及附近的氣隙小且均勻，磁通密度較大且基本為常數(shù)，靠近

15、極尖處，氣隙逐漸變大，磁通密度減?。粯O尖以外，氣隙明顯增大，磁通密度顯著減少，在磁極之間的幾何中性線處，氣隙磁通密度為零。1.3.1 直流電機的空載磁場1.3 直流電機的電樞反應(yīng) 空載時的氣隙磁通密度為一平頂波，如下圖(b) 所示。 空載時主磁極磁通的分布情況，如右圖(c) 所示。xB（b）氣隙磁密分布1.3.1 直流電機的空載磁場1.3 直流電機的電樞反應(yīng) 為了感應(yīng)電動勢或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，直流電機氣隙中需要有一定量的每極磁通 ，空載時，氣隙磁通 與空載磁動勢 或空載勵磁電流 的關(guān)系，稱為直流電機的空載磁化特性。如右圖所示。000fF0fI 為了經(jīng)濟、合理地利用材料，一般直流電機額定運行時，額定

16、磁通 設(shè)定在圖中A點，即在磁化特性曲線開始進入飽和區(qū)的位置。NfNI0fF0fIINfIA0N01.3.2 直流電機負載時的負載磁場1.3 直流電機的電樞反應(yīng) 直流電機帶上負載后，電樞繞組中有電流，電樞電流產(chǎn)生的磁動勢稱為電樞磁動勢。電樞磁動勢的出現(xiàn)使電機的磁場發(fā)生變化。 右圖為一臺電刷放在幾何中性線的兩極直流電機的電樞磁場分布情況。 假設(shè)勵磁電流為零，只有電樞電流。由圖可見電樞磁動勢產(chǎn)生的氣隙磁場在空間的分布情況，電樞磁動勢為交軸磁動勢。1.3.2 直流電機負載時的負載磁場1.3 直流電機的電樞反應(yīng) 如果認為直流電機電樞上有無窮多整距元件分布，則電樞磁動勢在氣隙圓周方向空間分布呈三角波，如圖

17、中 所示。axF 由于主磁極下氣隙長度基本不變，而兩個主磁極之間，氣隙長度增加得很快，致使電樞磁動勢產(chǎn)生的氣隙磁通密度為對稱的馬鞍型，如圖中 所示。axBaxBaxF1.3.3 直流電機的電樞反應(yīng)1.3 直流電機的電樞反應(yīng) 當勵磁繞組中有勵磁電流，電機帶上負載后，氣隙中的磁場是勵磁磁動勢與電樞磁動勢共同作用的結(jié)果。電樞磁場對氣隙磁場的影響稱為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)與電刷的位置有關(guān)。1、當電刷在幾何中性線上時，將主磁場分布和電樞磁場分布疊加，可得到負載后電機的磁場分布情況，如圖（a）所示。1.3.3 直流電機的電樞反應(yīng)1.3 直流電機的電樞反應(yīng)xB0axBxB主磁場的磁通密度分布曲線電樞磁場磁通密度

18、分布曲線兩條曲線逐點疊加后得到負載時氣隙磁場的磁通密度分布曲線1.3.3 直流電機的電樞反應(yīng)1.3 直流電機的電樞反應(yīng)由圖可知，電刷在幾何中性線時的電樞反應(yīng)的特點： 2)、對主磁場起去磁作用1)、使氣隙磁場發(fā)生畸變 空載時電機的物理中性線與幾何中性線重合。負載后由于電樞反應(yīng)的影響，每一個磁極下，一半磁場被增強，一半被削弱，物理中性線偏離幾何中性線 角，磁通密度的曲線與空載時不同。 磁路不飽和時，主磁場被削弱的數(shù)量等于加強的數(shù)量，因此每極量的磁通量與空載時相同。電機正常運行于磁化曲線的膝部，主磁極增磁部分因磁密增加使飽和程度提高，鐵心磁阻增大，增加的磁通少些，因此負載時每極磁通略為減少。即電刷在

19、幾何中性線時的電樞反應(yīng)為交軸去磁性質(zhì)。1.3.3 直流電機的電樞反應(yīng)1.3 直流電機的電樞反應(yīng)2、當電刷不在幾何中性線上時電刷從幾何中性線偏移 角，電樞磁動勢軸線也隨之移動 角，如圖(a)(b)所示。adFaqF這時電樞磁動勢可以分解為兩個垂直分量：交軸電樞磁動勢 和直軸電樞磁動勢 。如圖(a)(b)所示。1.3.3 直流電機的電樞反應(yīng)1.3 直流電機的電樞反應(yīng)電刷不在幾何中性線時的電樞反應(yīng)可用下列表格說明電刷順轉(zhuǎn)向偏移電刷逆轉(zhuǎn)向偏移發(fā)電機交軸和直軸去磁交軸和直軸助磁電動機交軸和直軸助磁交軸和直軸去磁1.4.1 直流電機的電樞電動勢1.4 直流電機的電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生產(chǎn)生:電樞旋轉(zhuǎn)時,主

20、磁場在電樞繞組中感應(yīng)的電動勢簡稱為電樞電動勢。大小:nCnapNEea60性質(zhì)性質(zhì): : 發(fā)電機電源電勢(與電樞電流同方向); 電動機反電勢(與電樞電流反方向).)(電動勢常數(shù)為電機的結(jié)構(gòu)常數(shù)其中apNCe60可見，直流電機的感應(yīng)電動勢與電機結(jié)構(gòu)、氣隙磁通及轉(zhuǎn)速有關(guān)。1.4.2 直流電機的電磁轉(zhuǎn)矩1.4 直流電機的電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生產(chǎn)生:電樞繞組中有電樞電流流過時,在磁場內(nèi)受電磁力的作用,該力與電樞鐵心半徑之積稱為電磁轉(zhuǎn)矩。大小:aTaemICIapNT2性質(zhì)性質(zhì): : 發(fā)電機制動(與轉(zhuǎn)速方向相反)； 電動機驅(qū)動(與轉(zhuǎn)速方向相同)?？梢姡圃旌玫闹绷麟姍C其電磁轉(zhuǎn)矩與氣隙磁通及電樞電流成正

21、比。為電機的轉(zhuǎn)矩常數(shù)，有其中apNCT2eTCC55. 91.5.1 換向概述1.5 直流電機的換向 為了分析方便假定換向片的寬度等于電刷的寬度。 直流電機的某一個元件經(jīng)過電刷，從一條支路換到另一條支路時,元件里的電流方向改變，即換向。 電樞移到電刷與換向片2接觸時，元件1的被短路，電流被分流。如圖所示。 電刷與換向片1接觸時，元件1 中的電流方向如圖所示，大小為 。aii 電刷僅與換向片2接觸時，元件1 中的電流方向如圖所示，大小為 。aii元件1av1 2iiai 2aiai2i1iaiiaii ai 2aiai2i1iaiiaiiai 2aiai2i1i1.5.1 換向概述1.5 直流電

22、機的換向 換向問題很復(fù)雜，換向不良會在電刷與換向片之間產(chǎn)生火花。當火花大到一定程度，可能損壞電刷和換向器表面，使電機不能正常工作。 產(chǎn)生火花的原因很多，除了電磁原因外，還有機械的原因。此外換向過程還伴隨著電化學(xué)和電熱學(xué)等現(xiàn)象。 元件從開始換向到換向終了所經(jīng)歷的時間，稱為換向周期 。換向周期通常只有千分之幾秒。直流電機在運行中，電樞繞組每個元件在經(jīng)過電刷時都要經(jīng)歷換向過程。kT1.5.2 換向的電磁理論1.5 直流電機的換向換向元件中的電動勢：自感電動勢 和互感電動勢 ：換向元件（線圈）在換向過程中電流改變而產(chǎn)生的。LeMe切割電動勢 ：在幾何中性線處，由于電樞反應(yīng)在存在，電樞反應(yīng)磁密不為零，在

23、換向元件中感應(yīng)切割電動勢。ae換向元件中的合成電動勢為：kaMLeeeee 根據(jù)楞次定律，自感電動勢、互感電動勢和切割電動勢總是阻礙換向的。換向電動勢 ：在幾何中性線處，換向元件在換向磁場中感應(yīng)的電動勢。換向電動勢是幫助換向的。ke1.5.2 換向的電磁理論1.5 直流電機的換向換向元件中的電流：eiRRiRRRibkbk)()(11 設(shè)兩相鄰的換向片與電刷的接觸電阻分別是 和 ，元件自身的電阻為 ，流過的電流為 ，元件與換向片間的連線電阻為 ，元件在換向時的回路方程：1bR2bRRikR 忽略元件電阻和元件與換向片間的連線電阻，并設(shè)電刷與換向片的接觸總電阻為 ，則可推導(dǎo)出換向元件中的電流變化

24、規(guī)律為bRklkkkbkkaiitTTtTReTtTii)(21.5.2 換向的電磁理論1.5 直流電機的換向一、直線換向0e當 時換向元件電流隨時間線性變化。0e當 時換向元件電流隨時間不再是線性變化，出現(xiàn)電流延遲現(xiàn)象。二、延遲換向0e當 時換向元件電流隨時間不再是線性變化，出現(xiàn)電流超前現(xiàn)象。三、超越換向ai直線換向aikTt0延遲換向超越換向1.5.3 改善換向的方法1.5 直流電機的換向 除了直線換向外，延遲和超越換向時的合成電動勢不為零，換向元件中產(chǎn)生附加換向電流，附加換向電流足夠大時會在電刷下產(chǎn)生火花。還有機械和化學(xué)方面的因素也能引起換向不良產(chǎn)生火花。 改善換向一般采用以下方法：選擇

25、合適的電刷，增加換向片與電刷之間的接觸電阻裝設(shè)換向磁極位于幾何中性線處裝換向磁極。換向繞組與電樞繞組串聯(lián)，在換向元件處產(chǎn)生換向磁動勢抵消電樞反應(yīng)磁動勢大型直流電機在主磁極極靴內(nèi)安裝補償繞組補償繞組與電樞繞組串聯(lián)，產(chǎn)生的磁動勢抵消電樞反應(yīng)磁動勢1.6.1 直流發(fā)電機的勵磁方式1.6 直流發(fā)電機 供給勵磁繞組電流的方式稱為勵磁方式。分為他勵和自勵兩大類，自勵方式又分并勵、串勵和復(fù)勵三種方式。1、他勵：直流電機的勵磁電流由其它直流電源單獨供給。如圖所示。aIIGUUfIFaII 他勵直流發(fā)電機的電樞電流和負載電流相同，即：1.6.1 直流發(fā)電機的勵磁方式1.6 直流發(fā)電機2、并勵：發(fā)電機的勵磁繞組與

26、電樞繞組并聯(lián)。且滿足 。faIIIfIFIGUaI3、串勵：勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)。滿足 。IIIfaGIaIfIFU1.6.1 直流發(fā)電機的勵磁方式1.6 直流發(fā)電機4、復(fù)勵：并勵和串勵兩種勵磁方式的結(jié)合。電機有兩個勵磁繞組，一個與電樞繞組串聯(lián)，一個與電樞繞組并聯(lián)。2fIFGIaI1fIFUIGUaI1fI2fIF1.6.2 直流發(fā)電機的基本方程1.6 直流發(fā)電機如圖規(guī)定各物理量的參考方向aEGUaI1T0TemTnfIfU一、電樞電動勢和電動勢平衡方程aabaaaRIUURIUE2aR 為電樞回路總電阻， 為正負電刷與換向器表面的接觸壓降。則電動勢平衡方程為：bU2電樞電動勢：nCEea從

27、方程式可見，直流發(fā)電機UEa1.6.2 直流發(fā)電機的基本方程1.6 直流發(fā)電機二、電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩平衡方程01TTTem電磁轉(zhuǎn)矩：aTemICT直流發(fā)電機的勵磁電流ffRUI emT直流發(fā)電機軸上有三個轉(zhuǎn)矩：原動機輸入給發(fā)電機的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩 、電磁轉(zhuǎn)矩 和機械摩擦及鐵損引起的空載轉(zhuǎn)矩 。平衡方程為：1T0T三、勵磁特性公式每極氣隙磁通),(faIIf1.6.2 直流發(fā)電機的基本方程1.6 直流發(fā)電機四、功率平衡方程原動機輸入給發(fā)電機的機械功率 1P電磁功率01PPPemaaemIETmecP機械摩擦損耗、鐵損耗FeP、附加損耗 。adP空載損耗 包括：0PaE 電磁功率一方面代表電動勢為 的電源輸出

28、電流 時發(fā)出的電功率，一方面又代表轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時克服電磁轉(zhuǎn)矩所消耗的機械功率。aICuaP電樞回路繞組電阻及電刷與換向器表面接觸電阻是的銅損耗輸出的電功率CuaemPPP2fP自勵發(fā)電機中還應(yīng)減去勵磁損耗1.6.3 他勵發(fā)電機的運行特性1.6 直流發(fā)電機一、空載特性1Cn0I)(fIfU 定義：當 、 時， 直流發(fā)電機的空載特性是非線性的的，上升與下降的過程是不相同的。實際中通常取平均特性曲線作為空載特性曲線。 空載時， 。由于 ，因此空載特性實質(zhì)上就是 。由于 正比于 ，所以空載特性曲線的形狀與空載磁化特性曲線相同。aEUnCEea)(faIfE aE空載特性曲線上升分支空載特性曲線下降分支平均

29、空載特性曲線UfI1.6.3 他勵發(fā)電機的運行特性1.6 直流發(fā)電機二、外特性Nnn fNfII )(IfU 定義：當 、 時， 外特性曲線如圖所示 由曲線可見，負載電流增大時，端電壓有所下降。他勵并勵U0U0IaaeRInCU 根據(jù) 可知，端電壓下降有兩個原因：一是在勵磁電流一定情況下，負載電流增大，電樞反應(yīng)的去磁作用使每極磁通量減少，使電動勢減少；另一個原因是電樞回路上的電阻壓降隨負載電流增大而增加，使端電壓下降。1.6.3 他勵發(fā)電機的運行特性1.6 直流發(fā)電機三、調(diào)節(jié)特性1Cn2CU )(IfIf定義：當 、 時， 外特性曲線如圖所示 由曲線可見，在負載電流變化時，若保持端電壓不變，必

30、須改變勵磁電流，補償電樞反應(yīng)及電樞回路電阻壓降對對輸出端電壓的影響。fI0I1.6.4 并勵發(fā)電機的自勵條件和外特性 并勵的勵磁是由發(fā)電機本身的端電壓提供的，而端電壓是在勵磁電流作用下建立的，這一點與他勵發(fā)電機不同。并勵發(fā)電機建立電壓的過程稱為自勵過程，滿足建壓的條件稱為自勵條件。1.6 直流發(fā)電機一、自勵條件1.6.4 并勵發(fā)電機的自勵條件和外特性fI0U10fIA20U3 曲線1為空載特性曲線，曲線2為勵磁回路總電阻 特性曲線，也稱場阻線 。 fffRIUfR 原動機帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)時，如果主磁極有剩磁，則電樞繞組切割剩磁通感應(yīng)電動勢。在電動勢作用下勵磁回路產(chǎn)生 。如果勵磁繞組和電樞繞組連接

31、正確， 產(chǎn)生與剩磁方向相同的磁通，使主磁路磁通增加，電動勢增大， 增加。如此不斷增長，直到勵磁繞組兩端電壓與 相等時，達到穩(wěn)定的平衡工作點A。fIfIfIffRI增大 ，場阻線變?yōu)榍€3時， 稱為臨界電阻 。如圖所示。fRfRcrR若再增加勵磁回路電阻，發(fā)電機將不能自勵。1.6 直流發(fā)電機一、自勵條件1.6.4 并勵發(fā)電機的自勵條件和外特性可見，并勵直流發(fā)電機的自勵條件有：二、空載特性 并勵發(fā)電機的空載特性與一般電機的空載特性一樣，也是磁化曲線。由于勵磁電壓不能反向，所以它的空載特性曲線只在第一象限。（1）電機的主磁路有剩磁（3）勵磁回路的總電阻小于該轉(zhuǎn)速下的臨界電阻（2）并聯(lián)在電樞繞組兩端的

32、勵磁繞組極性要正確1.6 直流發(fā)電機三、外特性1.6.4 并勵發(fā)電機的自勵條件和外特性四、調(diào)節(jié)特性 并勵發(fā)電機的電樞電流，比起他勵發(fā)電機僅僅多了一個勵磁電流，所以調(diào)節(jié)特性與他勵發(fā)電機的相差不大。 對并勵發(fā)電機，除了像他勵發(fā)電機存在的電樞反應(yīng)去磁作用和電樞回路上的電阻壓降使端電壓下降外，還有第三個原因：由于上述兩個原因使端電壓下降，引起勵磁電流減小，端電壓進一步下降。并勵發(fā)電機的外特性與他勵發(fā)電機相似，也是一條下降曲線。1.7 直流電動機1.7.1 直流電機的可逆原理以他勵電機為例說明可逆原理： 一臺電機既可作為發(fā)電機運行，又可作為電動機運行，這就是直流電機的可逆原理。 把一臺他勵直流發(fā)電機并聯(lián)

33、于直流電網(wǎng)上運行， 保持不變。 U 保持發(fā)電機的 不變，減少原動機的輸出功率，發(fā)電機的轉(zhuǎn)速下降。當 下降到一定程度時，使得 ，此時 ，發(fā)電機輸出的電功率 ，原動機輸入的機械功率僅僅用來補償電機的空載損耗。繼續(xù)降低原動機的 ，將有 ， 反向，這時電網(wǎng)向電機輸入電功率，電機進入電動機狀態(tài)運行。同理，上述的物理過程也可以反過來，電機從電動機狀態(tài)轉(zhuǎn)變到發(fā)電機狀態(tài)。nUEa0I02PnUEaUaI第1章 直流電機1.7 直流電動機1.7.2 直流電動機的基本方程aEMUaIemT0T2TnfIfU如圖規(guī)定各物理量的參考方向電機的基本方程如下：aTemICT02TTTem)(02adFemecememPP

34、PPPPPaaemCuaemIETPPP1nCEeaaaabaaaRIEURIEU2UEa1.7 直流電動機1.7.3 直流電動機的工作特性1、轉(zhuǎn)速特性一、他勵（并勵）直流電動機的工作特性NUU 定義：當 、 時，fNII )(aIfn 由方程式可得aeaeNICRCUn 忽略電樞反應(yīng)的去磁作用，轉(zhuǎn)速與負載電流按線性關(guān)系變化。如圖所示。2、轉(zhuǎn)矩特性NUU 定義：當 、 時，fNII )(aemIfT轉(zhuǎn)矩表達式aNTemICT 考慮電樞反應(yīng)的作用，轉(zhuǎn)矩上升的速度比電流上升的慢。如圖所示。aIn0n2T0TemTT1.7 直流電動機1.7.3 直流電動機的工作特性3、效率特性一、他勵（并勵）直流電

35、動機的工作特性NUU 定義：當 、 時，fNII )(aIf由方程式可得aNaaIUIRPPPPn20111 空載損耗為不變損耗，不隨負載電流變化，當負載電流較小時效率較低，輸入功率大部分消耗在空載損耗上；負載電流增大，效率也增大，輸入的功率大部分消耗在機械負載上；但當負載電流增大到一定程度時銅損快速增大此時效率又變小。如圖所示。aI01.7 直流電動機1.7.3 直流電動機的工作特性二、串勵直流電動機的工作特性 當負載電流較小時，電機磁路不飽和，每極氣隙磁通與勵磁電流呈線性關(guān)系。即：afffIkIk轉(zhuǎn)速特性effaaefNeaaeNCkRRICkUCIRCUn轉(zhuǎn)矩特性2aTfaTemICkI

36、CTaI0nemTnemT 當負載電流較大時，磁路飽和，串勵電動機的工作特性與他勵電動機相同。曲線如圖所示。 當負載電流為零時，電機轉(zhuǎn)速趨于無窮大，所以串勵電動機不宜輕載或空載運行。主編：撰稿教師：（以姓氏為序）制作：責任編輯：電子編輯：2.1 電力拖動系統(tǒng)的運動方程和負載轉(zhuǎn)矩特性2.2 他勵直流電動機的機械特性 2.3 他勵直流電動機的起動 本章主要介紹電力拖動系統(tǒng)的運動方程、負載轉(zhuǎn)矩特性、直流電動機的機械特性、起動、調(diào)速、制動等方法和物理過程。2.4 他勵直流電動機的制動2.5 他勵直流電動機的調(diào)速2.6 串勵直流電動機的電力拖動2.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程式和負載轉(zhuǎn)矩特性 電力拖動系統(tǒng)運

37、動方程式描述了系統(tǒng)的運動狀態(tài)，系統(tǒng)的運動狀態(tài)取決于作用在原動機轉(zhuǎn)軸上的各種轉(zhuǎn)矩。2.1.1 電力拖動系統(tǒng)的運動方程式一、運動方程式MemTnLTU 根據(jù)如圖給出的系統(tǒng)（忽略空載轉(zhuǎn)矩），可寫出拖動系統(tǒng)的運動方程式：dtdJTTLem其中 為系統(tǒng)的慣性轉(zhuǎn)矩。dtdJ2.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程式和負載轉(zhuǎn)矩特性運動方程的實用形式：2.1.1 電力拖動系統(tǒng)的運動方程式一、運動方程式dtdnGDTTLem3752系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)運動的三種狀態(tài)1)當 或 時,系統(tǒng)處于靜止靜止或恒轉(zhuǎn)速恒轉(zhuǎn)速運行狀態(tài)，即處于穩(wěn)態(tài)。LemTT0dtdn2)當 或 時,系統(tǒng)處于加速加速運行狀態(tài)，即處于動態(tài)。LemTT0dtdn3)當 或

38、 時,系統(tǒng)處于減速減速運行狀態(tài)，即處于動態(tài)。LemTT0dtdn2.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程式和負載轉(zhuǎn)矩特性 首先確定電動機處于電動狀態(tài)時的旋轉(zhuǎn)方向為轉(zhuǎn)速的正方向，然后規(guī)定：2.1.1 電力拖動系統(tǒng)的運動方程式二、運動方程式中轉(zhuǎn)矩正、負號的規(guī)定（1）電磁轉(zhuǎn)矩 與轉(zhuǎn)速 的正方向相同時為正，相反時為負。emTn（2）負載轉(zhuǎn)矩 與轉(zhuǎn)速 的正方向相同時為負，相反時為正。LTnemTLT（3）慣性轉(zhuǎn)矩 的大小和正負號由 和 的代數(shù)和決定。dtdnGD37522.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程式和負載轉(zhuǎn)矩特性2.1.2 負載的轉(zhuǎn)矩特性一、恒轉(zhuǎn)矩負載特性負載的轉(zhuǎn)矩特性，就是負載的機械特性，簡稱負載特性。 恒轉(zhuǎn)矩負

39、載特性是指生產(chǎn)機械的負載轉(zhuǎn)矩 與轉(zhuǎn)速 無關(guān)的特性。分反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載和位能性恒轉(zhuǎn)矩負載兩種。nLT1.反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載T TL Ln2.位能性恒轉(zhuǎn)矩負載T TL Ln2.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程式和負載轉(zhuǎn)矩特性2.1.2 負載的轉(zhuǎn)矩特性二、恒功率負載特性負載的轉(zhuǎn)矩特性，就是負載的機械特性，簡稱負載特性。 恒功率負載特點是：負載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的乘積為一常數(shù)，即 與 成反比，特性曲線為一條雙曲線。nLTT TL Ln三、泵與風(fēng)機類負載特性 負載的轉(zhuǎn)矩 基本上與轉(zhuǎn)速 的平方成正比。負載特性為一條拋物線。LTnT TL Ln12TL02.2 他勵直流電動機的機械特性2.2.1 機械特性的表達式 直流電動機

40、的機械特性是指電動機在電樞電壓、勵磁電流、電樞回路電阻為恒值的條件下，即電動機處于穩(wěn)態(tài)運行時，電動機的轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系：)(emTfnememTeeTnTCCRCUn02由電機的電路原理圖可得機械特性的表達式：0 n0nNnnemTNT0T0n稱為理想空載轉(zhuǎn)速。實際空載轉(zhuǎn)速020TCCRCUnTee2.2 他勵直流電動機的機械特性2.2.2 固有機械特性和人為機械特性一、固有機械特性當 時的機械特性稱為固有機械特性：aNNRRUU,emNTeaNeNTCCRCUn2二、人為機械特性當改變 或 或 得到的機械特性稱為人為機械特性。UaR 由于電樞電阻很小，特性曲線斜率很小，所以固有機械特

41、性是硬特性。2.2 他勵直流電動機的機械特性2.2.2 固有機械特性和人為機械特性1、電樞串電阻時的人為特性 保持 不變,只在電樞回路中串入電阻 的人為特性NNUU,SRemNTeSaNeNTCCRRCUn2SaRR 0nnaRemT特點：1） 不變， 變大； 2） 越大，特性越軟。0n2.2 他勵直流電動機的機械特性2.2.2 固有機械特性和人為機械特性2、降低電樞電壓時的人為特性 保持 不變，只改變電樞電壓 時的人為特性：NaRR,UemNTeaNeTCCRCUn21UNUU101n0nnNUemT特點：1) 隨 變化, 不變; 2) 不同,曲線是一組平行線。0nUU2.2 他勵直流電動機

42、的機械特性2.2.2 固有機械特性和人為機械特性3、減弱勵磁磁通時的人為特性 保持 不變，只改變勵磁回路調(diào)節(jié)電阻 的人為特性：NaUURR,SfRemTeaeNTCCRCUn201n11kT202n2kTNn0nemTkTN12特點：1）弱磁， 增大； 2）弱磁， 增大0n2.2 他勵直流電動機的機械特性2.2.3 機械特性求取一、固有特性的求取 ), 0(0nnTem),(NNemnnTT已知 ，求兩點:1）理想空載點 和額定運行 。NNNNnIUP,具體步驟：（1）估算:aR2)3221(NNNNaIPIUR（2）計算:NTNeCC和NNNNNenPIUCNeNTCC55.9（3）計算理想

43、空載點：NeNemCUnT0, 0（4）計算額定工作點：NNNTNnnICT,二、人為特性的求取 在固有機械特性方程 的基礎(chǔ)上，根據(jù)人為特性所對應(yīng)的參數(shù) 或 或 變化，重新計算 和 ，然后得到人為機械特性方程式。emTnn0SRU0n2.2 他勵直流電動機的機械特性2.2.4 電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行條件 處于某一轉(zhuǎn)速下運行的電力拖動系統(tǒng)，由于受到某種擾動，導(dǎo)致系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化而離開原來的平衡狀態(tài)，如果系統(tǒng)能在新的條件下達到新的平衡狀態(tài)，或者當擾動消失后系統(tǒng)回到原來的轉(zhuǎn)速下繼續(xù)運行，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的，否則系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。nAemTLTAn0在 點，系統(tǒng)平衡ALemTTAn擾動使轉(zhuǎn)速有微小增量，轉(zhuǎn)速

44、由 上升到 ， ，擾動消失，系統(tǒng)減速，回到 點運行。AAnAnLemTTnAemTLTAn0An 擾動使轉(zhuǎn)速由 下降到 ， ，擾動消失，系統(tǒng)加速，回到 點運行。AAnAn LemTTnAemTLTAn02.2 他勵直流電動機的機械特性2.2.4 電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行條件電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的充分必要條件是：nBemTLTBn0在 點，系統(tǒng)平衡BLemTT1.必要條件: 電動機的機械特性與負載轉(zhuǎn)矩特性有交點,即存在LemTTBn 擾動使轉(zhuǎn)速由 下降到 ， ，系統(tǒng)將一直減速，不可能回到 點運行。BBnBn LemTTnBemTLTBn0Bn擾動使轉(zhuǎn)速由 上升到 ， ，即使擾動消失，系統(tǒng)也將一直加速

45、，不能回到 點運行。BBnBnLemTTnBemTLTBn02.充分條件: 在交點 處滿足 。 或者說，在交點的轉(zhuǎn)速以上存在 ,在交點的轉(zhuǎn)速以下存在 。LemTTdndTdndTLemLemTTLemTT2.3 他勵直流電動機的起動 電動機的起動是指電動機接通電源后，由靜止狀態(tài)加速到穩(wěn)定運行狀態(tài)的過程。aNststTstRUIICT起動瞬間，起動轉(zhuǎn)矩和起動電流分別為 為了限制起動電流，他勵直流電動機通常采用電樞回路串電阻或降低電樞電壓起動。0n 起動時由于轉(zhuǎn)速 ，電樞電動勢 ，而且電樞電阻 很小，所以起動電流將達很大值。 過大的起動電流將引起電網(wǎng)電壓下降、影響電網(wǎng)上其它用戶的正常用電、使電動機

46、的換向惡化；同時過大的沖擊轉(zhuǎn)矩會損壞電樞繞組和傳動機構(gòu)。一般直流電動機不允許直接起動。 0aEaR2.3 他勵直流電動機的起動一、起動過程2.3.1 電樞回路串電阻起動三級電阻起動時電動機的電路原理圖和機械特性為3321RRRRRstststaLLIT22IT11ITITem0nabn1221RRRRststa1ncd211RRRsta2nef3aRNngh3nMaRS1SU1stR2stR3stR2S3S2.3 他勵直流電動機的起動二、分組起動電阻的計算2.3.1 電樞回路串電阻起動 設(shè)對應(yīng)轉(zhuǎn)速n1、n2、n3時電勢分別為Ea1、Ea2、Ea3，則有：b點123aNEUIRc點112aNEU

47、IRd點222aNEUIRe點211aNEUIRf點321aNEUIRg點31aNaEUIR比較以上各式得：2111223IIRRRRRRa 在已知起動電流比和電樞電阻Ra前提下，經(jīng)推導(dǎo)可得各級串聯(lián)電阻為:11223121)1()1()1()1( stmamstmstaststastastRRRRRRRRRRR2.3 他勵直流電動機的起動二、分組起動電阻的計算2.3.1 電樞回路串電阻起動（6）計算各級起動電阻。（1）估算或查出電樞電阻 ；aR1T1I（2）根據(jù)過載倍數(shù)選取最大轉(zhuǎn)矩 對應(yīng)的最大電流 ；m（3）選取起動級數(shù) ；（4）計算起動電流比：maNRIU1 取整數(shù)m（5）計算轉(zhuǎn)矩:12TT

48、，校驗：LTT) 3 . 11 . 1 (2如果不滿足，應(yīng)另選 或 值并重新計算，直到滿足該條件為止。1Tm計算各級起動電阻的步驟：2.3 他勵直流電動機的起動2.3.2 降壓起動 當直流電源電壓可調(diào)時，可采用降壓方法起動。 起動時，以較低的電源電壓起動電動機，起動電流隨電源電壓的降低而正比減小。隨著電動機轉(zhuǎn)速的上升，反電動勢逐漸增大，再逐漸提高電源電壓，使起動電流和起動轉(zhuǎn)矩保持在一定的數(shù)值上，保證按需要的加速度升速。 降壓起動需專用電源，設(shè)備投資較大，但它起動平穩(wěn)，起動過程能量損耗小，因此得到廣泛應(yīng)用。2.4 他勵直流電動機的制動 當 與 的方向相同時，電機運行于電動機狀態(tài)，當 與 方向相反

49、時，電機運行于制動狀態(tài)。 emTemTnn2.4.1 能耗制動 U電動MaEaInemTfIS制動BRaBIemBT 在電動狀態(tài)，電樞電流、電樞電動勢、轉(zhuǎn)速及驅(qū)動性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩如圖所示。需要制動時,將開關(guān)S投向制動電阻 上即可。BR 由于慣性，電樞保持原來方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，電動勢 方向不變。由 產(chǎn)生的電樞電流 的方向與電動狀態(tài)時的 方向相反,對應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩 與 方向相反,為制動性質(zhì),電機處于制動狀態(tài)。aEaEaBIaIemBTemT 制動運行時，電機靠生產(chǎn)機械的慣性力的拖動而發(fā)電，將生產(chǎn)機械儲存的動能轉(zhuǎn)換成電能，消耗在電阻上，直到電機停止轉(zhuǎn)動。2.4 他勵直流電動機的制動2.4.1 能耗制動能耗制

50、動時的機械特性為：ememNTeBaTTCCRRn02BaRR CBn0naRA0LTemT電動機狀態(tài)工作點制動瞬間工作點制動過程工作段電動機拖動反抗性負載，電機停轉(zhuǎn)。若電動機帶位能性負載,穩(wěn)定工作點2.4 他勵直流電動機的制動2.4.1 能耗制動 但制動電阻越小，制動電流越大。選擇制動電阻的原則是NBaaaBIIRREI)5 . 22(max 能耗制動操作簡單,但隨著轉(zhuǎn)速下降,電動勢減小,制動電流和制動轉(zhuǎn)矩也隨著減小,制動效果變差。若為了盡快停轉(zhuǎn)電機,可在轉(zhuǎn)速下降到一定程度時,切除一部分制動電阻,增大制動轉(zhuǎn)矩。 改變制動電阻 的大小可以改變能耗制動特性曲線的斜率,從而可以改變制動轉(zhuǎn)矩及下放負

51、載的穩(wěn)定速度。 越小,特性曲線的斜率越小,起始制動轉(zhuǎn)矩越大,而下放負載的速度越小。BRBR即：aNaBRIER)5 . 22(其中 為制動瞬間的電樞電動勢。aE2.4 他勵直流電動機的制動2.4.2 反接制動 電壓反接制動時接線如圖所示。一、電壓反接制動 U電動MaEaInemTfIS制動BRaBIemBT 開關(guān)S投向“電動”側(cè)時，電樞接正極電壓，電機處于電動狀態(tài)。進行制動時，開關(guān)投向“制動”側(cè)，電樞回路串入制動電阻 后，接上極性相反的電源電壓，電樞回路內(nèi)產(chǎn)生反向電流：BRBaaBaaaBRREURREUI 反向的電樞電流產(chǎn)生反向的電磁轉(zhuǎn)矩，從而產(chǎn)生很強的制動作用電壓反接制動。2.4 他勵直流

52、電動機的制動2.4.2 電壓反接制動一、電壓反接制動機械特性為：ememNTeBaNeNTnTCCRRCUn02曲線如圖中 所示。BCBaRR CBn0naRA0LTemTLT0nD工作點變化為： 。CBA制動過程中, 、 、 均為負，而 、 為正。UaIemTnaE01aUIP022emTTP0aaemIEP,表明電機從電源吸收電功率；,表明電機從軸上吸收機械功率;,表明軸上輸入的機械功率轉(zhuǎn)變?yōu)殡姌谢芈冯姽β省?可見,反接制動時,從電源輸入的電功率和從軸上輸入的機械功率轉(zhuǎn)變成的電功率一起消耗在電樞回路電阻上。2.4 他勵直流電動機的制動2.4.2 電壓反接制動二、倒拉反轉(zhuǎn)反接制動倒拉反轉(zhuǎn)反接

53、制動只適用于位能性恒轉(zhuǎn)矩負載。BaRR CBn0naRA0LTemTBTDKT電樞回路串入較大電阻 后特性曲線BR正向電動狀態(tài)提升重物(A點)負載作用下電機反向旋轉(zhuǎn)(下放重物)電機以穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速下放重物D點2.4 他勵直流電動機的制動2.4.2 電壓反接制動第二章 直流電動機的電力拖動二、倒拉反轉(zhuǎn)反接制動 倒拉反轉(zhuǎn)反接制動時的機械特性方程就是電動狀態(tài)時電樞串電阻時的人為特性方程。由于串入電阻很大，有020LNTeBaTCCRRnn 倒拉反轉(zhuǎn)反接制動時的機械特性曲線就是電動狀態(tài)時電樞串電阻時的人為特性在第四象限的部分。 倒拉反轉(zhuǎn)反接制動時的能量關(guān)系和電壓反接制動時相同。2.4 他勵直流電動機的制動

54、2.4.3 回饋制動 回饋制動時的機械特性方程與電動狀態(tài)時相同。 電動狀態(tài)下運行的電動機，在某種條件下會出現(xiàn) 情況，此時 ， 反向， 反向，由驅(qū)動變?yōu)橹苿?。從能量方向看，電機處于發(fā)電狀態(tài)回饋制動狀態(tài)。0nn UEaaIemT穩(wěn)定運行有兩種情況:Bn0nA0LTemTLT 0n當電車下坡時，運行轉(zhuǎn)速可能超過理想空載轉(zhuǎn)速,進入第二象限電壓反接制動帶位能性負載進入第四象限2.4 他勵直流電動機的制動2.4.3 回饋制動 發(fā)生在動態(tài)過程中的回饋制動過程有以下兩種情況1、降壓調(diào)速時產(chǎn)生的回饋制動Bn02nA0LTemT1U01nCnAn2UC12UU 制動過程為 段。02Bn2、增磁調(diào)速時產(chǎn)生的回饋制動

55、Bn02nA0LTemT101nCnAn2C12制動過程為 段。02Bn 回饋制動時由于有功功率回饋到電網(wǎng)，因此與能耗和反接制動相比，回饋制動是比較經(jīng)濟的。2.5 他勵直流電動機的調(diào)速 電力拖動系統(tǒng)的調(diào)速可以采用機械調(diào)、電氣調(diào)速或二者配合調(diào)速。通過改變傳動機構(gòu)速比進行調(diào)速的方法稱為機械調(diào)速機械調(diào)速；通過改變電動機參數(shù)進行調(diào)速的方法稱為電氣調(diào)速電氣調(diào)速。他勵直流電動機的轉(zhuǎn)速為esaaCRRIUn)(電氣調(diào)速方法：1.調(diào)壓調(diào)速；2.電樞串電阻調(diào)速；3.調(diào)磁調(diào)速。 改變電動機的參數(shù)就是人為地改變電動機的機械特性，使工作點發(fā)生變化，轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。調(diào)速前后，電動機工作在不同的機械特性上，如果機械特性不變

56、，因負載變化而引起轉(zhuǎn)速的變化，則不能稱為調(diào)速。2.5 他勵直流電動機的調(diào)速2.5.1調(diào)速指標：一、調(diào)速范圍:minmaxnnD 二、靜差率（相對穩(wěn)定性）二、靜差率（相對穩(wěn)定性）：%越小，相對穩(wěn)定性越好；%與機械特性硬度和n0有關(guān)。%100%100%000nnnnnNN指負載變化時，轉(zhuǎn)速變化的程度，轉(zhuǎn)速變化小，穩(wěn)定性好。)1 (maxmaxmin0maxminmaxNNNNnnnnnnnnnnD D與%相互制約:越小,D越小,相對穩(wěn)定性越好;在保證一定的指標的前提下,要擴大D,須減少n,即提高機械特性的硬度。2.5 他勵直流電動機的調(diào)速2.5.1調(diào)速指標：三、調(diào)速的平滑性三、調(diào)速的平滑性1iin

57、n 越接近1，平滑性越好，當 時，稱為無級調(diào)速，即轉(zhuǎn)速可以連續(xù)調(diào)節(jié)。調(diào)速不連續(xù)時，級數(shù)有限，稱為有級調(diào)速。1四、調(diào)速的經(jīng)濟性 在一定的調(diào)速范圍內(nèi)，調(diào)速的級數(shù)越多，調(diào)速越平滑。相鄰兩級轉(zhuǎn)速之比，為平滑系數(shù) ：主要指調(diào)速設(shè)備的投資、運行效率及維修費用等。2.5 他勵直流電動機的調(diào)速2.5.2調(diào)速方法一、電樞回路串電阻調(diào)速一、電樞回路串電阻調(diào)速nTemTLRan0nNA0ABn1Ra+Rs1未串電阻時的工作點串電阻Rs1后,工作點由AAB2.5 他勵直流電動機的調(diào)速2.5.2調(diào)速方法一、電樞回路串電阻調(diào)速一、電樞回路串電阻調(diào)速調(diào)速過程電流變化曲線調(diào)速前、后電流不變調(diào)速過程轉(zhuǎn)速變化曲線tt=0n1nN

58、IaNianian結(jié)論：帶恒轉(zhuǎn)矩負載時,串電阻越大,轉(zhuǎn)速越低。2.5 他勵直流電動機的調(diào)速2.5.2調(diào)速方法一、電樞回路串電阻調(diào)速一、電樞回路串電阻調(diào)速優(yōu)點優(yōu)點：電樞串電阻調(diào)速設(shè)備簡單，操作方便。2）低速時特性曲線斜率大,靜差率大,所以轉(zhuǎn)速的相對穩(wěn)定性差； 3）輕載時調(diào)速范圍小，額定負載時調(diào)速范圍一般為D2；4）損耗大，效率低，不經(jīng)濟。對恒轉(zhuǎn)矩負載，調(diào)速前、后因增通不變而使Tem和Ia不變，輸入功率不變，輸出功率卻隨轉(zhuǎn)速的下降而下降，減少的部分被串聯(lián)電阻消耗了。缺點缺點：1）由于電阻只能分段調(diào)節(jié)，所以調(diào)速的平滑性差；2.5 他勵直流電動機的調(diào)速2.5.2調(diào)速方法二、降低電源電壓調(diào)速二、降低電源

59、電壓調(diào)速Tem0nnNUTLNnA1U01nAB1n調(diào)速壓前工作點A降壓瞬間工作點穩(wěn)定后工作點 降壓調(diào)速過程與電樞串電阻調(diào)速過程相似，調(diào)速過程中轉(zhuǎn)速和電樞電流（或轉(zhuǎn)矩）隨時間變化的曲線也相似。2.5 他勵直流電動機的調(diào)速2.5.2調(diào)速方法二、降低電源電壓調(diào)速二、降低電源電壓調(diào)速優(yōu)點優(yōu)點：1）電源電壓能夠平滑調(diào)節(jié)，可實現(xiàn)無級調(diào)速。 2）調(diào)速前后的機械特性的斜率不變，硬度較高，負載變化時穩(wěn)定性好。3）無論輕載還是負載，調(diào)速范圍相同，一般可達 D=2.512。 4）電能損耗較小。缺點缺點： 需要一套電壓可連續(xù)調(diào)節(jié)的直流電源。2.5 他勵直流電動機的調(diào)速2.5.2調(diào)速方法三、減弱磁通調(diào)速三、減弱磁通調(diào)

60、速01n1A1nBNTemnTL0nANn調(diào)節(jié)磁場前工作點弱磁瞬間工作點AA弱磁穩(wěn)定后的工作點2.5 他勵直流電動機的調(diào)速2.5.2調(diào)速方法三、減弱磁通調(diào)速三、減弱磁通調(diào)速減弱磁通調(diào)速前、后轉(zhuǎn)速變化曲線減弱磁通前、后的電樞電流變化曲線tt=0naNInNn1n1aIaiai結(jié)論結(jié)論：磁場越弱，轉(zhuǎn)速越高。因此電機運行時勵磁回路不能開路。2.5 他勵直流電動機的調(diào)速2.5.2調(diào)速方法三、減弱磁通調(diào)速三、減弱磁通調(diào)速優(yōu)點優(yōu)點：由于在電流較小的勵磁回路中進行調(diào)節(jié)，因而控制方便，能量損耗小，設(shè)備簡單，調(diào)速平滑性好。弱磁升速后電樞電流增大，電動機的輸入功率增大，但由于轉(zhuǎn)速升高，輸出功率也增大，電動機的效率