電力拖動(dòng)與運(yùn)動(dòng)控制一

1、第一章 直流電動(dòng)機(jī)馬昕北京化工大學(xué)計(jì)算機(jī)模擬與系統(tǒng)安全工程研究中心教育部化工安全工程研究中心國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)系統(tǒng)故障預(yù)防及監(jiān)控基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室北京化工大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院主要內(nèi)容1.1 直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu) 基本工作原理 直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 直流電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)1.2 直流電動(dòng)機(jī)的電樞反應(yīng) 直流電動(dòng)機(jī)的空載磁場(chǎng) 直流電動(dòng)機(jī)的電樞磁場(chǎng) 電樞反應(yīng)1.3 直流電動(dòng)機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩 電樞電動(dòng)勢(shì) 電磁轉(zhuǎn)矩1.4 直流電動(dòng)機(jī) 直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁方式 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式重點(diǎn)內(nèi)容主要內(nèi)容1.5 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式 單軸拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式 運(yùn)動(dòng)方程式中正、負(fù)號(hào)的規(guī)

2、定 拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)1.6 生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性 恒功率負(fù)載特性 通風(fēng)機(jī)型負(fù)載特性1.7 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 機(jī)械特性方程式 固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性主要內(nèi)容1.8 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng) 直接啟動(dòng) 電樞回路串電阻啟動(dòng) 降低電樞電壓?jiǎn)?dòng)1.9 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電氣制動(dòng) 能耗制動(dòng) 反接制動(dòng) 回饋制動(dòng)1.10 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 調(diào)速指標(biāo) 調(diào)速方法 直流調(diào)速系統(tǒng)使用的可控直流電源2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)5主要內(nèi)容1.1 直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu) 基本工作原理 直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 直流電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)1.2 直流電動(dòng)機(jī)的電樞反應(yīng)1.3 直

3、流電動(dòng)機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩1.4 直流電動(dòng)機(jī)1.5 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式1.6 生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性1.7 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性1.8 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)1.9 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電氣制動(dòng)1.10 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)6電動(dòng)機(jī)示意圖一、基本工作原理與結(jié)構(gòu)2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)7基本工作原理一、基本工作原理與結(jié)構(gòu)2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)8一、基本工作原理與結(jié)構(gòu)2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)9一、基本工作原理與結(jié)構(gòu)基本工作原理 N、S：定子磁極 a、b、c、d：轉(zhuǎn)子線圈 首端a和末端d連接到換向器上，通過電刷連接外電路 工作原理：

4、電樞線圈通入直流電流，導(dǎo)體在定子磁場(chǎng)中受電磁力作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，線圈在此轉(zhuǎn)矩作用下旋轉(zhuǎn) 雖然導(dǎo)體中流通的電流為交變的，但是電磁轉(zhuǎn)矩方向不變2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)10一、基本工作原理與結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)11一、基本工作原理與結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)1. 風(fēng)扇 2. 機(jī)座3. 電樞 4. 主磁極5. 刷架 6. 換向器7. 接線板 8. 出線盒9. 換向極 10. 端蓋直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)圖2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)12一、基本工作原理與結(jié)構(gòu)2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)13一、基本工作原理與結(jié)構(gòu)2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)14定子部分機(jī)座（磁軛）：固定部件，形成

5、電機(jī)磁路主磁極：產(chǎn)生氣隙磁場(chǎng)，由主磁極鐵心和主磁極繞組（勵(lì)磁繞組）組成換向極：改善換向，由換向極鐵心和換向極繞組組成電刷裝置：與換向器配合，將電樞繞組電路和外電路連接，并將電樞繞組中的交流量轉(zhuǎn)變成電刷端的直流量主磁極示意圖換向極示意圖電刷裝置示意圖2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)15轉(zhuǎn)子部分電樞鐵心：形成電機(jī)磁路，安放電樞繞組電樞繞組：直流電動(dòng)機(jī)的主要組成部分，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)換向器：改善換向電樞鐵心示意圖換向器示意圖2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)16直流電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)17直流電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)額定運(yùn)行情況：根據(jù)電機(jī)的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電機(jī)的正常

6、運(yùn)行狀態(tài)和條件額定值（銘牌數(shù)據(jù)）：表征電機(jī)額定運(yùn)行情況的各種數(shù)據(jù)2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)18主要內(nèi)容1.1 直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu)1.2 直流電動(dòng)機(jī)的電樞反應(yīng) 直流電動(dòng)機(jī)的空載磁場(chǎng) 直流電動(dòng)機(jī)的電樞磁場(chǎng) 電樞反應(yīng)1.3 直流電動(dòng)機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩1.4 直流電動(dòng)機(jī)1.5 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式1.6 生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性1.7 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性1.8 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)1.9 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電氣制動(dòng)1.10 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)19二、直流電動(dòng)機(jī)的電樞反應(yīng)直流電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)是由主磁極產(chǎn)生的勵(lì)磁磁場(chǎng)和電樞繞組電流產(chǎn)生的電樞磁場(chǎng)合

7、成的一個(gè)合成磁場(chǎng)直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性在很大程度上取決于該磁場(chǎng)特性2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)20空載：電動(dòng)機(jī)軸上不帶機(jī)械負(fù)載運(yùn)行此時(shí)，電樞電流等于零或近似等于零空載磁場(chǎng)可以認(rèn)為僅僅是勵(lì)磁電流通過勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的勵(lì)磁磁通所建立1. 直流電動(dòng)機(jī)的空載磁場(chǎng)2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)21直流電動(dòng)機(jī) 空載時(shí)磁場(chǎng)分布1. 極靴2. 極身3. 定子磁軛4. 勵(lì)磁線圈5. 氣隙6. 電樞齒7. 電樞磁軛動(dòng)畫演示1. 直流電動(dòng)機(jī)的空載磁場(chǎng)2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)22勵(lì)磁磁通可以分為兩大類：主磁通：同時(shí)交鏈勵(lì)磁繞組和電樞繞組，占絕大多數(shù)漏磁通：不進(jìn)入電樞繞組，經(jīng)過氣隙直接進(jìn)入臨近的磁極 或磁軛，小

8、部分主磁通是直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行電磁感應(yīng)和能量轉(zhuǎn)換所必需的， 漏磁通只能使直流電動(dòng)機(jī)效率降低主磁場(chǎng)在電機(jī)中的分布動(dòng)畫演示1. 直流電動(dòng)機(jī)的空載磁場(chǎng)2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)23直流電動(dòng)機(jī)在帶載運(yùn)行時(shí)，電樞繞組中有電流通過，產(chǎn)生電樞磁場(chǎng)。電樞磁場(chǎng)在電機(jī)中的分布 電樞電流的方向總是以電刷為界限劃分。只要電刷固定不動(dòng)，電樞磁場(chǎng)即靜止不動(dòng) 電樞磁場(chǎng)與主磁場(chǎng)共同在氣隙里建立合成磁場(chǎng)動(dòng)畫演示2. 直流電動(dòng)機(jī)的電樞磁場(chǎng)2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)24電樞反應(yīng)：電樞磁場(chǎng)對(duì)主磁場(chǎng)的影響電樞反應(yīng)對(duì)磁場(chǎng)的影響如下：使磁極下的磁力線扭斜，磁通密度分布不均勻，合成磁場(chǎng)發(fā)生畸變使主磁場(chǎng)削弱，每個(gè)磁極下的磁通發(fā)生變化合

9、成磁場(chǎng)在電機(jī)中的分布動(dòng)畫演示3. 電樞反應(yīng)2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)25主要內(nèi)容1.1 直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu)1.2 直流電動(dòng)機(jī)的電樞反應(yīng)1.3 直流電動(dòng)機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩 電樞電動(dòng)勢(shì) 電磁轉(zhuǎn)矩1.4 直流電動(dòng)機(jī)1.5 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式1.6 生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性1.7 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性1.8 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)1.9 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電氣制動(dòng)1.10 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)261. 直流電動(dòng)機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì) 電樞繞組在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 電樞電動(dòng)勢(shì)：直流電動(dòng)機(jī)正、負(fù)電刷之間的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 計(jì)算方法： 電樞電動(dòng)勢(shì)即為每

10、條支路里的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，可先求出一根導(dǎo)體在一個(gè)極距范圍內(nèi)切割氣隙磁通密度的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，再乘以一條支路里總的導(dǎo)體數(shù)即為電樞電動(dòng)勢(shì)三、電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)271. 直流電動(dòng)機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)三、電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)281. 直流電動(dòng)機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)三、電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)292. 直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩：通電的電樞繞組在磁場(chǎng)中受到的電磁力與電動(dòng)機(jī) 電樞鐵心半徑之積稱為電磁轉(zhuǎn)矩三、電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)302. 直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩制造好的直流電動(dòng)機(jī)其電磁轉(zhuǎn)矩僅與電樞電流和

11、氣隙磁通成正比三、電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)312. 直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩三、電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)32主要內(nèi)容1.1 直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu)1.2 直流電動(dòng)機(jī)的電樞反應(yīng)1.3 直流電動(dòng)機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩1.4 直流電動(dòng)機(jī) 直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁方式 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式1.5 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式1.6 生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性1.7 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性1.8 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)1.9 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電氣制動(dòng)1.10 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)33直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁方式 他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)

12、、復(fù)勵(lì)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式 電動(dòng)勢(shì)平衡方程式、轉(zhuǎn)矩平衡方程式、功率平衡方程式四、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)34 根據(jù)直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組和電樞繞組與電源連接關(guān)系的不同，直流電動(dòng)機(jī)可分為 他勵(lì)式 并勵(lì)式 串勵(lì)式 復(fù)勵(lì)式1. 直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁方式2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)351. 直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁方式2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)36電動(dòng)勢(shì)平衡方程式2. 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)37轉(zhuǎn)矩平衡方程式2. 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)38功率平衡方程式直流電動(dòng)機(jī)功率流圖2. 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式202

13、2/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)39主要內(nèi)容1.1 直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu)1.2 直流電動(dòng)機(jī)的電樞反應(yīng)1.3 直流電動(dòng)機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩1.4 直流電動(dòng)機(jī)1.5 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式 單軸拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式 運(yùn)動(dòng)方程式中正、負(fù)號(hào)的規(guī)定 拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)1.6 生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性1.7 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性1.8 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)1.9 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電氣制動(dòng)1.10 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)40 電力拖動(dòng)系統(tǒng)是由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械系統(tǒng)，生產(chǎn)機(jī)械稱為電動(dòng)機(jī)的負(fù)載。電源控制設(shè)備電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)生產(chǎn)機(jī)械電力拖動(dòng)系統(tǒng)組成示意

14、圖五、電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)41單軸拖動(dòng)系統(tǒng)：電動(dòng)機(jī)輸出直接拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的系統(tǒng)1. 單軸拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)42what1. 單軸拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)431. 單軸拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)44正方向規(guī)定（1）規(guī)定正方向通常以電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)橐?guī)定正方向（2）轉(zhuǎn)速方向與規(guī)定正方向相同時(shí)為正（3）電磁轉(zhuǎn)矩方向與規(guī)定正方向相同時(shí)為正（4）負(fù)載轉(zhuǎn)矩方向與規(guī)定正方向相反時(shí)為正2. 運(yùn)動(dòng)方程式中正、負(fù)號(hào)的規(guī)定2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)453. 拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)

15、狀態(tài)2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)46要使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，必須改變電磁轉(zhuǎn)矩的方向，而電磁轉(zhuǎn)矩的方向由磁通方向和電樞電流的方向決定只要將磁通或者電樞電流中的任意一個(gè)參數(shù)改變方向，電磁轉(zhuǎn)矩即可改變方向常用的直流電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)方法有：改變勵(lì)磁電流方向：保持電樞兩端電壓極性不變，將勵(lì)磁繞組反接，使勵(lì)磁電流反向，磁通即改變方向改變電樞電壓極性：保持勵(lì)磁繞組兩端的電壓極性不變，將電樞繞組反接，電樞電流即改變方向4. 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)47主要內(nèi)容1.1 直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu)1.2 直流電動(dòng)機(jī)的電樞反應(yīng)1.3 直流電動(dòng)機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩1.4 直流電動(dòng)機(jī)1.5

16、 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式1.6 生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性 恒功率負(fù)載特性 通風(fēng)機(jī)型負(fù)載特性1.7 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性1.8 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)1.9 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電氣制動(dòng)1.10 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)48生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)行時(shí)常用負(fù)載轉(zhuǎn)矩標(biāo)志其負(fù)載的大小負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性：表征生產(chǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速與負(fù)載轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系三種常見生產(chǎn)機(jī)械特性：恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性（反抗性、位能性）恒功率負(fù)載特性通風(fēng)型負(fù)載特性六、生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)49所謂恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載是指 生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tl的大小不隨轉(zhuǎn)速n變化，Tl的大小為常數(shù)根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的方向

17、特點(diǎn)又分為反抗性和位能性負(fù)載兩種1. 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)50（1）反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特點(diǎn)： 負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小不變，但方向始終與生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的方向相反，總是阻礙電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)舉例：軋鋼機(jī)、機(jī)床的平移機(jī)構(gòu)2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)51（2）位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特點(diǎn)： 負(fù)載轉(zhuǎn)矩由重力作用產(chǎn)生，無論生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)方向變化與否，大小和方向始終不變舉例：起重機(jī)2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)522. 恒功率負(fù)載特性方向特點(diǎn)：屬于反抗性負(fù)載大小特點(diǎn)：當(dāng)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，負(fù)載從電動(dòng)機(jī)吸收的功率為 恒定值，即負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比 舉例：切削機(jī)床2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)533. 通風(fēng)機(jī)型負(fù)

18、載特性方向特點(diǎn)：屬于反抗性負(fù)載大小特點(diǎn)：負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)速的平方成正比 舉例：通風(fēng)機(jī)、水泵、油泵2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)54主要內(nèi)容1.1 直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu)1.2 直流電動(dòng)機(jī)的電樞反應(yīng)1.3 直流電動(dòng)機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩1.4 直流電動(dòng)機(jī)1.5 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式1.6 生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性1.7 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 機(jī)械特性方程式 固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性1.8 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)1.9 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電氣制動(dòng)1.10 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)55他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指電動(dòng)機(jī)在電樞電壓、勵(lì)磁電流、電樞總電阻為恒

19、值的條件下，轉(zhuǎn)速調(diào)整特性七、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)56他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電路原理圖Back to 人為機(jī)械特性1. 機(jī)械特性方程式2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)57他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性電源電壓&電樞回路總電阻&勵(lì)磁磁通均為常數(shù)1. 機(jī)械特性方程式2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)58固有機(jī)械特性是 當(dāng)電動(dòng)機(jī)的電樞工作電壓和勵(lì)磁磁通均為額定值，電樞電路中沒有串入附加電阻時(shí)的機(jī)械特性2. 固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)59人為機(jī)械特性是 人為地改變電路參數(shù)或電樞電壓而得到的機(jī)械特性 一般只改變電壓、磁通、附加電阻中的一個(gè) 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)

20、有下列三種人為機(jī)械特性： 電樞串電阻時(shí)的人為機(jī)械特性 改變電樞電壓時(shí)的人為機(jī)械特性 減弱磁通時(shí)的人為機(jī)械特性他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)原理圖2. 固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)60他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串電阻時(shí)的機(jī)械特性動(dòng)畫演示（1）電樞串電阻時(shí)的人為機(jī)械特性2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)61他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)改變電樞電壓時(shí)的機(jī)械特性動(dòng)畫演示（2）改變電樞電壓時(shí)的人為機(jī)械特性2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)62他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)改變電樞電壓時(shí)的機(jī)械特性（3）減弱磁通時(shí)的人為機(jī)械特性2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)63主要內(nèi)容1.1 直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu)1.2 直流電動(dòng)機(jī)的電樞反應(yīng)1

21、.3 直流電動(dòng)機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩1.4 直流電動(dòng)機(jī)1.5 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式1.6 生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性1.7 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性1.8 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng) 直接啟動(dòng) 電樞回路串電阻啟動(dòng) 降低電樞電壓?jiǎn)?dòng)1.9 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電氣制動(dòng)1.10 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)64啟動(dòng)：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子從靜止?fàn)顟B(tài)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速逐漸上升，最后達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的過程電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過程中，電樞電流Id 、電磁轉(zhuǎn)矩Tem、轉(zhuǎn)速n都隨時(shí)間變化，是一個(gè)過渡過程啟動(dòng)電流Ist：開始啟動(dòng)的一瞬間，轉(zhuǎn)速等于零時(shí)的電樞電流啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst ：與啟動(dòng)電流相對(duì)應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩八、他勵(lì)直流電

22、動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)65八、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)有如下要求：?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn)矩足夠大（Tst Tl，電動(dòng)機(jī)才能順利啟動(dòng)）啟動(dòng)電流Ist 要限制在一定范圍內(nèi)啟動(dòng)設(shè)備操作方便，啟動(dòng)時(shí)間短，運(yùn)行可靠，成本低廉2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)66八、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)1. 直接啟動(dòng) 直接啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流將達(dá)到很大的數(shù)值；啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也很大，可能造成設(shè)備損壞 除個(gè)別容量很小的電動(dòng)機(jī)外，一般不允許直流電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng) 對(duì)于一般他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，為限制啟動(dòng)電流，可采用電樞回路串電阻啟動(dòng)或者降低電樞電壓?jiǎn)?dòng)的啟動(dòng)方式+_M+_2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)67八、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)2

23、. 電樞回路串電阻啟動(dòng) 在啟動(dòng)時(shí)在電樞回路串入電阻以減小啟動(dòng)電流，然后逐級(jí)切除電阻以保證足夠的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 電機(jī)啟動(dòng)前應(yīng)使勵(lì)磁回路附加電阻為0，以使磁通最大 特點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，能耗較大 應(yīng)用場(chǎng)合：不易用于頻繁啟動(dòng)的大中型電動(dòng)機(jī)，可用于小型電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)MKMKM1KM2KM3R1R2R3動(dòng)畫演示2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)68八、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)3. 降低電樞電壓?jiǎn)?dòng) 啟動(dòng)前將施加在電動(dòng)機(jī)電樞兩端的電源電壓降低以減小啟動(dòng)電流，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后再逐漸提高電源電壓，使啟動(dòng)電磁轉(zhuǎn)矩維持在一定數(shù)值 特點(diǎn)：需要專用電源，投資較大，但啟動(dòng)電流小，啟動(dòng)平穩(wěn)，啟動(dòng)能耗小2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)6

24、9主要內(nèi)容1.1 直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu)1.2 直流電動(dòng)機(jī)的電樞反應(yīng)1.3 直流電動(dòng)機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩1.4 直流電動(dòng)機(jī)1.5 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式1.6 生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性1.7 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性1.8 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)1.9 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電氣制動(dòng) 能耗制動(dòng) 反接制動(dòng) 回饋制動(dòng)1.10 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)70 電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)分為機(jī)械制動(dòng)和電氣制動(dòng)兩種電氣制動(dòng)是指使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)速方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，該電磁轉(zhuǎn)矩起到阻礙運(yùn)動(dòng)的作用電動(dòng)機(jī)制動(dòng)有兩方面意義：使拖動(dòng)系統(tǒng)迅速減速停車（制動(dòng)過程）限制位能性負(fù)載的下降速度（制動(dòng)運(yùn)行）

25、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電氣制動(dòng)方法有： 能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)、回饋制動(dòng)九、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電氣制動(dòng)2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)711. 能耗制動(dòng)+_需要制動(dòng)時(shí)，利用電阻RH將電樞回路閉合，則進(jìn)入能耗制動(dòng)。此時(shí)，電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁不變，電樞電壓為0，n不能突變電流方向與原來運(yùn)行時(shí)相反，電磁轉(zhuǎn)矩因此反向，成為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩九、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電氣制動(dòng)2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)721. 能耗制動(dòng) 電動(dòng)機(jī)靠慣性旋轉(zhuǎn)，電樞通過切割磁場(chǎng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能，消耗在電樞回路電阻上，因而稱這種制動(dòng)方式為能耗制動(dòng)12反抗性負(fù)載：O點(diǎn)，能耗制動(dòng)停車位能性負(fù)載：C點(diǎn)，能耗制動(dòng)運(yùn)行九、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電氣制動(dòng)2022/9/5第一章

26、直流電動(dòng)機(jī)732. 反接制動(dòng) （1）電樞電壓反向反接制動(dòng) 需要制動(dòng)時(shí)，使電樞電壓反向并串入電阻，則進(jìn)入電樞電壓反接制動(dòng)。 電磁轉(zhuǎn)矩因電流反向而反向，成為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩九、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電氣制動(dòng)2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)74 如果要求系統(tǒng)停車，則在電樞電流為0時(shí)應(yīng)當(dāng)立即使電動(dòng)機(jī)脫開電源，系統(tǒng)制動(dòng)過程結(jié)束 反接制動(dòng)適合于要求頻繁正、反轉(zhuǎn)的電力拖動(dòng)系統(tǒng)，先用反接制動(dòng)達(dá)到迅速停車，再接著反向啟動(dòng)并進(jìn)入反向穩(wěn)態(tài)運(yùn)行2. 反接制動(dòng) （1）電樞電壓反向反接制動(dòng)12九、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電氣制動(dòng)2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)752. 反接制動(dòng) （2）倒拉反接反轉(zhuǎn)制動(dòng) 電動(dòng)機(jī)提升重物時(shí)，將較大電阻RH串入電路

27、，使提升轉(zhuǎn)矩小于下降的位能轉(zhuǎn)矩，系統(tǒng)將進(jìn)入倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng) 此時(shí)轉(zhuǎn)速反向，使得反電動(dòng)勢(shì)反向，則 電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方向相反+_G九、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電氣制動(dòng)2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)762. 反接制動(dòng) （2）倒拉反接反轉(zhuǎn)制動(dòng) 此運(yùn)行狀態(tài)是由于位能負(fù)載轉(zhuǎn)矩拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)而形成的，因此稱為倒拉反接制動(dòng) 電動(dòng)機(jī)進(jìn)入倒拉反接制動(dòng)狀態(tài)必須有位能負(fù)載反拖電動(dòng)機(jī)，同時(shí)電樞回路要串入較大電阻。 這種制動(dòng)方式不能用于停車，只能用于重物下放九、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電氣制動(dòng)2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)773. 回饋制動(dòng) 電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下，由于某種條件的變化，使得電樞轉(zhuǎn)速超過理想空載轉(zhuǎn)速，則進(jìn)入回饋制動(dòng) 電樞

28、電流反向使得電磁轉(zhuǎn)矩反向，成為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩 此種運(yùn)行方式下，電源輸入功率為負(fù)，而電磁功率也為負(fù)，表明電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，將電樞轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能變?yōu)殡娔懿⒒仞伒诫娋W(wǎng)，故稱為回饋制動(dòng)九、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電氣制動(dòng)2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)783. 回饋制動(dòng)12 由于電樞電壓、電樞回路電阻、勵(lì)磁磁場(chǎng)均與電動(dòng)運(yùn)行時(shí)一樣，所以回饋制動(dòng)的機(jī)械特性與電動(dòng)狀態(tài)時(shí)完全一樣，是電動(dòng)狀態(tài)機(jī)械特性延伸到第二象限的一條直線 回饋制動(dòng)時(shí)電樞回路不允許串入電阻，否則將會(huì)穩(wěn)定運(yùn)行在很高的轉(zhuǎn)速B點(diǎn)九、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電氣制動(dòng)2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)79主要內(nèi)容1.1 直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu)1.2 直流電動(dòng)機(jī)的電樞反

29、應(yīng)1.3 直流電動(dòng)機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩1.4 直流電動(dòng)機(jī)1.5 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式1.6 生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性1.7 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性1.8 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)1.9 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電氣制動(dòng)1.10 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 調(diào)速指標(biāo) 調(diào)速方法 直流調(diào)速系統(tǒng)使用的可控直流電源2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)80調(diào)速：人為改變速度的方法可以用機(jī)械的方法或電氣的方法實(shí)現(xiàn)調(diào)速電氣調(diào)速：人為地改變電氣參數(shù)，有意識(shí)地使電動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)由一條機(jī)械特性曲線轉(zhuǎn)換到另一條機(jī)械特性曲線上，為了生產(chǎn)需要而對(duì)電動(dòng)機(jī)調(diào)速進(jìn)行的一種控制調(diào)速與電動(dòng)機(jī)在負(fù)載或電壓隨機(jī)波動(dòng)時(shí)而引起的轉(zhuǎn)速擾動(dòng)變化是兩個(gè)不同的概念

30、十、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)81 為了評(píng)價(jià)各種調(diào)速方法的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)調(diào)速方法提出了一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)（1）調(diào)速范圍 電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載下調(diào)速時(shí)，其最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比 不同生產(chǎn)機(jī)械對(duì)調(diào)速范圍的要求不同1. 調(diào)速指標(biāo)2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)82（2）靜差率（轉(zhuǎn)速變化率） 電動(dòng)機(jī)在一條機(jī)械特性上的額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速降與該機(jī)械特性的理想空載轉(zhuǎn)速之比1. 調(diào)速指標(biāo)2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)83（2）靜差率（轉(zhuǎn)速變化率） 調(diào)速范圍與靜差率兩項(xiàng)性能指標(biāo)互相制約 采用同一種方法調(diào)速時(shí)，靜差率要求較低時(shí)，可得到較寬 的調(diào)速范圍 若要求靜差率一定時(shí)，不同的調(diào)速方法其調(diào)速范圍

31、不同1. 調(diào)速指標(biāo)2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)84（3）調(diào)速的平滑性 平滑性是指相鄰兩級(jí)轉(zhuǎn)速的接近程度 無級(jí)調(diào)速：轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)，其級(jí)數(shù)趨于無窮大 有級(jí)調(diào)速：調(diào)速不連續(xù)，級(jí)數(shù)有限1. 調(diào)速指標(biāo)2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)85（4）調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性 包含兩方面內(nèi)容： 一是指調(diào)速所需的設(shè)備投資和調(diào)速過程中的能量損耗 二是指電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)能夠得到充分利用 經(jīng)驗(yàn)： 1. 電樞回路串電阻、降低電樞電壓調(diào)速適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 的調(diào)速 2. 弱磁調(diào)速適用于恒功率負(fù)載的調(diào)速1. 調(diào)速指標(biāo)2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)86 當(dāng)電樞電流不變（負(fù)載不變）時(shí)，只要在電樞電壓、電樞電路附加電阻、每極磁通三個(gè)參數(shù)中，任意

32、改變一個(gè)，都能引起轉(zhuǎn)速的變化電樞串電阻調(diào)速：操作簡(jiǎn)單方便，調(diào)速范圍小，特性變軟變電樞電壓調(diào)速：只能降壓調(diào)速，特性硬度好，無級(jí)調(diào)速，調(diào)速效率高，可調(diào)壓電源設(shè)備投資較高弱磁調(diào)速：操作方便，效率高，調(diào)速范圍小，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性差2. 調(diào)速方法2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)87 實(shí)際生產(chǎn)中往往將弱磁調(diào)速和調(diào)壓調(diào)速配合使用 調(diào)壓調(diào)速在不同轉(zhuǎn)速下容許的輸出轉(zhuǎn)矩恒定，可稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法 弱磁調(diào)速在不同轉(zhuǎn)速時(shí)容許的輸出功率基本相同，稱為恒功率調(diào)速方法 為了擴(kuò)大調(diào)速范圍，直流電動(dòng)機(jī)可以采用調(diào)壓和弱磁配合控制的混合調(diào)速方法，在基速以下保持額定磁通不變，只調(diào)節(jié)電樞電壓；在基速之上保持電樞電壓為額定值，減弱磁通升速2. 調(diào)速方法2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)88改變電樞電壓調(diào)速是直流調(diào)速系統(tǒng)采用的主要方法調(diào)節(jié)電樞供電電壓或者改變勵(lì)磁磁通，都需要有專門的可控直流電源常用的可控直流電源有以下兩種：靜止可控整流器（如：晶閘管整流裝置）直流斬波器/脈寬調(diào)制變換器3. 直流調(diào)速系統(tǒng)使用的可控直流電源2022/9/5第一章直流電動(dòng)機(jī)89本章小結(jié)直流電動(dòng)機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成，定子部分主要作用是建立工作磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子部分主要作用是傳遞電磁功率。電樞繞組是直流電動(dòng)機(jī)中傳遞能量的關(guān)