機(jī)電傳動(dòng)控制和其復(fù)習(xí)市公開(kāi)課金獎(jiǎng)市賽課一等獎(jiǎng)?wù)n件

1、第一章 概述定義：以電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)（動(dòng)力源）驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械系統(tǒng)總稱。目標(biāo)：將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)機(jī)械開(kāi)啟、停頓及速度調(diào)整，滿足各種生產(chǎn)工藝過(guò)程要求，確保生產(chǎn)過(guò)程正常進(jìn)行?？倧?fù)習(xí)第1頁(yè)機(jī)電傳動(dòng)技術(shù)發(fā)展動(dòng)力源：蒸汽機(jī)，內(nèi)燃機(jī)，電動(dòng)機(jī)機(jī)電傳動(dòng)方式： 成組拖動(dòng)：一臺(tái)電機(jī)拖動(dòng)多臺(tái)設(shè)備，老方式，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，效率低。 單電機(jī)拖動(dòng)：一臺(tái)電機(jī)拖動(dòng)一臺(tái)設(shè)備，比成組方式進(jìn)步。 多電機(jī)拖動(dòng)：多臺(tái)電機(jī)拖動(dòng)一臺(tái)設(shè)備，當(dāng)代傳動(dòng)方法。第2頁(yè)第二章 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) D 單軸傳動(dòng)系統(tǒng)慣性直徑（m）; G 單軸傳動(dòng)系統(tǒng)重力（Kg）。 GD2 應(yīng)視為一個(gè)整體物理量。 運(yùn)動(dòng)方程式是研究機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)最基本方程式， 由它可描

2、述出系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及特征。1 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程式第3頁(yè)2、傳動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)依據(jù)運(yùn)動(dòng)方程式可知：運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)有兩種不一樣運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：即，為常數(shù)，傳動(dòng)系統(tǒng)以恒速運(yùn)動(dòng)。 TM =TL時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)處于恒速運(yùn)動(dòng)這種狀態(tài)被稱為穩(wěn)態(tài)。 即 傳動(dòng)系統(tǒng)加速運(yùn)動(dòng)。即傳動(dòng)系統(tǒng)減速運(yùn)動(dòng)。TM TL時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)處于加速或減速運(yùn)動(dòng)這種狀態(tài)被稱為動(dòng)態(tài)。第4頁(yè) 處于動(dòng)態(tài)時(shí)，系統(tǒng)中必定存在一個(gè)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩： 它使系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變。其轉(zhuǎn)矩平衡方程為：TM = TL + Td上式表明，在任何情況下，電機(jī)所產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩總是被軸上負(fù)載轉(zhuǎn)矩（靜態(tài)轉(zhuǎn)矩）與動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩之和所平衡。 因?yàn)閭鲃?dòng)系統(tǒng)有各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，對(duì)應(yīng)運(yùn)動(dòng)方程式 中轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩方向就不一樣，所以需要

3、約定方向 表示規(guī)則。第5頁(yè)3、TM、TL、n參考方向 因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)和生產(chǎn)機(jī)械以共同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，所以，普通以（或n）轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)閰⒖紒?lái)確定轉(zhuǎn)矩正負(fù)。 當(dāng)TM實(shí)際作用方向與n方向相同時(shí)（符號(hào)同），取與n相同符號(hào)，TM為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩；1)TM符號(hào)與性質(zhì) 當(dāng)TM實(shí)際作用方向與n方向相反時(shí)，取與n相反符號(hào)，TM為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 第6頁(yè)拖動(dòng)轉(zhuǎn)距促進(jìn)運(yùn)動(dòng)；制動(dòng)轉(zhuǎn)距妨礙運(yùn)動(dòng)。 當(dāng)TL實(shí)際作用方向與n方向相同時(shí)（符號(hào)反），取與n相反符號(hào)，TL為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩；2)TL符號(hào)與性質(zhì) 當(dāng)TL實(shí)際作用方向與n方向相反時(shí)，取與n相同符號(hào)，TL為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。第7頁(yè)4 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)負(fù)載特征 前面討論機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程中，負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL 可能是常數(shù)

4、，也可能是轉(zhuǎn)速函數(shù)。 我們把同一軸上負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間函數(shù)關(guān)系稱為 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)負(fù)載特征。 就是生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載特征，有時(shí)也稱為生產(chǎn)機(jī)械 機(jī)械特征。 今后均指電機(jī)軸上負(fù)載特征。 不一樣類(lèi)型生產(chǎn)機(jī)械在運(yùn)動(dòng)中受阻性質(zhì)是不一樣， 其負(fù)載特征曲線形狀也有所不一樣，大致分為： 恒轉(zhuǎn)矩型負(fù)載特征、離心式通風(fēng)機(jī)型負(fù)載特征、 直線型負(fù)載特征、恒功率型負(fù)載特征。第8頁(yè)2.3.1 恒轉(zhuǎn)矩型負(fù)載特征 這一類(lèi)型負(fù)載特征特點(diǎn)是：負(fù)載轉(zhuǎn)矩為常數(shù)。 如圖所表示。 依據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩與運(yùn)動(dòng)方向關(guān)系，恒轉(zhuǎn)矩型負(fù)載特征 可分為反抗性轉(zhuǎn)矩和位能性轉(zhuǎn)矩兩種。a反抗轉(zhuǎn)矩：又稱摩擦性轉(zhuǎn)矩，其特點(diǎn)以下： 由摩擦、非彈性體壓縮、拉伸與扭轉(zhuǎn)等作用所產(chǎn)生

5、 負(fù)載轉(zhuǎn)矩。 反抗性轉(zhuǎn)矩方向恒與運(yùn)動(dòng)方向相反，妨礙運(yùn)動(dòng)； 反抗性轉(zhuǎn)矩大小恒常不變。第9頁(yè) 依據(jù)轉(zhuǎn)矩正方向約定可知，反抗性轉(zhuǎn)矩恒與轉(zhuǎn)速n 方向相反時(shí)取正號(hào)，即： n 為正方向時(shí)TL 為正，特征在第一象限； n 為負(fù)方向時(shí)TL 為負(fù)，特征在第三象限。第10頁(yè)b位能性轉(zhuǎn)矩，其特點(diǎn)以下： 位能性轉(zhuǎn)矩大小恒常不變； 作用方向不變，與運(yùn)動(dòng)方向無(wú)關(guān)，即在某一方向 妨礙運(yùn)動(dòng)而在另一方向促進(jìn)運(yùn)動(dòng)。 位能性轉(zhuǎn)矩是由物體重力或彈性體壓縮、拉伸、 扭轉(zhuǎn)等作用所引發(fā)負(fù)載轉(zhuǎn)矩；第11頁(yè)離心式通風(fēng)機(jī)型負(fù)載特征 離心式通風(fēng)型機(jī)械特征是按離心力原理工作， 如離心式鼓風(fēng)機(jī)、水泵等，它們負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL大小 與轉(zhuǎn)速n平方成正比，即：其

6、中：C為常數(shù)。特征曲線如圖所表示。第12頁(yè)直線型負(fù)載特征 直線型負(fù)載負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL大小與轉(zhuǎn)速n大小 成正比，即 ：其中：C為常數(shù)。特征曲線如圖所表示。第13頁(yè)恒功率型負(fù)載特征 恒功率型負(fù)載負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL大小與轉(zhuǎn)速n 大小成反比，即其中：C為常數(shù)。比如機(jī)床。 實(shí)際應(yīng)用中，負(fù)載可能是單一類(lèi)型，也能夠是幾個(gè) 類(lèi)型復(fù)合。特征曲線如圖所表示。第14頁(yè)5 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行條件 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)與生產(chǎn)機(jī)械連成一體， 為了使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行合理，就要使電動(dòng)機(jī)機(jī)械 特征與生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載特征盡可能相匹配。 特征配合好壞基本要求是系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)行。1、機(jī)電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行含義包含：1) 系統(tǒng)應(yīng)能以一定速度勻速運(yùn)行；2)

7、系統(tǒng)受某種外部干擾作用（如電壓波動(dòng)、負(fù)載 轉(zhuǎn)矩波動(dòng)等）而使運(yùn)行速度發(fā)生改變，應(yīng)確保 系統(tǒng)在干擾消除后能恢復(fù)到原來(lái)運(yùn)行速度。第15頁(yè)2、機(jī)電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行條件1) 必要條件 電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩TM和負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL大小相等， 方向相反。 從Tn 坐標(biāo)上看，就是電動(dòng)機(jī)機(jī)械特征曲線 n =f(TM)和生產(chǎn)機(jī)械機(jī)械特征曲線n =f(TL) 必須有交點(diǎn)，交點(diǎn)被稱為平衡點(diǎn)。第16頁(yè)2) 充分條件 系統(tǒng)受到干擾后，要含有恢復(fù)到原平衡狀態(tài) 能力，即： 當(dāng)干擾使速度上升時(shí)，有 TMTL 。 這是穩(wěn)定運(yùn)行充分條件。 符合穩(wěn)定運(yùn)行條件平衡點(diǎn)稱為穩(wěn)定平衡點(diǎn)。第17頁(yè) 機(jī)電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行充分必要條件也可表述為：電動(dòng)機(jī)機(jī)械特征n=

8、f（Tm） 與負(fù)載特征n= f（TL）有交點(diǎn)；第18頁(yè)a、b兩點(diǎn)是否為穩(wěn)定平衡點(diǎn)？a點(diǎn)： 當(dāng)負(fù)載突然增加后當(dāng)負(fù)載波動(dòng)消除后 故a點(diǎn)為系統(tǒng)穩(wěn)定平衡點(diǎn)。 同理b點(diǎn)不是穩(wěn)定平衡點(diǎn)。 異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特征生產(chǎn)機(jī)械機(jī)械特征交點(diǎn)a交點(diǎn)b分析舉例第19頁(yè) 若我們約定： Ia 電樞電流； Ra 電樞電阻； E 電樞電動(dòng)勢(shì)； U 電機(jī)端電壓； Uf 勵(lì)磁繞組端電壓； Rf 勵(lì)磁調(diào)整電阻； If 勵(lì)磁繞組電流。 由電磁學(xué)理論很輕易 推得：直流電機(jī)機(jī)械特征普通表示式第3章直流電機(jī)工作原理及特征第20頁(yè)1、固有機(jī)械特征 電機(jī)機(jī)械特征有固有特征和人為特征之分。 固有特征又稱自然特征，是指在額定條件下 n = f(T)曲線

9、。（1）估算電樞電阻Ra： 依據(jù)電機(jī)銘牌能夠計(jì)算出關(guān)鍵點(diǎn)而繪出該電機(jī) 在額定條件下 n = f(T) 特征曲線。 即依據(jù)電機(jī)銘牌計(jì)算出理想空載點(diǎn)和額定運(yùn)行點(diǎn) 坐標(biāo)，再據(jù)此近似地畫(huà)出 n = f(T) 特征曲線。第21頁(yè)（2）求KeN：（3）求理想空載轉(zhuǎn)速：（4）求額定轉(zhuǎn)矩：重點(diǎn)第22頁(yè) 依據(jù)（0,n0）和（Tn,nN）兩點(diǎn)就能夠作出他勵(lì)電動(dòng)機(jī) 機(jī)械特征曲線。 正轉(zhuǎn)時(shí)，在第一象限； 反轉(zhuǎn)時(shí)，在第三象限。第23頁(yè) 人為機(jī)械特征是指公式 中供電電壓U 或磁通 不是額定值、電樞電路中 接有外加電阻Rad時(shí)機(jī)械特征。（三種）2、人為機(jī)械特征（1）電樞回路中串接附加電阻時(shí)人為機(jī)械特征；（2）改變電樞電壓U

10、 時(shí)人為機(jī)械特征；（3）改變磁通時(shí)人為機(jī)械特征。第24頁(yè)3 直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)開(kāi)啟特征 開(kāi)啟電動(dòng)機(jī)就是施電于電動(dòng)機(jī)，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng) 起來(lái)，到達(dá)要求轉(zhuǎn)速過(guò)程。 對(duì)直流電動(dòng)機(jī)而言，在未開(kāi)啟之前n =0、E =0， 而Ra普通很小。 所以，當(dāng)電動(dòng)機(jī)被直接接入電網(wǎng)并施加額定電壓時(shí)， 開(kāi)啟電流為： 這個(gè)電流很大，普通情況下能到達(dá)其額定電流 （1020）倍。第25頁(yè) 過(guò)大開(kāi)啟電流危害很大：（1） 對(duì)電動(dòng)機(jī)本身影響： 使電動(dòng)機(jī)在換向過(guò)程中產(chǎn)生危險(xiǎn)火花， 燒壞整流子（換向器）； 過(guò)大電樞電流產(chǎn)生過(guò)大電動(dòng)應(yīng)力， 可能引發(fā)繞組損壞。 第26頁(yè)（2） 對(duì)機(jī)械系統(tǒng)影響： 開(kāi)啟轉(zhuǎn)矩與開(kāi)啟電流成正百分比； 巨大開(kāi)啟轉(zhuǎn)矩在運(yùn)

11、動(dòng)系統(tǒng)中產(chǎn)生很大 動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩； 過(guò)大動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩會(huì)在機(jī)械系統(tǒng)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中產(chǎn)生 過(guò)大動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩沖擊，使機(jī)械傳動(dòng)部件損壞。第27頁(yè)（3）對(duì)供電電網(wǎng)影響： 過(guò)大開(kāi)啟電流可能會(huì)造成保護(hù)裝置動(dòng)作， 造成切斷電源，造成事故； 或者引發(fā)電網(wǎng)電壓下降，影響其它負(fù)載 正常運(yùn)行。所以，直流電動(dòng)機(jī)是不允許直接開(kāi)啟若要開(kāi)啟，必須設(shè)法限制電樞電流！比如：普通Z2型直流電動(dòng)機(jī)，要求電樞瞬時(shí)電流 不得大于額定電流1.52倍。第28頁(yè)4 直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)調(diào)速特征 調(diào)速（又稱速度調(diào)整）與速度改變是兩個(gè)完全 不一樣概念。 電動(dòng)機(jī)調(diào)速是在一定負(fù)載條件下，人為地改變 電動(dòng)機(jī)電路參數(shù)，以改變電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。 如圖所表示：人為地改變（或 調(diào)整）電

12、樞回路電阻大小 造成轉(zhuǎn)速下降，故這種人為 改變一些參數(shù)而造成速度 改變，稱調(diào)速或速度調(diào)整。第29頁(yè)a 改變電樞電路外串電阻Rad 從特征方程可看出，在一 定負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL下，串入 不一樣電阻能夠得到不一樣 轉(zhuǎn)速。 在電阻分別為Ra、R1、R2、 R3情況下，能夠分別 得到穩(wěn)定工作點(diǎn)A、C、D和E，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速為 nA、nB、nC、nD。（ RaR1R2U1U2U3 ）第32頁(yè) 當(dāng) =N、Rad =0、改變電樞電壓U 時(shí)，理想空載 轉(zhuǎn)速n0將隨電樞電壓U 改變而改變，但轉(zhuǎn)速降 n卻不變。 所以，在不一樣電樞電壓U 下， 可得一組平行于固有機(jī)械特征 曲線人為機(jī)械特征曲線。 因?yàn)殡姍C(jī)絕緣材料耐壓條件 限制

13、，這種電壓調(diào)速方法 只能在額定電壓值以下調(diào)整。 是一個(gè)電機(jī)降速調(diào)速法。特點(diǎn)：第33頁(yè)例：將電機(jī)電樞供電電壓由U1升到UN。 電壓為U1時(shí)，電機(jī)工作在U1 特征b點(diǎn)；此時(shí)，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 為nb。 當(dāng)電壓突然上升到UN時(shí)，因?yàn)?機(jī)械系統(tǒng)慣性作用，轉(zhuǎn)速n 不變，對(duì)應(yīng)反電動(dòng)勢(shì)也不變， 仍分別為nb和Eb。 但當(dāng)不考慮電樞電路電感時(shí)，電樞電流將由 突然上升至 ；第34頁(yè) 電機(jī)轉(zhuǎn)矩也由 突然升至 ； 此時(shí)，電機(jī)工作點(diǎn)即使由 b點(diǎn)過(guò)渡到g點(diǎn)，但因?yàn)橛?TgTL，所以，系統(tǒng)開(kāi)始加速。 反電動(dòng)勢(shì)E也會(huì)伴隨轉(zhuǎn)速n 上升而增大，電樞電流則逐步降低，電機(jī)轉(zhuǎn)矩也 對(duì)應(yīng)地降低，電機(jī)工作點(diǎn)沿UN由g點(diǎn)移動(dòng)到a點(diǎn)， 電機(jī)轉(zhuǎn)矩又回

14、到TL。第35頁(yè)改變電樞回路串接電阻大小調(diào)速存在以下問(wèn)題： 機(jī)械特征較軟，電阻愈大則特征愈軟，穩(wěn)定度愈低； 在空載或輕載時(shí)，調(diào)速范圍不大； 實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速困難； 在調(diào)速電阻上消耗大量電能等。 正因?yàn)槿秉c(diǎn)不少，當(dāng)前已極少采取，僅在有些起重 機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)等低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間不長(zhǎng)傳動(dòng)系統(tǒng)中采取。第36頁(yè) 當(dāng)U =UN、Rad =0、而改變磁通 時(shí)， 理想空載轉(zhuǎn)速n0和轉(zhuǎn)速降n都要隨磁通 改變 而改變。 因?yàn)榇磐ㄖ荒茉诘陀谄?額定值范圍內(nèi)調(diào)整，而 開(kāi)啟電流為常數(shù)，所以得到 人為機(jī)械特征曲線如右 所表示。是一個(gè)電機(jī)超速調(diào)速法。當(dāng)磁經(jīng)過(guò)分消弱后，假如負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，電機(jī)電流將大大增加，從而產(chǎn)生過(guò)載現(xiàn)象。 必須注意是：

15、當(dāng)=0時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速將升到機(jī)械強(qiáng)度不允許程度。所以，直流他勵(lì)電機(jī)開(kāi)啟前必須先加勵(lì)磁電流，且在運(yùn)轉(zhuǎn)中決不允許勵(lì)磁電流為零。為此，直流他勵(lì)電機(jī)在使用中，普通都設(shè)有“失磁”保護(hù)辦法。c 改變電機(jī)主磁通第37頁(yè) 改變電機(jī)主磁通 調(diào)速機(jī)械特征如圖所表示： 即改變主磁通 能夠到達(dá)調(diào)速目標(biāo)。 降速時(shí)沿c-d-b進(jìn)行，升速時(shí)沿b-e-c進(jìn)行。第38頁(yè) 可平滑無(wú)級(jí)調(diào)速，但只能弱磁調(diào)速，即在額定轉(zhuǎn) 速以上調(diào)整； 調(diào)速特征較軟，且受電動(dòng)機(jī)換向條件等限制； 調(diào)速時(shí)維持電樞電壓U 和電樞電流Ia不變時(shí)， 電動(dòng)機(jī)輸出功率P=UIa不變，屬恒功率調(diào)速。 普通他勵(lì)電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速不得超出額定轉(zhuǎn)速 1.2倍，所以，調(diào)速范圍不大。

16、所以，它往往和調(diào)壓調(diào)速配合使用，即在額定轉(zhuǎn) 速下用降壓調(diào)速；在額定轉(zhuǎn)速之上用弱磁調(diào)速。特點(diǎn)：第39頁(yè)5 直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)特征1、制動(dòng)與開(kāi)啟定義： 開(kāi)啟：施電于電動(dòng)機(jī)使電動(dòng)機(jī)速度從靜止加速到 某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速一個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 制動(dòng)：電動(dòng)機(jī)脫離電網(wǎng)，或使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 從某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速開(kāi)始減速到停頓或是 限制位能負(fù)載下降速度一個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。 注意：電動(dòng)制動(dòng)與自然停車(chē)是兩個(gè)不一樣概念。第40頁(yè)a 反饋制動(dòng) 電機(jī)正常接線時(shí)，在外部 條件作用下，電機(jī)實(shí)際 轉(zhuǎn)速n大于其理想空載轉(zhuǎn)速 n0，此時(shí)，電機(jī)即運(yùn)行于 反饋制動(dòng)狀態(tài)。例：電車(chē)，走平路時(shí)，其電機(jī)工作在 電動(dòng)狀態(tài)下，電磁轉(zhuǎn)矩T 克服 摩擦性負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tr，即T=Tr，

17、 以轉(zhuǎn)速na穩(wěn)定在工作點(diǎn)a。第41頁(yè)b 反接制動(dòng) 當(dāng)他勵(lì)電機(jī)電樞電壓U或電樞電動(dòng)勢(shì)E中任一個(gè) 在外部條件作用下改變了方向時(shí)，電機(jī)將運(yùn)行于 反接制動(dòng)狀態(tài)。特點(diǎn)：1）電動(dòng)機(jī)外加電樞電壓U 與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E 方向 在外界作用下由相反變?yōu)橄嗤?）電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩TM與轉(zhuǎn)速n方向相反。在反接制動(dòng)中，把改變電樞電壓U 方向所產(chǎn)生反接制動(dòng)稱為電源反接制動(dòng)；而把改變電樞電動(dòng)勢(shì)E方向所產(chǎn)生反接制動(dòng)稱為倒拉反接制動(dòng)。 第42頁(yè)（1).電源反接制動(dòng) 設(shè)電動(dòng)機(jī)外加電樞電壓參考方向?yàn)閳D中所表示。 當(dāng)電壓實(shí)際方向與參考方向相同時(shí)，電動(dòng)機(jī) 機(jī)械特征為： 其特征曲線如圖（b）中曲線1所表示（正向）。第43頁(yè)(2).倒拉反接制動(dòng)

18、 設(shè)電機(jī)處于正向電動(dòng)狀態(tài)，以na轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)， 提升重物。若用在電樞電路中串入附加限流電阻 Rad 方法下放重物，這時(shí)，電機(jī)將由固有特征 曲線1a點(diǎn)過(guò)渡到人為特征曲線2c點(diǎn)，電機(jī)轉(zhuǎn)矩 T 遠(yuǎn)小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL。 所以，電機(jī) 轉(zhuǎn)速將沿著 曲線2下降。 到d點(diǎn)時(shí)， 電機(jī)轉(zhuǎn)速為0， 重物停頓上升。第44頁(yè)C 能耗制動(dòng) 電機(jī)在電動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，若把外施電樞電壓U突然 降為0，同時(shí)用一個(gè)附加電阻Rad短接電樞兩端，即 得到能耗制動(dòng)狀態(tài)。 此時(shí)電機(jī)成為發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能和熱能。 此時(shí)機(jī)械特征曲線為圖中曲線2。第45頁(yè)1、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)極數(shù)與旋轉(zhuǎn)速度 在交流電動(dòng)機(jī)中，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)定子旋轉(zhuǎn)速度 被稱為同時(shí)速度，

19、用n0表示。 以上討論旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，含有一對(duì)磁極（磁極對(duì)數(shù) 用p 表示）即p=1。 電流改變經(jīng)過(guò)一個(gè)周期（改變360電角度），旋轉(zhuǎn) 磁場(chǎng)在空間也旋轉(zhuǎn)了一轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)了360機(jī)械角度）， 若電流頻率為f，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)每分鐘將旋轉(zhuǎn)60f 轉(zhuǎn)， 即：第4章 交流電動(dòng)機(jī)工作原理及特征第46頁(yè) 依次類(lèi)推，當(dāng)有p對(duì)磁極時(shí)，其轉(zhuǎn)速為： 所以，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)速度與電流頻率成正比 而與磁級(jí)對(duì)數(shù)成反比。第47頁(yè) 但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n 恒小于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速（同時(shí)轉(zhuǎn)速）。 所以，稱為異步電機(jī)。 所以，轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)才會(huì)永遠(yuǎn)有切割磁力線 相對(duì)運(yùn)動(dòng)，才有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，才會(huì)產(chǎn)生 驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)主要原因。 我們把轉(zhuǎn)速差(n0-n)與

20、同時(shí)轉(zhuǎn)速n0比值稱為異步 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率，用S表示，即： 轉(zhuǎn)差率S是分析異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特征主要參數(shù)。 通常，異步電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載時(shí)，n 靠近n0， 轉(zhuǎn)差率S 很小，普通為0.0150.060。2、轉(zhuǎn)差率第48頁(yè) 定子每相繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為： 它也是正弦量，其有效值為： 式中，f1為e1頻率。 因?yàn)樾D(zhuǎn)磁場(chǎng)和定子間相對(duì)轉(zhuǎn)速為n0， 所以有 它等于定子電流頻率，即 。 定子每相繞組中還要產(chǎn)生漏磁電動(dòng)勢(shì)：3、定子電路分析第49頁(yè) 加在定子每相繞組上電壓分為三個(gè)分量，即： 如用復(fù)數(shù)表示，則為： 式中， 和 為定子每相繞組電阻和漏磁感抗， 因?yàn)镽1和X1較小，其上電壓降與電動(dòng)勢(shì)E1比較起來(lái)， 常可忽略

21、，于是：第50頁(yè)4、轉(zhuǎn)子電路分析 在討論電機(jī)轉(zhuǎn)矩之前，必須搞清轉(zhuǎn)子電路中各項(xiàng) 物理量：電動(dòng)勢(shì)e2、轉(zhuǎn)子電流i2、轉(zhuǎn)子電流頻率f2、 轉(zhuǎn)子電路功率因數(shù)cos2、轉(zhuǎn)子繞組感抗X2。 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子每相繞組中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)為： 其有效值為 ： 式中，f2為轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)e2或轉(zhuǎn)子電流i2相對(duì)于旋轉(zhuǎn) 磁場(chǎng)頻率。第51頁(yè) 因?yàn)樾D(zhuǎn)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子間相對(duì)轉(zhuǎn)速為 n0-n。 在 n =0 ，即S =1時(shí)，轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)為：為轉(zhuǎn)子最大電動(dòng)勢(shì)。 可見(jiàn)轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)E2 與轉(zhuǎn)差率S 相關(guān)。第52頁(yè) 和定子電流一樣，轉(zhuǎn)子電流也要產(chǎn)生漏磁通，從而 在轉(zhuǎn)子每相繞組中還要產(chǎn)生漏磁電動(dòng)勢(shì)。 所以，對(duì)于轉(zhuǎn)子每相電路，有 ： 如用復(fù)數(shù)表示，則為

22、：式中，R2和X2轉(zhuǎn)子每相繞組電阻和漏磁感抗 。第53頁(yè) 在n =0 ，即S =1 時(shí)，轉(zhuǎn)子感抗為：為轉(zhuǎn)子最大感抗?？梢?jiàn)轉(zhuǎn)子感抗E2 與轉(zhuǎn)差率S 相關(guān)。 轉(zhuǎn)子每相電路電流為： 可見(jiàn)轉(zhuǎn)子電流I2 也與轉(zhuǎn)差率S 相關(guān)。當(dāng)S 增大， 即轉(zhuǎn)速n 降低時(shí)，轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間相對(duì)轉(zhuǎn)速 增加，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體被磁力線切割速度提升，于是 E2 增加，I2 也增加。第54頁(yè) 轉(zhuǎn)子電流I2 隨轉(zhuǎn)差率S 改變關(guān)系如圖5.20所表示。 當(dāng)S =0，即n0-n =0，I2 =0； 當(dāng)S 很小時(shí)， ， ， 即與S近似地成正比； 當(dāng)S 靠近于1時(shí)， ， 為常數(shù)。第55頁(yè) 因?yàn)檗D(zhuǎn)子有漏磁通L2，對(duì)應(yīng)感抗為X2。 所以，I2比E2滯后2

23、角， 因而轉(zhuǎn)子電路功率因數(shù)為： 它也與轉(zhuǎn)差率S相關(guān)。 當(dāng)S很小時(shí)， ； 當(dāng)S增大時(shí)，X2也增大，于是cos 2 減小； 當(dāng)S靠近于1時(shí)，cos 2 R2/X20?？梢?jiàn)電動(dòng)勢(shì)、電流、頻率、感抗及功率因數(shù)都與轉(zhuǎn)速相關(guān)。第56頁(yè)5、三相異步電機(jī)固有機(jī)械特征 三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)矩是由旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)每極磁通 與轉(zhuǎn)子電流I2 相互作用而產(chǎn)生。 其計(jì)算公式為： 該計(jì)算公式另一表示式為： 其中，Kt與電機(jī)結(jié)構(gòu)相關(guān)常數(shù)； I2轉(zhuǎn)子電流； 每極磁通； 2I2比E2滯后角； R2轉(zhuǎn)子每相繞組電阻； U1定子繞組相電壓；U電源電壓； X20電機(jī)不動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子每相繞組感抗； K與電機(jī)結(jié)構(gòu)、電源頻率相關(guān)常數(shù)。第57頁(yè) 從特征曲線上能夠

24、看出，其上有 四個(gè)特殊點(diǎn)能夠決定特征曲線 基本形狀和異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行 性能，這四個(gè)特殊點(diǎn)是：(1) T=0，n=n0(S=0)時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于理想空載工作點(diǎn)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為理想空載轉(zhuǎn)速即同時(shí)轉(zhuǎn)速。第58頁(yè)(2) T=TN，n=nN(S=SN)時(shí)，這時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于額定工作點(diǎn)。其額定轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)差率為 ：式中：PN電機(jī)額定功率；nN電機(jī)額定轉(zhuǎn)速，普通nN=(0.940.958)N0；SN電機(jī)額定轉(zhuǎn)差率，普通SN=0.060.015；TN電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩。第59頁(yè)(3) T=Tst，n=0(S=1)時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于開(kāi)啟工作點(diǎn)。將S=1代入轉(zhuǎn)矩公式中，可得：可見(jiàn)，異步電動(dòng)機(jī)開(kāi)啟轉(zhuǎn)矩Tst與U、 R2及X20相

25、關(guān)。第60頁(yè) 當(dāng)施加在定子每相繞組上電壓降低 時(shí)，開(kāi)啟轉(zhuǎn)矩會(huì)顯著減??； 當(dāng)轉(zhuǎn)子電阻適當(dāng)增大時(shí)，開(kāi)啟轉(zhuǎn)矩會(huì)增大； 若增大轉(zhuǎn)子電抗則會(huì)使開(kāi)啟轉(zhuǎn)矩大為減小。 通常把在固有機(jī)械特征上開(kāi)啟轉(zhuǎn)矩Tst與額定轉(zhuǎn)矩TN 之比st=Tst/TN 作為衡量異步電動(dòng)機(jī)開(kāi)啟能力一個(gè) 主要數(shù)據(jù)。普通：第61頁(yè)(4) T=Tmax，n=nm(S=Sm)時(shí)，電機(jī)處于臨界工作點(diǎn)。欲求轉(zhuǎn)矩最大值，可令得臨界轉(zhuǎn)差率：再將Sm代入轉(zhuǎn)矩公式中，即可得：上式表明，Tmax對(duì)電壓波動(dòng)很敏感。電源電壓過(guò)低會(huì)引發(fā)輸出轉(zhuǎn)矩顯著下降，甚至低于負(fù)載轉(zhuǎn)矩而造成電機(jī)停轉(zhuǎn)。第62頁(yè) 通常把在固有機(jī)械特征上最大電磁轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩 之比 稱為電動(dòng)機(jī)過(guò)載能力

26、系數(shù)。 它表征了電動(dòng)機(jī)能夠承受沖擊負(fù)載能力大小， 是電動(dòng)機(jī)又一個(gè)主要運(yùn)行參數(shù)。 鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)： 線繞式異步電動(dòng)機(jī)：第63頁(yè)（1）降低電動(dòng)機(jī)電源電壓時(shí)人為特征n0不變；Sm不變；Tmax伴隨電壓減小而大大地減??；Tst伴隨電壓減小而大大地減小。改變電源電壓后人為特征如圖圖所表示。6、人為特征第64頁(yè)（2）定子電路接入電阻或電抗時(shí)人為特征 在電動(dòng)機(jī)定子電路中外串電阻或電抗后，電動(dòng)機(jī) 端電壓為電源電壓減去定子外串電阻上或電抗上 壓降，致使定子繞組相電壓降低,這種情況下人為 機(jī)械特征與降低電源電壓時(shí)相同，如圖所表示。第65頁(yè)（3）改變定子電源頻率時(shí)人為特征普通變頻調(diào)速采取恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，即希望最大轉(zhuǎn)矩

27、保持為恒值，為此在改變頻率同時(shí)，電源電壓也要作對(duì)應(yīng)改變，使U/f =C，這在實(shí)質(zhì)上是使電機(jī)氣隙磁通保持不變。所以，改變電源頻率后機(jī)械特征如圖所表示。第66頁(yè)n0不變；Tmax不變；Sm伴隨串接電阻增加而增大。此時(shí)人為特征將是一根比固有特征較軟一條曲線，如圖 (b)所表示。（4）轉(zhuǎn)子電路串電阻時(shí)人為特征第67頁(yè) 要求開(kāi)啟平滑，即要求開(kāi)啟時(shí)加速平滑，以減小 對(duì)生產(chǎn)機(jī)械沖擊。 開(kāi)啟設(shè)備安全可靠，力爭(zhēng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。 開(kāi)啟過(guò)程中功率損耗越小越好。 其中，“足夠大開(kāi)啟轉(zhuǎn)矩”和“開(kāi)啟電流越小 越好”是衡量電機(jī)開(kāi)啟性能主要技術(shù)指標(biāo)。7、三相異步電動(dòng)機(jī)開(kāi)啟特征第68頁(yè) 異步電動(dòng)機(jī)本身開(kāi)啟特征為：異步電動(dòng)機(jī)

28、在接入電網(wǎng)開(kāi)啟瞬時(shí)，因?yàn)檗D(zhuǎn)子處于靜止?fàn)顟B(tài)，定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以最快相對(duì)速度（即同時(shí)轉(zhuǎn)速）切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出很大轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)和轉(zhuǎn)子電流，從而引發(fā)很大定子電流，普通可達(dá)額定電流57倍。a. 定子電流大，Ist=(57)IN。第69頁(yè)b. 開(kāi)啟轉(zhuǎn)矩小，Tst=(0.81.5)TN。開(kāi)啟時(shí)S=1，轉(zhuǎn)子功率因數(shù) 很低，因而開(kāi)啟轉(zhuǎn)矩 卻不大。第70頁(yè)8、鼠籠式開(kāi)啟 普通在有獨(dú)立變壓器供電（即變壓器供動(dòng)力用電） 情況下，若電動(dòng)機(jī)開(kāi)啟頻繁時(shí)，電動(dòng)機(jī)功率小于 變壓器容量20%時(shí)允許直接開(kāi)啟； 若電動(dòng)機(jī)不經(jīng)常開(kāi)啟，電動(dòng)機(jī)功率小于變壓器容量 30%時(shí)也允許直接開(kāi)啟； 假如沒(méi)有獨(dú)立變壓器供電（即與照明共用電源）

29、 情況下，電動(dòng)機(jī)開(kāi)啟較頻繁，則常按經(jīng)驗(yàn)公式來(lái) 估算，滿足以下關(guān)系則可直接開(kāi)啟：1.直接開(kāi)啟第71頁(yè)2、電阻或電抗器降壓開(kāi)啟 其接線原理如圖所表示。 開(kāi)啟時(shí)，接觸器KM1斷開(kāi)，KM 閉合，將開(kāi)啟電阻Rst串入定子 電路，使開(kāi)啟電流減?。?待轉(zhuǎn)速上升到一定程度后再將KM1閉合， Rst被短接，電動(dòng)機(jī)接上全部電壓而趨于穩(wěn)定運(yùn)行。第72頁(yè) 缺點(diǎn)： 開(kāi)啟轉(zhuǎn)矩隨定子電壓平方關(guān)系 下降，故它只適合用于空載或輕載 開(kāi)啟場(chǎng)所； 不經(jīng)濟(jì)，在開(kāi)啟過(guò)程中，電阻器 上消耗能量大，不適合用于經(jīng)常 開(kāi)啟電動(dòng)機(jī)，若采取電抗器代替 電阻器，則所需設(shè)備費(fèi)較貴，且體積大。第73頁(yè)3、Y-降壓開(kāi)啟 開(kāi)啟時(shí)，接觸器觸點(diǎn)KM和KM1 閉

30、合，KM2斷開(kāi)，將定子繞組 接成Y； 待轉(zhuǎn)速上升到一定程度后再將KM1 斷開(kāi)，KM2閉合，定子繞組接成， 電機(jī)開(kāi)啟過(guò)程完成，轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行。第74頁(yè) 設(shè)U1為電源線電壓，IstY及Ist為定子繞組分別接成 星形及三角形開(kāi)啟電流（線電流），Z為電動(dòng)機(jī) 在開(kāi)啟時(shí)每相繞組等效阻抗。則有：所以 即定子繞組接成星形時(shí)開(kāi)啟電流只有接成三角形 時(shí)開(kāi)啟電流1/3。 一樣，開(kāi)啟轉(zhuǎn)矩也只有接成三角形時(shí)1/3。第75頁(yè) Y-降壓開(kāi)啟方法優(yōu)點(diǎn)是： 設(shè)備簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、開(kāi)啟電流小； Y-降壓開(kāi)啟方法缺點(diǎn)是：開(kāi)啟轉(zhuǎn)矩小，且開(kāi)啟電壓不能按實(shí)際需要調(diào)整，只適合用于空載或輕載開(kāi)啟場(chǎng)所；并只適合用于正常運(yùn)行時(shí)定子繞組接線為異步電動(dòng)機(jī)。

31、 因?yàn)檫@種方法應(yīng)用廣泛，我國(guó)要求4KW及其以上 三相異步額定電壓為380V，連接方法為， 當(dāng)電源線電壓為380V時(shí)，它們就可用Y-降壓開(kāi)啟。第76頁(yè)9、線繞式異步電動(dòng)機(jī)開(kāi)啟方法 鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)開(kāi)啟轉(zhuǎn)矩小，開(kāi)啟電流大， 所以不能滿足一些生產(chǎn)機(jī)械需要高開(kāi)啟轉(zhuǎn)矩和 低開(kāi)啟電流要求。 線繞式異步電動(dòng)機(jī)因?yàn)槟茉谵D(zhuǎn)子電路中串電阻， 所以含有較大開(kāi)啟轉(zhuǎn)矩和較小開(kāi)啟電流， 即含有很好開(kāi)啟特征。 在轉(zhuǎn)子電路中串電阻開(kāi)啟方法慣用有兩種： 逐層切除開(kāi)啟電阻法和頻敏變阻器開(kāi)啟法。第77頁(yè)逐層切除開(kāi)啟電阻法 采取逐極切除開(kāi)啟電阻方法，其目標(biāo)和開(kāi)啟 過(guò)程與他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)采取逐層切除開(kāi)啟電阻 方法相同，主要是為了使整個(gè)開(kāi)

32、啟過(guò)程中電機(jī)能 保持較大加速轉(zhuǎn)矩。開(kāi)啟過(guò)程如圖所表示：第78頁(yè)10、三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速特征 由公式知， 在一定負(fù)載下，欲得到不一樣轉(zhuǎn)速 n，能夠改變： 極對(duì)數(shù) P、轉(zhuǎn)差率 S 和電源頻率 f 來(lái)取得。第79頁(yè)交流調(diào)速分類(lèi)交流調(diào)速變極對(duì)數(shù)調(diào)速變轉(zhuǎn)差率調(diào)速變頻調(diào)速改變鼠籠式異步電機(jī)定子 繞組極對(duì)數(shù)。調(diào)壓調(diào)速轉(zhuǎn)子電路串電阻調(diào)速串極調(diào)速電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速改變定子電源頻率。改變定子電壓。線繞式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子 電路串電阻。線繞式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子電路串電動(dòng)勢(shì)?；铍姍C(jī)調(diào)速。第80頁(yè) 變極對(duì)數(shù)調(diào)速是有級(jí)； 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速不用調(diào)整同時(shí)轉(zhuǎn)速，低速時(shí)，電阻 能耗大，效率低； 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速中，只有串級(jí)調(diào)速轉(zhuǎn)差功率才得以 利用，效率較高； 變頻調(diào)速需要調(diào)整同時(shí)轉(zhuǎn)速，從高速到低速都能 保持很小轉(zhuǎn)差率，效率高，調(diào)速范圍大，精度高， 是一個(gè)較理想交流電機(jī)調(diào)速方法。第81頁(yè)改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速 屬于改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速方法有： 調(diào)壓調(diào)速； 轉(zhuǎn)子電路串電阻調(diào)速； 串級(jí)調(diào)速； 電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速。第82頁(yè)1、調(diào)壓調(diào)速1）異步電機(jī)調(diào)壓特征電壓改變后，Tmax改變，而n0和Sm不變。對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩TL，與不一樣電壓下電機(jī)機(jī)械特征曲線相交，得到a、b、c三點(diǎn)。三點(diǎn)所決定轉(zhuǎn)速差異不大，說(shuō)明其調(diào)速范圍很小