直流電機(jī)工作原理

直流電機(jī)原理電機(jī)概述電機(jī)的定義

電機(jī)是一種能實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的電磁裝置，是電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的統(tǒng)稱。將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的電機(jī)稱為電動(dòng)機(jī)；將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的電機(jī)稱為發(fā)電機(jī)。工作原理電磁感應(yīng)定律、電磁力定律及電流的磁效應(yīng)。電機(jī)分類：變壓器直流電機(jī)伺服電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、測(cè)速發(fā)電機(jī)回轉(zhuǎn)變壓器、自整角機(jī)、直線電動(dòng)機(jī)電力變壓器：升壓變壓器、降壓變壓器動(dòng)力電機(jī)微特電機(jī)感應(yīng)電機(jī)同步電機(jī)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)感應(yīng)發(fā)電機(jī)交流電機(jī)同步電動(dòng)機(jī)同步發(fā)電機(jī)同步補(bǔ)償機(jī)直流電動(dòng)機(jī)直流發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)電機(jī)靜止電機(jī)特種變壓器：自耦、三繞組、互感器直流電機(jī)基本理論及結(jié)構(gòu)直流電機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：起動(dòng)性能和調(diào)速性能好，過(guò)載能力大。缺點(diǎn)：存在電流換向問(wèn)題，結(jié)構(gòu)工藝復(fù)雜，使用有色金屬多，價(jià)格昂貴，運(yùn)行可靠性差。直流電機(jī)發(fā)展形勢(shì)：隨著近年來(lái)電力電子學(xué)和微電子學(xué)的迅速發(fā)展，將逐步被交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)取代，直流發(fā)電機(jī)則正在被電力電子器件整流裝置所取代。但在今后一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，直流電機(jī)仍將在許多場(chǎng)合繼續(xù)發(fā)揮作用。直流電機(jī)的可逆原理直流電機(jī)直流電機(jī)的可逆原理：一臺(tái)電機(jī)既可作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，又可作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)——“發(fā)電作用”電磁轉(zhuǎn)矩——“電動(dòng)作用”發(fā)電機(jī)：主電動(dòng)勢(shì)反轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)：反電動(dòng)勢(shì)主轉(zhuǎn)矩原動(dòng)機(jī)Ea>U電負(fù)載電源Ea<U

機(jī)械負(fù)載發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)?電機(jī)分交流電機(jī)和直流電機(jī)兩種：直流電機(jī)—工作電壓為直流；交流電機(jī)—工作電壓為交流。?直流電機(jī)分直流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)兩種：直流電動(dòng)機(jī)—將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；直流發(fā)電機(jī)—將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。直流電機(jī)與交流電機(jī)的比較?交流電機(jī)較直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、維護(hù)方便、運(yùn)行可靠；?直流電機(jī)有交流電機(jī)不能比擬的啟動(dòng)和調(diào)速性能；?直流電機(jī)更適合于調(diào)速要求高、正反轉(zhuǎn)、啟動(dòng)和制動(dòng)頻繁的場(chǎng)合；?直流電機(jī)即可作電動(dòng)機(jī)使用，亦可作發(fā)電機(jī)使用；?交流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和調(diào)速需借助于復(fù)雜的控制電路。直流電機(jī)的基本工作原理電磁力定律：垂直于磁力線的導(dǎo)體通過(guò)電流時(shí)，會(huì)受到力的作用。力的方向用左手定則確定：

若與磁力線垂直的導(dǎo)體通過(guò)電流，導(dǎo)體受的力為：F=B·L·IF：力，NB：磁感應(yīng)強(qiáng)度,Wb/m2或T(特斯拉)L:導(dǎo)體的有效長(zhǎng)度，mI：導(dǎo)體中的電流，A若導(dǎo)體與磁力線發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體中感應(yīng)的電勢(shì)為：E=B·L·VE：感應(yīng)電勢(shì)，VB：磁感應(yīng)強(qiáng)度,Wb/m2或T(特斯拉)L:導(dǎo)體的有效長(zhǎng)度，mV：導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)速度，m/s感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向用右手定則確定：

直流電機(jī)的基本工作原理(2)電磁感應(yīng)定律：若導(dǎo)體切割磁力線，導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。直流電機(jī)的基本工作原理(3)電流磁效應(yīng)：通電的導(dǎo)體周圍會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。磁場(chǎng)的方向用右手螺旋定則確定：

直流電機(jī)基本工作原理AB直流電機(jī)物理模型直流電機(jī)的物理模型如圖所示。線圈在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)，線圈的兩條邊分別與兩個(gè)彼此絕緣而且與線圈同軸旋轉(zhuǎn)的銅片連接，銅片上又各壓著一個(gè)固定不動(dòng)的電刷。電刷換向片直流發(fā)電機(jī)原理IaEaT1T1.原動(dòng)機(jī)提供機(jī)械轉(zhuǎn)矩T1，帶動(dòng)線圈逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)換向片A接電刷A’，換向片B接電刷B’時(shí)線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：A為高電位，B為低電位；電流：由A流出，由B流入；電磁轉(zhuǎn)矩：方向順時(shí)針；2.原動(dòng)機(jī)提供機(jī)械轉(zhuǎn)矩T1，帶動(dòng)線圈逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)換向片A接電刷B’，換向片B接電刷A’時(shí)線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：B為高電位，A為低電位；電流：由B流出，由A流入；電磁轉(zhuǎn)矩：方向順時(shí)針；BA結(jié)論：線圈內(nèi)部電流I交變，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ea交變，但電刷電動(dòng)勢(shì)方向不變，電磁轉(zhuǎn)矩T方向與T1相反。直流電動(dòng)機(jī)原理IaEaT1.電源正接換向片A，電源負(fù)接換向片B電流：由A流進(jìn)，由B流出；電磁轉(zhuǎn)矩：方向逆時(shí)針；線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：A為高電位，B為低電位。2.線圈逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)——電源正接換向片B，電源負(fù)接換向片A電流：由B流進(jìn)，由A流出；電磁轉(zhuǎn)矩：方向逆時(shí)針；線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：B為高電位，A為低電位。AB結(jié)論：線圈內(nèi)部電流Ia交變，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ea交變，且與電流方向相反，電磁轉(zhuǎn)矩T方向不變。發(fā)電機(jī)①右手定則判定電流方向②左手定則判定轉(zhuǎn)矩方向

電動(dòng)機(jī)①左手定則判定T方向②右手定則判定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)都有電磁轉(zhuǎn)矩。T與n方向相反，

E與Ia方向相同吸收輸入機(jī)械功率，輸出電功率。

空載阻轉(zhuǎn)矩

NS

n·○TT0T1電磁轉(zhuǎn)矩原動(dòng)機(jī)T與n方向相同輸出機(jī)械功率S□×N

n·○T2·○TT0負(fù)載電樞電勢(shì)的性質(zhì)直流發(fā)電機(jī)的工作原理圖直流電動(dòng)機(jī)的工作原理圖直流發(fā)電機(jī)：電源電勢(shì)(與電樞電流同方向)直流電動(dòng)機(jī)：反電勢(shì)(與電樞電流反方向)

電磁轉(zhuǎn)矩的性質(zhì)直流發(fā)電機(jī)的工作原理圖直流電動(dòng)機(jī)的工作原理圖發(fā)電機(jī)——制動(dòng)轉(zhuǎn)矩(與轉(zhuǎn)速方向相反)電動(dòng)機(jī)——驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩(與轉(zhuǎn)速方向相同)

主磁極換向磁極電刷裝置機(jī)座端蓋磁極鐵心勵(lì)磁繞組電刷刷握絕緣支架壓緊力調(diào)整裝置轉(zhuǎn)子定子直流電機(jī)（產(chǎn)生勵(lì)磁磁場(chǎng)）（產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，流過(guò)電流，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩）轉(zhuǎn)軸電樞鐵心電樞繞組換向器1、結(jié)構(gòu)直流電機(jī)永磁直流電動(dòng)機(jī)直流電機(jī)整體結(jié)構(gòu)圖勵(lì)磁繞組和串換向極后的電樞繞組出線定子機(jī)座換向極鐵心換向極繞組主磁極鐵心主磁極繞組（勵(lì)磁繞組）換向極繞組與勵(lì)磁的串聯(lián)接線直流電機(jī)定子軸端蓋電樞鐵心電樞繞組和槽碶電樞繞組端部換向器軸承直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子換向器電樞鐵心電樞繞組電樞鐵心沖片(0.5mm厚)（硅鋼片）涂絕緣漆沖片疊壓而成軸向通風(fēng)孔直流電樞的鐵心模型2.主磁極在主磁極鐵心上固定勵(lì)磁繞組，產(chǎn)生磁場(chǎng)并使電樞表面的氣隙磁密按一定形狀在空間分布。主磁極鐵心是由1~1.5mm的低碳鋼板疊成。極身極靴機(jī)座主磁極勵(lì)磁繞組3.換向極一般用于1kW以上的直流電機(jī)中，位置在兩主極之間，幫助電樞換向并消除或減弱電樞反應(yīng)。換向極鐵心用整塊鋼或鋼板絕緣后疊裝而成，換向繞組一般由粗的扁銅線繞成，且與電樞繞組相串聯(lián)。主極換向極4.電刷裝置電刷：由石墨做成的導(dǎo)電塊；刷握（刷盒）；刷桿支臂；刷辮：將電動(dòng)勢(shì)或電流引出或引入電機(jī)，由細(xì)銅絲編成。

1.

銘牌數(shù)據(jù)

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，直流電機(jī)的額定數(shù)據(jù)有：

⒈額定功率PN

指電機(jī)在銘牌規(guī)定的額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的輸出功率，以"W"為量綱單位。若大于1kW或1MW時(shí),則用kW或MW表示?！飳?duì)于直流發(fā)電機(jī)，PN是指發(fā)電機(jī)帶額定負(fù)載時(shí)，電刷輸出的功率，它等于額定電壓和額定電流的乘積。PN＝UNIN

★對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)，PN是指電動(dòng)機(jī)帶額定負(fù)載時(shí)，轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率，所以公式中還應(yīng)有效率ηN存在。PN＝UNINηN(ηN額定效率）電機(jī)的銘牌⒉額定電壓UN

指額定狀態(tài)下電樞出線端的電壓，以“V”為量綱單位。⒊額定電流IN

指電機(jī)在額定電壓、額定功率時(shí)的電樞電流值，以“A”為量綱單位。

⒋額定轉(zhuǎn)速nN

指額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，以r/min為量綱單位。⒌額定勵(lì)磁電流If

指電機(jī)在額定狀態(tài)時(shí)的勵(lì)磁電流值。

電機(jī)的銘牌額定條件下電機(jī)所能提供的功率指電刷間輸出的額定電功率發(fā)電機(jī)指軸上輸出的機(jī)械功率電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)：是指輸出額定電壓；電動(dòng)機(jī)：是指輸入額定電壓。在額定工況下，電機(jī)出線端的平均電壓在額定電壓下，運(yùn)行于額定功率時(shí)對(duì)應(yīng)的電流在額定電壓、額定電流下，運(yùn)行于額定功率時(shí)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速電機(jī)的銘牌對(duì)應(yīng)于額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速及額定功率時(shí)的勵(lì)磁電流指直流電機(jī)的勵(lì)磁線圈與電樞線圈的連接方式勵(lì)磁方式此外，電機(jī)銘牌上還標(biāo)有其它數(shù)據(jù)，如勵(lì)磁電壓、出廠日期、出廠編號(hào)等?！耠妱?dòng)機(jī)軸上輸出的額定轉(zhuǎn)矩用TN表示，其大小等于輸出的額定機(jī)械功率除以轉(zhuǎn)子額定角速度，即TN=PN/ΩN=PN/(2πnN/60)=9.55PN/nN※實(shí)際運(yùn)行時(shí)，電機(jī)不可能總是工作在額定運(yùn)行狀態(tài)，如果運(yùn)行時(shí)電機(jī)的負(fù)載小于額定容量，稱為欠載運(yùn)行；而電機(jī)的負(fù)載超過(guò)額定容量，稱為過(guò)載運(yùn)行。長(zhǎng)期的欠載或過(guò)載都不好。電機(jī)的銘牌例題1-1：一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)其額定功率PN=160kW，額定電壓UN=220V，額定效率ηN=90%，額定轉(zhuǎn)速nN=1500r/min，求該電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的輸入功率、額定電流及額定轉(zhuǎn)矩各是多少？電機(jī)的銘牌解：額定輸入功率

P1=PN/ηN=160/0.9=177.8kW

額定電流

IN=PN/UNηN=160*103/220*0.9=808.1A

額定轉(zhuǎn)矩

TN=9.55PN/nN=9.55*160*103/1500=1018.7N?m國(guó)產(chǎn)直流電機(jī)產(chǎn)品的型號(hào)：電機(jī)產(chǎn)品的型號(hào)一般用大寫印刷體的漢語(yǔ)拼音字母和阿拉伯?dāng)?shù)字表示。其中漢語(yǔ)拼音字母是根據(jù)電機(jī)的全名稱選擇有代表意義的漢字，再?gòu)脑撟值钠匆糁械玫?，例如?/p>

ZA—112/2—1其中，Z—直流電動(dòng)機(jī)；A—設(shè)計(jì)系列號(hào)；

112—中心高112mm2—極數(shù)；1—1號(hào)鐵心Z2系列是一般用途的中、小型直流電機(jī)，包括發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)及調(diào)壓發(fā)電機(jī)。Z和ZF系列是一般用途的大、中型直流電機(jī)系列。Z是直流電動(dòng)機(jī)系列；ZF是直流發(fā)電機(jī)系列。ZQ系列是電力機(jī)車、工礦電機(jī)車和蓄電池供電電車用的直流牽引電動(dòng)機(jī)。ZH系列是船舶上各種輔助機(jī)械用的船用直流電動(dòng)機(jī)。ZU系列是用于龍門刨床的直流電動(dòng)機(jī)。（3）額定電壓（V）：在額定工作情況時(shí)，電機(jī)出線端的平均電壓值，直流電機(jī)一般不是很高。發(fā)電機(jī)：輸出端額定電壓電動(dòng)機(jī)：輸入端額定電壓（4）額定電流（A）：額定情況下的電樞電流。發(fā)電機(jī)：電動(dòng)機(jī)：（5）額定轉(zhuǎn)速（r/min）（6）勵(lì)磁方式和額定勵(lì)磁電流（A）他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)、復(fù)勵(lì)（7）定額：分為連續(xù)、短時(shí)、間歇三種定額工作方式，未標(biāo)注時(shí)即為連續(xù)定額工作方式，表示電機(jī)在額定情況下連續(xù)運(yùn)行時(shí)，溫升不致超過(guò)允許值。（8）繞組溫升或絕緣等級(jí)：絕緣等級(jí)越高，其允許溫升就高。直流發(fā)電機(jī)?直流發(fā)電機(jī)通常按勵(lì)磁方法分為：他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)。?其余三種發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組中的勵(lì)磁電流均為電樞電流或電樞電流的一部分——故稱自勵(lì)發(fā)電機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)按定子勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁方式分為四類：1、他勵(lì)電動(dòng)機(jī)：勵(lì)磁繞組由外加電源單獨(dú)供電，勵(lì)磁電流的大小與電樞兩端電壓或電樞電流的大小無(wú)關(guān)。2、并勵(lì)電動(dòng)機(jī)：勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)連接，由外部電源一起供電。3、串勵(lì)電動(dòng)機(jī)：勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)連接，

由外部電源一起供電。4、復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)：勵(lì)磁繞組分為兩部分，一部分與電

樞繞組并聯(lián)連接，另一部分與電樞繞組串聯(lián)連接。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起動(dòng)性能和調(diào)速性能，廣泛應(yīng)用于對(duì)起動(dòng)和調(diào)速性能要求高的場(chǎng)合直流電動(dòng)機(jī)按勵(lì)磁方式可分為：他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)四種直流發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的基本方程發(fā)電機(jī)慣例發(fā)電機(jī)外特性比較他勵(lì)并勵(lì)過(guò)復(fù)勵(lì)I(lǐng)N平復(fù)勵(lì)欠復(fù)勵(lì)差復(fù)勵(lì)OI

U

UN

他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性直流發(fā)電機(jī)基本方程式中的四個(gè)變量U、Ia(負(fù)載電流)、If、n，固定其中兩個(gè)，就可以得到發(fā)電機(jī)的一個(gè)運(yùn)行特性。一般情況下，可以固定n為額定恒值。直流電動(dòng)機(jī)的工作特性1、轉(zhuǎn)速特性直流電動(dòng)機(jī)的工作特性是指其端電壓U=UN、電樞回路無(wú)外串電阻、勵(lì)磁電流If=IfN時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n、電磁轉(zhuǎn)矩Te和效率η三者與輸出功率P2或電流I2之間的關(guān)系。電樞電流分別滿足電樞回路方程和電磁轉(zhuǎn)矩物理表達(dá)式：電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)軸保持力矩平衡，即T=TL，若TL大小不變，則T為恒值，在磁通不變時(shí)，電樞電流Ia即為恒值。因此，電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)電樞電流是由TL和Φ的大小決定的。根據(jù)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方程式可得：當(dāng)TL增大時(shí)，T增大，轉(zhuǎn)速n降低。串勵(lì)和復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)介紹串勵(lì)和復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)。串勵(lì)電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方程式：1.電流問(wèn)題

(1)電樞電流Ia、勵(lì)磁電流If和電源電流I相同。(2)勵(lì)磁電流大，勵(lì)磁繞組的導(dǎo)線粗，匝數(shù)少，Rf較小。串勵(lì)電動(dòng)機(jī)與并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)相比，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)具有如下優(yōu)點(diǎn)：a.相同的ΔT，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)電樞電流變化量ΔIa小，即負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化時(shí)，電源供給的電流可以保持相對(duì)穩(wěn)定的數(shù)值，波動(dòng)較小。b.對(duì)應(yīng)允許的最大電樞電流Iamax=(1.5~2.0)IaN，可以產(chǎn)生較大的電磁轉(zhuǎn)矩，因此，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)具有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和過(guò)載能力。2.電磁轉(zhuǎn)矩問(wèn)題

(1)

電樞電流Ia較小時(shí)，磁路未飽和，Φ∝Ia，T∝Ia2(2)

電樞電流Ia較大時(shí)，磁路飽和，Φ=常數(shù)，T∝Ia3.轉(zhuǎn)速問(wèn)題

(1)T=0時(shí)，Ia=If=I=0，n0=U/(CEΦ)很大，約為(5~6)nN(2)T較小時(shí)，磁路未飽和，T↑→Ia↑→Φ↑→n↓迅速下降(3)T較大時(shí)，磁路飽和，磁通增加緩慢甚至不再增加，因而隨轉(zhuǎn)矩的增加轉(zhuǎn)速下降得緩慢，與他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)類似。Tn04.應(yīng)用問(wèn)題

(1)適用于負(fù)載轉(zhuǎn)矩在較大范圍內(nèi)變化和要求有較大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩及過(guò)載能力的生產(chǎn)機(jī)械，如起重機(jī)、電氣機(jī)車等起重運(yùn)輸設(shè)備；(2)串勵(lì)電動(dòng)機(jī)不允許在空載和輕載下運(yùn)行，不應(yīng)采用諸如皮帶輪等傳動(dòng)方式，以免皮帶滑脫造成電動(dòng)機(jī)空載。為安全起見，電動(dòng)機(jī)與它所拖動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械應(yīng)采用直接耦合。復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)他勵(lì)串勵(lì)復(fù)勵(lì)1.機(jī)械特性介于并勵(lì)電動(dòng)機(jī)和串勵(lì)電動(dòng)機(jī)之間。2.兼有并勵(lì)和串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，即由于有并勵(lì)繞組，它可以在空載和輕載下運(yùn)行，由于有串勵(lì)繞組，它的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和過(guò)載能力大。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性描述他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩

和轉(zhuǎn)速

之間的關(guān)系。是研究電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、調(diào)速、運(yùn)行時(shí)的有效形式。機(jī)械特性的一般表達(dá)式機(jī)械特性的斜率理想空載轉(zhuǎn)速固有機(jī)械特性

當(dāng)電樞兩端加額定電壓、氣隙每極磁通量為額定值、電樞回路不串電阻時(shí)的機(jī)械特性稱為電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性。固有機(jī)械特性的特點(diǎn)：考慮電樞反應(yīng)時(shí)１、是一條下斜直線，斜率為，其值很小，習(xí)慣上稱為硬特性。當(dāng)斜率很大時(shí)稱為軟特性。2、理想空載轉(zhuǎn)速點(diǎn)：3、額定轉(zhuǎn)速點(diǎn)：，額定轉(zhuǎn)速降為，，一般地說(shuō)，約為，這是硬特性的數(shù)量體現(xiàn)。6、固有機(jī)械特性位于三個(gè)象限之內(nèi)，在第Ⅰ象限為正向電動(dòng)運(yùn)行，其它兩個(gè)象限都為制動(dòng)運(yùn)行。其中，第Ⅱ象限為發(fā)電狀態(tài)，第Ⅳ象限為起重機(jī)下放重物狀態(tài)。5、起動(dòng)點(diǎn)：，電磁轉(zhuǎn)距稱為起動(dòng)轉(zhuǎn)距，電樞電流稱為起動(dòng)電流。直接起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流很大，會(huì)影響換向，因此，直流電機(jī)（除微型）一般不允許直接起動(dòng)?！纠}】一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)額定功率PN=96kW，額定電壓UN=440V，額定電流IN=250A，額定轉(zhuǎn)速nN=500r/min，電樞回路總電阻Ra=0.078Ω。求：(1)理想空載轉(zhuǎn)速n0；(2)固有特性的斜率β

。解：(1)電動(dòng)機(jī)額定狀態(tài)時(shí)理想空載轉(zhuǎn)速為(2)固有機(jī)械特性斜率【例題】一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)額定功率PN=22kW，額定電壓UN=220V，額定電流IN=115A，額定轉(zhuǎn)速nN=1500r/min，電樞回路總電阻Ra=0.1Ω，忽略空載轉(zhuǎn)矩T0，電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載TL=0.85TN運(yùn)行，求穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、電樞電流及電動(dòng)勢(shì)。解法一：電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行電動(dòng)機(jī)帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，磁通恒定，則電樞電流電樞電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速解法二：求解電動(dòng)機(jī)的CEΦN理想空載轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)帶額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速降落電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速負(fù)載為TL=0.85TN時(shí)的轉(zhuǎn)速降落人為機(jī)械特性他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的參數(shù)如電壓、勵(lì)磁電流、電樞回路電阻大小等改變后，其機(jī)械特性稱為人為機(jī)械特性。1.電樞回路串電阻的人為機(jī)械特性nTn0RaRa+R1Ra+R2R2>R1特點(diǎn)：(1)理想空載轉(zhuǎn)速n0不變；(2)R越大，斜率β

越大，硬度越小，稱為特性曲線變軟。2.降低電樞電壓的人為機(jī)械特性特點(diǎn)：(1)斜率β不變，硬度不變，仍為硬特性；(2)理想空載轉(zhuǎn)速n0

隨電壓成比例下降。nTn0UNU1U2U2<U1n01n023.減弱磁通的人為機(jī)械特性特點(diǎn)：(1)斜率β增大，硬度減小，特性變軟；(2)理想空載轉(zhuǎn)速n0

隨磁通減小而增加。nTn0ΦNΦ1Φ1<ΦNn01【例題】一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)額定功率PN=7.5kW，UN=220V，IN=41A，nN=1500r/min，Ra=0.376Ω，拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行，若把磁通減小到Φ=0.8ΦN，不考慮電樞電流過(guò)大的問(wèn)題，計(jì)算下面情況下改變磁通前后電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)負(fù)載穩(wěn)定運(yùn)行的轉(zhuǎn)速各是多少？(1)當(dāng)TL=0.5TN時(shí)；(2)當(dāng)TL=TN時(shí)？解：電動(dòng)機(jī)額定狀態(tài)運(yùn)行額定電磁轉(zhuǎn)矩為(1)當(dāng)TL=0.5TN，Φ=ΦN時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為當(dāng)TL=0.5TN，Φ=0.8ΦN時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為(2)當(dāng)TL=TN，Φ=ΦN時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為當(dāng)TL=TN，Φ=0.8ΦN時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為根據(jù)電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)估算機(jī)械特性途徑一：確定機(jī)械特性上的兩點(diǎn)(n0，0)和(nN，TN)途徑二：途徑三：【例題】一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，PN=40kW，UaN=220V，IaN=210A，nN=750r/min。求：(1)固有特性；(2)固有特性的斜率

。解：(1)忽略T0，則額定電磁轉(zhuǎn)矩為理想空載轉(zhuǎn)速為(2)電樞回路總電阻固有特性斜率【例題】一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)為：額定功率PN=50kW，額定電壓UaN=220V，額定電流IaN=250A，額定轉(zhuǎn)速nN=1150r/min。試計(jì)算其固有機(jī)械特性。解：(1)估算額定電樞電動(dòng)勢(shì)，根據(jù)額定容量知道，這臺(tái)電動(dòng)機(jī)屬于中等容量電機(jī)，則取(2)計(jì)算CEΦN(3)計(jì)算額定理想空載轉(zhuǎn)速(4)計(jì)算額定電磁轉(zhuǎn)矩于是可得固有機(jī)械特性上的兩點(diǎn)(1208.8，0)和(1150，434.5)例：一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)為：試計(jì)算其固有機(jī)械特性。直流電機(jī)的換向一、直流電機(jī)換向的定義換向是指旋轉(zhuǎn)著的電樞繞組元件從一條支路進(jìn)入另一條支路時(shí)，在被電刷短接的過(guò)程中，元件內(nèi)電流方向所發(fā)生的變化。元件從開始換向到換向結(jié)束所用的時(shí)間稱為換向周期，通常為1—2ms的時(shí)間，甚至更短。單疊繞組二、換向問(wèn)題的重要性換向過(guò)程復(fù)雜，它不僅是電磁的變化過(guò)程，同時(shí)還受到機(jī)械、化學(xué)、電離等各種因素的影響；電流換向時(shí)，通常在換向結(jié)束時(shí)瞬間出現(xiàn)火花，換向不良時(shí)將會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈的火花，引起換向器表面和電刷的損壞，從而使電機(jī)不能繼續(xù)運(yùn)行。三、火花產(chǎn)生的原因主要是電磁原因：在換向過(guò)程中，電流的變化會(huì)使元件本身產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)；同時(shí)換向的元件間有互感電動(dòng)勢(shì)；換向元件切割磁力線產(chǎn)生切割電動(dòng)勢(shì)；等等。若合成電動(dòng)勢(shì)不為零，則換向快結(jié)束時(shí)需要將多余的能量釋放，因此會(huì)出現(xiàn)火花。四、改善換向的措施在主極之間加換向極（或主極上加裝補(bǔ)償繞組）。換向極磁通勢(shì)與電樞磁通勢(shì)方向相反，且數(shù)值上略大于電樞反應(yīng)磁通勢(shì)。這樣，換向極磁通勢(shì)可以抵消電樞反應(yīng)磁通勢(shì)，剩余的磁通勢(shì)在換向元件里產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，抵消換向元件由于換向產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，就可以消除電刷下的火花。(5)電樞導(dǎo)條中的電流是交變的；(6)電機(jī)的磁場(chǎng)在大小和空間分布上是不變的，而主磁極與磁場(chǎng)無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此主磁極中的磁通是不變的；(7)電機(jī)的磁場(chǎng)在大小和空間分布上雖然不變，但電樞旋轉(zhuǎn)與磁場(chǎng)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此電樞鐵心中的磁通交變。

他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)除微型直流電機(jī)，一般直流電機(jī)都不允許直接起動(dòng)。電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)負(fù)載起動(dòng)的一般條件：起動(dòng)時(shí)一般要求：1、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大及起動(dòng)后轉(zhuǎn)速不致過(guò)高，避免過(guò)大的機(jī)械沖擊；2、電流沖擊不要太大，以免對(duì)電源或電機(jī)本身造成損害；3、起動(dòng)過(guò)程中損耗的能量少；4、設(shè)備簡(jiǎn)單，易于控制。電樞回路串電阻起動(dòng)電樞回路串電阻起動(dòng)的特點(diǎn)：電路構(gòu)成簡(jiǎn)單；起動(dòng)過(guò)程電阻會(huì)消耗能量，不適用于經(jīng)常起動(dòng)的大中型直流電機(jī)。降電壓起動(dòng)降電壓起動(dòng)的特點(diǎn):起動(dòng)時(shí)沒有附加損耗，可以將電壓連續(xù)調(diào)節(jié)；要求電源可以連續(xù)調(diào)節(jié)，電路結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。但目前直流電機(jī)的電源都為可調(diào)電源，一般都是降電壓起動(dòng)多于串電阻起動(dòng)。【例題8.9】Z2-71他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)額定數(shù)據(jù)為：PN=17kW，UN=220V，IN=90A，nN=1500r/min，Ra=0.147Ω，計(jì)算：(1)直接起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流；(2)拖動(dòng)額定負(fù)載起動(dòng)，若采用電樞回路串電阻啟動(dòng)，應(yīng)串入多大電阻；若降壓?jiǎn)?dòng)，電壓應(yīng)降至多少？(以順利起動(dòng)為條件)解：(1)直接起動(dòng)電流(2)若要順利起動(dòng)，則令I(lǐng)S=2IN，則TS=2TN，電樞回路串電阻降電壓起動(dòng)電源電壓他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法通過(guò)改變傳動(dòng)機(jī)構(gòu)速比的調(diào)速方法為機(jī)械調(diào)速，通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)參數(shù)而改變系統(tǒng)運(yùn)行轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法為電氣調(diào)速。由他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性可以看出：可以通過(guò)三種方法對(duì)電機(jī)進(jìn)行電氣調(diào)速——電樞回路串電阻調(diào)速、降電壓調(diào)速、減弱磁通調(diào)速。一、電樞回路串電阻調(diào)速固有機(jī)械特性基速?gòu)幕傧蛳抡{(diào)速；機(jī)械特性會(huì)變軟；有級(jí)調(diào)速。二、降電壓調(diào)速?gòu)幕傧蛳抡{(diào)；機(jī)械特性硬度不變；無(wú)級(jí)調(diào)速。三、弱磁調(diào)速?gòu)幕傧蛏险{(diào)速；機(jī)械特性會(huì)變軟；無(wú)級(jí)調(diào)速。【例題】一臺(tái)他勵(lì)電動(dòng)機(jī)，PN=4kW，UaN=160V，IaN=34.4A，nN=1450r/min，用它拖動(dòng)通風(fēng)機(jī)負(fù)載在額定狀態(tài)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1200r/min，需在電樞電路串聯(lián)多大的電阻Rr？解：忽略空載損耗P0，則額定運(yùn)行時(shí)電樞電動(dòng)勢(shì)電樞回路總電阻通風(fēng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速平方成正比，在磁通不變的情況下，電樞電流與電磁轉(zhuǎn)矩成正比，則轉(zhuǎn)速為1200r/min時(shí)的電樞電流為：根據(jù)調(diào)速點(diǎn)處電樞回路方程得外串電阻為【例題】一臺(tái)他勵(lì)電動(dòng)機(jī)，PN=4kW，UaN=160V，IaN=34.4A，nN=1450r/min，用它拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行，負(fù)載轉(zhuǎn)矩為電動(dòng)機(jī)的額定值?，F(xiàn)采用改變電樞電壓調(diào)速，試問(wèn)要使轉(zhuǎn)速降低至1000r/min，電樞電壓應(yīng)降為多少？解：忽略空載損耗P0，則額定運(yùn)行時(shí)電樞電動(dòng)勢(shì)電樞回路總電阻電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)額定恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，因此各調(diào)速點(diǎn)電樞電流都為額定電流，則轉(zhuǎn)速為1000r/min時(shí)，根據(jù)電樞回路方程：【例題】一臺(tái)他勵(lì)電動(dòng)機(jī)，PN=22kW，UaN=220V，IaN=115A，nN=1500r/min，Ra=0.1Ω，忽略空載轉(zhuǎn)矩T0，電動(dòng)機(jī)帶額定恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行，要求把轉(zhuǎn)速降到1000r/min，計(jì)算：(1)采用電樞串電阻調(diào)速需串入的電阻值；(2)采用降低電源電壓調(diào)速需要把電源電壓降到多少？(3)上述兩種調(diào)速情況下，電動(dòng)機(jī)的輸入功率與輸出功率(輸入功率不計(jì)勵(lì)磁回路的功率)。解：(1)電動(dòng)機(jī)額定狀態(tài)運(yùn)行(2)采用降低電源電壓調(diào)速，電樞電壓為(3)電樞回路串電阻調(diào)速，輸入功率忽略空載轉(zhuǎn)矩，輸出功率電樞回路串電阻調(diào)速，所串電阻降低電源電壓調(diào)速，輸入功率輸出功率與電樞回路串電阻調(diào)速相同?！纠}】一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)額定功率PN=7.5kW，UN=220V，IN=41A，nN=1500r/min，Ra=0.376Ω，拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行，TL=TN，把電源電壓降到150V，問(wèn)：(1)電源電壓降低了但電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速還來(lái)不及變化的瞬間，電動(dòng)機(jī)的電樞電流及電磁轉(zhuǎn)矩各是多大？電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)轉(zhuǎn)矩是多大？(2)穩(wěn)定運(yùn)行轉(zhuǎn)速是多少？解：(1)電動(dòng)機(jī)額定狀態(tài)運(yùn)行在電源電壓降低瞬間電樞電流則電磁轉(zhuǎn)矩為額定電磁轉(zhuǎn)矩為動(dòng)轉(zhuǎn)矩為(2)電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行轉(zhuǎn)速為調(diào)速的性能指標(biāo)1調(diào)速范圍D電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載下，最大轉(zhuǎn)速nmax

與最小轉(zhuǎn)速nmin

之比，對(duì)負(fù)載很輕的生產(chǎn)機(jī)械，可用實(shí)際負(fù)載下的最高與最低轉(zhuǎn)速來(lái)計(jì)算調(diào)速的性能指標(biāo)1調(diào)速范圍D不同生產(chǎn)機(jī)械要求的調(diào)速范圍生產(chǎn)機(jī)械類型調(diào)速范圍車床20--120龍門刨床10--40機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)5--200軋鋼機(jī)3--120造紙機(jī)3--20調(diào)速的性能指標(biāo)2靜差率δ相對(duì)穩(wěn)定性的程度用靜差率δ來(lái)表示，是電動(dòng)機(jī)在同一條機(jī)械特性上額定負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)速降落Δn與該機(jī)械特性的理想空載轉(zhuǎn)速N0之比。表明負(fù)載變化引起轉(zhuǎn)速變化的大小程度，靜差率與調(diào)速范圍是互相聯(lián)系的兩項(xiàng)指標(biāo)，系統(tǒng)可能達(dá)到最低速nmin

決定于低速特性的靜差率調(diào)速范圍D與低速靜差率δ

間的關(guān)系。0TeNTen0an0bab?

nNa

?

nNb

nO不同轉(zhuǎn)速下的靜差率靜差率與機(jī)械特性硬度的區(qū)別然而靜差率和機(jī)械特性硬度又是有區(qū)別的。一般調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)在不同轉(zhuǎn)速下的機(jī)械特性是互相平行的。對(duì)于同樣硬度的特性，理想空載轉(zhuǎn)速越低時(shí)，靜差率越大，轉(zhuǎn)速的相對(duì)穩(wěn)定度也就越差。調(diào)速的性能指標(biāo)例如：在1000r/min時(shí)降落10r/min，只占1%；在100r/min時(shí)同樣降落10r/min，就占10%；如果在只有10r/min時(shí)，再降落10r/min，就占100%，這時(shí)電動(dòng)機(jī)已經(jīng)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速全部降落完了。

因此，調(diào)速范圍和靜差率這兩項(xiàng)指標(biāo)并不是彼此孤立的，必須同時(shí)提才有意義。調(diào)速系統(tǒng)的靜差率指標(biāo)應(yīng)以最低速時(shí)所能達(dá)到的數(shù)值為準(zhǔn)。靜差率與機(jī)械特性硬度的區(qū)別調(diào)速的性能指標(biāo)調(diào)速的性能指標(biāo)設(shè)：電機(jī)額定轉(zhuǎn)速nN為最高轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速降落為nN，則按照上面分析的結(jié)果，該系統(tǒng)的靜差率應(yīng)該是最低速時(shí)的靜差率，即調(diào)速范圍、靜差率和額定速降之間的關(guān)系表示調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍、靜差率和額定速降之間所應(yīng)滿足的關(guān)系。對(duì)于同一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)，nN

值一定，由式可見，如果對(duì)靜差率要求越嚴(yán)，即要求

s值越小時(shí)，系統(tǒng)能夠允許的調(diào)速范圍也越小。調(diào)速的性能指標(biāo)結(jié)論

一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍，是指在最低速時(shí)還能滿足所需靜差率的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍。例題3-1某直流調(diào)速系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為，額定速降nN

=115r/min，當(dāng)要求靜差率s≤30%時(shí)，允許多大的調(diào)速范圍？如果要求靜差率s≤20%，則調(diào)速范圍是多少？如果希望調(diào)速范圍達(dá)到10，所能滿足的靜差率是多少？調(diào)速的性能指標(biāo)解要求s≤30%時(shí)，調(diào)速范圍為若要求s≤20%，則調(diào)速范圍只有若調(diào)速范圍達(dá)到10，則靜差率只能是調(diào)速的性能指標(biāo)調(diào)速的性能指標(biāo)3調(diào)速的平滑性調(diào)速的級(jí)數(shù)愈多則認(rèn)為調(diào)速愈平滑，用平滑系數(shù)φ，即相鄰兩級(jí)轉(zhuǎn)速后線速度之比來(lái)衡量j

=1時(shí)稱為無(wú)級(jí)調(diào)速，此時(shí)轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)。調(diào)速的性能指標(biāo)4調(diào)速時(shí)的容許輸出調(diào)速運(yùn)行中在額定電流狀態(tài)下，電動(dòng)機(jī)軸上輸出轉(zhuǎn)矩與輸出功率。1）恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式2）恒功率調(diào)速方式調(diào)速的性能指標(biāo)4調(diào)速時(shí)的容許輸出3）恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速的配合恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)，按電動(dòng)機(jī)在D范圍內(nèi)任何n下都可帶額定負(fù)載。恒功率負(fù)載時(shí)仍須按D的D范圍內(nèi)任何n下實(shí)際需要輸出功率若選擇調(diào)壓調(diào)速，電動(dòng)機(jī)須按

選擇。

選擇電動(dòng)機(jī)，造成浪費(fèi)，調(diào)速的性能指標(biāo)4調(diào)速時(shí)的容許輸出4）恒功率調(diào)速的配合電動(dòng)機(jī)在D范圍內(nèi)任何n下都可帶額定負(fù)載。恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)，按恒功率負(fù)載時(shí)電動(dòng)機(jī)工作在nmin時(shí)，電動(dòng)機(jī)的功率比負(fù)載大D倍。調(diào)速的性能指標(biāo)5調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性1)設(shè)備投資2)運(yùn)行費(fèi)用運(yùn)行費(fèi)用決定于調(diào)速過(guò)程的損耗，用效率h來(lái)說(shuō)明調(diào)速的性能指標(biāo)調(diào)速方法電樞串電阻改變電樞電壓弱磁調(diào)速方向基速以下基速以下基速以上靜差率大小較小調(diào)速范圍小較大(4~8)較小(1.2~4)調(diào)速平滑性差好好適應(yīng)負(fù)載類型恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載恒功率負(fù)載設(shè)備投資少多較小電能損耗大小小調(diào)速性能比較一、調(diào)速方式“調(diào)速方式”問(wèn)題討論一種具體的調(diào)速方法是否與負(fù)載相匹配的問(wèn)題，以便在調(diào)速過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)都能得到充分的應(yīng)用。

電動(dòng)機(jī)在長(zhǎng)期運(yùn)行的條件下，電樞電流規(guī)定的上限值就是電樞額定電流。充分利用電動(dòng)機(jī)，就是讓它工作在電樞電流為額定值的情況下。恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式在某種調(diào)速方法中，保持電樞電流為額定值不變，若電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩恒定不變，則稱這種調(diào)速方法屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。電樞回路串電阻和降電壓的調(diào)速方法屬于恒轉(zhuǎn)矩的調(diào)速方式。恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式與恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載相匹配。電樞回路串電阻調(diào)速固有機(jī)械特性降電壓調(diào)速恒功率調(diào)速方式：在某種調(diào)速方法中，保持電樞電流為額定值不變，若電動(dòng)機(jī)電磁功率恒定不變，則稱這種調(diào)速方法屬于恒功率調(diào)速方式。弱磁升速屬于恒功率調(diào)速方式。恒功率調(diào)速方式與恒功率負(fù)載相匹配。弱磁升速匹配問(wèn)題：恒功率調(diào)速方式與恒功率負(fù)載相匹配；恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式與恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載相匹配。泵類負(fù)載無(wú)論采用哪種調(diào)速方法都不能達(dá)到匹配。【例題】某臺(tái)Z2-71他勵(lì)電動(dòng)機(jī)，PN=17kW，UaN=220V，IaN=90A，nN=1500r/min，Ra=0.147Ω。該電動(dòng)機(jī)在額定電壓額定磁通時(shí)，拖動(dòng)某負(fù)載運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速1550r/min，當(dāng)負(fù)載要求向下調(diào)速，最低轉(zhuǎn)速nmin=600r/min，現(xiàn)采用降壓調(diào)速方法，請(qǐng)計(jì)算下面兩種情況下調(diào)速時(shí)電樞電流的變化范圍：(1)該負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載；(2)該負(fù)載為恒功率負(fù)載。解：(1)電動(dòng)機(jī)額定狀態(tài)運(yùn)行帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，磁通不變，電樞電流不變，則當(dāng)轉(zhuǎn)速為600r/min時(shí)，電樞電流Ia=43.61A(2)帶恒功率負(fù)載，轉(zhuǎn)速為1550r/min時(shí)，電樞電流帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，轉(zhuǎn)速為1550r/min時(shí)，電樞電流為轉(zhuǎn)速為nmin=600r/min時(shí)，設(shè)電樞電流為Ia2，有二、調(diào)速范圍和靜差率調(diào)速范圍是指電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩調(diào)速時(shí)，其最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比，用D表示。注意：最高轉(zhuǎn)速受電動(dòng)機(jī)的換向及機(jī)械強(qiáng)度限制，最低轉(zhuǎn)速受生產(chǎn)機(jī)械對(duì)轉(zhuǎn)速相對(duì)穩(wěn)定性要求（即靜差率要求）的限制。靜差率或稱轉(zhuǎn)速變化率，是指電動(dòng)機(jī)由理想空載到額定負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)速的變化率。注意：靜差率越小，轉(zhuǎn)速的相對(duì)穩(wěn)定性越好，負(fù)載波動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速變化也越小。(1)靜差率與機(jī)械特性的硬度有關(guān)。硬度越大，靜差率越小，穩(wěn)定性越好；硬度越小，靜差率越大，穩(wěn)定性越差；(2)靜差率與理想空載轉(zhuǎn)速n0有關(guān)，n0越大，靜差率越小，穩(wěn)定性越好；n0越小，靜差率越大，穩(wěn)定性越差。調(diào)速范圍和靜差率之間的關(guān)系：對(duì)于降低電壓調(diào)速，有：對(duì)于串電阻調(diào)速，有：結(jié)論：靜差率與調(diào)速范圍指標(biāo)相互制約。實(shí)際調(diào)速中，應(yīng)在滿足調(diào)速靜差率要求的前提下，提高調(diào)速范圍?！纠}】某臺(tái)他勵(lì)電動(dòng)機(jī)，PN=60kW，UaN=220V，IaN=305A，nN=1000r/min，Ra=0.04Ω。求下列情況下電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍：(1)靜差率δ≤30%，電樞串電阻調(diào)速；(2)靜差率δ≤20%，電樞串電阻調(diào)速；(3)靜差率δ≤20%，降低電源電壓調(diào)速。解：(1)電動(dòng)機(jī)額定狀態(tài)運(yùn)行理想空載轉(zhuǎn)速靜差率δ≤30%，電樞串電阻調(diào)速，則有得最低轉(zhuǎn)速調(diào)速范圍(2)靜差率δ≤20%，電樞串電阻調(diào)速，最低轉(zhuǎn)速(3)靜差率δ≤20%，降低電源電壓調(diào)速，額定轉(zhuǎn)速降落最低轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的最低理想空載轉(zhuǎn)速最低轉(zhuǎn)速調(diào)速范圍調(diào)速范圍【例題】Z2-62他勵(lì)電動(dòng)機(jī)，PN=13kW，UaN=220V，IN=68.7A，nN=1500r/min，Ra=0.224Ω，電樞串電阻調(diào)速，要求δ=30%。求：(1)電動(dòng)機(jī)帶額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)的最低轉(zhuǎn)速；(2)調(diào)速范圍；(3)電樞需串入的電阻最大值；(4)運(yùn)行在最低速帶額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)，電動(dòng)機(jī)的輸入功率、輸出功率(忽略T0)及外串電阻上的損耗。解：(1)電動(dòng)機(jī)額定狀態(tài)運(yùn)行理想空載轉(zhuǎn)速滿足靜差率要求的最低轉(zhuǎn)速為(2)調(diào)速范圍為(3)電樞回路所串電阻為(4)電動(dòng)機(jī)的輸入功率電動(dòng)機(jī)的輸出功率(兩種計(jì)算方法)外串電阻上的功率損耗【例題】上題中的電動(dòng)機(jī)，降低電源電壓調(diào)速，要求δ=30%。求：(1)電動(dòng)機(jī)帶額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)的最低轉(zhuǎn)速；(2)調(diào)速范圍；(3)電源電壓需要調(diào)到的最低值；(4)運(yùn)行在最低速帶額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)，電動(dòng)機(jī)的輸入功率、輸出功率(忽略空載損耗)。解：(1)由上題可知CEΦN=0.1364，n0=1612.9r/min，則額定轉(zhuǎn)速降落最低轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的最低理想空載轉(zhuǎn)速為最低轉(zhuǎn)速為(2)調(diào)速范圍為(3)電源電壓最低值為(4)電動(dòng)機(jī)的輸入功率為電動(dòng)機(jī)的輸出功率為調(diào)速的平滑性無(wú)級(jí)調(diào)速的平滑性最好；有級(jí)調(diào)速的平滑性用平滑系數(shù)表示：相臨兩極轉(zhuǎn)速中，高一級(jí)轉(zhuǎn)速與低一級(jí)轉(zhuǎn)速之比。四、調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性主要考慮調(diào)速設(shè)備的初投資、調(diào)速時(shí)電能的損耗、運(yùn)行時(shí)的維修費(fèi)用等。電能的損耗除了要考慮電動(dòng)機(jī)本身的損耗外，還要考慮電源的效率。初投資應(yīng)該考慮電動(dòng)機(jī)和電源兩方面。三種調(diào)速方法調(diào)速性能的比較少較少多電能損耗較多多少設(shè)備初投資無(wú)級(jí)調(diào)速無(wú)級(jí)調(diào)速有級(jí)調(diào)速調(diào)速平滑性恒功率恒轉(zhuǎn)矩恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載能力較好好差一定調(diào)速范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性1.2~2;3~4(與無(wú)關(guān))約10~12約2調(diào)速范圍向上調(diào)向下調(diào)向下調(diào)調(diào)速方向減弱磁通降電壓電樞串電阻調(diào)速方法他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的

電動(dòng)與制動(dòng)運(yùn)行本節(jié)具體分析他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)在各個(gè)象限內(nèi)不同的運(yùn)行狀態(tài)。分析的方法是利用電樞回路方程及其機(jī)械特性。

他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)各種類型的負(fù)載運(yùn)行時(shí)，若改變其電源電壓、磁通及電樞回路所串電阻，工作點(diǎn)就會(huì)分布在四個(gè)象限之內(nèi)。在n-T二維坐標(biāo)系中，若T與n同方向（同正同負(fù)），則電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在電動(dòng)狀態(tài)。若T與n反方向，則電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在制動(dòng)狀態(tài)。二.能耗制動(dòng)UaR2R1EaIaUaR2R1EaIa電動(dòng)制動(dòng)1.能耗制動(dòng)電路圖電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)運(yùn)行時(shí)，將電樞與電源斷開，串聯(lián)一個(gè)制動(dòng)電阻R2。2.能耗制動(dòng)電樞回路方程及機(jī)械特性3.能耗制動(dòng)功率流向負(fù)載機(jī)械能→電樞繞組→電能→電樞回路總電阻熱能4.能耗制動(dòng)停車——電動(dòng)機(jī)迅速停機(jī)電動(dòng)→能耗制動(dòng)：(1)機(jī)械特性①→②，轉(zhuǎn)速不能突變工作點(diǎn)a→b；(2)Tb與n反向，起制動(dòng)作用。T與TL共同作用，n沿機(jī)械特性減速，直到n=0，T=0，電動(dòng)機(jī)停車；(3)能耗制動(dòng)停車過(guò)程為b→0。nTTLn0ab0Tb①②5.能耗制動(dòng)運(yùn)行——帶位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下放重物電動(dòng)→能耗制動(dòng)：(1)機(jī)械特性①→②，轉(zhuǎn)速不能突變工作點(diǎn)a→b；(2)Tb與n反向，起制動(dòng)作用。T與TL共同作用，n減速，n=0，T=0；(3)T=0，TL>0，電動(dòng)機(jī)反向加速，T上升，直到T=TL電動(dòng)機(jī)穩(wěn)速運(yùn)行在c點(diǎn)。(4)c點(diǎn)為能耗制動(dòng)運(yùn)行點(diǎn)。nTTLn0ab0Tb①②c【例題】一臺(tái)他勵(lì)電動(dòng)機(jī)，PN=22kW，UaN=440V，IaN=65.3A，nN=600r/min，Iamax=2IaN，T0忽略不計(jì)。試求：(1)拖動(dòng)TL=0.8TN的反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，采用能耗制動(dòng)實(shí)現(xiàn)迅速停機(jī)，電樞電路至少應(yīng)串聯(lián)多大的制動(dòng)電阻？(2)拖動(dòng)TL=0.8TN的位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，采用能耗制動(dòng)以300r/min的速度下放重物，電樞電路應(yīng)串聯(lián)多大的制動(dòng)電阻？解：(1)忽略空載損耗P0，則額定運(yùn)行時(shí)的電樞電動(dòng)勢(shì)電樞回路總電阻電機(jī)拖動(dòng)TL=0.8TN恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，由于磁通不變，則電樞電流Ia=0.8IaN，則電動(dòng)運(yùn)行點(diǎn)電樞電動(dòng)勢(shì)為電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)瞬間，轉(zhuǎn)速不能突變，電樞電流最大值為Iamax=2IaN，則外串電阻為nTTLn0ab0Tb①②(2)下放位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載TL=0.8TN，則Ia=0.8IaN，則外串電阻為nTTLn0ab0Tb①②c三.反接制動(dòng)1.電樞電壓反向的反接制動(dòng)——迅速停機(jī)(1)電樞電壓反向的反接制動(dòng)電路圖IaIa+-Ua正常電動(dòng)運(yùn)行時(shí)，Z閉合，F(xiàn)斷開；當(dāng)在電動(dòng)運(yùn)行時(shí)，將Z斷開，F(xiàn)閉合，則進(jìn)入電壓反向的反接制動(dòng)。(2)電樞回路方程及機(jī)械特性(3)功率流向負(fù)載機(jī)械能→電樞繞組→電能電源→電樞繞組→電能電樞回路總電阻熱能若n=0時(shí)，不通過(guò)外力使轉(zhuǎn)軸靜止則：a.反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載∣TL∣<∣Tc∣時(shí)，電動(dòng)機(jī)反向加速到d點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行；b.位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，電動(dòng)機(jī)反向加速到e點(diǎn)。(4)反接制動(dòng)停車過(guò)程nTTLn0ab0Tb①②c-n0TLde電動(dòng)→反接制動(dòng)：a.機(jī)械特性①→②，轉(zhuǎn)速不能突變工作點(diǎn)a→b；b.Tb與n反向，起制動(dòng)作用。T與TL共同作用，n減速直到n=0，即b→c為停車過(guò)程。2.電動(dòng)勢(shì)反向反接制動(dòng)(倒拉反轉(zhuǎn))——下放重物(1)電動(dòng)勢(shì)反向反接制動(dòng)電路圖當(dāng)在電動(dòng)運(yùn)行提升重物時(shí)，電樞回路里串入大電阻，使電動(dòng)勢(shì)反向(轉(zhuǎn)速n反向)，重物下放。RIaIa正常電動(dòng)反接制動(dòng)(2)電樞回路方程及機(jī)械特性(3)功率流向負(fù)載機(jī)械能→電樞繞組→電能電源→電樞繞組→電能電樞回路總電阻熱能(4)反接制動(dòng)運(yùn)行——下放重物nTTLn0ab0Tb①②d電動(dòng)→反接制動(dòng)：a.機(jī)械特性①→②，轉(zhuǎn)速不能突變工作點(diǎn)a→b；b.Tb<TL，n減速直到n=0，電動(dòng)機(jī)反向加速，直到T=TL，即d點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行?！纠}】一臺(tái)他勵(lì)電動(dòng)機(jī)，PN=22kW，UaN=440V，IaN=65.3A，nN=600r/min，Iamax=2IaN，T0忽略不計(jì)。試求：(1)拖動(dòng)TL=0.8TN的反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，采用反接制動(dòng)迅速停機(jī)，電樞電路至少應(yīng)串聯(lián)多大的制動(dòng)電阻？(2)拖動(dòng)TL=0.8TN的位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，采用反接制動(dòng)以300r/min的速度下放重物，電樞電路應(yīng)串聯(lián)多大的制動(dòng)電阻？解：(1)忽略空載損耗P0，則額定運(yùn)行時(shí)的電樞電動(dòng)勢(shì)電樞回路總電阻電機(jī)拖動(dòng)TL=0