電機與拖動課件

電機與拖動電子教案電機與拖動電子教案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與拖動電子教案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2緒論

電機是利用電磁感應原理工作的機械。

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；二是按電機結構或轉速分，有變壓器和旋轉電機。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是利用電磁感應原理工作的機械。0.13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：電動機、傳動機構、生產機械、控制設備和電源五個部分。它們之間的關系如下

電動機傳動機構生產負載控制設備電源緒論電機拖動系統(tǒng)是用電動機來拖動機械運行的系4緒論

本課程是自動化、電氣工程及自動化（供用電技術方向）和農業(yè)電氣化與自動化等專業(yè)的一門專業(yè)基礎課。0.2本課程的性質、任務和內容

本課程的任務是讓學生掌握電機的基本結構和工作原理，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，為今后學習和工作打下堅實的基礎。

本課程的內容有直流電機、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、驅動和控制微電機、電動機的選擇八個部分。緒論本課程是自動化、電氣工程及自動化（供用電5緒論

電機與拖動是一門理論性很強的技術基礎課，同時又具有專業(yè)課的性質，涉及的基礎理論和實際知識面廣，是電磁學、動力學、熱力學等學科知識的綜合。用理論分析電機及拖動的實際問題時，必須結合電機的具體結構，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本課程的特點及學習方法

為了學好本門課程，必須做到以下幾點：1、抓主要矛盾，有條件地忽略去一些次要素；2、抓住重點，牢固掌握基本概念、基本原理和主要特性；3、要有良好的學習方法，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，重視科學實驗和工程實踐；5、充分預習和復習。

緒論電機與拖動是一門理論性很強的技術基礎課，61.2直流電機電樞繞組簡介1.3直流電機的電樞反應

本章主要討論直流電機的基本結構和工作原理，討論直流電機的磁場分布、感應電動勢、電磁轉矩、電樞反應及影響、換向及改善換向方法，從應用角度分析直流發(fā)電機的運行特性和直流電動機的工作特性。1.4直流電機的電樞電動勢和電磁轉矩1.5直流電機的換向1.6直流發(fā)電機1.7直流電動機1.1

直流電機的基本工作原理與結構思考題與習題1.2直流電機電樞繞組簡介1.3直流電機的電樞反應7基本要求：1.掌握直流電機的基本工作原理；2.了解直流電機的基本結構和各部件的主要作用；3.明確直流電機的銘牌中主要額定數據及其含義以及在使用電機時應當注意的事項；4.理解單疊繞組和單波繞組各節(jié)距的計算方法；4.能夠看懂并會繪制單疊繞組和單波繞組的展開圖。了解各繞組的主要特點；5.了解電樞反應對電機的影響；基本要求：86.掌握電樞電動勢和電磁轉矩的計算公式；7.理解直流發(fā)電機和直流電動機中電樞電動勢和電磁轉矩的性質；8.了解直流電機的換向過程和改善換向的方法；9.了解直流電機的各種勵磁方式；10.掌握電磁功率的關系式，并理解直流電機中機電能量是可以彼此互相轉換的；11.了解電機的可逆原理。了解如何判斷一臺電機是電動狀態(tài)還是發(fā)電狀態(tài)；12.掌握根據發(fā)電機慣例和電動機慣例的穩(wěn)態(tài)運行基本方程式；13.掌握自勵直流發(fā)電機的自勵建壓過程和條件；14.掌握直流發(fā)電機的運行特性；15.掌握他勵直流電動機運行時電機內的功率關系。6.掌握電樞電動勢和電磁轉矩的計算公式；91.1.1直流電機的工作原理1.1直流電機的基本工作原理和結構一、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是固定在可旋轉導磁圓柱體上的線圈，線圈連同導磁圓柱體稱為電機的轉子或電樞。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的換向片上。轉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)電機是將機械能轉變成電能的旋轉機械。1.1.1直流電機的工作原理1.1直流電機的基本工作原理10當原動機驅動電機轉子逆時針旋轉時同，線圈abcd將感應電動勢。如右圖，導體ab在N極下，a點高電位，b點低電位；導體cd在S極下，c點高電位，d點低電位；電刷A極性為正，電刷B極性為負。當原動機驅動電機轉子逆時針旋轉時同，線圈abcd將感11

當原動機驅動電機轉子逆時針旋轉后，如右圖。與電刷A接觸的導體總是位于N極下，與電刷B接觸的導體總是位于S極下,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兩端可獲得直流電動勢。

導體ab在S極下，a點低電位，b點高電位；導體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。

實際直流發(fā)電機的電樞是根據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，構成電機的電樞繞組。磁極也是根據需要N、S極交替旋轉多對。當原動機驅動電機轉子逆時針旋轉后，12二、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。

直流電動機是將電能轉變成機械能的旋轉機械。

在磁場作用下，N極性下導體ab受力方向從右向左，S極下導體cd受力方向從左向右。該電磁力形成逆時針方向的電磁轉矩。當電磁轉矩大于阻轉矩時，電機轉子逆時針方向旋轉。二、直流電動機工作原理把電刷A、B接到直流電13原N極性下導體ab轉到S極下，受力方向從左向右，原S極下導體cd轉到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矩。線圈在該電磁力形成的電磁轉矩作用下繼續(xù)逆時針方向旋轉。

與直流發(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。

當電樞旋轉到右圖所示位置時原N極性下導體ab轉到S極下，受力方向從左向右，原S14直流電動機的工作原理示意圖:直流電動機的工作原理示意圖:151.1直流電機的基本工作原理和結構1.1.2直流電機的主要結構主磁極：產生恒定的氣隙磁通，由鐵心和勵磁繞組構成換向磁極：改善換向。電刷裝置：與換向片配合,完成直流與交流的互換機座和端蓋：起支撐和固定作用。定子轉子換向器：與電刷裝置配合,完成直流與交流的互換。電樞鐵心：主磁路的一部分，放置電樞繞組。電樞繞組：由帶絕緣的導線繞制而成，是電路部分。轉軸：由鋼鐵做成。軸承：1.1直流電機的基本工作原理和結構1.1.2直流電機的主16電機與拖動ppt課件17電機與拖動ppt課件18電機與拖動ppt課件19電機與拖動ppt課件201.1.3直流電機的銘牌數據及主要系列額定條件下電機所能提供的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在額定電壓下，運行于額定功率時對應的電流在額定電壓、額定電流下，運行于額定功率時對應的轉速.對應于額定電壓、額定電流、額定轉速及額定功率時的勵磁電流電機銘牌上還標有其它數據，如勵磁電壓、出廠日期、出廠編號等。1.1.3直流電機的銘牌數據及主要系列額定條件下電機所能提21

此外，電機銘牌上還標有其它數據，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。此外，電機銘牌上還標有其它數據，如勵磁電壓、221.2.1

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。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元件串聯(lián)起來，象波浪式的前進。第一節(jié)距：一個元件的兩個有效邊在電樞表面跨過的距離。1.2.1直流樞繞組基本知識1.2直流電機的電樞繞組簡23電機與拖動ppt課件24電機與拖動ppt課件25合成節(jié)距：連接同一換向片上的兩個元件對應邊之間的距離。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。單疊繞組單波繞組換向節(jié)距：同一元件首末端連接的換向片之間的距離。1.2.2.單疊繞組

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：

單疊繞組的展開圖是把放在鐵心槽里、構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系及主磁極、換向片、電刷間的相對位置關系。合成節(jié)距：連接同一換向片上的兩個元件對應邊之間的距26單疊繞組的展開圖單疊繞組的展開圖27根據單疊繞組的展開圖可以得到繞組的并聯(lián)支路電路圖: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，主磁極數與支路數相同。2）電刷數等于主磁極數，電刷位置應使感應電動勢最大，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。根據單疊繞組的展開圖可以得到繞組的并聯(lián)支路電路圖:單疊繞組的28１.２.３單波繞組

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單波繞組單波繞組的特點是合成節(jié)距29單波繞組的并聯(lián)支路圖: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，支路對數為1，與磁極對數無關；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）電刷數等于磁極數；4）電樞電動勢等于支路感應電動勢；5）電樞電流等于兩條支路電流之和。單波繞組的并聯(lián)支路圖:單波繞組的特點1）同極下各元件串聯(lián)起來301.3.1直流電機的空載磁場1.3直流電機的電樞反應

直流電機工作中，主磁極產生主磁極磁動勢，電樞電流產生電樞磁動勢。電樞磁動勢對主極磁動勢的影響稱為電樞反應。

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)匝數為，流過電流，每極的勵磁磁動勢為：1.3.1直流電機的空載磁場1.3直流電機的電樞反應31

直流電機中，主磁通是主要的，它能在電樞繞組中感應電動勢或產生電磁轉矩，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，再經定子鐵軛回到N極主磁通主磁路磁力線不進入電樞鐵心，直接經過氣隙、相鄰磁極或定子鐵軛形成閉合回路漏磁通漏磁路直流電機中，主磁通是主要的，它能在電樞繞組中32

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。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，靠近極尖處，氣隙逐漸變大，磁通密度減??；極尖以外，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?？蛰d時，勵磁磁動勢主要消耗在氣隙上。當忽略鐵33

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?？蛰d時的氣隙磁通密度為一平頂波，如下圖(b)所34

為了感應電動勢或產生電磁轉矩，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系，稱為直流電機的空載磁化特性。如右圖所示。

為了經濟、合理地利用材料，一般直流電機額定運行時，額定磁通設定在圖中A點，即在磁化特性曲線開始進入飽和區(qū)的位置。為了感應電動勢或產生電磁轉矩，直流電機氣隙中351.3.2

直流電機負載時的負載磁場

直流電機帶上負載后，電樞繞組中有電流，電樞電流產生的磁動勢稱為電樞磁動勢。電樞磁動勢的出現使電機的磁場發(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。

假設勵磁電流為零，只有電樞電流。由圖可見電樞磁動勢產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直流電機36

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，如圖中所示。

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，致使電樞磁動勢產生的氣隙磁通密度為對稱的馬鞍型，如圖中所示。如果認為直流電機電樞上有無窮多整距元件分布，371.3.3

直流電機的電樞反應

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果。電樞磁場對氣隙磁場的影響稱為電樞反應。電樞反應與電刷的位置有關。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當勵磁繞組中有38主磁場的磁通密度分布曲線電樞磁場磁通密度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主磁場的磁通密度分布曲線電樞磁場磁通密度分布曲線兩條曲線逐點39由圖可知，電刷在幾何中性線時的電樞反應的特點：

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，主磁場被削弱的數量等于加強的數量，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。即電刷在幾何中性線時的電樞反應為交軸去磁性質。由圖可知，電刷在幾何中性線時的電樞反應的特點：2)、對主磁402、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。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。電刷順轉向偏移電刷逆轉向偏移發(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411.4.1

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矩產生:電樞旋轉時,主磁場在電樞繞組中感應的電動勢簡稱為電樞電動勢。性質: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).)(電動勢常數為電機的結構常數其中可見,直流電機的感應電動勢與電機結構、氣隙磁通及轉速有關。大小:1.4.1直流電機的電樞電動勢1.4直流電機的電樞電動421.4.2直流電機的電磁轉矩產生:電樞繞組中有電樞電流流過時,在磁場內受電磁力的作用,該力與電樞鐵心半徑之積稱為電磁轉矩。大小:性質:發(fā)電機——制動(與轉速方向相反)；電動機——驅動(與轉速方向相同)?？梢姡圃旌玫闹绷麟姍C其電磁轉矩與氣隙磁通及電樞電流成正比為電機的轉矩常數，有其中1.4.2直流電機的電磁轉矩產生:電樞繞組中有電樞電流流過431.5.1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。

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。

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1.5.1換向概述1.5直流電機的換向為44電機與拖動ppt課件45

換向問題很復雜，換向不良會在電刷與換向片之間產生火花。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和電熱學等現象。

元件從開始換向到換向終了所經歷的時間，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過電刷時都要經歷換向過程。換向問題很復雜，換向不良會在電刷與換向片之間461.5.2換向的電磁理論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生的。切割電動勢：在幾何中性線處，由于電樞反應在存在，電樞反應磁密不為零，在換向元件中感應切割電動勢。換向元件中的合成電動勢為：

根據楞次定律，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的電動勢。換向電動勢是幫助換向的。1.5.2換向的電磁理論換向元件中的電動勢：自感電動勢47換向元件中的電流：

設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：

忽略元件電阻和元件與換向片間的連線電阻，并設電刷與換向片的接觸總電阻為，則可推導出換向元件中的電流變化規(guī)律為換向元件中的電流：設兩相鄰的換向片與電刷的接48一、直線換向當時換向元件電流隨時間線性變化。當時換向元件電流隨時間不是線性變化，出現電流延遲現象。二、延遲換向當時換向元件電流隨時間再是線性變化，出現電流超前現象。三、超越換向直線換向延遲換向超越換向一、直線換向當時換向元件電流隨時間線性變化。當491.5.3

改善換向的方法

除了直線換向外，延遲和超越換向時的合成電動勢不為零，換向元件中產生附加換向電流，附加換向電流足夠大時會在電刷下產生火花。還有機械和化學方面的因素也能引起換向不良產生火花。

改善換向一般采用以下方法：選擇合適的電刷，增加換向片與電刷之間的接觸電阻裝設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)，在換向元件處產生換向磁動勢抵消電樞反應磁動勢大型直流電機在主磁極極靴內安裝補償繞組補償繞組與電樞繞組串聯(lián)，產生的磁動勢抵消電樞反應磁動勢1.5.3改善換向的方法除了直線換向外，延501.6.1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。

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512、并勵：發(fā)電機的勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)。且滿足3、串勵：勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)。滿足2、并勵：3、串勵：524、復勵：

并勵和串勵兩種勵磁方式的結合。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)。4、復勵：531.6.2直流發(fā)電機的基本方程如圖規(guī)定各物理量的參考方向一.電動勢平衡方程從方程式可見，直流發(fā)電機滿足二.轉矩平衡方程發(fā)電機軸上有三個轉矩：原動機輸入給的驅動轉矩、電磁轉矩和機械摩擦及鐵損引起的空載轉矩。轉矩平衡方程為：1.6.2直流發(fā)電機的基本方程如圖規(guī)定各物理量的參考方向一54直流發(fā)電機的勵磁電流三、勵磁特性公式每極氣隙磁通四.功率平衡方程原動機輸入給發(fā)電機的機械功率

電磁功率機械摩擦損耗、鐵損耗、附加損耗

空載損耗包括：

電磁功率一方面代表電動勢為的電源輸出電流時發(fā)出的電功率，一方面又代表轉子旋轉時克服電磁轉矩所消耗的機械功率。電樞回路電阻及電刷與換向器表面接觸電阻上的銅損耗輸出的電功率自勵發(fā)電機中還應減去勵磁損耗直流發(fā)電機的勵磁電流三、勵磁特性公式每極氣隙磁通四.功率平衡551.6.3他勵發(fā)電機的運行特性一、空載特性定義:當、時，

直流發(fā)電機的空載特性是非線性的，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?？蛰d時空載特性曲線上升分支空載特性曲線下降分支平均空載特性曲線空載特性實質上就是。所以空載特性曲線的形狀與空載磁化特性曲線相同。1.6.3他勵發(fā)電機的運行特性一、空載特性定義:當56二、外特性定義：當、時，

由曲線可見，負載電流增大時，端電壓有所下降。他勵并勵

根據可知端電壓下降有兩個原因：(一)在勵磁電流一定情況下，負載電流增大，電樞反應的去磁作用使每極磁通量減少，使電動勢減少；(二)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。為什么低?二、外特性定義：當、時，57三、調節(jié)特性定義：當、時，

由曲線可見，在負載電流變化時，若保持端電壓不變，必須改變勵磁電流，補償電樞反應及電樞回路電阻壓降對對輸出端電壓的影響.1.6.4

并勵發(fā)電機的自勵條件和外特性

并勵發(fā)電機的勵磁是由發(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。三、調節(jié)特性定義：當、時，58一、自勵條件

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。

原動機帶動發(fā)電機旋轉時，如果主磁極有剩磁，則電樞繞組切割剩磁通感應電動勢。在電動勢作用下勵磁回路產生。增大,場阻線變?yōu)榍€3時，稱為臨界電阻。若再增加勵磁回路電阻，發(fā)電機將不能自勵。

如果勵磁繞組和電樞繞組連接正確，勵磁電流產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，直到勵磁繞組兩端的電壓與相等，達到穩(wěn)定的平衡工作點A。一、自勵條件曲線1為空載特性曲線,曲線2為勵磁59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速下的臨界電阻（2）并聯(lián)在電樞繞組兩端的勵磁繞組極性要正確思考題電機正轉能自勵,反轉能自勵嗎?可見，并勵直流發(fā)電機的自勵條件有：二、空載特性60三、外特性四、調節(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。三、外特性四、調節(jié)特性并勵發(fā)電機的電樞電流，比611.7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：把一臺他勵直流發(fā)電機并聯(lián)于直流電網上運行保持電源電壓不變。

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。

減少原動機的輸出功率，發(fā)電機的轉速下降。當轉速下降到一定程度時，使得，此時電樞電流為零，發(fā)電機輸出的電功率為零，原動機輸入的機械功率僅用來補償電機的空載損耗。繼續(xù)降低原動機的轉速，將有，電樞電流反向，這時電網向電機輸入電功率，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)轉變到發(fā)電機狀態(tài)。1.7直流電動機1.7.1直流電機的可逆原理62第1章直流電機1.7.2

直流電動機的基本方程規(guī)定各物理量的參考方向如圖,電動機的基本方程如下：第1章直流電機1.7.2直流電動機的基本方程規(guī)定各物理量631.7.3直流電動機的工作特性1、轉速特性一、他勵（并勵）直流電動機的工作特性定義：當、時，由方程式可得

忽略電樞反應的去磁作用，轉速與負載電流按線性關系變化2、轉矩特性轉矩表達式

考慮電樞反應的作用，轉矩上升的速度比電流上升的慢。定義：當、時，1.7.3直流電動機的工作特性1、轉速特性一、他勵（并勵）643、效率特性由方程式可得

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。定義：當、時，3、效率特性由方程式可得空載損耗為不變損耗，65二、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系。即：轉速特性轉矩特性

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。

當負載電流為零時，電機轉速趨于無窮大，所以串勵電動機不宜輕載或空載運行。二、串勵直流電動機的工作特性當負載電流較小時662.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程和負載轉矩特性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、負載轉矩特性、直流電動機的機械特性、起動、調速、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速2.6串勵直流電動機的電力拖動思考題與習題2.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程和負載轉矩特性2.2他勵直流67基本要求：1、掌握電力拖動系統(tǒng)的運動方程式及轉矩、轉速正方向的規(guī)定原則；2、了解各種典型負載的轉矩特性及其特點；3、熟練掌握直流電動機的固有機械特性和人為機械特性；4、掌握電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件，會分析判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性；5、掌握直流電動機的起動方法；6、掌握能耗制動、反接制動、回饋制動的方法、特點、能量關系，制動過程中工作點變化情況；7、掌握各種制動狀態(tài)下的機械特性、制動電流和制動電阻的計算；8、掌握他勵直流電動機的調速方法和調速性能指標的含義、調速范圍與靜差率之間的關系；9、了解各種調速方法的優(yōu)缺點?；疽螅?82.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程式和負載轉矩特性

電力拖動系統(tǒng)運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軸上的各種轉矩。2.1.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程式一、運動方程式

根據如圖給出的系統(tǒng)（忽略空載轉矩），可寫出拖動系統(tǒng)的運動方程式：其中為系統(tǒng)的慣性轉矩。2.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程式和負載轉矩特性電69運動方程的實用形式：系統(tǒng)旋轉運動的三種狀態(tài)1)當或時,系統(tǒng)處于靜止或恒轉速運行狀態(tài)，即處于穩(wěn)態(tài)。2)當或時,系統(tǒng)處于加速運行狀態(tài)，即處于動態(tài)。3)當或時,系統(tǒng)處于減速運行狀態(tài)，即處于動態(tài)。常把

或稱為動負載轉矩,把稱為靜負載轉矩.運動方程的實用形式：系統(tǒng)旋轉運動的三種狀態(tài)1)當70

首先確定電動機處于電動狀態(tài)時的旋轉方向為轉速的正方向，然后規(guī)定：二、運動方程式中轉矩正、負號的規(guī)定（1）電磁轉矩與轉速的正方向相同時為正，相反時為負。（2）負載轉矩與轉速的正方向相同時為負，相反時為正。(3)慣性轉矩的大小和正負號由和的代數和決定。首先確定電動機處于電動狀態(tài)時的旋轉方向為轉速的712.1.2負載的轉矩特性一、恒轉矩負載特性負載的轉矩特性，就是負載的機械特性，簡稱負載特性。

恒轉矩負載特性是指生產機械的負載轉矩與轉速無關的特性。分反抗性恒轉矩負載和位能性恒轉矩負載兩種。1.反抗性恒轉矩負載TLn2.位能性恒轉矩負載TLn2.1.2負載的轉矩特性一、恒轉矩負載特性負載的轉矩特72二、恒功率負載特性

恒功率負載特點是：負載轉矩與轉速的乘積為一常數，即與成反比，特性曲線為一條雙曲線。TLn三、泵與風機類負載特性

負載的轉矩基本上與轉速的平方成正比。負載特性為一條拋物線。TLn理想的通風機特性實際通風機特性TL0二、恒功率負載特性恒功率負載特點是：負載轉矩與轉速的732.2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，電動機的轉速與電磁轉矩之間的關系：由電機的電路原理圖可得機械特性的表達式：稱為理想空載轉速。實際空載轉速2.2他勵直流電動機的機械特性2.2.1機械特性的表達式742.2.2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：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。

由于電樞電阻很小，特性曲線斜率很小，所以固有機械特性是硬特性。2.2.2固有機械特性和人為機械特性一、固有機械特性當751、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特點：1）不變，變大；

2）越大，特性越軟。1、電樞串電阻時的人為特性保持762、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：特點：1)

隨變化,不變;

2)不同,曲線是一組平行線。2、降低電樞電壓時的人為特性保持773、減弱勵磁磁通時的人為特性

保持不變，只改變勵磁回路調節(jié)電阻的人為特性：特點：1）弱磁，

增大；

2）弱磁，增大3、減弱勵磁磁通時的人為特性保持782.2.3

機械特性求取一、固有特性的求取

已知，求兩點:1）理想空載點和額定運行。具體步驟：(1)估算(2)計算(3)計算理想空載點：(4)計算額定工作點：二、人為特性的求取

在固有機械特性方程的基礎上，根據人為特性所對應的參數或或變化，重新計算和，然后得到人為機械特性方程式。2.2.3機械特性求取一、固有特性的求取已知792.2.4電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行條件

處于某一轉速下運行的電力拖動系統(tǒng)，由于受到某種擾動，導致系統(tǒng)的轉速發(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。在點，系統(tǒng)平衡擾動使轉速有微小增量，轉速由上升到，。擾動消失,系統(tǒng)減速，回到點運行。擾動使轉速有微小下降，由下降到。擾動消失,系統(tǒng)加速，回到點運行。2.2.4電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行條件處于某一轉速下運80電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的充分必要條件是：在點，系統(tǒng)平衡擾動使轉速有微小增量，轉速由上升到，,系統(tǒng)加速

。即使擾動消失,也不能回到點運行。擾動使轉速有微小下降，由下降到,系統(tǒng)減速。即使擾動消失,也不能回到點運行。(1)必要條件:電動機的機械特性與負載的轉矩特性必須有交點,即存在(2)充分條件:在交點處,滿足:。或者說,在交點的轉速以上存在,在交點的轉速以下存在電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的充分必要條件是：在點，系統(tǒng)平衡擾動使812.3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。起動瞬間，起動轉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。

起動時由于轉速為零，電樞電動勢為零，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電壓下降、影響電網上其它用戶的正常用電、使電動機的換向惡化；同時過大的沖擊轉矩會損壞電樞繞組和傳動機構。一般直流電動機不允許直接起動。2.3他勵直流電動機的起動電動機的起動是指電動機接82一、起動過程2.3.1電樞回路串電阻起動以三級電阻起動時電動機為例一、起動過程2.3.1電樞回路串電阻起動以三級電阻起動83二、分組起動電阻的計算

設對應轉速n1、n2、n3時電勢分別為Ea1、Ea2、Ea3，則有：b點c點d點e點f點g點比較以上各式得：

在已知起動電流比β和電樞電阻前提下，經推導可得各級串聯(lián)電阻為:二、分組起動電阻的計算設對應轉速n1、n2、n3時電勢分別84（6）計算各級起動電阻。（1）估算或查出電樞電阻；（2）根據過載倍數選取最大轉矩對應的最大電流；（3）選取起動級數；（4）計算起動電流比：取整數（5）計算轉矩:，校驗：如果不滿足，應另選或值并重新計算，直到滿足該條件為止.計算各級起動電阻的步驟：（6）計算各級起動電阻。（1）估算或查出電樞電阻；（2852.3.2

降壓起動

當直流電源電壓可調時，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矩保持在一定的數值上，保證按需要的加速度升速。

降壓起動需專用電源，設備投資較大，但它起動平穩(wěn)，起動過程能量損耗小，因此得到廣泛應用。2.3.2降壓起動當直流電源電壓可調時，可采864.3他勵直流電動機的制動

當電磁轉矩的方向與轉速方向相同時,電機運行于電動機狀態(tài);當電磁轉矩方向與轉速方向相反時,電機運行于制動狀態(tài)。

4.3.1能耗制動電動制動電動狀態(tài)，如圖所示。將開關S投向制動電阻上即實現制動.

由于慣性，電樞保持原來方向繼續(xù)旋轉，電動勢方向不變。由產生的電樞電流的方向與電動狀態(tài)時的方向相反,對應的電磁轉矩與方向相反,為制動性質,電機處于制動狀態(tài)。

制動運行時，電機靠生產機械的慣性力的拖動而發(fā)電，將生產機械儲存的動能轉換成電能，消耗在電阻上，直到電機停止轉動。4.3他勵直流電動機的制動當電磁轉矩的方向與轉87能耗制動時的機械特性為：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。若電動機帶位能性負載,穩(wěn)定工作點能耗制動時的機械特性為：電動機狀態(tài)工作點制動瞬間工作點制動過88

制動電阻越小，制動電流越大。選擇制動電阻的原則是

能耗制動操作簡單,但隨著轉速下降,電動勢減小,制動電流和制動轉矩也隨著減小,制動效果變差。若為了盡快停轉電機,可在轉速下降到一定程度時,切除一部分制動電阻,增大制動轉矩。

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矩及下放負載的穩(wěn)定速度。越小,特性曲線的斜率越小,起始制動轉矩越大,而下放負載的速度越小。其中為制動瞬間的電樞電動勢。制動電阻越小，制動電流越大。選擇制動電阻的原則是892.4.2反接制動電壓反接制動時接線如圖所示。一、電壓反接制動電動制動

開關S投向“電動”側時，電樞接正極電壓，電機處于電動狀態(tài)。進行制動時，開關投向“制動”側，電樞回路串入制動電阻后，接上極性相反的電源電壓，電樞回路內產生反向電流：

反向的電樞電流產生反向的電磁轉矩，從而產生很強的制動作用——電壓反接制動。2.4.2反接制動電壓反接制動時接線如圖所示。一、電壓反90電壓反接制動時的機械特性為：曲線如圖中所示。工作點變化為：。制動過程中、、均為負,而、為正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變?yōu)殡姌谢芈冯姽β省?/p>

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變成的電功率一起消耗在電樞回路電阻上。電壓反接制動時的機械特性為：曲線如圖中所示。工作點變化為91二、倒拉反轉反接制動倒拉反轉反接制動只適用于位能性恒轉矩負載電樞回路串入較大電阻后特性曲線正向電動狀態(tài)提升重物(A點)負載作用下電機反向旋轉(下放重物)電機以穩(wěn)定的轉速下放重物D點在電樞回路中串聯(lián)一個較大的電阻,即可實現制動.工作點由A-B-C-D,CD段為制動段二、倒拉反轉反接制動倒拉反轉反接制動只適用于位能性恒轉矩負載92

倒拉反轉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

倒拉反轉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。倒拉反轉反接制動時的能量關系和電壓反接制動時相同。思考題位能性以外的負載能否實現倒拉反轉反接制動?＜0倒拉反轉反接制動時的機械特性方程就是電動狀態(tài)時934.3.4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情況，此時，反向，反向，由驅動變?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)。穩(wěn)定運行有兩種情況:當電車下坡時，運行轉速可能超過理想空載轉速,進入第二象限電壓反接制動帶位能性負載進入第四象限4.3.4回饋制動回饋制動時的機械特性方程與電94

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、降壓調速時產生的回饋制動制動過程為線段2、增磁調速時產生的回饋制動制動過程為線段

回饋制動時由于有功率回饋到電網，因此與能耗和反接制動相比，回饋制動是比較經濟的。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952.5他勵直流電動機的調速

電力拖動系統(tǒng)的調速可以采用機械調、電氣調速或二者配合調速。通過改變傳動機構速比進行調速的方法稱為機械調速；通過改變電動機參數進行調速的方法稱為電氣調速。電氣調速方法:1.調壓調速;2.電樞串電阻調速;3.調磁調速。

改變電動機的參數就是人為地改變電動機的機械特性，使工作點發(fā)生變化，轉速發(fā)生變化。調速前后，電動機工作在不同的機械特性上。他勵直流電動機的轉速為2.5他勵直流電動機的調速電力拖動系統(tǒng)的調速可以采962.5.1評價調速的指標一、調速范圍:二、靜差率（相對穩(wěn)定性）δ%越小，相對穩(wěn)定性越好；δ%與機械特性硬度和n0有關。指負載變化時，轉速變化的程度，轉速變化小，穩(wěn)定性好。

D與δ%相互制約:δ越小,D越小,相對穩(wěn)定性越好;在保證一定的δ指標的前提下,要擴大D,須減少Δn,即提高機械特性的硬度。2.5.1評價調速的指標一、調速范圍:二、靜差率（相對穩(wěn)定97三、調速的平滑性

越接近1，平滑性越好，當時，稱為無級調速，即轉速可以連續(xù)調節(jié)。調速不連續(xù)時，級數有限，稱為有級調速。四、調速的經濟性

在一定的調速范圍內，調速的級數越多，調速越平滑。相鄰兩級轉速之比，為平滑系數主要指調速設備的投資、運行效率及維修費用等。三、調速的平滑性越接近1，平滑性越好，當時，982.5.2調速方法一、電樞回路串電阻調速未串電阻時的工作點串電阻后,工作點由A→A’→B02.5.2調速方法一、電樞回路串電阻調速未串電阻時的工作點99調速過程電流變化曲線:調速前、后電流不變調速過程轉速變化曲線結論：帶恒轉矩負載時,串電阻越大,轉速越低。調速過程中電流和轉速的變化情況調速過程電流變化曲線:調速前、后電流不變調速過程轉速變化曲線100優(yōu)點：電樞串電阻調速設備簡單，操作方便。2）低速時特性曲線斜率大,靜差率大,所以轉速的相對穩(wěn)定性差3）輕載時調速范圍小，額定負載時調速范圍一般為D≦2；4）損耗大，效率低，不經濟。對恒轉矩負載，調速前、后因增通不變而使電磁轉矩和電樞電流不變，輸入功率不變，輸出功率卻隨轉速的下降而下降，減少的部分被串聯(lián)電阻消耗了。缺點：1）由于電阻只能分段調節(jié)，所以調速的平滑性差；優(yōu)點：電樞串電阻調速設備簡單，操作方便。2）低速時特性曲線斜101二、降低電源電壓調速TemTLAA’B調速壓前工作點A降壓瞬間工作點穩(wěn)定后工作點

降壓調速過程與電樞串電阻調速過程相似，調速過程中轉速和電樞電流（或轉矩）隨時間變化的曲線也相似。二、降低電源電壓調速TemTLAA’B調速壓前工作點A降壓瞬102優(yōu)點：1）電源電壓能夠平滑調節(jié)，可實現無級調速。

2）調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，調速范圍相同，一般可達D=2.5?12。

4）電能損耗較小。缺點：

需要一套電壓可連續(xù)調節(jié)的直流電源。優(yōu)點：2）調速前后的機械特性的斜率不變，硬度較高，負載變化103三、減弱磁通調速調節(jié)磁場前工作點弱磁瞬間工作點A→A‘弱磁穩(wěn)定后的工作點AB減弱磁通后，理想空載轉速上升,曲線的斜率值增大。三、減弱磁通調速調節(jié)磁場前工作點弱磁瞬間工作點A→A‘弱磁穩(wěn)104弱磁調速前、后的電樞電流和轉速的變化情況減弱磁通調速前、后轉速變化曲線減弱磁通前、后的電樞電流變化曲線結論：磁場越弱，轉速越高。因此電機運行時勵磁回路不能開路。弱磁調速前、后的電樞電流和轉速的變化情況減弱磁通調速前、后轉105優(yōu)點：

由于在電流較小的勵磁回路中進行調節(jié)，因而控制方便，能量損耗小，設備簡單，調速平滑性好。弱磁升速后電樞電流增大，電動機的輸入功率增大，但由于轉速升高，輸出功率也增大，電動機的效率基本不變，因此經濟性是比較好。2）轉速的升高受到電動機換向能力和機械強度的限制，升速范圍不可能很大，一般D≤2；

為了擴大調速范圍，通常把降壓和弱磁兩種調速方法結合起來，在額定轉速以上，采用弱磁調速，在額定轉速以下采用降壓調速。缺點：1）機械特性的斜率變大，特性變軟；優(yōu)點：2）轉速的升高受到電動機換向能力和機械強度的限制，升速1062.5.3調速方式與負載類型的配合容許輸出：指電動機在某一轉速下長期可靠工作時所能輸出的最大轉矩和功率。充分利用：指在一定的轉速下電動機的實際輸出轉矩和功率達到它的容許值，即電樞電流達到額定值。

當電動機調速時，在不同的轉速下，電樞電流能否總保持為額定值，即電動機能否在不同轉速下都得到充分利用，這個問題與調速方式和負載類型的配合有關。

以電機在不同轉速都能得到充分利用為條件，他勵直流電動機的調速可分為恒轉矩調速和恒功率調速。2.5.3調速方式與負載類型的配合容許輸出：指電動機在某一107

電動機的容許輸出功率與轉速成正比，而容許輸出轉矩為恒值----恒轉矩調速。

電樞串電阻調速和降壓調速時，磁通保持不變，若在不同轉速下保持電流不變，即電機得到充分利用，容許輸出轉矩和功率分別為：

減弱磁通調速時，磁通是變化的，在不同轉速下若保持電流不變，即電機得到充分利用，容許輸出轉矩和功率別為：

電動機的容許輸出轉矩與轉速成反比，而容許輸出功率為恒值----恒功率調速。9550C9550nnC9550TnPnCnCRIUCΦICTT222EaNNT

NTem====-==?電動機的容許輸出功率與轉速成正比，而容許輸出轉矩為恒108

為了使電動機得到充分利用，拖動恒轉矩負載時，應采用恒轉矩調速方式。拖動恒功率負載時，應采用恒功率調速方式。對風機類負載，三種方式都不是十分適合，但采用串電阻或降壓調速比弱磁調速合適一些。思考題他勵電動機的降壓調速屬于恒轉矩調速方式，因此只能拖動恒轉矩負載，這種說法是否正確？為什么？為了使電動機得到充分利用，拖動恒轉矩負載時，應1092.6串勵直流電動機的電力拖動2.6.1

串勵電動機的機械特性當磁路不飽和時

當磁路飽和時，磁通基本不變，機械特性與他勵直流電動機的機械特性相似。TemnABC磁路不飽和時的機械特性曲線AB段磁路飽和時的機械特性曲線BC段一、固有特性2.6串勵直流電動機的電力拖動2.6.1串勵電動機的機械110固有特性是指當時的特性，具有以下特點（1）它是一條非線性的軟特性，負載時轉速降落很大；（3）由于，起動和過載時電樞電流大，故串勵電動機的起動轉矩大，過載能力強。（2）空載時，為無窮大。實際上，空載時存在剩磁，為有限值，但值也很大——“飛車”現象。因此串勵電動機不允許空載或輕載運行。固有特性是指當時的特性，具有以下111二、人為特性1、電樞串電阻的人為特性

串入電阻后，轉速降增大，所以電樞串電阻的人為特性在固有特性的下方，且特性變得更軟。2、降低電壓的人為特性

降低電壓時，理想空載轉速下降，人為特性下移。電壓下降后，電樞反電動勢隨之減少，轉速必然減少，所以降低電壓的人為特性位于固有特性下方。3、改變磁通的人為特性

改變磁通的方法是在勵磁繞組上并聯(lián)一個分流電阻。與固有特性相比，在電樞電流相等情況下，勵磁電流減少，磁通減少，所以人為特性位于固有特性上方。二、人為特性1、電樞串電阻的人為特性串入電阻后，1122.6.2

串勵電動機的起動、調速與制動一、起動與調速

串勵電動機的調速也采用電樞串電阻、降壓和弱磁三種方法，其中串電阻常用，弱磁用得較少。

為了限制起動電流，串勵電動機的起動方法與他勵電動機一樣，也采用電樞串電阻和降低電源電壓起動。

串勵電動機若不考慮剩磁，理想空載轉速為無窮大，因此不能有回饋制動。串勵電動機的制動只有能耗和反接制動。二、制動

能耗制動分他勵磁式和自勵式，反接制動分電壓反接和倒拉反轉反轉反接制動。2.6.2串勵電動機的起動、調速與制動一、起動與調速1133.1變壓器的基本工作原理和結構3.2單相變壓器的空載運行3.3單相變壓器的負載運行3.4變壓器的參數測定3.5標么值3.6變壓器的運行特性3.7三相變壓器3.8變壓器的并聯(lián)特性

變壓器是一種靜止電器,它通過線圈間的電磁感應,將一種電壓等級的交流電能轉換成同頻率的另一種電壓等級的交流電能.3.1變壓器的基本工作原理和結構3.2單相變壓器的空載運114基本要求：1.掌握變壓器的基本工作原理、基本結構與額定值；2.通過對變壓器空載時磁通、電動勢的分析，掌握變壓器的電動勢、電壓和磁通的關系；3.通過對變壓器空載電流和空載損耗的分析，掌握勵磁阻抗的物理意義；4.通過對變壓器負載運行的分析，熟練掌握變壓器的方程式、相量圖和等效電路；5.通過實驗，掌握變壓器的參數測定方法；6.掌握標么值的概念與計算方法；7.熟練掌握變壓器的運行性能及其計算方法；8.熟練掌握變壓器聯(lián)結組別的判定方法；9.掌握變壓器并聯(lián)運行的理想條件；10.了解自耦變壓器、儀用互感器、電焊變壓器和整流變壓器的工作原理和特點?；疽螅?153.1變壓器的基本工作原理和結構3.1.1基本工作原理和分類一、基本工作原理

變壓器的主要部件是鐵心和套在鐵心上的兩個繞組。兩繞組只有磁耦合沒電聯(lián)系。在一次繞組中加上交變電壓，產生交鏈一、二次繞組的交變磁通，在兩繞組中分別感應電動勢。

只要(1)磁通有變化量;(2)一、二次繞組的匝數不同，就能達到改變壓的目的。3.1變壓器的基本工作原理和結構3.1.1基本工作原理和116二、分類按用途分：電力變壓器和特種變壓器。

按繞組數目分：單繞組（自耦）變壓器、雙繞組變壓器、三繞組變壓器和多繞組變壓器。

按相數分：單相變壓器、三相變壓器和多相變壓器。

按鐵心結構分：心式變壓器和殼式變壓器。

按調壓方式分：無勵磁調壓變壓器和有載調壓變壓器。

按冷卻介質和冷卻方式分：干式變壓器、油浸式變壓器和充氣式變壓器。

二、分類按用途分：電力變壓器和特種變壓器。按繞1173.1.2

基本結構一、鐵心

變壓器的主磁路，為了提高導磁性能和減少鐵損，用厚為0.35-0.5mm、表面涂有絕緣漆的硅鋼片疊成。

變壓器的電路，一般用絕緣銅線或鋁線繞制而成。

油浸式變壓器的器身浸在變壓器油的油箱中。油是冷卻介質，又是絕緣介質。油箱側壁有冷卻用的管子（散熱器或冷卻器）。

將線圈的高、低壓引線引到箱外，是引線對地的絕緣，擔負著固定的作用。二、繞組四、油箱三、絕緣套管此外，還有儲油柜、吸濕器、安全氣道、凈油器和氣體繼電器。3.1.2基本結構一、鐵心變壓器的主磁路，為118連接發(fā)電機與電網的升壓變壓器連接發(fā)電機的封閉母線與電網相連的高壓出線端返回連接發(fā)電機與電網的升壓變壓器連接發(fā)電機的封閉母線與電網相119三相干式變壓器接觸調壓器三相干式變壓器接觸調壓器120電源變壓器環(huán)形變壓器控制變壓器電源變壓器環(huán)形變壓器控制變壓器1213.1.3

型號與額定值一、型號

型號表示一臺變壓器的結構、額定容量、電壓等級、冷卻方式等內容，表示方法為如OSFPSZ-250000/220表明自耦三相強迫油循環(huán)風冷三繞組銅線有載調壓，額定容量250000kVA，高壓額定電壓220kV電力變壓器3.1.3型號與額定值一、型號型號表示一臺變122二、額定值此外，額定值還有額定頻率、效率、溫升等。指銘牌規(guī)定的額定使用條件下所能輸出的視在功率。額定容量指長期運行時所能承受的工作電壓額定電壓

是指一次側所加的額定電壓，是指一次側加額定電壓時二次側的開路電壓。在三相變壓器中額定電壓為線電壓。三者關系：單相：三相：指在額定容量下，允許長期通過的額定電流。在三相變壓器中指的是線電流額定電流二、額定值此外，額定值還有額定頻率、效率、溫升等。指銘牌規(guī)定1233.2單相變壓器的空載運行3.2.1

電磁關系一、物理情況3.2單相變壓器的空載運行3.2.1電磁關系一、物理情況124二、各電磁量參考方向的規(guī)定1）性質上：與成非線性關系；與成線性關系；2）數量上：占99%以上，僅占1%以下；3）作用上：起傳遞能量的作用，起漏抗壓降作用。主磁通與漏磁通的區(qū)別一次側遵循電動機慣例，二次側遵循發(fā)電機慣例。強調：磁通與產生它的電流之間符合右手螺旋定則；電動勢與感應它的磁通之間符合右手螺旋定則。二、各電磁量參考方向的規(guī)定1）性質上：與成非線性關125三、感應電動勢分析

1.主磁通感應的電動勢——主電動勢設則有效值相量同理，二次主電動勢也有同樣的結論。

可見，當主磁通按正弦規(guī)律變化時，所產生的一次主電動勢也按正弦規(guī)律變化，時間相位上滯后主磁通。主電動勢的大小與電源頻率、繞組匝數及主磁通的最大值成正比。三、感應電動勢分析1.主磁通感應的電動勢——主電動勢設則1262.漏磁通感應的電動勢——漏電動勢漏電動勢也可以用漏抗壓降來表示，即根據主電動勢的分析方法，同樣有由于漏磁通主要經過非鐵磁路徑,磁路不飽和,故磁阻很大且為常數,所以漏電抗很小且為常數,它不隨電源電壓負載情況而變.2.漏磁通感應的電動勢——漏電動勢漏電動勢也可以用漏抗壓降來1273.2.2空載電流和空載損耗一、空載電流1.作用與組成2、性質和大小性質：由于空載電流的無功分量遠大于有功分量，所以空載電流主要是感性無功性質——也稱勵磁電流；大?。号c電源電壓和頻率、線圈匝數、磁路材質及幾何尺寸有關，用空載電流百分數I0%來表示：空載電流包含兩個分量，一個是勵磁分量，作用是建立磁場，另一個是鐵損耗分量，主要作用是供鐵損耗。3.2.2空載電流和空載損耗一、空載電流1.作用與組成21283、空載電流波形由于磁路飽和，空載電流與由它產生的主磁通呈非線性關系。

當磁通按正弦規(guī)律變化時，空載電流呈尖頂波形。

當空載電流按正弦規(guī)律變化時，主磁通呈尖頂波形。實際空載電流為非正弦波，但為了分析、計算和測量的方便，在相量圖和計算式中常用正弦的電流代替實際的空載電流。3、空載電流波形由于磁路飽和，空載電流與由它產生的主磁通呈非129二、空載損耗對于已制成變壓器，鐵損與磁通密度幅值的平方成正比，與電流頻率的1.3次方成正比，即空載損耗約占額定容量的0.2%~1%，而且隨變壓器容量的增大而下降。為減少空載損耗，改進設計結構的方向是采用優(yōu)質鐵磁材料：優(yōu)質硅鋼片、激光化硅鋼片或應用非晶態(tài)合金。二、空載損耗對于已制成變壓器，鐵損與磁通密度幅值的平1303.2.3空載時的電動勢方程、等效電路和相量圖一、電動勢平衡方程和變比1、電動勢平衡平衡方程（1）一次側電動勢平衡方程忽略很小的漏阻抗壓降，并寫成有效值形式，有則可見，影響主磁通大小的因素有電源電壓和頻率，以及一次線圈的匝數。重要公式3.2.3空載時的電動勢方程、等效電路和相量圖一、電動勢平131（2）二次側電動勢平衡方程2、變比定義對三相變壓器，變比為一、二次側的相電動勢之比，近似為額定相電壓之比，具體為Y，d接線D，y接線（2）二次側電動勢平衡方程2、變比定義對三相變132二、空載時的等效電路和相量圖1、等效電路一次側的電動勢平衡方程為空載時等效電路為二、空載時的等效電路和相量圖1、等效電路一次側的電動勢平衡方133勵磁電阻、勵磁電抗、勵磁阻抗。由于磁路具有飽和特性，所以不是常數，隨磁路飽和程度增大而減小。由于，所以有時忽略漏阻抗，空載等效電路只是一個元件的電路。在一定的情況下，大小取決于的大小。從運行角度講，希望越小越好，所以變壓器常采用高導磁材料，增大，減小，提高運行效率和功率因數。勵磁電阻、勵磁電抗、勵磁阻抗。由于磁路具有飽和特性，所以1342、相量圖根據前面所學的方程，可作出變壓器空載時的相量圖：（1）以為參考相量（2）與同相，滯后，（3）滯后，；（4）（5）2、相量圖根據前面所學的方程，可作出變壓器空載時的相量圖：（135空載運行小結（1）一次側主電動勢與漏阻抗壓降總是與外施電壓平衡,若忽略漏阻抗壓降，則一次主電勢的大小由外施電壓決定.（2）主磁通大小由電源電壓、電源頻率和一次線圈匝數決定，與磁路所用的材質及幾何尺寸基本無關。（3）空載電流大小與主磁通、線圈匝數及磁路的磁阻有關，鐵心所用材料的導磁性能越好，空載電流越小。（4）電抗是交變磁通所感應的電動勢與產生該磁通的電流的比值，線性磁路中，電抗為常數，非線性電路中，電抗的大小隨磁路的飽和而減小?？蛰d運行小結（1）一次側主電動勢與漏阻抗壓降總是與外施電壓平1363.3單相變壓器的負載運行3.3.1

負載運行時的電磁關系變壓器一次側接在額定頻率、額定電壓的交流電源上，二次接上負載的運行狀態(tài)，稱為負載運行。3.3單相變壓器的負載運行3.3.1負載運行時的電磁關系137用圖示負載運行時的電磁過程用圖示負載運行時的電磁過程1383.3.2

基本方程一、磁動勢平衡方程或電磁關系將一、二次聯(lián)系起來,二次電流增加或減少必然引起一次電流的增加或減少.用電流形式表示。,I;,I::L作用它起平衡二次磁動勢的另一個是負載分量產生主磁通它用來一個是勵磁電流兩個分量變壓器的負載電流包括表明10&&3.3.2基本方程一、磁動勢平衡方程或電磁關系將一139二、電動勢平衡方程根據基爾霍夫電壓定律可寫出一、二次側電動勢平衡方程負載運行時,忽略空載電流有:表明，一、二次電流比近似與匝數成反比?？梢?，匝數不同，不僅能改變電壓，同時也能改變電流。二、電動勢平衡方程根據基爾霍夫電壓定律可寫出一、二次側電