電機拖動基礎(現(xiàn)用)

電機與拖動基礎10/24/20231電機與拖動基礎電機與拖動課程前言一、本課程性質及其特點：1、本課程屬于技術基礎課2、基本概念多3、電磁力關系復雜（電流、電壓、磁場、力矩關系）4、該課程以大學物理和電路理論為基礎10/24/20232電機與拖動基礎二、參考書：1、王毓東編《電機學》上、下，浙江大學出版社2、顧繩谷編《電機及拖動基礎》，機械工業(yè)出版社3、唐介編《電機與拖動》，高等教育出版社4、許建國編《電機與拖動基礎》，高等教育出版社10/24/20233電機與拖動基礎三、本課程學習內(nèi)容：變壓器、直流機、異步機、同步機掌握內(nèi)容：1）工作原理2）電磁力分析3）特性及應用10/24/20234電機與拖動基礎四、電機的作用與功能：電機是實現(xiàn)機械能與電能相互轉換的電磁機器電動機：電能機械能發(fā)電機：機械能電能變壓器：U1交流電能變成U2交流電能10/24/20235電機與拖動基礎五、電機的分類：1、按電能形式分直流電機（發(fā)電機、電動機）交流電機（異步機、同步機）（發(fā)電機、電動機）10/24/20236電機與拖動基礎2、按能量轉換形式分發(fā)電機（直流電機、交流電機）（異步機、同步機）電動機（直流電機、交流電機）（異步機、同步機）10/24/20237電機與拖動基礎六、電機的作用：

1、進行能量轉化、傳輸和分配電能一簡單供電系統(tǒng)圖10/24/20238電機與拖動基礎2、驅動生產(chǎn)機械磁懸浮列車大型車床10/24/20239電機與拖動基礎3、控制各種自動設備盲人引路車爬行機器人10/24/202310電機與拖動基礎七、電機的發(fā)展狀況大型和超小型方向發(fā)展同步發(fā)電機定子各種微電機10/24/202311電機與拖動基礎電力拖動系統(tǒng)動力學

1.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程式電力拖動系統(tǒng)一般是由電動機、生產(chǎn)機械的傳動機構、工作機構、控制設備和電源組成。電力拖動系統(tǒng)組成

機械特性表明電動機內(nèi)部轉速和轉矩之間的關系，生產(chǎn)機械的負載轉矩特性表明負載的性能，要研究整個電力拖動系統(tǒng)，必須研究電動機和負載之間的運動規(guī)律——電力拖動系統(tǒng)的運動方程式。10/24/202312電機與拖動基礎1.單軸電力拖動系統(tǒng)電動機轉軸與生產(chǎn)機械的工作機構直接相連，工作機構是電動機的負載。單軸電力拖動系統(tǒng)

T為電動機的電磁轉矩(N

m)，TL

為電動機的負載轉矩(N

m)，J為電動機軸上的總轉動慣量(kg

m2)，

為電動機的角速度(rad/s),D為系統(tǒng)轉動部分的回轉直徑(m),

m

為系統(tǒng)轉動部分的質量(kg),

10/24/202313電機與拖動基礎是具有加速度量綱的系數(shù)，單位為m／min·s。

動轉矩系統(tǒng)處于加速；恒速或靜止，穩(wěn)定運轉狀態(tài)；系統(tǒng)減速

為系統(tǒng)轉動部分的回轉半徑(m),g=9.81m/s2為重力加速度,G為系統(tǒng)轉動部分的重力(N),GD2為轉動部分的飛輪矩(N·m2),10/24/202314電機與拖動基礎實際的電力拖動系統(tǒng)，大多數(shù)是電動機通過傳動機構與工作機構相連的多軸電力拖動系統(tǒng)。研究多軸電力拖動系統(tǒng)時，需要對每根軸分別寫出運動方程式并聯(lián)立求解，最后得出電力拖動系統(tǒng)的運動規(guī)律，顯然比較麻煩。10/24/202315電機與拖動基礎等效是指拖動系統(tǒng)在折算前和折算后的功率及儲存動能保持不變，即等效單軸系統(tǒng)應與實際的多軸系統(tǒng)具有相等的機械功率和動能。實用工程計算：采用筒化多軸電力拖動系統(tǒng)的分析計算，將負載轉矩與系統(tǒng)飛輪矩折算到電動機軸上，變多軸系統(tǒng)為等效的單軸系統(tǒng)。多軸電力拖動系統(tǒng)的簡化10/24/202316電機與拖動基礎1.2多軸電力拖動系統(tǒng)的簡化計算1.2.1工作機構為轉動情況時，轉矩與飛輪矩的折算1.轉矩的折算多軸電力拖動系統(tǒng)中:工作機構折算前的機械功率=工作機構折算后的機械功率

f為工作機構轉軸的角速度；Tf為工作機構的實際負載轉矩；

為電動機軸的角速度；TF為工作機構負載轉矩折算到電動機軸上的折算值；

為傳動機構總的速比，寫成一般形式為等于各級速比乘積；10/24/202317電機與拖動基礎考慮傳動機構的傳動效率：式中

為傳動機構總效率，等于各級傳動效率乘積，；傳動機構轉矩損耗：由于負載是由電動機拖動的，電磁轉矩為拖動性轉矩，

T是由電動機負擔。10/24/202318電機與拖動基礎2．飛輪矩的折算飛輪矩用于表征運動物體機械慣性的大小；工作機構轉軸的飛輪矩為，動能為:

折合到電動機軸上的飛輪矩為，折算后其動能為:折算的原則是折算前后該軸的動能不變，即化簡后得到負載軸上飛輪矩的折算公式:旋轉物體的動能為:10/24/202319電機與拖動基礎傳動機構中還有轉速為nb的軸，其軸上各部分的總飛輪矩實際值為,動能是:折合到電動機軸上以后的飛輪矩為，其動能為:根據(jù)折算前后該軸動能不變的原則有:飛輪矩折算時，其折算值為實際值除以速比的平方，(注意不同轉速的軸其速比也不一樣。)10/24/202320電機與拖動基礎寫成一般形式為:一般地說，傳動機構各軸以及工作機構轉軸的轉速要比電動機軸的轉速低，飛輪矩的折算與轉速比平方成反比；盡管可能有多根軸，但它們的飛輪矩折算到電動機軸上后數(shù)值不大，是系統(tǒng)總飛輪矩的次要部分(20-30%)；電動機轉子本身的飛輪矩是系統(tǒng)總飛輪矩中的主要部分(70-80%)。從上面分析的結果可以得到整個電力拖動系統(tǒng)折算到電動機軸上的總飛輪矩為:10/24/202321電機與拖動基礎一般地說，傳動機構各軸以及工作機構轉軸的轉速要比電動機軸的轉速低，飛輪矩的折算與轉速比平方成反比；盡管可能有多根軸，但它們的飛輪矩折算到電動機軸上后數(shù)值不大，是系統(tǒng)總飛輪矩的次要部分(20-30%)；電動機轉子本身的飛輪矩是系統(tǒng)總飛輪矩中的主要部分(70-80%)。

10/24/202322電機與拖動基礎例題1－1(Pg4)已知飛輪矩GDa2=14.5N·m’，GDb2=18.8N·m’，GDf2=120N·m’，傳動效率

1=0.91,

2=0.93,轉矩Tf=85N·m，轉速n=2450r／min，nb=810r／min，nf=150r／min，忽略電動機空載轉矩，求：(1)折算到電動機軸上的系統(tǒng)總飛輪矩GD2；(2)折算到電動機軸上的負載轉矩TF。10/24/202323電機與拖動基礎解:(1)系統(tǒng)總飛輪矩:

(2)負載轉矩:10/24/202324電機與拖動基礎1.2.2工作機構為平移運動時，轉矩與飛輪矩的折算有些生產(chǎn)機械，如橋式起重機的起重小車、龍門刨床等，它們的工作機構作平移運動。刨床電力拖動系統(tǒng)：電動機經(jīng)多級齒輪變速后，用齒輪、齒條把旋轉運動變成工作臺的平移運動。切削時工件與工作臺一起以速度V移刨床電力拖動示意圖

動，刨刀固定不動。作用在工件上的切削力為F，電動機的轉速為n，傳動機構效率為

。10/24/202325電機與拖動基礎把這種多軸系統(tǒng)等效成單軸系統(tǒng)，須將切削力及平移運動部件的質量折算到電動機軸上的等效轉矩TF及等效飛輪矩GDF2。1.轉矩的折算

工作機構為平移運動時，切削功率為:根據(jù)功率平衡關系則有:

電動機軸上的等效轉矩:傳動機構的轉矩損耗:10/24/202326電機與拖動基礎2.飛輪矩的折算折算的原則：折算前后儲存的動能相等。

平移運動部件的動能:折算到電動機軸上的轉動慣量中儲存的動能:根據(jù)折算前后動能不變的原則有:

10/24/202327電機與拖動基礎例題:已知切削力F=10000N，工作臺與工件運動速度v=0.7m/s，(Pg12)傳動機構總效率

=0.81，電動機轉速n=1450r／min，電動機的飛輪矩GDD2=100Nm2，求：(l)切削時折算到電動機軸上的負載轉矩；(2)估算系統(tǒng)的總飛輪矩；(3)不切削時，工作臺及工件反向加速，電動機以dn/dt=500r/min

s,恒加速度運行，計算此時系統(tǒng)的動轉矩絕對值。10/24/202328電機與拖動基礎解：(1）切削時折算到電動機軸上的負載轉矩計算切削功率為:折算后的負載轉矩:(2)估算系統(tǒng)總的飛輪矩:(3)不切削時，工作臺與工件反向加速，系統(tǒng)動轉矩絕對值:

10/24/202329電機與拖動基礎1.2.3工作機構做提升和下放重物運動時，轉矩與飛輪矩的折算工作機構運動為升降的電力拖動系統(tǒng)

電動機通過傳動機構（減速箱,速比為j）拖動一個卷筒，半徑為R，轉速為nf；纏在卷筒上的鋼絲繩懸掛一重物，重力為G=mg，；重物提升時傳動機構效率為

，卷筒重物提升或下放的速度都為v。

橋式起重機的提升機構、電梯、礦井卷揚機等，它們的工作機構都是作升降運動。升降運動屬于直線運動并與重力有關。

10/24/202330電機與拖動基礎1.負載轉矩折算(1）提升重物時負載轉矩的折算:傳動機構損耗的轉矩:由摩擦產(chǎn)生，總是起阻礙運動的作用。提升重物時由電動機負擔，下放重物時，卷筒上的負載轉矩成為拖動轉矩，由負載承擔。(2)下放重物時負載轉矩的折算2.飛輪矩的計算與平移運動相同。10/24/202331電機與拖動基礎例題(Pg8):已知減速箱的速比j=34，提升重物時效率

=0.83，卷筒直徑d=0.22m，空鉤重量G0=470N，所吊重物重G=8820N，電動機的飛輪矩GDD2=10N·m2，當提升速度為v=0.4m/s，求：(1)電動機的轉速(2)忽略空載轉矩時電動機所帶的負載轉矩；(3)以v=0.4m/s下放該重物時，電動機的負載轉矩。

解:(l)電動機轉速的計算卷筒的轉速:電動機的轉速:10/24/202332電機與拖動基礎(3)以v=0.4m/s下放該重物時電動機負載轉矩的計算傳動機構損耗轉矩:電動機的負載轉矩為:(2)提升時電動機負載轉矩的計算提升重物時負載實際轉矩為:電動機的負載轉矩為:10/24/202333電機與拖動基礎例題(Pg9):某起重機的電力拖動系統(tǒng)：電動機Pn=20kw，nN=950r/min，傳動機構的速比j1=3，j2=3.5，j3=4，各級齒輪傳遞效率都是=0.95，各轉軸上的飛輪矩:GDa2=123N·m2，GDb2=49N·m’，GDc2=40N·m’，Dd2=465N·m，卷筒直徑d=0.6m，吊鉤重G0=1962N，被吊重物G=49050N。忽略電動機空載轉矩，忽略鋼絲繩重量，忽略滑輪傳遞的損耗，求：10/24/202334電機與拖動基礎解：(1)以速度v=0.3m/s提升重物時負載（吊鉤及重物）轉矩:

卷筒轉速:

電動機輸出轉矩:

電動機轉速:

(1)以速度v=0.3m/s

提升重物時，負載（重物及吊鉤）轉矩、卷筒轉速、電動機輸出轉矩及電動機轉速；(2)負載及系統(tǒng)的飛輪矩（折算到電動機軸上）；(3)以加速度a=0.1m/s2提升重物時，電動機輸出的轉矩。

10/24/202335電機與拖動基礎(2)負載及系統(tǒng)的飛輪矩的計算吊鉤及重物飛輪矩:系統(tǒng)總的飛輪矩:10/24/202336電機與拖動基礎(3)以加速度a=0.1m/s2提升重物時電動機輸出轉矩的計算電動機轉速與重物提升速度的關系:

電動機加速度與重物提升速度的關系:電動機輸出轉矩:10/24/202337電機與拖動基礎1.3負載的轉矩特性與電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件電動機的電磁轉矩與轉速之間的關系稱為機械特性。電動機的電磁轉矩為驅動轉矩，其正方向與電機的旋轉方向一致；生產(chǎn)機械工作機構的負載轉矩的正方向與電機的旋轉方向相反。生產(chǎn)機械工作機構的負載轉矩與轉速之間的關系，稱之為負載的轉矩特性。

10/24/202338電機與拖動基礎1.3.1負載的轉矩特性1.恒轉矩負載的轉矩特性(1)反抗性恒轉矩負載特點：工作機構的負載轉矩與轉速的方向始終相反，轉矩特性位于I,III象限內(nèi),轉矩的絕對值大小恒定不變，是阻礙運動的制動性轉矩。皮帶運輸機、軋鋼機等由摩擦力產(chǎn)生負載轉矩的工作機構屬于這類型?？紤]傳動機構損耗轉矩后，折算到電動機軸上負載轉矩特性，即關系曲線。10/24/202339電機與拖動基礎實際特性折算后特性反抗性恒轉矩負載的轉矩特性

I象限:III象限:

阻礙運動的制動性轉矩

10/24/202340電機與拖動基礎(2)位能性恒轉矩負載特點:工作機構的負載轉矩絕對值大小是恒定的，而且方向不變，轉矩特性位于I,IV象限內(nèi)；起重機提升下放重物就屬于這個類型。我們分析的電力拖動系統(tǒng)都簡化為單軸系統(tǒng)，只要知道電動機軸上的轉矩與轉速關系曲線。10/24/202341電機與拖動基礎實際特性折算后特性位能性恒轉矩負載的轉矩特性

提升重物時：阻礙運動的制動性轉矩,下放重物時：幫助運動的拖動性轉矩

10/24/202342電機與拖動基礎2.泵類負載的轉矩特性水泵、油泵、通風機和螺旋槳等，其轉矩的大小與轉速的平方成正比，即泵類負載的轉矩特性

10/24/202343電機與拖動基礎3.恒功率負載的轉矩特性

工作機構負載轉矩與轉速之積為常數(shù)，即

電力牽引系統(tǒng)：汽車爬坡，低速大轉矩；高速公路運行，高速小轉矩。車床加工另件：粗加工時，較大進刀量和較低轉速；精加工時，較小進刀量和較高轉速。

恒功率負載的轉矩特性

10/24/202344電機與拖動基礎以上所述恒轉矩負載、泵類負載及恒功率負載都是從各種實際負載中概括出來的典型的負載型式，實際的負載可能是以某種典型為主或某幾種典型的結合。例如通風機，主要是泵類負載特性，但是軸承摩擦又是反抗性的恒轉矩負載特性，只是運行時后者數(shù)值較小而已。又如起重機在提升和下放重物時，一般主要是位能性恒轉矩負載。

我們分析電力拖動系統(tǒng)時；負載轉矩特性作為已知量對待。10/24/202345電機與拖動基礎1.3.2電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件電力拖動系統(tǒng)是由電動機與負載兩部分組成的，把電動機的機械特性與負載的轉矩特性結合起來，就可以研究電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運行問題。電力拖動系統(tǒng)的平衡狀態(tài)

左圖：1.電動機的機械特性2.負載的轉矩特性電力拖動系統(tǒng)的平衡工作點(穩(wěn)定運行的必要條件)圖中兩條曲線的交點A滿足此條件，稱為平衡工作點。

10/24/202346電機與拖動基礎實際運行的電力拖動系統(tǒng)，經(jīng)常會出現(xiàn)一些干擾：電源電壓波動;負載轉矩波動;當負載電流較大時，電樞反應使得他勵直流電動機的機械特性上翹。關鍵是：l

突然出現(xiàn)了干擾，系統(tǒng)是否能夠穩(wěn)定運行？l

干擾消失后，系統(tǒng)是否能夠回到原來工作點繼續(xù)穩(wěn)定運行？這就是我們要討論的電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的充分條件。

10/24/202347電機與拖動基礎舉例：他勵直流電動機拖動一泵類負載運行不變；

此刻，系統(tǒng)將改變原來的平衡狀態(tài)，引起過渡過程：電磁過渡過程機械過渡過程相比較而言：機械慣性遠遠大于電磁慣性，電磁過渡過程很快就結束；而轉速變化較慢，必須考慮機械過渡過程。電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運行

10/24/202348電機與拖動基礎電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運行

分析步驟：忽略電磁過渡過程，曲線1’

直接替代曲線1；但此刻，轉速不能突變,負載轉矩不能突變；電動機運行點從A變到B，電磁轉矩變小為；

,系統(tǒng)開始減速的機械過渡過程。

(2)在減速的機械過渡過程中：對電動機來講，,電動機運行點沿曲線1’下降；對泵類負載來講，10/24/202349電機與拖動基礎電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運行

直到曲線1’與曲線2交于A’點為止，

,電動機的運行點經(jīng)歷了的過程，系統(tǒng)減速過渡過程結束，到達新的平衡點。

可見，雖然出現(xiàn)了電壓干擾，但系統(tǒng)是能夠穩(wěn)定運行；那么，電壓干擾消失后，系統(tǒng)是否能夠回到原來工作點繼續(xù)穩(wěn)定運行？(3)

電壓干擾消失后，忽略電磁過渡過程，曲線1’直接恢復為曲線1；但此刻，轉速不能突變，負載轉矩不能突變；電動機運行點從A’變到C，電磁轉矩加大為；

10/24/202350電機與拖動基礎電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運行

,系統(tǒng)開始升速的機械過渡過程

(4)在升速的機械過渡過程中：

電動機,電動機運行點沿曲線1上升；同時，泵類負載；

直到曲線1與曲線2交于A點為止,電動機的運行點經(jīng)歷了的過程，系統(tǒng)回到原工作點上穩(wěn)定運行。10/24/202351電機與拖動基礎那么，是否所有的電動機機械特性與負載轉矩特性上的交點都能穩(wěn)定運行？

舉例：當負載電流較大時，電樞反應可以使得他勵直流電動機的機械特性上翹。左圖：1與1’為他勵直流電動機的機械特性2為恒轉矩負載的轉矩特性電力拖動系統(tǒng)的不穩(wěn)定運行

10/24/202352電機與拖動基礎分析步驟：(1)忽略電磁過渡過程，曲線1’直接替代曲線1；但此刻，轉速不能突變，負載轉矩不能突變；電動機運行點從A變到B,，電磁轉矩增大為；

系統(tǒng)開始升速的機械過渡過程。電力拖動系統(tǒng)的不穩(wěn)定運行

(2)在升速的機械過渡過程中：負載轉矩始終為，電動機運行點沿曲線1’，

轉速上升得越來越快。直到系統(tǒng)轉速過高，毀壞電動機為止。該系統(tǒng)不能在原來交點A的附近繼續(xù)穩(wěn)定運行，屬不穩(wěn)定運行10/24/202353電機與拖動基礎穩(wěn)定運行的充分必要條件是:

(1) ,(2)在處 在交點所對應的轉速之上區(qū)域，應保證，使得當系統(tǒng)高于交點處的速度時，系統(tǒng)作減速運行；

在交點所對應的轉速之下區(qū)域，應保證，使得當系統(tǒng)低于交點處的速度時，系統(tǒng)作升速運行。電力拖動系統(tǒng)必須在電動機的機械特性與負載轉矩特性的交點上；兩條曲線在交點處必須配合得好，才能保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行：10/24/202354電機與拖動基礎判別下列系統(tǒng)能否穩(wěn)定運行

10/24/202355電機與拖動基礎第一章磁路（緒論）本章學習：磁路的基本概念和基本定律鐵磁材料的磁性能10/24/202356電機與拖動基礎磁路本章要求：掌握磁路的基本概念及其電機磁路的特點掌握描述磁路的基本物理量掌握研究磁路的幾個基本定律熟練掌握電磁感應定律和電磁力定律掌握鐵磁材料的性質及其磁化曲線10/24/202357電機與拖動基礎第一節(jié)磁路的基本概念和基本定律一、磁路的基本概念磁路：磁通

經(jīng)過的路徑。基本物理量：1、磁感應強度B（磁密）單位：Wb/m2;或T2、磁通

單位：WB3、磁場強度H單位：A/m4、磁動勢F=NI單位：A5、磁壓降V=Hl單位：A

線圈中有電流I，線圈周圍就會產(chǎn)生磁場，磁場強弱取決于線圈匝數(shù)N和電流I的乘積IN，該乘積就叫磁動勢F。10/24/202358電機與拖動基礎變壓器磁路10/24/202359電機與拖動基礎5、磁導率

表示物質導磁能力強弱的物理量

=B/H單位：亨/米空氣磁導率

0=4

×10-7H/m鐵磁材料磁導率

>>

010/24/202360電機與拖動基礎6、磁阻Rm磁阻Rm=L/(

S)L:磁路長度；

：磁導率；S：磁路截面積單位：1/亨10/24/202361電機與拖動基礎二.磁路的基本定律1、安培環(huán)路定律（全電流定律）磁場強度H沿任意閉合回路l的線積分，等于該閉合回路所包圍的全電流，即10/24/202362電機與拖動基礎2、磁路歐姆定律磁路中的磁通與磁勢成正比，與磁阻成反比，即磁通

=F/Rm10/24/202363電機與拖動基礎3、磁路的基爾霍夫第一定律

任何磁路中，流進節(jié)點的磁通代數(shù)和為零4、磁路的基爾霍夫第二定律在閉合磁回路中，磁路各段磁壓降代數(shù)和等于作用于該磁路上的磁動勢之和。10/24/202364電機與拖動基礎三.基本電磁定律1、電磁感應定律1）運動電勢：導體在磁場中運動時，導體中會感應出電勢e。大?。弘妱輊=Blv。B:磁密；l：導體長度；v：導體與磁場的相對速度。正方向：用右手定則判斷電勢e正方向表示電位升高的方向，與U相反。如果同一元件上e和U正方向相同時，e=-U。10/24/202365電機與拖動基礎2）變壓器電勢：線圈中的磁通變化時，線圈中會感應電勢e：電勢e正方向：e的正方向與

正方向符合右手螺旋關系10/24/202366電機與拖動基礎2、電磁力定律一個通電流的導體，在磁場中要受到力的作用，這個力叫電磁力。電磁力f=Bli電磁力方向：左手定則判斷10/24/202367電機與拖動基礎第二節(jié)鐵磁材料的磁性能一、高導磁性數(shù)據(jù)終端設備1、含義：在一個空間（外）磁場中，放入鐵磁材料，該磁場會被大大加強。2、高導磁性原因10/24/202368電機與拖動基礎二、鐵磁材料的磁化過程和磁化曲線鐵磁材料的磁化過程可分為四階段：可逆磁化階段、不可逆磁化階段、可逆與不可逆磁化階段、趨近飽和階段磁場強度H與鐵磁材料中B的關系曲線B=f(H)10/24/202369電機與拖動基礎10/24/202370電機與拖動基礎三、鐵磁材料的磁滯和剩磁現(xiàn)象鐵磁材料中磁場B的變化落后于外磁場H的變化稱為磁滯現(xiàn)象，從而在鐵磁材料中產(chǎn)生了剩磁。飽和磁滯回線與換向磁化曲線上的各有關磁學量10/24/202371電機與拖動基礎10/24/202372電機與拖動基礎10/24/202373電機與拖動基礎四、鐵磁材料的磁損耗當鐵磁材料處于變化磁場中，會產(chǎn)生渦流損耗和磁滯損耗。1、渦流損耗pFe=CFeD2f2B2CFe：系數(shù)D：厚度f:頻率B：磁密2、磁滯損耗小磁鐵來回翻轉，摩擦耗能。ph=khfB210/24/202374電機與拖動基礎海南風光第15講直流電動機10/24/202375電機與拖動基礎第9章直流電動機9.1概述9.2工作原理9.3電樞電動勢及電壓平衡關系9.4電磁轉矩9.5機械特性9.6直流電動機的調速9.7直流電動機的使用和額定值10/24/202376電機與拖動基礎9.1概述與異步電動機相比，直流電動機的結構復雜，使用和維護不如異步機方便，而且要使用直流電源。直流電機的優(yōu)點：（1）調速性能好:調速范圍廣，易于平滑調節(jié)。（2）起動、制動轉矩大，易于快速起動、停車。（3）易于控制。應用：（1）軋鋼機、電氣機車、無軌電車、中大型龍門刨床等調速范圍大的大型設備。（2）用蓄電池做電源的地方，如汽車、拖拉機等。（3）家庭：電動縫紉機、電動自行車、電動玩具10/24/202377電機與拖動基礎9.2工作原理一、工作原理U+–NS電刷換向片直流電源電刷換向器線圈II10/24/202378電機與拖動基礎注意：換向片和電源固定聯(lián)接，線圈無論怎樣轉動，總是上半邊的電流向里，下半邊的電流向外。電刷壓在換向片上。由左手定則，通電線圈在磁場的作用下，使線圈逆時針旋轉。FFU+–NS電刷換向片II10/24/202379電機與拖動基礎FFU+–NS電刷換向片IIEE由右手定則，線圈在磁場中旋轉，將在線圈中產(chǎn)生感應電動勢，感應電動勢的方向與電流的方向相反。10/24/202380電機與拖動基礎直流發(fā)電機用右手定則判感應電動勢Ea的方向U+–NSEEIa電樞繞組電阻Ra感應電動勢輸出電壓10/24/202381電機與拖動基礎二、直流電機的構成直流電機由定子、轉子和機座等部分構成。機座磁極勵磁繞組轉子勵磁式直流電動機結構10/24/202382電機與拖動基礎1.轉子（又稱電樞）由鐵芯、繞組（線圈）、換向器組成。2.定子定子的分類：永磁式：由永久磁鐵做成。勵磁式：磁極上繞線圈，然后在線圈中通過直流電，形成電磁鐵。勵磁的定義：磁極上的線圈通以直流電產(chǎn)生磁通，稱為勵磁。10/24/202383電機與拖動基礎根據(jù)勵磁線圈和轉子繞組的聯(lián)接關系，勵磁式的直流電機又可細分為：他勵電動機：勵磁線圈與轉子電樞的電源分開。并勵電動機：勵磁線圈與轉子電樞并聯(lián)到同一電源上。串勵電動機：勵磁線圈與轉子電樞串聯(lián)接到同一電源上。復勵電動機：勵磁線圈與轉子電樞的聯(lián)接有串有并，接在同一電源上。M他勵UfIfIaUM并勵UIfM串勵UM復勵U10/24/202384電機與拖動基礎9.3電樞電動勢及電壓平衡關系電樞通入電流后，產(chǎn)生電磁轉矩，使電機在磁場中轉動起來。通電線圈在磁場中轉動，又會在線圈中產(chǎn)生感應電動勢（用E表示）。一、電樞中的感應電動勢FFU+–NS電刷換向片IIEE10/24/202385電機與拖動基礎根據(jù)右手定則知，E和原通入的電流方向相反，其大小為：KE：與電機結構有關的常數(shù)n：電動機轉速

：磁通單位：

（韋伯），n（轉/每分），E（伏）FFU+–NS電刷換向片IIEE10/24/202386電機與拖動基礎二、電樞繞組中電壓的平衡關系因為E與通入的電流方向相反，所以叫反電勢。U：外加電壓Ra:繞組電阻MRaIaE+–+–U以上兩公式反映的概念：(1)電樞反電動勢的大小和磁通、轉速成正比，若想改變E，只能改變

或n。(2)若忽略繞組中的電阻Ra，則，可見，當外加電壓一定時，電機轉速和磁通成反比，通過改變

可調速。10/24/202387電機與拖動基礎9.4電磁轉矩KT：與線圈的結構有關的常數(shù)（與線圈大小，磁極的對數(shù)等有關）

：線圈所處位置的磁通Ia：電樞繞組中的電流一、電磁轉矩單位：

（韋伯），Ia（安培），T（牛頓米）由轉矩公式可知：(1)產(chǎn)生轉矩的條件：必須有勵磁磁通和電樞電流。(2)改變電機旋轉的方向：改變電樞電流的方向或者改變磁通的方向。10/24/202388電機與拖動基礎二、轉矩平衡關系電磁轉矩T為驅動轉矩，在電機運行時，必須和外加負載和空載損耗的阻轉矩相平衡，即TL：負載轉矩T0

：空載轉矩轉矩平衡過程：當負載轉矩（TL）發(fā)生變化時，通過電機轉速、電動勢、電樞電流的變化，電磁轉矩自動調整，以實現(xiàn)新的平衡。10/24/202389電機與拖動基礎例：設外加電樞電壓U一定，T=TL+T0(平衡)，這時，若TL突然增加，則調整過程為：與原平衡點相比，新的平衡點：Ia

、P入

TL

n

E

Ia

T

最后達到新的平衡點。10/24/202390電機與拖動基礎機械特性指的是電機的電磁轉矩和轉速間的關系，下邊以他勵和串勵電機為例說明。他勵電動機和并勵電動機的特性一樣。9.5機械特性一、他勵電動機的機械特性即：其中，M他勵UfIfIaU10/24/202391電機與拖動基礎n0：

理想空載轉速,即T=0時的轉速。（實際工作時,由于有空載損耗，電機的T不會為0。）當T

時n

，但由于他勵電動機的電樞電阻Ra很小，所以在負載變化時，轉速n的變化不大，屬硬機械特性。根據(jù)n-T公式畫出特性曲線n0nNTNTnn其中，10/24/202392電機與拖動基礎串勵的特點：勵磁線圈的電流和電樞線圈的電流相同。二、串勵電動機的機械特性設磁通和電流成正比，即=K

Ia,則據(jù)此公式做出T-n曲線nTM串勵UIa10/24/202393電機與拖動基礎(1)T=0時，在理想情況下，n

。但實際上負載轉矩不會為0，不會工作在T=0的狀態(tài)，但空載時T很小，n很高。串勵不允許空載運行，以防轉速過高。串勵特性：(2)隨轉矩的增大，n下降得很快，這種特性屬軟機械特性。nT10/24/202394電機與拖動基礎(2)恒功率負載（P一定時，T和n成反比），要選軟特性電機拖動。如：電氣機車等。直流電動機特性類型的選擇:(1)恒轉矩的生產(chǎn)機械(TL一定，和轉速無關）要選硬特性的電動機，如：金屬加工、起重機械等。10/24/202395電機與拖動基礎9.6直流電動機的調速與異步電動機相比，直流電動機結構復雜，價格高，維護不方便，但它的最大優(yōu)點是調速性能好。下面以他勵電動機為例說明直流電動機的調速方法。（1）調速均勻平滑，可以無級調速。（2）調速范圍大，調速比可達200（他勵式）以上（調速比等于最大轉速和最小轉速之比）。直流電動機調速的主要優(yōu)點是：10/24/202396電機與拖動基礎由該式可知，n和

有關，在U一定的情況下，改變

可改變n。在勵磁回路中串上電阻Rf，改變Rf大小調節(jié)勵磁電流，從而改變

的大小。一、改變磁通（調磁）1.原理其中，M他勵UfIfIaU其中：=K

If10/24/202397電機與拖動基礎

Rf

If

n

，但在額定情況下，

已接近飽和，If再加大，對

影響不大，所以這種增加磁通的辦法一般不用。

Rf

If

n

，減弱磁通是常用的調速方法。If的調節(jié)有兩種情況：概念：改變磁通調速的方法—減小磁通，n只能上調。其中，10/24/202398電機與拖動基礎2.特性的變化所以：磁通減小以后特性上移，而且斜率增加。，因為：（

減?。㏕LRf增加Tn

其中，10/24/202399電機與拖動基礎調速過程:

U一定,則Rf

E

Ia

T

n

Ia

E

暫時T

>TL其中，最后達到新的平衡T

=TL10/24/2023100電機與拖動基礎（1）調速平滑，可做到無級調速，但只能向上調，受機械本身強度所限，n不能太高。（2）調的是勵磁電流（該電流比電樞電流小得多），調節(jié)控制方便。3.減小

調速的特點：10/24/2023101電機與拖動基礎二、改變電樞電壓調速由轉速特性方程知：調電樞電壓U，n0變化，斜率不變，所以調速特性是一組平行曲線。1.特性曲線nn0"n0'n0電壓降低T其中，10/24/2023102電機與拖動基礎2.改變電樞電壓調速的特點（1）工作時電樞電壓一定，電壓調節(jié)時，不允許超過UN，，而n

U，所以調速只能向下調。（2）可得到平滑、無級調速。（3）調速幅度較大。MUfIfIaU變壓整流220V~整流調壓220V~Uf=110V固定U=0~110V可調改變電樞電壓調速方案舉例：10/24/2023103電機與拖動基礎例：已知他勵電動機的PN=2.2KW,UN=220V,IaN=12.4ARa=0.5,nN=1500r/min。求：（1）TL=0.5TN時,

n=?（2）

=0.8

N時,

n=?解：（1）TL=0.5TN時10/24/2023104電機與拖動基礎（2）

=0.8

N時10/24/2023105電機與拖動基礎這種調速方法耗能較大，只用于小型直流機。串勵電機也可用類似的方法調速。三、改變轉子電阻調速在電樞中串入電阻，使n、

n0不變，即電機的特性曲線變陡（斜率變大），在相同力矩下，n

nn0RaRa+

RT其中，10/24/2023106電機與拖動基礎9.7直流電動機的使用和額定值限制Iast的措施：（1）啟動時在電樞回路串電阻。（2）啟動時降低電樞電壓。一、使用1.啟動啟動時,n=0

Ea=0，若加入額定電壓，則Iast太大會使換向器產(chǎn)生嚴重的火花，燒壞換向器。一般Iast限制在(2-2.5)IaN內(nèi)。10/24/2023107電機與拖動基礎(1)若電動機原本靜止，由于勵磁轉矩T=KT

Ia，而

0，電機將不能啟動，因此，反電動勢為零，電樞電流會很大，電樞繞組有被燒毀的危險。直流機在啟動和工作時，勵磁電路一定要接通，不能讓它斷開，而且啟動時要滿勵磁。否則，磁路中只有很少的剩磁，可能產(chǎn)生以下事故：注意：10/24/2023108電機與拖動基礎（2）如果電動機在有載運行時磁路突然斷開，

則E，Ia，T和

，可能不滿足TL的要求，電動機必將減速或停轉，使

Ia更大，也很危險。（3）如果電機空載運行，可能造成飛車。

E

Ia

T>>

T0

n飛車10/24/2023109電機與拖動基礎措施：他勵直流電動機一定要有失磁保護。一般在勵磁繞組加失壓繼電器或欠流繼電器。當失壓或欠流時，自動切斷電樞電源U。M他勵UfIfIaU10/24/2023110電機與拖動基礎2.反轉電動機的轉動方向由電磁力矩的方向確定。（1）改變勵磁電流的方向。（2）或改變電樞電流的方向。改變直流電機轉向的方法：10/24/2023111電機與拖動基礎（1）反接制動3.制動制動的所采用的方法：

反接制動、能耗制動、發(fā)電回饋制動MUUfIf+–R運行制動電阻R的作用是限制電源反接制動時電樞的電流過大。10/24/2023112電機與拖動基礎（2）能耗制動—電樞斷電后立即接入一個電阻。MUUfIf+–R運行制動K停車時，電樞從電源斷開,接到電阻上，這時：由于慣性電樞仍保持原方向運動，感應電動勢方向也不變，電動機變成發(fā)電機，電樞電流的方向與感應電動勢相同，從而電磁轉矩與轉向相反，起制動作用。10/24/2023113電機與拖動基礎特殊情況下，例如汽車下坡時、吊車重物下降時，在重力的作用下n

n0（n0理想空載轉速），這時電動機變成發(fā)電機，電磁轉矩成為阻轉矩，從而限制電機轉速過分升高。(3)發(fā)電回饋制動10/24/2023114電機與拖動基礎直流電機有四個出線端，電樞繞組、勵磁繞組各兩個，可通過標出的字符和繞組電阻的大小區(qū)別。4.連接（1）繞組的阻值范圍電樞繞組的阻值在零點幾歐姆到1~2歐姆。他勵/并勵電機的勵磁繞組的阻值有幾百歐姆。串勵電機的勵磁繞組的阻值與電樞繞組的相當。自學10/24/2023115電機與拖動基礎（2）繞組的符號S1T1B1C1H1BC1Q1S2T2B2C2H2BC2Q2電樞繞組他勵繞組并勵繞組串勵繞組換向極繞組補償繞組啟動繞組始端繞組名稱末端10/24/2023116電機與拖動基礎二、額定值1.額定功率PN:電機軸上輸出的機械功率。2.額定電壓UN：額定工作情況下的電樞上加的直流電壓。（例：110V，220V，440V）3.額定電流IN：額定電壓下，軸上輸出額定功率時的電流（并勵應包括勵磁電流和電樞電流）三者關系：PN=UNIN

（

：效率）10/24/2023117電機與拖動基礎注意：調速時對于沒有調速要求的電機，最大轉速不能超過1.2nN。4.額定轉速nN

：在PN，UN，IN時的轉速。直流電機的轉速等級一般在500r/min以上。特殊的直流電機轉速可以做到很低（如：每分鐘幾轉）或很高（每分鐘3000轉以上）。10/24/2023118電機與拖動基礎直流電機的電樞電動勢和電磁轉矩Armatureelectromotiveforceandelectromagnetictorque10/24/2023119電機與拖動基礎電樞電動勢

armatureelectromotiveforce產(chǎn)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.大小: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).10/24/2023120電機與拖動基礎產(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).電磁轉矩

electromagnetictorque10/24/2023121電機與拖動基礎他勵直流電動機的機械特性定義：在電動機的電樞電壓、勵磁電流、電樞回路電阻為恒值條件下，電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：一、機械特性的表達式10/24/2023122電機與拖動基礎他勵直流電動機的機械特性機械特性的曲線：TemTNT0通常稱大的機械特性為軟特性，小的機械特性為硬特性。10/24/2023123電機與拖動基礎他勵直流電動機的機械特性二、固有機械特性和人為機械特性1、固有機械特性當時的機械特性稱為固有機械特性：2、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10/24/2023124電機與拖動基礎他勵直流電動機的機械特性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：特點：（1）n0不變，β變大；（2）RS越大，特性越軟。Tem10/24/2023125電機與拖動基礎他勵直流電動機的機械特性2）降低電樞電壓時的人為特性

保持不變，只改變電樞電壓的人為特性：特點：（1）n0隨U變化；（2）U不同，曲線是一組平行線。Tem10/24/2023126電機與拖動基礎他勵直流電動機的機械特性3）減弱勵磁磁通時的人為特性

保持不變，只改變勵磁回路調節(jié)電阻的人為特性：特點：（1）弱磁，n0增大；（2）弱磁，β增大TK1TK2TemTK10/24/2023127電機與拖動基礎他勵直流電動機的機械特性三、機械特性的求取求兩點：1）理想空載點：

2）額定運行點：1、固有機械特性（已知：）10/24/2023128電機與拖動基礎他勵直流電動機的機械特性步驟：1）估算2）計算3）計算理想空載點：4）計算額定工作點：10/24/2023129電機與拖動基礎他勵直流電動機的機械特性2、人為機械特性的求取在固有機械特性方程的基礎上，根據(jù)人為特性所對應的參數(shù)或或變化，重新計算和，然后得（）、（）。10/24/2023130電機與拖動基礎TemIT1I1T2I2TLILnn0abcdn1n2n3efghnN他勵直流電動機三級電阻起動的機械特性10/24/2023131電機與拖動基礎分級起動電阻的計算

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10/24/2023132電機與拖動基礎比較以上各式得：

在已知起動電流比β和電樞電阻Ra前提下，各級起動總電阻為:10/24/2023133電機與拖動基礎各級串聯(lián)電阻的計算公式為：10/24/2023134電機與拖動基礎計算各級起動電阻的步驟：（1）估算或查出電樞電阻Ra;（2）根據(jù)過載倍數(shù)選取最大轉矩T1對應的最大電流I1；（3）選取起動級數(shù)m；（4）計算起動電流比：m取整數(shù)（5）計算轉矩:，校驗：如果不滿足，應另選T1或m值并重新計算，直到滿足該條件為止。（6）計算各級起動電阻。10/24/2023135電機與拖動基礎他勵直流電動機的調速Speed-regulationofseparatelyexcitedmotor10/24/2023136電機與拖動基礎他勵直流電動機的調速電力拖動系統(tǒng)的調速:1)機械調速;2)電氣調速他勵電動機的轉速公式：電氣調速方法：1）調壓調速；2）電樞回路串電阻調速；3）調磁調速。10/24/2023137電機與拖動基礎他勵直流電動機的調速調速指標：1、調速范圍D：2、靜差率（相對穩(wěn)定性）δ%：指負載變化時，轉速變化的程度，轉速變化小，穩(wěn)定性好。δ%越小，相對穩(wěn)定性越好；δ%與機械特性硬度和n0有關。10/24/2023138電機與拖動基礎他勵直流電動機的調速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。10/24/2023139電機與拖動基礎他勵直流電動機的調速3、調速的平滑性：

在一定的調速范圍內(nèi)，調速的級數(shù)越多，調速越平滑。相鄰兩級轉速之比，為平滑系數(shù)：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(shù)有限，稱為有級調速。4、調速的經(jīng)濟性：主要指調速的投資、運行效率及維修費用等。10/24/2023140電機與拖動基礎他勵直流電動機的調速1、電樞回路串電阻調速nTemTLRan0nNA0A’Bn1Ra+Rs1n2Ra+RS2CRS1>RS2tt=0n1nNIaNianian10/24/2023141電機與拖動基礎他勵直流電動機的調速優(yōu)點：電樞串電阻調速設備簡單，操作方便。缺點：

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(jīng)濟。對恒轉矩負載，調速前、后因增通不變而使Tem和Ia不變，輸入功率不變，輸出功率卻隨轉速的下降而下降，減少的部分被串聯(lián)電阻消耗了。

1）由于電阻只能分段調節(jié)，所以調速的平滑性差；10/24/2023142電機與拖動基礎他勵直流電動機的調速2、降低電壓調速TemTLAA’BC

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。10/24/2023143電機與拖動基礎他勵直流電動機的調速優(yōu)點：1）電源電壓能夠平滑調節(jié)，可實現(xiàn)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。10/24/2023144電機與拖動基礎他勵直流電動機的調速3、減弱磁通調速A’BTemTLACtt=0n10/24/2023145電機與拖動基礎他勵直流電動機的調速優(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(jīng)濟性是比較好。缺點：機械特性的斜率變大，特性變軟；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。10/24/2023146電機與拖動基礎他勵直流電動機的調速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。10/24/2023147電機與拖動基礎他勵直流電動機的調速

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。

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：10/24/2023148電機與拖動基礎他勵直流電動機的調速

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。弱磁調速時，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分別為：10/24/2023149電機與拖動基礎他勵直流電動機的調速上述容許輸出轉矩和功率與轉速的關系為：恒功率調速恒轉矩調速

以為界，分兩個區(qū)域：

為恒轉矩調速區(qū)；

為恒功率調速區(qū)10/24/2023150電機與拖動基礎他勵直流電動機的調速1、恒轉矩負載配恒轉矩調速和均為常數(shù),和均與轉速成正比，只要選擇電動機的與相等，在任何轉速下均有：電機既滿足了負載要求，又得到了充分利用。這是一種理想的配合，轉速是從額定轉速向下調，所以額定轉速為系統(tǒng)的最高轉速。10/24/2023151電機與拖動基礎他勵直流電動機的調速2、恒功率負載配恒功率調速和均為常數(shù)，和均與成反比，只要選擇與相等，在任何轉速下均有：電機既滿足了負載要求，又得到了充分利用。這是一種理想的配合，轉速是從額定轉速向上調，所以額定轉速為系統(tǒng)的最低轉速。10/24/2023152電機與拖動基礎他勵直流電動機的調速3、恒轉矩負載配恒功率調速負載轉矩電動機容許輸出轉矩只有在最高轉速時才有：電機得到了充分利用。在低于最高轉速時：電機未被充分利用。10/24/2023153電機與拖動基礎他勵直流電動機的調速可以證明：

在最低轉速時，電動機的實際輸出功率（負載功率）只是電動機額定功率的

（D為調速范圍）。顯然，這種配合將造成電動機容量的浪費。10/24/2023154電機與拖動基礎他勵直流電動機的調速4、恒功率負載配恒轉矩調速負載轉矩電動機容許輸出轉矩只有在最低轉速時才有：電機得到了充分利用。在高于最低轉速時：電機未被充分利用。10/24/2023155電機與拖動基礎他勵直流電動機的調速可以證明：

這種配合，電動機的實際輸出功率（恒定的負載功率）只是電動機額定功率的

（D為調速范圍）。顯然，這種配合將造成電動機容量的浪費。10/24/2023156電機與拖動基礎他勵直流電動機的調速5、風機型負載與兩種調速方式的配合由于負載轉矩隨轉速的升高而增大，為了使電動機在最高轉速時（所需的轉矩最大）能滿足負載的需要，應使只有在最高轉速時，電動機才被充分利用。恒轉矩調速方式所造成的電動機容量浪費比恒功率調速方式小一些。10/24/2023157電機與拖動基礎他勵直流電動機的調速根據(jù)以上五種情況分析可得：1）電樞串電阻調速和降壓調速方式屬于恒轉矩調速，適用于恒轉矩負載。2）弱磁調速屬于恒功率調速方式，適用于恒功率負載。3）對于泵與風機類負載，三種調速方式都不十分合適，但采用電樞串電阻和降壓調速比弱磁調速合適一些。

10/24/2023158電機與拖動基礎他勵直流電動機的制動一、能耗制動TemBRB制動IaB+U-電動IanTemM+Ea

–IfTLTemnn0RaA0CBRa+RB10/24/2023159電機與拖動基礎他勵直流電動機的制動二、反接制動1、電壓反接制動IfTemBRB制動IaB+U-電動IanTemM+Ea

–SnTemTLn0RaA0-TLEBRa+RBCD-n010/24/2023160電機與拖動基礎他勵直流電動機的制動二、反接制動2、倒拉反轉反接制動+U–Ia+Ea

-+U–Ia–Ea

+RBTemnTLνaTemnTLνbnTemTLn0A0TBTKCDB10/24/2023161電機與拖動基礎他勵直流電動機的制動三、回饋制動回饋制動狀態(tài)下穩(wěn)定運行有以下兩種情況：1、電壓反接制動帶位能性負載進入第四象限；2、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?；仞佒苿訝顟B(tài)下瞬態(tài)過程有以下兩種情況：1、降壓調速過程中；2、弱磁狀態(tài)下增磁調速過程中。10/24/2023162電機與拖動基礎他勵直流電動機的制動三、回饋制動TemTLnn01AnAU10U2n02nCBCU2<U1降壓調速時產(chǎn)生的回饋制動增磁調速時產(chǎn)生的回饋制動Φ1nn01nAATemTL0Φ2n02nCBCΦ1Φ2>Φ110/24/2023163電機與拖動基礎直流發(fā)電機與直流電動機的區(qū)別能量關系:機械能轉變成電能電能轉變成機械能電樞電勢:電源電勢反電勢電磁轉矩:制動驅動電勢平衡方程:10/24/2023164電機與拖動基礎直流發(fā)電機與直流電動機的區(qū)別轉矩平衡方程：功率平衡方程：特性：空載特性：外特性：調整特性：轉速特性：轉矩特性：效率特性：10/24/2023165電機與拖動基礎單相變壓器的空載運行EmptyRunningofSingleTransformer10/24/2023166電機與拖動基礎單相變壓器的空載運行一、電磁現(xiàn)象10/24/2023167電機與拖動基礎單相變壓器的空載運行各量的電磁關系：10/24/2023168電機與拖動基礎單相變壓器的空載運行主、漏磁通的區(qū)別：1）性質上：與成非線性關系，與成線性關系；2）數(shù)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。10/24/2023169電機與拖動基礎單相變壓器的空載運行二、空載電流：1）作用和組成一方面：用來勵磁，建立磁場-----無功分量二方面：供變壓器空載損耗-------有功分量2）性質和大小性質：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(shù)、磁路材質及幾何尺寸有關，用空載電流百分數(shù)I0%來表示。10/24/2023170電機與拖動基礎單相變壓器的空載運行3)空載電流波形磁路飽和時，正弦，尖頂，正弦，平頂。10/24/2023171電機與拖動基礎單相變壓器的空載運行三、感應電動勢10/24/2023172電機與拖動基礎單相變壓器的空載運行為一次側漏抗，反映漏磁通的作用。對一切電抗返回12頁10/24/2023173電機與拖動基礎單相變壓器的空載運行四、空載損耗經(jīng)驗公式：

空載損耗約占額定容量的（0.2~1）%，隨容量的增大而減小。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。包括：銅損耗鐵損耗。10/24/2023174電機與拖動基礎單相變壓器的空載運行五、電磁關系：1、電勢方程：忽略漏阻抗壓降后有效值：故：可知：影響主磁通大小的因素是電源電壓、電源頻率和一次側線圈的匝數(shù)，與鐵芯的材質和幾何尺寸無關。10/24/2023175電機與拖動基礎單相變壓器的空載運行2、變比定義：變比為一、二次線圈主電勢之比?；驅θ嘧儔浩鳎儽戎敢?、二次側相電勢之比Y，D接線D，Y接線10/24/2023176電機與拖動基礎單相變壓器的空載運行3、等效電路連接第8頁令：其中：-----勵磁阻抗-----勵磁電阻，對應鐵損耗的等效電阻；-----勵磁電抗，對應主磁通的電抗。一次側的電勢方程為：10/24/2023177電機與拖動基礎單相變壓器的空載運行等效電路為：由于主磁通路徑鐵心為非線性磁路，故勵磁阻抗、勵磁電阻和勵電抗均不為常數(shù)，大小隨磁路的飽和而減小。10/24/2023178電機與拖動基礎單相變壓器的空載運行4、相量圖空載時的基本方程為10/24/2023179電機與拖動基礎單相變壓器的空載運行小結:（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(shù)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(shù)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(chǎn)生該磁通的電流的比值，線性磁路中，電抗為常數(shù)，非線性電路中，電抗的大小隨磁路的飽和而減小。10/24/2023180電機與拖動基礎變壓器參數(shù)測定一、空載實驗目的：通過測量空載電流和一、二次電壓及空載功率來計算變壓器的變比、空載電流百分數(shù)、鐵損和勵磁阻抗。接線圖：axAXWAVV~10/24/2023181電機與拖動基礎變壓器參數(shù)測定一、空載實驗要求及分析：1）低壓側加電壓，高壓側開路；2）忽略和，則：10/24/2023182電機與拖動基礎變壓器參數(shù)測定一、空載實驗3）空載電流和空載功率必須是額定電壓時的值，并以此求取勵磁參數(shù)；4）若要得到高壓側參數(shù)，須折算；5）對三相變壓器，各公式中的電壓、電流和功率均為相值；6）由于空載時功率因數(shù)很低，為減小誤差，應采用低功率因數(shù)表測量空載功率。10/24/2023183電機與拖動基礎變壓器參數(shù)測定二、短路實驗目的：通過測量短路電流、短路電壓及短路功率來計算變壓器的短路電壓百分數(shù)、銅損和短路阻抗。接線圖：WAV~axAX10/24/2023184電機與拖動基礎變壓器參數(shù)測定二、短路實驗1）高壓側加電壓，低壓側短路；2）忽略和鐵損，則：對T型等效電路：要求及分析：10/24/2023185電機與拖動基礎變壓器參數(shù)測定二、短路實驗3）溫度折算；4）若要得到高壓側參數(shù)，須折算；5）對三相變壓器，各公式中的電壓、電流和功率均為相值；三、短路電壓（阻抗電壓）：短路實驗時使短路電流為額定電流時一次所加的電壓稱為短路電壓。記作：10/24/2023186電機與拖動基礎變壓器參數(shù)測定三、短路電壓短路電壓為額定電流在阻抗上的壓降，故也稱阻抗電壓。短路電壓通常以百分值表示，即：短路電壓（阻抗電壓）：無功分量（電抗電壓）：有功分量（電阻電壓）：10/24/2023187電機與拖動基礎變壓器參數(shù)測定三、短路電壓

短路電壓是變壓器的重要參數(shù)，它的大小直接反映了短路阻抗的大小，而短路阻抗直接影響變壓器的運行性能。

從正常運行角度，希望它小些，這樣可使副邊電壓隨負載波動小些；從限制短路電流角度，希望它大些。10/24/2023188電機與拖動基礎標么值per-unitvalue定義:基準值的選?。阂愿髯粤康念~