清華大學(xué)電機(jī)原理及拖動(dòng)(彭鴻才版).ppt

1、電機(jī)原理及拖動(dòng),茂名學(xué)院自動(dòng)化系 葉偉,國家規(guī)劃教材,東北大學(xué) 彭鴻才 主編,機(jī)工板,3、學(xué)習(xí)方法：要注意它既有基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)，又有結(jié)合工程實(shí)際綜合應(yīng)用的性質(zhì)。要逐漸地培養(yǎng)學(xué)員的工程觀點(diǎn)，掌握工程問題的處理方法。,本課程的性質(zhì)、任務(wù)及學(xué)習(xí)方法,1、性質(zhì)：在工業(yè)電氣自動(dòng)化專業(yè)中，電機(jī)原理及拖動(dòng)是一門十分重要的專業(yè)基礎(chǔ)課或稱技術(shù)基礎(chǔ)課。,2、任務(wù)：我們所從事的專業(yè)決定了我們是從使用的角度來研究電機(jī)的。因此，我們著重分析各種電機(jī)的工作原理和運(yùn)行特性，而對(duì)電機(jī)設(shè)計(jì)和制造工藝涉及得不多。但對(duì)電機(jī)的結(jié)構(gòu)還要有一定深度的了解。,目 錄,第一章 直流電機(jī)原理 第二章 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 第三章 直流電動(dòng)

2、機(jī)的電力拖動(dòng) 第四章 變壓器 第五章 三相異步電動(dòng)機(jī)原理 第六章 三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng) 第七章 同步電動(dòng)機(jī) 第八章 控制電機(jī) 第九章 電力拖動(dòng)系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)的選擇,第一章 直流電機(jī)原理 1.1 直流電機(jī)的用途、結(jié)構(gòu)及工作原理,一、直流電機(jī)的用途,1.直流電動(dòng)機(jī)的用途:在工業(yè)生產(chǎn)中,利用電動(dòng)機(jī)的軸上轉(zhuǎn)矩拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械,對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行加工.,2.直流發(fā)電機(jī)的用途:作為電源設(shè)備,二、直流電機(jī)的結(jié)構(gòu),1.靜止部分 (1)主磁極:由極身和極掌組成,固定在磁軛 (機(jī)座)上.在磁極上套入激磁繞 組(線圈).主磁極總是偶數(shù),且N 極和S極相間出現(xiàn).極掌對(duì)激磁 繞組起支撐作用,且使磁通在氣 隙中有較好的分布波形.,

3、(2)換向極:它位于相鄰兩主磁極之間,構(gòu)造與主磁極相似,其 作用是為了消除在運(yùn)行過程中換向器產(chǎn)生的火花.,(3)機(jī)座:一般把厚鋼板彎成圓筒形,然后再焊成機(jī)座,也可采 用鑄鋼件.其作用一方面是作為各磁極間的磁路,故 又稱為磁軛,另一方面機(jī)座作為電機(jī)的機(jī)械支架,主 磁極和換向極就固定在磁軛上.,(4)端蓋:附有軸承的端蓋安裝在機(jī)座上以支持電樞,它可以 保持電樞表面和極掌表面相隔一個(gè)氣隙,使電樞可 以自由旋轉(zhuǎn).,(5)電刷裝置:電刷是由石墨做成的導(dǎo)電塊,將它套入刷握內(nèi), 用彈簧以一定壓力將電刷壓在換向器的表面 上.在電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)可以保持電刷固定不動(dòng).電刷 的作用是使電樞繞組和外電路接通,同時(shí)通過 換向

4、器進(jìn)行電流的換向.,2.轉(zhuǎn)動(dòng)部分,(1)電樞鐵心:電樞鐵心由0.5毫米厚且沖有齒和槽的硅鋼 片迭成.鐵心鋼片沿軸向迭裝,以降低電樞鐵 心在磁場中旋轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的磁滯和渦流損 耗,從而提高電機(jī)的效率.電樞鐵心一方面作 為電機(jī)磁路的一部分,另一方面便于將電樞 繞組安裝在電樞鐵心的槽內(nèi),起著固定電樞 繞組的作用.,(2)電樞繞組:電樞繞組是電機(jī)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩以 實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的重要部件.繞組是由絕 緣的圓形或矩形銅線繞成,嵌放于電樞鐵心 的槽中.必須采用層間絕緣和繞組與鐵心槽避 之間的槽絕緣.,(3)換向器:其作用是使電樞繞組的繞組元件中的電流 進(jìn)行 方向的交換,起著電流換向作用.電樞繞組元

5、件 的引線就焊在換向片上.,3.氣隙 在極掌和電樞之間有一空氣隙.氣隙是電機(jī)的重要 組成部分,它的大小和形狀對(duì)電機(jī) 性能有很大的影響.,(1)轉(zhuǎn)軸和軸承:轉(zhuǎn)子必須有轉(zhuǎn)軸,以便電機(jī) 和生產(chǎn)機(jī)械 或原動(dòng)機(jī)進(jìn)行聯(lián)接傳遞轉(zhuǎn)矩和功率.中小型電機(jī) 一 般采用滾動(dòng)軸承,大容量電機(jī) ,采用支架式滑動(dòng)軸承.,4.其他部分,(2).通風(fēng)裝置:作用是冷卻電機(jī).,為了說明方便,作下列規(guī)定: (1)N導(dǎo)體和S導(dǎo)體:在N極下的導(dǎo)體稱為N導(dǎo)體;在S極下的 導(dǎo)體稱為S導(dǎo)體. (2)符號(hào) 和符號(hào) :導(dǎo)體中電勢(shì)(電流)的方向進(jìn)入紙面時(shí)用 表示;導(dǎo)體中電勢(shì)(電流)的方向由紙面出來時(shí)用 表示.,三、直流電機(jī)的基本工作原理,1.直流發(fā)

6、電機(jī)的基本工作原理,基本原理: 由于導(dǎo)體切割了磁力線,因而在導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).根據(jù)右手定則,N導(dǎo)體中電勢(shì)方向?yàn)?;而S導(dǎo)體中電勢(shì)方向?yàn)?;即二者方向相反. N導(dǎo)體和S導(dǎo)體在交換(a和b位置),但是,b 1和b2極性是恒定的,即b1恒為正,b2恒為負(fù),故在電刷兩端輸出脈動(dòng)的直流電壓.,綜上所述:線圈中的交變電勢(shì)已變成刷間直流電壓.通過換向器使電刷b1僅能接通S導(dǎo)體,而S導(dǎo)體的電勢(shì)方向恒為 故電刷b1的極性恒為正;同理電刷b2的極性恒為負(fù).,2.直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理,通過換向器的作用，使與電源負(fù)極相接的電刷僅能接通S導(dǎo)體，故S導(dǎo)體中的電流方向恒為流出紙面，而與電源正極相接電刷僅能接通N導(dǎo)

7、體，電流流入紙面。故電機(jī)恒逆轉(zhuǎn)。,a、b導(dǎo)體中電流方向如左所示，由左手定則可知S導(dǎo)體和N導(dǎo)體受力均為逆時(shí)針方向,因而使電樞逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn).,發(fā)電機(jī):由主磁極產(chǎn)生的氣隙磁通與電樞繞組切割而產(chǎn)生電勢(shì).,電動(dòng)機(jī):電樞電流與氣隙磁通相互作用而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩.,1.2 直流電機(jī)的空載磁場,wf 一個(gè)主磁極上激磁繞組的匝數(shù)； If 激磁繞組中的激磁電流； Rm 該段的磁組； 磁通量,主磁通所經(jīng)磁路:兩個(gè)氣隙、兩個(gè)電樞齒、一個(gè)電樞軛、 兩個(gè)主磁極鐵心和一個(gè) 主磁極軛等五段。 由磁路中的歐姆定律： wf If = Rm,說明:當(dāng)I較小時(shí)磁路的磁阻為氣隙 磁阻且為常數(shù),故If與是線性的 If較大時(shí)鐵心飽和,磁阻加

8、大增 加變慢If與為非線性關(guān)系. 電機(jī)的飽和程度對(duì)電機(jī)的性能有很 大的影響.,氣隙磁密的概念： 是指穿過氣隙進(jìn)入電樞表面或由電樞表面出來的磁通。 因而氣隙磁密實(shí)際上是指電樞表面的磁通密度。 氣隙磁密=主磁極作用產(chǎn)生部分+電樞磁勢(shì)作用部分 主磁極磁勢(shì)單獨(dú)作用（電樞電流為零時(shí)）： 氣隙在極掌下大致 是均勻的。但在極 尖以外時(shí)，主磁通所 經(jīng)氣隙加大，磁密減 小，并在兩主磁極中 間的幾何中線上下降 為零。,二、主磁極磁勢(shì)產(chǎn)生的氣隙磁密在空間的分布,一、概述 電機(jī)的電樞繞組是電機(jī)的主要組成部件。 電機(jī)必須通過電樞繞組與氣隙磁場相互作用才能實(shí)現(xiàn) 能量轉(zhuǎn)換。 繞組類型：（1）單迭繞組；（2）復(fù)迭繞組；（3）

9、單 波繞組；（4）復(fù)波繞組；（5）混合繞組。 其中，單迭和單波繞組是最基本的直流電樞繞組，是了解其他繞組的基礎(chǔ)。 二、單迭繞組 1 有關(guān)技術(shù)名詞 （1）極軸線：它是將主磁極平分為左右兩部分的直線。,1.3 直流電機(jī)的電樞繞組,（2）極距：它是相鄰兩主磁極極軸線之間的距離，在相鄰主磁極之間，與上述距離大小相等的距離，也叫極距。 （3）幾何中線：是在相鄰兩 極軸線之間并且與這兩極軸線等距離的直線，兩相鄰主磁極以幾何中線為軸作位置上的對(duì)稱分布。以nn表示。,2.單迭繞組元件 單迭繞組由迭繞組元件按一定規(guī)律排列聯(lián)接而成.繞組元件實(shí)際上是一個(gè)線圈,可以是多匝,也可以的單匝的. 繞組元件結(jié)構(gòu)原理: a1b

10、1及a2b2部分稱為元件邊, 用后端匝a(bǔ)1ma2及前端匝b1nb2 將元件邊聯(lián)結(jié)起來,使兩元件 邊中電勢(shì)在元件中迭加. 端線c1d1及c2d2 稱為引線,d1為 元件的首端,d2為末端.元件 的首端和末端分別焊接在 不同的換向上. a1b1稱為第一元件邊,右邊a2b2稱為第二元件邊.,3.單迭繞組展開圖,圖中四個(gè)方框代表四個(gè)主磁極,相同極性的兩個(gè)電刷均用導(dǎo)線并聯(lián)后引往出線端.四個(gè)電刷均安放在相應(yīng)的四個(gè)主磁極的極軸線處的換向片上,電刷寬度等于一個(gè)換向片寬.電樞鐵心槽數(shù)、元件數(shù)以及換向片數(shù)均相等且為16。 元件的第一元件邊嵌在槽的上層 上層邊；而元件的第二元件邊總是嵌在槽的下層 下層邊。 上層邊用

11、實(shí)線表示，下層邊用虛線表示。 以元件上層邊所在槽的號(hào)碼作為該元件的號(hào)碼。 元件聯(lián)接次序表： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1,號(hào)碼上打“.”的,表示被電刷短路的元件 .當(dāng)元件的兩元件邊的距離恰是一個(gè)極距時(shí),由于電刷放在極軸線處的換向片上,故被電刷短接的元件的兩個(gè)元件邊正處在兩相鄰 幾何中線上.,. . . . .,4.繞組電路分析: 元件2、3、4電勢(shì)方向相同組成一個(gè)支路，元件6、7、8電勢(shì)方向相同組成一個(gè)支路，但方向與2、3、4組成支路電勢(shì)相反。 元件10、11、12與2、3、4支路電勢(shì)方向相同故將電刷A1、A2接在一起；14、15、16與6、

12、7、8支路電勢(shì)方向相同故將B1、B2接在一起，引出正、負(fù)兩個(gè)電極。 并聯(lián)支路圖: 每個(gè)主磁 極下的元件 串聯(lián)成一條 支路,共有四 條并聯(lián)支路 a=b=p ,輸出電 流Ia=2aia ,a為并聯(lián) 支路數(shù)、ia為去路 電流；p為主磁極 對(duì)數(shù)；b為電刷對(duì)數(shù)。,電樞反應(yīng):電樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)主磁極所建立的氣隙磁場的影響。 電樞磁動(dòng)勢(shì)不僅與電樞電流大小有關(guān)，它還受 電刷位置的影響。 一、電樞磁動(dòng)勢(shì)與電樞磁場 二極直流電機(jī)電刷在幾何中性線上時(shí)的電樞磁場分布圖。 幾點(diǎn)說明： 1.因電刷接觸的換向片與幾何中 性線處的導(dǎo)體相連,故把電刷畫在幾 何中性線處的導(dǎo)體上. 2.繞組只畫一層,都在電樞表面上. 3.電流方向以電刷

13、為分界線. 4.電樞磁場以電刷為極軸線,電刷 處磁勢(shì)最強(qiáng),主磁極的極軸線處 電樞磁勢(shì)為零.電樞磁勢(shì)與主磁極 磁勢(shì)正交,稱交軸電樞磁勢(shì) .,1.4 直流電機(jī)的電樞反應(yīng),把電樞圓周從電刷處切開展成 直線并以主磁極軸線與電樞表面 的交點(diǎn)為空間坐標(biāo)的起點(diǎn),這點(diǎn)的 電樞磁動(dòng)勢(shì)為零. 電樞磁動(dòng)勢(shì)沿空間的分布: 電樞線負(fù)荷- 電樞圓周表面單位 長度上的安培導(dǎo)體數(shù). A= 應(yīng)用全電流定律,有Hl=2Ax 認(rèn)為總磁勢(shì)全部降在兩段氣隙上 2Fax=2Ax 即 Fax=Ax 磁密 Bax=0Hax=0Fax /,N ia, D,二、電刷位于幾何中性線上時(shí)的電樞反應(yīng) 此時(shí)電樞磁動(dòng)勢(shì)剛好與主磁極磁動(dòng)勢(shì)正交，故稱這 電樞

14、反應(yīng)為交軸電樞反應(yīng)。 電機(jī)合成磁場Bx= B0 x+Bax 正方向規(guī)定：磁力線進(jìn)入轉(zhuǎn)子 為負(fù),出來為正. 所以,主磁極磁通密度在N極 下為負(fù),在S極下為正. 可知:磁場波形發(fā)生了畸變. (1)發(fā)電機(jī):前極尖增磁,后極 尖去磁. (2)電動(dòng)機(jī):前極尖去磁,后極 尖增磁. 如不考慮磁路飽和,則增去磁量相等 總磁通量不變. (3)物理中線移到m-m,當(dāng)磁路飽和時(shí)因磁勢(shì)和磁通密度之間不再成線性關(guān)系在磁場相加的區(qū)域磁密下降.所以交軸電樞反應(yīng)總有一些去磁作用. 三、電機(jī)上偏離幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng) 電樞磁勢(shì)分為兩部分：交軸磁勢(shì)和順軸磁勢(shì)。_ Fa = Faq + Fad 當(dāng)發(fā)電機(jī)順旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)電刷或電動(dòng)機(jī)

15、逆移時(shí)順軸電勢(shì) Fad去磁，反之順軸電勢(shì)助磁。 右圖為發(fā)電機(jī)電刷 順移或電動(dòng)機(jī)電刷逆 移后的電樞反應(yīng)。,一、直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì) 電樞電勢(shì)是指電機(jī)正常工作時(shí)電樞繞組切割氣隙磁通產(chǎn)生的刷間電動(dòng)勢(shì) 。 刷間電動(dòng)勢(shì)等于其中一條支路的電動(dòng)勢(shì)。 推導(dǎo)過程: 設(shè)繞組為整距元件,電刷在幾何中線上. 如電樞繞組總導(dǎo)體數(shù)為N, 并聯(lián)電路數(shù)為2a 則繞組每條支路的導(dǎo)體數(shù)為N/(2a). 如每根導(dǎo)體的平均電動(dòng)勢(shì)eav,則支路電動(dòng)勢(shì)即刷間電動(dòng)勢(shì), N 一根導(dǎo)體的平均電動(dòng)勢(shì)為 eav =BavlV Bav-為一個(gè)極下的平均磁密, Bav =,Ea =,1.5 直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)與電磁轉(zhuǎn)矩,導(dǎo)體切割磁場的速度v用每分鐘

16、轉(zhuǎn)速表示有V=2pn/60 所以, Ea =(N/2a) 2pn/60 =(pN/60a) n =Ce n 這是一個(gè)十分重要的公式 ,式中Ce = pN/(60a)為電動(dòng)勢(shì)常數(shù),是一個(gè)決定于電機(jī)結(jié)構(gòu)的參數(shù). 電樞電動(dòng)勢(shì)與每極磁通成正比,與轉(zhuǎn)速正比. B-wb(韋伯) n- r/min (每分鐘.轉(zhuǎn)) Ea- V(伏特),二、直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 電磁轉(zhuǎn)矩：電樞導(dǎo)體在磁場中受力所形成的總轉(zhuǎn)矩。 先求每根導(dǎo)體平均受力 fav =Bavia - 導(dǎo)體有效長度 ia- 導(dǎo)體電流 每根導(dǎo)體平均轉(zhuǎn)矩為 Tav = Bavia D- 電樞直徑 電樞總轉(zhuǎn)矩為 T= N = =CTIa Ia為電樞電流 ia=Ia

17、/(2a) 單位為A(安培);CT=pN /(2a) 是與 電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù),稱為轉(zhuǎn)矩常數(shù).單位 N m ,CT =9.55Ce,D2,Ia,一、直流發(fā)電機(jī)的分類 1.他勵(lì)直流發(fā)電機(jī):勵(lì)磁電流由另外的 獨(dú)立直流電源供給. 2.自勵(lì)直流發(fā)電機(jī):它用自已發(fā)出的電 給自已的勵(lì)磁繞組勵(lì)磁. (1) 并勵(lì)發(fā)電機(jī)：它的勵(lì)磁繞組 跨接在電樞兩端,與電樞并聯(lián). (2) 串勵(lì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組與電樞 串聯(lián),勵(lì)磁電流 就是電樞電流. (3) 復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī):既有并勵(lì)繞組又 有串勵(lì)繞組. 勵(lì)磁消耗的功率一般只 占直流發(fā)電機(jī)額定功率的1%3%,1.6 直流發(fā)電機(jī),二、直流發(fā)電機(jī)的基本方程式 三大平衡方程式：電壓平衡、轉(zhuǎn)矩平

18、衡、功率平衡。 （一）電壓平衡方程式 U =Ea IaRa U- 電樞電壓 Ra- 電樞回路總電阻 (二) 轉(zhuǎn)矩平衡方程式 Ia方向和Ea一致. 當(dāng)發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí) T1 =T + T0 T1為原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩. T為發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩. T0 為空載轉(zhuǎn)矩.,(三) 功率平衡方程式 P1 =PM + p0 P1為原動(dòng)機(jī)從軸上送入直流發(fā)電機(jī)的機(jī)械功率. PM 為電磁功率. P0 空載損耗功率. P0 =pm + pFe +ps pm:機(jī)械摩擦損耗 pFe :鐵損耗 ps:附加損耗 電磁功率多數(shù)轉(zhuǎn)為電功率P2 因PM =T =CTIa = =,P2= PM pCu 即電樞輸出功率P2為電磁功率PM 減去

19、電 樞回路的電阻銅損耗pCu 由電壓平衡方程 U =Ea IaRa 得 UIa =EaIaI2aRa 即 綜合后得 P1 =P2 + pCu + pm + pFe +ps = P2 +p 直流發(fā)電機(jī)功率流程圖 注:沒有把勵(lì)磁功率計(jì)算 在P1之內(nèi).,P2= PM pCu,三、他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)特性 研究條件：保持轉(zhuǎn)速n不變且等于額定轉(zhuǎn)速nN. 三個(gè)物理量：電樞電壓U、電樞電流Ia、勵(lì)磁電流If (一）空載特性U=f(If) n=c .Ia=0 因 Ea=Cen, Ce和n為常數(shù)，所以 Ea與成正比。即 U=f(If)曲線與磁化曲線=f (If )形狀相同。 U,發(fā)電機(jī)的額定電壓工作點(diǎn)一般 選在開始飽

20、和的彎曲處C點(diǎn)， 當(dāng)If=0時(shí)，U0，這是剩磁所致 稱為剩磁電壓Us=2% 4% UN,(二）外特性 U = f ( Ia ) n =c =nN常數(shù) If =常數(shù) 調(diào)勵(lì)磁If和負(fù)載Ia 。使U =UN，電機(jī)工作在額定狀態(tài) 調(diào)Ia測U得外特性 U = f ( Ia ) 曲線 是一條略微向下傾斜的曲線 U=Ea IaRa U Ia IaRa U 國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：用發(fā)電機(jī)由額定 狀態(tài)過渡到空載時(shí)的電壓升高 對(duì)額定電壓的比率表示電壓變化率U % = U % = 5% 10% 常數(shù)。,四、并勵(lì)直流發(fā)電機(jī) （一）并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的自勵(lì)條件 （1）發(fā)電機(jī)必須有剩磁，如果無剩磁，必須用另外的直流電源充磁。 （2）

21、勵(lì)磁繞組并聯(lián)到電樞兩端，線端的接法應(yīng)與旋轉(zhuǎn)方向配合，以使勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁場方向與剩磁的磁場方向一致。 （3）勵(lì)磁回路的總電阻 必須小于臨界電阻。 在建立正常電樞電壓的過程 中，勵(lì)磁電流 If一直在上升 勵(lì)磁回路電壓平衡方程為：,Uo=,在A點(diǎn)之前Uo - Rf if0 if 當(dāng)達(dá)到A點(diǎn)時(shí)，U0=RfIf, Lf dif/dt=0, If不再變化，電壓穩(wěn)定在A點(diǎn)，發(fā)電機(jī)能建立起正常電壓。 （二）外特性 n=常數(shù) 、勵(lì)磁回路總電阻不變時(shí) U =f (I )關(guān)系曲線。 并勵(lì)比它勵(lì)電機(jī)外特性下降得快 原因有三：（1）電阻壓降 （2）電樞反應(yīng)去磁 （3）U If 磁路退飽 和，導(dǎo)致勵(lì)磁電流下 降電壓降低

22、，使負(fù)載電流不再增加 反而減小。,1.7 直流電動(dòng)機(jī) 一、直流電機(jī)的可逆原理 一臺(tái)直流電機(jī)，在滿足一定條件下它可以作發(fā)電機(jī)運(yùn)行，也可以作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。稱為可逆性原理。 過程分析：發(fā)電機(jī)狀態(tài)到電動(dòng)機(jī)狀態(tài)的過渡。 假設(shè)開始時(shí)發(fā)電機(jī)向直流電網(wǎng)供電，電網(wǎng)電壓U恒定不變。 各量方向如圖所示。 發(fā)電機(jī)中電流與電勢(shì)方向一致，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T為順時(shí) 針方向。與原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩T1方向相反。 U 穩(wěn)定運(yùn)行時(shí) T1 = T+T0 電動(dòng)勢(shì) Ea U 電流順電動(dòng)勢(shì)方向流向電網(wǎng)。 能量關(guān)系：T1 EaIa Uia 機(jī)械功率 電功率 輸出電功率,當(dāng)撤掉原動(dòng)機(jī)后 n Ea Ia T 穩(wěn)定運(yùn)行時(shí) T= T0 +Tm 反電勢(shì) E

23、a U U =Ea + IaRa 能量關(guān)系 IaU EaIa T2 電機(jī)從電網(wǎng) 電磁功率 輸出機(jī)械功率 吸收電功率,二、直流電動(dòng)機(jī)基本方程式 (一) 電壓平衡方程式 U = Ea + IaRa Ea- 反電動(dòng)勢(shì) Ia- 電樞回路電流 Ra-電樞回路電阻 (二) 轉(zhuǎn)矩平衡方程式 當(dāng)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí) T = T0 + T2 或 T= T0 + Tm 當(dāng)T2 = Tm 時(shí)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定 (三) 功率平衡方程式 P1 = Pm + pcu UIa =EaIa + I2aRa,電機(jī)從電網(wǎng)吸收的電功率 P1 =UIa 減去電樞繞組銅損 Pcu=I2aRa 余下的為電樞的電磁功率PM =EaIa. 而 PM =Ea

24、Ia = T=T0 +T2 =p0 + P2 所以 P1= Pcu + p0 + P2 功率流程圖:,三、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)特性 目的：為正確使用電動(dòng)機(jī)。 幾種靜特性： （1）轉(zhuǎn)速特性 ；（2）轉(zhuǎn)矩特性 ； （3）效率特性 ；（4）機(jī)械特性 從使用電動(dòng)機(jī)的角度，機(jī)械特性是電動(dòng)機(jī)最重要的一種特性 （一）轉(zhuǎn)速特性 U=UN If=IfN 電樞無外串電阻即R=Ra 因 Ea=UN-IaRa=Cen 所以,（二）轉(zhuǎn)矩特性T=CTIa 為一過原點(diǎn)直線 Ia=0時(shí) n=n0 為理想空載轉(zhuǎn)速;n=Ia=IaRa/Ce 為轉(zhuǎn)速降. 所以,機(jī)械特性為略微向下傾斜的一條直線. (三) 效率特性 當(dāng)U=UN、If=If

25、N、電樞無外串 電阻，即R=Ra時(shí) 效率特性=f(Ia)= = 令d/dIa =0可求得效率最高條件 當(dāng)電動(dòng)機(jī)中不變損耗等于可變損耗 時(shí)，效率最高。且通常出現(xiàn)在 Ia=75% 100% 區(qū)域內(nèi)。,（四）機(jī)械特性 U=常數(shù)、If =常數(shù)、R =Ra +Rc =常數(shù)時(shí),n=f (T)變化關(guān)系. 當(dāng)U=UN、If= IN、Ra=0時(shí)，稱n=f (T)為自然機(jī)械特性。 否則，稱為人造機(jī)械特性。 由直流電動(dòng)機(jī)電壓平衡方程可知： U=Ea+Ia( Ra + Rc) Ea =Cen T =CT ia 聯(lián)解得： 人造特性。 自然特性。,n=,機(jī)械特性上的兩個(gè)特殊點(diǎn): (1) 理想空載點(diǎn) T=0,n=n0 ;

26、(2) 額定工作點(diǎn) T =TN, n =nN . 電動(dòng)機(jī)工作在額定狀態(tài)時(shí),轉(zhuǎn)速降為 一般根據(jù)額定時(shí)的數(shù)據(jù) (UN、IN、nN 、Ra) ,求出 CeN 和CT N，進(jìn)而對(duì)工作點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。,四、串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)及復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流就是電樞電流，它隨負(fù)載 的變化而變化。復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)是并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)和串勵(lì)直 流電動(dòng)機(jī)的結(jié)合，它兼有兩者的特點(diǎn)。 （一）串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性n= f (Ia) 經(jīng)變換得 分磁化曲線的不飽和和飽和兩部分討論： （1）Ia較小、磁路不飽和磁通與電流成正比，,R0 為電樞回路總電阻,一條非線性曲線,將=K1Ia代入后得 為一條雙曲線 當(dāng)電動(dòng)機(jī)空載、電流很小

27、時(shí)，可能引起“飛車”事故，所 以串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)不允許空載運(yùn)行， 也不允許用皮帶傳動(dòng)。 （2）當(dāng)Ia較大、磁路飽和時(shí)： =K2 為一常數(shù)，這時(shí) 為一條稍有下降的直線，但轉(zhuǎn)速降 比他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)稍大 。如特性1,（二）串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性 T =f (Ia) 由轉(zhuǎn)矩公式 T =CTIa , 及磁化曲線 = f (Ia)- 非線性 （1）Ia較小、磁路不飽和時(shí) = K1 Ia 與Ia成正比， T = CT K1Ia2 -拋物線 （2）Ia很大、磁路飽和時(shí) =K2 為一常數(shù)與Ia無關(guān)， T =CTK2Ia - 為一直線 特性如曲線2所示。 串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)適用于起動(dòng)比較困難，且不空載的生產(chǎn)機(jī)械。如電

28、力機(jī)車。 （三）串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 n=f(T) 一般表達(dá)式,機(jī)械特性曲線如右圖1所示。 特點(diǎn)：（1）輕載時(shí)特性軟，重載時(shí)為一條略微下傾的直線。 （2）輕載時(shí)轉(zhuǎn)速很高，曲線與縱坐標(biāo)軸無交點(diǎn)。 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)不允許空載運(yùn)行。 （四）復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 復(fù)勵(lì)：既有并勵(lì)繞組又有串勵(lì)繞組。 復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)兼有并勵(lì)和串勵(lì)兩種電 動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。 串勵(lì)繞組使起動(dòng)轉(zhuǎn)矩增加，并勵(lì) 繞組使復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)可以輕載運(yùn)行 和空載運(yùn)行。不存在“飛車”的問題。 機(jī)械特性介于并勵(lì)和串勵(lì)之間。如 圖2所示。,第八節(jié) 直流電機(jī)換向簡介 換向：直流電機(jī)在運(yùn)行過程中，旋轉(zhuǎn)的電樞繞組中一些 元 件從一條支路經(jīng)過電刷進(jìn)入另一條支路，在這

29、一過程中，元件電流改變方向，這一過程稱為換向。 換向的過程正是元件被電刷短路的過程，元件短路 過程結(jié)束就是換向結(jié)束，這時(shí)元件完全進(jìn)入另一條支路。 一、換向過程,分三個(gè)階段:(1)開始,電刷與1號(hào)換向片完全接觸,元件1和元 件2屬右面支路,電流為+ia. (2)電刷同時(shí)與換向片1和2接觸,元件1被電刷短 路,元件1中的電流在從+ia向-ia變化. (3)電刷完全與換向片1脫離,完全與換向片2接 觸,元件1完全進(jìn)入左支路,電流為-ia.,二、直線換向、延遲換向與超越換向 （一）直線換向 直線換向是一種最基本的換向過程，換向元件中的電 流按直線規(guī)律變化。 條件：換向元件中無電勢(shì)，且只考慮電刷接觸電阻

30、。 特點(diǎn)：（1）在換向過程中，電刷下不會(huì)產(chǎn)生火花。因?yàn)?換向元件中的電流由+ia連續(xù) 變化至-ia，沒有換向電流必 須通過空氣而造成火花。 （2）在換向過程中， 電刷兩左右兩側(cè)電流密度是均勻 的。故電刷左右兩側(cè)發(fā)熱也是均 勻的。,(二)延遲換向 電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)換向元件中產(chǎn)生以下幾種電勢(shì)使e0 (1)自感電動(dòng)勢(shì)eL 換向元件中電流變化時(shí)產(chǎn)生的eL eL = - Ldi/dt (2)互感電動(dòng)勢(shì)eM 同時(shí)換向的幾個(gè)元件之間產(chǎn)生的互感電動(dòng)勢(shì) eM= - Mdi/dt 稱 er= eL+ eM 為電抗電勢(shì),其方向與+ia相同. (3)電樞反應(yīng)電勢(shì)ea 換向元件切割電樞磁場產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì),其方向與er一致

31、,也是反對(duì)換向電流變化的. 結(jié)果使電流不能隨時(shí)間成線性關(guān)系變化且變化較慢. 曲線2所示.稱之為延遲換向. 延遲換向使電刷的前刷邊電流密度小,后刷邊電流密 大,因此后刷邊出現(xiàn)較大的火花.,三、改善換向的方法 方法：在換向元件中產(chǎn)生與er和ea方向相反的電勢(shì)ek. 方法一：在主磁極的幾何中性處加一換向磁極。極性與 電樞磁場的極性相反，其繞組 一般與電樞繞組串聯(lián) 方法二：移刷改善換向。發(fā)電機(jī)順移，電動(dòng)機(jī)逆移。 移動(dòng)的角度（物理中線與幾何中線之夾角） 四、火花、環(huán)火及補(bǔ)償繞組 換向不良電刷下產(chǎn)生火花，嚴(yán)重時(shí)影響電機(jī)工作。 環(huán)火是處于最大磁密處的元件電壓出現(xiàn)最大值，在元件 連接的兩個(gè)換向片間產(chǎn)生電弧短路

32、而形成環(huán)火。 補(bǔ)償繞組與電樞繞組串聯(lián)以消除電樞反應(yīng)進(jìn)而消除環(huán)火。,第二章 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ),第一節(jié)典型生產(chǎn)機(jī)械化的運(yùn)動(dòng)形式及轉(zhuǎn)矩 一、電力拖動(dòng)系統(tǒng)的基本概念 電力拖動(dòng):以電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的拖動(dòng)方 式. 電力拖動(dòng)系統(tǒng):由電動(dòng)機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)機(jī)械的工 作機(jī)構(gòu)、電動(dòng)機(jī)的控制設(shè)備以及電源等五 部分組成的綜合機(jī)電裝置。,二、典型生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)形式和轉(zhuǎn)矩 （一）運(yùn)動(dòng)形式 1、單軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng) 特征：電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子與負(fù)載軸通過聯(lián)軸器連接在一起。 所有運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)部分均以同一轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。如通風(fēng)機(jī)。 2、多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng) 特征：各軸轉(zhuǎn)速不同，主軸轉(zhuǎn)速比電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低。電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)子通過皮帶輪和減速機(jī)與主

33、軸相連接。如車床。 3、多軸旋轉(zhuǎn)和平移運(yùn)動(dòng)系統(tǒng) 特征：負(fù)載既有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)又有平移運(yùn)動(dòng)。如起重機(jī)的起重 小車。 4、多軸旋轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)系統(tǒng) 特征：負(fù)載既有旋轉(zhuǎn)又有升降運(yùn)動(dòng)。如起重機(jī)的提升機(jī)構(gòu)。,（二）生產(chǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)矩性質(zhì) 兩種類型：1、摩擦力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩- 反抗性轉(zhuǎn)矩 特點(diǎn)- 轉(zhuǎn)矩方向總是與旋轉(zhuǎn)方向相反。 2、重力作用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩- 位能性轉(zhuǎn)矩 特點(diǎn)- 作用方向與生產(chǎn)機(jī)械的旋轉(zhuǎn)方向無關(guān) 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的分析主要研究作用在電動(dòng)機(jī) 軸上的轉(zhuǎn)矩與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化之間的關(guān)系n= f(T). 分析方法：先對(duì)單軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行分析，得出一般規(guī)律 對(duì)多軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，則通過折算等效成單軸運(yùn) 動(dòng)系統(tǒng)后再運(yùn)用單軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)

34、的規(guī)律。,第二節(jié) 電力拖動(dòng)系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)方程式 一、單軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式 作用在電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩: 電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T 電動(dòng)機(jī)的空載轉(zhuǎn)矩T0 生產(chǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)矩Tm T0+Tm =TL為電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩,為軸的角速度.J為對(duì)轉(zhuǎn)軸的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=JR+Jm. 根據(jù)力學(xué)剛體轉(zhuǎn)動(dòng)定律及各量參考方向得轉(zhuǎn)動(dòng)方程式,轉(zhuǎn)矩單位為N m;J為Kgm2 ;為rad/s 該式是研究電力拖動(dòng)系統(tǒng)各種運(yùn)轉(zhuǎn) 狀態(tài)的基礎(chǔ)。 在工程計(jì)算中，常用n代替；用飛輪力矩GD2代替J。 其關(guān)系為 m- 轉(zhuǎn)動(dòng)部分的質(zhì)量，kg; G- 轉(zhuǎn)動(dòng)部分的重力，N； - 轉(zhuǎn)動(dòng)部分的回轉(zhuǎn)半徑，m; D- 回轉(zhuǎn)直徑，m; g- 重力加速度，取g=9.81

35、m/s2 運(yùn)動(dòng)方程式變?yōu)閷?shí)用形式 GD2總飛輪慣量 T- TL=Td為動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩,Td=0,dn/dt=0,電動(dòng)機(jī)以恒定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)或靜止不動(dòng).稱靜止?fàn)?態(tài). Td0,dn/dt0- 系統(tǒng)處于加速狀態(tài) Td0,dn/dt0-系統(tǒng)處于減速狀態(tài) 稱動(dòng)態(tài)或過渡狀態(tài). 規(guī)定n及T的參考方向:對(duì)觀察者而言逆時(shí)針為正,反之為負(fù). TL的參考方向: -順-. 二、電力拖動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及飛輪力矩 飛輪慣量GD2 GDR2（電機(jī)轉(zhuǎn)子部分） GDm2 (生產(chǎn)機(jī)械部分） 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J J =m2 - 查表 實(shí)際計(jì)算時(shí)由 GD2 =4gJ=4gm2 =4G2 求出J或GD2,三、功率平衡方程式 運(yùn)動(dòng)方程式兩端同乗即得功率平

36、衡方程式 判斷電動(dòng)機(jī)是輸出機(jī)械功率還是從拖動(dòng)系統(tǒng)中吸收功率， 完全取決于電磁轉(zhuǎn)矩T和速度的方向。 T與同方向時(shí) T 0, 電動(dòng)機(jī)輸出功率; T與反方向時(shí) T 0, 生產(chǎn)機(jī)械從拖動(dòng)系統(tǒng)中吸收 能量;反之表示放出機(jī)械功率給系統(tǒng).,第三節(jié) 多軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩及飛輪力矩的折算 一、多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩及飛辦力矩的折算 （一）負(fù)載轉(zhuǎn)矩的折算 折算的原則：保持折算前后系統(tǒng)傳遞的功率不變。 設(shè) 折算前多軸系統(tǒng)中負(fù)載功率為Tmm, 折算后等效單軸系統(tǒng)的功率為Tmeq 則有 Tmm =Tmeq 故 Tmeq,j=/m=n/nm - 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的總速比。j為各級(jí)速比積。 j=j1j2 實(shí)際中考慮傳動(dòng)效率c時(shí)： c

37、為各級(jí)傳動(dòng)效率之積 （二）飛輪力矩的折算 折算原則：折算前后系統(tǒng)總動(dòng)能不變。 方程式 得單軸系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jeq,即,上式兩邊同乗以4g得折算到電動(dòng)機(jī)軸上的飛輪力矩GD2eq，即兩個(gè)中間軸: n個(gè)中間軸: 主體部分 占比重很小 故有估算公式 = 1.1-1.25,多軸系統(tǒng)折算到電動(dòng)機(jī)軸上時(shí)的等效單軸系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程 式可寫成 TL= T0 +Tmeq 二、平移運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的折算 橋式起重機(jī)的起重小車、龍門刨床等， 其工作機(jī)構(gòu)作平移運(yùn)動(dòng)。,（一）阻力Fm的折算 折算原則：折算前后功率不變。 切削時(shí)切削功率為 Pm =Fm vm Fm反映到電動(dòng)機(jī)軸上，表現(xiàn)為負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tmeq,電動(dòng)機(jī)軸上的 切削功率為T

38、meq。不考慮傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的損耗時(shí)，可得 Tmeq = Fm vm 考慮傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的損耗時(shí) Fm為平移部件的阻力， 單位為N,二、平移運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量的折算 折算原則：折算前后系統(tǒng)貯存動(dòng)能不變。 運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)能為 折算到電動(dòng)機(jī)軸上后，等效飛輪力矩為GD2meq,其動(dòng)能為 另上二式相等得,注意：求總飛輪力矩時(shí)還需計(jì)算傳動(dòng)機(jī)構(gòu)各旋轉(zhuǎn)軸飛輪 力矩的折算值。方法與多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)飛輪力矩折算方法同。 三、工作機(jī)構(gòu)為升降運(yùn)動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)矩與飛輪力矩的折算 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩和 等效飛輪力矩,第四節(jié) 負(fù)載的機(jī)械特性 負(fù)載的機(jī)械特性：生產(chǎn)機(jī)械工作機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn) 速之間的函數(shù)關(guān)系。 一、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性 （一）反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 特點(diǎn)：轉(zhuǎn)矩

39、由摩擦力產(chǎn)生的，它的絕對(duì)值大小不變，但作 用方向總是與旋轉(zhuǎn)方向相反，是阻礙運(yùn)動(dòng)的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩.,（二）位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 由重力作用產(chǎn)生。 特點(diǎn)：是工作機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)矩絕對(duì)值大小恒定不變，而且 作 用方向也保持不變。 特性位于第一、第四象限 且與縱軸平行的直線。 二、風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載機(jī)械特性1 均為流體機(jī)械，其轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速 的二次方成正比，只能單方向旋轉(zhuǎn)。 三、恒功率負(fù)載機(jī)械特性2 常數(shù),第三章 直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng),第一節(jié) 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 一、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的一般概念 條件：電源電壓U、氣隙磁通、電樞回路總電阻R均為 常數(shù)。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之關(guān)系 n =f( T ) 推導(dǎo)過程： 由電樞

40、回路電壓平衡方程式 將Ea=Cen , T =CT Ia代入后得,特性曲線 兩個(gè)特殊點(diǎn)： A點(diǎn)（T=0，n=n0=U/Ce) 理想空載轉(zhuǎn)速 B點(diǎn)（n=0,T=Tk=CTIk) =U/(Ra+Rc)- 堵轉(zhuǎn)電流 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 在A點(diǎn)和B點(diǎn)，因電動(dòng)機(jī)的電磁功率PM=EaIa=0,無能量轉(zhuǎn)換。 第一象限內(nèi)：T0 ,n0 方向一致,T為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩,T n n 原因 U、 、Ra+Rc均為常數(shù)條件下，T Ia = T/CT ,在第二象限內(nèi)：n 0,且n n0, 所以Ea0,且EaU,電樞電流 成為阻礙運(yùn)動(dòng)的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。Ia與Ea方向一致，電機(jī)輸出能 量，電源吸收能量。 在第三象限內(nèi)：n0,電機(jī)反轉(zhuǎn)，Ea0,變?yōu)?/p>

41、與U同方向 二、固有機(jī)械特性及人為機(jī)械特性 （一）固有機(jī)械特性 條件：U=UN、= N、R=Ra即為額定參數(shù)時(shí),表達(dá)式 如T=TN時(shí) nN= n0 - nN 稱nN 為額定轉(zhuǎn)速降 因電樞電阻Ra很小,所以nN 很小故固有特性屬于硬特性。,為一條略微向下傾斜的直線,（二）人為機(jī)械特性 當(dāng)人為改變參數(shù)U、電樞外串電阻Rc時(shí)的機(jī)械特性 三種人為機(jī)械特性： 1. 電樞串電阻的人為機(jī)械特性,外串電阻的機(jī)械特性方程式 特點(diǎn)：理想空載轉(zhuǎn)速不變且與外串電阻無關(guān)， 外串電阻越大特性斜率越大，特性越軟。 2.改變電源電壓的人為機(jī)械特性 R=Ra,= N,調(diào)U UN(只能在額定電壓以下調(diào)節(jié)) 特點(diǎn): 理想空載轉(zhuǎn)速與

42、電源電壓 成正比,各條特性相互平行,If,機(jī)械特性方程式 3.減弱氣隙磁通的人為機(jī)械特性 U=UN,R=Ra, 調(diào) N(弱磁) 機(jī)械特性方程式 減磁時(shí)理想空載轉(zhuǎn)速升高,斜率 增大,特性變軟.,三、電樞反應(yīng)對(duì)機(jī)械特性的影響 電樞電流較大時(shí)，電樞反應(yīng)加大，使氣隙磁通下降較多 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高。機(jī)械特性上翹。 防翹辦法：在主磁極加穩(wěn)定繞組 使其磁勢(shì)與主磁極方向 相同。 四、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的繪制 公式 計(jì)算固有機(jī)械特性的步驟：1.計(jì)算Ra, 2.計(jì)算CeN 3.求n0=UN/ CeN 4.計(jì)算TN = 9.55CeNIN 人為機(jī)械特性的繪制: 求出n 0,再求出穩(wěn)定轉(zhuǎn)速,五、電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行

43、的條件 穩(wěn)定含意：當(dāng)電力拖動(dòng)系統(tǒng)在工作點(diǎn)上穩(wěn)定運(yùn)行 時(shí)，若突然出現(xiàn)了于攏，使軸上轉(zhuǎn)矩 失去平衡，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時(shí)， 系統(tǒng)仍能在新的工作點(diǎn)上穩(wěn)定運(yùn)行； 于攏消失后，系統(tǒng)又能回到原來的工 作點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。 電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)穩(wěn)定分析： 右圖1為負(fù)載機(jī)械特性；2、 3為電壓波動(dòng)前后的電動(dòng)機(jī) 機(jī)械特性。,原在A點(diǎn)運(yùn)行，轉(zhuǎn)速為nA 在A點(diǎn) T=TL 無加速轉(zhuǎn)矩 dn/dt =0，系統(tǒng)在A點(diǎn)穩(wěn)定 運(yùn)行。 如電源電壓突然升高： 瞬間A B，nA=nB Ia=（U- Ea）/Ra T TL n Ia ( T ) 當(dāng)上升到C點(diǎn)時(shí)T=TL 達(dá)到新的平衡,此時(shí)n=nc 當(dāng)于攏消失,系統(tǒng)將由C到D A回到原工作點(diǎn). 故

44、該系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)行.A點(diǎn)是穩(wěn)定的工作點(diǎn).,可以證明,一個(gè)電力拖動(dòng)系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)行的 充分必要條件是: 1、電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與負(fù)載的機(jī)械選擇性必須相交，在交點(diǎn)處T=TL，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩平衡。 2、在交點(diǎn)處（dT/dt）(dTL/dt)=0 不符合第二個(gè)條件,系統(tǒng)不能 穩(wěn)定運(yùn)行.如負(fù)載減小轉(zhuǎn)速增 加,T增加最終損壞電機(jī).,第二節(jié) 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和反轉(zhuǎn) 一、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 起動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)當(dāng)先給電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組加入額定勵(lì)磁電流，以便在氣隙中建立額定磁通，然后再接通電樞回路。 電動(dòng)機(jī)一般不允許把電樞直接接到額定電壓的 電源上即直接起動(dòng)。以防電機(jī)燒壞和機(jī)械損壞。 IN，故必須把起動(dòng)電流限 制在允許范

45、圍之內(nèi)。一般最大允許電流為 (1.52)IN,間接起動(dòng)的兩種方法: 1、降壓起動(dòng)， 2、串電阻起動(dòng) （一）降壓起動(dòng) 降壓起動(dòng)方法在起動(dòng)過程中能量損耗小,起動(dòng)平穩(wěn), 便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,但需要一套直流電源,增加了設(shè)備投資.,(二) 電樞回路串電阻起動(dòng) 串電阻是為了限制起動(dòng)電流不超過允許值.以Rst或 rst表示. 電樞回路中應(yīng)串入的起動(dòng)電阻值為,起動(dòng)過程中應(yīng)分段逐步切除起動(dòng)電阻.最終全部切 除Rst,電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在自然特性上. (三) 起動(dòng)電阻的計(jì)算 各級(jí)起動(dòng)電阻的計(jì)算,應(yīng)以在起動(dòng)過程中最大起動(dòng)電流I1及切換電流I2不變?yōu)樵瓌t. 常取 令I(lǐng)1/I2 = 稱為起動(dòng)電流比.因切換前后瞬間電樞電 阻壓降相等

46、,即 I2RST3=I1Rst2 或 Rst3= Rst2 I2Rst2 = I1Rst1 Rst2= Rst1 I2 Rst1 = I1 Ra Rst1= Ra,推廣到一般情況,如起動(dòng)級(jí)數(shù)為m,則 計(jì)算起動(dòng)電阻時(shí)可能有以下兩種情況: 1.起動(dòng)電阻級(jí)數(shù)m尚未確定 步驟:(1)根據(jù)電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)估算Ra. (2)根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械對(duì)起動(dòng)時(shí)間、平穩(wěn)性以及電動(dòng)機(jī)的最大允許電流，確定I1及I2并計(jì)算 Rstm及,要求起動(dòng)時(shí)間短時(shí)，取較大的I1；要求起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 平穩(wěn)、起動(dòng)沖擊小時(shí)，需要較多的起動(dòng)級(jí)數(shù)，這 時(shí)應(yīng)取較小的值。 （3）由Ra、Rstm及，按下式計(jì)算起動(dòng)級(jí)數(shù)： （4）由m/求出新的/ (5)計(jì)算各段起動(dòng)

47、電阻 rst1=Rst1-Ra= / Ra-Ra=(/-1) Ra rst2=Rst2-Rst1= / Rst1- Rst1= / rst1,推廣到一般情況: 2.起動(dòng)級(jí)數(shù)m已知 這時(shí)可根據(jù)電動(dòng)機(jī)最大允許電流確定I1并計(jì)算 如I2過大或過小,說明級(jí)數(shù)m確定得不合理,應(yīng)減 小或增加級(jí)數(shù). 最后按第(5)計(jì)算各段起動(dòng)電阻.,二、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn) 電動(dòng)機(jī)反向運(yùn)轉(zhuǎn)電磁轉(zhuǎn)矩T必須反向 。而 T=CTIa 故方法有二 1.電樞反向接線圖 2.機(jī)械特性 3.機(jī)械特性方程式,第三節(jié) 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 一.電動(dòng)機(jī)調(diào)速的基本概念 調(diào)速 機(jī)械調(diào)速:改變傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的速比,屬有級(jí)調(diào)速 電氣調(diào)速:人為地改變電動(dòng)機(jī)的

48、參數(shù) 從機(jī)械特性上,改變工作點(diǎn), 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就能改變 兩種情況:1.負(fù)載變但機(jī)械特性 不變, 2.負(fù)載不變而變電機(jī)參數(shù),幾個(gè)術(shù)語: 基速:電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速nN, 上調(diào)速:額定轉(zhuǎn)速nN以上的調(diào)速, 下調(diào)速:基速以下的調(diào)速. 無級(jí)調(diào)速:電機(jī)的轉(zhuǎn)速可平滑地加以調(diào)節(jié). 有級(jí)調(diào)速:不能平滑調(diào)節(jié),只能給出幾種速度. 二.他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)整方法 由機(jī)械特性方程式,(一)電樞串電阻調(diào)速 U=UN, = N 調(diào)Rc 特點(diǎn):1.各條特性有相同的理想空載轉(zhuǎn)速n0 2.在額定負(fù)載下,能提供的最高轉(zhuǎn)速為額定nN 故屬基速以下調(diào)節(jié).且為有級(jí)調(diào)速. 3.串電阻越大,穩(wěn)定轉(zhuǎn)速越低. 4.若為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,則穩(wěn)定運(yùn)行時(shí) T=

49、TL 電樞電流Ia=T/CT N =常數(shù),即與轉(zhuǎn)速無關(guān). 缺點(diǎn): 1.不能實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速, 2.能耗大效率低. 3.特性軟,轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性差.,(二)降低電源電壓調(diào)速 Rc=0 , = N ,調(diào)UUN 機(jī)械特性方程式 特點(diǎn):1.各條特性互相平行, 2. 在負(fù)載相同時(shí)轉(zhuǎn)速 降n相同且均與固 有特性相同,即 3.對(duì)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載Ia=C,與轉(zhuǎn)速無關(guān).銅耗 為 與轉(zhuǎn)速無關(guān)且數(shù)值很小,故 效 率高.,n=,4.能實(shí)現(xiàn)平滑無級(jí)高速 該調(diào)速方法是基速以下調(diào)速,能提供的最高轉(zhuǎn) 速為電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速nN,由于能實(shí)現(xiàn)平滑無級(jí)調(diào) 速,特性硬,轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性好,故是一種性能優(yōu)越的 調(diào)速方法,廣泛應(yīng)用于要求較高的系統(tǒng)中. (三

50、)減弱磁通調(diào)速 U=UN, R=Ra , 調(diào) N 減弱磁通 時(shí),n0與成反比地 增加; n與2成反比地增加. n0增加多, n增加少,轉(zhuǎn)速升高.,升速過程: 設(shè)原工作在B點(diǎn),T=TL,= 2 現(xiàn)減小=1 Ea=Ce 1nB 特點(diǎn):1.弱磁調(diào)速只能在基速以上的范圍內(nèi)調(diào)節(jié). 即.n nN,2.在電流較小的勵(lì)磁回路內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié),方便功耗小. 3.便于實(shí)現(xiàn)無調(diào)速. 4.由于轉(zhuǎn)速越高,電機(jī)換向困難,機(jī)械強(qiáng)度也不準(zhǔn)許 轉(zhuǎn)速太高.一般升到1.21.5nN,特殊電機(jī)34 nN, 在實(shí)際生產(chǎn)中,通常把降壓調(diào)速和弱磁調(diào)整結(jié)合 起來使用,以實(shí)現(xiàn)雙向調(diào)速.擴(kuò)大調(diào)速范圍. 三、調(diào)速的性能指標(biāo) 用性能指標(biāo)來比較各種調(diào)速方法

51、的優(yōu)劣. 主要的調(diào)速指標(biāo): 1.調(diào)速范圍D nmax,nmin為在額定 負(fù)載時(shí)的數(shù)值.,2.靜差率 在某一調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速下,電動(dòng)機(jī)從理想空載到額定負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)速的變化率. 靜差率小,轉(zhuǎn)速的相 對(duì)穩(wěn)定性好. D和由生產(chǎn)加工部門提出具體要求,由于轉(zhuǎn)速越低 越大.所以,對(duì)的要求 也是對(duì)最低轉(zhuǎn)速的要求. 確定了D也同時(shí)被確 定下來了.,(三)調(diào)速系統(tǒng)的平滑性 用調(diào)速時(shí)相鄰兩級(jí)轉(zhuǎn)速之比來說明,即 K值越接近1,調(diào)速的平滑性就越好.k=1時(shí)為 無級(jí)調(diào)速. (四)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 四、電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)允許輸出的轉(zhuǎn)矩和功率 表示電動(dòng)機(jī)在調(diào)速時(shí)所具備的帶負(fù)載能力.它的前題條件是合理地使用電動(dòng)機(jī). 合理意指保證電動(dòng)機(jī)長期運(yùn)行時(shí)Ia=I

52、N不變.,(一)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式 指在某種調(diào)速方法中,若保持Ia=IN不變時(shí),電動(dòng)機(jī)允許的轉(zhuǎn)矩也保持T=TN不變,與轉(zhuǎn)速無關(guān). 電樞串電阻調(diào)速和降壓調(diào)速中= N,當(dāng)Ia=IN條件 下, T=Ce N IN =TN也不變,與n無關(guān),屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速. (二)恒功率調(diào)速方式 指在某種調(diào)速方法中,若保持Ia=IN不變,則電動(dòng) 機(jī)允許輸出的功率也基本保持不變,與轉(zhuǎn)速無關(guān). 在他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)弱磁調(diào)速方法中U=UN,保持 時(shí),T=C2/n,電動(dòng)機(jī)輸出功率P=T n/9550 與n無關(guān),屬恒功率調(diào)速方式.,Ia=IN不變,五、電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方式與負(fù)載類型的配合 當(dāng)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)，應(yīng)采用恒轉(zhuǎn)矩 調(diào)速方式與

53、其匹配。 當(dāng)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載為恒功率負(fù)載時(shí)，應(yīng)采用恒功率 調(diào)速方式與其匹配。,第四節(jié) 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng) 一、制動(dòng)的一般概念 所謂制動(dòng)，就是使拖動(dòng)系統(tǒng)從某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速開始減速到停車，或使其在某一轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)行。 機(jī)械制動(dòng)：機(jī)械抱閘屬外加力。 制動(dòng) 電氣制動(dòng)：使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生與原轉(zhuǎn)動(dòng)方向 相反的電磁轉(zhuǎn)矩來實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。 自由停車：拉斷電源靠摩擦使電機(jī)慢慢停車。 在制動(dòng)過程中電動(dòng)機(jī)是吸收來自負(fù)載側(cè)的能量， 此時(shí)電動(dòng)機(jī)工作在發(fā)電機(jī)狀態(tài)。,電動(dòng)和制動(dòng)狀態(tài)的判定： 電動(dòng)狀態(tài) T0 ,輸出功率 制動(dòng)狀態(tài) T0,吸收功率 制動(dòng)狀態(tài)在實(shí)際應(yīng)用中有兩種情況: (1)用于拖動(dòng)系統(tǒng)的減速停車 電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)狀態(tài)僅出現(xiàn)在降速過程中

54、,是一個(gè)過渡過程,常稱為制動(dòng)過程. (2)用于位能負(fù)載限速運(yùn)行 電磁轉(zhuǎn)矩T與靠重力使物體下放的負(fù)載轉(zhuǎn)矩相抗恒.當(dāng)T=TL時(shí)重物穩(wěn)速下放.稱之為制動(dòng)運(yùn)行.,二、能耗制動(dòng) （一）能耗制動(dòng)過程 K1閉合，K2斷開系統(tǒng)處 于正轉(zhuǎn)電動(dòng)運(yùn)行 當(dāng)K1斷開， K2閉合時(shí)Ia反向，制動(dòng)開始。 n Ea =0 制動(dòng)過程結(jié)束，n=0，Ia=0，T=0,能耗制動(dòng)時(shí)的機(jī)械方程式 U=0，= N 能耗制動(dòng)過程的功率流程圖： 電機(jī)從軸上輸入功率P2 扣除空載損耗后轉(zhuǎn)為 電功率PM，都消耗在電 阻Ra+Rc上。,制動(dòng)電流越大制動(dòng)效果越好,但最大制動(dòng)電流同時(shí) 受換向條件和過載能力限制.由下式?jīng)Q定: Ea為制動(dòng)開始時(shí)電動(dòng) 機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì). 為了加