第五章直流電機放映稿

1、第五章 直流電機包括直流發(fā)電機和直流電動機。二者在結構上沒有差別，前者把機械能變?yōu)橹绷麟娔?，后者把直流電能變?yōu)闄C械能。與交流電動機相比，直流電動機有良好的起動性能和調速性能，因此它被廣泛應用于電力牽引、軋鋼機、起重設備、太陽能汽車和要求調速范圍廣泛的切削機床中，在自動控制系統(tǒng)中，小容量的直流電動機應用也很廣泛。但是直流電動機的制造工藝復雜，生產(chǎn)成本較高，維修困難，還需備有直流電源或整流設備才能使用。而整流設備的造價較高，且要求電網(wǎng)的容量較大。直流發(fā)電機還可作為測量軸轉速的檢測裝置。在機械及設備上，直流發(fā)電機有被可控硅整流設備替代的趨勢。交流電源 異步電動機 直流發(fā)電機 各直流電動機；交流電源

2、各可控硅整流裝置 各直流發(fā)電機。顯然后者結構簡單、緊湊、效率較高。但是要求電網(wǎng)的容量較大。第一節(jié) 直流電機的工作原理和基本結構 一、直流電機的工作原理 1.直流發(fā)電機的工作原理。與交流電動機不同的是，直流發(fā)電機有兩個在空間固定的永久磁鐵，一個為N極，另一個為S極，在磁極的中間，裝有轉子，又稱電樞繞組。當電樞逆時針方向旋轉時，導體切割磁通，因而在導體中產(chǎn)生感應電動勢。根據(jù)右手定則，知N導體中的電動勢方向為；而S導體中的電動勢方向為。電樞的首末兩端分別接到兩片圓弧型的銅片上，銅片上安置了兩個固定不動的電刷A和B。電刷用導線與外界相連后就有電流引出，由于電刷的位置固定，所以電流的方向不變，故為直流電

3、。 2直流電動機的工作原理 與發(fā)電機的連線及結構完全相同，只是電源從外部引入，由左手定則，電樞受到力偶的作用而沿逆時針方向旋轉。由于磁場、電流的方向不變，電刷的位置固定，因而電樞的旋轉方向不變。 二、直流電機的基本構造 直流電機主要由定子、轉子、端蓋及電刷架等部件組成。 從理論上講，直流電動機和直流發(fā)電機可逆。1定子 是用來產(chǎn)生磁通和進行機械固定。（1）主磁極 主磁極的作用是用來產(chǎn)生主磁場，通常由厚l1.5mm的低碳鋼片疊裝而成(因為為直流電，無磁滯及鐵心損耗的影響，所以可用低碳鋼片），疊裝的目的是便于散熱。（2）換向極 因為轉子上有換向器，在換向的過程中電流要改變方向，即有電流急劇變化的過程

4、，這種變化必然伴隨很大的電磁能量變化，能量變化的表現(xiàn)形式就是產(chǎn)生大的電火花，換向極的作用就是抵消其產(chǎn)生的危害，使電動機運行時電刷下不產(chǎn)生有害的火花。換向極裝在相鄰的兩主磁極之間 2轉子 （1）電樞鐵心 由于它在旋轉時會被交變磁化，為了減少鐵心損耗，通常采用厚0.350.5mm的硅鋼片疊制而成。 （2）換向器 起整流作用，由楔形銅片所組成。每一個線圈分別接在兩個換向片上。 （3）電樞繞組 產(chǎn)生感應電動勢，以實現(xiàn)機電能量的轉換。 三、直流電機的額定數(shù)據(jù) l）額定容量Pe （kW）。 2）額定電壓Ue （V）。 3）額定電流Ie （A）。 4）額定轉速ne （rmin）。 5）勵磁方式及額定勵磁電流

5、Ife （A）。 6）額定勵磁電壓Ufe （V）。 額定容量（也叫額定功率），對于發(fā)電機，是指發(fā)電機出線端輸出的電功率： Pe=UeIe 。 對直流電動機，是指其軸上輸出的機械功率： Pe=UeIe 。 e額定效率，是直流電動機在額定狀態(tài)下運行時輸出機械功率與輸入電功率之比。 直流電機有很好的調速性能，因而可以在非額定工作狀態(tài)下運行，但在額定工作狀態(tài)下運行時，電機的工作性能、經(jīng)濟性、安全性等各方面都比較好。 四、直流電機的主要系列產(chǎn)品 直流電機型號的第一個字母為漢語拼音的Z Z2系列是一般用途的中小型直流電機，包括直流發(fā)電機和直流電動機 ZD和ZF系列是一般用途的大、中型直流電機系列 D是直流

6、電動機系列，ZF是直流發(fā)電機系列 后面的數(shù)字分別表示設計序號、機座號和長度序號等。第二節(jié)第二節(jié) 直流電機的磁場直流電機的磁場 一、直流電機的勵磁方式 直流電機需建立一個永久的主磁場，因此 根據(jù)勵磁方式的不同，直流電機可以分為他勵和自勵兩類。 他勵直流電機的勵磁電流由其它直流電源單獨供給，而與電樞繞組無聯(lián)接關系。自勵直流電機的勵磁電流由自身供給，根據(jù)勵磁繞組與電樞繞組的連接關系，又可以分為并勵、串勵和復勵三種（兩個勵磁繞組產(chǎn)生的磁動勢的方向相同時為積復勵）。其中串勵方式采用的較少。 勵磁繞組所消耗的功率雖然僅占直流電機額定功率的13，但對直流電機的性能影響較大。 第三節(jié) 直流電機的電樞電動勢和電

7、磁轉矩 一、電樞電動勢 是電樞繞組切割氣隙磁通而產(chǎn)生的感應電動勢，即正、負電刷之間的感應電動勢。 分析思路：先求出一根導體切割氣隙磁通時的平均感應電動勢，再求出支路中各導體感應電動勢之和。 每根導體的感應電動勢：eX=BXl 式中：BX導體所在處的磁通密度；l導體長度；導體切割磁通的速度 。 設N表示組成電樞繞組的總導體數(shù)，2a代表支路數(shù)，則每一條支路的串聯(lián)導體數(shù)等于N/（2a）。那么，電樞電動勢Ea就等于一條支路中各串聯(lián) 導體感應電動勢之和： 求解BX則可得： （V） 式中：p磁極對數(shù) ；極矩 ；n電樞每分鐘轉速（r/min)；每個磁極的總磁通（Wb）； 電動勢常數(shù) 。 對于已制造好的直流電

8、機，它的電樞電動勢正比于每極磁通和轉速n。)2/(1)2/(1aNaNXXaBllBEnCaNpnlaNnplEea602602apNCe60 二、電磁轉矩 同樣，先求出每根導體所受的電磁力，然后求出一個極面下作用在電樞上的力，再求出2p個磁極作用在電樞上的總電磁力F，若電樞的直徑為D，則電磁轉矩 MFD/2，即可求得： （N m） 式中： N電樞繞組的總導體數(shù)；l導體長度； 2a支路數(shù)； 每個磁極的總磁通（Wb）；Ia電樞繞組總電流（A）； 轉矩常數(shù)。aMaaICIapNaIDlDlpNM2222apNCM2 所以，對于已制造好的直流電機，電磁轉矩正比于每極磁通和電樞電流 。 由 ， ，則C

9、M=9.55Ce 若電磁轉矩的單位為若電磁轉矩的單位為kgm，則，則 CM轉矩常數(shù)，轉矩常數(shù)，Ce電動勢常數(shù)電動勢常數(shù)apNCe60apNCM203. 18 . 92eMCapNC第四節(jié)第四節(jié) 直流電機的基本方程式直流電機的基本方程式 是直流電機的電動勢平衡方程式和轉矩平衡方程式，以及反映機電能量轉換過程的功率平衡方程式。 一、直流發(fā)電機的基本方程式 按發(fā)電機慣例規(guī)定正方向。U是電機負載兩端的端電壓， Ia是電樞電流， M1是原動機的拖動轉矩，n是電機電樞的轉速。 由前節(jié)所述的內容，電樞電動勢 由克希荷夫電壓定理 UE 即 式中 Ra電樞回路的總電阻；us正、負電刷的接觸電壓 降，很小，一般取

10、2V，可不單獨 考慮，而是包含Ra在中。故上式 可寫成： 并勵和他勵發(fā)電機的勵磁電流為 Uf勵磁繞組的端電壓； Rf勵磁回路的總電阻。asaaEuRIUaaaRIEUnCEeafffRUI 當直流發(fā)電機以轉速n穩(wěn)態(tài)運行時，作用在電樞上的轉矩有：原動機拖動發(fā)電機的轉矩M1；還有 M電樞電流與氣隙磁場相互作用而產(chǎn)生的具有制動性質的電磁轉矩；M0電機的機械摩擦以及鐵損耗引起的空載轉矩，與轉速n的方向相反 由能量守恒原理得 ：M1= = M+ +M0 因為原動機克服電磁轉矩所作的機械功率M將轉換為電樞電路中的電功率PM ，PM稱為電磁功率： PM= =M 而 ， ， 所以 將式 的兩邊乘Ia，得： 則

11、可寫為： 式中：P2= =UIa直流發(fā)電機輸出給負載的電功率直流發(fā)電機輸出給負載的電功率 PM= =Ea Ia 電磁功率電磁功率 電樞回路的總銅耗電樞回路的總銅耗 aIapNM2aaaRIEU602 naaaaMIEnIapNnIapNMP606022aaaaaRIUIIE2CuaMpPP2aaCuaRIp2aNpnlaNnplEa602602 將式M1= M+M0 的兩邊乘以電樞機械角速度，得： M1=M+M0 寫成： P1=PM+p0 式中： P1=M1原動機輸給發(fā)動機的機械功率 p0=M0=p+pFe發(fā)電機的空載損耗的功率，包括：p機械摩擦損耗，與轉速有關；pFe鐵損耗，與磁密大小及交變

12、頻率有關 此外，還有附加損耗pad 和勵磁損耗pCuf 所以總的功耗為： 功率平衡方程式為： 直流發(fā)電機的效率為 輸出功率P2和輸入功 率P1之比即： adFeCuaCufpppppppPP21pPpPP2121二、直流電動機的基本方程式 1直流電機的可逆原理 由發(fā)電機狀態(tài)圖，原動機驅動直流發(fā)電機 轉動，作用一拖動轉矩M1。設想發(fā)電機在 轉動過程中保持勵磁不變，但輸入功率 P10，即M10，停止向發(fā)電機輸入驅 動力。這時，由于慣性電機軸仍然會轉 動，Ea仍存在，只是由于存在M及M0， 轉速逐漸下降，由 ， ，和 知Ea 、 Ia 、 Ma 、U 均下降，且Ia下降得更快（否則會出現(xiàn)U與Ea 同

13、向的情況），當n下降到某一值n0時， 此時Ia 0； n繼續(xù)下降時， Ea U 為負， Ia改變了方向，說明已由向電網(wǎng)供電變?yōu)閺碾娋W(wǎng)吸收電功率 由 知， M也改變了方向變?yōu)轵寗恿亓?PM=EaIa=M0 說明吸收的電磁功率轉變?yōu)闄C械功率輸出了，此時直流電機已不是發(fā)電機而成為電動機了。aaaRIEUaMICMaEU aMICMnCEea 因為電流的方向改變，直流發(fā)電機的基本方程式就變?yōu)椋?同樣，上述物理過程還可以反推回去。 所以一臺直流電機既可以作發(fā)電機運行，又可以作為電動機運行，這就是直流電機的可逆原理。aaaRIEU2直流電動機的基本方程式 由簡化的電路圖及轉矩圖，可列出直流 電動機的電動

14、勢平衡方程式和轉矩平衡 方程式： MM2+M0 式中 M2電動機拖動的負載轉矩。 進行與發(fā)電機類似的推導，可得到直流 電動機穩(wěn)態(tài)運行時的基本方程式： 直流電動機的效率：aaaRIEU),(/2102affffaMaaaeaIIfRUIpPPMMMICMRIEUnCEpPpPP2121第五節(jié)第五節(jié) 直流發(fā)電機的運行特性直流發(fā)電機的運行特性 即正常運行時直流電機端電壓U、負載電流I和勵磁電流If三個量之間的關系 。 一、他勵發(fā)電機的運行特性1空載特性即負載電流I0，而原動機可采取加裝飛輪等措施，使n近似為常數(shù)。由式 有：U正比于，而f（If），所以空載理論特性曲線U0f（If）與電機的磁化曲線f（

15、If）在形狀上完全相同（即為圖中的虛線）。而由圖示空載特性實驗的結果可知，實際的空載特性曲線的上升分支和下降分支形成一個回環(huán)，這是由于電機鐵心有磁滯效應的緣故。一般電機的額定電壓位于空載特性曲線的開始彎曲處（稱為膝點）較合適。此時鐵芯可被充分利用，端電壓U穩(wěn)定。 aaaRIEUnCEUea02外特性 當轉速n和勵磁電流If為常數(shù)時，端電壓隨負載電流I而變化的曲線Uf（I）為求外特性曲線，試驗接線圖同前，但合上開關S，并使發(fā)動機轉速保持不變。改變負載電阻Rfz和勵磁回路電阻Rf，使IIe時，UUe。然后保持Rf不變，調節(jié)負載電阻Rfz使I由Ie逐步降至零，每步都記下U和I的值，然后根據(jù)測出的數(shù)值

16、可繪出外特性曲線。分析：由直流發(fā)電機的電樞回路電動勢平衡方程式當I加大時，電樞電阻壓降IaRa增大，使端電壓降低。由式可知，當I加大時，由于電樞反應的去磁作用增強，使氣隙磁通減小，感應電動勢Ea下降，從而使端電壓U進一步降低。他勵發(fā)電機端電壓從空載到滿載時下降不多，其電壓調整率：一般情況U（510）左右 aaaRIEUnCEea%1000eeUUUU二、并勵發(fā)電機的運行特性并勵發(fā)電機的接線圖如圖 所示。其中電樞電流IaIIf 。1外特性 并勵時電壓變化率要大得多。他勵時，勵磁電流是不變的，端電壓的下降僅由電樞反應的去磁作用和電樞回路電阻壓降所引起的。而在并勵時，隨著負載電流的增加，端電壓下降，

17、勵磁電流也成比例地減小，使每極磁通降低，從而使感應電動勢和端電壓進一步降低，有時U可達30左右。 圖中1是他勵發(fā)電機的外特性曲線； 2是自勵發(fā)電機的外特性曲線2自勵過程和自勵條件 由發(fā)電機的工作原理，發(fā)電機是因為電樞中的繞組導體切割磁力線而產(chǎn)生感應電動勢，即磁場的存在是感應電動勢產(chǎn)生的必要條件，磁場是由勵磁電流產(chǎn)生的，而對于并勵發(fā)電機，在電樞開始轉動的瞬間，并無勵磁電流，而在一個沒有磁場的環(huán)境中，無論電樞如何轉動，都不會有電流產(chǎn)生。在電樞開始轉動的瞬間，盡管沒有勵磁電流If，但由于主磁極的低碳鋼片中有剩磁（且低碳鋼產(chǎn)生剩磁的效果較好），電樞轉動時電樞繞組切割剩磁磁通產(chǎn)生電動勢Er；Er在勵磁回

18、路中產(chǎn)生勵磁電流If1。如果極性正確， If1會在磁路中產(chǎn)生與剩磁方向相同的磁通，使氣隙磁密增強，從而使電動勢增大為E1。E1又使勵磁電流增加到If2。如此不斷增大，互相促進，但由于勵磁回路中有電阻，因而存在電壓降IfRf，它隨If呈直線變化，而U隨If的增加呈曲線變化，因而發(fā)電機的電壓U不會無限的增長。只可增加到二根直線和曲線的交點A，A即穩(wěn)定工作點。 如果勵磁回路反接，勵磁繞組中的勵磁電流所產(chǎn)生的磁通將與剩磁磁通方向相反，勵磁電流就會減小剩磁磁通電機將不能自勵。見曲線3。勵磁回路的電阻過大，由公式（此時的Ra應包括Rf），當勵磁回路的壓降IfRf大于或等于勵磁電動勢的增量時，不能使磁通增加

19、，電機也不能自勵。aaaRIEU 通過上述對自勵過程的分析可見，自勵發(fā)電機自勵的條件有三條： l）電機的主磁路要有剩磁。 2）勵磁繞組接法正確，使勵磁電流所產(chǎn)生的磁通與剩磁磁通同方向。 3）勵磁回路的總電阻要小于自勵臨界電阻。 如果在實際使用中發(fā)現(xiàn)勵磁繞組接入后，電樞電壓不但不升高，反而下降，說明接法勵磁繞組的錯誤，此時只要把勵磁繞組接到電樞的兩根引線對調一下即可。 提高發(fā)電機的轉速，可提高其臨界電阻值。第六節(jié)第六節(jié) 直流電動機的運行特性直流電動機的運行特性 指電源電壓UUe常數(shù)，電樞回路不串入附加電阻的條件下，電動機的轉速n、電磁轉矩M、和效率與輸出功率P2之間的關系曲線。即nf（P2）、M

20、f（P2）、f（P2）。但由于測量電樞電流Ia比測量功率容易，而在忽略定損時， Ia與P2成正比。故也把n、 M、與電樞電流Ia的函數(shù)關系稱為運行特性。一、并勵電動機1轉矩特性 Mf（Ia）在并勵電動機中，當U 、Rf不變時，If是常數(shù)。由 ：當負載電流減小時的變化很小，可認為是常數(shù)，所以電磁轉矩M隨Ia成正比變化；當負載電流較大時，電樞反應的去磁作用將使略為減少，這時電磁轉矩的增加不如電樞電流增加得快，而使Mf（Ia）曲線變?yōu)榉蔷€性。 2轉速特性 nf（Ia）要求出n與Ia的函數(shù)關系，利用公式 和 可得：aaaRIEU)(1aaeaeaeIRUCICRCUnnCEeaaMICM 分析式 空載

21、時Ia0，空載轉速當負載電流增加時， IaRa的影響將使轉速下降，而電樞反應的去磁作用使趨向減小，使轉速上升，這兩者的作用是相反的，故當負載電流變化時，并勵電動機的轉速變化較小。通常電樞回路電阻壓降的影響較電樞反應的影響大，故并勵電動機的轉速特性曲線是略微向下傾斜的。評價轉速特性的指標轉速變化率：n很小的轉速特性稱為硬特性；反之稱為軟特性。并勵電動機的轉速變化率通常僅為38，屬于硬特性。 3機械特性 nf（M）由電磁轉矩公式 得 代入上式得：因負載增大時，變化較小，可近似地認為M正比于Ia。因此只要將nf（Ia）橫坐標的標尺改變，該曲線就可以代表機械特性nf（M）的變化關系。 )(1aaeae

22、aeIRUCICRCUnaMICMCUne0%1000eennnnCMIMaMCCRCUnMeae4效率特性 f（Ia）p0空載損耗，也叫定耗。對上式求導，可得在 時效率最高，一般并勵電動機在3/4額定負載運行時效率最高。直流電動機的運行特性曲線見右圖。使用并勵電動機時，勵磁回路不可斷路。因為當勵磁回路斷路時，氣隙磁通將驟然減小到微弱的剩磁，感應電動勢也隨之減小，由于機械慣性的作用，電動機的速度不能躍變，由式 電樞電流將急劇增加，使電動機嚴重過載。此時電磁轉矩的變化可能有兩種情況：由式 ，當電樞電流的增加所引起的電樞磁場的變化不足以補償磁通的減少時，電磁轉矩將減小，使電動機減速；反之，當電樞電

23、流的增加程度超過磁通的減小程度時，電磁轉矩將增大，使電動機加速， Ia進一步增加，直至轉速、Ia都上升到危險的高值。在這兩種情況，電樞電流都要超過額定值許多倍。 %100)1 (%100)1 (20112aaaUIRIpPpPPaaRIp20aMICMCMIMa二、串勵電動機1轉矩特性 Mf（Ia） 由式 當負載較小時，K Ia 2轉速特性 nf（Ia） 由式 串勵電動機的轉矩及轉速均隨Ia的變化而急劇變化，為了防止Ia過小時電動機轉速過大而導致電動機的損壞，串勵電動機不允許輕載運行，更不允許空載起動。一般最低負載不應小于額定負載的2530。由串勵電動機的運行特性可知串勵電動機優(yōu)點為：（1）起

24、動轉矩大，過載能力強。因為電磁轉矩幾乎正比于電樞電流的平方，因而串勵電動機的機械特性較軟，適合電氣牽引和起動設備的拖動，以及其它起動頻繁、負載變化大的設備。（2）因為其機械特性較軟，由式P2M2知，當轉矩增大時，轉速迅速降低，使電動機的輸出功率比較穩(wěn)定，這樣電動機不僅不會過載，而且由電網(wǎng)供給電動機的電功率也保持在比較穩(wěn)定的數(shù)值，不會引起電網(wǎng)電壓的波動。 aMICM)(1aaeaeaeIRUCICRCUn22KCKICICMMaMaMKCRKICUICRCUneaaeaeae第七節(jié)第七節(jié) 直流電動機的起動直流電動機的起動 指電動機接通電源后，轉速由零上升到穩(wěn)定轉速的全過程。要求：在保證起動轉矩足

25、夠大的前提下，盡量減小起動電流。 直流電動機的起動方法有：全壓起動，電樞回路串電阻起動和降壓起動。 一、全壓起動在額定電壓下直接起動，其線路圖如圖示。起動時，先合上開關Sl，使勵磁回路首先通電建立起主磁場，然后合上開關S2使電動機起動。全壓起動方法的優(yōu)點：設備簡單，操作方便。缺點：起動電流很大，可達額定電流的1020倍。 可由 知，因為起動時n0， 而Ra很小起動電流過大可能組成的危害有：破壞正常換向，火花很大，燒換換向器；電樞繞組絕緣破壞；起動轉矩過大，沖擊甚至損壞負載機械；引起供電電源電壓過分波動，影響其它用電設備的正常工作。aeaRnCUI二、降壓起動 由 可得 起動時n0，IstUe/

26、Ra。如果降低電源電壓，就可以減小起動電流。隨著轉速的上升，將電源電壓逐步升到額定值，使電動機達到額定轉速。優(yōu)點：既限制了起動電流，不會對電網(wǎng)運行產(chǎn)生影響；又不會有大量的電能為起動電阻所消耗（因為不需要串起動電阻）。缺點：必須有專用的電源設備，增加了成本。目前廣泛應用的是大功率半導體器件所組成的可控整流電源，可以用于直流電動機的調速和降壓起動。 三、電樞回路串電阻起動 僅分析他勵直流電動機串電阻起動的情況。由前面所述并勵電動機的機械特性為若在電樞回路串接電阻 Ra RaR ，并使U=Ue，=e ，即保持電壓及磁通不變，則機械特性方程為 稱為他勵直流電動機的人為特性的方程式。 aeaRnCUIa

27、eaeICRCUnMCCRCUnMeaeMCCRRCUneMeaeee2由式取不同的R值，便得到一族與固有特性相交于n0的人為特性曲線。由圖可以看出，隨著R的增大，人為特性曲線的硬度降低，實際上是起動電流Ist減小。 但是由電磁轉矩的公式Ia過低又將使起動轉矩Mst過小，而使所拖動的機械起動不了或起動時間過長。因此，確定所串電阻的值時應考慮：起動電流（或轉矩）不能取得太大，否則會損壞電動機或電網(wǎng)運行等；起動電流（或轉矩）不能取得太小，否則會起動不起來或起動時間過長滿足不了生產(chǎn)機械的需要。 起動電流的大小應取得合適，以充分利用電動機的過載能力，使電動機產(chǎn)生適當?shù)钠饎愚D矩。一般情況下，取最大起動電

28、流Istm為：Istm（1.82.5）Ie由此，根據(jù)IstUe/Ra，即可知 所串電阻aMICMMCCRRCUneMeaeee2aestmRRUIastmeRIUR由式 知，當n上升到一定值時應切除起動電阻，否則無法繼續(xù)上升。但由式 知，在切除起動電阻的瞬間， Ia又將突然增加而超過Istm 。為了解決以上問題，采取分級切除電阻的辦法，以保證每次切除（解除）電阻時Ia不超過Istm。各級電阻的計算方法是：1）計算 式中I1Istm 。2）計算其中m為起動電阻的級數(shù)，其確定原則是：取切換電流Ich為額定電流的110120； 切除電阻的瞬間Ia不超過I1。（可編程求解）3）求R2、R3 Rm其中

29、， 4）計算r1、r2 、 rmr1R1R2， r2R2R3 ， rm1Rm1Rm， rmRmRaammmRRRRRRRRRR1433221amRR12amRR23amRRMCCRRCUneMeaeee2aeeaRnCUI11IURemaRR1 由r1R1R2，r2R2R3 ， rm1Rm1Rm， rmRmRa 驗算： R1r1R2r1r2R3r1r2rmRa 說明計算結果正確。第八節(jié)第八節(jié) 直流電動機的調速直流電動機的調速 由直流電動機的人為轉速特性的方程 可知直流電動機可通過改變電樞回路電阻，改變磁通，改變電樞端電壓等方法調速。一、改變電樞回路的電阻調速 Ue不變，串入不同的電阻調速。特點

30、：因為串入電阻后的特性都比固有特性軟，所以只能獲得由額定轉速向下的調速；在串入電阻后的短期內電流Ia和電磁矩M有所下降，當電動機的轉速下降至新的穩(wěn)定值時， Ia和M恢復的原來的值。因而這種調速方法適用于拖動恒轉矩負載，但經(jīng)濟效果差（因為電阻要消耗功率）。 二、改變磁通調速改變磁通調速也稱為弱磁調速。 由公式 而由公式 ，得 因此可得到 aeaeICRRCUnaeaeICRCUnaMICM CMIMaMCCRCUneMeaee2分析式可知，改變磁通調速是通過在勵磁回路中增加電阻，使勵磁電流If和磁通減小而調速，其特點是：控制方便而且能量損耗?。ㄒ騽畲烹娏髦挥须姍C額定電流的13）；屬于弱磁調速，只

31、能從額定轉速向上調，因為電動機的轉速不能過分升高，因此在實際應用中受到限制；轉速升高后，電樞的電流Ia將增大（由式 可知）。三、改變電樞端電壓調速 在保持勵磁磁通和負載轉矩不變的條件下，通過改變電樞的端電壓調速。 其特點：調速的過程中，機械特性硬度保持不變 ，即使在空載時也可得到很低的穩(wěn)定轉速； 調速范圍寬，可以做到無級調速；需要附加調壓設備；對于并勵電動機，不能通過改變電源的電壓調速（因為勵磁回路的電流隨電源電壓而變化），而只能通過僅改變電樞的端電壓調速。通過改變電樞端電壓調速的方法在對調速性能要求高的領域得到廣泛的應用。 )(12MCRUCMCCRCUneMaeeeMeaeeCMIMaae

32、aeICRCUn四、改變直流電動機轉向的方法要改變直流電動機的轉向，必須改變電磁轉矩的方向。根據(jù)左手定則，改變電磁轉矩的方向有兩種方法：或者改變磁通的方向，或者改變電流的方向。如果兩者同時改變，則電磁轉矩的方向不變。看P112例52三相異步電動機改變轉向的方法？第九節(jié)第九節(jié) 直流電動機的制動直流電動機的制動 在機械設備上，除了有機械制動裝置外，還可使用（或增加）電氣轉動系統(tǒng)，以便使電動機能迅速、準確地停車或反向運轉。 直流電動機的電氣制動有三種方法：能耗制動；回饋制動；反接制動。 一、能耗制動 將正在運轉的電動機電樞兩端從電源斷開（勵磁繞組仍接電源），并立刻在電樞兩端接入一電阻，由前面所講述的

33、直流電機可逆原理，電動機就從電動狀態(tài)變?yōu)榘l(fā)電狀態(tài)，將機組的動能轉變?yōu)殡娔芟脑陔娮枭?，故稱之為能耗制動。 由電動機的電動勢平衡方程式 aaaRIEU 可變?yōu)?，當電動機接成能耗制動時，電壓U0，電動機在慣性的作用下仍在旋轉。 此時電樞電流的大小為 負號表明電樞電流改變了方向。問題：不串電阻Rz的結果？ 電磁轉矩： 其中： 可得到 此式就是并勵電動機在能耗制動時的機械特性。式中負號表明能耗制動時電磁轉矩M的方向和轉速n的相反。即為制動力矩。 由此式可以看出，在轉換為能耗轉動的瞬間，轉動力矩最大，隨轉速的降低，制動轉矩逐步降為零。 采用能耗制動的方法，在轉速很低時，產(chǎn)生的轉矩較小，制動作用不大，因

34、此常和機械制動配合使用。 aaaREUIzaazaaaRRERREUInRRCCERRCICMzaeMazaMaM2MCCRRneMza2nCEea 二、回饋制動 當直流電動機的軸上受到外加轉矩的作用，比如電車下坡、起重機所吊運的重物下落時，將使電動機加速超過理想空載轉速，即n n0，此時電樞電動勢 由直流電動機的電動勢平衡方程式知 電樞電流改變了方向 將外力輸入的機械能變成電能回饋給電網(wǎng)，因此電動機的這種運行狀態(tài)稱作為回饋制動。 因為電流改變了方向，由式 知，這時電磁力矩M變成了制動力矩。 制動力矩對防止機械及電動機的超速有利。0aaaREUI0nCUnCEeeaaMICM 三、反接制動突然

35、改變電樞電壓的極性（勵磁繞組極性不變），并在電樞中串接一個較大的電阻R，由式 ，因為的方向不變，由于慣性，n的方向也不變，故反電動勢的方向不變。此時電樞反電動勢和電樞端電壓同向，電樞電流為：電樞電流為負，由式 ，電磁轉矩變成為制動轉矩。在該轉矩和負載轉矩的共同作用下，電動機轉速迅速下降。 反接制動方式所產(chǎn)生的沖擊電流較大，需串入相當大的電阻，故能量損耗大；所產(chǎn)生的制動作用比較強烈，制動快，但容易引起反向起動。在要求準確停車的場合不宜采用反接制動，而采用能耗制動較為適宜。在要求正反向運轉的系統(tǒng)，如刨床等，采用這種制動方式比較有利，它可使傳動系統(tǒng)迅速制動，并隨之立即反向起動。 nCEeaaaaaaRREURREUIaMICM 通常電動機在額定負載下的銅耗 約占總損耗p的5075。 所以： P112例522)75. 05 . 0(eIPIUReeeaaaRI2 直流電動機結構復雜，成本高，故障多，維護困難，經(jīng)常因火花大而影響生產(chǎn)； 換向器的換向能力限制了電動機的極限容量和速度，其極限容量和速度之積約為106kWr/min，許多大型機械的傳動電動機已接近或超過該值，設計制造困難，甚至根本造不出來； 改善換向能力，要求電樞漏感小，轉子短粗，導致轉動慣量（J）增大，影響系統(tǒng)動態(tài)性能，在動態(tài)性能要求高的場合，不得不采用雙電樞或三電樞，帶來造價高、占地面積大、易共振等一系列問題，日本