電機(jī)學(xué)第3章直流電機(jī).

1、第第3 3章章 直流電機(jī)直流電機(jī) 3.13.1直流電機(jī)的基本工作原理和結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的基本工作原理和結(jié)構(gòu) 3.23.2直流電樞繞組直流電樞繞組 3.33.3直流電機(jī)磁場直流電機(jī)磁場 3.43.4電樞的感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩電樞的感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩 3.53.5直流電機(jī)基本方程直流電機(jī)基本方程 3.63.6直流電動機(jī)的運(yùn)行特性直流電動機(jī)的運(yùn)行特性 3.73.7直流電動機(jī)的起動、調(diào)速、制動直流電動機(jī)的起動、調(diào)速、制動 3.83.8直流電機(jī)的換向直流電機(jī)的換向3.13.1直流電機(jī)的基本工作原理和結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的基本工作原理和結(jié)構(gòu) 1基本工作原理基本工作原理 直流電機(jī)的用途：視頻直流電機(jī)的用途：視頻定子上

2、有磁鐵（主磁極）和電刷。定子上有磁鐵（主磁極）和電刷。轉(zhuǎn)子有環(huán)形鐵心和鐵心上的繞組。轉(zhuǎn)子有環(huán)形鐵心和鐵心上的繞組。左圖表示一臺最簡單的兩極直流電左圖表示一臺最簡單的兩極直流電機(jī)模型，機(jī)模型，定子上，裝設(shè)了一對直流勵磁的靜定子上，裝設(shè)了一對直流勵磁的靜止的主磁極止的主磁極N N和和S S，轉(zhuǎn)子上裝設(shè)電樞鐵心。定子與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子上裝設(shè)電樞鐵心。定子與轉(zhuǎn)子之間有一氣隙。在電樞鐵心上放置之間有一氣隙。在電樞鐵心上放置電樞線圈，線圈的首端和末端分別電樞線圈，線圈的首端和末端分別連到兩個圓弧形的銅片上，此銅片連到兩個圓弧形的銅片上，此銅片稱為換向片。換向片之間互相絕緣，稱為換向片。換向片之間互相絕緣，由換向片

3、構(gòu)成的整體稱為換向器。由換向片構(gòu)成的整體稱為換向器。換向器固定在轉(zhuǎn)軸上，換向片與轉(zhuǎn)換向器固定在轉(zhuǎn)軸上，換向片與轉(zhuǎn)軸之間亦互相絕緣。軸之間亦互相絕緣。在換向片上放置著一對固定不動的在換向片上放置著一對固定不動的電刷電刷B1B1和和B2B2，當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時，電樞，當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時，電樞線圈通過換向片和電刷與外電路接線圈通過換向片和電刷與外電路接通。通。tOAX圖3-2a 線圈電動勢的波形23XAeOt圖3-2b 電刷間的電動勢波形1 2B Be （1）線圈中的電動勢和）線圈中的電動勢和電流都是交流電，通過換電流都是交流電，通過換向片及電刷作用產(chǎn)生的直向片及電刷作用產(chǎn)生的直流電動勢及直流電流。流電動勢及直

4、流電流。 （2）感應(yīng)電動勢和電流）感應(yīng)電動勢和電流的方向始終一致。的方向始終一致。 （3）電磁電流產(chǎn)生的磁）電磁電流產(chǎn)生的磁場在空間上是一個恒定不場在空間上是一個恒定不變的磁場。變的磁場。 （4）電磁力制動性質(zhì)與）電磁力制動性質(zhì)與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反，原動機(jī)必轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反，原動機(jī)必須輸入機(jī)械功率克服電磁須輸入機(jī)械功率克服電磁力矩制動作用使轉(zhuǎn)子恒速力矩制動作用使轉(zhuǎn)子恒速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生電能。旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生電能。U+NSEEIa直流電動機(jī)工作原理 把電刷把電刷A A、B B接到直流電源上，接到直流電源上，電刷電刷A A接正極，電刷接正極，電刷B B接負(fù)極。此接負(fù)極。此時電樞線圈中將電流流過。時電樞線圈中將電流流過。 直

5、流電動機(jī)是將電能轉(zhuǎn)變直流電動機(jī)是將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。成機(jī)械能的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。 在磁場作用下，在磁場作用下，N N極性下導(dǎo)體極性下導(dǎo)體abab受力方向從右向左，受力方向從右向左，S S 極下導(dǎo)極下導(dǎo)體體cdcd受力方向從左向右。該電磁受力方向從左向右。該電磁力形成逆時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。力形成逆時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩大于阻轉(zhuǎn)矩時，電機(jī)當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩大于阻轉(zhuǎn)矩時，電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時針方向旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子逆時針方向旋轉(zhuǎn)。U+NS電刷電刷換向片換向片II直流電動機(jī)直流電動機(jī)（1）將直流電源通過電刷接通電樞繞組，使電樞導(dǎo)體有電流）將直流電源通過電刷接通電樞繞組，使電樞導(dǎo)體有電流 （交（交 流）流過。換向片和

6、電刷起逆變作用。流）流過。換向片和電刷起逆變作用。 （2）從空間上看，電樞電流產(chǎn)生的磁場是一個恒定磁場。）從空間上看，電樞電流產(chǎn)生的磁場是一個恒定磁場。 （3）電樞旋轉(zhuǎn)時，電樞導(dǎo)體切割磁力線也會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢與）電樞旋轉(zhuǎn)時，電樞導(dǎo)體切割磁力線也會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢與 電樞電流方向相反。電樞電流方向相反。（4）直流電動機(jī)中，電磁轉(zhuǎn)矩的方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向一致，是）直流電動機(jī)中，電磁轉(zhuǎn)矩的方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向一致，是驅(qū)動性質(zhì)。驅(qū)動性質(zhì)。歸納歸納：（：（1 1）所有的直流電機(jī)的電樞繞組總是自成閉路。）所有的直流電機(jī)的電樞繞組總是自成閉路。（2 2）電樞繞組的支路數(shù)（）電樞繞組的支路數(shù)（2a2a）永遠(yuǎn)是成對出

7、現(xiàn)，這是由于磁極數(shù)）永遠(yuǎn)是成對出現(xiàn)，這是由于磁極數(shù)(2p)(2p)是一個偶數(shù)是一個偶數(shù). .注：注：a a支路對數(shù)支路對數(shù) ；p p極對數(shù)極對數(shù)（3 3）為了得到最大的直流電勢，電刷總是與位于幾何中線上的導(dǎo)體相）為了得到最大的直流電勢，電刷總是與位于幾何中線上的導(dǎo)體相接觸。接觸。（4 4）每根電樞導(dǎo)體的電勢性質(zhì)是交流電，而經(jīng)電刷引出的電勢為直流）每根電樞導(dǎo)體的電勢性質(zhì)是交流電，而經(jīng)電刷引出的電勢為直流電勢。電勢。 電刷盒3 3直流電機(jī)的勵磁方式直流電機(jī)的勵磁方式他勵式：線端電流等于電樞電流，勵磁電流獨(dú)立值小。他勵式：線端電流等于電樞電流，勵磁電流獨(dú)立值小。并勵式：線端電流等于電樞電流加上勵磁電

8、流。并勵式：線端電流等于電樞電流加上勵磁電流。串勵式：線端電流等于電樞電流等于勵磁電流。串勵式：線端電流等于電樞電流等于勵磁電流。復(fù)勵式：每個主磁極上套有兩個勵磁繞組，分為長復(fù)勵和短復(fù)勵。復(fù)勵式：每個主磁極上套有兩個勵磁繞組，分為長復(fù)勵和短復(fù)勵。先并后串（并聯(lián)繞組先與電樞繞組并聯(lián)然后在與串聯(lián)繞組串聯(lián)）先并后串（并聯(lián)繞組先與電樞繞組并聯(lián)然后在與串聯(lián)繞組串聯(lián)）為短復(fù)勵；先串在并是長復(fù)勵。如果為短復(fù)勵；先串在并是長復(fù)勵。如果FsFs（串）和（串）和FfFf（并）方向一（并）方向一致，稱為積復(fù)勵；如果兩者方向相反稱為差復(fù)勵。致，稱為積復(fù)勵；如果兩者方向相反稱為差復(fù)勵。 額定條件下電機(jī)額定條件下電機(jī)所能

9、提供的功率所能提供的功率NP額定功率額定功率指電刷間輸出的指電刷間輸出的額定電功率額定電功率發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)指軸上輸出指軸上輸出的機(jī)械功率的機(jī)械功率電動機(jī)電動機(jī)發(fā)電機(jī)：是指輸出額定電壓；發(fā)電機(jī)：是指輸出額定電壓；電動機(jī)：是指輸入額定電壓。電動機(jī)：是指輸入額定電壓。在額定工況下，電機(jī)在額定工況下，電機(jī)出線端的平均電壓出線端的平均電壓NU額定電壓額定電壓在額定電壓下，運(yùn)行于在額定電壓下，運(yùn)行于額定功率時對應(yīng)的電流額定功率時對應(yīng)的電流NI額額定定電電流流在額定電壓、額定電流下，運(yùn)在額定電壓、額定電流下，運(yùn)行于額定功率時對應(yīng)的轉(zhuǎn)速行于額定功率時對應(yīng)的轉(zhuǎn)速.Nn額額定定轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速fNI額額定定勵勵磁磁電電流流

10、對應(yīng)于額定電壓、額定電流、額對應(yīng)于額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速及額定功率時的勵磁電流定轉(zhuǎn)速及額定功率時的勵磁電流電機(jī)銘牌上還標(biāo)有其它數(shù)電機(jī)銘牌上還標(biāo)有其它數(shù)據(jù)，如勵磁電壓、出廠日據(jù)，如勵磁電壓、出廠日期、出廠編號等。期、出廠編號等。4直流電機(jī)的額定值直流電機(jī)的額定值 在額定狀態(tài)下運(yùn)行時，可以保證各電氣設(shè)備在額定狀態(tài)下運(yùn)行時，可以保證各電氣設(shè)備長期可靠地工作長期可靠地工作 當(dāng)電流大于額定電流，稱過載或超載，長期當(dāng)電流大于額定電流，稱過載或超載，長期會影響壽命會影響壽命( (過熱）；過熱）； 當(dāng)電流小于額定電流，稱欠載或輕載，容量當(dāng)電流小于額定電流，稱欠載或輕載，容量不能充分利用，會降低效率；不能

11、充分利用，會降低效率； 當(dāng)實(shí)際電流等于額定電流時，稱為滿載運(yùn)行。當(dāng)實(shí)際電流等于額定電流時，稱為滿載運(yùn)行。又叫額定負(fù)載狀態(tài)又叫額定負(fù)載狀態(tài) 長期欠載運(yùn)行將造成電機(jī)浪費(fèi)，而長期過長期欠載運(yùn)行將造成電機(jī)浪費(fèi)，而長期過載運(yùn)行會縮短電機(jī)的使用壽命。電機(jī)最好運(yùn)載運(yùn)行會縮短電機(jī)的使用壽命。電機(jī)最好運(yùn)行于額定狀態(tài)或額定狀態(tài)附近，此時電機(jī)的行于額定狀態(tài)或額定狀態(tài)附近，此時電機(jī)的運(yùn)行效率、工作性能等比較好。運(yùn)行效率、工作性能等比較好。3.2 3.2 直流電機(jī)的電樞繞組直流電機(jī)的電樞繞組 1.1.直流電機(jī)繞組的構(gòu)成直流電機(jī)繞組的構(gòu)成 電樞繞組是直流電機(jī)的電路部分，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的樞鈕。電樞繞組是直流電機(jī)的電路部分

12、，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的樞鈕。 直流電機(jī)電樞繞組分三種形式：疊繞組、波繞組、混合繞組。直流電機(jī)電樞繞組分三種形式：疊繞組、波繞組、混合繞組。 繞組元件：指兩端分別與兩片換向片接觸的單匝或多匝線圈。繞組元件：指兩端分別與兩片換向片接觸的單匝或多匝線圈。 電樞繞組：由許多結(jié)構(gòu)相同的繞組元件構(gòu)成的。電樞繞組：由許多結(jié)構(gòu)相同的繞組元件構(gòu)成的。 元件邊：在電樞槽中，能與磁場作用產(chǎn)生電動勢或轉(zhuǎn)矩的有元件邊：在電樞槽中，能與磁場作用產(chǎn)生電動勢或轉(zhuǎn)矩的有效邊是指線圈的直線部分。效邊是指線圈的直線部分。 端部（端接）：端部是指線圈非接觸電樞鐵心的那個部分。端部（端接）：端部是指線圈非接觸電樞鐵心的那個部分。 上、下

13、層邊：從工藝上考慮，一個線圈在嵌線時必須使一個上、下層邊：從工藝上考慮，一個線圈在嵌線時必須使一個有效邊在下層邊，另一個有效邊必須在上層邊。有效邊在下層邊，另一個有效邊必須在上層邊。 槽數(shù)槽數(shù)Z=Z=元件數(shù)元件數(shù)S=S=換向片數(shù)換向片數(shù)K K 極距：相鄰兩個主磁極軸線之間的距離。用槽數(shù)表示極距：相鄰兩個主磁極軸線之間的距離。用槽數(shù)表示 p p為為主磁極極對數(shù)主磁極極對數(shù)pZ2 基本術(shù)語：基本術(shù)語：第一節(jié)矩第一節(jié)矩y y1 1: :元件的兩條有效邊在電樞元件的兩條有效邊在電樞表面上所跨的距離稱為第一節(jié)矩。用表面上所跨的距離稱為第一節(jié)矩。用槽數(shù)來表示。當(dāng)槽數(shù)來表示。當(dāng)y y1 1 = =，為整矩繞

14、組，為整矩繞組，當(dāng)當(dāng)y y1 1 為短矩繞組。因?yàn)槎叹乩@組為短矩繞組。因?yàn)槎叹乩@組有利于換向，尚能節(jié)省部分端部用銅，有利于換向，尚能節(jié)省部分端部用銅，故常被采用。故常被采用。為小于為小于1 1的分?jǐn)?shù)。的分?jǐn)?shù)。 第二節(jié)矩第二節(jié)矩y2:y2:在相串連的兩個元件中，在相串連的兩個元件中，第一個元件的下層邊與第二個元件的第一個元件的下層邊與第二個元件的上層邊在電樞表面上所跨的距離，稱上層邊在電樞表面上所跨的距離，稱為第二節(jié)矩為第二節(jié)矩y y2 2，用槽數(shù)表示。，用槽數(shù)表示。合成節(jié)矩合成節(jié)矩y y：相串連的兩個元件的對：相串連的兩個元件的對應(yīng)邊在電樞表面所跨的距離，稱為合應(yīng)邊在電樞表面所跨的距離，稱為合

15、成節(jié)矩成節(jié)矩y y。用槽數(shù)表示。用槽數(shù)表示。換向器節(jié)矩?fù)Q向器節(jié)矩y yk k: :每個元件的首末兩端所每個元件的首末兩端所連接的兩片換向片在換向器表面上的連接的兩片換向片在換向器表面上的距離，用換向片數(shù)表示。注：換向器距離，用換向片數(shù)表示。注：換向器的節(jié)距總是等于合成節(jié)矩。的節(jié)距總是等于合成節(jié)矩。y=yy=yk k pZy21 21yyy單波繞組單波繞組21yyy單疊繞組單疊繞組2.2.單單疊疊繞組繞組 單疊繞組：相鄰聯(lián)接的兩單疊繞組：相鄰聯(lián)接的兩個元件互相交錯地重疊。個元件互相交錯地重疊。多個相鄰元件依次串聯(lián)，多個相鄰元件依次串聯(lián)，同時每個元件的引線端依同時每個元件的引線端依次焊接到相鄰的換

16、向片上次焊接到相鄰的換向片上最后形成閉合回路。最后形成閉合回路。整個整個繞組成折疊式前進(jìn)繞組成折疊式前進(jìn) y=yky=yk=1=1時繞組向右移動；時繞組向右移動； y=yky=yk=-1=-1時繞組向左移動；時繞組向左移動；（用銅量較多，很少采用）（用銅量較多，很少采用） 換向片數(shù)換向片數(shù)= =元件數(shù)元件數(shù)= =單迭繞單迭繞組的槽數(shù)組的槽數(shù)電樞繞組的特點(diǎn)電樞繞組的特點(diǎn) 第一節(jié)距第一節(jié)距 同一個主磁極下的元件串聯(lián)在一起組成一個支路，有幾個主磁極就有幾條支路; 電樞繞組為雙層繞組，電樞繞組為雙層繞組，S=K=ZS=K=Z 電刷數(shù)等于主磁極數(shù)，電刷位置應(yīng)使支路感應(yīng)電動勢最大，電刷間電動勢等于并聯(lián)支路

17、電動勢;安放電刷的原則：幾何安放電刷的原則：幾何中性線上中性線上 單疊繞組：單疊繞組： y=yky=yk=1,=1,且并聯(lián)支路數(shù)且并聯(lián)支路數(shù)a=Pa=P 單波繞組：單波繞組： y=yky=yk= =（k-1k-1）/p/p為整數(shù)為整數(shù),a=1,a=1pZy21 下下 層層 元元 件件 邊邊上上 層層 元元 件件 邊邊 y1 y y y212345678910111213141615678910111213141615123451閉閉 合合 單疊繞組的聯(lián)結(jié)規(guī)律可用繞組展開圖來表示。繞組展開圖,是想象把電樞沿軸向剖開展成平面，所見到的繞組圖。 繪制展開圖的步驟是: 第一步: 計(jì)算繞組的各節(jié)距。 第

18、二步: 畫槽、畫元件，按順序編號。 第三步: 畫換向片，按順序編號。 第四步: 排列、聯(lián)結(jié)繞組。 第五步: 放置主磁極。 第六步: 安放電刷。 例1-1一臺一臺4 4極極1616槽直流電機(jī)，換向片數(shù)槽直流電機(jī)，換向片數(shù)K=16K=16；元件數(shù)；元件數(shù)S=16S=16；試畫出整距右行單疊繞組展開圖試畫出整距右行單疊繞組展開圖解 計(jì)算繞組的各節(jié)距: 解 計(jì)算繞組的各節(jié)距: 。畫出均勻分布的平行豎線代表電機(jī)各槽，槽數(shù)等于平行線畫出均勻分布的平行豎線代表電機(jī)各槽，槽數(shù)等于平行線數(shù)，每個槽有一條實(shí)線和一條虛線，分別表示上層邊和下數(shù)，每個槽有一條實(shí)線和一條虛線，分別表示上層邊和下層邊。層邊。標(biāo)出元件：畫出

19、第一個元件，跨從標(biāo)出元件：畫出第一個元件，跨從1515。展開圖中可以把。展開圖中可以把一個元件畫成一匝。一個元件畫成一匝。第一個元件的引出線端畫出換向器的兩根橫平行線，并標(biāo)第一個元件的引出線端畫出換向器的兩根橫平行線，并標(biāo)換向片號；換向片編號與上層邊槽號及元件號相同。換向片號；換向片編號與上層邊槽號及元件號相同。依次串聯(lián)依次串聯(lián)1616個元件。個元件。再畫出各磁極再畫出各磁極N N、S S、N N、S S。單疊繞組的展開圖單疊繞組的展開圖畫電刷，電刷組數(shù)畫電刷，電刷組數(shù)= =主主磁極數(shù)磁極數(shù), ,繞組的電刷中繞組的電刷中心線在每個磁極的中心心線在每個磁極的中心線上。即保證電刷必線上。即保證電刷

20、必須與位于幾何中線處的須與位于幾何中線處的導(dǎo)體相接觸。導(dǎo)體相接觸。畫出電樞轉(zhuǎn)向和電刷連畫出電樞轉(zhuǎn)向和電刷連線線此時的等效電路圖，一此時的等效電路圖，一條主磁極對應(yīng)一條支路，條主磁極對應(yīng)一條支路，單疊繞組的支路數(shù)等于單疊繞組的支路數(shù)等于極數(shù)，這里為極數(shù)，這里為4 4極，即極，即有有4 4個支路個支路a=pa=p；電樞繞組的總電；電樞繞組的總電流流Ia=2aIa=2a* *ia(iaia(ia為各支為各支路的電流即元件電流或路的電流即元件電流或元件中每匝導(dǎo)體電流元件中每匝導(dǎo)體電流) )3 3單波繞組單波繞組 單波繞組：相鄰聯(lián)接的兩個元件呈波浪形 單波繞組的連接規(guī)律是從某一換向片開始，把相隔約為一對

21、極距的同極性磁極下對應(yīng)位置的所有元件串聯(lián)起來，直到沿電樞和換向器繞過一周后，恰好回到開始換向片的相鄰換向片上。然后，從該換向片開始，繼續(xù)繞連，一直把全部元件聯(lián)完，最后又回到開始出發(fā)的那個換向片，構(gòu)成一個閉合回路。 右行繞組端接交叉，且比左行繞組端接線略長，故波繞組常用左行繞組。對應(yīng)元件邊處于同極性主的磁極下，所以其合成節(jié)距應(yīng)接近或等于一對極的距離，但不能正好等于二倍極距。（如果相等的話無法繞下去）pkyyk1 畫出畫出4 4極極1515槽單波左行槽單波左行繞組展開圖繞組展開圖 分析：合成節(jié)距分析：合成節(jié)距 y y（k k 1 1）/P/P（15151 1）/2/27 7（槽）（左行）（槽）（左

22、行）第一節(jié)距第一節(jié)距 y yZ/(2P)+Z/(2P)+=15/4-=15/4-3/4=313/4=31（槽）采用短距（槽）采用短距繞組繞組(y1)(y1)第二節(jié)距第二節(jié)距 y2y2y yy1y14 4（槽）；（槽）； 小結(jié)：常用直流電機(jī)繞小結(jié)：常用直流電機(jī)繞組型式的支路數(shù)組型式的支路數(shù)2a2a。 單疊繞組：單疊繞組：2a=2p2a=2p； 單波繞組：單波繞組：2a=22a=2； 雙疊繞組：雙疊繞組：2a=4p2a=4p； 雙波繞組：雙波繞組：2a2a 單波繞組的并聯(lián)支路圖單波繞組的并聯(lián)支路圖:單波繞組的特點(diǎn)單波繞組的特點(diǎn)1 1）同極下各元件串聯(lián)）同極下各元件串聯(lián)起來組成一條支路，支起來組成一

23、條支路，支路對數(shù)為路對數(shù)為1 1，與磁極對，與磁極對數(shù)無關(guān)；數(shù)無關(guān)；2 2）當(dāng)元件的幾何形）當(dāng)元件的幾何形狀對稱時，電刷在狀對稱時，電刷在換向器表面上的位換向器表面上的位置對準(zhǔn)主磁極中心置對準(zhǔn)主磁極中心線，支路電動勢最線，支路電動勢最大大；3 3）電刷數(shù)等于磁極數(shù)；）電刷數(shù)等于磁極數(shù)；4 4）電樞電動勢等于支路感應(yīng)電動勢；）電樞電動勢等于支路感應(yīng)電動勢；5 5）電樞電流等于兩條支路電流之和。）電樞電流等于兩條支路電流之和。(1)直流電機(jī)的空載磁場直流電機(jī)的空載磁場3.3 直流電機(jī)的電樞反應(yīng) 直流電機(jī)工作中，主磁極產(chǎn)生主磁極磁動勢，電樞電流產(chǎn)生直流電機(jī)工作中，主磁極產(chǎn)生主磁極磁動勢，電樞電流產(chǎn)生

24、電樞磁動勢。電樞磁動勢對主極磁動勢的影響稱為電樞磁動勢。電樞磁動勢對主極磁動勢的影響稱為 電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)。 右圖為一臺四極直流電機(jī)空載時的磁場示意圖右圖為一臺四極直流電機(jī)空載時的磁場示意圖。當(dāng)勵磁繞組的串聯(lián)匝數(shù)當(dāng)勵磁繞組的串聯(lián)匝數(shù)為為 ，流過電流，流過電流 ，每，每極的勵磁磁動勢為：極的勵磁磁動勢為：fNfIfffNIF 直流電機(jī)中，直流電機(jī)中，主磁通主磁通是主要的，它能在電樞繞組中感應(yīng)是主要的，它能在電樞繞組中感應(yīng)電動勢或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，而電動勢或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，而漏磁通漏磁通沒有這個作用，它只是增沒有這個作用，它只是增加主磁極磁路的飽和程度。在數(shù)量上，加主磁極磁路的飽和程度。在數(shù)量上，漏磁通

25、漏磁通比比主磁通主磁通小得小得多，大約是主磁通的多，大約是主磁通的20%20%。磁力線由磁力線由N N極出來，經(jīng)氣隙、極出來，經(jīng)氣隙、電樞齒部、電樞鐵心的鐵軛、電樞齒部、電樞鐵心的鐵軛、電樞齒部、氣隙進(jìn)入電樞齒部、氣隙進(jìn)入S S極，再極，再經(jīng)定子鐵軛回到經(jīng)定子鐵軛回到N N極極主磁通主磁通主磁路主磁路磁力線不進(jìn)入電樞鐵心，磁力線不進(jìn)入電樞鐵心，直接經(jīng)過氣隙、相鄰磁極直接經(jīng)過氣隙、相鄰磁極或定子鐵軛形成閉合回路或定子鐵軛形成閉合回路漏磁通漏磁通漏磁路漏磁路 空載時，勵磁磁動勢主要消耗在氣隙上。當(dāng)忽略鐵磁材空載時，勵磁磁動勢主要消耗在氣隙上。當(dāng)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

26、于氣隙的料的磁阻時，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。大小和形狀。幾何中性線幾何中性線極靴極靴極身極身（a）氣隙形狀氣隙形狀 磁極中心及附近的氣磁極中心及附近的氣隙小且均勻，磁通密度較隙小且均勻，磁通密度較大且基本為常數(shù)，靠近極大且基本為常數(shù)，靠近極尖處，氣隙逐漸變大，磁尖處，氣隙逐漸變大，磁通密度減?。粯O尖以外，通密度減小；極尖以外，氣隙明顯增大，磁通密度氣隙明顯增大，磁通密度顯著減少，在磁極之間的顯著減少，在磁極之間的幾何中性線處，氣隙磁通幾何中性線處，氣隙磁通密度為零。密度為零。 空載時的氣隙磁通密度為空載時的氣隙磁通密度為一平頂波，如下圖一平頂波，如下圖(b) (b)

27、 所示。所示。 空載時主磁極磁通的分空載時主磁極磁通的分布情況，如右圖布情況，如右圖(c) (c) 所示。所示。 為了感應(yīng)電動勢或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)為了感應(yīng)電動勢或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，直流電機(jī)氣隙中需要有一定量矩，直流電機(jī)氣隙中需要有一定量的每極磁通的每極磁通 ，空載時，氣隙磁，空載時，氣隙磁通通 與空載磁動勢與空載磁動勢 或空載勵磁或空載勵磁電流電流 的關(guān)系，稱為直流電機(jī)的空的關(guān)系，稱為直流電機(jī)的空載磁化特性。如右圖所示。載磁化特性。如右圖所示。000fF0fI 為了經(jīng)濟(jì)、合理地利用材料，為了經(jīng)濟(jì)、合理地利用材料，一般直流電機(jī)額定運(yùn)行時，額定磁一般直流電機(jī)額定運(yùn)行時，額定磁通通 設(shè)定在圖中設(shè)定在圖中 A

28、A點(diǎn)點(diǎn)，即在磁化特，即在磁化特性曲線開始進(jìn)入飽和區(qū)的位置。性曲線開始進(jìn)入飽和區(qū)的位置。NfNI0fF0fIINfIA0N0(2)直流電機(jī)負(fù)載時的負(fù)載磁場直流電機(jī)負(fù)載時的負(fù)載磁場 直流電機(jī)帶上負(fù)載后，電樞繞直流電機(jī)帶上負(fù)載后，電樞繞組中有電流，電樞電流產(chǎn)生的磁動組中有電流，電樞電流產(chǎn)生的磁動勢稱為勢稱為電樞磁動勢電樞磁動勢。電樞磁動勢的。電樞磁動勢的出現(xiàn)使電機(jī)的磁場發(fā)生變化。出現(xiàn)使電機(jī)的磁場發(fā)生變化。 右圖為一臺電刷放在幾何中性右圖為一臺電刷放在幾何中性線的兩極直流電機(jī)的電樞磁場分布線的兩極直流電機(jī)的電樞磁場分布情況。情況。 假設(shè)勵磁電流為零，只有電樞電假設(shè)勵磁電流為零，只有電樞電流。由圖可見電

29、樞磁動勢產(chǎn)生的氣隙流。由圖可見電樞磁動勢產(chǎn)生的氣隙磁場在空間的分布情況，電樞磁動勢磁場在空間的分布情況，電樞磁動勢為為交軸磁動勢交軸磁動勢。 如果認(rèn)為直流電機(jī)電樞上如果認(rèn)為直流電機(jī)電樞上有無窮多整距元件分布，則有無窮多整距元件分布，則電電樞磁動勢樞磁動勢在氣隙圓周方向空間在氣隙圓周方向空間分布呈分布呈三角波三角波，如圖中，如圖中 所所示。示。axF 由于主磁極下氣隙長度基由于主磁極下氣隙長度基本不變，而兩個主磁極之間，本不變，而兩個主磁極之間，氣隙長度增加得很快，致使電氣隙長度增加得很快，致使電樞磁動勢產(chǎn)生的氣隙磁通密度樞磁動勢產(chǎn)生的氣隙磁通密度為對稱的為對稱的馬鞍型馬鞍型，如圖中，如圖中 所

30、示。所示。axBaxBaxF(3)(3)直流電機(jī)的電樞反應(yīng)直流電機(jī)的電樞反應(yīng) 當(dāng)勵磁繞組中有勵磁電流，電當(dāng)勵磁繞組中有勵磁電流，電機(jī)帶上負(fù)載后，氣隙中的磁場是勵機(jī)帶上負(fù)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磁磁動勢與電樞磁動勢共同作用的結(jié)果。電樞磁場對氣隙磁場的影響結(jié)果。電樞磁場對氣隙磁場的影響稱為稱為電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)與電刷的。電樞反應(yīng)與電刷的位置有關(guān)。位置有關(guān)。A A 當(dāng)電刷在幾何中性線上時當(dāng)電刷在幾何中性線上時，將主，將主磁場分布和電樞磁場分布疊加，可磁場分布和電樞磁場分布疊加，可得到負(fù)載后電機(jī)的磁場分布情況，得到負(fù)載后電機(jī)的磁場分布情況，如圖（如圖（a a）所示。

31、）所示。xB0axBxB主磁場的主磁場的磁通密度磁通密度分布曲線分布曲線電樞磁場磁通電樞磁場磁通密度分布曲線密度分布曲線兩條曲線逐點(diǎn)疊加后兩條曲線逐點(diǎn)疊加后得到負(fù)載時氣隙磁場得到負(fù)載時氣隙磁場的磁通密度分布曲線的磁通密度分布曲線由圖可知，電刷在幾何中性線時的電樞反應(yīng)的特點(diǎn)：由圖可知，電刷在幾何中性線時的電樞反應(yīng)的特點(diǎn)： 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(jī)的物理中性線與幾何中性線重合。負(fù)載后由于空載時電機(jī)的物理中性線與幾何中性線重合。負(fù)載后由于電樞反應(yīng)的影響，每一個磁極下，一半磁場被增強(qiáng)，一半被削電樞反應(yīng)的影響，每一個磁極下，一半磁場被增強(qiáng)，一半被削弱，物理中性線偏離幾

32、何中性線弱，物理中性線偏離幾何中性線 角，磁通密度的曲線與空載角，磁通密度的曲線與空載時不同。時不同。 磁路不飽和時，主磁場被削弱的數(shù)量等于加強(qiáng)的數(shù)量，因此磁路不飽和時，主磁場被削弱的數(shù)量等于加強(qiáng)的數(shù)量，因此每極量的磁通量與空載時相同。電機(jī)正常運(yùn)行于磁化曲線的膝部，每極量的磁通量與空載時相同。電機(jī)正常運(yùn)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(fù)載時每極磁通略為減少。即電刷在幾何中加的磁通少些，因此負(fù)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(yīng)為性線時的電樞反應(yīng)為交軸去磁性質(zhì)交軸

33、去磁性質(zhì)。B B 當(dāng)電刷不在幾何中性線上時當(dāng)電刷不在幾何中性線上時電刷從幾何中性線偏移電刷從幾何中性線偏移 角，電樞磁動勢軸線也隨角，電樞磁動勢軸線也隨之移動之移動 角，如圖角，如圖(a)(b)(a)(b)所示。所示。adFaqF 電樞磁動勢可以分電樞磁動勢可以分解為兩個垂直分量：交解為兩個垂直分量：交軸電樞磁動勢軸電樞磁動勢 和直軸和直軸電樞磁動勢電樞磁動勢 。電刷順轉(zhuǎn)向偏移電刷順轉(zhuǎn)向偏移電刷逆轉(zhuǎn)向偏移電刷逆轉(zhuǎn)向偏移發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)交軸和直軸去磁交軸和直軸去磁交軸和直軸助磁交軸和直軸助磁電動機(jī)電動機(jī)交軸和直軸助磁交軸和直軸助磁交軸和直軸去磁交軸和直軸去磁3.43.4直流電機(jī)的感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩

34、直流電機(jī)的感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩 設(shè)氣隙磁場的分布（如圖37）所示，則每lvbe根導(dǎo)體的感應(yīng)電動勢為blv一、電樞繞組的感應(yīng)電動勢一、電樞繞組的感應(yīng)電動勢式中， 導(dǎo)體所在處的氣隙磁密； 導(dǎo)體的有效長度； 導(dǎo)體相對氣隙磁場的速度。電樞繞組的電動勢應(yīng)為一條支路各串聯(lián)導(dǎo)體的 令 為平均氣隙磁密，則上式改寫為 aZiaZaaxblvlvbE2121)(avBavaaBaZlvE2602npv將 代入上式得出電動勢的代數(shù)和，則電動勢公式電動勢公式 ：nCnapZlBaZpnEeaavaa60)(2602nCEealBav式中，apZCae60 每極的總磁通量； 電動機(jī)常數(shù)； 電動勢公式。電動勢公式。 二二

35、 、直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩、直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 電樞表面任一點(diǎn)處的載流導(dǎo)體上的電磁轉(zhuǎn)距 為 式中， 該點(diǎn)處的氣隙磁密。 一個極下的載流導(dǎo)體上的電磁轉(zhuǎn)矩 應(yīng)為 式中， 氣隙平均磁密。 cT2DlibTabpT22)(221DliBpZxbDliTaavapZiapa)(2121ipzaavxbpZBa整個電樞上的電磁轉(zhuǎn)矩 則 為22DliBZpTTaavapepD2lBavaIiaa2 aTaaaavaeICIaZppaIlBZT22nCTTe 可得直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩公式為 再考慮到 eT 一、電壓方程 ；基本方程 二、轉(zhuǎn)矩方程 。 一、電壓方程一、電壓方程 1 1、他勵直流電機(jī)、他勵直流電機(jī) 發(fā)電機(jī)發(fā)

36、電機(jī)： 則有 ； 電動機(jī)電動機(jī)： 則有 。IIaUEaaasaaRIUURIUE2UEaaaasaaRIEURIEU2 3.53.5直流電機(jī)的基本方程直流電機(jī)的基本方程他勵時，勵磁電流由其他電源單獨(dú)供電，故 。fUfIaRaIU圖3-8 發(fā)電機(jī)aEfUfIaRaIU圖3-9 電動機(jī)aE2 2、并勵直流電機(jī)、并勵直流電機(jī) 其電樞回路的電壓方程與他勵時相同，但激磁UUffaIIIafIIIIIIsa 3 3、串勵直流電機(jī)、串勵直流電機(jī) 其電樞回路的電壓方程與他勵時亦相同，但因勵 另外，電壓方程應(yīng)加入串勵繞組的電阻壓降。電壓為電樞端電壓，即發(fā)電機(jī)：電動機(jī)：磁繞組與電樞繞組相串聯(lián)，有 。二、轉(zhuǎn)矩方程二

37、、轉(zhuǎn)矩方程eTeTTT011T0T 為電磁轉(zhuǎn)矩。1 1、發(fā)電機(jī)情況下、發(fā)電機(jī)情況下 電機(jī)本身的機(jī)械阻力轉(zhuǎn)矩； 原動機(jī)的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩；電磁轉(zhuǎn)矩為制動轉(zhuǎn)矩，有 電動機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。2T式中，20TTTe 2 2、電動機(jī)情況下、電動機(jī)情況下電磁轉(zhuǎn)矩為驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，有三、電磁功率三、電磁功率 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)： 機(jī)械能 轉(zhuǎn)化為電能 ； 電動機(jī)電動機(jī)： 電能 轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 。 ePaaeIEP 602 neaaaaTIapZIE2eTaaIEaaIEeT電磁功率用 表示，則將 代入上式，得四、直流電機(jī)的可逆性四、直流電機(jī)的可逆性UEa 電機(jī)的可逆性：電機(jī)的可逆性：從原理上講，任何電機(jī)既可作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行；電動機(jī)運(yùn)行

38、。UEa發(fā)電機(jī)、亦可作為電動機(jī)運(yùn)行。3.63.6直流電動機(jī)的運(yùn)行特性直流電動機(jī)的運(yùn)行特性 fNfNIIUU,)(,2PfTne 直流電動機(jī)的運(yùn)行特性主要有兩條，一條是工作一、并勵電動機(jī)的運(yùn)行特性 1 1、工作特性工作特性指 時， 。特性，另一條是轉(zhuǎn)矩特性（或稱為機(jī)械特性）。)(2Pfn aeaeeaICRCUCEnn%1000NNnnnn（1 1）、）、轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)速特性 據(jù)轉(zhuǎn)速公式 得出轉(zhuǎn)速特性曲線轉(zhuǎn)速調(diào)整率 ： 注意：并勵電動機(jī)在運(yùn)行中，勵磁繞組絕對不能斷開。注意：并勵電動機(jī)在運(yùn)行中，勵磁繞組絕對不能斷開。0T圖3-10 并勵電動機(jī)的工作特性2PneT（2 2）、）、轉(zhuǎn)矩特性轉(zhuǎn)矩特性 轉(zhuǎn)矩方

39、程)(2PfTe2020PTTTTe)(2Pf（3 3）、）、效率特性效率特性并勵電動機(jī)的效率特性和其他電機(jī)相類似。得出轉(zhuǎn)矩特性曲線。NUU fR)(eTfneeTaeTCCRCUn22 2、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)速特性 指 ，勵磁回路電阻 常值時， 。轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系表達(dá)式為得特性曲線（如圖311）結(jié)論：硬特性結(jié)論：硬特性)(eTfn圖3-11 并勵電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性O(shè)neT二二 、串勵電動機(jī)的運(yùn)行特性、串勵電動機(jī)的運(yùn)行特性 1 1、工作特性、工作特性IIIsaNUU )(,2PfTne)(,aeIfTnsesaasessesaaesaaKCRRIKCUIKCRRIUCRRIUn1)()(特

40、點(diǎn)： 是指 時， 或 （圖形312）轉(zhuǎn)速公式 上式表明 曲線大致為一雙曲線。sR)(aIfn 式中 為串勵繞組的電阻。輕載時， 、 常值 ssIKsK22aTssTeICIKCT2aeIT 負(fù)載增加，磁路飽和， 常值 aTeICTaeIT 注意：串勵電動機(jī)不允許空載運(yùn)行。注意：串勵電動機(jī)不允許空載運(yùn)行。OaIneT圖3-12 串勵電動機(jī)的工作特性%10041NNnnnn （與并勵電動機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)整率定義相對比）。 2 2、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)速特性 是指 時 。 NUU)(eTfn由電壓方程可知 IRRnKCRRInCRRIEUsasesaesaaa)()()(其轉(zhuǎn)速調(diào)整率定義為：nOeT圖3-

41、13 串勵電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性式中 。 ssIK于是電磁轉(zhuǎn)矩為 22)(sasesTsTaTRRnKCUKCIKCICT可得 )(1saesTseRRUTKCKCn（如圖3-13）結(jié)論：隨著轉(zhuǎn)矩的增加，串勵電動機(jī)的轉(zhuǎn)速迅速結(jié)論：隨著轉(zhuǎn)矩的增加，串勵電動機(jī)的轉(zhuǎn)速迅速下降，是軟特性。下降，是軟特性。 三、復(fù)勵電動機(jī)的特點(diǎn)三、復(fù)勵電動機(jī)的特點(diǎn) 復(fù)勵電動機(jī)通常接為積復(fù)勵，其特性介于并勵和 復(fù)勵電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性（如圖3-14）。串勵電動機(jī)之間。aEaIUI+-圖3-5c 串勵式aEaIUI+-fI圖3-5 復(fù)勵式圖3-6 空載時直流電機(jī)的氣隙磁場nOeT圖3-14 復(fù)勵電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性復(fù)勵串

42、勵并勵 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜結(jié)構(gòu)較復(fù)雜直流電機(jī)直流電機(jī) 成本較高成本較高 使它的應(yīng)用受到使它的應(yīng)用受到 限制限制 可靠性較差可靠性較差 1.1.直流電動機(jī)以其良好的直流電動機(jī)以其良好的起動性起動性和和調(diào)速性能調(diào)速性能著稱著稱。2.2.直流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī)供電質(zhì)量供電質(zhì)量較好，常常作為勵磁電源。較好，常常作為勵磁電源。 電動勢平衡方程式電動勢平衡方程式： 轉(zhuǎn)矩平衡方程式：轉(zhuǎn)矩平衡方程式： 直流電機(jī)穩(wěn)態(tài)時T=T2+T0=TZ 穩(wěn)定運(yùn)行時電樞電流為， 理想空載時TZ=0，即Ia=0)(RRIEUaaa)(rrIUff； eaaCRRIUn)(MCTIa功率平衡方程式輸入的電功率為輸入的電功率為：電磁功率電磁功

43、率PMPM為：為： 電機(jī)的空載損耗：電機(jī)的空載損耗：cufcuaemfaffaPPPUIRRaIEaIaUIIaRRaIaEaIIUUIP)()()(21020202)(PPTTTTTIEPaaemppppFe0pPpppppPpppPcufcuaFecuacufem221pPpPP2121 電力拖動系統(tǒng)運(yùn)動方程式描述了系統(tǒng)的電力拖動系統(tǒng)運(yùn)動方程式描述了系統(tǒng)的運(yùn)動狀態(tài)，系統(tǒng)的運(yùn)動狀態(tài)取決于作用在原運(yùn)動狀態(tài)，系統(tǒng)的運(yùn)動狀態(tài)取決于作用在原動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的各種轉(zhuǎn)矩。動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的各種轉(zhuǎn)矩。（1）拖動運(yùn)動方程式MemTnLTU 根據(jù)如圖給出的系統(tǒng)（忽略空載轉(zhuǎn)矩），根據(jù)如圖給出的系統(tǒng)（忽略空載轉(zhuǎn)矩），可寫出拖

44、動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式：可寫出拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式：emLdTTJdt其中其中 為系統(tǒng)的慣性轉(zhuǎn)矩。為系統(tǒng)的慣性轉(zhuǎn)矩。dtdJ3.7 直流電動機(jī)的拖動概念運(yùn)動方程的實(shí)用形式：運(yùn)動方程的實(shí)用形式：2375emLGDdnTTdt系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的三種狀態(tài)三種狀態(tài)1)1)當(dāng)當(dāng) 或或 時時, ,系統(tǒng)處于系統(tǒng)處于靜止靜止或或恒轉(zhuǎn)速恒轉(zhuǎn)速運(yùn)行狀態(tài)，即處運(yùn)行狀態(tài)，即處于穩(wěn)態(tài)。于穩(wěn)態(tài)。LemTT0dtdn2)2)當(dāng)當(dāng) 或或 時時, ,系統(tǒng)處于系統(tǒng)處于加速加速運(yùn)行狀態(tài)，即處于動態(tài)。運(yùn)行狀態(tài)，即處于動態(tài)。LemTT0dtdn3)3)當(dāng)當(dāng) 或或 時時, ,系統(tǒng)處于系統(tǒng)處于減速減速運(yùn)行狀態(tài)，即處于動態(tài)。運(yùn)行狀態(tài)，

45、即處于動態(tài)。LemTT0dtdn常把常把 或或 稱為動負(fù)載轉(zhuǎn)矩稱為動負(fù)載轉(zhuǎn)矩,把把 稱為靜負(fù)載轉(zhuǎn)矩稱為靜負(fù)載轉(zhuǎn)矩.dtdnGD2375)T(TLemLT（2 2）生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性）生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性 一恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性特點(diǎn)：負(fù)載轉(zhuǎn)矩恒定不變，與負(fù)載轉(zhuǎn)速無關(guān)。反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特點(diǎn)：負(fù)載轉(zhuǎn)矩的方向總是與運(yùn)動方向相反，轉(zhuǎn)矩的性質(zhì)是反抗運(yùn)動的制動性轉(zhuǎn)矩。如機(jī)床刀架的平移運(yùn)動、軋鋼機(jī)、地鐵列車等磨擦類型的負(fù)載。位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 特點(diǎn)：負(fù)載轉(zhuǎn)矩的方向固定不變，并與轉(zhuǎn)速的方向無關(guān)。如電梯、起重機(jī)、提升機(jī)等。 二、恒功率負(fù)載特性特點(diǎn)：負(fù)載功率保持不變，所以有 即轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比。這類負(fù)載如機(jī)床的切削加

46、工，粗加工時切削量大，用低轉(zhuǎn)速；精加工時切削量小，用高轉(zhuǎn)速，在整個過程中功率不變。 三、通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性特點(diǎn)：此類負(fù)載負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，即 如通風(fēng)機(jī)、水泵、油泵等。knTTPZZZ602nknkTZ112602knTZT TL Ln 電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行條件 電力拖動系統(tǒng)的平衡狀態(tài) 當(dāng)電動機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩n=f(TZ)和與機(jī)械特性n=f(T)相交。即T=TZ時，dn/dt=0,轉(zhuǎn)速不變（靜止或勻速），Ia=T/CM維持不變，此時為拖動系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。 電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡狀態(tài) 穩(wěn)定平衡狀態(tài)：原系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，由于某種原因，偏離了平衡狀態(tài)，但能夠在新的條件下自動達(dá)到新的平衡或者外界擾

47、動消失后，能夠恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)，稱為系統(tǒng)穩(wěn)定平衡狀態(tài)，否則不穩(wěn)定。 電壓突然變化時，轉(zhuǎn)速不變，然后用T和TZ的大小來判定轉(zhuǎn)速的升高和降低。 來判斷是否能回到 原來的平衡狀態(tài)。(1)(1)必要條件必要條件: :電動機(jī)的機(jī)械特性與負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性必須電動機(jī)的機(jī)械特性與負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性必須有交點(diǎn)有交點(diǎn), ,即存在即存在nAemTLTAn0AnAn nBemTLTBn0BnBn (2)充分條件充分條件:在交點(diǎn)處在交點(diǎn)處,滿足滿足: 。或者說或者說,在交點(diǎn)的轉(zhuǎn)速以上存在在交點(diǎn)的轉(zhuǎn)速以上存在 ,在交點(diǎn)的轉(zhuǎn)速以下存在交點(diǎn)的轉(zhuǎn)速以下存在在dndTdndTLemLemTTLemTT3.8直流電動機(jī)的起動直流電動

48、機(jī)的起動 、調(diào)速、制動調(diào)速、制動 一、他勵直流電動機(jī)的起動定義：電動機(jī)接到規(guī)定電源后，轉(zhuǎn)速從零上升到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的過程稱為起動過程。這里分析穩(wěn)態(tài)起動即 n=0，Ea=0 之瞬間，起動電流將很大。起動問題是評價電動機(jī)性能的重要方面之一。這是一個動態(tài)過程。這里只介紹穩(wěn)態(tài)情況，即在電動機(jī)接入電源瞬間，轉(zhuǎn)子待轉(zhuǎn)而未轉(zhuǎn)動這一瞬間的狀態(tài)。系統(tǒng)要求起動電流要小，起動轉(zhuǎn)矩要大的原因是要保證電源供電質(zhì)量和起動時間要短。直流電動機(jī)起動的原則（1）起動電流要小，使 。同時要求滿磁起動If=IfN。（2）起動轉(zhuǎn)矩要大，使 。（3）起動設(shè)備簡單可靠經(jīng)濟(jì)。NsII)0 . 25 . 1 (NsTT)2 . 11 . 1 (

49、電動機(jī)的電動機(jī)的起動起動是指電動機(jī)接通電源后，由靜止?fàn)顟B(tài)加速到穩(wěn)是指電動機(jī)接通電源后，由靜止?fàn)顟B(tài)加速到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的過程。定運(yùn)行狀態(tài)的過程。stTstNstaTC IUIR起動瞬間，起動轉(zhuǎn)矩和起動電流分別為起動瞬間，起動轉(zhuǎn)矩和起動電流分別為 為了限制起動電流，他勵直流電動機(jī)通常采用為了限制起動電流，他勵直流電動機(jī)通常采用電樞回路串電樞回路串電阻電阻或或降低電樞電壓降低電樞電壓起動。起動。 起動時由于轉(zhuǎn)速為零，電樞電動勢為零，而且電樞電阻很起動時由于轉(zhuǎn)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(dá)很大值。小，所以起動電流將達(dá)很大值。 過大的起動電流將引起電網(wǎng)電壓下降、影響電網(wǎng)上其它用

50、戶過大的起動電流將引起電網(wǎng)電壓下降、影響電網(wǎng)上其它用戶的正常用電、使電動機(jī)的換向惡化；同時過大的沖擊轉(zhuǎn)矩會損的正常用電、使電動機(jī)的換向惡化；同時過大的沖擊轉(zhuǎn)矩會損壞電樞繞組和傳動機(jī)構(gòu)。一般直流電動機(jī)不允許直接起動。壞電樞繞組和傳動機(jī)構(gòu)。一般直流電動機(jī)不允許直接起動。降壓起動降壓起動 當(dāng)直流電源電壓可調(diào)時，可采用降壓方法起動當(dāng)直流電源電壓可調(diào)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(jī)，起動電流隨電源起動時，以較低的電源電壓起動電動機(jī)，起動電流隨電源電壓的降低而正比減小。隨著電動機(jī)轉(zhuǎn)速的上升，反電動勢逐電壓的降低而正比減小。隨著電動機(jī)轉(zhuǎn)速的上升，反電動勢逐漸增大，再逐漸提高電源電

51、壓，使起動電流和起動轉(zhuǎn)矩保持在漸增大，再逐漸提高電源電壓，使起動電流和起動轉(zhuǎn)矩保持在一定的數(shù)值上，保證按需要的加速度升速。一定的數(shù)值上，保證按需要的加速度升速。 降壓起動需專用電源，設(shè)備投資較大，但它起動平穩(wěn)，起降壓起動需專用電源，設(shè)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(yīng)用。動過程能量損耗小，因此得到廣泛應(yīng)用。起動過程電樞回路串電阻起動電樞回路串電阻起動以三級電阻起動時電動機(jī)為例以三級電阻起動時電動機(jī)為例331RRRRRst2ststaLLIT2IT21IT1ITem0nabn1122aststRRRR1ncd211astRRRITemef3aRNngh3nMaRS1SU

52、1stR2stR3stR2S3S二、他勵直流電動機(jī)的制動二、他勵直流電動機(jī)的制動 制動：在生產(chǎn)過程中，經(jīng)常需要采取一些措施使電動機(jī)盡快停轉(zhuǎn)，或者從某高速降到某低速值運(yùn)轉(zhuǎn)（制動過程），或者限制位能性負(fù)載在某一轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)（穩(wěn)定運(yùn)行），這就是電動機(jī)的制動問題。 實(shí)現(xiàn)制動有兩種方法，機(jī)械制動和電磁制動。 機(jī)械制動就是給一個人為地機(jī)械阻力；例如，自行車下坡時使用手動拉閘；或機(jī)械抱閘，其時間短，但閘皮磨損嚴(yán)重。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單。 電磁制動是使電機(jī)本身在制動時使電機(jī)產(chǎn)生與其旋轉(zhuǎn)方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，其特點(diǎn)是：制動轉(zhuǎn)矩大，操作控制方便，直流電機(jī)的電磁制動類型有能耗制動、反能耗制動、反接制動和回饋制動接制動和回

53、饋制動。電磁制動，操作控制方便，制動轉(zhuǎn)矩大能耗制動能耗制動能耗制動的原理和方法方法：保持If不變，電樞端電壓與電源開關(guān)斷開，接到制動電阻上。即=N ，U=0，電樞回路總電阻R=Ra+Rz。 0=E+Ia(Ra+Rz)，接電阻瞬間，轉(zhuǎn)速不變，于是得Ia=-Cen/( Ra+Rz) 。電流變?yōu)樨?fù)，電磁轉(zhuǎn)矩也變?yōu)樨?fù)，說明電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速反向， 為制動性轉(zhuǎn)矩。實(shí)質(zhì)是把軸上 輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，全 部消耗在電阻上，所以稱為能 耗制動。反接制動反接制動電壓反接制動時接線如圖所示。電壓反接制動時接線如圖所示。 電壓反接制動 U電動電動MaEaInemTfIS制動制動BRaBIemBT 開關(guān)開關(guān)S S投向投

54、向“電動電動”側(cè)時，電樞接正極側(cè)時，電樞接正極電壓，電機(jī)處于電動狀態(tài)。進(jìn)行制動時，開電壓，電機(jī)處于電動狀態(tài)。進(jìn)行制動時，開關(guān)投向關(guān)投向“制動制動”側(cè)，電樞回路串入制動電阻側(cè)，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(nèi)后，接上極性相反的電源電壓，電樞回路內(nèi)產(chǎn)生反向電流：產(chǎn)生反向電流：BRaaaBaBaBUEUEIRRRR 反向的電樞電流產(chǎn)生反向的電磁轉(zhuǎn)矩，從反向的電樞電流產(chǎn)生反向的電磁轉(zhuǎn)矩，從而產(chǎn)生很強(qiáng)的制動作用而產(chǎn)生很強(qiáng)的制動作用電壓反接制動電壓反接制動。二、電動勢反向的反接制動只適用于只適用于位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載BaRR CBn0naRA0LTemTBTDKT電

55、樞回路串入較大電電樞回路串入較大電阻阻 后特性曲線后特性曲線BR正向電動狀態(tài)提正向電動狀態(tài)提升重物升重物(A(A點(diǎn)點(diǎn)) )負(fù)載作用下負(fù)載作用下電機(jī)反向旋電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)( (下放重物下放重物) )電機(jī)以穩(wěn)電機(jī)以穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速定的轉(zhuǎn)速下放重物下放重物D D點(diǎn)點(diǎn)在電樞回路中串聯(lián)一個較大的電阻在電樞回路中串聯(lián)一個較大的電阻,即可實(shí)即可實(shí)現(xiàn)制動現(xiàn)制動.工作點(diǎn)由工作點(diǎn)由A-B-A-B-C-DC-D,CD,CD段為制段為制動段動段回饋制動回饋制動 回饋制動時的機(jī)械特性方回饋制動時的機(jī)械特性方程與電動狀態(tài)時相同。程與電動狀態(tài)時相同。 電動狀態(tài)下運(yùn)行的電動機(jī)，在某種條件下會出現(xiàn)電動狀態(tài)下運(yùn)行的電動機(jī)，在某種條件下會

56、出現(xiàn) 情況，情況，此時此時 ， 反向，反向， 反向，由驅(qū)動變?yōu)橹苿?。從能量方向看，反向，由?qū)動變?yōu)橹苿印哪芰糠较蚩?，電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)回饋制動狀態(tài)?；仞佒苿訝顟B(tài)。0nn UEaaIemT穩(wěn)定運(yùn)行有穩(wěn)定運(yùn)行有兩種情況兩種情況: :Bn0nA0LTemTLT 0n當(dāng)電車下當(dāng)電車下坡時，運(yùn)坡時，運(yùn)行轉(zhuǎn)速可行轉(zhuǎn)速可能超過理能超過理想空載轉(zhuǎn)想空載轉(zhuǎn)速速, ,進(jìn)入第進(jìn)入第二象限二象限電壓反電壓反接制動接制動帶位能帶位能性負(fù)載性負(fù)載進(jìn)入第進(jìn)入第四象限四象限直流他勵電動機(jī)各種運(yùn)行狀態(tài)下的機(jī)械特性正常接線正常接線可有三種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)可有三種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)正正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)狀狀態(tài)態(tài)三、直流電動機(jī)的調(diào)速 電力拖

57、動系統(tǒng)的調(diào)速可以采用機(jī)械調(diào)速、電氣調(diào)速或二者配電力拖動系統(tǒng)的調(diào)速可以采用機(jī)械調(diào)速、電氣調(diào)速或二者配合調(diào)速。通過改變傳動機(jī)構(gòu)速比進(jìn)行調(diào)速的方法稱為合調(diào)速。通過改變傳動機(jī)構(gòu)速比進(jìn)行調(diào)速的方法稱為機(jī)械調(diào)速機(jī)械調(diào)速；通過改變電動機(jī)參數(shù)進(jìn)行調(diào)速的方法稱為通過改變電動機(jī)參數(shù)進(jìn)行調(diào)速的方法稱為電氣調(diào)速電氣調(diào)速。他勵直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為他勵直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為aaseUI (RR )nC 電氣調(diào)速方法電氣調(diào)速方法: :1.1.調(diào)壓調(diào)速調(diào)壓調(diào)速; ;2.2.電樞串電阻調(diào)速電樞串電阻調(diào)速; ;3.3.調(diào)磁調(diào)速調(diào)磁調(diào)速。 改變電動機(jī)的參數(shù)就是人為地改變電動機(jī)的機(jī)械特性，使改變電動機(jī)的參數(shù)就是人為地改變電動機(jī)的機(jī)械特性，使工作點(diǎn)發(fā)生變化，轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。調(diào)速前后，電動機(jī)工作在不工作點(diǎn)發(fā)生變化，轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。調(diào)速前后，電動機(jī)工作在不同的機(jī)械特性上。同的機(jī)械特性上。調(diào)速方法調(diào)速方法（1 1）電樞回路串電阻調(diào)速）電樞回路串電阻調(diào)速未串電阻時未串電阻時的工作點(diǎn)的工作點(diǎn)串電阻后串電阻后, ,工作點(diǎn)由工作點(diǎn)由AABAAB