機電傳動 電動機(共31頁)

1、直流電機的工作原理(yunl)及特性電動機(dngj)有直流電動機和交流電動機兩大類。交流電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易(rngy)、維護(hù)方便、運行可靠等優(yōu)點。直流電動機雖然沒有交流電動機具備的這些特點，但直流電動機具有交流電動機所不能比擬的良好的啟動性能和調(diào)速性能。目前，雖然交流電動機的調(diào)速問題已經(jīng)解決，但在速度調(diào)節(jié)要求較高、正反轉(zhuǎn)和啟停頻繁或多單元同步協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機械上，仍采用直流電動機拖動。直流電機分直流電動機和直流發(fā)電機兩種。直流電動機將電能轉(zhuǎn)換成機械能。直流發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)換成電能，主要用于直流電源。如供給直流電動機、同步電動機的勵磁以及化工、冶金、采礦、交通運輸?shù)炔块T的直流電源。

2、31 直流電機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理一、直流電機的基本結(jié)構(gòu)直流電機的結(jié)構(gòu)圖如圖3.1所示：圖3.1 直流電機結(jié)構(gòu)圖從工作原理的角度來看，直流電機可分為主磁極、電樞、換向器和電刷四大(s d)部分。定子(dngz)部分主要由定子鐵心和繞在上面的勵磁繞組兩部分組成。轉(zhuǎn)子部分主要(zhyo)由電樞鐵心和電樞繞組兩部分組成。換向器由很多彼此絕緣的剛片組合而成，這些剛片稱為換向片。每個換向片都與電樞繞組連接。電刷裝置包括電刷與電刷座，它們固定在機座上，換向器與電刷保持滑動接觸，以便將電樞和外電路接通。二、基本的工作原理任何電機的工作原理都是建立在電磁力和電磁感應(yīng)這個基礎(chǔ)上的。直流電機也是如此。為了討論直流

3、電機的工作原理，可把復(fù)雜的直流電機結(jié)構(gòu)簡化為具有一對主磁極，一個電樞繞組線圈，線圈兩端分別聯(lián)在兩個換向片上，換向片上壓著電刷A和B的工作原理圖，如圖所示：圖3.2 直流電機原理圖 1發(fā)電機原理(yunl)：將機械能轉(zhuǎn)換為電能。直流發(fā)電機工作原理圖如圖3.3所示：圖3.3 直流發(fā)電機工作(gngzu)原理圖 電樞由原動機驅(qū)動而在磁場(cchng)中旋轉(zhuǎn)，在電樞線圈的兩根有效邊ab和cd（切割磁力線的導(dǎo)體部分）中便感應(yīng)出電動勢e。顯然，每一有效邊中的電動勢是交變的，即在N極下是一個方向，當(dāng)它轉(zhuǎn)到S極下時是另一個方向。但是，由于電刷A總是同與N極下的有效邊相聯(lián)的換向片接觸，而電刷B總是同與S極下的有

4、效邊相聯(lián)的換向片接觸，因此，在電刷A、B間就出現(xiàn)一個極性不變的電動勢或電壓，當(dāng)電刷之間接有負(fù)載時，在電動勢的作用下就在電路中產(chǎn)生一定方向的電流。2電動機原理(yunl)：將電能轉(zhuǎn)換為機械能。直流電動機工作原理圖如圖3.4所示：圖3.4 直流電動機(dngj)工作原理圖直流電源接在電刷A、B之間而使電流通入電樞線圈。電流方向應(yīng)該是這樣的：N極下的有效邊中的電流總是一個方向，而S極下的有效邊中的電流總是另一個方向，這樣才能使兩個邊上受到電磁力的方向一致(yzh)，電樞因而轉(zhuǎn)動。因此，當(dāng)線圈的有效邊從N（S）極下轉(zhuǎn)到S（N）極下時，其中電流的方向必須同時改變，使電磁力的方向不變，即電磁轉(zhuǎn)矩的方向不變

5、而使轉(zhuǎn)子以n的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。三、感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩感應(yīng)電動勢根據(jù)電磁學(xué)原理，兩電刷A、B間的感應(yīng)電動勢為 式中，感應(yīng)電動勢（V）； 一對磁極的磁通（Wb）； 電樞轉(zhuǎn)速（r/min）； 電勢常數(shù)，與電機結(jié)構(gòu)有關(guān)。在直流發(fā)電機中，感應(yīng)電動勢的方向總是與電流的方向相同，所以發(fā)電機中的感應(yīng)電動勢常稱為電源電動勢。在直流電動機中，電動勢的方向總是(zn sh)與電流的方向相反。所以，直流電動機中的感應(yīng)電動勢常稱為反電動勢。2電磁(dinc)轉(zhuǎn)矩直流電機電樞繞組中的電流和磁通相互作用，產(chǎn)生電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩，其大小可用如下(rxi)公式表示： 式中：電磁轉(zhuǎn)矩（Nm）； 對磁極的磁通（Wb）； 電樞電流（A）；

6、 電磁常數(shù)，與電機結(jié)構(gòu)有關(guān)，。直流發(fā)電機和直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩的作用是不同的。發(fā)電機的電磁轉(zhuǎn)矩是阻轉(zhuǎn)矩，它與電樞轉(zhuǎn)動的方向或原動機的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的方向相反。因此，在等速轉(zhuǎn)動時，原動機的轉(zhuǎn)矩必須與發(fā)電機的電磁轉(zhuǎn)矩及空載損耗轉(zhuǎn)矩相平衡。當(dāng)發(fā)電機的負(fù)載（電樞電流）增加時，電磁轉(zhuǎn)矩和所供給的機械功率亦必須相應(yīng)增加，以保持轉(zhuǎn)矩之間及功率之間的平衡，而轉(zhuǎn)速基本上不變。電動機的電磁轉(zhuǎn)矩是驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，它使電樞轉(zhuǎn)動。因此，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩必須與機械負(fù)載轉(zhuǎn)矩及空載損耗轉(zhuǎn)矩相平衡。當(dāng)軸上的機械負(fù)載發(fā)生變化時，則電動機的轉(zhuǎn)速、電動勢、電流、及電磁轉(zhuǎn)矩將自動進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)負(fù)載的變化，保持新的平衡。從以上分析可知，直流電機作

7、發(fā)電機運行和作電動機運行時，雖然都產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩，但二者的作用正好相反，見表3.1。表3.1 電機在不同運行方式下，和的作用電機運行方式與的方向的作用的性質(zhì)轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系發(fā)電機相同電源電動勢阻轉(zhuǎn)矩電動機相反反電動勢驅(qū)動轉(zhuǎn)矩四、直流電動機(dngj)的分類直流電動機按定子(dngz)勵磁繞組的勵磁方式不同可分為四類：他勵電動機、并勵電動機、串勵電動機和復(fù)勵電動機。它們的結(jié)構(gòu)和特點如表3-2所示：表3-2 直流電動機按勵磁方式不同(b tn)的分類類別特 點結(jié) 構(gòu) 原 理 圖他勵電動機勵磁繞組由外加電源單獨供電，勵磁電流的大小與電樞兩端電壓或電樞電流的大小無關(guān)。并勵電動機勵磁繞組與電樞繞

8、組并聯(lián)連接，由外部電源一起供電，勵磁電流的大小與電樞兩端電壓或電樞電流的大小有關(guān)。串勵電動機勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)連接，由外部電源一起供電，勵磁電流的大小與電樞兩端電壓或電樞電流的大小有關(guān)。復(fù)勵電動機勵磁繞組分為兩部分，一部分與電樞繞組并聯(lián)連接，另一部分與電樞繞組并聯(lián)連接，勵磁電流的大小與電樞兩端電壓或電樞電流的大小有關(guān)。32 直流他勵電動機的機械(jxi)特性機械特性的一般(ybn)形式電動機的機械(jxi)特性指的是電動機軸上的轉(zhuǎn)速與輸出電磁轉(zhuǎn)矩之間的函數(shù)關(guān)系。不同勵磁方式的電動機，其運行特性也不盡相同，下面主要介紹在調(diào)速系統(tǒng)中應(yīng)用的較廣泛的他勵電動機的機械特性。如圖3.5所示為直流他勵電

9、動機的原理電路圖。圖3.5 他勵電動機的原理電路圖中：左邊電路部分為電樞回路，右邊部為勵磁回路。電樞回路的電壓平衡方程式為： 式中: 外加電樞電壓（V）； 感應(yīng)電動勢（V）； 電樞電流（A）； 電樞回路內(nèi)阻（）和 即： 轉(zhuǎn)速特性 機械特性由他勵電動機的特性可知(k zh)：勵磁電流的大小(dxio)與電樞電流的大小(dxio)無關(guān)，它的大小只取決于和的大小，當(dāng)和一定時，為定值，即磁通為定值，對應(yīng)的機械特性如圖3.6所示：圖3.6 他勵直流電動機的機械特性圖理想空載轉(zhuǎn)速：當(dāng)時的轉(zhuǎn)速稱為理想空載轉(zhuǎn)速，用表示。根據(jù)機械特性可知： 實際上，電動機總存在空載制動轉(zhuǎn)矩，靠電動機本身的作用是不可能使其轉(zhuǎn)速上

10、升到的，“理想”的含義就在這里。轉(zhuǎn)速降落 機械特性硬度為了衡量機械特性的平直程度，引進(jìn)一個機械特性硬度的概念，記作，其定義為： 即轉(zhuǎn)矩變化與所引起的轉(zhuǎn)速變化的比值，稱為機械特性的硬度，根據(jù)值的不同，可將電動機機械特性分為三類。類 別值舉 例絕對硬特性如交流同步電動機的機械特性。硬特性如直流他勵電動機的機械特性，交流異步電動機機械特性的上半部。軟特性如直流串勵電動機和直流復(fù)勵電動機的機械特性在生產(chǎn)實際中，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)機械和工藝過程的具體要求來決定選用何種機械特性(txng)的電動機。例如，一般金屬切削機床、連續(xù)式冷軋機、造紙機等需選用硬特性的電動機；而對起重機、電車等則需選用軟特性的電動機。二、固

11、有(gyu)機械特性直流他勵電動機的固有(gyu)機械特性指的是在額定條件（額定電壓和額定磁通）下和電樞電路內(nèi)不外接任何電阻時的。即: 是一條直線。直流他勵電動機固有機械特性曲線可根據(jù)電動機的銘牌數(shù)據(jù)求出和（來確定。直流電動機銘牌上通常給出額定功率、額定電壓、額定電流和額定轉(zhuǎn)速等參數(shù)。固有機械特性的計算步驟如下。 估算電樞電阻 依據(jù)：電動機在額定負(fù)載下的銅耗約占總損耗的50%75%。 式中： 是額定運行條件下電動機的效率，又因，故得 (2)求額定( dng)運行條件下的反電勢為： 故 (3)求理想(lxing)空載轉(zhuǎn)速: 得(4) 求額定( dng)轉(zhuǎn)矩: 得 根據(jù)，兩點，就可作出他勵直流電動

12、機的近似機械特性曲線。前面討論的是直流他勵電動機正轉(zhuǎn)時的機械特性，她在直角坐標(biāo)平面上的第一象限內(nèi)。實際上電動機既可正轉(zhuǎn)，也可反轉(zhuǎn)。不難分析，電動機反轉(zhuǎn)時的機械特性應(yīng)在直角坐標(biāo)平面上的第三象限內(nèi)。他勵直流電動機正反轉(zhuǎn)時的固有機械特性如圖3.7所示：圖3.7 直流他勵電動機正反轉(zhuǎn)時的固有機械(jxi)特性三、人為機械(jxi)特性人為機械特性(txng)是指人為地改變電動機電樞外加電壓和勵磁磁通的大小以及電樞回路串接附加電阻所得到的機械特性。1. 電樞回路中串接附加電阻時的人為特性 電樞回路串接電阻后的原理電路圖如圖3.8（a）所示。（a）電路圖 （b）機械特性圖3.8 電樞回路串接附加電阻的他勵

13、電動機當(dāng)電樞回路中串接附加電阻后，電樞回路的電壓平衡方程式為： 得到的人為機械(jxi)特性方程式為： 把固有(gyu)特性與人為(rnwi)特性比較可以看出：（1）二者的理想空載轉(zhuǎn)速是相同的；（2）轉(zhuǎn)速降卻變大了，即特性變軟。越大，特性越軟。在不同的值時，可得一簇由同一點出發(fā)的人為特性曲線，如圖3.8（b）所示。2. 改變電樞電壓時的人為特性當(dāng)改變電樞電壓時，由可見，此時，理想空載轉(zhuǎn)速要隨電壓的變化而變，但轉(zhuǎn)速降不變，所以，在不同的電樞電壓時，可得一簇平行于固有特性曲線的人為特性曲線，如圖3.9所示。圖3.9 改變電樞電壓的人為特性由于電動機電樞繞組絕緣耐壓強度的限制，電樞電壓只允許在其額定

14、值以下調(diào)節(jié)，所以，不同值的人為特性曲線均在固有特性曲線之下。3改變磁通時的人為特性（）當(dāng)改變(gibin)磁通時，由可見，此時，理想(lxing)空載轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速(zhun s)降都要隨磁通的改變而變化，由于勵磁線圈發(fā)熱和電動機磁飽和的限制，電動機的勵磁電流和它對應(yīng)的磁通只能在低于其額定值的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，所以，隨著磁通的降低，理想空載轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速降都要增大，又因為在時，由電壓平衡方程式 和知，此時常數(shù)，故與其對應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩隨的降低而減小。根據(jù)以上所述，就可得不同磁通值下的人為特性曲線簇，如圖3.10所示。3.10 改變勵磁磁通的人為特性從圖中可看出，每條人為特性曲線均與固有特性曲線相交，交點左邊的一

15、段在固有特性曲線之上，右邊的一段在固有特性曲線之下，而在額定運轉(zhuǎn)條件（額定電壓、額定電流、額定功率）下，電動機總是工作在交點的左邊區(qū)域內(nèi)。必須注意的是：當(dāng)磁通過分削弱后，如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，將使電動機電流大大增加而嚴(yán)重過載。另外，當(dāng)時，從理論上說，空載時電動機轉(zhuǎn)速將趨于，實際上勵磁電流為0時，電動機還有剩磁，速度雖不會趨于，但會升到機械強度所不允許的數(shù)值，通常稱為“飛車”；當(dāng)電動機軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩大于電磁轉(zhuǎn)矩時，電動機不能啟動，電樞電流為，長時間的大電流會燒壞電樞繞組。因此，直流他勵電動機啟動前必須先加勵磁電流，在運轉(zhuǎn)(ynzhun)過程中，決不允許勵磁電路斷開或勵磁電流為零，為此，直流他勵電動機

16、在使用中，一般都設(shè)有“失磁”保護(hù)(boh)。33 直流他勵電動機的啟動(qdng)特性啟動特性電動機的啟動就是施電于電動機，使電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來，達(dá)到要求轉(zhuǎn)速的這一過程。對直流電動機而言，在未啟動之前，而一般很小。當(dāng)將電動機直接接入電網(wǎng)并施加額定電壓時，啟動電流為： 這個電流很大，一般情況下能達(dá)到其額定電流的（1020）倍。過大的啟動電流危害很大：對電動機本身的影響：使電動機在換向過程中產(chǎn)生危險的火花，燒壞整流子；過大的電樞電流產(chǎn)生過大的電動應(yīng)力，可能引起繞組的損壞；對機械系統(tǒng)的影響：與啟動電流成正比例的啟動轉(zhuǎn)矩使運動系統(tǒng)的動態(tài)轉(zhuǎn)矩很大，過大的動態(tài)轉(zhuǎn)矩會在機械系統(tǒng)和傳動機構(gòu)中產(chǎn)生過大的沖擊，使

17、機械傳動部件損壞；對供電電網(wǎng)的影響：過大的啟動電流將使保護(hù)裝置動作，切斷電源造成事故，或者引起電網(wǎng)電壓的下降，影響其他負(fù)載的正常運行。因此，直流電動機是不允許直接啟動的，即在啟動時必須設(shè)法限制電樞電流，例如普通的Z2型直流電動機，規(guī)定電樞的瞬時電流不得大于額定電流的1.52倍。二、啟動方法限制直流電動機的啟動電流，一般有降壓啟動和電樞回路串電阻啟動兩種方式。降壓啟動：所謂降壓啟動即在啟動瞬間，降低(jingd)供電電源電壓，隨著轉(zhuǎn)速的升高，反電勢增大，再逐步提高供電電壓，最后達(dá)到額定電壓時，電動機達(dá)到所要求的轉(zhuǎn)速。電樞(din sh)回路串電阻啟動：電樞(din sh)回路串電阻啟動則是在啟動

18、時，電樞回路串接啟動電阻，此時啟動電流將受外加啟動電阻的限制。隨著轉(zhuǎn)速的升高，反電勢增大，再逐步切除外加電阻直到全部切除，電動機達(dá)到所要求的轉(zhuǎn)速。電樞回路串電阻啟動時電動機電樞電路和啟動特性如圖3.11所示：（a） 電路圖 （b）啟動過程圖3.11 具有一段啟動電阻的他勵電動機 圖中：直線1為電動機電樞回路串接啟動電阻時的機械特性，直線2為電動機的固有機械特性。啟動電阻的大小就是保證啟動電流為額定值的兩倍。啟動過程如圖3.11（b）所示。電樞回路接入電網(wǎng)時，KM斷開，電動機工作在特性1上，在動態(tài)轉(zhuǎn)矩的作用下，電動機速度上升。當(dāng)速度上升到a點時，KM閉合，電動機的機械特性變?yōu)?。由于在切換電阻的

19、瞬間，機械慣性的作用使電動機的轉(zhuǎn)速不能突變，在此瞬間速度維持不變，即電動機的工作點從a點切換到b點，在動態(tài)轉(zhuǎn)矩的作用下，電動機的速度繼續(xù)上升直到穩(wěn)定點c。 從圖3.11（b）中不難看出：當(dāng)電動機的工作點從a點切換到b點時，沖擊電流仍很大，為了解決這種現(xiàn)象，通常采用逐級切除啟動電阻的方法來實現(xiàn)。圖3.12所示為具有三段啟動電阻的原理電路和啟動特性。 （a） 電路圖 （b）啟動(qdng)過程圖3.12具有三段啟動(qdng)電阻的他勵電動機 圖中：尖峰(jin fn)（最大）轉(zhuǎn)矩；換接（最?。┺D(zhuǎn)矩。 啟動過程如圖3.12（a）所示。(1) 電樞接入電網(wǎng)時，KM1、KM2和KM3均斷開，電樞回路串

20、接外加電阻，此時，電動機工作在特性曲線a，在轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)速沿曲線a上升；(2) 當(dāng)速度上升使工作點到達(dá)2時，KM1閉合，即切除電阻，此時電樞回路串外加電阻，電動機的機械特性變?yōu)榍€b。由于機械慣性的作用，電動機的轉(zhuǎn)速不能突變，工作點由2切換到3，速度又沿著曲線b繼續(xù)上升；(3) 當(dāng)速度上升使工作點到達(dá)4時，KM1、KM2同時閉合，即切除電阻和，此時電樞回路串外加電阻，電動機的機械特性變?yōu)榍€c。由于機械慣性的作用，電動機的轉(zhuǎn)速不能突變，工作點由4切換到5，速度又沿著曲線c繼續(xù)上升； (4) 當(dāng)速度上升使工作點到達(dá)6時，KM1、KM2、KM3同時閉合，即切除電阻、，此時電樞回路無外加電阻，電

21、動機的機械特性變?yōu)楣逃刑匦郧€d，由于機械慣性的作用，電動機的轉(zhuǎn)速不能突變，工作點由6切換到7，速度又沿著曲線d繼續(xù)上升直到穩(wěn)定工作點9。 由上可見，啟動(qdng)級數(shù)愈多，、愈與平均(pngjn)轉(zhuǎn)矩接近，啟動過程快而平穩(wěn)，但所需的控制設(shè)備也就愈多。我國生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)控制柜都是按快速啟動原則設(shè)計(shj)的，一般啟動電阻為（34）段。多級啟動時，、的數(shù)值需按照電動機的具體啟動條件決定，一般原則是保持每一級的最大轉(zhuǎn)矩（或最大電流）不超過電動機的允許值，而每次切換電阻時的（或）也基本相同，一般選擇：34 直流他勵電動機的調(diào)速特性一、速度調(diào)節(jié)和速度變化速度調(diào)節(jié)（又稱調(diào)速）與速度變化是兩個完全不同的概

22、念。特 點說 明機 械 特 性速度調(diào)節(jié)電動機的調(diào)速是在一定的負(fù)載條件下，人為地改變電動機的電路參數(shù)，以改變電動機的穩(wěn)定運行速度。在負(fù)載轉(zhuǎn)矩一定時，若電動機工作在特性1上的A點，則以轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行；若人為地增加電樞回路的電阻，則電動機工作在特性曲線2，速度將降至特性2上的B點，以轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行，這種轉(zhuǎn)速的變化是人為改變（或調(diào)節(jié)）電樞回路的電阻大小所造成的，故稱調(diào)速或速度調(diào)節(jié)。速度變化速度變化是指由于電動機的負(fù)載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化（增大與減小）而引起電動機轉(zhuǎn)速的變化（下降或上升）。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩由增加到時，電動機的轉(zhuǎn)速由降低到，它是沿某一條機械特性發(fā)生的轉(zhuǎn)速變化。電動機的調(diào)速是生產(chǎn)機械所要求的。如金屬切削機床，

23、根據(jù)工件尺寸、材料性質(zhì)、切削用量、刀具特性、加工精度等不同，需要選用不同的切削速度，以保證產(chǎn)品質(zhì)量(chn pn zh lin)和提高生產(chǎn)效率；電梯類或其他要求穩(wěn)速運行或準(zhǔn)確停止的生產(chǎn)機械，要求在啟動和制動時速度要慢或停車前降低運轉(zhuǎn)速度以實現(xiàn)準(zhǔn)確停止?？傊俣茸兓窃谀硹l機械特性上，由于負(fù)載改變而引起的；而速度調(diào)節(jié)則是在某一特定(tdng)的負(fù)載下，靠人為改變機械特性而得到的。二、調(diào)速方法(fngf) 下面僅就他勵直流電動機的調(diào)速方法作一般性的介紹。從直流他勵電動機機械特性方程式可知，改變串入電樞回路的電阻，電樞供電電壓或主磁通，都可以得到不同的人為機械特性，從而在負(fù)載不變時可以改變電動機的

24、轉(zhuǎn)速，以達(dá)到速度調(diào)節(jié)的要求，故直流電動機調(diào)速的方法有以下三種。1、改變電樞電路外串電阻直流電動機電樞回路串接電阻后，可以得到如圖3.13所示的一簇機械特性。圖3.13電樞回路(hul)串電阻調(diào)速的特性從特性可看出(kn ch)，在一定的負(fù)載轉(zhuǎn)矩下，串入不同(b tn)的電阻可以得到不同的轉(zhuǎn)速。如在電阻分別為、的情況下，可以分別得到穩(wěn)定工作點A、C、D和E，對應(yīng)的轉(zhuǎn)速為、和。改變電樞回路串接電阻的大小調(diào)速存在如下問題：機械特性較軟，電阻愈大則特性愈軟，穩(wěn)定度愈低；在空載或輕載時，調(diào)速范圍不大；實現(xiàn)無級調(diào)速困難；在調(diào)速電阻上消耗大量電能等。正因為缺點不少，目前已很少采用，僅在有些起重機、卷揚機等低

25、速運轉(zhuǎn)時間不長的傳動系統(tǒng)中采用。2改變電動機電樞供電電壓圖3.14所示特性為改變電樞供電電壓調(diào)速的特性：圖3.14 改變電樞供電(n din)電壓調(diào)速的特性(txng)從特性可看出，在一定(ydng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩下，在電樞兩端加上不同的電壓、和可以分別得到穩(wěn)定工作點a、b、c和d，對應(yīng)的轉(zhuǎn)速分別為、和，即改變電樞電壓可以達(dá)到調(diào)速的目的。 改變電樞外加電壓調(diào)速有如下特點： 1）當(dāng)電源電壓連續(xù)變化時，轉(zhuǎn)速可以平滑無級調(diào)節(jié)，一般只能在額定轉(zhuǎn)速以下調(diào)節(jié)； 2）調(diào)速特性與固有特性互相平行，機械特性硬度不變，調(diào)速的穩(wěn)定度較高，調(diào)速范圍較大； 3）調(diào)速時，因電樞電流與電壓無關(guān)，且，若電樞電流不變，則電動機輸出

26、轉(zhuǎn)矩不變，我們把調(diào)速過程中，電動機輸出功率不變的調(diào)速特性稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。具有恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速特性的調(diào)速方法適合于對恒轉(zhuǎn)矩型負(fù)載進(jìn)行調(diào)速；4）可以靠調(diào)節(jié)電樞電壓來啟動電機，而不用其他啟動設(shè)備。3改變電動機主磁通圖3.15所示曲線為改變電動機主磁通調(diào)速的特性：圖3.15所示曲線(qxin)為改變電動機主磁通調(diào)速的特性(txng)：從特性(txng)可看出，在一定的負(fù)載功率下，不同的主磁通、，可以得到不同的轉(zhuǎn)速、，即改變主磁通可以達(dá)到調(diào)速的目的。特點：1）可以平滑無級調(diào)速，但只能弱磁調(diào)速，即在額定轉(zhuǎn)速以上調(diào)節(jié)；2）調(diào)速特性較軟，且受電動機換向條件等的限制，普通他勵電動機的最高轉(zhuǎn)速不得超過額定轉(zhuǎn)速的1.2倍

27、，所以，調(diào)速范圍不大，若使用特殊制造的“調(diào)速電動機”，調(diào)速范圍可以增加，但這種調(diào)速電動機的體積和所消耗的材料都比普通電動機大得多； 3）調(diào)速時維持電樞電壓和電樞電流不變時，電動機的輸出功率不變，我們把在調(diào)速過程中，輸出功率不變的這種特性稱為恒功率調(diào)速，這種調(diào)速適合于對恒功率型負(fù)載進(jìn)行調(diào)速，在這種情況下電動機的轉(zhuǎn)矩要隨主磁通的減小而減小。 基于弱磁調(diào)速范圍不大，它往往是和調(diào)壓調(diào)速配合使用，即在額定轉(zhuǎn)速以下，用降壓調(diào)速，而在額定轉(zhuǎn)速以上，則用弱磁調(diào)速35 直流他勵電動機的制動特性一、基本概念 在介紹直流他勵電動機的制動特性之前，先弄清如下幾個基本的概念。1制動與啟動啟動(qdng)：施電于電動機使

28、電動機速度從靜止加速到某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的一種運動狀態(tài)；制動：電動機脫離電網(wǎng)使電動機速度從某一穩(wěn)定(wndng)轉(zhuǎn)速開始減速到停止或是限制位能負(fù)載下降速度的一種運行狀態(tài)。制動與自然(zrn)停車電動機有兩種停止運轉(zhuǎn)方式：1）自然停車：電動機脫離電網(wǎng)，靠很小的摩擦阻轉(zhuǎn)矩消耗機械能使轉(zhuǎn)速慢慢下降直到轉(zhuǎn)速為零而停車。這種停車過程需時較長，不能滿足生產(chǎn)機械快速停車的要求；2）制動：電動機脫離電網(wǎng)，外加阻力轉(zhuǎn)矩，使電動機迅速停車。為了提高生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量，需要加快停車過程，實現(xiàn)準(zhǔn)確停車等，要求電動機運行在制動狀態(tài)，常簡稱為電動機的制動。電動機的兩種工作狀態(tài)1) 電動狀態(tài)：電動機輸出轉(zhuǎn)矩的作用方向與轉(zhuǎn)速的

29、方向相同。由圖3.16（a）可知：當(dāng)電動機提升重物勻速上升時，的作用方向與轉(zhuǎn)速的方向相同。此時電動機輸出轉(zhuǎn)矩為拖動轉(zhuǎn)矩，為阻轉(zhuǎn)矩，電動機的作用是將電能轉(zhuǎn)換機械能。故稱電動機的這種狀態(tài)為電動狀態(tài)。2）制動狀態(tài)：電動機輸出轉(zhuǎn)矩的作用方向與轉(zhuǎn)速的方向相反。由圖3.16（b）可知：當(dāng)電動機使重物勻速下降時，的作用方向與轉(zhuǎn)速的方向相反，此時，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩為阻轉(zhuǎn)矩，為拖動轉(zhuǎn)矩，電動機的作用是吸收或消耗重物的機械能。故稱電動機的這種工作狀態(tài)為制動狀態(tài)。（a）電動(din dn)狀態(tài) (b)制動(zh dn)狀態(tài)圖3.16 直流電動機的工作(gngzu)狀態(tài)電動機工作在制動狀態(tài)下的兩種情況1）使轉(zhuǎn)速迅速減

30、速到停止；2）限制位能負(fù)載的下降速度。根據(jù)直流他勵電動機處于制動狀態(tài)時的外部條件和能量傳送情況，制動分為反饋制動、反接制動和能耗制動三種形式。二、反接制動 反接制動具有如下特點：1）電動機的外加電樞電壓與感應(yīng)電動勢的方向在外界的作用下由相反變?yōu)橄嗤?）電動機的輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的方向相反。在反接制動中，把改變電樞電壓的方向所產(chǎn)生的反接制動稱為電源反接制動；而把改變電樞電動勢的方向所產(chǎn)生的反接制動稱為倒拉反接制動。 1電源反接制動如圖3.17所示，設(shè)電動機外加電樞電壓的參考方向為圖3.17（a）中所示。（a）原理圖 (b)機械(jxi)特性圖3.17 電源(dinyun)反接制動 當(dāng)電壓的實際方向

31、與參考(cnko)方向相同時，電動機的機械特性為 當(dāng)電壓的實際方向與參考方向相反時，電動機的機械特性為 其特性曲線分別如圖3.17（b）中的曲線1和曲線2所示。a點：當(dāng)電動機穩(wěn)速運行在第一象限中特性曲線1的a點時： 和與的方向相反，與的符號都為正，即電動機輸出轉(zhuǎn)矩的作用方向與轉(zhuǎn)速方向相同。所以，電動機工作在電動狀態(tài)。bc段：當(dāng)電動機工作在a點時，若突然將電樞電壓反接，即改變電動機電樞電壓的極性，電動機的機械特性變?yōu)榍€2。由于機械慣性，電動機的轉(zhuǎn)速不能突變，工作點從a點轉(zhuǎn)換到b點。此時，不能突變，極性不變?yōu)檎?。由于外加電壓的極性變負(fù)，因此，外加電樞電壓的極性與電動勢的極性由相反變?yōu)橄嗤?；另外?/p>

32、電壓平衡方程式變?yōu)椋矗河烧冐?fù)，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩由正變負(fù)。因此(ync)，在b點，電動機的輸出(shch)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速(zhun s)的方向相反，電動機的外加電樞電壓與感應(yīng)電動勢的方向由相反變?yōu)橄嗤?，即電動機在b點處于反接制動。從圖3.17（b）不難看出：電動機在bc段都工作在反接制動狀態(tài)。注意，由于在反接制動期間，電樞感應(yīng)電動勢和電源電壓是串聯(lián)相加的，因此，為了限制電樞電流，電動機的電樞電路中必須串接足夠大的限流電阻。電源反接制動一般應(yīng)用在生產(chǎn)機械要求迅速減速、停車和反向的場合以及要求經(jīng)常正反轉(zhuǎn)的機械上。 2倒拉反接制動電動機固有機械特性和電樞回路串接電阻的機械特性分別如圖3.18(b)中的

33、曲線1和曲線2所示?，F(xiàn)電動機驅(qū)動位能負(fù)載轉(zhuǎn)矩，機械特性如圖3.18（b）中的曲線3所示。（a）原理圖 (b)機械特性圖3.18 倒拉反接(fn ji)制動a點：當(dāng)電動機穩(wěn)速運行在第一(dy)象限中特性曲線1的a點時，重物(zhn w)勻速上升。 和 與的方向相反，與的符號都為正，即方向相同。所以，電動機工作在電動狀態(tài)。bc段：當(dāng)電動機工作在a點時，若突然將電樞回路串接電阻，電動機的機械特性變?yōu)榍€2。由于機械慣性，電動機的轉(zhuǎn)速不能突變，工作點從a點轉(zhuǎn)換到b點。在bc段，與的符號相同，即方向相同，電動機工作在電動狀態(tài)。由于電動機的輸出轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速沿著曲線2下降。cd段：當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到0時

34、，由于電動機的輸出轉(zhuǎn)矩仍然小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，所以，在位能負(fù)載的作用下，電動機反向啟動，直到平衡點d而穩(wěn)定運行。電動機勻速下放重物。在cd段，雖然電動機的輸出轉(zhuǎn)矩的作用方向未變，但電動機的轉(zhuǎn)速方向發(fā)生了變化，即電動機的輸出轉(zhuǎn)矩與速度的符號相反，即方向相反；由于外加電樞電壓的方向不變，而的方向隨方向的變化而變的與的方向相同。因此，電動機在cd段工作在制動狀態(tài)。常稱這種制動狀態(tài)為倒拉制動狀態(tài)。三、反饋制動特點：1）在外部條件的作用下，電動機的實際轉(zhuǎn)速大于理想空載轉(zhuǎn)速；2）電動機輸出轉(zhuǎn)矩的作用方向與的方向相反。1電車走下坡路時的反饋制動 設(shè)電車(dinch)與地面的摩擦轉(zhuǎn)矩為，與前進(jìn)方向相反，為阻轉(zhuǎn)矩；下

35、坡時電車所產(chǎn)生(chnshng)的位能轉(zhuǎn)矩，與前進(jìn)方向相同(xin tn)，為拖動轉(zhuǎn)矩；且，前進(jìn)時速度為正。電車由直流電動機拖動，機械特性如圖3.19所示：圖3.19 電車走下坡路時的反饋制動勻速走平路時（a點）：負(fù)載轉(zhuǎn)矩為，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩用來克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩。運動方程式為： 由于與的符號相同，即方向相同，所以電動機工作在電動狀態(tài)。走下坡路時：負(fù)載轉(zhuǎn)矩為，與的方向相同。當(dāng)電車由平路轉(zhuǎn)為走下坡時，由于轉(zhuǎn)速不能突變，且電動機的機械特性未變，故工作點也未變化，即未變。所以此時的運動方程式變?yōu)椋涸趧討B(tài)轉(zhuǎn)矩的作用下，速度沿著機械特性曲線上升，直到新的平衡點c而穩(wěn)定運行。在ac段，與的方向相同，故為電動狀態(tài)

36、。在bc段，與的方向相反，且工作(gngzu)速度大于理想(lxing)空載轉(zhuǎn)速，故電動機工作在反饋制動(zh dn)狀態(tài)。2電樞電壓突然下降時的反饋制動設(shè)當(dāng)電動機的電樞外加電壓為和，且時的機械特性如圖3.20所示：圖3.20 電樞電壓突然下降時的反饋制動 若電動機工作在A點時將電樞電壓突然降低為，電動機的機械特性變?yōu)榍€2，由于機械慣性，電動機的轉(zhuǎn)速不能突變，工作點由A轉(zhuǎn)換到B點。的方向由與方向變?yōu)橄喾础４藭r，電動機的轉(zhuǎn)速在、的共同的作用下沿著曲線2下降直到新的平衡點D。 在BC段，轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的方向相反，運行速度大于空載轉(zhuǎn)速，故為反饋制動狀態(tài)。3位能負(fù)載引起的反饋制動卷揚機構(gòu)下放重物時也能產(chǎn)生反饋制動過程，以保持重物勻速下降。如圖3.21所示：圖3.21 位能負(fù)載引起的反饋(fnku)制動過程設(shè)電動機正轉(zhuǎn)時是提升重物，機械特性(txng)曲線在第一象限；若改變加載電樞上的電壓極性，特性在第三象限，穩(wěn)定工作點為第四象限的C點。不難分析(fnx)：在不b-c段，的方向由與的方向變?yōu)橄喾?。且電動機的轉(zhuǎn)速大于空載轉(zhuǎn)速，故為反饋制動狀態(tài)。四、能耗制動電動機在電動狀態(tài)運行時，把外加電樞電壓突然降為零，而將電樞串接一個附加電阻短接起來，便能得到能耗制動狀態(tài)，