許曉峰版電機(jī)拖動(dòng)電子教案(全)課件

電機(jī)與拖動(dòng)電子教案電機(jī)與拖動(dòng)電子教案1緒論第一章直流電機(jī)第二章直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)第三章變壓器第四章三相異步電動(dòng)機(jī)第五章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)第六章同步電機(jī)第七章驅(qū)動(dòng)和控制微電機(jī)第八章電力拖動(dòng)系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)的選擇電機(jī)與拖動(dòng)電子教案緒論第一章直流電機(jī)第二章直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)第三章變壓2緒論

電機(jī)是利用電磁感應(yīng)原理工作的機(jī)械。

電機(jī)常用的分類方式有兩種：一是按功能分，有發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器和控制電機(jī)四大類；二是按電機(jī)結(jié)構(gòu)或轉(zhuǎn)速分，有變壓器和旋轉(zhuǎn)電機(jī)。0.1電機(jī)及電力拖動(dòng)系統(tǒng)概述兩種方法歸納如下：電機(jī)變壓器直流電機(jī)直流發(fā)電機(jī)直流電動(dòng)機(jī)交流電機(jī)控制電機(jī)同步電機(jī)同步發(fā)電機(jī)同步電動(dòng)機(jī)異步電機(jī)異步發(fā)電機(jī)異步電動(dòng)機(jī)緒論電機(jī)是利用電磁感應(yīng)原理工作的機(jī)械。0.13緒論

電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)是用電動(dòng)機(jī)來拖動(dòng)機(jī)械運(yùn)行的系統(tǒng)。包括：電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)機(jī)械、控制設(shè)備和電源五個(gè)部分。它們之間的關(guān)系如下

電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)生產(chǎn)負(fù)載控制設(shè)備電源緒論電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)是用電動(dòng)機(jī)來拖動(dòng)機(jī)械運(yùn)行的系4緒論

本課程是自動(dòng)化、電氣工程及自動(dòng)化（供用電技術(shù)方向）和農(nóng)業(yè)電氣化與自動(dòng)化等專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。0.2本課程的性質(zhì)、任務(wù)和內(nèi)容

本課程的任務(wù)是讓學(xué)生掌握電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，以及拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行性能、分析計(jì)算、電機(jī)選擇及試驗(yàn)方法，培養(yǎng)在電機(jī)及電力拖動(dòng)方面分析和解決問題的能力，為今后學(xué)習(xí)和工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

本課程的內(nèi)容有直流電機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)、變壓器、三相異步電動(dòng)機(jī)、三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)、同步電機(jī)、驅(qū)動(dòng)和控制微電機(jī)、電動(dòng)機(jī)的選擇八個(gè)部分。緒論本課程是自動(dòng)化、電氣工程及自動(dòng)化（供用電5緒論

電機(jī)與拖動(dòng)是一門理論性很強(qiáng)的技術(shù)基礎(chǔ)課，同時(shí)又具有專業(yè)課的性質(zhì)，涉及的基礎(chǔ)理論和實(shí)際知識(shí)面廣，是電磁學(xué)、動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)等學(xué)科知識(shí)的綜合。用理論分析電機(jī)及拖動(dòng)的實(shí)際問題時(shí)，必須結(jié)合電機(jī)的具體結(jié)構(gòu)，采用工程觀點(diǎn)和分析方法。掌握基本理論的同時(shí)，還要注意培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)操作技能和計(jì)算方法。0.3本課程的特點(diǎn)及學(xué)習(xí)方法

為了學(xué)好本門課程，必須做到以下幾點(diǎn)：1、抓主要矛盾，有條件地略去一些次要因素；2、抓住重點(diǎn)，牢固掌握基本概念、基本原理和主要特性；3、要有良好的學(xué)習(xí)方法，運(yùn)用對(duì)比或比較的方法，分析電機(jī)的共性和特點(diǎn)，加深對(duì)原理和性能的理解；4、理論聯(lián)系實(shí)際，重視科學(xué)實(shí)驗(yàn)和工程實(shí)踐；5、充分預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)。

緒論電機(jī)與拖動(dòng)是一門理論性很強(qiáng)的技術(shù)基礎(chǔ)課，61.2直流電機(jī)電樞繞組簡介1.3直流電機(jī)的電樞反應(yīng)

本章主要討論直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，討論直流電機(jī)的磁場分布、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、電磁轉(zhuǎn)矩、電樞反應(yīng)及影響、換向及改善換向方法，從應(yīng)用角度分析直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性和直流電動(dòng)機(jī)的工作特性。1.4直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩1.5直流電機(jī)的換向1.6直流發(fā)電機(jī)1.7直流電動(dòng)機(jī)1.1

直流電機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu)思考題與習(xí)題1.2直流電機(jī)電樞繞組簡介1.3直流電機(jī)的電樞反應(yīng)7基本要求：1.掌握直流電機(jī)的基本工作原理；2.了解直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和各部件的主要作用；3.明確直流電機(jī)的銘牌中主要額定數(shù)據(jù)及其含義以及在使用電機(jī)時(shí)應(yīng)當(dāng)注意的事項(xiàng)；4.理解單疊繞組和單波繞組各節(jié)距的計(jì)算方法；4.能夠看懂并會(huì)繪制單疊繞組和單波繞組的展開圖。了解各繞組的主要特點(diǎn)；5.了解電樞反應(yīng)對(duì)電機(jī)的影響；6.掌握電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式；7.理解直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)中電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩的性質(zhì)；8.了解直流電機(jī)的換向過程和改善換向的方法；9.了解直流電機(jī)的各種勵(lì)磁方式；10.掌握電磁功率的關(guān)系式，并理解直流電機(jī)中機(jī)電能量是可以彼此互相轉(zhuǎn)換的；11.了解電機(jī)的可逆原理。了解如何判斷一臺(tái)電機(jī)是電動(dòng)狀態(tài)還是發(fā)電狀態(tài)；12.掌握根據(jù)發(fā)電機(jī)慣例和電動(dòng)機(jī)慣例的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行基本方程式；13.掌握自勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的自勵(lì)建壓過程和條件；14.掌握直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性；15.掌握他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)電機(jī)內(nèi)的功率關(guān)系。基本要求：81.1.1直流電機(jī)的工作原理1.1直流電機(jī)的基本工作原理和結(jié)構(gòu)一、直流發(fā)電機(jī)工作原理

右圖為直流發(fā)電機(jī)的物理模型，N、S為定子磁極，abcd是固定在可旋轉(zhuǎn)導(dǎo)磁圓柱體上的線圈，線圈連同導(dǎo)磁圓柱體稱為電機(jī)的轉(zhuǎn)子或電樞。線圈的首末端a、d連接到兩個(gè)相互絕緣并可隨線圈一同旋轉(zhuǎn)的換向片上。轉(zhuǎn)子線圈與外電路的連接是通過放置在換向片上固定不動(dòng)的電刷進(jìn)行的。直流發(fā)電機(jī)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。1.1.1直流電機(jī)的工作原理1.1直流電機(jī)的基本工作原理9當(dāng)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)同，線圈abcd將感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。如右圖，導(dǎo)體ab在N極下，a點(diǎn)高電位，b點(diǎn)低電位；導(dǎo)體cd在S極下，c點(diǎn)高電位，d點(diǎn)低電位；電刷A極性為正，電刷B極性為負(fù)。當(dāng)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)同，線圈abcd將感10

當(dāng)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)后，如右圖。與電刷A接觸的導(dǎo)體總是位于N極下，與電刷B接觸的導(dǎo)體總是位于S極下,電刷A的極性總是正的，電刷B的極性總是負(fù)的，在電刷A、B兩端可獲得直流電動(dòng)勢(shì)。

導(dǎo)體ab在S極下，a點(diǎn)低電位，b點(diǎn)高電位；導(dǎo)體cd在N極下，c點(diǎn)低電位，d點(diǎn)高電位；電刷A極性仍為正，電刷B極性仍為負(fù)。

實(shí)際直流發(fā)電機(jī)的電樞是根據(jù)實(shí)際需要有多個(gè)線圈。線圈分布在電樞鐵心表面的不同位置，按照一定的規(guī)律連接起來，構(gòu)成電機(jī)的電樞繞組。磁極也是根據(jù)需要N、S極交替旋轉(zhuǎn)多對(duì)。當(dāng)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)后，11二、直流電動(dòng)機(jī)工作原理

把電刷A、B接到直流電源上，電刷A接正極，電刷B接負(fù)極。此時(shí)電樞線圈中將電流流過。

直流電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。

在磁場作用下，N極性下導(dǎo)體ab受力方向從右向左，S極下導(dǎo)體cd受力方向從左向右。該電磁力形成逆時(shí)針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩大于阻轉(zhuǎn)矩時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。二、直流電動(dòng)機(jī)工作原理把電刷A、B接到直流電12原N極性下導(dǎo)體ab轉(zhuǎn)到S極下，受力方向從左向右，原S極下導(dǎo)體cd轉(zhuǎn)到N極下，受力方向從右向左。該電磁力形成逆時(shí)針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。線圈在該電磁力形成的電磁轉(zhuǎn)矩作用下繼續(xù)逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。

與直流發(fā)電機(jī)相同，實(shí)際的直流電動(dòng)機(jī)的電樞并非單一線圈，磁極也并非一對(duì)。

當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)到右圖所示位置時(shí)原N極性下導(dǎo)體ab轉(zhuǎn)到S極下，受力方向從左向右，原S13直流電動(dòng)機(jī)的工作原理示意圖:直流電動(dòng)機(jī)的工作原理示意圖:141.1直流電機(jī)的基本工作原理和結(jié)構(gòu)1.1.2直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)主磁極：產(chǎn)生恒定的氣隙磁通，由鐵心和勵(lì)磁繞組構(gòu)成換向磁極：改善換向。電刷裝置：與換向片配合,完成直流與交流的互換機(jī)座和端蓋：起支撐和固定作用。定子轉(zhuǎn)子換向器：與電刷裝置配合,完成直流與交流的互換。電樞鐵心：主磁路的一部分，放置電樞繞組。電樞繞組：由帶絕緣的導(dǎo)線繞制而成，是電路部分。轉(zhuǎn)軸：由鋼鐵做成。軸承：1.1直流電機(jī)的基本工作原理和結(jié)構(gòu)1.1.2直流電機(jī)的主15許曉峰版電機(jī)拖動(dòng)電子教案(全)課件16許曉峰版電機(jī)拖動(dòng)電子教案(全)課件17許曉峰版電機(jī)拖動(dòng)電子教案(全)課件18許曉峰版電機(jī)拖動(dòng)電子教案(全)課件191.1.3直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)及主要系列額定條件下電機(jī)所能提供的功率指電刷間輸出的額定電功率發(fā)電機(jī)指軸上輸出的機(jī)械功率電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)：是指輸出額定電壓；電動(dòng)機(jī)：是指輸入額定電壓。在額定工況下，電機(jī)出線端的平均電壓在額定電壓下，運(yùn)行于額定功率時(shí)對(duì)應(yīng)的電流在額定電壓、額定電流下，運(yùn)行于額定功率時(shí)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速.對(duì)應(yīng)于額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速及額定功率時(shí)的勵(lì)磁電流電機(jī)銘牌上還標(biāo)有其它數(shù)據(jù)，如勵(lì)磁電壓、出廠日期、出廠編號(hào)等。1.1.3直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)及主要系列額定條件下電機(jī)所能提20

此外，電機(jī)銘牌上還標(biāo)有其它數(shù)據(jù)，如勵(lì)磁電壓、出廠日期、出廠編號(hào)等。

電機(jī)運(yùn)行時(shí)，所有物理量與額定值相同——電機(jī)運(yùn)行于額定狀態(tài)。電機(jī)的運(yùn)行電流小于額定電流——欠載運(yùn)行；運(yùn)行電流大于額定電流——過載運(yùn)行。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(huì)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(shí)電機(jī)的運(yùn)行效率、工作性能等比較好。此外，電機(jī)銘牌上還標(biāo)有其它數(shù)據(jù)，如勵(lì)磁電壓、211.2.1

直流樞繞組基本知識(shí)1.2直流電機(jī)的電樞繞組簡介元件：構(gòu)成繞組的線圈稱為繞組元件，分單匝和多匝兩種。元件的首末端：每一個(gè)元件均引出兩根線與換向片相連，其中一根稱為首端，另一根稱為末端。極距：相鄰兩個(gè)主磁極軸線沿電樞表面之間的距離，用表示。疊繞組：指串聯(lián)的兩個(gè)元件總是后一個(gè)元件的端接部分緊疊在前一個(gè)元件端接部分，整個(gè)繞組成折疊式前進(jìn)。波繞組：指把相隔約為一對(duì)極距的同極性磁場下的相應(yīng)元件串聯(lián)起來，象波浪式的前進(jìn)。第一節(jié)距：一個(gè)元件的兩個(gè)有效邊在電樞表面跨過的距離。1.2.1直流樞繞組基本知識(shí)1.2直流電機(jī)的電樞繞組簡22許曉峰版電機(jī)拖動(dòng)電子教案(全)課件23許曉峰版電機(jī)拖動(dòng)電子教案(全)課件24合成節(jié)距：連接同一換向片上的兩個(gè)元件對(duì)應(yīng)邊之間的距離。第二節(jié)距：連至同一換向片上的兩個(gè)元件中第一個(gè)元件的下層邊與第二個(gè)元件的上層邊間的距離。單疊繞組單波繞組換向節(jié)距：同一元件首末端連接的換向片之間的距離。1.2.2.單疊繞組

單疊繞組的特點(diǎn)是相鄰元件(線圈)相互疊壓,合成節(jié)距與換向節(jié)距均為1,即：

單疊繞組的展開圖是把放在鐵心槽里、構(gòu)成繞組的所有元件取出來畫在一張圖里，展示元件相互間的電氣連接關(guān)系及主磁極、換向片、電刷間的相對(duì)位置關(guān)系。合成節(jié)距：連接同一換向片上的兩個(gè)元件對(duì)應(yīng)邊之間的距25單疊繞組的展開圖單疊繞組的展開圖26根據(jù)單疊繞組的展開圖可以得到繞組的并聯(lián)支路電路圖:單疊繞組的的特點(diǎn)：1）同一主磁極下的元件串聯(lián)成一條支路，主磁極數(shù)與支路數(shù)相同。2）電刷數(shù)等于主磁極數(shù)，電刷位置應(yīng)使感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，電刷間電動(dòng)勢(shì)等于并聯(lián)支路電動(dòng)勢(shì)。3）電樞電流等于各支路電流之和。根據(jù)單疊繞組的展開圖可以得到繞組的并聯(lián)支路電路圖:單疊繞組的27１.２.３單波繞組

單波繞組的特點(diǎn)是合成節(jié)距與換向節(jié)距相等，展開圖如下圖所示。

兩個(gè)串聯(lián)元件放在同極磁極下，空間位置相距約兩個(gè)極距；沿圓周向一個(gè)方向繞一周后，其末尾所邊的換向片落在與起始的換向片相鄰的位置。１.２.３單波繞組單波繞組的特點(diǎn)是合成節(jié)距28單波繞組的并聯(lián)支路圖:單波繞組的特點(diǎn)1）同極下各元件串聯(lián)起來組成一條支路，支路對(duì)數(shù)為1，與磁極對(duì)數(shù)無關(guān)；2）當(dāng)元件的幾何形狀對(duì)稱時(shí)，電刷在換向器表面上的位置對(duì)準(zhǔn)主磁極中心線，支路電動(dòng)勢(shì)最大；3）電刷數(shù)等于磁極數(shù)；4）電樞電動(dòng)勢(shì)等于支路感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；5）電樞電流等于兩條支路電流之和。單波繞組的并聯(lián)支路圖:單波繞組的特點(diǎn)1）同極下各元件串聯(lián)起來291.3.1直流電機(jī)的空載磁場1.3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(dòng)勢(shì)，電樞電流產(chǎn)生電樞磁動(dòng)勢(shì)。電樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)主極磁動(dòng)勢(shì)的影響稱為電樞反應(yīng)。

右圖為一臺(tái)四極直流電機(jī)空載時(shí)的磁場示意圖。當(dāng)勵(lì)磁繞組的串聯(lián)匝數(shù)為，流過電流，每極的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)為：1.3.1直流電機(jī)的空載磁場1.3直流電機(jī)的電樞反應(yīng)30

直流電機(jī)中，主磁通是主要的，它能在電樞繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，而漏磁通沒有這個(gè)作用，它只是增加主磁極磁路的飽和程度。在數(shù)量上，漏磁通比主磁通小得多，大約是主磁通的20%。磁力線由N極出來，經(jīng)氣隙、電樞齒部、電樞鐵心的鐵軛、電樞齒部、氣隙進(jìn)入S極，再經(jīng)定子鐵軛回到N極主磁通主磁路磁力線不進(jìn)入電樞鐵心，直接經(jīng)過氣隙、相鄰磁極或定子鐵軛形成閉合回路漏磁通漏磁路直流電機(jī)中，主磁通是主要的，它能在電樞繞組中31

空載時(shí)，勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)主要消耗在氣隙上。當(dāng)忽略鐵磁材料的磁阻時(shí)，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。幾何中性線極靴極身（a）氣隙形狀

磁極中心及附近的氣隙小且均勻，磁通密度較大且基本為常數(shù)，靠近極尖處，氣隙逐漸變大，磁通密度減?。粯O尖以外，氣隙明顯增大，磁通密度顯著減少，在磁極之間的幾何中性線處，氣隙磁通密度為零。空載時(shí)，勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)主要消耗在氣隙上。當(dāng)忽略鐵32

空載時(shí)的氣隙磁通密度為一平頂波，如下圖(b)所示。

空載時(shí)主磁極磁通的分布情況，如右圖(c)所示?？蛰d時(shí)的氣隙磁通密度為一平頂波，如下圖(b)所33

為了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，直流電機(jī)氣隙中需要有一定量的每極磁通，空載時(shí)，氣隙磁通與空載磁動(dòng)勢(shì)或空載勵(lì)磁電流的關(guān)系，稱為直流電機(jī)的空載磁化特性。如右圖所示。

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(shí)，額定磁通設(shè)定在圖中A點(diǎn)，即在磁化特性曲線開始進(jìn)入飽和區(qū)的位置。為了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，直流電機(jī)氣隙中341.3.2

直流電機(jī)負(fù)載時(shí)的負(fù)載磁場

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(dòng)勢(shì)稱為電樞磁動(dòng)勢(shì)。電樞磁動(dòng)勢(shì)的出現(xiàn)使電機(jī)的磁場發(fā)生變化。

右圖為一臺(tái)電刷放在幾何中性線的兩極直流電機(jī)的電樞磁場分布情況。

假設(shè)勵(lì)磁電流為零，只有電樞電流。由圖可見電樞磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的氣隙磁場在空間的分布情況，電樞磁動(dòng)勢(shì)為交軸磁動(dòng)勢(shì)。1.3.2直流電機(jī)負(fù)載時(shí)的負(fù)載磁場直流電機(jī)35

如果認(rèn)為直流電機(jī)電樞上有無窮多整距元件分布，則電樞磁動(dòng)勢(shì)在氣隙圓周方向空間分布呈三角波，如圖中所示。

由于主磁極下氣隙長度基本不變，而兩個(gè)主磁極之間，氣隙長度增加得很快，致使電樞磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的氣隙磁通密度為對(duì)稱的馬鞍型，如圖中所示。如果認(rèn)為直流電機(jī)電樞上有無窮多整距元件分布，361.3.3

直流電機(jī)的電樞反應(yīng)

當(dāng)勵(lì)磁繞組中有勵(lì)磁電流，電機(jī)帶上負(fù)載后，氣隙中的磁場是勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)與電樞磁動(dòng)勢(shì)共同作用的結(jié)果。電樞磁場對(duì)氣隙磁場的影響稱為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)與電刷的位置有關(guān)。1、當(dāng)電刷在幾何中性線上時(shí)，將主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，如圖（a）所示。1.3.3直流電機(jī)的電樞反應(yīng)當(dāng)勵(lì)磁繞組中有37主磁場的磁通密度分布曲線電樞磁場磁通密度分布曲線兩條曲線逐點(diǎn)疊加后得到負(fù)載時(shí)氣隙磁場的磁通密度分布曲線主磁場的磁通密度分布曲線電樞磁場磁通密度分布曲線兩條曲線逐點(diǎn)38由圖可知，電刷在幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)的特點(diǎn)：

2)、對(duì)主磁場起去磁作用1)、使氣隙磁場發(fā)生畸變

空載時(shí)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(gè)磁極下，一半磁場被增強(qiáng)，一半被削弱，物理中性線偏離幾何中性線角，磁通密度的曲線與空載時(shí)不同。

磁路不飽和時(shí)，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(shí)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，增加的磁通少些，因此負(fù)載時(shí)每極磁通略為減少。即電刷在幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)為交軸去磁性質(zhì)。由圖可知，電刷在幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)的特點(diǎn)：2)、對(duì)主磁392、當(dāng)電刷不在幾何中性線上時(shí)電刷從幾何中性線偏移角，電樞磁動(dòng)勢(shì)軸線也隨之移動(dòng)角，如圖(a)(b)所示。電樞磁動(dòng)勢(shì)可以分解為兩個(gè)垂直分量：交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)和直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)。2、當(dāng)電刷不在幾何中性線上時(shí)電刷從幾何中性線偏移角，電樞401.4.1

直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)1.4直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生:電樞旋轉(zhuǎn)時(shí),主磁場在電樞繞組中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)簡稱為電樞電動(dòng)勢(shì)。性質(zhì):發(fā)電機(jī)——電源電勢(shì)(與電樞電流同方向);

電動(dòng)機(jī)——反電勢(shì)(與電樞電流反方向).)(電動(dòng)勢(shì)常數(shù)為電機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)其中可見,直流電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與電機(jī)結(jié)構(gòu)、氣隙磁通及轉(zhuǎn)速有關(guān)。大小:1.4.1直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)1.4直流電機(jī)的電樞電動(dòng)411.4.2直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生:電樞繞組中有電樞電流流過時(shí),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(zhuǎn)矩。大小:性質(zhì):發(fā)電機(jī)——制動(dòng)(與轉(zhuǎn)速方向相反)；電動(dòng)機(jī)——驅(qū)動(dòng)(與轉(zhuǎn)速方向相同)?？梢姡圃旌玫闹绷麟姍C(jī)其電磁轉(zhuǎn)矩與氣隙磁通及電樞電流成正比為電機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)，有其中1.4.2直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生:電樞繞組中有電樞電流流過421.5.1換向概述1.5直流電機(jī)的換向

為了分析方便假定換向片的寬度等于電刷的寬度。

直流電機(jī)的某一個(gè)元件經(jīng)過電刷，從一條支路換到另一條支路時(shí),元件里的電流方向改變，即換向。

電樞移到電刷與換向片2接觸時(shí)，元件1的被短路，電流被分流。

電刷與換向片1接觸時(shí)，元件1中的電流方向如圖所示，大小為。

電刷僅與換向片2接觸時(shí)，元件1中的電流方向如圖所示，大小為1.5.1換向概述1.5直流電機(jī)的換向?yàn)?3許曉峰版電機(jī)拖動(dòng)電子教案(全)課件44

換向問題很復(fù)雜，換向不良會(huì)在電刷與換向片之間產(chǎn)生火花。當(dāng)火花大到一定程度，可能損壞電刷和換向器表面，使電機(jī)不能正常工作。

產(chǎn)生火花的原因很多，除了電磁原因外，還有機(jī)械的原因。此外換向過程還伴隨著電化學(xué)和電熱學(xué)等現(xiàn)象。

元件從開始換向到換向終了所經(jīng)歷的時(shí)間，稱為換向周期。換向周期通常只有千分之幾秒。直流電機(jī)在運(yùn)行中，電樞繞組每個(gè)元件在經(jīng)過電刷時(shí)都要經(jīng)歷換向過程。換向問題很復(fù)雜，換向不良會(huì)在電刷與換向片之間451.5.2換向的電磁理論換向元件中的電動(dòng)勢(shì)：自感電動(dòng)勢(shì)

和互感電動(dòng)勢(shì)：換向元件（線圈）在換向過程中電流改變而產(chǎn)生的。切割電動(dòng)勢(shì)：在幾何中性線處，由于電樞反應(yīng)在存在，電樞反應(yīng)磁密不為零，在換向元件中感應(yīng)切割電動(dòng)勢(shì)。換向元件中的合成電動(dòng)勢(shì)為：

根據(jù)楞次定律，自感電動(dòng)勢(shì)、互感電動(dòng)勢(shì)和切割電動(dòng)勢(shì)總是阻礙換向的。換向電動(dòng)勢(shì)：在幾何中性線處，換向元件在換向磁場中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)。換向電動(dòng)勢(shì)是幫助換向的。1.5.2換向的電磁理論換向元件中的電動(dòng)勢(shì)：自感電動(dòng)勢(shì)46換向元件中的電流：

設(shè)兩相鄰的換向片與電刷的接觸電阻分別是和，元件自身的電阻為,流過的電流為,元件與換向片間的連線電阻為,元件在換向時(shí)的回路方程：

忽略元件電阻和元件與換向片間的連線電阻，并設(shè)電刷與換向片的接觸總電阻為，則可推導(dǎo)出換向元件中的電流變化規(guī)律為換向元件中的電流：設(shè)兩相鄰的換向片與電刷的接47一、直線換向當(dāng)時(shí)換向元件電流隨時(shí)間線性變化。當(dāng)時(shí)換向元件電流隨時(shí)間不是線性變化，出現(xiàn)電流延遲現(xiàn)象。二、延遲換向當(dāng)時(shí)換向元件電流隨時(shí)間再是線性變化，出現(xiàn)電流超前現(xiàn)象。三、超越換向直線換向延遲換向超越換向一、直線換向當(dāng)時(shí)換向元件電流隨時(shí)間線性變化。當(dāng)481.5.3

改善換向的方法

除了直線換向外，延遲和超越換向時(shí)的合成電動(dòng)勢(shì)不為零，換向元件中產(chǎn)生附加換向電流，附加換向電流足夠大時(shí)會(huì)在電刷下產(chǎn)生火花。還有機(jī)械和化學(xué)方面的因素也能引起換向不良產(chǎn)生火花。

改善換向一般采用以下方法：選擇合適的電刷，增加換向片與電刷之間的接觸電阻裝設(shè)換向磁極位于幾何中性線處裝換向磁極。換向繞組與電樞繞組串聯(lián)，在換向元件處產(chǎn)生換向磁動(dòng)勢(shì)抵消電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)大型直流電機(jī)在主磁極極靴內(nèi)安裝補(bǔ)償繞組補(bǔ)償繞組與電樞繞組串聯(lián)，產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)抵消電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)1.5.3改善換向的方法除了直線換向外，延491.6.1直流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁方式1.6直流發(fā)電機(jī)

供給勵(lì)磁繞組電流的方式稱為勵(lì)磁方式。分為他勵(lì)和自勵(lì)兩大類，自勵(lì)方式又分并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)三種方式。1、他勵(lì)：直流電機(jī)的勵(lì)磁電流由其它直流電源單獨(dú)供給。

他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的電樞電流和負(fù)載電流相同，即：1.6.1直流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁方式1.6直流發(fā)電機(jī)502、并勵(lì)：發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)。且滿足3、串勵(lì)：勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)。滿足2、并勵(lì)：3、串勵(lì)：514、復(fù)勵(lì)：

并勵(lì)和串勵(lì)兩種勵(lì)磁方式的結(jié)合。電機(jī)有兩個(gè)勵(lì)磁繞組，一個(gè)與電樞繞組串聯(lián)，一個(gè)與電樞繞組并聯(lián)。4、復(fù)勵(lì)：521.6.2直流發(fā)電機(jī)的基本方程如圖規(guī)定各物理量的參考方向一.電動(dòng)勢(shì)平衡方程從方程式可見，直流發(fā)電機(jī)滿足二.轉(zhuǎn)矩平衡方程發(fā)電機(jī)軸上有三個(gè)轉(zhuǎn)矩：原動(dòng)機(jī)輸入給的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩、電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)械摩擦及鐵損引起的空載轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩平衡方程為：1.6.2直流發(fā)電機(jī)的基本方程如圖規(guī)定各物理量的參考方向一53直流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流三、勵(lì)磁特性公式每極氣隙磁通四.功率平衡方程原動(dòng)機(jī)輸入給發(fā)電機(jī)的機(jī)械功率

電磁功率機(jī)械摩擦損耗、鐵損耗、附加損耗

空載損耗包括：

電磁功率一方面代表電動(dòng)勢(shì)為的電源輸出電流時(shí)發(fā)出的電功率，一方面又代表轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)克服電磁轉(zhuǎn)矩所消耗的機(jī)械功率。電樞回路電阻及電刷與換向器表面接觸電阻上的銅損耗輸出的電功率自勵(lì)發(fā)電機(jī)中還應(yīng)減去勵(lì)磁損耗直流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流三、勵(lì)磁特性公式每極氣隙磁通四.功率平衡541.6.3他勵(lì)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性一、空載特性定義:當(dāng)、時(shí)，

直流發(fā)電機(jī)的空載特性是非線性的，上升與下降的過程是不相同的。實(shí)際中通常取平均特性曲線作為空載特性曲線?？蛰d時(shí)空載特性曲線上升分支空載特性曲線下降分支平均空載特性曲線空載特性實(shí)質(zhì)上就是。所以空載特性曲線的形狀與空載磁化特性曲線相同。1.6.3他勵(lì)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性一、空載特性定義:當(dāng)55二、外特性定義：當(dāng)、時(shí)，

由曲線可見，負(fù)載電流增大時(shí)，端電壓有所下降。他勵(lì)并勵(lì)

根據(jù)可知端電壓下降有兩個(gè)原因：(一)在勵(lì)磁電流一定情況下，負(fù)載電流增大，電樞反應(yīng)的去磁作用使每極磁通量減少，使電動(dòng)勢(shì)減少；(二)電樞回路上的電阻壓降隨負(fù)載電流增大而增加，使端電壓下降。為什么低?二、外特性定義：當(dāng)、時(shí)，56三、調(diào)節(jié)特性定義：當(dāng)、時(shí)，

由曲線可見，在負(fù)載電流變化時(shí)，若保持端電壓不變，必須改變勵(lì)磁電流，補(bǔ)償電樞反應(yīng)及電樞回路電阻壓降對(duì)對(duì)輸出端電壓的影響.1.6.4

并勵(lì)發(fā)電機(jī)的自勵(lì)條件和外特性

并勵(lì)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁是由發(fā)電機(jī)本身的端電壓提供的，而端電壓是在勵(lì)磁電流作用下建立的，這一點(diǎn)與他勵(lì)發(fā)電機(jī)不同。并勵(lì)發(fā)電機(jī)建立電壓的過程稱為自勵(lì)過程，滿足建壓的條件稱為自勵(lì)條件。三、調(diào)節(jié)特性定義：當(dāng)、時(shí)，57一、自勵(lì)條件

曲線1為空載特性曲線,曲線2為勵(lì)磁回路總電阻特性曲線，也稱場阻線。

原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，如果主磁極有剩磁，則電樞繞組切割剩磁通感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。在電動(dòng)勢(shì)作用下勵(lì)磁回路產(chǎn)生。增大,場阻線變?yōu)榍€3時(shí)，稱為臨界電阻。若再增加勵(lì)磁回路電阻，發(fā)電機(jī)將不能自勵(lì)。

如果勵(lì)磁繞組和電樞繞組連接正確，勵(lì)磁電流產(chǎn)生與剩磁方向相同的磁通，使主磁路磁通增加，電動(dòng)勢(shì)增大，增加。如此不斷增長，直到勵(lì)磁繞組兩端的電壓與相等，達(dá)到穩(wěn)定的平衡工作點(diǎn)A。一、自勵(lì)條件曲線1為空載特性曲線,曲線2為勵(lì)磁58可見，并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的自勵(lì)條件有：二、空載特性

并勵(lì)發(fā)電機(jī)的空載特性與一般電機(jī)的空載特性一樣，也是磁化曲線。由于勵(lì)磁電壓不能反向，所以它的空載特性曲線只在第一象限。（1）電機(jī)的主磁路有剩磁（3）勵(lì)磁回路的總電阻小于該轉(zhuǎn)速下的臨界電阻（2）并聯(lián)在電樞繞組兩端的勵(lì)磁繞組極性要正確思考題電機(jī)正轉(zhuǎn)能自勵(lì),反轉(zhuǎn)能自勵(lì)嗎?可見，并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的自勵(lì)條件有：二、空載特性59三、外特性四、調(diào)節(jié)特性

并勵(lì)發(fā)電機(jī)的電樞電流，比起他勵(lì)發(fā)電機(jī)僅僅多了一個(gè)勵(lì)磁電流，所以調(diào)節(jié)特性與他勵(lì)發(fā)電機(jī)的相差不大。

對(duì)并勵(lì)發(fā)電機(jī)，除了像他勵(lì)發(fā)電機(jī)存在的電樞反應(yīng)去磁作用和電樞回路上的電阻壓降使端電壓下降外，還有第三個(gè)原因：由于上述兩個(gè)原因使端電壓下降，引起勵(lì)磁電流減小，端電壓進(jìn)一步下降。并勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性與他勵(lì)發(fā)電機(jī)相似，也是一條下降曲線。三、外特性四、調(diào)節(jié)特性并勵(lì)發(fā)電機(jī)的電樞電流，比601.7直流電動(dòng)機(jī)1.7.1直流電機(jī)的可逆原理以他勵(lì)電機(jī)為例說明可逆原理：把一臺(tái)他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)并聯(lián)于直流電網(wǎng)上運(yùn)行保持電源電壓不變。

一臺(tái)電機(jī)既可作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，又可作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，這就是直流電機(jī)的可逆原理。

減少原動(dòng)機(jī)的輸出功率，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速下降。當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到一定程度時(shí)，使得，此時(shí)電樞電流為零，發(fā)電機(jī)輸出的電功率為零，原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械功率僅用來補(bǔ)償電機(jī)的空載損耗。繼續(xù)降低原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，將有，電樞電流反向，這時(shí)電網(wǎng)向電機(jī)輸入電功率，電機(jī)進(jìn)入電動(dòng)機(jī)狀態(tài)運(yùn)行。

同理，上述的物理過程也可以反過來，電機(jī)從電動(dòng)機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)變到發(fā)電機(jī)狀態(tài)。1.7直流電動(dòng)機(jī)1.7.1直流電機(jī)的可逆原理61第1章直流電機(jī)1.7.2

直流電動(dòng)機(jī)的基本方程規(guī)定各物理量的參考方向如圖,電動(dòng)機(jī)的基本方程如下：第1章直流電機(jī)1.7.2直流電動(dòng)機(jī)的基本方程規(guī)定各物理量621.7.3直流電動(dòng)機(jī)的工作特性1、轉(zhuǎn)速特性一、他勵(lì)（并勵(lì)）直流電動(dòng)機(jī)的工作特性定義：當(dāng)、時(shí)，由方程式可得

忽略電樞反應(yīng)的去磁作用，轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流按線性關(guān)系變化2、轉(zhuǎn)矩特性轉(zhuǎn)矩表達(dá)式

考慮電樞反應(yīng)的作用，轉(zhuǎn)矩上升的速度比電流上升的慢。定義：當(dāng)、時(shí)，1.7.3直流電動(dòng)機(jī)的工作特性1、轉(zhuǎn)速特性一、他勵(lì)（并勵(lì)）633、效率特性由方程式可得

空載損耗為不變損耗，不隨負(fù)載電流變化，當(dāng)負(fù)載電流較小時(shí)效率較低，輸入功率大部分消耗在空載損耗上；負(fù)載電流增大，效率也增大，輸入的功率大部分消耗在機(jī)械負(fù)載上；但當(dāng)負(fù)載電流增大到一定程度時(shí)銅損快速增大此時(shí)效率又變小。定義：當(dāng)、時(shí)，3、效率特性由方程式可得空載損耗為不變損耗，64二、串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性

當(dāng)負(fù)載電流較小時(shí)，電機(jī)磁路不飽和，每極氣隙磁通與勵(lì)磁電流呈線性關(guān)系。即：轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)矩特性

當(dāng)負(fù)載電流較大時(shí)，磁路飽和，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性與他勵(lì)電動(dòng)機(jī)相同。

當(dāng)負(fù)載電流為零時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速趨于無窮大，所以串勵(lì)電動(dòng)機(jī)不宜輕載或空載運(yùn)行。二、串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性當(dāng)負(fù)載電流較小時(shí)652.1電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程和負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性2.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性2.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

本章主要介紹電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程、負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性、直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性、起動(dòng)、調(diào)速、制動(dòng)等方法和物理過程。2.4他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)2.5他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速2.6串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)思考題與習(xí)題2.1電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程和負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性2.2他勵(lì)直流66基本要求：1、掌握電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式及轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速正方向的規(guī)定原則；2、了解各種典型負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性及其特點(diǎn)；3、熟練掌握直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性；4、掌握電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件，會(huì)分析判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性；5、掌握直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法；6、掌握能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)、回饋制動(dòng)的方法、特點(diǎn)、能量關(guān)系，制動(dòng)過程中工作點(diǎn)變化情況；7、掌握各種制動(dòng)狀態(tài)下的機(jī)械特性、制動(dòng)電流和制動(dòng)電阻的計(jì)算；8、掌握他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法和調(diào)速性能指標(biāo)的含義、調(diào)速范圍與靜差率之間的關(guān)系；9、了解各種調(diào)速方法的優(yōu)缺點(diǎn)?；疽螅?72.1電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式和負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性

電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程式描述了系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)取決于作用在原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的各種轉(zhuǎn)矩。2.1.1電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式一、運(yùn)動(dòng)方程式

根據(jù)如圖給出的系統(tǒng)（忽略空載轉(zhuǎn)矩），可寫出拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式：其中為系統(tǒng)的慣性轉(zhuǎn)矩。2.1電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式和負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性電68運(yùn)動(dòng)方程的實(shí)用形式：系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的三種狀態(tài)1)當(dāng)或時(shí),系統(tǒng)處于靜止或恒轉(zhuǎn)速運(yùn)行狀態(tài)，即處于穩(wěn)態(tài)。2)當(dāng)或時(shí),系統(tǒng)處于加速運(yùn)行狀態(tài)，即處于動(dòng)態(tài)。3)當(dāng)或時(shí),系統(tǒng)處于減速運(yùn)行狀態(tài)，即處于動(dòng)態(tài)。常把

或稱為動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩,把稱為靜負(fù)載轉(zhuǎn)矩.運(yùn)動(dòng)方程的實(shí)用形式：系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的三種狀態(tài)1)當(dāng)69

首先確定電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)檗D(zhuǎn)速的正方向，然后規(guī)定：二、運(yùn)動(dòng)方程式中轉(zhuǎn)矩正、負(fù)號(hào)的規(guī)定（1）電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的正方向相同時(shí)為正，相反時(shí)為負(fù)。（2）負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的正方向相同時(shí)為負(fù)，相反時(shí)為正。(3)慣性轉(zhuǎn)矩的大小和正負(fù)號(hào)由和的代數(shù)和決定。首先確定電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)檗D(zhuǎn)速的702.1.2負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性一、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性，就是負(fù)載的機(jī)械特性，簡稱負(fù)載特性。

恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性是指生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速無關(guān)的特性。分反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載和位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載兩種。1.反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載TLn2.位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載TLn2.1.2負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性一、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特71二、恒功率負(fù)載特性

恒功率負(fù)載特點(diǎn)是：負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的乘積為一常數(shù)，即與成反比，特性曲線為一條雙曲線。TLn三、泵與風(fēng)機(jī)類負(fù)載特性

負(fù)載的轉(zhuǎn)矩基本上與轉(zhuǎn)速的平方成正比。負(fù)載特性為一條拋物線。TLn理想的通風(fēng)機(jī)特性實(shí)際通風(fēng)機(jī)特性TL0二、恒功率負(fù)載特性恒功率負(fù)載特點(diǎn)是：負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的722.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性2.2.1機(jī)械特性的表達(dá)式

直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指電動(dòng)機(jī)在電樞電壓、勵(lì)磁電流、電樞回路電阻為恒值的條件下，即電動(dòng)機(jī)處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系：由電機(jī)的電路原理圖可得機(jī)械特性的表達(dá)式：稱為理想空載轉(zhuǎn)速。實(shí)際空載轉(zhuǎn)速2.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性2.2.1機(jī)械特性的表達(dá)式732.2.2固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性一、固有機(jī)械特性當(dāng)時(shí)的機(jī)械特性稱為固有機(jī)械特性：二、人為機(jī)械特性當(dāng)改變或或得到的機(jī)械特性稱為人為機(jī)械特性。

由于電樞電阻很小，特性曲線斜率很小，所以固有機(jī)械特性是硬特性。2.2.2固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性一、固有機(jī)械特性當(dāng)741、電樞串電阻時(shí)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(diǎn)：1）不變，變大；

2）越大，特性越軟。1、電樞串電阻時(shí)的人為特性保持752、降低電樞電壓時(shí)的人為特性

保持不變，只改變電樞電壓時(shí)的人為特性：特點(diǎn)：1)

隨變化,不變;2)不同,曲線是一組平行線。2、降低電樞電壓時(shí)的人為特性保持763、減弱勵(lì)磁磁通時(shí)的人為特性

保持不變，只改變勵(lì)磁回路調(diào)節(jié)電阻的人為特性：特點(diǎn)：1）弱磁，

增大；

2）弱磁，增大3、減弱勵(lì)磁磁通時(shí)的人為特性保持772.2.3

機(jī)械特性求取一、固有特性的求取

已知，求兩點(diǎn):1）理想空載點(diǎn)和額定運(yùn)行。具體步驟：(1)估算(2)計(jì)算(3)計(jì)算理想空載點(diǎn)：(4)計(jì)算額定工作點(diǎn)：二、人為特性的求取

在固有機(jī)械特性方程的基礎(chǔ)上，根據(jù)人為特性所對(duì)應(yīng)的參數(shù)或或變化，重新計(jì)算和，然后得到人為機(jī)械特性方程式。2.2.3機(jī)械特性求取一、固有特性的求取已知782.2.4電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行條件

處于某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行的電力拖動(dòng)系統(tǒng)，由于受到某種擾動(dòng)，導(dǎo)致系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化而離開原來的平衡狀態(tài)，如果系統(tǒng)能在新的條件下達(dá)到新的平衡狀態(tài)，或者當(dāng)擾動(dòng)消失后系統(tǒng)回到原來的轉(zhuǎn)速下繼續(xù)運(yùn)行，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的，否則系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。在點(diǎn)，系統(tǒng)平衡擾動(dòng)使轉(zhuǎn)速有微小增量，轉(zhuǎn)速由上升到，。擾動(dòng)消失,系統(tǒng)減速，回到點(diǎn)運(yùn)行。擾動(dòng)使轉(zhuǎn)速有微小下降，由下降到。擾動(dòng)消失,系統(tǒng)加速，回到點(diǎn)運(yùn)行。2.2.4電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行條件處于某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)79電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的充分必要條件是：在點(diǎn)，系統(tǒng)平衡擾動(dòng)使轉(zhuǎn)速有微小增量，轉(zhuǎn)速由上升到，,系統(tǒng)加速

。即使擾動(dòng)消失,也不能回到點(diǎn)運(yùn)行。擾動(dòng)使轉(zhuǎn)速有微小下降，由下降到,系統(tǒng)減速。即使擾動(dòng)消失,也不能回到點(diǎn)運(yùn)行。(1)必要條件:電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性必須有交點(diǎn),即存在(2)充分條件:在交點(diǎn)處,滿足:。或者說,在交點(diǎn)的轉(zhuǎn)速以上存在,在交點(diǎn)的轉(zhuǎn)速以下存在電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的充分必要條件是：在點(diǎn)，系統(tǒng)平衡擾動(dòng)使802.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)是指電動(dòng)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。起動(dòng)瞬間，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流分別為

為了限制起動(dòng)電流，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)通常采用電樞回路串電阻或降低電樞電壓起動(dòng)。

起動(dòng)時(shí)由于轉(zhuǎn)速為零，電樞電動(dòng)勢(shì)為零，而且電樞電阻很小，所以起動(dòng)電流將達(dá)很大值。

過大的起動(dòng)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(dòng)機(jī)的換向惡化；同時(shí)過大的沖擊轉(zhuǎn)矩會(huì)損壞電樞繞組和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。一般直流電動(dòng)機(jī)不允許直接起動(dòng)。2.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)是指電動(dòng)機(jī)接81一、起動(dòng)過程2.3.1電樞回路串電阻起動(dòng)以三級(jí)電阻起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)為例一、起動(dòng)過程2.3.1電樞回路串電阻起動(dòng)以三級(jí)電阻起動(dòng)82二、分組起動(dòng)電阻的計(jì)算

設(shè)對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速n1、n2、n3時(shí)電勢(shì)分別為Ea1、Ea2、Ea3，則有：b點(diǎn)c點(diǎn)d點(diǎn)e點(diǎn)f點(diǎn)g點(diǎn)比較以上各式得：

在已知起動(dòng)電流比β和電樞電阻前提下，經(jīng)推導(dǎo)可得各級(jí)串聯(lián)電阻為:二、分組起動(dòng)電阻的計(jì)算設(shè)對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速n1、n2、n3時(shí)電勢(shì)分別83（6）計(jì)算各級(jí)起動(dòng)電阻。（1）估算或查出電樞電阻；（2）根據(jù)過載倍數(shù)選取最大轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的最大電流；（3）選取起動(dòng)級(jí)數(shù)；（4）計(jì)算起動(dòng)電流比：取整數(shù)（5）計(jì)算轉(zhuǎn)矩:，校驗(yàn)：如果不滿足，應(yīng)另選或值并重新計(jì)算，直到滿足該條件為止.計(jì)算各級(jí)起動(dòng)電阻的步驟：（6）計(jì)算各級(jí)起動(dòng)電阻。（1）估算或查出電樞電阻；（2842.3.2

降壓起動(dòng)

當(dāng)直流電源電壓可調(diào)時(shí)，可采用降壓方法起動(dòng)。

起動(dòng)時(shí)，以較低的電源電壓起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，起動(dòng)電流隨電源電壓的降低而正比減小。隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的上升，反電動(dòng)勢(shì)逐漸增大，再逐漸提高電源電壓，使起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩保持在一定的數(shù)值上，保證按需要的加速度升速。

降壓起動(dòng)需專用電源，設(shè)備投資較大，但它起動(dòng)平穩(wěn)，起動(dòng)過程能量損耗小，因此得到廣泛應(yīng)用。2.3.2降壓起動(dòng)當(dāng)直流電源電壓可調(diào)時(shí)，可采852.4他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)

當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩的方向與轉(zhuǎn)速方向相同時(shí),電機(jī)運(yùn)行于電動(dòng)機(jī)狀態(tài);當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)速方向相反時(shí),電機(jī)運(yùn)行于制動(dòng)狀態(tài)。

2.4.1能耗制動(dòng)電動(dòng)制動(dòng)電動(dòng)狀態(tài)，如圖所示。將開關(guān)S投向制動(dòng)電阻上即實(shí)現(xiàn)制動(dòng).

由于慣性，電樞保持原來方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，電動(dòng)勢(shì)方向不變。由產(chǎn)生的電樞電流的方向與電動(dòng)狀態(tài)時(shí)的方向相反,對(duì)應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩與方向相反,為制動(dòng)性質(zhì),電機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)。

制動(dòng)運(yùn)行時(shí)，電機(jī)靠生產(chǎn)機(jī)械的慣性力的拖動(dòng)而發(fā)電，將生產(chǎn)機(jī)械儲(chǔ)存的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能，消耗在電阻上，直到電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。2.4他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩的方向與86能耗制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性為：電動(dòng)機(jī)狀態(tài)工作點(diǎn)制動(dòng)瞬間工作點(diǎn)制動(dòng)過程工作段電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)反抗性負(fù)載，電機(jī)停轉(zhuǎn)。若電動(dòng)機(jī)帶位能性負(fù)載,穩(wěn)定工作點(diǎn)能耗制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性為：電動(dòng)機(jī)狀態(tài)工作點(diǎn)制動(dòng)瞬間工作點(diǎn)制動(dòng)過87

制動(dòng)電阻越小，制動(dòng)電流越大。選擇制動(dòng)電阻的原則是

能耗制動(dòng)操作簡單,但隨著轉(zhuǎn)速下降,電動(dòng)勢(shì)減小,制動(dòng)電流和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩也隨著減小,制動(dòng)效果變差。若為了盡快停轉(zhuǎn)電機(jī),可在轉(zhuǎn)速下降到一定程度時(shí),切除一部分制動(dòng)電阻,增大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

改變制動(dòng)電阻的大小可以改變能耗制動(dòng)特性曲線的斜率,從而可以改變制動(dòng)轉(zhuǎn)矩及下放負(fù)載的穩(wěn)定速度。越小,特性曲線的斜率越小,起始制動(dòng)轉(zhuǎn)矩越大,而下放負(fù)載的速度越小。其中為制動(dòng)瞬間的電樞電動(dòng)勢(shì)。制動(dòng)電阻越小，制動(dòng)電流越大。選擇制動(dòng)電阻的原則是882.4.2反接制動(dòng)電壓反接制動(dòng)時(shí)接線如圖所示。一、電壓反接制動(dòng)電動(dòng)制動(dòng)

開關(guān)S投向“電動(dòng)”側(cè)時(shí)，電樞接正極電壓，電機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)。進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，開關(guān)投向“制動(dòng)”側(cè)，電樞回路串入制動(dòng)電阻后，接上極性相反的電源電壓，電樞回路內(nèi)產(chǎn)生反向電流：

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(dòng)作用——電壓反接制動(dòng)。2.4.2反接制動(dòng)電壓反接制動(dòng)時(shí)接線如圖所示。一、電壓反89電壓反接制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性為：曲線如圖中所示。工作點(diǎn)變化為：。制動(dòng)過程中、、均為負(fù),而、為正表明電機(jī)從電源吸收電功率表明電機(jī)從軸上吸收機(jī)械功率表明軸上輸入的機(jī)械功率轉(zhuǎn)變?yōu)殡姌谢芈冯姽β省?/p>

可見,反接制動(dòng)時(shí),從電源輸入的電功率和從軸上輸入的機(jī)械功率轉(zhuǎn)變成的電功率一起消耗在電樞回路電阻上。電壓反接制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性為：曲線如圖中所示。工作點(diǎn)變化為90二、倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)只適用于位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載電樞回路串入較大電阻后特性曲線正向電動(dòng)狀態(tài)提升重物(A點(diǎn))負(fù)載作用下電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)(下放重物)電機(jī)以穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速下放重物D點(diǎn)在電樞回路中串聯(lián)一個(gè)較大的電阻,即可實(shí)現(xiàn)制動(dòng).工作點(diǎn)由A-B-C-D,CD段為制動(dòng)段二、倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)只適用于位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載91第二章直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)

倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性方程就是電動(dòng)狀態(tài)時(shí)電樞串電阻時(shí)的人為特性方程。由于串入電阻很大，有

倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性曲線就是電動(dòng)狀態(tài)時(shí)電樞串電阻時(shí)的人為特性在第四象限的部分。倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)時(shí)的能量關(guān)系和電壓反接制動(dòng)時(shí)相同。思考題位能性以外的負(fù)載能否實(shí)現(xiàn)倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)?＜0第二章直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)時(shí)922.4.3回饋制動(dòng)

回饋制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性方程與電動(dòng)狀態(tài)時(shí)相同。

電動(dòng)狀態(tài)下運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，在某種條件下會(huì)出現(xiàn)情況，此時(shí)，反向，反向，由驅(qū)動(dòng)變?yōu)橹苿?dòng)。從能量方向看，電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)——回饋制動(dòng)狀態(tài)。穩(wěn)定運(yùn)行有兩種情況:當(dāng)電車下坡時(shí)，運(yùn)行轉(zhuǎn)速可能超過理想空載轉(zhuǎn)速,進(jìn)入第二象限電壓反接制動(dòng)帶位能性負(fù)載進(jìn)入第四象限2.4.3回饋制動(dòng)回饋制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性方程與93

發(fā)生在動(dòng)態(tài)過程中的回饋制動(dòng)過程有以下兩種情況:1、降壓調(diào)速時(shí)產(chǎn)生的回饋制動(dòng)制動(dòng)過程為線段2、增磁調(diào)速時(shí)產(chǎn)生的回饋制動(dòng)制動(dòng)過程為線段

回饋制動(dòng)時(shí)由于有功率回饋到電網(wǎng)，因此與能耗和反接制動(dòng)相比，回饋制動(dòng)是比較經(jīng)濟(jì)的。發(fā)生在動(dòng)態(tài)過程中的回饋制動(dòng)過程有以下兩種情況:1、降壓調(diào)942.5他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

電力拖動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)速可以采用機(jī)械調(diào)、電氣調(diào)速或二者配合調(diào)速。通過改變傳動(dòng)機(jī)構(gòu)速比進(jìn)行調(diào)速的方法稱為機(jī)械調(diào)速；通過改變電動(dòng)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)速方法:1.調(diào)壓調(diào)速;2.電樞串電阻調(diào)速;3.調(diào)磁調(diào)速。

改變電動(dòng)機(jī)的參數(shù)就是人為地改變電動(dòng)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(dòng)機(jī)工作在不同的機(jī)械特性上。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為2.5他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速電力拖動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)速可以采952.5.1評(píng)價(jià)調(diào)速的指標(biāo)一、調(diào)速范圍:二、靜差率（相對(duì)穩(wěn)定性）δ%越小，相對(duì)穩(wěn)定性越好；δ%與機(jī)械特性硬度和n0有關(guān)。指負(fù)載變化時(shí)，轉(zhuǎn)速變化的程度，轉(zhuǎn)速變化小，穩(wěn)定性好。

D與δ%相互制約:δ越小,D越小,相對(duì)穩(wěn)定性越好;在保證一定的δ指標(biāo)的前提下,要擴(kuò)大D,須減少Δn,即提高機(jī)械特性的硬度。2.5.1評(píng)價(jià)調(diào)速的指標(biāo)一、調(diào)速范圍:二、靜差率（相對(duì)穩(wěn)定96三、調(diào)速的平滑性

越接近1，平滑性越好，當(dāng)時(shí)，稱為無級(jí)調(diào)速，即轉(zhuǎn)速可以連續(xù)調(diào)節(jié)。調(diào)速不連續(xù)時(shí)，級(jí)數(shù)有限，稱為有級(jí)調(diào)速。四、調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性

在一定的調(diào)速范圍內(nèi)，調(diào)速的級(jí)數(shù)越多，調(diào)速越平滑。相鄰兩級(jí)轉(zhuǎn)速之比，為平滑系數(shù)主要指調(diào)速設(shè)備的投資、運(yùn)行效率及維修費(fèi)用等。三、調(diào)速的平滑性越接近1，平滑性越好，當(dāng)時(shí)，972.5.2調(diào)速方法一、電樞回路串電阻調(diào)速未串電阻時(shí)的工作點(diǎn)串電阻后,工作點(diǎn)由A→A’→B02.5.2調(diào)速方法一、電樞回路串電阻調(diào)速未串電阻時(shí)的工作點(diǎn)98調(diào)速過程電流變化曲線:調(diào)速前、后電流不變調(diào)速過程轉(zhuǎn)速變化曲線結(jié)論：帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí),串電阻越大,轉(zhuǎn)速越低。調(diào)速過程中電流和轉(zhuǎn)速的變化情況調(diào)速過程電流變化曲線:調(diào)速前、后電流不變調(diào)速過程轉(zhuǎn)速變化曲線99優(yōu)點(diǎn)：電樞串電阻調(diào)速設(shè)備簡單，操作方便。2）低速時(shí)特性曲線斜率大,靜差率大,所以轉(zhuǎn)速的相對(duì)穩(wěn)定性差3）輕載時(shí)調(diào)速范圍小，額定負(fù)載時(shí)調(diào)速范圍一般為D≦2；4）損耗大，效率低，不經(jīng)濟(jì)。對(duì)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，調(diào)速前、后因增通不變而使電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電流不變，輸入功率不變，輸出功率卻隨轉(zhuǎn)速的下降而下降，減少的部分被串聯(lián)電阻消耗了。缺點(diǎn)：1）由于電阻只能分段調(diào)節(jié)，所以調(diào)速的平滑性差；優(yōu)點(diǎn)：電樞串電阻調(diào)速設(shè)備簡單，操作方便。2）低速時(shí)特性曲線斜100二、降低電源電壓調(diào)速TemTLAA’B調(diào)速壓前工作點(diǎn)A降壓瞬間工作點(diǎn)穩(wěn)定后工作點(diǎn)

降壓調(diào)速過程與電樞串電阻調(diào)速過程相似，調(diào)速過程中轉(zhuǎn)速和電樞電流（或轉(zhuǎn)矩）隨時(shí)間變化的曲線也相似。二、降低電源電壓調(diào)速TemTLAA’B調(diào)速壓前工作點(diǎn)A降壓瞬101優(yōu)點(diǎn)：1）電源電壓能夠平滑調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。

2）調(diào)速前后的機(jī)械特性的斜率不變，硬度較高，負(fù)載變化時(shí)穩(wěn)定性好。3）無論輕載還是負(fù)載，調(diào)速范圍相同，一般可達(dá)D=2.5?12。

4）電能損耗較小。缺點(diǎn)：

需要一套電壓可連續(xù)調(diào)節(jié)的直流電源。優(yōu)點(diǎn)：2）調(diào)速前后的機(jī)械特性的斜率不變，硬度較高，負(fù)載變化102三、減弱磁通調(diào)速調(diào)節(jié)磁場前工作點(diǎn)弱磁瞬間工作點(diǎn)A→A‘弱磁穩(wěn)定后的工作點(diǎn)AB減弱磁通后，理想空載轉(zhuǎn)速上升,曲線的斜率值增大。三、減弱磁通調(diào)速調(diào)節(jié)磁場前工作點(diǎn)弱磁瞬間工作點(diǎn)A→A‘弱磁穩(wěn)103弱磁調(diào)速前、后的電樞電流和轉(zhuǎn)速的變化情況減弱磁通調(diào)速前、后轉(zhuǎn)速變化曲線減弱磁通前、后的電樞電流變化曲線結(jié)論：磁場越弱，轉(zhuǎn)速越高。因此電機(jī)運(yùn)行時(shí)勵(lì)磁回路不能開路。弱磁調(diào)速前、后的電樞電流和轉(zhuǎn)速的變化情況減弱磁通調(diào)速前、后轉(zhuǎn)104優(yōu)點(diǎn)：

由于在電流較小的勵(lì)磁回路中進(jìn)行調(diào)節(jié)，因而控制方便，能量損耗小，設(shè)備簡單，調(diào)速平滑性好。弱磁升速后電樞電流增大，電動(dòng)機(jī)的輸入功率增大，但由于轉(zhuǎn)速升高，輸出功率也增大，電動(dòng)機(jī)的效率基本不變，因此經(jīng)濟(jì)性是比較好。2）轉(zhuǎn)速的升高受到電動(dòng)機(jī)換向能力和機(jī)械強(qiáng)度的限制，升速范圍不可能很大，一般D≤2；

為了擴(kuò)大調(diào)速范圍，通常把降壓和弱磁兩種調(diào)速方法結(jié)合起來，在額定轉(zhuǎn)速以上，采用弱磁調(diào)速，在額定轉(zhuǎn)速以下采用降壓調(diào)速。缺點(diǎn)：1）機(jī)械特性的斜率變大，特性變軟；優(yōu)點(diǎn)：2）轉(zhuǎn)速的升高受到電動(dòng)機(jī)換向能力和機(jī)械強(qiáng)度的限制，升速1052.5.3調(diào)速方式與負(fù)載類型的配合容許輸出：指電動(dòng)機(jī)在某一轉(zhuǎn)速下長期可靠工作時(shí)所能輸出的最大轉(zhuǎn)矩和功率。充分利用：指在一定的轉(zhuǎn)速下電動(dòng)機(jī)的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩和功率達(dá)到它的容許值，即電樞電流達(dá)到額定值。

當(dāng)電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)，在不同的轉(zhuǎn)速下，電樞電流能否總保持為額定值，即電動(dòng)機(jī)能否在不同轉(zhuǎn)速下都得到充分利用，這個(gè)問題與調(diào)速方式和負(fù)載類型的配合有關(guān)。

以電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速都能得到充分利用為條件，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速可分為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速和恒功率調(diào)速。2.5.3調(diào)速方式與負(fù)載類型的配合容許輸出：指電動(dòng)機(jī)在某一106

電動(dòng)機(jī)的容許輸出功率與轉(zhuǎn)速成正比，而容許輸出轉(zhuǎn)矩為恒值----恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。

電樞串電阻調(diào)速和降壓調(diào)速時(shí)，磁通保持不變，若在不同轉(zhuǎn)速下保持電流不變，即電機(jī)得到充分利用，容許輸出轉(zhuǎn)矩和功率分別為：

減弱磁通調(diào)速時(shí)，磁通是變化的，在不同轉(zhuǎn)速下若保持電流不變，即電機(jī)得到充分利用，容許輸出轉(zhuǎn)矩和功率別為：

電動(dòng)機(jī)的容許輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比，而容許輸出功率為恒值----恒功率調(diào)速。9550C9550nnC9550TnPnCnCRIUCΦICTT222EaNNT

NTem====-==?電動(dòng)機(jī)的容許輸出功率與轉(zhuǎn)速成正比，而容許輸出轉(zhuǎn)矩為恒107

為了使電動(dòng)機(jī)得到充分利用，拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)，應(yīng)采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。拖動(dòng)恒功率負(fù)載時(shí)，應(yīng)采用恒功率調(diào)速方式。對(duì)風(fēng)機(jī)類負(fù)載，三種方式都不是十分適合，但采用串電阻或降壓調(diào)速比弱磁調(diào)速合適一些。思考題他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的降壓調(diào)速屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，因此只能拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，這種說法是否正確？為什么？為了使電動(dòng)機(jī)得到充分利用，拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)，應(yīng)1082.6串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)2.6.1

串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性當(dāng)磁路不飽和時(shí)

當(dāng)磁路飽和時(shí)，磁通基本不變，機(jī)械特性與他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性相似。TemnABC磁路不飽和時(shí)的機(jī)械特性曲線AB段磁路飽和時(shí)的機(jī)械特性曲線BC段一、固有特性2.6串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)2.6.1串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械109固有特性是指當(dāng)時(shí)的特性，具有以下特點(diǎn)（1）它是一條非線性的軟特性，負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)速降落很大；（3）由于，起動(dòng)和過載時(shí)電樞電流大，故串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，過載能力強(qiáng)。（2）空載時(shí)，為無窮大。實(shí)際上，空載時(shí)存在剩磁，為有限值，但值也很大——“飛車”現(xiàn)象。因此串勵(lì)電動(dòng)機(jī)不允許空載或輕載運(yùn)行。固有特性是指當(dāng)時(shí)的特性，具有以下110二、人為特性1、電樞串電阻的人為特性

串入電阻后，轉(zhuǎn)速降增大，所以電樞串電阻的人為特性在固有特性的下方，且特性變得更軟。2、降低電壓的人為特性

降低電壓時(shí)，理想空載轉(zhuǎn)速下降，人為特性下移。電壓下降后，電樞反電動(dòng)勢(shì)隨之減少，轉(zhuǎn)速必然減少，所以降低電壓的人為特性位于固有特性下方。3、改變磁通的人為特性

改變磁通的方法是在勵(lì)磁繞組上并聯(lián)一個(gè)分流電阻。與固有特性相比，在電樞電流相等情況下，勵(lì)磁電流減少，磁通減少，所以人為特性位于固有特性上方。二、人為特性1、電樞串電阻的人為特性串入電阻后，1112.6.2

串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速與制動(dòng)一、起動(dòng)與調(diào)速

串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速也采用電樞串電阻、降壓和弱磁三種方法，其中串電阻常用，弱磁用得較少。

為了限制起動(dòng)電流，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法與他勵(lì)電動(dòng)機(jī)一樣，也采用電樞串電阻和降低電源電壓起動(dòng)。

串勵(lì)電動(dòng)機(jī)若不考慮剩磁，理想空載轉(zhuǎn)速為無窮大，因此不能有回饋制動(dòng)。串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)只有能耗和反接制動(dòng)。二、制動(dòng)

能耗制動(dòng)分他勵(lì)磁式和自勵(lì)式，反接制動(dòng)分電壓反接和倒拉反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)。2.6.2串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速與制動(dòng)一、起動(dòng)與調(diào)速1123.1變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu)3.2單相變壓器的空載運(yùn)行3.3單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行3.4變壓器的參數(shù)測定3.5標(biāo)么值3.6變壓器的運(yùn)行特性3.7三相變壓器3.8變壓器的并聯(lián)特性

變壓器是一種靜止電器,它通過線圈間的電磁感應(yīng),將一種電壓等級(jí)的交流電能轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種電壓等級(jí)的交流電能.3.1變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu)3.2單相變壓器的空載運(yùn)113基本要求：1.掌握變壓器的基本工作原理、基本結(jié)構(gòu)與額定值；2.通過對(duì)變壓器空載時(shí)磁通、電動(dòng)勢(shì)的分析，掌握變壓器的電動(dòng)勢(shì)、電壓和磁通的關(guān)系；3.通過對(duì)變壓器空載電流和空載損耗的分析，掌握勵(lì)磁阻抗的物理意義；4.通過對(duì)變壓器負(fù)載運(yùn)行的分析，熟練掌握變壓器的方程式、相量圖和等效電路；5.通過實(shí)驗(yàn)，掌握變壓器的參數(shù)測定方法；6.掌握標(biāo)么值的概念與計(jì)算方法；7.熟練掌握變壓器的運(yùn)行性能及其計(jì)算方法；8.熟練掌握變壓器聯(lián)結(jié)組別的判定方法；9.掌握變壓器并聯(lián)運(yùn)行的理想條件；10.了解自耦變壓器、儀用互感器、電焊變壓器和整流變壓器的工作原理和特點(diǎn)?；疽螅?143.1變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu)3.1.1基本工作原理和分類一、基本工作原理

變壓器的主要部件是鐵心和套在鐵心上的兩個(gè)繞組。兩繞組只有磁耦合沒電聯(lián)系。在一次繞組中加上交變電壓，產(chǎn)生交鏈一、二次繞組的交變磁通，在兩繞組中分別感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

只要(1)磁通有變化量;(2)一、二次繞組的匝數(shù)不同，就能達(dá)到改變壓的目的。3.1變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu)3.1.1基本工作原理和115二、分類按用途分：電力變壓器和特種變壓器。

按繞組數(shù)目分：單繞組（自耦）變壓器、雙繞組變壓器、三繞組變壓器和多繞組變壓器。

按相數(shù)分：單相變壓器、三相變壓器和多相變壓器。

按鐵心結(jié)構(gòu)分：心式變壓器和殼式變壓器。

按調(diào)壓方式分：無勵(lì)磁調(diào)壓變壓器和有載調(diào)壓變壓器。

按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分：干式變壓器、油浸式變壓器和充氣式變壓器。

二、分類按用途分：電力變壓器和特種變壓器。按繞1163.1.2

基本結(jié)構(gòu)一、鐵心

變壓器的主磁路，為了提高導(dǎo)磁性能和減少鐵損，用厚為0.35-0.5mm、表面涂有絕緣漆的硅鋼片疊成。

變壓器的電路，一般用絕緣銅線或鋁線繞制而成。

油浸式變壓器的器身浸在變壓器油的油箱中。油是冷卻介質(zhì)，又是絕緣介質(zhì)。油箱側(cè)壁有冷卻用的管子（散熱器或冷卻器）。

將線圈的高、低壓引線引到箱外，是引線對(duì)地的絕緣，擔(dān)負(fù)著固定的作用。二、繞組四、油箱三、絕緣套管此外，還有儲(chǔ)油柜、吸濕器、安全氣道、凈油器和氣體繼電器。3.1.2基本結(jié)構(gòu)一、鐵心變壓器的主磁路，為117連接發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的升壓變壓器連接發(fā)電機(jī)的封閉母線與電網(wǎng)相連的高壓出線端返回連接發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的升壓變壓器連接發(fā)電機(jī)的封閉母線與電網(wǎng)相118三相干式變壓器接觸調(diào)壓器三相干式變壓器接觸調(diào)壓器119電源變壓器環(huán)形變壓器控制變壓器電源變壓器環(huán)形變壓器控制變壓器1203.1.3

型號(hào)與額定值一、型號(hào)

型號(hào)表示一臺(tái)變壓器的結(jié)構(gòu)、額定容量、電壓等級(jí)、冷卻方式等內(nèi)容，表示方法為如OSFPSZ-250000/220表明自耦三相強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷三繞組銅線有載調(diào)壓，額定容量250000kVA，高壓額定電壓220kV電力變壓器3.1.3型號(hào)與額定值一、型號(hào)型號(hào)表示一臺(tái)變121二、額定值此外，額定值還有額定頻率、效率、溫升等。指銘牌規(guī)定的額定使用條件下所能輸出的視在功率。額定容量指長期運(yùn)行時(shí)所能承受的工作電壓額定電壓

是指一次側(cè)所加的額定電壓，是指一次側(cè)加額定電壓時(shí)二次側(cè)的開路電壓。在三相變壓器中額定電壓為線電壓。三者關(guān)系：單相：三相：指在額定容量下，允許長期通過的額定電流。在三相變壓器中指的是線電流額定電流二、額定值此外，額定值還有額定頻率、效率、溫升等。指銘牌規(guī)定1223.2單相變壓器的空載運(yùn)行3.2.1

電磁關(guān)系一、物理情況3.2單相變壓器的空載運(yùn)行3.2.1電磁關(guān)系一、物理情況123二、各電磁量參考方向的規(guī)定1）性質(zhì)上：與成非線性關(guān)系；與成線性關(guān)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。主磁通與漏磁通的區(qū)別一次側(cè)遵循電動(dòng)機(jī)慣例，二次側(cè)遵循發(fā)電機(jī)慣例。強(qiáng)調(diào)：磁通與產(chǎn)生它的電流之間符合右手螺旋定則；電動(dòng)勢(shì)與感應(yīng)它的磁通之間符合右手螺旋定則。二、各電磁量參考方向的規(guī)定1）性質(zhì)上：與成非線性關(guān)124三、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分析

1.主磁通感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)——主電動(dòng)勢(shì)設(shè)則有效值相量同理，二次主電動(dòng)勢(shì)也有同樣的結(jié)論。

可見，當(dāng)主磁通按正弦規(guī)律變化時(shí)，所產(chǎn)生的一次主電動(dòng)勢(shì)也按正弦規(guī)律變化，時(shí)間相位上滯后主磁通。主電動(dòng)勢(shì)的大小與電源頻率、繞組匝數(shù)及主磁通的最大值成正比。三、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分析1.主磁通感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)——主電動(dòng)勢(shì)設(shè)則1252.漏磁通感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)——漏電動(dòng)勢(shì)漏電動(dòng)勢(shì)也可以用漏抗壓降來表示，即根據(jù)主電動(dòng)勢(shì)的分析方法，同樣有由于漏磁通主要經(jīng)過非鐵磁路徑,磁路不飽和,故磁阻很大且為常數(shù),所以漏電抗很小且為常數(shù),它不隨電源電壓負(fù)載情況而變.2.漏磁通感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)——漏電動(dòng)勢(shì)漏電動(dòng)勢(shì)也可以用漏抗壓降來1263.2.2空載電流和空載損耗一、空載電流1.作用與組成2、性質(zhì)和大小性質(zhì)：由于空載電流的無功分量遠(yuǎn)大于有功分量，所以空載電流主要是感性無功性質(zhì)——也稱勵(lì)磁電流；大?。号c電源電壓和頻率、線圈匝數(shù)、磁路材質(zhì)及幾何尺寸有關(guān)，用空載電流百分?jǐn)?shù)I0%來表示：空載電流包含兩個(gè)分量，一個(gè)是勵(lì)磁分量，作用是建立磁場，另一個(gè)是鐵損耗分量，主要作用是供鐵損耗。3.2.2空載電流和空載損耗一、空載電流1.作用與組成21273、空載電流波形由于磁路飽和，空載電流與由它產(chǎn)生的主磁通呈非線性關(guān)系。

當(dāng)磁通按正弦規(guī)律變化時(shí)，空載電流呈尖頂波形。

當(dāng)空載電流按正弦規(guī)律變化時(shí)，主磁通呈尖頂波形。實(shí)際空載電流為非正弦波，但為了分析、計(jì)算和測量的方便，在相量圖和計(jì)算式中常用正弦的電流代替實(shí)際的空載電流。3、空載電流波形由于磁路飽和，空載電流與由它產(chǎn)生的主磁通呈非128二、空載損耗對(duì)于已制成變壓器，鐵損與磁通密度幅值的平方成正比，與電流頻率的1.3次方成正比，即空載損耗約占額定容量的0.2%~1%，而且隨變壓器容量的增大而下降。為減少空載損耗，改進(jìn)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的方向是采用優(yōu)質(zhì)鐵磁材料：優(yōu)質(zhì)硅鋼片、激光化硅鋼片或應(yīng)用非晶態(tài)合金。二、空載損耗對(duì)于已制成變壓器，鐵損與磁通密度幅值的平1293.2.3空載時(shí)的電動(dòng)勢(shì)方程、等效電路和相量圖一、電動(dòng)勢(shì)平衡方程和變比1、電動(dòng)勢(shì)平衡平衡方程（1）一次側(cè)電動(dòng)勢(shì)平衡方程忽略很小的漏阻抗壓降，并寫成有效值形式，有則可見，影響主磁通大小的因素有電源電壓和頻率，以及一次線圈的匝數(shù)。重要公式3.2.3空載時(shí)的電動(dòng)勢(shì)方程、等效電路和相量圖一、電動(dòng)勢(shì)平130（2）二次側(cè)電動(dòng)勢(shì)平衡方程2、變比定義對(duì)三相變壓器，變比為一、二次側(cè)的相電動(dòng)勢(shì)之比，近似為額定相電壓之比，具體為Y，d接線D，y接線（2）二次側(cè)電動(dòng)勢(shì)平衡方程2、變比定義對(duì)三相變131二、空載時(shí)的等效電路和相量圖1、等效電路一次側(cè)的電動(dòng)勢(shì)平衡方程為空載時(shí)等效電路為二、空載時(shí)的等效電路和相量圖1、等效電路一次側(cè)的電動(dòng)勢(shì)平衡方132勵(lì)磁電阻、勵(lì)磁電抗、勵(lì)磁阻抗。由于磁路具有飽和特性，所以不是常數(shù)，隨磁路飽和程度增大而減小。由于，所以有時(shí)忽略漏阻抗，空載等效電路只是一個(gè)元件的電路。在一定的情況下，大小取決于的大小。從運(yùn)行角度講，希望越小越好，所以變壓器常采用高導(dǎo)磁材料，增大，減小，提高運(yùn)行效率和功率因數(shù)。勵(lì)磁電阻、勵(lì)磁電抗、勵(lì)磁阻抗。由于磁路具有飽和特性，所以1332、相量圖根據(jù)前面所學(xué)的方程，可作出變壓器空載時(shí)的相量圖：（1）以為參考相量（2）與同相，滯后，（3）滯后，；（4）（5）2、相量圖根據(jù)前面所學(xué)的方程，可作出變壓器空載時(shí)的相量圖：（134空載運(yùn)行小結(jié)（1）一次側(cè)主電動(dòng)勢(shì)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(shì)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(zhì)及幾何尺寸基本無關(guān)。（3）空載電流大小與主磁通、線圈匝數(shù)及磁路的磁阻有關(guān)，鐵心所用材料的導(dǎo)磁性能越好，空載電流越小。（4）電抗是交變磁通所感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)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?？蛰d運(yùn)行小結(jié)（1）一次側(cè)主電動(dòng)勢(shì)與漏阻抗壓降總是與外施電壓平1353.3單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行3.3.1

負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系變壓器一次側(cè)接在額定頻率、額定電壓的交流電源上，二次接上負(fù)載的運(yùn)行狀態(tài)，稱為負(fù)載運(yùn)行。3.3單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行3.3.1負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系136用圖示負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁過程用圖示負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁過程1373.3.2

基本方程一、磁動(dòng)勢(shì)平衡方程或電磁關(guān)系將一、二次聯(lián)系起來,二次電流增加或減少必然引起一次電流的增加或減少.用電流形式表示。,I;,I::L作用它起平衡二次磁動(dòng)勢(shì)的另一個(gè)是負(fù)載分量產(chǎn)生主磁通它用來一個(gè)是勵(lì)磁電流兩個(gè)分量變壓器的負(fù)載電流包括表明10&&3.3.2基本方程一、磁動(dòng)勢(shì)平衡方程或電磁關(guān)系將一138二、電動(dòng)勢(shì)平衡方程根據(jù)基爾霍夫電壓定律可寫出一、二次側(cè)電動(dòng)勢(shì)平衡方程負(fù)載運(yùn)行時(shí),忽略空載電流有:表明，一、二次電流比近似與匝數(shù)成反比。可見，匝數(shù)不同，不僅能改變電壓，同時(shí)也能改變電流。二、電動(dòng)勢(shì)平衡方程根據(jù)基爾霍夫電壓定律可寫出一、二次側(cè)電動(dòng)勢(shì)1393.3.3

等效電路及相量圖一、折算