機(jī)電傳動(dòng)控制前三章

機(jī)電傳動(dòng)控制前三章1第1頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一辦公室：8#419辦公室電話：8246105手機(jī)-mail：yanqiang227@163.com2第2頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一教學(xué)安排與考試1、課程特點(diǎn)：各章節(jié)各有其特點(diǎn)，章節(jié)的前后連貫性、邏輯性差。理論推理邏輯性強(qiáng)，需前后知識(shí)的連貫。2、教學(xué)方法：以講授為主。3、學(xué)習(xí)方法：注意課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)。4、成績(jī)：由理論閉卷考試和平時(shí)成績(jī)兩部分組成，課堂提問、考勤、隨堂考試計(jì)入平時(shí)成績(jī)。5、教材：64學(xué)時(shí)教材，課程45學(xué)時(shí)，新內(nèi)容補(bǔ)充，不完全按教材章節(jié)、內(nèi)容講述，有刪減和增加。

3第3頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一機(jī)電傳動(dòng)控制的內(nèi)容4第4頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一電氣控制系統(tǒng)電力拖動(dòng)或機(jī)電傳動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件機(jī)電傳動(dòng)控制機(jī)電系統(tǒng)一般組成一、機(jī)電系統(tǒng)的組成控制電動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的電動(dòng)機(jī)和控制電動(dòng)機(jī)的一整套電氣系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件的原動(dòng)機(jī)的總稱（這里主要指各種電動(dòng)機(jī)）機(jī)電系統(tǒng)完成生產(chǎn)任務(wù)的基礎(chǔ)5第5頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一電氣控制系統(tǒng)電力拖動(dòng)或機(jī)電傳動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件機(jī)電傳動(dòng)控制機(jī)電系統(tǒng)一般組成控制系統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)電機(jī)機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)功能框圖二、機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的組成6第6頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)控制系統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)電機(jī)機(jī)械傳動(dòng)繼電器/接觸器PLC系統(tǒng)直流電機(jī)交流電機(jī)直流調(diào)速交流調(diào)速步進(jìn)電機(jī)7第7頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一集成了原來的電子學(xué)、電工學(xué)課程里的強(qiáng)電內(nèi)容機(jī)電傳動(dòng)：機(jī)電傳動(dòng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)電動(dòng)機(jī)的工作原理及特性電動(dòng)機(jī)的調(diào)速及實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)及其控制控制繼電器、接觸器控制PLC控制8第8頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一電動(dòng)機(jī)的工作原理與特性直流電機(jī)的原理與特性交流電機(jī)的原理與特性步進(jìn)電機(jī)的原理與特性電動(dòng)機(jī)的速度調(diào)節(jié)電力電子學(xué)基礎(chǔ)直流電機(jī)調(diào)速原理與實(shí)現(xiàn)交流電機(jī)的調(diào)速原理與實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)控制9第9頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一繼電器、接觸器控制常用的控制電器與執(zhí)行器件：繼電器、接觸器、檢測(cè)器件、保護(hù)器件等基本控制電路常用的控制電路基本設(shè)計(jì)方法PLC控制PLC原理、組成PLC的內(nèi)部等效電路（繼電器）PLC的指令系統(tǒng)PLC的應(yīng)用與設(shè)計(jì)方法10第10頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一一、機(jī)電傳動(dòng)定義和作用

現(xiàn)代生產(chǎn)機(jī)械一般由工作機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、原動(dòng)機(jī)及控制系統(tǒng)等幾部分組成。定義：以電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)（動(dòng)力源），通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)工作機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作的傳動(dòng)方式。第1章緒論作用：將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)機(jī)械的啟動(dòng)、停止及速度調(diào)節(jié)，滿足各種生產(chǎn)工藝過程的要求，保證生產(chǎn)過程的正常進(jìn)行。11第11頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一二、機(jī)電傳動(dòng)與控制的重要性機(jī)電傳動(dòng)控制技術(shù)涉及到社會(huì)生活的各個(gè)方面(工業(yè)、交通、信息、日常生活、軍事等）機(jī)電傳動(dòng)控制技術(shù)是現(xiàn)代制造業(yè)的基礎(chǔ)（各種制造裝備都是以機(jī)電傳動(dòng)控制為基礎(chǔ)）機(jī)電傳動(dòng)與控制技術(shù)的發(fā)展有力地推動(dòng)社會(huì)的進(jìn)步（提高產(chǎn)品質(zhì)量、制造能力）信息社會(huì)更離不開機(jī)電傳動(dòng)與控制技術(shù)（信息設(shè)備產(chǎn)品、信息的應(yīng)用等）12第12頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一三、機(jī)電傳動(dòng)與控制技術(shù)的發(fā)展傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展（簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)、直接驅(qū)動(dòng)）電動(dòng)機(jī)的發(fā)展（交流、直線、高性能、大、小等）調(diào)速技術(shù)的發(fā)展（交流、大范圍、高精度）控制理論與技術(shù)的發(fā)展（現(xiàn)代控制理論、非線性控制、模糊智能控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）制造自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展（分布式控制、現(xiàn)場(chǎng)總線、FMS/CIMS）13第13頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一1、傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展動(dòng)力源：蒸汽機(jī)，內(nèi)燃機(jī)，電動(dòng)機(jī)機(jī)電傳動(dòng)方式：成組拖動(dòng)：一臺(tái)電機(jī)拖動(dòng)多臺(tái)設(shè)備，老方式，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，勞動(dòng)條件差，效率低。單電機(jī)拖動(dòng)：一臺(tái)電機(jī)拖動(dòng)一臺(tái)設(shè)備，比成組方式進(jìn)步，但若一臺(tái)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件較多時(shí)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)會(huì)十分復(fù)雜。多電機(jī)拖動(dòng)：多臺(tái)電機(jī)拖動(dòng)一臺(tái)設(shè)備，現(xiàn)代的傳動(dòng)方法，大大簡(jiǎn)化生產(chǎn)機(jī)械的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，控制靈活，為自動(dòng)化提供極為有利條件。14第14頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一（1）電動(dòng)機(jī)的分類

旋轉(zhuǎn)電機(jī)：實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)需要專門的機(jī)械傳動(dòng)裝置，在高速、高精度應(yīng)用中有一定缺陷（高速高精度、直接驅(qū)動(dòng)）。直線電機(jī)：電機(jī)的重要方向，可以實(shí)現(xiàn)高速、高精度加工，機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單。（兩個(gè)發(fā)展方向：一種是大推力，另一種是高相應(yīng)）。直流電機(jī)：采用直流電源，調(diào)速特性好，但換相電刷影響其容量、使用范圍和壽命。交流電機(jī)：采用交流電源，克服了直流電機(jī)的缺點(diǎn)，現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展使其成為主流。步進(jìn)電機(jī)：運(yùn)動(dòng)距離和輸入脈沖成正比，控制方便，但功率和精度較差。旋轉(zhuǎn)電機(jī)15第15頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一直流、無刷直流、交流電機(jī)結(jié)構(gòu)比較16第16頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一直流、無刷直流、交流電機(jī)特性比較17第17頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一幾種電機(jī)的工作范圍18第18頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一（2）調(diào)速技術(shù)的發(fā)展直流調(diào)速：有級(jí)調(diào)速（串電阻，繼電器、接觸器控制）無級(jí)調(diào)速（調(diào)壓調(diào)速、調(diào)磁調(diào)速，發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)方式，晶閘管方式，PWM方式）交流調(diào)速：有級(jí)調(diào)速（調(diào)壓，變極），無級(jí)調(diào)速（變頻調(diào)速）19第19頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一繼電器—接觸器控制：20世紀(jì)初，借助于簡(jiǎn)單的接觸器與繼電器實(shí)現(xiàn)對(duì)控制對(duì)象的啟動(dòng)、停車以及有級(jí)調(diào)速等控制。斷續(xù)控制，控制速度慢，控制精度差。直流發(fā)電機(jī)－直流電動(dòng)機(jī)：30年代，電磁放大器及大功率可控水銀整流器調(diào)速控制系統(tǒng)的應(yīng)用，使控制系統(tǒng)從斷續(xù)控制發(fā)展到連續(xù)控制，連續(xù)控制系統(tǒng)可隨時(shí)檢查控制對(duì)象的工作狀態(tài)，并根據(jù)輸出量與給定量的偏差對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。快速性及控制精度都大大超過了最初的斷續(xù)控制，簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)，減少了電路中的觸點(diǎn)，提高了可靠性和生產(chǎn)效率。2、控制系統(tǒng)的發(fā)展及比較20第20頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一晶閘管、晶體管控制：40年代~50年代，

晶閘管控制就取代了水銀整流器控制，后又出現(xiàn)了功率晶體管控制，由于晶體管、晶閘管具有效率高、控制特性好、反應(yīng)快、壽命長(zhǎng)、可靠性高、維護(hù)容易、體積小、重要輕等優(yōu)點(diǎn)，它的出現(xiàn)為機(jī)電傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)開辟了新紀(jì)元。計(jì)算機(jī)數(shù)字控制（digitalcontrol）：70年代初，隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，特別是微型計(jì)算機(jī)（PLC）的出現(xiàn)和應(yīng)用，使控制系統(tǒng)發(fā)展到一個(gè)新階段—采樣控制。CNC（ComputerNumericalControl）/FMS/CIMS：現(xiàn)代控制21第21頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一控制理論與技術(shù)的發(fā)展開環(huán)控制（步進(jìn)電機(jī)、變頻調(diào)速等）閉環(huán)控制：經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論、自適應(yīng)控制、模糊控制、智能控制計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)22第22頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一多層現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)23第23頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一現(xiàn)場(chǎng)總線在工廠自動(dòng)化中的應(yīng)用24第24頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一考慮擴(kuò)展的方案25第25頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一必備的基礎(chǔ)知識(shí)高等數(shù)學(xué)物理電路與磁路模擬電子技術(shù)數(shù)字電路微型計(jì)算機(jī)及接口技術(shù)控制工程26第26頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一習(xí)題1、現(xiàn)代生產(chǎn)機(jī)械一般有那幾部分組成？2、機(jī)電傳動(dòng)的定義是什么？3、機(jī)電傳動(dòng)的作用是什么？4、什么是成組拖動(dòng)、單電機(jī)拖動(dòng)、多電機(jī)拖動(dòng)？?jī)?yōu)缺點(diǎn)是什么？27第27頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一第2章機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)特性學(xué)習(xí)要點(diǎn)：了解機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性；掌握機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式；了解多軸傳動(dòng)系統(tǒng)中轉(zhuǎn)矩折算的基本原則和方法；熟悉幾種典型生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性；掌握機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件以及學(xué)會(huì)分析實(shí)際系統(tǒng)的穩(wěn)定性。28第28頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一2.1機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)靜態(tài)與動(dòng)態(tài)特性1、靜態(tài)與動(dòng)態(tài)特性定義機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)有靜態(tài)（穩(wěn)態(tài)）和動(dòng)態(tài)（暫態(tài)或瞬態(tài)）兩種運(yùn)行狀態(tài)。靜態(tài)：系統(tǒng)以恒定速度運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，其動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩為零。動(dòng)態(tài)：系統(tǒng)的速度始終處于變化之中的狀態(tài)，存在動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩。29第29頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一2、研究靜態(tài)與動(dòng)態(tài)特性的意義（1）靜態(tài)特性意義機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的靜態(tài)特性是指電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T和生產(chǎn)機(jī)械速度之間的關(guān)系。通過靜態(tài)特性的研究，對(duì)于給定的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL，可以得出電源電壓、勵(lì)磁磁通、電樞電阻等對(duì)轉(zhuǎn)速的影響。（2）動(dòng)態(tài)特性意義機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性是指系統(tǒng)從一種穩(wěn)定狀態(tài)過渡到另一種穩(wěn)定狀態(tài)中間的過渡狀態(tài)特性。30第30頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性即動(dòng)態(tài)的過渡過程在系統(tǒng)的運(yùn)行過程中是普遍存在的。如機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)在啟動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速或負(fù)載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化等運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，此時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速就會(huì)隨之發(fā)生變化。通過研究機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，可以：①縮短過渡過程時(shí)間，提高生產(chǎn)率。②改善機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀況，使之安全運(yùn)行。這對(duì)某些生產(chǎn)機(jī)械具有極為重要的意義。

比如頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)和調(diào)速的起重機(jī)、龍門刨床工作臺(tái)、可逆式軋鋼機(jī)等。31第31頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一比如要求平穩(wěn)啟動(dòng)制動(dòng)、加減速不能過大、保證安全舒適的升降機(jī)、載人電梯、地鐵、電車等。所以，為了滿足各種要求，必須研究過渡過程的基本規(guī)律，如轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、電流等隨時(shí)間變化的規(guī)律，而后選擇合適的機(jī)電傳動(dòng)裝置，為控制系統(tǒng)提供控制原則，設(shè)計(jì)出完善的啟動(dòng)、制動(dòng)等控制線路，從而改善產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。32第32頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一2.2機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式

機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)、通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)來進(jìn)行工作的整體。其運(yùn)動(dòng)規(guī)律可以用運(yùn)動(dòng)方程來描述。一、單軸拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速正方向電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)對(duì)象聯(lián)軸器33第33頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一二、運(yùn)動(dòng)方程式運(yùn)動(dòng)方程式

轉(zhuǎn)矩平衡方程式

電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩（N.m）負(fù)載轉(zhuǎn)矩（N.m）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg.m2）

動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩（N.m）

角速度（rad/s）

轉(zhuǎn)速（r/min）

1、理論計(jì)算34第34頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一2、工程實(shí)用

實(shí)際工程運(yùn)算中，常用轉(zhuǎn)速n代替角速度，用飛輪轉(zhuǎn)矩GD2代替轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J，工程實(shí)用表達(dá)式為：35第35頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一三、運(yùn)動(dòng)方程式中符號(hào)的約定

設(shè)電動(dòng)機(jī)某一轉(zhuǎn)動(dòng)方向的轉(zhuǎn)速n為正，則在運(yùn)動(dòng)方程式中作如下約定：電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩TM與轉(zhuǎn)速n方向一致為正；負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL與轉(zhuǎn)速n方向相反為正。36第36頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一以電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n的轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)閰⒖紒泶_定轉(zhuǎn)矩的正負(fù)，分為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩兩種。

拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩促進(jìn)運(yùn)動(dòng)，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩阻礙運(yùn)動(dòng)。1、TM的符號(hào)與性質(zhì)當(dāng)TM的方向與n同向時(shí)，符號(hào)與n相同，拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩；當(dāng)TM的方向與n反向時(shí)，符號(hào)與n相反，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。2、TL的符號(hào)與性質(zhì)當(dāng)TL的方向與n同向時(shí)，符號(hào)與n相反，拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩；當(dāng)TL的方向與n反向時(shí)，符號(hào)與n相同，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。37第37頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一舉例如圖所示，起重機(jī)在提升重物狀態(tài)，試判斷起重機(jī)在重物上升和下降時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩TM和負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL的符號(hào)。

設(shè)重物提升時(shí)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向n為正。重物上升重物下降38第38頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一當(dāng)重物上升時(shí)，TM的作用方向與n的方向相同，故TM的符號(hào)與n的符號(hào)相同，同為正；而TL的作用方向與n的方向相反，故TL的符號(hào)與n的符號(hào)相同，同為正。TM、

TL、n的方向如圖（a）所示

（a）重物上升39第39頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一當(dāng)重物下降時(shí)，TM的作用方向與n的方向相反，故TM的符號(hào)與n的符號(hào)相反，n為負(fù)，TM為正；而TL的作用方向與n的方向相同，故TL的符號(hào)與n的符號(hào)相反，為正。TM、

TL、n的方向如圖（b）所示。（b）重物下降40第40頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一列出運(yùn)動(dòng)方程式說明系統(tǒng)是加速、減速還是勻速？41第41頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一四、傳動(dòng)系統(tǒng)的狀態(tài)機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩平衡方程式根據(jù)運(yùn)動(dòng)方程式可知，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)有兩種不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)。

1、穩(wěn)態(tài)2、動(dòng)態(tài)42第42頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一2.3負(fù)載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、飛輪轉(zhuǎn)矩的折算方法在工程實(shí)際中，很多生產(chǎn)機(jī)械都是采用多軸傳動(dòng)系統(tǒng)，如下圖所示。在工程實(shí)際中，很多生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求轉(zhuǎn)速較低，而電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速又較高，中間加了減速機(jī)構(gòu)。？43第43頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一在多軸傳動(dòng)系統(tǒng)中，為了列出系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程，必須先將各傳動(dòng)部件的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量或飛輪轉(zhuǎn)矩都折算到同一轉(zhuǎn)軸上來，一般都是折算到電動(dòng)機(jī)軸上，這樣完成多軸向單軸的等效轉(zhuǎn)變。

折算的基本原則是折算前后能量關(guān)系（功率守恒）保持不變。44第44頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一折算到電機(jī)側(cè)等效轉(zhuǎn)矩負(fù)載側(cè)功率電機(jī)輸出功率傳動(dòng)效率傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)比

1、負(fù)載轉(zhuǎn)矩的折算

45第45頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一2、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的折算－旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化算法46第46頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一3、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的折算－直線運(yùn)動(dòng)47第47頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一2.4生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性（負(fù)載特性）

負(fù)載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速之間的函數(shù)關(guān)系，稱為生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性或負(fù)載特性，即n=f(TL)。不同類型的生產(chǎn)機(jī)械在運(yùn)動(dòng)中受阻力的性質(zhì)不同，其機(jī)械特性曲線的形狀也有所不同。48第48頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一1、

恒轉(zhuǎn)矩型機(jī)械特性反抗轉(zhuǎn)矩：又稱摩擦性轉(zhuǎn)矩，因摩擦、非彈性體的壓縮、拉伸與扭轉(zhuǎn)等作用而產(chǎn)生的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。機(jī)械加工過程中切削力產(chǎn)生的負(fù)載轉(zhuǎn)矩就是反抗轉(zhuǎn)矩。其特點(diǎn)如下：·轉(zhuǎn)矩大小恒定不變；·作用方向始終與速度n的方向相反，當(dāng)n的方向發(fā)生變化時(shí)，它的作用方向也隨之發(fā)生變化，恒與運(yùn)動(dòng)方向相反，即總是阻礙運(yùn)動(dòng)的。

按前面章節(jié)中關(guān)于轉(zhuǎn)矩正方向的約定可知，反抗轉(zhuǎn)矩恒與轉(zhuǎn)速n取相同的符號(hào)，即n為正方向時(shí)TL為正，特性在第一象限；n為負(fù)方向時(shí)TL為負(fù)，特性在第三象限，

位能轉(zhuǎn)矩：由物體的的重力和彈性體的壓縮、拉伸與扭轉(zhuǎn)等作用而產(chǎn)生的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，其特點(diǎn)為：·轉(zhuǎn)矩大小恒定不變；·作用方向不變，與運(yùn)動(dòng)方向無關(guān)，即在某一方向阻礙運(yùn)動(dòng)，而在另一方向促進(jìn)運(yùn)動(dòng)。

不難理解，在運(yùn)動(dòng)方程式中，反抗轉(zhuǎn)矩TL的符號(hào)正的；位能轉(zhuǎn)矩TL的符號(hào)則有時(shí)為正，有時(shí)為負(fù)。（好理解嗎？？？）

49第49頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一2、

離心式通風(fēng)型機(jī)械特性虛線表示在有摩擦負(fù)載的實(shí)際情況50第50頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一3、直線型機(jī)特性械實(shí)驗(yàn)室中模擬負(fù)載用的他勵(lì)電動(dòng)機(jī)，當(dāng)勵(lì)磁電流和電樞電阻固定不變時(shí)，其電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成正比，即呈現(xiàn)直線型機(jī)械特性。51第51頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一四、

恒功率型機(jī)械特性如在車床加工過程中，粗加工時(shí)，切削量大，負(fù)載阻力大，開低速；精加工時(shí)，切削量小，負(fù)載阻力小，開高速。但在不同轉(zhuǎn)速下，切削功率基本不變。即呈現(xiàn)恒功率型機(jī)械特性。52第52頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一五、幾種負(fù)載比較53第53頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一2.5機(jī)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行在機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)與生產(chǎn)機(jī)械連成一體，對(duì)機(jī)電系統(tǒng)的最基本的要求是系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)行。1、系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行有兩重含義：

一是系統(tǒng)應(yīng)能一定速度勻速運(yùn)行；

二是系統(tǒng)受某種外部干擾（如電壓波動(dòng)、負(fù)載轉(zhuǎn)矩波動(dòng)等）使運(yùn)行速度稍有變化，會(huì)離開平衡位置，但在新的條件下可達(dá)到新的平衡，或者在干擾消除后系統(tǒng)能恢復(fù)到原來的運(yùn)行速度。

54第54頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一2、系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件（1）必要條件電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩TM和負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL大小相等，方向相反。n=f(TM)和n=f(TL)必須有交點(diǎn)，交點(diǎn)稱為平衡點(diǎn)。

（2）充分條件系統(tǒng)受到干擾后，要具有恢復(fù)到原平衡狀態(tài)的能力。當(dāng)干擾使速度上升時(shí)，有TM<TL；當(dāng)干擾使速度下降時(shí)，有TM>TL。

符合穩(wěn)定運(yùn)行條件的平衡點(diǎn)稱為穩(wěn)定平衡點(diǎn)。55第55頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一例1a點(diǎn)：TM-TL=0當(dāng)負(fù)載由TL突然增加到TL′時(shí)，由于機(jī)械慣性，電動(dòng)機(jī)的速度n和輸出轉(zhuǎn)矩TM不能突變，此時(shí)TM-TL′＜0。由拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式知：系統(tǒng)要減速，即na要下降。當(dāng)na下降到na

′時(shí)，系統(tǒng)在新的平衡點(diǎn)a′穩(wěn)定運(yùn)行，TM′

-TL′

=0。生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性交點(diǎn)a異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性56第56頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一a點(diǎn)：TM-TL=0當(dāng)負(fù)載波動(dòng)消除（由TL′回到TL）后，同樣由于機(jī)械慣性，電動(dòng)機(jī)的速度n和輸出轉(zhuǎn)矩TM不能突變，此時(shí)TM′

-TL＞0。由拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式知：系統(tǒng)要加速，即n要上升。當(dāng)n上升到na時(shí)，系統(tǒng)又回到原來的平衡點(diǎn)a穩(wěn)定運(yùn)行。故a點(diǎn)為系統(tǒng)的平衡點(diǎn)。生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性交點(diǎn)a異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性57第57頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一例1b點(diǎn)：TM-TL=0當(dāng)負(fù)載由TL突然增加到TL′時(shí)，由于機(jī)械慣性，電動(dòng)機(jī)的速度n和輸出轉(zhuǎn)矩TM不能突變，此時(shí)TM-TL′＜0。由拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式知：系統(tǒng)要減速，即nb要下降。隨著n的下降電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩越來越小。生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性交點(diǎn)a異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性58第58頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一b點(diǎn)：TM-TL=0當(dāng)負(fù)載波動(dòng)消除（由TL′回到TL）后，同樣由于機(jī)械慣性，電動(dòng)機(jī)的速度n和輸出轉(zhuǎn)矩TM不能突變，此時(shí)TM′

-TL＜0。由拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式知：系統(tǒng)不能加速，即n無法上升。系統(tǒng)不能回到b點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。故b點(diǎn)不是系統(tǒng)的平衡點(diǎn)。生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性交點(diǎn)a異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性59第59頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一例2曲線1為電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性；曲線2為負(fù)載機(jī)械特性。試判斷b點(diǎn)是不是平衡點(diǎn)？60第60頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一2.6機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)過渡過程當(dāng)機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩或負(fù)載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)就要從一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)變化到另一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，這個(gè)變化過程稱為過渡過程。電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速或負(fù)載突變時(shí)，都要經(jīng)歷過渡過程。

為什么會(huì)存在過渡過程呢？61第61頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)之所以有過渡過程，就是因?yàn)榇嬖诟鞣N慣性。（1）機(jī)械慣性：反映在轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩上，即轉(zhuǎn)速n不能突變。（2）電磁慣性：反映在電感上，即電樞電流和勵(lì)磁磁通不能突變。（3）熱慣性：反映在溫度上，即溫度不能突變。

但是，通常我們只考慮機(jī)械慣性，即在過渡過程中只有轉(zhuǎn)速時(shí)不能突變的。加快過渡過程的方法：減小飛輪轉(zhuǎn)矩GDZ2（電動(dòng)機(jī)的GDM2）和加大動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩TD。62第62頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一習(xí)題1、機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)有哪兩種運(yùn)行狀態(tài)？各自定義？2、單軸機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程及實(shí)用運(yùn)動(dòng)方程是什么？3、機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)中的慣性包括哪幾種？4、加快機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)過渡過程的方法有哪些？5、機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件是什么？6、課后習(xí)題1、3、4、5、6。63第63頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一簡(jiǎn)單穩(wěn)定性判別方法1、充分條件的數(shù)學(xué)描述由機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的充分條件知，當(dāng)系統(tǒng)在某一平衡點(diǎn)以均勻速度n0運(yùn)行時(shí)，若受到外界因素的干擾，使系統(tǒng)的工作轉(zhuǎn)速瞬時(shí)上升應(yīng)有即在該平衡點(diǎn)，系統(tǒng)應(yīng)具有的轉(zhuǎn)矩特性為：64第64頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一另外當(dāng)外界干擾使系統(tǒng)的工作轉(zhuǎn)速瞬時(shí)下降，應(yīng)有同時(shí)，轉(zhuǎn)矩應(yīng)有即在該平衡點(diǎn)，系統(tǒng)應(yīng)具有的轉(zhuǎn)矩特性為：65第65頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一有前面的分析可知，對(duì)于任意的外界干擾，無論速度如何波動(dòng)，機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)在平衡點(diǎn)（n=n0）附近穩(wěn)定運(yùn)行的充分條件是其轉(zhuǎn)矩變化特性為：上式中的dT=d(TM-TL)。dT代表了原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的能力。66第66頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一把dT=d(TM-TL)代入上式得到即：上式說明，機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的充分條件是：原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性曲線在平衡點(diǎn)處隨速度波動(dòng)的變化率小于生產(chǎn)機(jī)械等效負(fù)載特性特性曲線隨速度波動(dòng)的變化率。但是得到這樣的結(jié)論對(duì)于我們來說意義不大。67第67頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一2、切線傾角準(zhǔn)則及其圖解法在上式中若調(diào)換微分函數(shù)與自變量的關(guān)系，則有于是，上式的幾何意義十分明確。dn/d(TM)與dn/d(TL)分別代表原動(dòng)機(jī)機(jī)械特性曲線n=f(TM)、生產(chǎn)機(jī)械等效負(fù)載特性曲線n=f(TL)在平衡點(diǎn)的導(dǎo)數(shù)（或斜率）的概念。68第68頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一根據(jù)上面分析，機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行判定的充要條件變?yōu)椋海?）原動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線n=f(TM)與生產(chǎn)機(jī)械等效負(fù)載特性曲線n=f(TL)必須有交點(diǎn)。該交點(diǎn)是機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行的平衡點(diǎn)。（2）原動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線n=f(TM)在平衡點(diǎn)處切線傾角aM大于生產(chǎn)機(jī)械等效負(fù)載特性曲線n=f(TL)在該平衡點(diǎn)處的切線傾角aL。aMaL69第69頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一習(xí)題課1、單軸機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程及實(shí)用運(yùn)動(dòng)方程是什么？2、機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)中的慣性包括哪幾種？3、加快機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)過渡過程的方法有哪些？4、機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件是什么？5、課后習(xí)題3、4、5。6、課后習(xí)題6，判斷是否平衡點(diǎn)？并說出原因（如何判斷的）？70第70頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一第3章直流電機(jī)的工作原理及特性要求1、了解直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。2、熟悉直流電機(jī)的機(jī)械特性。3、了解直流電機(jī)的勵(lì)磁方式。4、熟悉直流電機(jī)的基本方程和能量轉(zhuǎn)換關(guān)系。5、掌握直流電機(jī)的啟動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)的方法及應(yīng)用場(chǎng)合。71第71頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一直流電機(jī)的工作原理及特性工作原理組成結(jié)構(gòu)機(jī)械特性啟動(dòng)特性調(diào)速特性制動(dòng)特性電動(dòng)機(jī)為什么能運(yùn)動(dòng)？發(fā)電機(jī)為什么能發(fā)電？電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)完成基本功能需要的部件？電機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系改變電機(jī)參數(shù)對(duì)機(jī)械特性的影響改變電機(jī)參數(shù)使電機(jī)快速停止改變電機(jī)參數(shù)使電機(jī)平滑啟動(dòng)72第72頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一直流電機(jī)是機(jī)械能和直流電能之間相互轉(zhuǎn)換的旋轉(zhuǎn)機(jī)械裝置。直流電機(jī)有直流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)兩種。直流電動(dòng)機(jī)主要用在速度調(diào)節(jié)要求高，正、反轉(zhuǎn)和啟、制動(dòng)頻繁的生產(chǎn)機(jī)械上，如：龍門刨床鏜床軋鋼機(jī)73第73頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一直流發(fā)電機(jī)用作直流電源，如：汽車電焊電鍍輪船74第74頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一3.1直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)電磁感應(yīng)定律：任何封閉電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，等于穿過這一電路磁通量的變化率。當(dāng)磁鐵繞著靜止的導(dǎo)電體旋轉(zhuǎn)時(shí)，變化的磁場(chǎng)生成電場(chǎng)，像麥克斯韋-法拉第方程描述的那樣，電場(chǎng)就會(huì)通過電線推著電荷行進(jìn)。這樣產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

當(dāng)磁鐵靜止，而導(dǎo)電體運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)中的電荷的受到一股磁力（像洛倫茲力定律所描述的那樣）作用，而這磁力會(huì)通過電線推著電荷行進(jìn)。這樣產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)。

75第75頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一電磁力定律洛倫茲力定律：運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中所受到的力稱為洛倫茲力，即磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力。洛倫茲力的公式為F=QvB。安倍力：是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，故從安倍力公式，可以反推得到洛倫茲力公式。安倍力公式F=BIL式中I=Q/t，帶入安倍力公式可得到洛倫茲力公式。76第76頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一左右手定則磁感強(qiáng)度B電流I力F磁感強(qiáng)度B電流I運(yùn)動(dòng)速度V左手定則右手定則77第77頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一一、直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)軸承末端機(jī)座主磁極勵(lì)磁繞組風(fēng)扇換向器電樞繞組電樞鐵芯直流電機(jī)主要包括定子、轉(zhuǎn)子和換向器三大部分。78第78頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一79第79頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一1、定子部分直流電動(dòng)機(jī)的定子主要由主磁極、換向極、機(jī)座和電刷裝置等部分組成，作用是產(chǎn)生主磁場(chǎng)和在機(jī)械上支撐電機(jī)。（1）主磁極：產(chǎn)生恒定主磁場(chǎng)。由主磁極鐵芯和套在上面的勵(lì)磁繞組組成。主磁極鐵芯用1-1.5mm厚的鋼板沖片疊壓緊固而成，勵(lì)磁繞組用絕緣銅線繞成，整個(gè)主磁極固定在機(jī)座的內(nèi)表面上。（2）換向極：改善直流電機(jī)的換向性能。由鐵芯和繞組組成，固定在主磁極中間。80第80頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一（3）機(jī)座：一方面起導(dǎo)磁作用，多用導(dǎo)磁好的鑄鋼或鋼板制成；另一方面起支撐作用，主磁極、換向極和端蓋等都固定在機(jī)座上。一般用整體機(jī)座。（4）電刷裝置：保證轉(zhuǎn)子繞組與外電路接通，將直流電引入或引出。由電刷和刷架組成，固定在定子上，與換向器保持滑動(dòng)接觸。電刷組數(shù)目一般等于主磁極的數(shù)目。81第81頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一2、轉(zhuǎn)子部分直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子主要由電樞鐵芯、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇等部分組成。（1）電樞鐵芯：一是作為主磁路，二是嵌放電樞繞組。由于電樞鐵芯和主磁場(chǎng)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)在鐵芯中引起渦流損耗和磁滯損耗（這兩部分損耗合在一起稱為鐵芯損耗，簡(jiǎn)稱鐵耗），為了減少鐵耗，通常用0.5mm厚的涂有絕緣漆的硅鋼片的沖片疊壓而成，固定在轉(zhuǎn)軸上。電樞鐵芯表面沖了槽，槽內(nèi)嵌入電樞繞組。82第82頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一（2）電樞繞組：是通過電流和產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及電磁轉(zhuǎn)矩以實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵性部件。由許多帶絕緣的銅線圈繞成，嵌入電樞鐵芯的槽中，各線圈元件按一定規(guī)律連接到相應(yīng)的換向片上。（3）換向器：發(fā)電機(jī)中，將繞組內(nèi)的交變電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換為電刷端的直流電動(dòng)勢(shì)；電動(dòng)機(jī)中，將電刷上所通過的直流電流轉(zhuǎn)換為繞組內(nèi)的交變電流。換向器安裝在轉(zhuǎn)軸上，由許多彼此絕緣的換向銅片組合而成，每個(gè)換向片與電樞繞組相連。83第83頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一二、直流電機(jī)的工作原理主磁極：勵(lì)磁繞組加上直流電壓，產(chǎn)生固定磁場(chǎng)。電樞線圈：在固定磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或機(jī)械轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。換向器、電刷：電刷固定在定子上不動(dòng)，換向器與電樞繞組一起旋轉(zhuǎn)，電刷與換向器保持滑動(dòng)接觸。84第84頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一對(duì)發(fā)電機(jī)而言，換向器作用是將電樞繞組內(nèi)的感應(yīng)交流電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換成電刷間的直流電動(dòng)勢(shì)。對(duì)電動(dòng)機(jī)而言，就是將外加的直流電流轉(zhuǎn)換為電樞繞組的交變電流，并保證每一對(duì)磁極下，電樞導(dǎo)體的電流方向不變，以產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩。85第85頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一假設(shè)（1）直流電機(jī)只具有一對(duì)磁極（N和S）（2）兩磁極間放著可以繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵芯。（3）鐵芯上固定著的一個(gè)線圈abcd即為電樞繞組（4）電樞線圈兩端分別連在兩個(gè)換向片上，換向片上分別壓著電刷A和B。86第86頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一87第87頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一直流電動(dòng)機(jī)的基本原理TM=KmIa為勵(lì)磁磁通，Wb

Km為常數(shù)Ia為電樞電流，A可見，由于電刷和換向器的作用，實(shí)現(xiàn)了電樞電流的換向，從而產(chǎn)生了方向不變的電磁轉(zhuǎn)矩，確保電動(dòng)機(jī)朝確定的方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。abcd88第88頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一直流發(fā)電機(jī)工作原理E=Ken為勵(lì)磁磁通，WbE為電動(dòng)勢(shì)，VKe為常數(shù)n為電樞轉(zhuǎn)速，r/min可見，當(dāng)直流發(fā)電機(jī)工作時(shí)，電樞繞組內(nèi)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)是交變的，由于電刷和換向器的作用，輸出到負(fù)載上的電流方向是固定的，故直流發(fā)電機(jī)可以供給直流電能。abcd89第89頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一三、直流電機(jī)的可逆性對(duì)于一臺(tái)直流電機(jī)，究竟是作為發(fā)電機(jī)還是作電動(dòng)機(jī)，關(guān)鍵在于外加條件，也就是輸入功率的形式。如用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)直流電機(jī)的電樞旋轉(zhuǎn)，則是發(fā)電機(jī)；如在電刷上加直流電壓，將電能輸入電樞，則是電動(dòng)機(jī)。90第90頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一電動(dòng)狀態(tài)和發(fā)電狀態(tài)的不同能量轉(zhuǎn)換方式電磁轉(zhuǎn)矩作用電動(dòng)勢(shì)的作用E與I的方向不同電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢(shì)減少電流發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)增加電流電動(dòng)機(jī)的E與I方向相反發(fā)電機(jī)E與I方向相同電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩促使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩阻礙電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)91第91頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一3.2直流發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的基本方程一、直流電機(jī)的勵(lì)磁方式勵(lì)磁就是電機(jī)中產(chǎn)生磁場(chǎng)的方式，有兩種方式：一種是永久磁鐵產(chǎn)生；一種就是利用電磁鐵在線圈中通電來產(chǎn)生。92第92頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一根據(jù)勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁方法來分類，直流電機(jī)可分為他勵(lì)和自勵(lì)兩類。（1）他勵(lì)：勵(lì)磁電流是由另外的直流電源來提供。（2）自勵(lì)：勵(lì)磁電流是由電機(jī)電樞提供的，它又可分為三類，并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)。93第93頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與勵(lì)磁方式他勵(lì)串勵(lì)并勵(lì)復(fù)勵(lì)串勵(lì)+并勵(lì)94第94頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一等效電路圖他勵(lì)串勵(lì)復(fù)勵(lì)串勵(lì)+并勵(lì)并勵(lì)95第95頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一二、直流發(fā)電機(jī)的基本方程以直流他勵(lì)發(fā)電機(jī)為例。其原理電路如右圖所示。圖中R是負(fù)載電阻，I是負(fù)載電流，Rf′是勵(lì)磁調(diào)節(jié)電阻，Ra是電樞電阻，Ia是電樞電流，E和U分別是發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)和端電壓。96第96頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一根據(jù)右下圖所示電路，列全電路歐姆定律，可得到直流發(fā)電機(jī)回路電壓，即電壓平衡方程：

U=E-IaRaIa=（E-U）/RaIa=II=U/R當(dāng)空載時(shí)，I=0：U=U0=E=Ken從上式可以看出E和成正比，磁通的大小取決于勵(lì)磁電流If，但和If不是成正比，而是磁化曲線。97第97頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一空載特性：空載時(shí)，輸出電壓與勵(lì)磁電流的關(guān)系。直流發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩必須與電磁轉(zhuǎn)矩和空載損耗轉(zhuǎn)矩相平衡，得到轉(zhuǎn)矩平衡方程為：T1=T+T0式中：T1為原動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩；T為電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩；T0為空載損耗轉(zhuǎn)矩。98第98頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一三、直流電動(dòng)機(jī)的基本方程以直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)為例。其原理電路如右圖所示。圖中I是負(fù)載電流，Rf是勵(lì)磁調(diào)節(jié)電阻，Ra是電樞電阻，Ia是電樞電流，E和U分別是電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢(shì)和端電壓。圖3-10他勵(lì)電動(dòng)機(jī)原理電路99第99頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一根據(jù)右下圖所示電路，列全電路歐姆定律，可得到直流電動(dòng)機(jī)回路電壓，即電壓平衡方程：

U=E+IaRa當(dāng)直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩必須與負(fù)載轉(zhuǎn)矩和空載損耗轉(zhuǎn)矩相平衡，得到轉(zhuǎn)矩平衡方程為：T=TL+T0式中：TL為負(fù)載轉(zhuǎn)矩；T為電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩；T0為空載損耗轉(zhuǎn)矩。電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，軸上輸出轉(zhuǎn)矩T2與負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL相等，此時(shí)有：

T=T2+T0圖3-10他勵(lì)電動(dòng)機(jī)原理電路100第100頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一由電壓平衡方程U=E+IaRa兩邊同乘以電樞電流Ia，得到UIa=EIa+Ia2Ra式中：UIa為電源輸入功率，用P1表示；EIa為電樞反電動(dòng)勢(shì)從電源吸收的功率，即為電磁功率，用Pe表示；Ia2Ra為電樞銅損耗，用PCua表示。上式轉(zhuǎn)化為P1=Pe+PCua圖3-10他勵(lì)電動(dòng)機(jī)原理電路101第101頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一根據(jù)功率與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，式T=T2+T0兩邊同乘以w，得到

Pe=P2+P0上式說明電磁功率Pe等于電動(dòng)機(jī)輸出功率P2與空載損耗功率P0之和。其中空載損耗功率P0為機(jī)械損耗Pm與鐵損耗PFe之和，即P0=Pm+PFe電動(dòng)機(jī)的總損耗而輸入功率P1和輸出機(jī)械功率P2的關(guān)系為

102第102頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一3.3直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性一、直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)直流電機(jī)在國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的運(yùn)行條件和運(yùn)行狀態(tài)下工作，稱為電機(jī)的額定運(yùn)行。每一臺(tái)電機(jī)都有一個(gè)銘牌，電機(jī)生產(chǎn)廠家按照國家標(biāo)準(zhǔn)和該電機(jī)的特定情況，將電機(jī)額定運(yùn)行的一些主要參數(shù)（即額定值）都標(biāo)明在銘牌上，它是用戶正確選擇和合理使用電機(jī)的依據(jù)。103第103頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一額定值額定功率PN額定條件下電機(jī)所能發(fā)出的功率電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)指軸上輸出的機(jī)械功率指電刷間輸出的額定電功率額定電壓UN在額定工況下，電機(jī)出線端的平均電壓發(fā)電機(jī)：指輸出額定電壓電動(dòng)機(jī)：指輸入額定電壓額定電流IN在額定電壓下，運(yùn)行于額定功率時(shí)對(duì)應(yīng)的電流額定轉(zhuǎn)速nN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)速額定勵(lì)磁電流IfN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。104第104頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一105第105頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一2、額定功率（容量）對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)是指長(zhǎng)期使用時(shí)，軸上輸出的機(jī)械功率。一般用KW表示單位。3、額定電壓對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)是指額定條件下運(yùn)行時(shí)從電刷兩端施加給電動(dòng)機(jī)的輸入電壓。單位用V表示。4、額定電流對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)是指在額定電壓下輸出額定功率時(shí)，長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)允許輸入的工作電流。單位用A表示。1、型號(hào)包括電機(jī)的系列、機(jī)座號(hào)、鐵芯長(zhǎng)度、設(shè)計(jì)次數(shù)、極數(shù)等。106第106頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一5、額定轉(zhuǎn)速當(dāng)電機(jī)在額定工況下（額定功率、額定電壓和額定電流）運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速。單位用r/min表示。直流電機(jī)銘牌往往有低、高兩種轉(zhuǎn)速，低轉(zhuǎn)速是基本轉(zhuǎn)速，高轉(zhuǎn)速為最高轉(zhuǎn)速。6、勵(lì)磁方式勵(lì)磁繞組的供電方式。7、勵(lì)磁電壓指勵(lì)磁繞組的供電電壓值，一般有110V、180V、220V等，單位是V。107第107頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一8、勵(lì)磁電流在額定勵(lì)磁電壓下，勵(lì)磁繞組中電流的大小。單位是A。9、定額（工作制）也就是電機(jī)的工作方式，指電機(jī)正常使用的持續(xù)時(shí)間，一般分為連續(xù)制和斷續(xù)制。10、絕緣等級(jí)指直流電機(jī)制造時(shí)所用絕緣材料的耐熱等級(jí)。一般有B級(jí)、F級(jí)、H級(jí)、C級(jí)。11、額定溫升指電機(jī)在額定工況運(yùn)行時(shí)，電機(jī)所允許的工作溫度減去繞組環(huán)境溫度的數(shù)值。單位用K表示。108第108頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一12、技術(shù)條件（標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)）國家標(biāo)準(zhǔn)如中小型直流電機(jī)的型號(hào)Z4-112/2-1Z：直流電動(dòng)機(jī)

4：第4次系列設(shè)計(jì)112：機(jī)座中心高，單位為mm2：極數(shù)1：電樞鐵心長(zhǎng)度代號(hào)109第109頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一額定值之間的關(guān)系對(duì)于電動(dòng)機(jī)，三個(gè)額定值之間的關(guān)系為：對(duì)于發(fā)電機(jī)，三個(gè)額定值之間的關(guān)系為：式中為額定效率。110第110頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一電機(jī)實(shí)際運(yùn)行狀況復(fù)雜多變，不可能一直工作在額定運(yùn)行工況下。如果用戶使用時(shí)處于輕載（或欠載）即負(fù)載遠(yuǎn)小于額定值時(shí)，電機(jī)能維持正常運(yùn)行，但效率降低，經(jīng)濟(jì)性差。如果電機(jī)運(yùn)行時(shí)，負(fù)載超出了額定值，稱為過載，長(zhǎng)期過載運(yùn)行，將縮短電機(jī)的使用壽命甚至因過熱而損壞電機(jī)。應(yīng)根據(jù)負(fù)載運(yùn)行條件合理選用電機(jī)，使其接近額定值才既經(jīng)濟(jì)合理，又可以保證電機(jī)可靠地工作，并且具有優(yōu)良的性能。111第111頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)112第112頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一直流電機(jī)的主要系列所謂系列電機(jī)，就是在應(yīng)用范圍、結(jié)構(gòu)形式、性能水平和生產(chǎn)工藝等方面有共同性，功率按某一系數(shù)遞增的成批生產(chǎn)的電機(jī)。系列化的目的是為了產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化和通用化。113第113頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一直流電機(jī)的主要系列Z2系列：一般用途的中小型直流電機(jī)。Z和ZF系列：一般用途的中大型直流電機(jī)，其中Z系列為直流電動(dòng)機(jī)系列，ZF系列為直流發(fā)電機(jī)系列。ZT系列：用于恒功率且調(diào)速范圍較寬的寬調(diào)速直流電動(dòng)機(jī)。ZZJ系列：冶金輔助拖動(dòng)機(jī)械用的冶金起重直流電動(dòng)機(jī)，它具有快速起動(dòng)和承受較大過載能力的特性。ZQ系列：電力機(jī)車、工礦電機(jī)車和蓄電池供電的電車用的直流牽引電機(jī)。Z-H系列：船舶上各種輔機(jī)用的船用直流電動(dòng)機(jī)。114第114頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一二、直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指電機(jī)在一定的電樞電壓和勵(lì)磁電壓下，轉(zhuǎn)速與輸出轉(zhuǎn)矩之間的函數(shù)關(guān)系n=f(T)。

機(jī)械特性曲線基本決定了電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用范圍。他勵(lì)串勵(lì)并勵(lì)復(fù)勵(lì)115第115頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一1、機(jī)械特性方程對(duì)于任何勵(lì)磁方式的電動(dòng)機(jī)都滿足電壓平衡方程又電動(dòng)勢(shì)為所以聯(lián)立上兩式，可得出電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為由電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩方程代入上式得電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性一般表達(dá)式為116第116頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一機(jī)械特性曲線他勵(lì)117第117頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一由于電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)必然存在空載轉(zhuǎn)矩T0，靠電機(jī)本身不可能使轉(zhuǎn)速上升到n0，故稱為理想空載轉(zhuǎn)速；理想空載轉(zhuǎn)速的含義是：假定在無損耗的理想狀態(tài)下，電機(jī)的全部電磁功率都轉(zhuǎn)化為機(jī)械功率所能獲得的速度。當(dāng)T=TN時(shí)的轉(zhuǎn)速稱為額定轉(zhuǎn)速；稱為降落轉(zhuǎn)速，它反映了電樞電阻在運(yùn)行時(shí)消耗能量的大小及運(yùn)行過程中相對(duì)穩(wěn)定的程度。式中：當(dāng)T=0時(shí)的轉(zhuǎn)速n0為118第118頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一靜差率

靜差率(轉(zhuǎn)速變化率)是指電動(dòng)機(jī)在一定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，負(fù)載由理想空載變到額定值時(shí)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速降落與理想空載轉(zhuǎn)速之比值。應(yīng)該以最小的空載速率為準(zhǔn)。這樣的靜差率才是有效的，其又稱相對(duì)穩(wěn)定性，用來表示負(fù)載變化時(shí)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化的程度，它與機(jī)械特性硬度有關(guān)，該數(shù)值越小，說明電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定性越好。

119第119頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一機(jī)械特性硬度為了衡量機(jī)械特性的平直程度，引進(jìn)一個(gè)機(jī)械特性硬度的概念，記作β，其定義為：

轉(zhuǎn)矩變化dT與所引起轉(zhuǎn)速變化dn比值，稱為機(jī)械特性的硬度，根據(jù)β值的不同，可將電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性分為三類。一般來講,電動(dòng)機(jī)的特性“軟”或者“硬”,是指電動(dòng)機(jī)抗“干擾”的能力,即負(fù)載變化時(shí),電動(dòng)機(jī)的“應(yīng)變能力”。

額定電壓下，如果負(fù)載改變，轉(zhuǎn)速變化小就說明機(jī)械特性硬；反之，如果轉(zhuǎn)速變化很大，就說明機(jī)械特性軟。

機(jī)械特性硬度是說電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電流之間的關(guān)系，在相等的電流變化下，轉(zhuǎn)速變化越小，硬度就越大。

120第120頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一(1)絕對(duì)硬特性(β→∞)：如交流同步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。(2)硬特性(β>10)：如直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，交流異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的上半部。(3)軟特性(β<10)：如直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)和直流積復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。在生產(chǎn)實(shí)際中，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械和工藝過程的具體要求來決定選用何種特性的電動(dòng)機(jī)。例如，一般金屬切削機(jī)床、連續(xù)式冷軋機(jī)、造紙機(jī)等需選用硬特性的電動(dòng)機(jī)；而對(duì)起重機(jī)、電車等則需選用軟特性的電動(dòng)機(jī)。121第121頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一2、機(jī)械特性的計(jì)算電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性有固有特性和人為特性之分。

固有特性又稱自然特性，它是指額定條件下同一轉(zhuǎn)軸上負(fù)載轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。

人為特性是指供電電壓或磁通不是額定值、電樞電路內(nèi)接有外加電阻時(shí)的機(jī)械特性。122第122頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一

1．固有機(jī)械特性固有特性又稱自然特性，指在額定條件下的n＝f／(T)。對(duì)于直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)，在額定電壓UN和額定磁通ФN下，電樞電路內(nèi)不外接任何電阻時(shí)的n＝f／(T)，直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的固有特性可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)來繪制。

通常電動(dòng)機(jī)銘牌上給出了額定功率PN，額定電壓UN，額定電流IN

，額定轉(zhuǎn)速nN等，由這些已知數(shù)據(jù)就可求出Ra，KeФN，n0，TN

。

當(dāng)U＝UN，Ф＝ФN時(shí)，且Ke，Km，Ra都為常數(shù)，故n＝f／(T)是一條直線。只要確定兩個(gè)點(diǎn)理想空載點(diǎn)(0，n0)和額定運(yùn)行點(diǎn)(TN，nN)連成直線即可。

123第123頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一(1)估算電樞電阻Ra：通常電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載下的銅耗I2aRa約占總損耗ΣΔPN的50％～75％。因：即：式中是額定運(yùn)行條件下電動(dòng)機(jī)的效率，且此時(shí)Ia=IN

，故得：124第124頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一(2)求KeФN

：額定運(yùn)行條件下的反電勢(shì)EN為故：(3)求理想空載轉(zhuǎn)速：(4)求額定轉(zhuǎn)矩：

125第125頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一（5）繪出機(jī)械特性曲線126第126頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一2．人為機(jī)械特性

人為機(jī)械特性：直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的一般表達(dá)式中供電電壓U或磁通Ф不是額定值、電樞電路內(nèi)接有外加電阻Rad時(shí)的機(jī)械特性，亦稱人為特性。直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的三種人為機(jī)械特性：1)電樞回路中串接附加電阻Rad時(shí)的人為機(jī)械特性當(dāng)U＝UN，Ф＝ФN，電樞回路中串接附加電阻Rad，若以Rad+Ra代替式直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的一般表達(dá)式中得Ra，得人為機(jī)械特性方程式：127第127頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一與固有機(jī)械特性相比，理想空載轉(zhuǎn)速n0不變，而轉(zhuǎn)速降落Δn卻變大了，即特性變軟。Rad越大，特性越軟，可得一簇由同一點(diǎn)(0，n0)出發(fā)的人為特性曲線。128第128頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一2)改變電樞電壓U時(shí)的人為特性

當(dāng)Ф＝ФN，Rad＝0，而改變電樞電壓U(即U≠UN)時(shí)，理想空載轉(zhuǎn)速n0＝U／(KeФN)要隨U的變化而變，但轉(zhuǎn)速降落Δn不變，所以在不同的電樞電壓U時(shí)，可得一簇平行于固有特性曲線的人為特性曲線。129第129頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一注意：由于電動(dòng)機(jī)絕緣耐壓強(qiáng)度的限制，電樞電壓只允許在其額定值以下調(diào)節(jié)，所以，不同U值時(shí)的人為特性曲線均在固有特性曲線之下。3)改變磁通Ф

時(shí)的人為特性U＝UN，Rad＝0，而改變磁通Ф130第130頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一

由于勵(lì)磁線圈發(fā)熱和電動(dòng)機(jī)磁飽和的限制，電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流和它對(duì)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)速降落都將增大。不同磁通下人為特性曲線如右圖所示131第131頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一削弱磁通時(shí)，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(dòng)機(jī)電流大大增加而嚴(yán)重過載。當(dāng)Φ＝0時(shí)，從理論上說，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速將趨于∞，實(shí)際上勵(lì)磁電流為零時(shí)，電動(dòng)機(jī)尚有剩磁，這時(shí)轉(zhuǎn)速雖不趨于∞，但會(huì)升到機(jī)械強(qiáng)度所不允許的數(shù)值，通常稱為“飛車”。

直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)前必須先加勵(lì)磁電流，在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，決不允許勵(lì)磁電路斷開或勵(lì)磁電流為零，為此，直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)在使用中，一般都設(shè)有“失磁”保護(hù)。132第132頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一3、

串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

串勵(lì)電動(dòng)機(jī)主要特點(diǎn)是勵(lì)磁電流＝電樞電流，因而，電動(dòng)機(jī)的每極磁通Ф是電樞電流的函數(shù)，也是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的函數(shù)。133第133頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一第一段：在電動(dòng)機(jī)負(fù)載較輕、電樞電流(即勵(lì)磁電流)較小時(shí)，電動(dòng)機(jī)磁路的飽和程度不高，因此，可以近似認(rèn)為每極磁通Ф和電樞電流Ia成正比，即Ф＝CIa。C為比例常數(shù)，并且：上式代入到機(jī)械特性的一般表達(dá)式：式中，134第134頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一它的機(jī)械特性曲線具有雙曲線的形狀，理想空載轉(zhuǎn)速n0趨近于無窮大。135第135頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一第二段：

在電動(dòng)機(jī)負(fù)載較大，電樞電流較大時(shí)，磁路趨于飽和，近似地認(rèn)為Ф＝常數(shù)，這時(shí)機(jī)械特性曲線的形狀近似于一條直線。

兩段特性曲線組合在一起，就構(gòu)成了串勵(lì)電動(dòng)機(jī)完整的機(jī)械特性曲線。串勵(lì)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的硬度要比他勵(lì)電動(dòng)機(jī)小得多，即為軟特性。

這種軟特性適用于牽引機(jī)車一類的運(yùn)輸機(jī)械。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)：Ф＝CIa，T＝KeФIa=KmCI2a∝I2a，在電網(wǎng)或電動(dòng)機(jī)容許啟動(dòng)電流為一定值時(shí)，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較他勵(lì)電動(dòng)機(jī)要大。所以，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)多用于起重、運(yùn)輸機(jī)械，如市內(nèi)、礦區(qū)電氣機(jī)車等。136第136頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一注意：①串勵(lì)電動(dòng)機(jī)絕不容許空載運(yùn)行，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速極高，所產(chǎn)生的離心力足以將繞組元件甩出槽外。②串勵(lì)電動(dòng)機(jī)也可反向運(yùn)轉(zhuǎn)，但不能用改變電源極性的方法，因電樞電流Ia與磁通Ф同時(shí)反向，使電磁轉(zhuǎn)矩T依然保持原方向，則電動(dòng)機(jī)不可能反轉(zhuǎn)。改變電樞或勵(lì)磁繞組的接線極性可使其反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)時(shí)機(jī)械特性與正轉(zhuǎn)時(shí)相同，但位于第三象限。137第137頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一4、復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)具有他勵(lì)和串勵(lì)兩個(gè)勵(lì)磁繞組。工業(yè)上常用的是積復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)，即他勵(lì)繞組和串勵(lì)繞組所產(chǎn)生的磁通方向一致，復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)同時(shí)具有他勵(lì)電動(dòng)機(jī)和串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的性質(zhì)，故復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性介于它們兩者之間。138第138頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線的形狀依串勵(lì)磁通所占的比重不同而不同，串勵(lì)磁通所占比重大時(shí)機(jī)械特性較軟，一般串勵(lì)磁通在額定負(fù)載時(shí)約占全部磁通的30％左右。復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性有確定的理想空載轉(zhuǎn)速n0，這是因?yàn)楫?dāng)Ia＝0時(shí)，雖串勵(lì)磁通Фs＝0，但仍有一定的他勵(lì)磁通Фes的緣故。139第139頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一例題例1：一直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)PN=180kW，Ra=0.2，UN=220V，nN=1450r/min,效率=0.895，求額定電流IN、電樞電動(dòng)勢(shì)EN和額定轉(zhuǎn)矩TN？解：（1）對(duì)于直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)有所以額定電流為IN=180×103/(220×0.895)=914.2(A)（2）由直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)電壓平衡方程額定狀況有所以電樞電動(dòng)勢(shì)EN=220-914.2×0.2=37.2（V）（3）由所以額定轉(zhuǎn)矩TN=9.55×（180×103/1450）=1185.5(N·m)140第140頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一例2：一臺(tái)直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)，PN=8.0kW，UN=220V，IN=82A，nN=1000r/min，Ra=0.1。試計(jì)算此電動(dòng)機(jī)的如下特性，并繪出所述特性的正轉(zhuǎn)時(shí)的機(jī)械特性曲線。（1）固有機(jī)械特性；（2）電樞附加電阻Rad為5時(shí)人為機(jī)械特性；（3）電樞電壓U=UN/2時(shí)的人為機(jī)械特性；（4）磁通時(shí)的人為機(jī)械特性。141第141頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一解：（1）電樞電動(dòng)勢(shì)由得所以EN=211.8（V）理想空載轉(zhuǎn)速由得額定轉(zhuǎn)矩

142第142頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一（2）電樞附加電阻Rad為5時(shí)人為機(jī)械特性

不變電流Ia發(fā)生突變，轉(zhuǎn)矩T發(fā)生突變，電動(dòng)勢(shì)E和理想空載轉(zhuǎn)速n0沒有變化。（3）電樞電壓U=UN/2時(shí)的人為機(jī)械特性

不變電流Ia發(fā)生突變，轉(zhuǎn)矩T和理想空載轉(zhuǎn)速n0發(fā)生突變，電動(dòng)勢(shì)E沒有變化。143第143頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一（4）磁通時(shí)的人為機(jī)械特性。

不變電流Ia發(fā)生突變，轉(zhuǎn)矩T、電動(dòng)勢(shì)E和理想空載轉(zhuǎn)速n0都發(fā)生突變。144第144頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一啟動(dòng)：電動(dòng)機(jī)接上電源，轉(zhuǎn)速從零達(dá)到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的過程。直流電動(dòng)機(jī)接通電源從靜止?fàn)顟B(tài)加速到某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的運(yùn)行過程稱為啟動(dòng)過程。直流電動(dòng)機(jī)有全壓?jiǎn)?dòng)、降壓?jiǎn)?dòng)和變阻器啟動(dòng)三種方法。TOnnN三、直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性145第145頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一1、全壓?jiǎn)?dòng)

全壓?jiǎn)?dòng)就是將電動(dòng)機(jī)直接接入到額定電壓的電源上啟動(dòng)。由于電動(dòng)機(jī)所加的是額定電源，而電動(dòng)機(jī)開始接通電源瞬間電樞不動(dòng)，電樞反電動(dòng)勢(shì)E和轉(zhuǎn)速n為零，所以啟動(dòng)時(shí)電流很大。

啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)最大電流為正，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)啟動(dòng)電流很大，所以啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)迅速，啟動(dòng)時(shí)間短。

不過，電動(dòng)機(jī)一旦開始運(yùn)轉(zhuǎn)，電樞繞組就有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E產(chǎn)生，且轉(zhuǎn)數(shù)n越高，電樞反電動(dòng)勢(shì)E就越大。隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)n上升，電流I迅速下降，電磁轉(zhuǎn)矩T也隨之下降。當(dāng)電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩TM與負(fù)載阻力轉(zhuǎn)矩TL相平衡時(shí)，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)過程結(jié)束而進(jìn)人穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。146第146頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一

全壓?jiǎn)?dòng)的優(yōu)點(diǎn)是不需其他設(shè)備，操作簡(jiǎn)便。

缺點(diǎn)是啟動(dòng)電流大。通常將

RN=UN/IN稱為額定電阻，一般Ra=(0.05～0.1)RN，所以電樞內(nèi)阻很小。啟動(dòng)時(shí)n=0、E=0，所以啟動(dòng)電流Ist=UN/Ra=UN/(0.05～0.1)RN=(10～20)IN，即啟動(dòng)電流為額定電流的10～20倍。這樣大的啟動(dòng)電流不僅會(huì)燒壞繞組，其產(chǎn)生的過大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩還會(huì)損壞機(jī)械傳動(dòng)部件，所以直流電動(dòng)機(jī)只能在很小容量且有一定余量時(shí)才可以直接啟動(dòng)。

它只適用于小型電動(dòng)機(jī)，如家用電器中的直流電動(dòng)機(jī)。147第147頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一2、降壓?jiǎn)?dòng)降壓?jiǎn)?dòng)就是在啟動(dòng)時(shí)通過暫時(shí)降低電動(dòng)機(jī)供電電壓U（一般通過晶閘管整流得到合適的電壓）的辦法來限制啟動(dòng)電流。一般要求啟動(dòng)電流為額定值的1.8-2.5倍，常取Rst=2IN。

降壓?jiǎn)?dòng)節(jié)能，但需要要有一套可變電壓的直流電源，所以初期投資較大，運(yùn)行費(fèi)用高。這種方法只適合于大功率電動(dòng)機(jī)。148第148頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一2、變阻器啟動(dòng)變阻器啟動(dòng)就是在啟動(dòng)時(shí)將一組啟動(dòng)電阻Rst串入電樞回路，以限制啟動(dòng)電流，而當(dāng)轉(zhuǎn)數(shù)上升到額定轉(zhuǎn)數(shù)后，再把啟動(dòng)變阻器從電樞回路中切除。

變阻器啟動(dòng)的特點(diǎn)：可以有效抑制啟動(dòng)電流Ist=U/(Ra+Rst)；需要附加啟動(dòng)設(shè)備；產(chǎn)生額外的電阻損耗；適應(yīng)于小容量并勵(lì)電動(dòng)機(jī)。149第149頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一在電樞回路中接入電阻三點(diǎn)起動(dòng)器TL150第150頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一例題

一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，其額定值為PN=30kW，UN=220V，IN=158.5A，Ra=0.1，nN=1000r/min。當(dāng)電流為額定值、磁通減弱為額定值的0.5倍時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩增大多少倍？解：磁通變化前151第151頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一磁通變?yōu)樵瓉淼?.5倍時(shí)：152第152頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一四、直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性1、概念

電動(dòng)機(jī)的調(diào)速是受生產(chǎn)機(jī)械約束的，不同的生產(chǎn)機(jī)械要求傳動(dòng)系統(tǒng)以不同的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速就是在一定負(fù)載條件下，人為改變電動(dòng)機(jī)的電路參數(shù)，以改變電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。

那么如何進(jìn)行調(diào)速呢？153第153頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一2、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的方法調(diào)電樞電壓調(diào)速調(diào)電樞電阻調(diào)速調(diào)主磁通（勵(lì)磁電流）調(diào)速磁場(chǎng)控制電樞控制154第154頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一電動(dòng)機(jī)調(diào)速的基本要求調(diào)速范圍：D=nmax/nmin平滑性經(jīng)濟(jì)性調(diào)速設(shè)備簡(jiǎn)單、可靠、操作方便TOnnmint1nmax155第155頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一IaN電樞回路串電阻調(diào)速n1nNT1TeOnn0Rad=0Rad1Rad2TLU=E+IaRa，E=KeΦnTM=KmΦIa=TLBTOnU=E+Ia(Ra+Rad)，E=KeΦnTM=KmΦIa=TL156第156頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便，轉(zhuǎn)速可連續(xù)調(diào)節(jié)。缺點(diǎn)：耗能，只能調(diào)低轉(zhuǎn)速，輕載時(shí)調(diào)速范圍不大，機(jī)械特性較軟，速度穩(wěn)定性差。應(yīng)用：目前應(yīng)用很少，僅在起重機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)等低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間不長(zhǎng)的傳動(dòng)系統(tǒng)中使用。157第157頁，共179頁，2023年，2月20日，星期一電樞回路調(diào)壓調(diào)速TOnUN>U1>U2>U