直流電動機的機械特性

3.2直流發(fā)電機的工作特性3.3直流電動機的機械特性3.1直流電機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理3.4直流電動機的啟動與反轉(zhuǎn)3.5直流電動機的調(diào)速3.6直流電動機的制動特性第3章直流電機的工作原理和特性

學習要求:在了解直流電動機的基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,著重掌握直流電機的基本工作原理,特別應(yīng)掌握轉(zhuǎn)矩方程式、電勢方程式和電壓平衡方程式；掌握直流電動機的機械特性,特別是人為機械特性；掌握直流電動機啟動、調(diào)速和制動的各種方法以及各種方法的優(yōu)缺點和應(yīng)用場所；學會根據(jù)他勵直流電動機的銘牌技術(shù)數(shù)據(jù),確定電動機啟動等運行特性。重點:掌握直流電動機的機械特性,特別是人為機械特性；他勵直流電動機的啟動特性；他勵直流電動機的調(diào)壓調(diào)速特性。分析方法：結(jié)構(gòu)基本工作原理轉(zhuǎn)矩方程式電勢方程式電壓平衡方程式機械特性啟動、調(diào)速和制動分析依據(jù)：電磁力定律、電磁感應(yīng)定律3.1直流電機的構(gòu)造和工作原理直流發(fā)電機—將機械能變?yōu)橹绷麟娔苤绷麟妱訖C—將直流電能變?yōu)闄C械能一、直流電機的結(jié)構(gòu)定子轉(zhuǎn)子直流電機直流電機的工作原理:基于電磁力定律和電磁感應(yīng)定律主磁極磁極對數(shù)(P)=磁極數(shù)/2氣隙換向極磁極數(shù):主磁極的個數(shù)轉(zhuǎn)子（電樞）定子機座

—起支撐作用;作為部分磁路主磁極

—產(chǎn)生主磁通換向極

—產(chǎn)生附加磁場，改善換向電刷

—引入或引出直流電換向極換向繞組定子的作用：產(chǎn)生主磁場及機械支撐勵磁繞組主磁極轉(zhuǎn)子電樞鐵心

—其槽孔中放置電樞繞組電樞繞組

—產(chǎn)生感應(yīng)電動勢、電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)軸

—輸入或輸出機械功率換向器

—與電刷一起，共同完成直流電和交流電的轉(zhuǎn)換換向極換向繞組轉(zhuǎn)子的作用：產(chǎn)生感應(yīng)電動勢及電磁轉(zhuǎn)矩.勵磁繞組主磁極轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)子電樞線圈轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖電樞繞組線圈

換向片電樞鐵心硅鋼片電樞鐵心

---由外圓開糟的硅鋼片彼此絕緣地疊成的.有效邊電刷是石墨或金屬石墨組成的導電塊，放在刷握內(nèi)用彈簧以一定的壓力按放在換向器的表面，旋轉(zhuǎn)時與換向器表面形成滑動接觸.電刷裝置將電樞電路與外部電路連接起來電刷換向器兩極直流電機的磁路磁路：當勵磁繞組中通直流勵磁電流時產(chǎn)生恒定主磁通,經(jīng)主磁極鐵心、空氣隙、電樞鐵心、磁軛（機座）形成的閉合回路.主磁極機座(磁軛)勵磁繞組空氣隙電樞I(勵磁電流)二、直流電機的基本工作原理磁極N,S不動;

線圈（繞組）旋轉(zhuǎn);換向片旋轉(zhuǎn);

電刷A,B不動主磁極電樞繞組兩極直流電機模型電刷換向片電樞旋轉(zhuǎn)時,換向片與電刷滑動接觸.為了便于分析直流電機的工作原理,將電機簡化為以下模型:T1abcde+–+–abcdabcd+–abcde+–dcban1.勵磁繞組通過直流勵磁電流,產(chǎn)生恒定磁場(N→S)；

1.直流發(fā)電機的工作原理—基于電磁感應(yīng)定律2.設(shè)原動機(T1)帶動電樞線圈以n旋轉(zhuǎn)；3.線圈導體(有效邊)切割磁場在導體內(nèi)將感應(yīng)交流電勢

e.(右手定則）4.通過換向器與電刷AB

輸出直流電動勢E.RLE電磁感應(yīng)定律BT1abcde+–+–abcdabcd+–abcde+–dcban直流發(fā)電機的工作原理演示RLE結(jié)論：(1)繞組中的感應(yīng)電動勢是交變的。---交流(2)電刷A、B間的電動勢的極性是不變的。--直流換向片的作用：將繞組中的交流電變換為電刷的直流電。

(1)發(fā)電機旋轉(zhuǎn)時，電樞繞組中將產(chǎn)生電源電動勢（e與ia

方向

相同）。當發(fā)電機帶負載(I≠0)后，電磁轉(zhuǎn)矩T

是制動轉(zhuǎn)矩，和原動機的力矩T1相平衡。（2)nT1+–IeiaTfEiaff2.直流電動機的工作原理—基于電磁力定律cdababcdffabcdabcdffTndcbaffnTU電磁力定律3.載流的電樞導體將受到電磁力f

的作用。4.所有導體產(chǎn)生的電磁力作用于轉(zhuǎn)子，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T

驅(qū)動轉(zhuǎn)子以n

(轉(zhuǎn)/分)旋轉(zhuǎn)，以便拖動機械負載。2.將直流電源通過電刷接通電樞繞組，使電樞導體有電流ia

流過。1.勵磁繞組通過直流勵磁電流,產(chǎn)生恒定磁場（N→S）；Biaff直流電動機的工作原理演示ffffTnffnTU2）電動機旋轉(zhuǎn)時，電樞繞組中將產(chǎn)生反電動勢（與ia反向），與電源電壓U相平衡。

1)電動機的電磁轉(zhuǎn)矩T

是驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。結(jié)論：TndcbaffnTiaeUE(1)直流電機的可逆性：(2)換向器的作用：結(jié)論：若輸入機械能,可作為直流發(fā)電機,從電刷上輸出直流電能；若從電刷上輸入直流電能,又可作為直流電動機，從軸上輸出機械能。將電機內(nèi)部的交流電外部的直流電。三、電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩E=KenT=KtIaKt=9.55

Ke每極主磁通電樞電流結(jié)構(gòu)常數(shù)電勢常數(shù)當電樞以轉(zhuǎn)速n轉(zhuǎn)動時，電樞繞組的導體便會切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電勢；當電樞繞組通過電流時，與氣隙磁場作用會產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。

發(fā)電機和電動機均有電樞電勢E

、電磁轉(zhuǎn)矩T，但性質(zhì)卻有很大不同。（見下表）發(fā)電機電動機直流發(fā)電機T與n

反方向，T是制動轉(zhuǎn)矩

直流電動機T與n

同方向，T是拖動轉(zhuǎn)矩T1TT1=T+T0

（穩(wěn)態(tài)運行時）T=T0+TL

（穩(wěn)態(tài)運行時）

nTE

和Ia

反方向,稱為反電勢nT0T0T0---電機空載損耗轉(zhuǎn)矩(由摩擦引起的反抗轉(zhuǎn)矩）E

和Ia

同方向，稱為電源電動勢TL電機在發(fā)電狀態(tài)和電動狀態(tài)下,E

和T的作用直流電機的分類

----依據(jù)勵磁繞組與電樞繞組的連接方式分類(1)他勵方式UfRf'他勵勵磁繞組（T1T2）由外電源（Uf）供電，勵磁電流（If）不受電樞（H1H2）端電壓（U）的影響。原理電路圖UfRf'UH1H2T1T2I(2)并勵方式Rf'并勵勵磁繞組（B1B2）與電樞（H1H2）并聯(lián)。U=UfUfRf'B2B1H1H2原理電路圖'Rf---調(diào)磁電阻，改變，即可調(diào)節(jié)If'RfI(3)串勵方式Rf'串勵勵磁繞組（C1C2）與電樞（H1H2）串聯(lián)。Ia=If原理電路圖UfRf'H1H2C1C2(4)復勵方式Rf'

復勵方式有兩個勵磁繞組，其并勵勵磁繞組（B1B2）與電樞（H1H2）并聯(lián)。串勵勵磁繞組（C1C2）與電樞（H1H2）串聯(lián)。UfRf'H1H2B1B2C1C2原理電路圖五、直流電機的額定值及分類1.型號2.額定值額定功率（PN）：發(fā)電機PN=UN

IN；電動機PN=UNINN；(2)額定電壓（UN）：電樞電壓的額定值；(3)額定電流（IN）：電機電流的額定值；(4)額定轉(zhuǎn)速（nN）：額定狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速;如：Z3-112Z3—表示第三次改型設(shè)計的直流電動機112—規(guī)格代號：11號機座，2號鐵心(5)額定轉(zhuǎn)矩（TN）：額定狀態(tài)下電動機軸上輸出的機械轉(zhuǎn)矩；(6)勵磁方式（IfN）：接線盒3.2

直流發(fā)電機當保持發(fā)電機的轉(zhuǎn)速n為常數(shù)時，發(fā)電機的運行主要特性有2種：空載特性外特性下面以他勵發(fā)電機(G)為例介紹直流發(fā)電機的運行特性.他勵發(fā)電機(G)電路原理圖IaIUQEGRRaRf'UfIf–+U=E–IaRa

Ia=II=RUE

：電樞電動勢；Ia

：電樞電流Ra：電樞電阻R：負載電阻Rf

：調(diào)整勵磁電阻U

：電樞電壓I：負載電流電壓平衡方程式(1)空載特性E=f(If

)|I=0E0EIf0

2)E0--勵磁電流If

=0時，E=E0，由剩磁通0產(chǎn)生，稱為剩磁電動勢。E;

1)與B-H磁化曲線形狀類似，因為E=Ke

nB;IfHE-If

類似B-H曲線指發(fā)電機空載時,電樞電勢E與勵磁電流If

的關(guān)系曲線剩磁電動勢的測量：？空載特性的特點:EIf0當調(diào)整勵磁電阻Rf

If

'E工作點通常選在特性彎曲點A附近。此時發(fā)電機磁路接近飽和而未飽和。空載特性反映了通過調(diào)整勵磁電流來得到需要的電壓A空載時Ia=I=0，U0=E=KenU0:空載電壓空載特性的獲得:E0

剩磁電動勢的測量:

If=0；發(fā)電機空載；發(fā)電機以

n

旋轉(zhuǎn)。此時測量電樞電壓U即為E0(2)外特性U=f(I)|IfN保持If

=

IfN

n=

nN，當調(diào)整負載電阻R

U

I

INUNU0IU0電壓調(diào)整率：U

————–100%U0–UNUN通常他勵電動機

U(5~10)%反映發(fā)電機電樞端電壓U

隨負載電流I變化的特性。3.3直流電動機的機械特性要求:

掌握電動機的機械特性，特別是人為機械特性。機械特性是根據(jù)轉(zhuǎn)矩、電勢、電壓平衡方程式推出來的，它又是分析啟動、調(diào)速和制動特性的依據(jù)。所以機械特性是電動機內(nèi)容的重中之重。電動機的機械特性：電動機的電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系n=f(T)勵磁方式不同,電動機的機械特性也不同.一.他勵（并勵）電動機(M)的機械特性1.機械特性的一般形式MRf'RaEIaUI

電路原理圖IfUfU=E+IaRa

=———–

U–IaRaKeEn=——Ke=——–Ra·

TKe–

————KeKt2UTT

=

KtIaE=Ken，轉(zhuǎn)速特性機械特性n電動機的電壓平衡方程式—機械特性n0TLnTn0n0—理想空載轉(zhuǎn)速

n—帶負載后的轉(zhuǎn)速降對他勵、并勵電動機的特性比較“硬”,大,n=(2~8)%·nNn=——–Ra·

TKe–————KeKt2U=n0–

n

n其中：—機械特性硬度

T

=——×100%

nd

T

=——d

n表示當轉(zhuǎn)矩變化時轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度衡量機械特性的平直程度TnT0當U=UN，

=

N

，電樞回路不加附加電阻條件下2.固有機械特性n=——–RaKeN–—————TKeKtN

2UN

其中：T=

KtN

Ia電動機穩(wěn)態(tài)運行時：有T=TL+T0

固有機械特性數(shù)學表達式

固有機械特性曲線T（N.m）n

（r/min）根據(jù)固有機械特性表達式畫出固有機械特性曲線故固有機械特性為過（0，n0），（TN，nN）的一條直線=——–KeNUNn0TN′

=TN+T0

nNTN′n0=KtN

IaN

近似固有機械特性曲線一般情況下：可忽略T0，此時的機械特性稱為近似固有機械特性。T（N.m）n

（r/min）=——–KeNUNn0

TN--額定負載轉(zhuǎn)矩nNTNn0近似固有機械特性為過（0，n0），（TN，nN）的一條直線利用電動機的銘牌數(shù)據(jù)來求近似固有機械特性。已知銘牌數(shù)據(jù)（PN，UN，IN，nN）（0，n0），（TN，nN）步驟：（1）估算Ra（或測量）

Ra=（0.50.75）（1-————）——PNUNINUNIN（2）求KeN

KeN=——=——————ENnNUN-INRanN（3）求n0

n0=————UNKeN（4）求

TNTN=———=9.55———PNNPNnN（5）利用（0，n0），（TN，nN）繪出近似固有機械特性近似固有機械特性曲線T（N·m）n（r/min）n0nNTN繪制近似固有機械特性時注意：1、KeN=（UN–INRa）/nN

對一臺電動機而言是唯一的；2、額定轉(zhuǎn)矩TN=9.55PN/nN

是軸上的輸出轉(zhuǎn)矩.電動機反轉(zhuǎn)時近似固有機械特性曲線T（N·m）n（r/min）-n0-nN-TN3、IN

是額定負載時電樞繞組的電流.3.人為機械特性當人為改變電動機的參數(shù)U、

、及電樞回路增加Rad時，得到的機械特性即人為機械特性.n=——–Ra·

TKe–

————KeKt2U電動機的人為機械特性是對電動機控制（如啟動、正反轉(zhuǎn)、調(diào)速、制動停車等）的依據(jù)。(1)電樞回路串接附加電阻RadRf'UfIfMRaEIaIU–+RadRa+

Rad–————TKeKt

N

2——–KeNUNn=條件：U=UN，

=

N，

電樞回路串接

RadTn0有：U=E+Ia（Ra+Rad）n0RaRad1Rad2Rad增加Ra

<Rad1

<Rad2

特點：

1）

n0

不變。2）n

，。=n0–

n(2)改變電樞電壓U

（U<UN）

條件：Rad=0，

=

N，改變U（U<UN）

Ra–————TKeKt

N

2——–KeNUn=特點：

1）

n0。

2）n不變，不變。Tn0n0UNn01U1n02U2U

減小UNU1U2<<=n0–

n防止電樞繞組絕緣擊穿IaIUUfIf–MRaE+(3)改變磁通

（

<

N

）條件：Rad=0，

U=UN，改變

（

<

N

）

Ra–————TKeKt

2——–KeUNn=Tn0n0

N

減小

N

1

2<<

1n01

2n02特點：

1）

n0

。2）n，

。=n0–

n防止磁路飽和導致勵磁線圈過熱IaIUUfIf–MRaE+n

=

—————–

U–

Ia(Ra+Rf)Ke2.串勵電動機的機械特性=

———–

UC1TRa+Rf

C2TNnNTn0注意：串勵電動機不允許空載，否則有n。Rf'EIa=IfIUMRa有：U=E+Ia（Ra+Rf

）3.復勵電動機的機械特性n0Tn0復勵串勵并勵Rf'RaEMIfIaIU特點：復勵電動機的機械特性界于并勵、串勵之間。本節(jié)小結(jié)1、直流電動機的三大方程式：U=E+IaRa

T=KtIaE=Ken轉(zhuǎn)矩方程式電勢方程式電壓平衡方程式一般表達式：固有機械特性--當電動機的參數(shù)為額定值時人為機械特性2、直流電動機的機械特性：--當改變電動機的參數(shù)（、U、Rad）

時，可得到三種人為機械特性重點：人為機械特性n=——–RaKeN–————TKeKtN

2UNn=——–Ra+RadKe–————TKeKt2U3.4直流他勵電動機的啟動與反轉(zhuǎn)要求掌握電動機啟動和反轉(zhuǎn)的各種方法一、直流他勵電動機的啟動1.啟動要求：1）起動電流Ist

不能太大，Ist=（1.5~2）IN

2）起動轉(zhuǎn)矩

Tst

合適

太大將會燒毀換向器及電樞繞組太小

Tst<TL，

無法啟動太大

撞擊力大會撞壞齒輪，

造成機械損壞。2.直接啟動存在的問題n=0,E=0Ia

=————UN–ERaUN=—-RaIstTst=KtNIstIst=

（10~20）IN

Rad=0，U=UN,=N直接啟動：啟動有：E=Ken故直流他勵電動機一般不能直接啟動。3.啟動方法：1）降壓啟動

UU=—-RaIst

（1.5~

2）IN方法：啟動時降低電樞電壓U

，以限制啟動電流，待轉(zhuǎn)速n

上升到一定值時，再使U=UN

，當n=nN

時，啟動完畢。2）電樞回路串入起動電阻RstIst

=———UNRa+

Rst，之后，隨著nRst

，當nnN

時，使Rst=0啟動時電樞回路內(nèi)串入啟動電阻以限制啟動電流，

（1.5~

2）IN，Rst的選擇：UNRst

———————Ra（1.5~

2）IN此時，Tst

=KtN

Ist以保證一定的Tst

。——完全切除起動電阻，啟動完畢。s缺點：在切除啟動電阻時有較大的沖擊（Ia→Ib）1-a（T

TN）沿特性1

S切除Rstn不變2-b沿特性2cT

=

TNn

=

nN開始啟動（串入Rst

）啟動完畢1—Ra+Rst

時的機械特性2—Ra時的機械特性分析啟動過程（TL=TN）：由n和T決定的電動機工作點沿機械特性移動欲使啟動過程平穩(wěn):

T

1=

（1.6~2）TN

T2=

（1.1~1.2）TNabcd具有三段啟動電阻的啟動過程：7

4切除R3n不變5沿特性b8T

=

TNn

=

nN2（T

=

T2）沿特性a

1n不變切除R2沿特性d6切除R1n不變沿特性c啟動完畢3IaUUfIf–MRa+BIB2HIH2二、電動機的反轉(zhuǎn)電動機的轉(zhuǎn)動方向由

電磁轉(zhuǎn)矩T決定。n與T同向。反轉(zhuǎn)：改變T的方向即可實現(xiàn)n的反轉(zhuǎn)。而T=KtIa反向Ia反向?qū)畲爬@組的兩端對調(diào)將電樞繞組的兩端對調(diào)反轉(zhuǎn)T反向或IB1B2H1H2

--反轉(zhuǎn)時電動機的機械特性在第三象限+–注意：不能同時改變

和Ia

的方向本節(jié)小結(jié)1、直流電動機的啟動方法：2、直流電動機的反轉(zhuǎn)方法：1)降壓啟動（常用）

2)電樞回路串電阻啟動2)對調(diào)電樞繞組的接線，改變Ia

的方向1)對調(diào)勵磁繞組的接線，改變的方向3.5

直流他勵電動機的調(diào)速要求掌握電動機調(diào)速的各種方法、優(yōu)缺點和應(yīng)用場所.

調(diào)速

—在負載一定（TL一定或

PL一定）的條件下，人為改變電動機的參數(shù)（Rad

,U,），以改變電動機的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的過程。n=——–

Ra+RadKe

–————TKtKe

2U三種調(diào)速方法：,Rad

,Un如圖,當

TL一定,

轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié):nA

→nBRad

變化:特性1

→特性

2注意調(diào)速和速度變化的區(qū)別

速度變化

---由于電動機的負載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化（增大與減?。┒痣妱訖C轉(zhuǎn)速的變化（下降或上升）。如圖:當

TL

變化:T1

→T2引起轉(zhuǎn)速變化:nA

→nB一、電樞回路串接Rad

調(diào)速

U=UN，

=

N，

TL一定，電樞回路串接RadTn0RaRad+RaAnCTLCBnARa+

Rad–—————TKeKt

N

2——–KeNUNn=2-B加入Radn不變沿特性2CT

=

TLn

=

nC21調(diào)速過程：

1-AT

=

TLn

=

nARf'UUfIf–MRaE+Rad調(diào)速前穩(wěn)態(tài)調(diào)速后穩(wěn)態(tài)Ian0調(diào)速前后：（1）分別運行在n=nA

和n=nC

兩個穩(wěn)定狀態(tài)。（2）工作在兩個不同的機械特性上。Rad+Ra調(diào)速特點：（1）串入Rad

后，

（2）n0不變。（4）空載或輕載時，調(diào)速范圍小。（5）Rad

消耗能量。Tn0n0RaAnCTLnA21C適用場合：低速運轉(zhuǎn)時間不長的場合。如起重機、卷揚機等。（3）nnN

。

二、改變電樞電壓U（U<UN）

條件：Rad=0，

=

N，改變U（U<UN）Ra–————TKe

KtN

2——–KeNU1n=Tn0TLn0UN1n01U12ACB2-BUNU1n不變沿特性2C

T

=

TLn

=

nC調(diào)速過程：

1-AT

=

TLn

=

nAnAnCIaUUfIf–MRaE+調(diào)速前穩(wěn)態(tài)調(diào)速后穩(wěn)態(tài)調(diào)速前后：（1）分別運行在n=nA

和n=nC

兩個穩(wěn)定狀態(tài)。（2）工作在兩個不同的機械特性上。調(diào)速特點：（1）U

連續(xù)變化，可實現(xiàn)連續(xù)無級調(diào)速。（2）n0

，不變。（3）nnN

。（4）調(diào)速范圍大，可與電機啟動共用一套調(diào)壓設(shè)備。（5）恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，適合帶恒轉(zhuǎn)矩負載。Tn0n0UNn01U1TL12ACnAnC適用場合：有調(diào)壓裝置及變流裝置的場合。是最常用的調(diào)速方式穩(wěn)定運行時電動機的Ia=IN

，故調(diào)速前后T=KtN

IaN

=常數(shù)，且調(diào)速過程中負載轉(zhuǎn)矩TL不變，故稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。Tn0n0UNn01U1TL12ACnAnC恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速：三、弱磁調(diào)速

（

<

N

）IaUUfIf–MRaE+條件：Rad=0，U=UN，PL一定，改變

（

<

N

）

Ra–————TKeKt

1

2——–Ke1UNn=Tn0

1n0

N1n012PL2-B

N

1n不變沿特性2CT

=

TLn

=

nC調(diào)速過程：

1-AT

=

TLn

=

nAnAnCACB調(diào)速前穩(wěn)態(tài)調(diào)速后穩(wěn)態(tài)調(diào)速前后：（1）分別運行在n=nA

和n=nC

兩個穩(wěn)定狀態(tài)。（2）工作在兩個不同的機械特性上。調(diào)速特點：（1）可實現(xiàn)連續(xù)無級調(diào)速（n

1.2nN

）。（2）當調(diào)整Rf

n0,n，.（3）n（nnN

）。若調(diào)得很小,將使n。尤其=0(勵磁回路斷開）時,應(yīng)注意:不要將勵磁回路開路'Tn0

N

112PLnAnCCA滿載則n0—“悶車”—“飛車”空載則n（4）調(diào)速范圍小。（5）恒功率調(diào)速，適合帶恒功率負載。當穩(wěn)定運行時，電動機的Ia=IN

，故調(diào)速前后P=UNIN=常數(shù)，且調(diào)速過程中負載功率PL

不變，故稱為恒功率調(diào)速，此時電動機的T=Kt

Ia

隨改變。弱磁調(diào)速一般不單獨使用，可配合降壓調(diào)速使用：nnN

—采用降壓調(diào)速nnN

—采用弱磁調(diào)速

調(diào)速特點：恒功率調(diào)速：本節(jié)小結(jié)n=——–Ra+RadKeN–————TKeKtN

2UNn=——–RaKeN–————TKeKtN

2Un=——–RaKe–————TKeKt2UN直流電動機的三種調(diào)速方法：1）電樞回路串入附加電阻調(diào)速：2）改變電樞電壓調(diào)速：3）改變勵磁磁通調(diào)速：

例1：一臺直流他勵電動機額定數(shù)據(jù)為:PN=17KW，電壓UN=220V，電流IN=91A,nN=1500r/min,Ra=0.22。試求：

額定轉(zhuǎn)矩TN;直接啟動時的啟動電流Ist;如果要使啟動電流不超過額定電流的2倍，求Rst=？Tst=？如果采用降壓啟動，啟動電流仍限制為額定電流的2倍，電源電壓應(yīng)為多少？解：TN=9.55——PNnN額定轉(zhuǎn)矩TN=9.55————=108.2N?m1710315002）直接啟動時的啟動電流IstUN=—-RaIst=————=1000A2200.223）如果電樞串入啟動電阻Rst

后的啟動電流Ist

Ist

=———UNRa+

Rst

2INUNRst

————Ra2IN，=—————0.22=0.99

2202×91則：

Tst

=KtNIst

而

KtN=9.55KeN

=9.55——————UN–

INRanN

=9.55————————=1.27N?m/A220–91×0.221500

Tst

=KtNIst

=1.27×2×91=231N?m4）降壓啟動時U=——RaIst

=2IN

U=2IN

×

Ra=2×91×0.22=40V故電源電壓應(yīng)為40V。

例2：一臺直流他勵電動機額定數(shù)據(jù)為:PN

=2.2KW，UN=220V，IN=12.4A,nN

=1500r/min,Ra=1.7。如果這臺電動機在額定轉(zhuǎn)矩下運行，如果忽略損耗，試求：

1）電動機的電樞電壓降到180V時，電動機的轉(zhuǎn)速是多少？

2）勵磁電流If=0.8IfN（

=0.8

N

），電動機的轉(zhuǎn)速是多少？

3）電樞回路中串入Rad=2時，電動機的轉(zhuǎn)速是多少？

PNT=TN=9.55——nN解：首先求出三種條件下的電磁轉(zhuǎn)矩T。因為不計損耗，故T=TN=9.55————=14N?m2.210315001）此時：U

=180V，

=

N

，

Rad=0Ra–————TKeKt

N

2——–KeNUn=故

KtN

=9.55KeN

=———————=0.13V/rmin-1220–12.4×1.715002）此時：U

=UN=220V，

=0.8

N，

Rad=0UN–INRaKeN

=——————nN而

KeKtN

2

=9.55（KeN）2=9.55×0.132=0.16N?m

/rmin-1Ra–—————TKeKt

N

2——–KeNUn=故=—————————1801.7×140.130.16=1236rmin-1Ra

–————TKeKt

2——–KeUNn=故

Ke=0.8KeN而

–————TRaKeKt

2——–KeUNn=故

=———————————220（1.7+2）×140.130.16=1368rmin-13）此時：

U

=UN=220V，

=

N，

Rad=2Ra+Rad

–————TKeKt

N

2——–KeNUNn=故

=—————-—————2201.7×140.8×0.130.82×0.16=1962rmin-1

補充：電動機的功率平衡方程式及電動機效率U=E+Ia

RaP1Pem

PCuPem=P2+

P0電動機效率：

P2/P1

P2/UIa

2Ia

IaMRf'RaEIaUIUf他勵電動機=+輸入電功率電磁功率銅耗輸出機械功率P1=P2+

P0+

Pcu功率平衡方程式：鐵耗+機械損耗TL=9.55P2/n1.他勵電動機并勵電動機MRf'RaEIaUIfI各式與上面推導相同，只是電源還要提供勵磁功率2.并勵電動機P1=P2+

P0+

Pcu

+

Pf電動機效率：

P2/P1

P2/UI

要求掌握電動機制動的各種方法、優(yōu)缺點和應(yīng)用場所，掌握電動機運行在制動狀態(tài)下的特征.3.5直流他勵電動機的制動特性一、他勵直流電動機的制動1.制動與啟動：制動：（1）使電動機迅速準確停車：

nN

0

（2）使電動機穩(wěn)定在某一轉(zhuǎn)速上（限速）

—帶位能負載時

啟動：電動機的速度由0nN2.電動機的兩種工作狀態(tài)電動狀態(tài)制動狀態(tài)其中：T=TL

T與n同向，T—驅(qū)動轉(zhuǎn)矩

TL—制動轉(zhuǎn)矩

E與Ia反向

E—反電勢（2）制動狀態(tài)將電能機械能，處于電動狀態(tài)

其中：T=TL

T與n反向，T—制動轉(zhuǎn)矩

TL—驅(qū)動轉(zhuǎn)矩

E與Ia同向

E—電源電動勢nTnTLnT-nTLT提升重物勻速上升

GTIa（1）電動狀態(tài)n

G

TLIa勻速下放重物將機械能電能，處于制動發(fā)電狀態(tài)

TLn（1）電動機接法;（2）T與n反向，T—制動轉(zhuǎn)矩，機械特性在二、四象限;（3）E與Ia

同向，E—電源電動勢，電動機處于制動發(fā)電狀態(tài);（4）將機械能（位能或動能）電能;

反饋制動、反接制動、能耗制動二、反饋制動電動機在運行中，在外部條件的作用下，出現(xiàn)nn0

，此時電動機將進入反饋發(fā)電制動。1.電車下坡時的反饋制動3.電動機處于制動狀態(tài)下特點：4.制動分類：（1）電車在平路上勻速運行（2）電車下坡時TnTr

T=TL=Tr；n=na

T與n同向，

E與Ia

反向

電動機處于電動狀態(tài)TTpvv（1）電車在T+TL

共同作用下加速。Ra–————TKeKt

2——–KeUn=n0TnnT

（2）加速到C

點：n=n0，T=0（3）之后，在TL

作用下繼續(xù)加速，

nn0

T

（

0）反向T與n反向,E與Ia同向電動機進入制動狀態(tài)

TL=Tp-Tr，與n

同向

T電動狀態(tài)制動狀態(tài)naaCTrnTrn0TnCbTp-Tr（5）b點：

T=Tp-Tr，電動機重新達到了平衡。以n=nb

穩(wěn)定運行在反饋制動狀態(tài)。nb實質(zhì)：將負載的位能電能，反饋給電網(wǎng)。

—反饋制動也稱再生制動或發(fā)電制動。

（4）n

T

anaTrn12.電樞電壓U

突然下降時的反饋制動Tn0TLTnTL電動狀態(tài)n01U11Ra–————TKeKt

2—–KeU1n=2Ra–————TKeKt

2—–KeU2n=n02U2DD點：以n2穩(wěn)定運行。n2反饋制動-TTTBB點：若U2

降低至使

n02n1

,

T反向,進入制動狀態(tài)。A點：以n1穩(wěn)定運行.AC點：n=n02，

T=0。制動結(jié)束.C電動機接法；在外部條件的作用下，出現(xiàn)nn0；T與n反向，T—制動轉(zhuǎn)矩；機械特性在二、四象限；電動機處于制動發(fā)電狀態(tài)，將機械能電能反饋給電網(wǎng)。反饋制動還可發(fā)生在以下幾種情況:反饋制動一般用在：對負載進行限速。調(diào)速時磁通突然增加時，位能負載下放時。反饋制動特點：二、反接制動電動機在運行中，在外部條件的作用下，出現(xiàn)E

與U

同向

，T

與n

反向，此時電動機將進入反接制動狀態(tài)。1.電源反接（U

反向）2.電勢反接（E

反向）nTTLn01U1Ra–————TKeKt

2—–

KeUn=正轉(zhuǎn)電動A點：以n1穩(wěn)定運行，U=E+IaRa

An1nTLIa負載1.電源反接（U

反向）-帶位能負載

TBC段:電源反接制動-Tn02-U2Ra+Rad–————TKeKt

2—–

Ke-Un=-URadBB點：-U=E+Ia

(Ra+Rad

)E與U同向C