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第1章變壓器第2章直流電機(jī)第3章異步電動(dòng)機(jī)第4章同步電動(dòng)機(jī)第5章控制電機(jī)第6章低壓電器第7章電動(dòng)機(jī)基本電氣控制電路第8章典型機(jī)床的電氣控制第1章變壓器1.1變壓器的基本結(jié)構(gòu)、分類、用途和銘牌數(shù)據(jù)1.2單相變壓器的工作原理和性質(zhì)1.3三相變壓器及其連接1.4其他常用變壓器本章小結(jié)

1.1變壓器的基本結(jié)構(gòu)、分類、用途和銘牌數(shù)據(jù)

1.1.1變壓器的基本結(jié)構(gòu)

變壓器作為一種靜止的電氣設(shè)備,其基本結(jié)構(gòu)主要由兩部分組成:鐵芯和繞組。對(duì)于不同種類的變壓器,還裝有其他附件,結(jié)構(gòu)也各不相同。

1.鐵芯

鐵芯是變壓器的磁路部分,同時(shí)作為變壓器的結(jié)構(gòu)骨架。

目前國產(chǎn)硅鋼片有熱軋硅鋼片、冷軋無取向硅鋼片、冷軋晶粒取向硅鋼片等。

根據(jù)鐵芯的結(jié)構(gòu)形式,變壓器可分為殼式變壓器和心式變壓器兩大類。殼式變壓器是鐵軛包圍繞組的頂面、底面和側(cè)面,在中間的鐵芯柱上放置線圈,形成鐵芯包圍繞組的形狀,如圖1－1所示。圖1－1(a)為單相殼式變壓器,圖1－1(b)為三相殼式變壓器。圖1－1殼式變壓器

心式變壓器是在鐵芯的鐵芯柱上放置線圈,形成線圈包圍鐵芯的形狀,而鐵軛只靠著線圈的頂面和底面,如圖12所示。圖1－2(a)為單相心式變壓器,圖1－2(b)為三相心式變壓器。圖1－2心式變壓器

2.繞組

繞組是變壓器的電路部分,它一般是用具有絕緣的漆包圓銅線、扁銅線或扁鋁線繞制而成的。接于高壓電網(wǎng)的繞組稱為高壓繞組;接于低壓電網(wǎng)的繞組稱為低壓繞組。根據(jù)高、低壓繞組的相對(duì)位置,繞組可分為同心式和交疊式兩種類型。

同心式繞組的高、低壓繞組同心地套在鐵芯柱上,如圖1－2所示。

交疊式繞組是將高壓繞組及低壓繞組分成若干個(gè)線餅,交替地套在鐵芯柱上,為了便于絕緣,靠近上下鐵軛的兩端一般都放置低壓繞組,如圖1－3所示,它又稱1—低壓繞組;2—高壓繞組為餅式繞組。高、低壓繞組之間的間隙較多,絕緣比較復(fù)雜,主要用于特種變壓器中。這種繞組漏抗小,機(jī)械強(qiáng)度高,但高、低壓繞組之間的絕緣比較復(fù)雜,一般用于低電壓大電流的變壓器中,如電爐變壓器、電焊變壓器等。圖1－3交疊式繞組

1.1.2變壓器的分類

變壓器種類很多,通?？砂雌溆猛?、繞組數(shù)目、鐵芯結(jié)構(gòu)、相數(shù)和冷卻方式等進(jìn)行分類。

按用途分類,有用于電力系統(tǒng)升、降壓的電力變壓器;還有以大電流和恒流為特征的變壓器,如電焊變壓器、電爐變壓器和整流變壓器等;供傳遞信息和測量用的變壓器,如電磁傳感器、電壓互感器和電流互感器等;在自控系統(tǒng)中還有脈沖變壓器、音頻和高頻變壓器等多種特殊變壓器。

按繞組數(shù)目分類,可分為雙繞組變壓器、三繞組變壓器、多繞組變壓器和自耦變壓器等。

按鐵芯結(jié)構(gòu)分類,可分為心式變壓器和殼式變壓器。

按相數(shù)分類,可分為單相變壓器、三相變壓器和多相變壓器等。

按冷卻方式分類,可分為干式變壓器、油浸自冷變壓器、油浸風(fēng)冷變壓器、充氣式變壓器和強(qiáng)迫油循環(huán)變壓器等。

1.1.3變壓器的用途

在電力系統(tǒng)中,變壓器是一種非常重要的電氣設(shè)備。

變壓器在輸、配電系統(tǒng)中起著非常重要的作用。在其他需要特種電源的工業(yè)企業(yè)中,變壓器的應(yīng)用也很廣泛,如供電給整流設(shè)備、電爐等;此外在試驗(yàn)設(shè)備、測量設(shè)備和控制設(shè)備中也應(yīng)用著各種類型的變壓器。

1.1.4變壓器的銘牌數(shù)據(jù)

為保證變壓器的正確使用,保證其正常工作,在每臺(tái)變壓器的外殼上都附有銘牌,標(biāo)志其型號(hào)和主要參數(shù)。變壓器的銘牌數(shù)據(jù)主要有以下幾種。

1.額定容量SN

在銘牌上所規(guī)定的額定狀態(tài)下變壓器輸出能力(視在功率)的保證值,稱為變壓器的額定容量,單位以V·A、kV·A或MV·A表示。

2.額定電壓UN

標(biāo)志在銘牌上的各繞組在空載、額定分接下端電壓的保證值,稱為額定電壓,單位以V或kV表示。對(duì)三相變壓器,額定電壓是指線電壓。

3.額定電流IN

根據(jù)額定容量和額定電壓計(jì)算出的線電流,稱為額定電流,單位以A表示。對(duì)單相變壓器,一、二次繞組的額定電流分別為

對(duì)三相變壓器,一、二次繞組的額定電流分別為

4.額定頻率fN

我國規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)用電的額定頻率為50Hz。

此外,額定運(yùn)行時(shí)變壓器的效率、溫升等數(shù)據(jù)均為額定值。除額定值外,銘牌上還標(biāo)有變壓器的相數(shù)、連接方式與組別、運(yùn)行方式(長期運(yùn)行或短時(shí)運(yùn)行)及冷卻方式等。

1.2單相變壓器的工作原理和性質(zhì)

1.2.1單相變壓器的工作原理1.變壓器的空載運(yùn)行

變壓器的一次繞組接在額定電壓的交流電源上,而二次繞組開路時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)稱為變壓器的空載運(yùn)行。圖1－4是單相變壓器空載運(yùn)行的示意圖。圖中u1為一次繞組電壓,u02為二次繞組空載電壓,N1和N2分別為一、二次繞組的匝數(shù)。圖1－4單相變壓器空載運(yùn)行示意圖

1)變壓器空載運(yùn)行時(shí)各物理量的關(guān)系式

當(dāng)變壓器的一次繞組加上交流電壓u1時(shí),一次繞組內(nèi)便有一個(gè)交變電流i0流過。由于二次繞組是開路的,故二次繞組中沒有電流。此時(shí)一次繞組中的電流i0稱為空載電流。同時(shí)在鐵芯中產(chǎn)生交變磁通Φ,其同時(shí)穿過變壓器的一、二次繞組,因此又稱之為交變主磁通。設(shè)

則變壓器一次繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢為

式中,Φm為鐵芯中的磁通,f為頻率,ω為角頻率。

式(12)表明,e1滯后于主磁通p/2電角。式中2pfΦmNl為感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值,用E1m表示。把E1m除以2,則可求出變壓器一次繞組感應(yīng)電動(dòng)勢的有效值為

2)變壓器的電壓變換

由式(1－3)和式(1－4)可見,由于變壓器一、二次繞組的匝數(shù)N1和N2不相等,因而E1和E2的大小是不相等的,變壓器輸入電壓U1和變壓器二次側(cè)電壓U02的大小也不相等。變壓器一、二次繞組電壓之比為

式中,Ku稱為變壓器的電壓比,也可用K來表示,這是變壓器中最重要的參數(shù)之一。

2.變壓器的負(fù)載運(yùn)行

當(dāng)變壓器的二次繞組接上負(fù)載阻抗ZL時(shí),則變壓器投入負(fù)載運(yùn)行,如圖1－5所示。這時(shí)二次繞組中就有電流I2流過,I2隨負(fù)載的大小而變化,同時(shí)一次電流I1也隨之改變。變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的工作情況與空載運(yùn)行時(shí)的工作情況明顯不同。圖1－5變壓器負(fù)載運(yùn)行示意圖

1)變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的磁動(dòng)勢平衡方程

二次繞組接上負(fù)載后,電動(dòng)勢E2將在二次繞組中產(chǎn)生電流I2,同時(shí)一次繞組的電流從空載電流I0相應(yīng)地增大為電流I1。I2越大,I1也越大。

從能量轉(zhuǎn)換角度來看,二次繞組接上負(fù)載后,產(chǎn)生電流I2,二次繞組向負(fù)載輸出電能。這些電能只能由一次繞組從電源吸取,通過主磁通Φ1傳遞給二次繞組。二次繞組輸出的電能越多,一次繞組吸取的電能也就越多。因此,二次電流變化時(shí),一次電流也會(huì)相應(yīng)地變化。

2)變壓器的電流變換

1.2.2單相變壓器的性質(zhì)

1.電壓變換

電壓變換可以描述為

2.電流變換

電流變換可以描述為

此外,變壓器還有阻抗變換的性質(zhì)。

3.阻抗變換

阻抗變換如圖1－6所示。圖1－6變壓器的阻抗變換

由式(1－16)可知:

(1)只要改變變壓器一次、二次繞組的匝數(shù)比,就可以改變變壓器一次、二次繞組的阻抗比,從而獲得所需的阻抗匹配。

(2)接在變壓器二次側(cè)的負(fù)載阻抗Z2對(duì)變壓器一次側(cè)的影響,可以用一個(gè)接在變壓器一次側(cè)的等效阻抗

來代替,代替后變壓器一次電流I1不變。

例1－1已知某音響設(shè)備輸出電路的輸出阻抗為320Ω,所接的揚(yáng)聲器阻抗為5Ω,現(xiàn)在需要接一輸出變壓器使兩者實(shí)現(xiàn)阻抗匹配,試求:

(1)該變壓器的電壓比Ku;

(2)若該變壓器一次繞組匝數(shù)為480匝,二次繞組匝數(shù)為多少?

解(1)根據(jù)已知條件,輸出變壓器一次繞組的阻抗Z1=320Ω,二次繞組的阻抗Z2=5Ω,由式(1－16)得變壓器的電壓比為

(2)由式(1－9)知

則變壓器二次繞組匝數(shù)為

1.3三相變壓器及其連接

1.3.1三相變壓器的組成

三相變壓器按照其磁路系統(tǒng)的不同可以由三臺(tái)同容量的單相變壓器組成,稱為三相變壓器組;也可由三個(gè)單相變壓器合成一個(gè)三鐵芯柱的三相心式變壓器。

1.三相變壓器組

三相變壓器組是指根據(jù)需要,把三個(gè)同容量的變壓器的一次、二次繞組分別接成星形或三角形。一般三相變壓器組的一次、二次繞組均采用星形連接,如圖1－7所示。圖1－7三相變壓器組

2.三相心式變壓器

三相心式變壓器是由三相變壓器組演變而來的。把三個(gè)單相心式變壓器合并成如圖1－8(a)所示的結(jié)構(gòu),通過中間芯柱的磁通為三相磁通的相量和。

當(dāng)三相電壓對(duì)稱時(shí),三相磁通總和即中間芯柱中無磁通通過,可以省略,如圖1－8(b)所示。為了制造方便和節(jié)省硅鋼片,將三相鐵芯柱布置在同一平面內(nèi),演變成為如圖1－8(c)所示的結(jié)構(gòu),這就是目前廣泛采用的三相心式變壓器的鐵芯。圖1－8三相心式變壓器

3.兩類變壓器的比較

比較上述兩種類型磁路系統(tǒng)的三相變壓器可以看出,在相同的額定容量下,三相心式變壓器較之三相變壓器組具有節(jié)省材料、效率高、價(jià)格便宜、維護(hù)方便、安裝占地少等優(yōu)點(diǎn),因而得到廣泛應(yīng)用。但是對(duì)于大容量變壓器來說,三相心式變壓器就暴露出它的缺點(diǎn)。因?yàn)槿嘧儔浩鹘M是由三個(gè)獨(dú)立的單相變壓器組成的,所以在起重、運(yùn)輸、安裝時(shí)可以分開處理,困難就大為減小,同時(shí)還可以降低備用容量,每組只要一臺(tái)單相變壓器作為備用就可以了。所以對(duì)一些超高壓、特大容量的三相變壓器,當(dāng)制造及運(yùn)輸有困難時(shí),有時(shí)就采用三相變壓器組。

1.3.2三相變壓器的繞組連接

三相變壓器高、低壓繞組的首端常用U1、V1、W1和u1、v1、w1標(biāo)記,而其末端常用U2、V2、W2和u2、v2、w2標(biāo)記。單相變壓器的高、低壓繞組的首端則用U1、u1標(biāo)記,其末端則用U2、u2標(biāo)記,見表1－1。

1.變壓器繞組的極性及其測量

1)變壓器繞組的極性變壓器的一、二次繞組繞在同一個(gè)鐵芯上,都被同一主磁通Φ所交鏈,故當(dāng)磁通Φ交變時(shí),變壓器的一、二次繞組中感應(yīng)出的電動(dòng)勢之間有一定的極性關(guān)系,即同一瞬間當(dāng)一次繞組某一端點(diǎn)的電位為正時(shí),二次繞組也必有一個(gè)端點(diǎn)的電位為正,這兩個(gè)對(duì)應(yīng)的端點(diǎn),我們稱為同極性端或同名端,通常用符號(hào)“·”表示。圖1－9變壓器的兩種不同標(biāo)記法

2)變壓器同名端的判定

對(duì)一臺(tái)變壓器,由于其繞組已經(jīng)過浸漆處理,并且安裝在封閉的鐵殼內(nèi),因此無法辨認(rèn)其同名端。變壓器同名端的判定可用實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行測定,測定的方法主要有直流法和交流法兩種。

2.三相變壓器繞組的連接方法

在三相電力變壓器中,不論是高壓繞組還是低壓繞組,我國均采用星形連接與三角形連接兩種方法。圖1－10三相繞組連接方法

3.三相變壓器的連接組別

在三相電力變壓器不同的接法中,一次繞組的線電壓與二次繞組的線電壓之間的相位關(guān)系是不同的,這就是所謂的三相變壓器的連接組別。其不僅與繞組的同名端和首末端的標(biāo)記有關(guān),而且還與三相繞組的連接方式有關(guān)。

1)Yy連接組

如圖1－11(a)所示為三相變壓器Yy連接時(shí)的接線圖。圖中變壓器一、二次繞組均采用星形連接,并且一、二次繞組的首端都為同名端,故一、二次側(cè)相互對(duì)應(yīng)的相電動(dòng)勢之間的相位相同,因此一、二次的線電動(dòng)勢之間的相位也相同,如圖1－11(b)所示。圖1－11Yy0連接組圖1－12Yy6連接組圖1－13Yd11連接組圖1－14Yd1連接組

1.4其他常用變壓器

1.4.1自耦變壓器1.自耦變壓器的工作原理

前面介紹的普通雙繞組變壓器的一、二次繞組之間互相絕緣,各繞組之間只有磁的耦合而沒有電的直接聯(lián)系。

自耦變壓器是將一、二次繞組合成一個(gè)繞組,其中一次繞組的一部分兼做二次繞組,它的一、二次繞組之間不僅有磁的耦合,而且還有電的直接聯(lián)系,如圖1－15所示。圖中N1為自耦變壓器一次繞組的匝數(shù),N2為自耦變壓器二次繞組的匝數(shù)。

圖1－15自耦變壓器的工作原理

自耦變壓器與前面介紹的變壓器一樣,也是利用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行工作的。當(dāng)在自耦變壓器的一次繞組U1、U2兩端加上交變電壓U1后,將會(huì)在變壓器的鐵芯中產(chǎn)生交變的磁通,同時(shí)在自耦變壓器的一、二次繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢E1、E2。

由此可得自耦變壓器的電壓比Ku為

2.自耦變壓器的特點(diǎn)

自耦變壓器具有結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)省用銅量、效率比一般變壓器高等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是一次側(cè)、二次側(cè)電路中有電的聯(lián)系,可能發(fā)生把高電壓引入低壓繞組的危險(xiǎn)事故,很不安全,因此要求自耦變壓器在使用時(shí)必須正確接線,且外殼必須接地,并規(guī)定安全照明變壓器不允許采用自耦變壓器結(jié)構(gòu)形式。

低壓小容量的自耦變壓器,其二次繞組的接頭C常做成沿線圈自由滑動(dòng)的觸頭,它可以平滑地調(diào)節(jié)自耦變壓器的二次繞組電壓,這種自耦變壓器稱為自耦調(diào)壓器。為了使滑動(dòng)接觸可靠,這種自耦變壓器的鐵芯做成圓環(huán)形,在鐵芯上繞組均勻分布,其滑動(dòng)觸頭由炭刷構(gòu)成。調(diào)節(jié)滑動(dòng)觸頭的位置即可改變輸出電壓的大小。自耦調(diào)壓器的外形圖和電路原理圖如圖1－16所示。圖1－16自耦變壓器

1.4.2電壓互感器

電壓互感器屬于儀器用互感器的范疇,主要用來與儀表和繼電器等低壓電器組成二次回路,對(duì)一次回路進(jìn)行測量、控制、調(diào)節(jié)和保護(hù),在電工測量中主要用來按比例變換交流電壓。電壓互感器的結(jié)構(gòu)形式與工作原理和單相降壓變壓器基本相同,如圖1－17所示。圖1－17電壓互感器

使用電壓互感器時(shí)必須注意以下事項(xiàng):

(1)電壓互感器的二次繞組在使用時(shí)絕不允許短路。如二次繞組短路,將產(chǎn)生很大的短路電流,導(dǎo)致電壓互感器燒壞。

(2)為保證操作人員的安全,電壓互感器的鐵芯和二次繞組的一端必須可靠接地。

(3)電壓互感器具有一定的額定容量,在使用時(shí),二次側(cè)不宜接入過多的儀表,否則有可能超過電壓互感器的定額,使電壓互感器內(nèi)部阻抗壓降增大,影響測量的精確度。

1.4.3電流互感器

電流互感器也屬于儀器用互感器的范疇,同樣用來與儀表和繼電器等低壓電器組成二次回路,對(duì)一次回路進(jìn)行測量、控制、調(diào)節(jié)和保護(hù),在電工測量中主要用來按比例變換交流電流。電流互感器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理和單相變壓器相類似,如圖1－18所示。圖1－18電流互感器

使用電流互感器時(shí),需注意以下事項(xiàng):

(1)電流互感器的二次側(cè)絕不允許開路。因?yàn)槿绻蝹?cè)開路,則電流互感器處于空載運(yùn)行狀態(tài),這時(shí)電流互感器一次繞組通過的電流就成為勵(lì)磁電流,使鐵芯中的磁通和鐵耗猛增,導(dǎo)致鐵芯發(fā)熱燒壞繞組;另外電流互感器產(chǎn)生的很大的磁通將在二次繞組中感應(yīng)出很高的電壓,危及人身安全或破壞繞組絕緣。因此在二次繞組中裝卸儀表時(shí),必須先將二次繞組短路。

(2)電流互感器的二次側(cè)必須可靠接地,以保證工作人員及設(shè)備的安全。

1.4.4鉗形電流表

鉗形電流表是變壓器與交流電流表的組合,是電流互感器的另一種形式。它由一只電流表與二次繞組組成的閉合回路和一只鐵芯所構(gòu)成,如圖1－19所示。圖1－19鉗形電流表

例1－2設(shè)與電流表相連接的二次繞組的匝數(shù)為1000,若表頭指出被測電流為5A,一次繞組即被測電流的導(dǎo)線的匝數(shù)算作0.5。試求通過二次繞組的實(shí)際電流是多少。

解

1.4.5隔離變壓器

由于變壓器的一次、二次繞組通過磁通交鏈,沒有電的聯(lián)系,這就對(duì)一次側(cè)、二次側(cè)電路有著隔離的作用。在某些場合需要將兩個(gè)電路加以隔離,但又不想改變其電壓,為此可制成一種特殊的變壓器———隔離變壓器,它的一次、二次繞組的匝數(shù)相等,即N1=N2,它的電壓比Ku=1。

1.4.6脈沖變壓器

脈沖變壓器是用來變換脈沖的幅值的,同時(shí)可將各個(gè)脈沖電路加以隔離。例如在晶閘管裝置中,觸發(fā)電路的觸發(fā)脈沖通常是通過脈沖變壓器加到晶閘管的控制極上的。脈沖變壓器的結(jié)構(gòu)與一般變壓器相似,但是一般變壓器一次繞組加的是正弦交流電壓,而脈沖變壓器一次繞組加的卻是周期性前沿陡峭的單方向的脈沖電壓。為使傳遞的脈沖信號(hào)不失真,就要對(duì)變壓器的鐵芯材料與制造工藝有特殊的要求。脈沖變壓器的鐵芯要選用高磁導(dǎo)率的材料,線圈的匝數(shù)也不宜太多。

1.4.7多繞組變壓器

在某些用電設(shè)備中往往需要多種電壓,于是就在變壓器的鐵芯上繞制多個(gè)二次繞組,每個(gè)二次繞組提供一種電壓,這種變壓器稱為多繞組變壓器。例如電源變壓器(或控制變壓器)就有兩個(gè)二次繞組,將380V(或220V)變換為36V(作為照明燈電源)和6.3V(作為指示燈電源)。如圖1－20所示為有兩個(gè)二次繞組的多繞組變壓器。圖1－20多繞組變壓器

U1為一次繞組電壓,U2、U3為兩個(gè)二次繞組電壓。二次繞組與一次繞組的電壓關(guān)系仍符合電壓比的關(guān)系,即

本章小結(jié)

(1)變壓器作為一種靜止的電氣設(shè)備,主要由鐵芯和繞組兩部分組成。鐵芯構(gòu)成變壓器的磁路部分,繞組構(gòu)成變壓器的電路部分。鐵芯主要由鐵芯柱和鐵軛兩部分組成,要求導(dǎo)磁性能要好,損耗要盡量小。根據(jù)高、低壓繞組的相對(duì)位置,繞組可分為同心式和交疊式兩種類型。要求變壓器絕緣性能要好,漏抗小,機(jī)械強(qiáng)度高。

(2)變壓器的銘牌數(shù)據(jù)是安全、正確使用變壓器的主要依據(jù)。銘牌數(shù)據(jù)主要有額定容量、額定電壓、額定電流、額定頻率、使用條件、允許溫升、繞組連接方式等。

(3)變壓器空載運(yùn)行時(shí),一次繞組流過的電流為空載電流,一般都很小,僅為其額定電流的3%~8%。負(fù)載運(yùn)行時(shí),二次繞組產(chǎn)生電流,同時(shí)一次繞組的電流在空載電流基礎(chǔ)上相應(yīng)增大。二次繞組電流增大,則一次繞組電流隨之增大。

(4)變壓器的性質(zhì)體現(xiàn)在運(yùn)行時(shí)可實(shí)現(xiàn)電壓變換、電流變換和阻抗變換。

(5)三相變壓器可分為三相變壓器組和三相心式變壓器兩大類。三相心式變壓器用料省,效率高,價(jià)格便宜,維護(hù)方便。三相變壓器組可降低備用容量,運(yùn)輸方便。

(6)三相變壓器的繞組連接主要有星形和三角形兩種方法。根據(jù)變壓器一、二次繞組線電壓的相位關(guān)系,常用的三相電力變壓器的連接組別主要有Yyn0、Yd11、YNd11、YNy0(7和)自Yy耦0變等壓五器種一。

(7和)自Yy耦0變等壓五器種一。、二次繞組之間不僅有磁的耦合,而且還有電的直接聯(lián)系,其輸出功率一部分通過電磁感應(yīng)原理從一次繞組傳遞到二次繞組,而另一部分功率則通過電路直接從一次側(cè)傳遞到自耦變壓器的二次側(cè),這是普通雙繞組變壓器所不具備的。自耦變壓器具有一系列優(yōu)點(diǎn),如用料省、損耗小、體積小、效率高等。

(8)電壓互感器和電流互感器同屬于儀器用互感器的范疇。在電工測量中,它們分別用來測量電壓和電流。使用時(shí),電壓互感器二次繞組絕不允許短路,而電流互感器二次側(cè)絕不允許開路。第2章直流電機(jī)2.1直流電機(jī)概述2.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理2.3直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁方式及直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)2.4直流電機(jī)的基本方程2.5電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)2.6并勵(lì)(他勵(lì))直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性2.7直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和反轉(zhuǎn)2.8直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速2.9直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)本章小結(jié)

2.1直流電機(jī)概述

2.1.1電機(jī)的分類應(yīng)用電磁原理實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換的旋轉(zhuǎn)機(jī)械,統(tǒng)稱為電機(jī)。按照產(chǎn)生或取用電能種類的不同,電機(jī)分為直流電機(jī)與交流電機(jī)。把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的電機(jī),稱為發(fā)電機(jī);把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的電機(jī),稱為電動(dòng)機(jī)。

2.1.2直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)

在電動(dòng)機(jī)的發(fā)展史上,直流電動(dòng)機(jī)發(fā)明得最早,其電源為電池,后來才出現(xiàn)了交流電動(dòng)機(jī)。交流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用較為普遍,特別是異步電動(dòng)機(jī),因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固耐用、維護(hù)方便、價(jià)格便宜和工作可靠等使其應(yīng)用廣泛。但是,迄今為止工業(yè)領(lǐng)域里仍有許多場所使用直流電動(dòng)機(jī)。這是由于直流電動(dòng)機(jī)具有以下突出的優(yōu)點(diǎn):

(1)調(diào)速范圍廣,調(diào)速平滑性、經(jīng)濟(jì)性較好;

(2)啟動(dòng)、制動(dòng)和過載轉(zhuǎn)矩大;

(3)易于控制,可靠性較高。

直流電動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是啟動(dòng)和調(diào)速性能好,過載能力強(qiáng),因此多應(yīng)用于對(duì)啟動(dòng)和調(diào)速要求較高的生產(chǎn)機(jī)械,如軋鋼機(jī)、電力機(jī)車、造紙機(jī)及紡織機(jī)械等。直流發(fā)電機(jī)作為直流電源時(shí),其電勢波形好,抗干擾能力強(qiáng),主要應(yīng)用在電鍍、電解行業(yè)中。直流電動(dòng)機(jī)也有它顯著的缺點(diǎn):

(1)制造工藝復(fù)雜,生產(chǎn)成本高;

(2)運(yùn)行時(shí)由于電刷與換向器之間容易產(chǎn)生火花,可靠性較差,維護(hù)較麻煩。

2.1.3直流電動(dòng)機(jī)的系列

為了滿足各行各業(yè)對(duì)產(chǎn)品的不同要求,生產(chǎn)廠家常將產(chǎn)品制成不同型號(hào)系列。所謂系列,就是指產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和形狀基本相似,而某種性能參數(shù)(例如容量)按一定等級(jí)遞增的一系列產(chǎn)品。對(duì)于電動(dòng)機(jī)來說,系列產(chǎn)品的電壓、速度、機(jī)座號(hào)和鐵芯長度等都有一定的等級(jí)。直流電動(dòng)機(jī)主要有以下幾種系列:

(1)Z2系列:一般用途的中小型直流電動(dòng)機(jī)。

(2)Z系列:一般用途的中小型直流電動(dòng)機(jī),Z表示直流電動(dòng)機(jī)。

(3)ZT系列:用于恒功率且調(diào)速范圍較寬的直流電動(dòng)機(jī)。

(4)ZJ系列:精密機(jī)床用直流電動(dòng)機(jī)。

(5)ZTD系列:電梯用直流電動(dòng)機(jī)。

(6)ZZJ系列:冶金起重用直流電動(dòng)機(jī),它啟動(dòng)快,過載能力很強(qiáng)。

(7)ZQ系列:電力機(jī)車、工礦電機(jī)車和電車用直流牽引電動(dòng)機(jī)。

(8)ZH系列:船用直流電動(dòng)機(jī)。

(9)ZA系列:防爆安全用直流電動(dòng)機(jī)。

2.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理

2.2.1直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)電機(jī)的結(jié)構(gòu)是由以下幾方面的要求來確定的。(1)首先是電磁方面的要求:使電機(jī)產(chǎn)生足夠的磁場,感應(yīng)出一定的電動(dòng)勢,通過一定的電流,產(chǎn)生一定的電磁轉(zhuǎn)矩,要有一定的絕緣強(qiáng)度。(2)其次是機(jī)械方面的要求:電機(jī)能傳遞一定的轉(zhuǎn)矩,保持機(jī)械上的堅(jiān)固穩(wěn)定。此外,還要滿足冷卻的要求,溫升不能過高;

(3)還要考慮便于檢修,運(yùn)行可靠等。

如圖2－1所示為直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。圖2－2為直流電機(jī)的徑向剖面圖,由圖可見,直流電動(dòng)機(jī)由定子與轉(zhuǎn)子構(gòu)成,通常把產(chǎn)生磁場的部分做成靜止的,稱為定子;把產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢或電磁轉(zhuǎn)矩的部分做成旋轉(zhuǎn)的,稱為轉(zhuǎn)子(又叫電樞)。定子與轉(zhuǎn)子間因有相對(duì)運(yùn)動(dòng),故有一定的空氣隙。圖2－1直流電機(jī)結(jié)構(gòu)圖圖2－2直流電機(jī)徑向剖面圖

1.定子

定子的作用是產(chǎn)生磁場和作為電機(jī)機(jī)械支撐。它由主磁極、換向磁極、電刷裝置、機(jī)座、端蓋和軸承等組成。圖2－3為直流電機(jī)的定子。圖2－3直流電機(jī)的定子

1)主磁極

主磁極的作用是產(chǎn)生主磁通。主磁極由鐵芯和勵(lì)磁繞組組成,如圖2－4所示。鐵芯包括極身和極靴兩部分,其中極靴的作用是支撐勵(lì)磁繞組和改善氣隙磁通密度的波形。鐵芯通常由0.5~1.5mm厚的硅鋼片或低碳鋼板疊裝而成,以減少電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)由于極靴表面磁通密度變化而產(chǎn)生的渦流損耗。勵(lì)磁繞組用絕緣的圓銅或扁銅線繞制而成,并勵(lì)繞組多用圓銅線繞制,串勵(lì)繞組多用扁銅線繞制。各主磁板的勵(lì)磁繞組串聯(lián)相接,但要使其產(chǎn)生的磁場沿圓周交替呈現(xiàn)N極和S極。繞組和鐵芯之間用絕緣材料制成的框架相隔,鐵芯通過螺栓固定在磁軛上。圖2－4直流電機(jī)主磁極

2)換向磁極

換向磁極又稱為附加磁極,用于改善直流電機(jī)的換向,位于相鄰主磁極間的幾何中心線上,其幾何尺寸明顯比主磁極小。換向磁極由鐵芯和套在鐵芯上的換向磁極繞組組成,如圖2－5所示。圖2－5直流電機(jī)換向磁極

3)機(jī)座和端蓋

機(jī)座的作用是支撐電機(jī)、構(gòu)成相鄰磁極間磁的通路,故機(jī)座又稱磁軛。機(jī)座一般用鑄鋼或厚鋼板焊成。

機(jī)座的兩端各有一個(gè)端蓋,用于保護(hù)電機(jī)和防止觸電。在中小型電機(jī)中,端蓋還通過軸承擔(dān)負(fù)支持電樞的作用。對(duì)于大型電機(jī),考慮到端蓋的強(qiáng)度,一般采用單獨(dú)的軸承座。

4)電刷裝置

電刷裝置的作用是使轉(zhuǎn)動(dòng)部分的電樞繞組與外電路連通,將直流電壓、電流引出或引入電樞繞組。電刷裝置由電刷、刷握、刷桿、刷桿座和彈簧壓板等零件組成,如圖2－6所示。電刷一般采用石墨和銅粉壓制焙燒而成,它放置在刷握中,由彈簧將其壓在換向器的表面上,刷握固定在與刷桿座相連的刷桿上,每個(gè)刷桿裝有若干個(gè)刷握和相同數(shù)目的電刷,并把這些電刷并聯(lián)形成電刷組,電刷組的個(gè)數(shù)一般與主磁極的個(gè)數(shù)相同。圖2－6電刷裝置

2.轉(zhuǎn)子

轉(zhuǎn)子由電樞鐵芯、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇等組成。

1)電樞鐵芯

電樞鐵芯的作用是構(gòu)成電機(jī)磁路和安放電樞繞組。通過電樞鐵芯的磁通是交變的,為減少磁滯和渦流損耗,電樞鐵芯常用0.35mm或0.5mm厚沖有齒和槽的硅鋼片疊壓而成,為加強(qiáng)散熱能力,在鐵芯的軸向留有通風(fēng)孔,較大容量的電機(jī)沿軸向?qū)㈣F芯分成長4~10cm的若干段,相鄰段間留有8~10mm的徑向通風(fēng)溝,如圖2－7所示。圖2－7電樞鐵芯

2)電樞繞組

電樞繞組的作用是產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢和電磁轉(zhuǎn)矩,從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量的轉(zhuǎn)換。電樞繞組是用絕緣銅線在專用的模具上制成一個(gè)個(gè)單獨(dú)元件,然后嵌入鐵芯槽中,每一個(gè)元件的端頭按一定規(guī)律分別焊接到換向片上。元件在槽內(nèi)部分的上下層之間及與鐵芯之間墊以絕緣,并用絕緣的槽楔把元件壓緊在槽中。元件的槽外部分用絕緣帶綁扎和固定。

3)換向器

換向器又稱整流子。發(fā)電機(jī)將電樞元件中的交流電變?yōu)殡娝㈤g的直流電輸出,電動(dòng)機(jī)將電刷間的直流電變?yōu)殡姌性械慕涣麟娸斎?。換向器的結(jié)構(gòu)如圖2－8(a)所示。換向器由換向片組合而成,是直流電機(jī)的關(guān)鍵部件,也是最薄弱的部分。圖2－8換向器結(jié)構(gòu)

3.氣隙

氣隙是電動(dòng)機(jī)磁路的重要部分,氣隙磁阻遠(yuǎn)大于鐵芯磁阻。一般小型電機(jī)的氣隙為0.7~5mm,大型電機(jī)的氣隙為5~10mm。

2.2.2直流電機(jī)的工作原理

1.直流發(fā)電機(jī)的基本工作原理

直流發(fā)電機(jī)是根據(jù)導(dǎo)體在磁場中做切割磁力線運(yùn)動(dòng),從而在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的電磁感應(yīng)原理制成的。圖2－9是一臺(tái)直流發(fā)電機(jī)工作原理圖,N和S為一對(duì)固定的磁極,磁極之間有一個(gè)可以旋轉(zhuǎn)的鐵質(zhì)圓柱體,稱為電樞鐵芯。電樞鐵芯表面固定一個(gè)涂有絕緣層的線圈abcd,線圈的兩端分別接到兩個(gè)相互絕緣的弧形銅片上,弧形銅片稱為換向片,換向片組合在一起稱為換向器。在換向器上放置固定不動(dòng)而與換向片滑動(dòng)接觸的電刷A和B,線圈abcd通過換向器和電刷接通外電路。電樞鐵芯、電樞線圈和換向器組合在一起稱為電樞。圖2－9直流發(fā)電機(jī)工作原理

一個(gè)線圈產(chǎn)生的電勢波形如圖2－10(a)所示,這是一個(gè)脈動(dòng)的直流電勢,不適合于做直流電源使用。實(shí)際應(yīng)用的直流發(fā)電機(jī)是由很多個(gè)元件和相同個(gè)數(shù)的換向片組成的電樞繞組,這樣可以在很大程度上減少其脈動(dòng)幅值,從而得到穩(wěn)恒直流電勢,其電勢波形如圖2－10(b)所示。圖2－10直流發(fā)電機(jī)輸出的電勢波形

直流發(fā)電機(jī)的基本工作原理可概括為:

(1)原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子(即電樞)以nr/min轉(zhuǎn)動(dòng);

(2)電機(jī)的固定主磁極建立磁場;

(3)轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動(dòng),切割磁力線而感應(yīng)交流電動(dòng)勢,經(jīng)電刷和換向器整流作用輸出直流電勢。

2.直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理

直流電動(dòng)機(jī)根據(jù)通電導(dǎo)體在磁場中會(huì)受到磁場力作用的原理制成。直流電動(dòng)機(jī)的模型與直流發(fā)電機(jī)相同,不同的是不用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電樞朝某一方向旋轉(zhuǎn),而是在電刷A和B之間加上一個(gè)直流電壓,如圖2－11所示。線圈中會(huì)有電流流過,若起始時(shí)線圈處在圖2－11(a)所示位置,則電流由電刷A經(jīng)線圈按a→b→c→d的方向從電刷B流出。根據(jù)左手定則可判定,處在N極下的導(dǎo)體ab受到一個(gè)向左的電磁力;處在S極下的導(dǎo)體cd受到一個(gè)向右的電磁力。

兩個(gè)電磁力形成一個(gè)使轉(zhuǎn)子按逆對(duì)針方向旋轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩。當(dāng)這一電磁轉(zhuǎn)矩足夠大時(shí),電機(jī)就按逆時(shí)針方向開始旋轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過180°到達(dá)如圖2－11(b)所示位置時(shí),電流由電刷A經(jīng)線圈按d→c→b→a的方向從電刷B流出,此時(shí)元件中電流的方向改變了,但是導(dǎo)體ab處在S極下受到一個(gè)向右的電磁力,導(dǎo)體cd處在N極下受到一個(gè)向左的電磁力,兩個(gè)電磁力矩仍形成一個(gè)使轉(zhuǎn)子按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩。

圖2－11直流電動(dòng)機(jī)的工作原理

直流電動(dòng)機(jī)基本工作原理可概括如下:

(1)將直流電源通過電刷接通電樞繞組,使電樞導(dǎo)體有電流流過;

(2)電機(jī)主磁極建立磁場;

(3)載流的轉(zhuǎn)子(即電樞)導(dǎo)體在磁場中受到電磁力的作用;

(4)所有導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁力作用于轉(zhuǎn)子,形成電磁轉(zhuǎn)矩,驅(qū)使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),以拖動(dòng)機(jī)械負(fù)載。

3.直流電機(jī)的可逆原理

由直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理可以看出,直流電機(jī)原則上既可以作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行,又可以作發(fā)電機(jī)運(yùn)行。如將直流電源加于電刷,向電樞內(nèi)輸入電能,電機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能,拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械旋轉(zhuǎn),則電機(jī)作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行;如用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)直流電機(jī)的電樞旋轉(zhuǎn),輸入機(jī)械能,電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為直流電能,從電刷上引出直流電動(dòng)勢,則電機(jī)作發(fā)電機(jī)運(yùn)行。同一臺(tái)電機(jī),既能作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行,又能作發(fā)電機(jī)運(yùn)行,這個(gè)原理稱為電機(jī)的可逆原理。

2.3直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁方式及直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)

2.3.1直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁方式直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組的供電方式稱為勵(lì)磁方式,按勵(lì)磁繞組與電樞繞組連接方式的不同可分為以下四種。1.他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組分別由兩個(gè)直流電源供電,這種勵(lì)磁繞組稱他勵(lì)繞組,如圖2－12所示。圖2－12他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)

2.并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)

并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián),由同一直流電源供電,這種勵(lì)磁繞組稱并勵(lì)繞組,如圖2－13所示。圖2－13并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)

由圖2－13可見,勵(lì)磁電流不僅與勵(lì)磁回路的電阻有關(guān),而且還受電樞兩端電壓的影響。為了減小勵(lì)磁電流及損耗,接有變阻器調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流If,所以一般勵(lì)磁繞組的匝數(shù)較多,且用較細(xì)的導(dǎo)線繞制。由于匝數(shù)較多,勵(lì)磁繞組仍能使磁極產(chǎn)生一定的磁通。

并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的電流關(guān)系為

3.串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)

串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián),這種勵(lì)磁繞組稱串勵(lì)繞組,如圖2－14所示。圖2－14串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)

4.復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)

電動(dòng)機(jī)的主磁極上有兩個(gè)勵(lì)磁繞組同電樞繞組并聯(lián),另一個(gè)同電樞繞組串聯(lián),故名復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī),如圖2－15所示。復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的主磁通是兩個(gè)勵(lì)磁繞組分別產(chǎn)生的磁通的疊加。圖2－15復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)

2.3.2直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)

直流電機(jī)機(jī)座的外表面上都有一個(gè)銘牌,上面標(biāo)有電機(jī)的型號(hào)和各種數(shù)據(jù)等,供使用者參考。銘牌數(shù)據(jù)主要包括:電機(jī)型號(hào)、額定功率、額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速和勵(lì)磁方式、額定勵(lì)磁電流、額定勵(lì)磁電壓、工作方式、絕緣等級(jí)等。此外,還有電機(jī)的出廠數(shù)據(jù),如出廠編號(hào)、出廠日期等。

1.直流電機(jī)的型號(hào)

國產(chǎn)電機(jī)的型號(hào)一般用大寫的漢語拼音字母和阿拉伯?dāng)?shù)字來表示,其格式為:第一個(gè)字符是大寫的漢語拼音,表示產(chǎn)品系列代號(hào);第二個(gè)字符用阿拉伯?dāng)?shù)字(下標(biāo))表示設(shè)計(jì)序號(hào);第三個(gè)字符是阿拉伯?dāng)?shù)字,表示機(jī)座中心高;第四個(gè)字符是阿拉伯?dāng)?shù)字,表示電樞鐵芯長度代號(hào);第五個(gè)字符是阿拉伯?dāng)?shù)字,表示端蓋的代號(hào)。例如,型號(hào)是Z4－200－21的直流電機(jī),Z是系列(即一般用途直流電動(dòng)機(jī))代號(hào),4是設(shè)計(jì)序號(hào),200是機(jī)座中心高(mm),21中的2是電樞鐵芯長度的代號(hào),1是端蓋的代號(hào)。

2.直流電機(jī)的額定值

(1)額定功率PN。

額定功率PN是指在規(guī)定的工作條件下,電機(jī)長期運(yùn)行時(shí)的允許輸出功率,單位為W。對(duì)于發(fā)電機(jī)來說,是指正、負(fù)電刷之間輸出的電功率;對(duì)于電動(dòng)機(jī)來說,則是指軸上輸出的機(jī)械功率。

(2)額定電壓UN。

額定電壓UN是指在額定運(yùn)行情況下,直流發(fā)電機(jī)的輸出電壓或直流電動(dòng)機(jī)的輸入電壓,單位為V。

(3)額定電流IN。

額定電流IN是指在額定情況下,直流發(fā)電機(jī)輸出的電流或直流電動(dòng)機(jī)輸入的電流,單位為A。

直流發(fā)電機(jī)的額定電流為

直流電動(dòng)機(jī)的額定電流為

(4)額定效率ηN。

額定效率ηN定義為

式中,PN為額定(輸出)功率,P1為輸入功率。

(5)額定轉(zhuǎn)速nN。

額定轉(zhuǎn)速nN是指在額定功率、額定電壓、額定電流時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速,單位為r/min。

(6)額定勵(lì)磁電壓Uf。

額定勵(lì)磁電壓Uf是指在額定情況下,勵(lì)磁繞組所加的電壓,單位為V。

(7)額定勵(lì)磁電流If。

額定勵(lì)磁電流If是指在額定情況下,通過勵(lì)磁繞組的電流,單位為A。若電機(jī)運(yùn)行時(shí),各物理量都與額定值一樣,則稱此時(shí)為額定運(yùn)行狀態(tài)。電機(jī)在實(shí)際運(yùn)行時(shí),由于負(fù)載的變化,經(jīng)常不在額定狀態(tài)下運(yùn)行。電機(jī)在接近額定的狀態(tài)下運(yùn)行,才是經(jīng)濟(jì)的。

3.直流電機(jī)的出線端標(biāo)志

直流電機(jī)每個(gè)繞組的出線端都有明確的標(biāo)志,用字母標(biāo)注在接線柱旁或標(biāo)注在引出導(dǎo)線的金屬牌上,如表2－1所示。

2.4直流電機(jī)的基本方程

2.4.1電樞電動(dòng)勢和電磁轉(zhuǎn)矩當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí),在氣隙磁場作用下電樞繞組將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢Ea,在發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下Ea為電源電動(dòng)勢,促進(jìn)電流Ia向用電負(fù)載輸出電功率;而在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下Ea為反電動(dòng)勢,阻礙電流Ia從電源吸收電功率。我們所討論的電動(dòng)勢是指兩電刷間的電動(dòng)勢,即電樞繞組每一條支路的感應(yīng)電動(dòng)勢。

從電刷兩端看,每條支路在任何瞬間所串聯(lián)的元件數(shù)都是相等的,而且每條支路里的元件邊分布在同一磁極下的不同位置,所以每個(gè)元件內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值是不同的,但任何瞬時(shí)值構(gòu)成支路的情況基本相同,因此每條支路中各元件電動(dòng)勢瞬時(shí)值的總和可以認(rèn)為是不變的。要計(jì)算支路電動(dòng)勢,只要先求出一根導(dǎo)體的平均感應(yīng)電動(dòng)勢,再乘以一條支路的總導(dǎo)體數(shù),就可以求出電樞感應(yīng)電動(dòng)勢Ea,兩電刷間電動(dòng)勢Ea的大小與電動(dòng)機(jī)電樞轉(zhuǎn)速n和磁極磁通Φ的乘積成正比,即

當(dāng)電樞繞組有電流通過時(shí),電樞電流Ia與磁場相互作用而產(chǎn)生的電磁力形成了電磁轉(zhuǎn)矩T,電磁轉(zhuǎn)矩T的大小與電樞電流Ia和磁極磁通Φ的乘積成正比,即

式中,CT是與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù);Φ的單位是Wb;Ia的單位是A;T的單位是N·m。

2.4.2直流電機(jī)的損耗

直流電機(jī)的損耗按其性質(zhì)可分為機(jī)械損耗、鐵損耗、銅損耗和附加損耗四種。

1.機(jī)械損耗Pm

不論是發(fā)電機(jī)還是電動(dòng)機(jī),當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),必須先克服摩擦阻力,因此產(chǎn)生機(jī)械損耗。機(jī)械損耗包括軸與軸承的摩擦損耗,電刷與換向器的摩擦損耗,以及電樞旋轉(zhuǎn)部分與空氣的摩擦損耗等,這些損耗與轉(zhuǎn)速高低有關(guān)。

2.鐵損耗PFe

當(dāng)直流電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí),電樞鐵芯中因磁場反復(fù)變化而產(chǎn)生的磁滯損耗和渦流損耗稱為鐵損耗。

機(jī)械損耗Pm和鐵損耗PFe合起來又稱為空載損耗P0。因?yàn)檫@兩種損耗在直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來還沒有帶負(fù)載時(shí)就已經(jīng)存在了,所以有

由于機(jī)械損耗和鐵損耗都會(huì)引起與旋轉(zhuǎn)方向相反的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩,而且是空載時(shí)就有的,因此這個(gè)轉(zhuǎn)矩稱為空載轉(zhuǎn)矩T0,它與P0的關(guān)系為

式中,ω為機(jī)械角速度。

3.銅損耗PCu

當(dāng)直流電機(jī)運(yùn)行時(shí),在電樞回路和勵(lì)磁回路中都有電流流過,因此在繞組電阻上產(chǎn)生的損耗稱為銅損耗。

1)電樞回路的銅損耗PCu2電樞回路的銅損耗PCu2包括電樞繞組的銅損耗,與電樞繞組串聯(lián)的串勵(lì)繞組、換向極繞組及補(bǔ)償繞組的銅損耗,電刷與換向器的接觸電阻上的銅損耗,且有

式中,Ia為電樞電流,Ra為電樞回路總電阻。

2)勵(lì)磁回路的銅損耗PCuf

由于勵(lì)磁回路的銅損耗PCuf很小,而且?guī)缀跏且粋€(gè)不變的值,一般把它歸入不變損耗范疇。其表達(dá)式為

式中,If為勵(lì)磁電流,Rf為勵(lì)磁回路總電阻。

4.附加損耗Pad

附加損耗又稱雜散損耗,對(duì)于直流電機(jī),這種損耗是由于電樞鐵芯表面有齒槽存在,使氣隙磁通大小脈振和左右搖擺造成的,如在鐵芯中引起的鐵損耗和換向電流產(chǎn)生的銅損耗等。這些損耗是難以精確計(jì)算的,一般占額定功率的0.5%~1.0%。

2.4.3直流發(fā)電機(jī)的基本方程

直流發(fā)電機(jī)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的電磁裝置。在將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的過程中,和一切能量轉(zhuǎn)換一樣,也要遵循能量守恒定律,即發(fā)電機(jī)輸入的機(jī)械能與輸出的電能及在能量轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生的能量損耗之間要保持平衡關(guān)系。當(dāng)發(fā)電機(jī)帶負(fù)載時(shí),向外電路輸出電功率,電樞繞組中流過電流。繞組中的電流與磁場作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T,T的方向與旋轉(zhuǎn)方向相反,起制動(dòng)作用。電磁轉(zhuǎn)矩吸收機(jī)械功率,為使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速保持恒定,原動(dòng)機(jī)須向發(fā)電機(jī)軸上不斷地輸入機(jī)械功率。

電磁轉(zhuǎn)矩吸收機(jī)械功率轉(zhuǎn)換成等量的電功率,可用下式說明

同理,直流電動(dòng)機(jī)在機(jī)電能量轉(zhuǎn)換過程中,為了連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)而輸出機(jī)械能,電源電壓U也必須大于Ea,以不斷向電動(dòng)機(jī)輸入電能,將電功率屬性的電磁功率EaIa轉(zhuǎn)換為機(jī)械功率屬性的電磁功率Tω,反電動(dòng)勢Ea在這里起著關(guān)鍵作用。

1.電動(dòng)勢平衡方程

根據(jù)發(fā)電機(jī)的工作原理,在圖2－16中將有關(guān)各物理量按慣例標(biāo)出正方向。

根據(jù)電路基爾霍夫定律,可得電樞回路的電動(dòng)勢平衡方程

式中,Ia=I+If,I是發(fā)電機(jī)輸出電流。

圖2－16并勵(lì)發(fā)電機(jī)電路

2.功率平衡方程

當(dāng)直流發(fā)電機(jī)接上負(fù)載后,原動(dòng)機(jī)輸送給發(fā)電機(jī)的機(jī)械功率為P1,在發(fā)電機(jī)的內(nèi)部,小部分能量被機(jī)械摩擦和鐵芯的磁滯、渦流所消耗,絕大部分能量轉(zhuǎn)換為電磁功率Pm,即

式中,P2是發(fā)電機(jī)的輸出功率。圖2－17所示是并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的功率流程。圖2－17并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的功率流程

3.轉(zhuǎn)矩平衡方程

原動(dòng)機(jī)輸入的轉(zhuǎn)矩T1拖動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)?？蛰d運(yùn)行時(shí),要克服由空載損耗所對(duì)應(yīng)的空載轉(zhuǎn)矩T0,T0是個(gè)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩,它的方向總與電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向相反。帶負(fù)載時(shí),電樞中有電流,與磁場作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T,T與T1的方向相反,也是個(gè)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。在帶負(fù)載運(yùn)行時(shí),只有當(dāng)原動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電磁轉(zhuǎn)矩T和空載轉(zhuǎn)矩T0之和相等時(shí),發(fā)電機(jī)才能以恒定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。此時(shí)的轉(zhuǎn)矩平衡方程為

2.4.4直流電動(dòng)機(jī)的基本方程

1.電壓平衡方程

當(dāng)直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí),電樞繞組切割氣隙磁場產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢Ea。由右手定則可判定電動(dòng)勢Ea的方向與電樞電流Ia的方向相反,如圖2－18所示。圖2－18他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電路

如果以圖2－18中各物理量的方向?yàn)閰⒖颊较?就可以寫出他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電壓平衡方程,即

式中,Ra為電樞回路的總電阻,Ia為電樞電流。式(2－15)表明,直流電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下,電樞電動(dòng)勢Ea小于電樞端電壓U。

2.轉(zhuǎn)矩平衡方程

直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩可以直接根據(jù)公式T=CTΦIa計(jì)算。對(duì)直流電動(dòng)機(jī)來說,其電磁轉(zhuǎn)矩應(yīng)等于反抗轉(zhuǎn)矩之和。當(dāng)它以恒定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí),電磁轉(zhuǎn)矩T并不只是電動(dòng)機(jī)軸上的輸出轉(zhuǎn)矩,而應(yīng)與電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL和電動(dòng)機(jī)本身的空載轉(zhuǎn)矩T0之和相平衡,即

3.功率平衡方程

當(dāng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)接上電源時(shí),電樞繞組中流過電流Ia,電網(wǎng)向電動(dòng)機(jī)輸入的電功率為

式(2－17)說明,輸入的電功率一部分被電樞繞組消耗,一部分作為電磁功率轉(zhuǎn)換成了機(jī)械功率。

當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)后,還要克服各類摩擦引起的機(jī)械損耗Pm、電樞鐵芯產(chǎn)生的鐵損耗PFe以及附加損耗Pad,所以電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換出來的機(jī)械功率,一部分消耗在機(jī)械損耗和鐵損耗上,大部分從電動(dòng)機(jī)軸上輸出,故輸出的機(jī)械功率為

若忽略附加損耗,則

他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁銅損耗由其他電源供給,并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁銅損耗由電動(dòng)機(jī)電源供給,所以并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的功率平衡方程中還應(yīng)包括勵(lì)磁銅損耗。

直流電動(dòng)機(jī)的效率為

一般中小型直流電動(dòng)機(jī)的效率為75%~85%,大型直流電動(dòng)機(jī)的效率為85%~94%。如圖2－19所示是他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的功率流程。圖2－19他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的功率流程

例2－1一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)為PN=17kW,UN=220V,nN=3000r/min,IN=87.7A,電樞回路總電阻Ra=0.114Ω,忽略電樞反應(yīng)影響。

求:(1)電動(dòng)機(jī)額定負(fù)載時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩;

(2)額定電磁轉(zhuǎn)矩;

(3)額定效率。

例2－2有一并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī),其額定值如下:PN=22kW,UN=110V,nN=1000r/min,η=0.84,Ra=0.04Ω,Rf=27.5Ω,試求:

(1)額定電流IN、額定電樞電流Ia及額定勵(lì)磁電流If;

(2)銅耗PCu、空載損耗P0;

(3)額定輸出轉(zhuǎn)矩T2N;

(4)反電動(dòng)勢Ea。

2.5電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)

2.5.1電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式用電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī),拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械完成一定生產(chǎn)任務(wù)的系統(tǒng),稱為電力拖動(dòng)系統(tǒng)。電力拖動(dòng)系統(tǒng)一般由電動(dòng)機(jī)、生產(chǎn)機(jī)械、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制設(shè)備及電源組成。

拖動(dòng)系統(tǒng)的組成如圖2－20所示。其中,電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能,用來拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械工作;生產(chǎn)機(jī)械是執(zhí)行某一生產(chǎn)任務(wù)的機(jī)械設(shè)備;控制設(shè)備由各種控制電機(jī)、電器、自動(dòng)化元件或工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、可編程控制器等組成,用以控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)行的控制;電源對(duì)電動(dòng)機(jī)和控制設(shè)備供電。最簡單的電力拖動(dòng)系統(tǒng)如電風(fēng)扇、洗衣機(jī)等,復(fù)雜的電力拖動(dòng)系統(tǒng)如軋鋼機(jī)、電梯等。圖2－20拖動(dòng)系統(tǒng)示意圖

1.運(yùn)動(dòng)方程式

圖2－21為直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng),由物理學(xué)中牛頓運(yùn)動(dòng)第二定律可知,當(dāng)物體做加速運(yùn)動(dòng)時(shí),其運(yùn)動(dòng)方程式為

式中,F為驅(qū)動(dòng)力,FZ為阻力,m為物體的質(zhì)量,a為直線運(yùn)動(dòng)加速度。

圖2－22所示為一個(gè)單軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),以轉(zhuǎn)矩表示的運(yùn)動(dòng)方程式為圖2－22單軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)

式(2－21)實(shí)質(zhì)上是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的牛頓第二定律。在實(shí)際工程計(jì)算中,經(jīng)常用轉(zhuǎn)速n代替角速度表示系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度,用飛輪矩GD2代替轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J表示系統(tǒng)的機(jī)械慣性。ω與n、J與GD2的關(guān)系分別為

把式(2－22)、式(2－23)代入式(2－21),并忽略電動(dòng)機(jī)的空載轉(zhuǎn)矩(空載轉(zhuǎn)矩占額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩的百分之幾,在工程計(jì)算中是允許的),即認(rèn)為TZ≈TL,經(jīng)整理,可得出單軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程的實(shí)用表達(dá)式為

式中,GD2為旋轉(zhuǎn)體的飛輪矩,單位為N·m2。

2.電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)分析

由式(2－24)可知,電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行可分為以下三種狀態(tài):

3.運(yùn)動(dòng)方程式中轉(zhuǎn)矩正、負(fù)號(hào)的規(guī)定

在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中,由于生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載類型的不同,電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)也不同。也就是說,電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩并不都是驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩,生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩也并不都是阻轉(zhuǎn)矩,它們的大小和方向都可能隨系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的變化而發(fā)生變化。因此,運(yùn)動(dòng)方程式中的T和TL是帶有正、負(fù)號(hào)的代數(shù)量。

一般規(guī)定如下:

(1)若規(guī)定電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)樾D(zhuǎn)正方向,則電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T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TL與轉(zhuǎn)速的正方向相反時(shí)為正,相同時(shí)為負(fù);

(3)的正、負(fù)由T和TL的代數(shù)和決定。

2.5.2生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性

單軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程定量地描述了電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T與生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL和系統(tǒng)轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系。要對(duì)運(yùn)動(dòng)方程式求解,除了要知道電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性n=f(T)之外,還必須知道負(fù)載的機(jī)械特性n=f(TL)。

1.恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性

這一類負(fù)載比較多,它的機(jī)械特性的特點(diǎn)是:負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL的大小與轉(zhuǎn)速n無關(guān),即當(dāng)轉(zhuǎn)速變化時(shí),負(fù)載轉(zhuǎn)矩保持常數(shù)。根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的方向是否與轉(zhuǎn)向有關(guān),恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載又分為反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載和位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。

1)反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載

反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的轉(zhuǎn)矩的大小恒定不變,而轉(zhuǎn)矩的方向總是與轉(zhuǎn)速的方向相反,即負(fù)載轉(zhuǎn)矩始終是阻礙運(yùn)動(dòng)的。屬于這一類的生產(chǎn)機(jī)械有起重機(jī)的行走機(jī)構(gòu)、皮帶運(yùn)輸機(jī)等。圖2－23(a)所示為橋式起重機(jī)行走機(jī)構(gòu)的行走車輪,它在軌道上的摩擦力總是和運(yùn)動(dòng)方向相反的;圖2－23(b)所示為對(duì)應(yīng)的機(jī)械特性曲線,顯然反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性位于第Ⅰ和第Ⅲ象限內(nèi)。圖2－23反抗性負(fù)載轉(zhuǎn)矩與旋轉(zhuǎn)方向關(guān)系

2)位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載

位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的轉(zhuǎn)矩的大小恒定不變,而且負(fù)載轉(zhuǎn)矩的方向也不變。屬于這一類的負(fù)載有起重機(jī)的提升機(jī)構(gòu),如圖2－24(a)所示,其負(fù)載轉(zhuǎn)矩由重力作用產(chǎn)生,無論起重機(jī)是提升還是放下重物,重力的方向始終不變;圖2－24(b)所示為對(duì)應(yīng)的機(jī)械特性曲線,顯然位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性位于第Ⅰ和第Ⅳ象限內(nèi)。圖2－24位能性負(fù)載轉(zhuǎn)矩與旋轉(zhuǎn)方向關(guān)系

2.恒功率負(fù)載特性

恒功率負(fù)載的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的乘積為一常數(shù),即負(fù)載功率

也就是負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL與轉(zhuǎn)速n成反比。它的機(jī)械特性曲線是一條雙曲線,如圖2－25所示。圖2－25恒功率負(fù)載特性曲線

3.通風(fēng)機(jī)類負(fù)載特性

通風(fēng)機(jī)類負(fù)載的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比,即TL∝kn2,其中k是比例常數(shù)。通風(fēng)機(jī)類負(fù)載有通風(fēng)機(jī)、水泵、油泵等。這類機(jī)械的負(fù)載特性曲線是一條拋物線,如圖2－26中曲線1所示。圖2－26泵與風(fēng)機(jī)類負(fù)載特性曲線

以上介紹的是三種典型的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性,而實(shí)際的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性往往是幾種典型特性的綜合。如實(shí)際的鼓風(fēng)機(jī)除了通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性外,由于軸上還有一定的摩擦轉(zhuǎn)矩,實(shí)際通風(fēng)機(jī)的負(fù)載特性應(yīng)為TL=TL0+kn2,如圖2－26中曲線2所示。

直流電動(dòng)機(jī)按勵(lì)磁方式可分為四種,其中并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用得比較廣泛。轉(zhuǎn)速需要保持恒定或需要在較大范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械常采用并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī),例如大型車床、磨床、刨床和某些冶金機(jī)械等。

他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)和并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)只是連接方式不同,兩者的特性是一樣的。下面我們以并勵(lì)(他勵(lì))直流電動(dòng)機(jī)為例,來討論它們的機(jī)械特性。

2.6并勵(lì)(他勵(lì))直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

2.6.1并勵(lì)(他勵(lì))直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

1.機(jī)械特性

表征電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的兩個(gè)主要物理量是電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T和轉(zhuǎn)速n,直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指在電動(dòng)機(jī)的端電壓U等于額定值、勵(lì)磁電路的電流If和電樞電路的電阻Ra不變的條件下,電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩T之間的關(guān)系,即n=f(T)。

機(jī)械特性是電動(dòng)機(jī)最重要的工作特性,它是討論電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行、啟動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)等的基礎(chǔ)。機(jī)械特性可分為固有(自然)機(jī)械特性和人為機(jī)械特性。固有機(jī)械特性表示電動(dòng)機(jī)在額定參數(shù)運(yùn)行條件下的機(jī)械特性;人為機(jī)械特性表示改變電動(dòng)機(jī)一種或幾種參數(shù),使之不等于其額定值時(shí)的機(jī)械特性。

2.機(jī)械特性硬度

一般用機(jī)械特性硬度來評(píng)價(jià)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性變化的程度。所謂機(jī)械特性硬度,就是在機(jī)械特性曲線的工作范圍內(nèi)某一點(diǎn)轉(zhuǎn)矩對(duì)該點(diǎn)轉(zhuǎn)速的微分,也就是在曲線上該點(diǎn)的斜率,即

因此,按照機(jī)械特性硬度的概念將電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性分為以下三類。

(1)絕對(duì)硬特性:轉(zhuǎn)矩變化時(shí),轉(zhuǎn)速不變化,即β=∞。

(2)硬特性:轉(zhuǎn)矩變化時(shí),轉(zhuǎn)速降落較小,β=40~10。

(3)軟特性:轉(zhuǎn)矩變化時(shí),轉(zhuǎn)速降落大,β<10。

這樣分類主要是因?yàn)槎鄶?shù)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩的增加而下降,但不同的電動(dòng)機(jī)下降程度不同。

3.并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性方程及靜差率

1)機(jī)械特性方程

圖2－27是并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)接線圖,其電壓與電流的關(guān)系可用下列各式表示:圖2－27并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)接線圖

2)靜差率

當(dāng)負(fù)載變化時(shí),電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨之變化。靜差率s是用來衡量轉(zhuǎn)速隨負(fù)載變化程度的,它表示在額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落ΔnN與理想空載轉(zhuǎn)速n0之比,即

式中,nN為額定負(fù)載下對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速,ΔnN為額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落。

4.并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性

按固有機(jī)械特性所給定的條件,應(yīng)有U=UN=常數(shù),勵(lì)磁電流If調(diào)節(jié)至磁通Φ=ΦN并保持不變。由于Ra很小,從并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程式(2－29)可知,n=f(T)將是一條傾斜度很小的直線,如圖2－28所示。圖2－28并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性曲線

2.6.2并勵(lì)(他勵(lì))直流電動(dòng)機(jī)的人為機(jī)械持性

1.電樞回路串接電阻時(shí)的人為機(jī)械特性

當(dāng)電源電壓和磁通都是額定值時(shí),電樞回路串接電阻,這時(shí)的人為機(jī)械特性方程為

與固有機(jī)械特性相比,電樞回路串接電阻時(shí)的人為機(jī)械特性的特點(diǎn)是:

(1)理想空載轉(zhuǎn)速保持不變;

(2)硬度β隨附加阻值Rad的增大而減小,轉(zhuǎn)速降增大,特性曲線變軟。

如圖2－29所示是Rad不同時(shí)的一組人為機(jī)械特性曲線。改變電阻Rad的大小,可使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。圖2－29電樞串接電阻時(shí)的人為機(jī)械特性曲線

2.改變電樞電壓時(shí)的人為機(jī)械特性

當(dāng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)由電壓可調(diào)的電源供電時(shí),保持額定磁通不變,電樞回路也不串接電阻,改變電樞電壓可得到另一種人為機(jī)械特性。由于電動(dòng)機(jī)的外加電壓不允許超過額定值,因此改變電樞電壓只能在額定值以下進(jìn)行。

改變電樞電壓的人為機(jī)械特性方程為

由式(2－34)可以看出,降低電樞電壓后,理想空載轉(zhuǎn)速n0下降,特性曲線的硬度不變,因此降低電樞電壓情況下的人為機(jī)械特性曲線是一組平行線,如圖2－30所示。改變電樞電壓可以調(diào)速。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變時(shí),電壓越低,轉(zhuǎn)速也越低。圖2－30改變電樞電壓時(shí)的人為機(jī)械特性曲線

3.減弱磁通時(shí)的人為機(jī)械特性

保持電動(dòng)機(jī)的電樞電壓為額定值,電樞回路不串接電阻,改變他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組的串聯(lián)電阻值,就可以改變勵(lì)磁電流,從而改變磁通。由此得出減弱磁通時(shí)的人為機(jī)械特性方程為

與固有機(jī)械特性相比,減弱磁通時(shí)的人為機(jī)械特性的特點(diǎn)是:

(1)理想空載轉(zhuǎn)速與磁通成正比,比例系數(shù)為負(fù),減弱磁通Φ,n0升高;

(2)特性曲線斜率與磁通的平方成反比,減弱磁通使斜率增大,硬度β減小。

減弱磁通時(shí)的人為機(jī)械特性曲線如圖2－31所示,它是一組隨Φ減弱、理想空載轉(zhuǎn)速升高、硬度變軟的直線。圖2－31減弱磁通時(shí)的人為機(jī)械特性曲線

2.6.3電力拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行條件

1.電力拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行

一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械,以多高的轉(zhuǎn)速運(yùn)行,取決于電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性。如果知道了生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性n=f(TL)和電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性n=f(T),把這兩種特性配合起來,就可以研究電力拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行問題。

一個(gè)電力拖動(dòng)系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行,是由電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性的配合情況決定的,當(dāng)把實(shí)際系統(tǒng)簡化為單軸系統(tǒng)后,電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性可畫在同一坐標(biāo)圖中,圖2－32給出了恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性和電動(dòng)機(jī)的兩種不同機(jī)械特性的配合情況。圖2－32電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件

2.電力拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行條件

通過以上分析可知,電力拖動(dòng)系統(tǒng)的工作點(diǎn)在電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性與負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性的交點(diǎn)上,但是并非所有的交點(diǎn)都是穩(wěn)定工作點(diǎn)。也就是說,T=TL僅僅是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的一個(gè)必要條件,而不是充分條件。要實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行,還需要電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性與負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性在交點(diǎn)處配合得好。

因此,電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的充分必要條件是:

(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T=TL;

(2)充分條件:在交點(diǎn)T=TL處,滿足或者說,在交點(diǎn)的轉(zhuǎn)速以上存在T<TL,而在交點(diǎn)的轉(zhuǎn)速以下存在T>TL。

由于大多數(shù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩都隨轉(zhuǎn)速的升高而增大或者保持恒定,因此只要電動(dòng)機(jī)具有下傾的機(jī)械特性,就能滿足穩(wěn)定運(yùn)行的條件。

應(yīng)當(dāng)指出,上述電力拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行條件,無論對(duì)直流電動(dòng)機(jī)還是對(duì)交流電動(dòng)機(jī)都是適用的,具有普遍的意義。

2.7直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和反轉(zhuǎn)

2.7.1直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)是指電動(dòng)機(jī)接通電源后,由靜止?fàn)顟B(tài)到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的過程。啟動(dòng)初始,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n=0,電樞繞組感應(yīng)電動(dòng)勢Ea=0,從電動(dòng)機(jī)電壓平衡方程式U=Ea+IaRa可知,當(dāng)n=0時(shí),有式中,IQ為啟動(dòng)初始時(shí)的電樞電流,稱為啟動(dòng)電流。

為了縮短啟動(dòng)過程所需的時(shí)間,啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩卻需要盡可能增大一些。從TQ=CTΦIQ來看,在IQ受限制的情況下,TQ要足夠大時(shí),必須盡可能地加大Φ值。因此啟動(dòng)前,首先必須調(diào)整勵(lì)磁電阻至最小值,使Φ值最大。根據(jù)上述分析,對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)有下列要求:

(1)啟動(dòng)電流要限制;

(2)要有足夠大的勵(lì)磁電流,在啟動(dòng)電流受限制的情況下,也可以獲得足夠大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩;

(3)啟動(dòng)設(shè)備要操作方便,運(yùn)行可靠,成本低廉。

1.電樞回路串電阻啟動(dòng)

電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)前,應(yīng)使勵(lì)磁回路調(diào)節(jié)電阻RQf=0,這樣勵(lì)磁電流If最大,使磁通Φ最大。電樞回路串接啟動(dòng)電阻RQ,在額定電壓下的啟動(dòng)電流為

式中,RQ值應(yīng)使IQ不大于允許值。對(duì)于普通直流電動(dòng)機(jī),一般要求IQ≤(1.5~2)IN。

實(shí)際上,平滑地切除電阻是不可能的,一般是在電阻回路中串入多級(jí)電阻,在啟動(dòng)過程中逐級(jí)切除。啟動(dòng)電阻的級(jí)數(shù)越多,啟動(dòng)過程就越快且平穩(wěn),但所需的控制設(shè)備也越多,投資也越大。

串電阻啟動(dòng)的缺點(diǎn)是啟動(dòng)過程很難做到完全平滑,并且要損耗電能。當(dāng)電動(dòng)機(jī)容量較大時(shí),啟動(dòng)電阻十分笨重,尤其在頻繁啟動(dòng)時(shí),啟動(dòng)過程所消耗的能量相當(dāng)可觀,故在這種情況下,常采用降壓啟動(dòng)。

2.降壓啟動(dòng)

降低電樞電源電壓U,啟動(dòng)電流為

負(fù)載TL已知,根據(jù)啟動(dòng)條件的要求,可以確定電壓U的大小。有時(shí)為了保持啟動(dòng)過程中電磁轉(zhuǎn)矩一直較大及電樞電流一直較小,可以逐漸升高電樞電壓U,直至最后升到UN,機(jī)械特性如圖2－33所示,A點(diǎn)為穩(wěn)定運(yùn)行。圖2－33降壓啟動(dòng)的機(jī)械特性

2.7.2直流電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)

在生產(chǎn)實(shí)際中,許多生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)做正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行,如直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)龍門刨床工作臺(tái)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)、礦井卷揚(yáng)機(jī)的上下運(yùn)動(dòng)、起重機(jī)的升降等。

要改變直流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向,就需要改變電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩方向,而電磁轉(zhuǎn)矩是由主極磁通和電樞電流相互作用產(chǎn)生的。

由電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式T=CTΦIa

可知,改變電磁轉(zhuǎn)矩方向的方法有兩種:

(1)改變電樞電流方向,即改變電樞電壓極性;

(2)改變勵(lì)磁電流(主極磁場)方向。

若同時(shí)改變電樞電流和勵(lì)磁電流的方向,則電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向不變。

工程實(shí)踐中,改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向中應(yīng)用較多的是改變電樞電流的方向,即采用電樞反接法。原因是:一方面,并勵(lì)(他勵(lì))直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組匝數(shù)多,電感較大,切換勵(lì)磁繞組時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的自感電壓,危及勵(lì)磁繞組的絕緣;另一方面,勵(lì)磁電流的反向過程比電樞電流反向要慢得多,影響系統(tǒng)快速性。所以,改變勵(lì)磁電流方向只用于正、反轉(zhuǎn)不太頻繁的大容量系統(tǒng)。

2.8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)速、電氣調(diào)速或二者配合起來調(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。本節(jié)只介紹他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電氣調(diào)速。

根據(jù)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性表達(dá)式

可知他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法有三種:

(1)改變電樞電路電阻調(diào)速;

(2)改變磁通調(diào)速;

(3)改變電壓調(diào)速。

2.8.1調(diào)速性能指標(biāo)

電動(dòng)機(jī)速度調(diào)節(jié)性能的好壞,常用下列各項(xiàng)指標(biāo)來衡量。

1.調(diào)速范圍

調(diào)速范圍是指電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)額定負(fù)載時(shí),所能達(dá)到的最大轉(zhuǎn)速與最小轉(zhuǎn)速之比,通常用D表示,即

2.調(diào)速的平滑性

在一定的調(diào)速范圍內(nèi),調(diào)速的級(jí)數(shù)越多,就認(rèn)為調(diào)速越平滑。相鄰兩個(gè)調(diào)速級(jí)的轉(zhuǎn)速ni與ni-1之比稱為平滑系數(shù),用k表示,即

k值越接近于1,調(diào)速的平滑性越好。無級(jí)調(diào)速是指轉(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。

3.調(diào)速的相對(duì)穩(wěn)定性

調(diào)速的相對(duì)穩(wěn)定性是指負(fù)載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化時(shí),電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨之變化的程度,常用靜差率來衡量調(diào)速的相對(duì)穩(wěn)定性。靜差率和機(jī)械特性的硬度有關(guān),電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性越硬,轉(zhuǎn)速變化率越小,靜差率越小,相對(duì)穩(wěn)定性越高。但機(jī)械特性硬度相等,靜差率可能不等,不同的生產(chǎn)機(jī)械,對(duì)靜差率的要求不同。普通車床要求靜差率s≤3%,而高精度的造紙機(jī)則要求靜差率s≤1%。

4.調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性

調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性主要指調(diào)速設(shè)備的初投資、運(yùn)行效率及維修費(fèi)用等。

5.調(diào)速方向

調(diào)速方向有向上調(diào)速和向下調(diào)速兩種。所采用的調(diào)速方法是使轉(zhuǎn)速比額定轉(zhuǎn)速(基本轉(zhuǎn)速)高的稱為向上調(diào)速;若是低的,則稱為向下調(diào)速。

6.調(diào)速時(shí)允許的負(fù)載

調(diào)速時(shí),不同的生產(chǎn)機(jī)械需要的功率和轉(zhuǎn)矩是不同的。有的要求電動(dòng)機(jī)在各種轉(zhuǎn)速下都能輸出同樣的機(jī)械功率,例如金屬切削機(jī)床,要求在精加工小進(jìn)刀量時(shí)工件轉(zhuǎn)速高,粗加工大進(jìn)刀量時(shí)轉(zhuǎn)速低。由于機(jī)械功率是由轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的乘積決定的,因此要求電動(dòng)機(jī)具有恒功率調(diào)速。另一類生產(chǎn)機(jī)械例如起重機(jī),要求電動(dòng)機(jī)在各種轉(zhuǎn)速上都能輸出同樣的轉(zhuǎn)矩,即為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。

2.8.2調(diào)速方法

1.電樞回路串接電阻調(diào)速

電樞回路串接電阻調(diào)速如圖2－34所示,在調(diào)速時(shí),必須保持電動(dòng)機(jī)端電壓為額定電壓,磁通為額定磁通不變,并且假設(shè)電動(dòng)機(jī)軸上負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變。圖2－34電樞回路串接電阻調(diào)速

調(diào)速前,電動(dòng)機(jī)帶額定負(fù)載,運(yùn)行在T=TL的固有機(jī)械特性曲線A點(diǎn)上,如圖2－34(b)所示,這時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為nN,電樞電流為IN。當(dāng)電樞串入調(diào)速電阻Rc時(shí),電樞電流為

同一瞬間,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速還沒有變化,電樞電流將隨電樞回路電阻增大而減小,電磁轉(zhuǎn)矩必然減小,這時(shí)運(yùn)行點(diǎn)由A點(diǎn)變換到人為機(jī)械特性曲線的B點(diǎn)上。由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL不變,在B點(diǎn)T<TL,電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速便降低。在轉(zhuǎn)速降低的同時(shí),電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢與轉(zhuǎn)速成正比地減小,使電樞電流和對(duì)應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩又逐漸增大,一直恢復(fù)到與TL相平衡的數(shù)值為止,電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速便不再下降,穩(wěn)定在C點(diǎn)上。如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩恒定,電樞電流將保持原值不變,即Ic=Ia=IN,新的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速為

這種調(diào)速方法的特點(diǎn)是:

(1)調(diào)速的平滑性差;

(2)低速時(shí),特性較軟,穩(wěn)定性較差;

(3)輕載時(shí)調(diào)速效果不大;

(4)串入的電阻損耗大,效率低;

(5)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不宜調(diào)節(jié)得太低,因此調(diào)速范圍小,一般D=2~3。

2.減弱磁通調(diào)速

他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)改變磁通調(diào)速,比較簡便的方法是在勵(lì)磁電路中串聯(lián)調(diào)速電阻,改變勵(lì)磁電流,使磁通改變,接線如圖2－35所示。2－35調(diào)磁調(diào)速

這種調(diào)速方法的優(yōu)點(diǎn)是:

(1)可以用小容量調(diào)節(jié)電阻,控制簡單,調(diào)速平滑性較好;

(2)投資少,能量損耗小,調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性好。

這種調(diào)速方法的主要缺點(diǎn)是:因?yàn)檎９ぷ鲿r(shí),磁路已趨飽和,所以只能采取弱磁調(diào)速方式,調(diào)速范圍不廣。普通電機(jī)D=1.2~2.0,特殊設(shè)計(jì)時(shí)D可達(dá)到3~4。

3.降低電樞電壓調(diào)速

電動(dòng)機(jī)的工作電壓不允許超過額定電壓,因此電樞電壓只能在額定電壓以下進(jìn)行調(diào)節(jié)。降低電源電壓調(diào)速的原理及調(diào)速過程可用圖2－36說明。

降壓調(diào)速的特點(diǎn)是:

(1)可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速,平滑性很好;

(2)由于機(jī)械特性斜率不變,故相對(duì)穩(wěn)定性較好;

(3)調(diào)速范圍較廣;

(4)調(diào)速過程能量損耗較小;

(5)需專用電源,設(shè)備投資較大。圖2－36降低電壓調(diào)速

電動(dòng)機(jī)一般不允許超過額定電壓運(yùn)行,因此這種調(diào)速方法只能在額定電壓以下進(jìn)行調(diào)節(jié)。改變電樞電壓調(diào)速,電動(dòng)機(jī)電樞電路要由專門的直流調(diào)節(jié)電源供電。這種專門的調(diào)速裝置有發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(GM系統(tǒng))和可控硅整流調(diào)整系統(tǒng)(VM系統(tǒng))。

為了擴(kuò)大調(diào)速范圍,常常把降壓和弱磁兩種調(diào)速方法結(jié)合起來。在額定轉(zhuǎn)速以下采用降壓調(diào)速,在額定轉(zhuǎn)速以上采用弱磁調(diào)速。

2.9直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)

2.9.1能耗制動(dòng)1.能耗制動(dòng)的實(shí)現(xiàn)條件

將電動(dòng)機(jī)電樞從直流電源中斷開,但勵(lì)磁部分保持不變,同時(shí)將電樞兩端通過制動(dòng)電阻RB連接成閉合回路,如圖2－37所示。圖2－37能耗制動(dòng)接線圖

實(shí)現(xiàn)能耗制動(dòng)之初,由于轉(zhuǎn)速n不能突變,磁通Φ=ΦN不變,電樞感應(yīng)電動(dòng)勢Ea保持不變,即Ea>0,而此刻電壓U=0。因此,電樞電流

由上式可知,IaB的方向與電動(dòng)狀態(tài)時(shí)電樞電流Ia的方向相反,由此產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩TB也與電動(dòng)狀態(tài)時(shí)T的方向相反,變?yōu)橹苿?dòng)轉(zhuǎn)矩,于是電動(dòng)機(jī)處于制動(dòng)運(yùn)行。制動(dòng)運(yùn)行時(shí),電動(dòng)機(jī)靠生產(chǎn)機(jī)械慣性力的拖動(dòng)發(fā)電,將生產(chǎn)機(jī)械儲(chǔ)存的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能,并消耗在電阻上,直到電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)為止,所以這種制動(dòng)方式稱為能耗制動(dòng)。

2.能耗制動(dòng)的機(jī)械特性

能耗制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性,就是在U=0,Φ=ΦN,R=Ra+RB條件下的一條人為機(jī)械特性,即

或

可見,能耗制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性是一條過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線,其理想空載轉(zhuǎn)速為零,特性的斜率與電動(dòng)機(jī)電樞串電阻時(shí)的人為特性的斜率相同,如圖2－38中直線2所示。圖2－38能耗制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性

3.能耗制動(dòng)過程

制動(dòng)前工作在固有特性曲線1上的A點(diǎn),T為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩。開始制動(dòng)瞬間,由于轉(zhuǎn)速n不能突變,電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)從A→B,在B點(diǎn)電磁轉(zhuǎn)矩TB為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩,使系統(tǒng)減速。在減速過程中,Ea逐漸下降,Ia及反向制動(dòng)轉(zhuǎn)矩T逐漸減小,電動(dòng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)沿著曲線2從B→0點(diǎn),這時(shí)Ea=0,Ia=0,T=0,n=0,即停在原點(diǎn)上。

上述過程是正轉(zhuǎn)拖動(dòng)系統(tǒng)的停車制動(dòng)過程。在整個(gè)過程中,電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩T<0,而轉(zhuǎn)速n>0,T與n方向相反,T始終是起制動(dòng)作用,是制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)的一種。

他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)如果拖動(dòng)位能性負(fù)載,本來運(yùn)行在正向電動(dòng)狀態(tài),突然采用能耗制動(dòng),如圖2－39(a)所示,電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)從點(diǎn)A→B→0,B→0是能耗制動(dòng)過程