電機(jī)與電氣控制技術(shù)課件 任務(wù)2 直流電動(dòng)機(jī)2

學(xué)習(xí)情境2直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速、反轉(zhuǎn)與制動(dòng)任務(wù)2.1認(rèn)識(shí)直流電動(dòng)機(jī)任務(wù)2.2直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速、反轉(zhuǎn)與制動(dòng)化學(xué)工業(yè)出版社

學(xué)習(xí)情境2直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速、反轉(zhuǎn)與制動(dòng)【任務(wù)目標(biāo)】技能目標(biāo)：1.能正確選擇直流電動(dòng)機(jī)；2.能利用電壓表、電流表測量電機(jī)電壓和流；3.能正確完成電機(jī)控制線路的安裝與接線；4.能正確使用合理方法對直流電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。知識(shí)目標(biāo)：1.了解直流電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)、用途和分類；2.熟悉直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)構(gòu)和工作原理；3.熟悉直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速和制動(dòng)的方法。

任務(wù)2.1認(rèn)識(shí)直流電動(dòng)機(jī)【任務(wù)描述】

直流電機(jī)是指能發(fā)出直流電的發(fā)電機(jī)，或通以直流電而轉(zhuǎn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)與交流電動(dòng)機(jī)相比較，具有良好的起動(dòng)性能，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大；能在較寬的范圍內(nèi)進(jìn)行平滑的無級調(diào)速；還適宜于頻繁起動(dòng)。因此，凡要求大范圍無級調(diào)速，或者要求較大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的場合都采用直流電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力。它應(yīng)用于電力機(jī)車、無軌電車、軋鋼機(jī)、礦井卷揚(yáng)機(jī)、大型機(jī)床、起重機(jī)等設(shè)備中。小容量的直流電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制系統(tǒng)中。

任務(wù)2.1認(rèn)識(shí)直流電動(dòng)機(jī)

【任務(wù)描述】

直流發(fā)電機(jī)作為各種直流電源，用于直流電動(dòng)機(jī)的電源，化學(xué)工業(yè)中電解、電鍍的電源，發(fā)電廠中同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電源，后者稱為勵(lì)磁機(jī)。直流電機(jī)也存在一些缺點(diǎn)，如制造中消耗金屬較多，工藝較復(fù)雜，成本較高，運(yùn)行中電流換向的故障較多，維修比較麻煩。對于粉塵比較大，易燃易爆場所直流電機(jī)根本不能應(yīng)用，這是它致命的弱點(diǎn)。這些使直流電動(dòng)機(jī)的廣泛應(yīng)用受到了一定的限制，沒有交流電機(jī)應(yīng)用廣泛。本任務(wù)主要研究直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和主要特性。

任務(wù)2.1認(rèn)識(shí)直流電動(dòng)機(jī)【子任務(wù)目標(biāo)】技能目標(biāo)：1．能認(rèn)識(shí)直流電機(jī)；2．能正確選擇直流電動(dòng)機(jī)。知識(shí)目標(biāo)：1．了解直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和功能；2．熟悉直流電動(dòng)機(jī)的工作原理。

任務(wù)2.1認(rèn)識(shí)直流電動(dòng)機(jī)【知識(shí)準(zhǔn)備】（一）直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，必須有磁場以及與磁場耦合的線圈，磁場與線圈之間還必須有相對運(yùn)動(dòng)。因此，直流電機(jī)由靜止部分和轉(zhuǎn)動(dòng)部分組成。靜止部分稱為定子，包括主磁極、換向極、電刷裝置和機(jī)座等主要部件。轉(zhuǎn)動(dòng)部分稱為轉(zhuǎn)子。直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子通常稱為電樞，它主要由電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇等部件組成。圖2.1.1所示為直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。下面對直流電機(jī)的主要部件作簡要介紹。

任務(wù)2.1之【知識(shí)準(zhǔn)備】

圖2.1.1直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)放大

（一）直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1．定子部分（1）主磁極主磁極的作用是產(chǎn)生主磁場，以便電樞在此磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生感生電動(dòng)勢。主磁場有兩種形式：永久磁鐵和電磁鐵。絕大部分直流電機(jī)采用電磁鐵。電磁鐵由主磁極鐵心和勵(lì)磁繞組組成，如圖2.1.2所示。主磁極鐵心一般由1～1.5mm厚的鋼板沖片疊壓而成。繞制好的勵(lì)磁繞組套在鐵心外面，整個(gè)磁極用螺釘固定在機(jī)座上。主磁極總是成對出現(xiàn)的，各主磁極上的繞組連接時(shí)要能保證相鄰磁極的極性按N極和S極依排列。為了減少氣隙中有效磁通的磁阻，改善氣隙磁通密度的分布波形，磁極下的極掌（或稱極靴）較極身寬，這樣也可以使勵(lì)磁繞組牢牢地套在磁極上。

任務(wù)2.1之【知識(shí)準(zhǔn)備】（一）直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1．定子部分（2）換向極換向極是用來改善直流電機(jī)換向的，減小電機(jī)運(yùn)行時(shí)電刷與換向器之間可能產(chǎn)小的火花。換向極裝在容量大于1kW的直流電機(jī)的兩主磁極之間，也是由換向極鐵心和換向極繞組組成，如圖2.1.3所示。一般換向極鐵心用整塊鋼板加工而成。也可用1.5mm的鋼板疊壓。換向極繞組套在換向極鐵心上，與電樞繞組串聯(lián)。一般換向極的數(shù)量與主磁極相同。（3）機(jī)座電機(jī)定子部分的外殼稱為機(jī)座。機(jī)座通常由鑄鋼或厚鋼板焊成。它有兩個(gè)作用，一是用來固定主磁極、換向極和端蓋，并固定和支撐整個(gè)電機(jī)；二是作為電機(jī)磁路的一部分，構(gòu)成磁極之間磁的通路。機(jī)座中有磁通經(jīng)過的部分稱為磁軛。

任務(wù)2.1之【知識(shí)準(zhǔn)備】（一）直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1．定子部分（4）電刷裝置電刷的作用是將旋轉(zhuǎn)的電樞與固定不動(dòng)的外電路相連，把直流電壓或直流電流引入或引出。電機(jī)中常用一套電刷裝置來保證它的作用。電刷裝置由電刷、彈簧、刷握、刷桿及刷桿座等組成。電刷是用石墨等制成的導(dǎo)電塊，放置在刷盒內(nèi)，用彈簧將它壓緊在換向器上，刷握固定在刷桿上。容量大的電機(jī)，可在同一刷桿上并排安裝一組刷握和電刷。一般刷桿數(shù)與主磁極數(shù)相等。由于電刷有正、負(fù)極之分，因此刷桿必須與刷桿座絕緣。電刷組在換向器表面應(yīng)對稱分布，刷桿座可與端蓋或機(jī)座相連接。整個(gè)電刷裝置可以移動(dòng)，用以調(diào)整電刷在換向器上的位置。圖2.1.4所示為電刷裝置結(jié)構(gòu)圖。

任務(wù)2.1之【知識(shí)準(zhǔn)備】

1-主磁極鐵心1-主磁極鐵心1-刷桿座2-刷握

2-機(jī)座3-勵(lì)磁繞組2-換向極繞組3-電刷4-刷桿5-壓力彈簧圖2.1.2主磁極的結(jié)構(gòu)圖2.1.3換向極的結(jié)構(gòu)圖2.1.4電刷裝置的結(jié)構(gòu)（一）直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1．定子部分

任務(wù)2.1之【知識(shí)準(zhǔn)備】放大（一）直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)2．轉(zhuǎn)子部分（1）電樞鐵心電樞鐵心是主磁路的一部分．同時(shí)要安放電樞繞組。由于電機(jī)運(yùn)行時(shí)，電樞與氣隙磁場間有相對運(yùn)動(dòng)，鐵心中也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢而出現(xiàn)渦流和磁滯損耗。為了減少損耗，電樞鐵心通常由0.5mm厚的表面絕緣的硅鋼片經(jīng)沖壓疊裝而成。沖片圓周外緣均勻地沖有許多齒和槽，槽內(nèi)可安放電樞繞組，有的沖片上還沖有許多圓孔，以形成改善散熱的軸向通風(fēng)孔，圖2.1.5所示為電樞鐵心沖片的形狀和電樞鐵心主體圖。電機(jī)容量大時(shí)，電樞鐵心的圓柱體還可分隔成幾段，每段間隔10mm左右，以形成徑向的通風(fēng)道。

任務(wù)2.1之【知識(shí)準(zhǔn)備】

任務(wù)2.1之【知識(shí)準(zhǔn)備】（a）電樞鐵心沖片（b）轉(zhuǎn)子主體1-齒；2-槽；3-軸向通風(fēng)孔；4-換向器；5-電樞繞組；6-電樞鐵心；7-徑向通風(fēng)道圖2.1.6線圈在槽內(nèi)的安放示意圖1-上層有效邊；2.5-端接部分；3-下層有效邊；4-線圈尾端；6-線圈首端

圖2.1.7線圈在槽內(nèi)的安放示意圖（一）直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)2．轉(zhuǎn)子部分放大放大

（2）電摳繞組電樞繞組是直流電機(jī)電路的主要組成部分，它的作用是產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢或通過流過的電流產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。電樞繞組由許多線圈按一定的規(guī)律連接而成。這種線圈通常用高強(qiáng)度聚酯漆包線繞制而成，繞制好的繞組或成型繞組放置在鐵心槽內(nèi)，放置在鐵心槽內(nèi)的直線部分在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，稱為元件的有效部分，繞組元件的一條有效邊嵌入某個(gè)槽中的上層，另一有效邊則嵌入另一槽中的下層，如圖

2.1.6所示。在電樞槽兩端把有效部分連接起來的部分稱為端接部分，端接部分僅起連接作用，在電機(jī)運(yùn)行過程中不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。繞組與鐵心槽之間及上、下層有效邊之間均絕緣，如圖2.1.7所示。槽口處沿軸向打入絕緣竹片或用環(huán)氧酚醛玻璃布板制成的槽楔，將線圈壓緊并防止它在運(yùn)行時(shí)飛出。

任務(wù)2.1之【知識(shí)準(zhǔn)備】同樣，端接線也要用玻璃帶扎緊。線圈的兩個(gè)端頭按一定的規(guī)律焊接在換向片上。（3）換向器換向器的作用是與電刷一起將直流電動(dòng)機(jī)輸入的直流電流轉(zhuǎn)換成電樞繞組內(nèi)的交變電流，或是將直流發(fā)電機(jī)電樞繞組中的交變電動(dòng)勢轉(zhuǎn)換成輸出的直流電壓。換向器是一個(gè)由許多燕尾狀的梯形銅片間隔云母片絕緣排列而成的圓柱體。每片換向片一端有高出的部分，上面銑有線槽，供電樞繞組引出端焊接用。所有換向片均放置在與它配合的只有燕尾槽的金屬套簡內(nèi)，然后用V形鋼環(huán)和螺紋壓圈將換向片和套筒緊固成一個(gè)整體。換向片組與套筒、V形銅環(huán)之間均要用云母環(huán)絕緣，如圖2.1.8所示。這樣的換向器稱為金屬套筒式換向器。

任務(wù)2.1之【知識(shí)準(zhǔn)備】

現(xiàn)代小型直流電機(jī)已廣泛采用熱壓塑料代替金屬套筒，這種塑料熱壓成型緊固的換向器，稱為塑料換向器。

任務(wù)2.1之【知識(shí)準(zhǔn)備】1-槽楔2-線圈絕緣3-導(dǎo)體4-槽絕緣5-層間絕緣6-槽底絕緣圖2.1.7電樞槽內(nèi)的絕緣1-換向片2-云母片3-云母套筒4-V形鋼片5-鋼套6-絕緣套筒7-螺紋壓圈圖2.1.8直流電機(jī)的換向器放大（二）直流電動(dòng)機(jī)的銘牌銘牌釘在電機(jī)機(jī)座的外表面上，上面標(biāo)明電機(jī)的主要額定數(shù)據(jù)，供使用者使用時(shí)參考。銘牌數(shù)據(jù)主要包括：電機(jī)型號、電機(jī)額定功率、額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速和勵(lì)磁電流及勵(lì)磁方式等，此外還有電機(jī)的出產(chǎn)數(shù)據(jù)，如出廠編號、出廠日期等。1.電機(jī)型號電機(jī)型號表示電機(jī)的結(jié)構(gòu)和使用特點(diǎn)，國產(chǎn)電機(jī)的型號一股用大寫的漢語拼音字母和阿拉伯?dāng)?shù)字表示，其格式為：第一部分字符用大寫的漢語拼音表示產(chǎn)品代號；第二部分字符用阿拉伯?dāng)?shù)字表示設(shè)計(jì)序號；

任務(wù)2.1之【知識(shí)準(zhǔn)備】

第三部分字符是機(jī)座代號，用阿拉伯?dāng)?shù)字表示；第四部分字符表示電樞鐵心長度代號，用阿拉伯?dāng)?shù)字表示?，F(xiàn)以老型號Z3-42及新型號Z4-200-21

為例說明如下：

老型號

任務(wù)2.1之【知識(shí)準(zhǔn)備】新型號Z4160/2—21

1號端蓋

2號鐵心極數(shù)為2中心高度（mm）

直流電動(dòng)機(jī)，第四次設(shè)計(jì)

任務(wù)2.1之【知識(shí)準(zhǔn)備】2．額定功率

是指在額定條件下電機(jī)所能供給的功率。額定功率對電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的含義是不同的。對于電動(dòng)機(jī)額定功率是指電動(dòng)機(jī)軸上輸出的額定機(jī)械功率；對于發(fā)電機(jī)額定功率是指電刷間輸出的額定電功率。額定功率的單位為kW。3．額定電壓是指額定運(yùn)行條件下，電機(jī)出線端的工作電壓。對于電動(dòng)機(jī)，是指輸入額定電壓；對于發(fā)電機(jī)，是指輸出額定電壓。額定電壓的單位為V或kV。

任務(wù)2.1之【知識(shí)準(zhǔn)備】4.額定電流

是指電機(jī)在額定電壓情況下，運(yùn)行于額定功率的電流。對于電動(dòng)機(jī)，是指在額定運(yùn)行時(shí)從電源輸入的電流；對于發(fā)電機(jī)，是指額定運(yùn)行時(shí)供給負(fù)載的輸出電流。額定電流的單位為A或kA。5.額定轉(zhuǎn)速

是指對應(yīng)于額定電壓、額定電流，電機(jī)運(yùn)行于額定功率所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速，單位為r/min。

6.額定勵(lì)磁電流

是指對應(yīng)于額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速與額定功率時(shí)的勵(lì)磁電流。

任務(wù)2.1之【知識(shí)準(zhǔn)備】7.勵(lì)磁方式是指直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁線圈與其電樞線圈的連接方式。根據(jù)電樞線圈與勵(lì)磁線圈的連接方式不同。直流電機(jī)可分為他勵(lì)式和自勵(lì)式兩種，自勵(lì)式又可分為并勵(lì)、串勵(lì)、復(fù)勵(lì)三種。

1)他勵(lì)直流電機(jī)勵(lì)磁繞組由其他直流電源供電，與電樞繞組之間沒有電的聯(lián)系，如下圖(a)所示。永磁直流電機(jī)也屬于他勵(lì)直流電機(jī)，因其勵(lì)磁磁場與電樞電流無關(guān)。圖中電流正方向是以電動(dòng)機(jī)為例設(shè)定的。

任務(wù)2.1之【知識(shí)準(zhǔn)備】

任務(wù)2.1之【知識(shí)準(zhǔn)備】2)并勵(lì)直流電機(jī)勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)。如圖(b)所示。勵(lì)磁電壓等于電樞繞組端電壓。以上兩類電機(jī)的勵(lì)磁電流只有電機(jī)額定電流的1%～5%，所以勵(lì)磁繞組的導(dǎo)線細(xì)而匝數(shù)多。

3)串勵(lì)直流電機(jī)勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，如圖(c)所示。勵(lì)磁電流等于電樞電流，所以勵(lì)磁繞組的導(dǎo)線粗而匝數(shù)較少。直流電機(jī)的勵(lì)磁方式不同，運(yùn)行特性和適用場合也不同。4)復(fù)勵(lì)直流電機(jī)每個(gè)主磁極上套有兩套勵(lì)磁磁繞組，一個(gè)與電樞繞組并聯(lián)，稱為并勵(lì)繞組。一個(gè)與電樞繞組串聯(lián)，稱為串勵(lì)繞組，如圖(d)所示。兩個(gè)繞組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢方向相同時(shí)稱為積復(fù)勵(lì)，兩個(gè)磁勢方向相反時(shí)稱為差復(fù)勵(lì)，通常采用積復(fù)勵(lì)方式。

直流電機(jī)的勵(lì)磁方式不同，運(yùn)行特性和適用場合也不同。

任務(wù)2.1之【知識(shí)準(zhǔn)備】

任務(wù)2.1之【知識(shí)準(zhǔn)備】(a)他勵(lì)電動(dòng)機(jī)(b)并勵(lì)電動(dòng)機(jī)(c)串勵(lì)電動(dòng)機(jī)(d)復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)

圖1.20直流電動(dòng)機(jī)的分類

關(guān)于額定容量，對直流發(fā)電機(jī)而言，是指發(fā)電機(jī)帶額定負(fù)載時(shí)，電刷端輸出的功率；對直流電動(dòng)機(jī)而言，是指電動(dòng)機(jī)帶額定負(fù)載時(shí)，轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率。因此，直流發(fā)電機(jī)的額定容量應(yīng)為

任務(wù)2.1之【知識(shí)準(zhǔn)備】而直流電動(dòng)機(jī)的額定容量為式中，是直流電動(dòng)機(jī)的額定效率。它是直流電動(dòng)機(jī)帶額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，輸出的機(jī)械功率與輸入的電功率之比。電動(dòng)機(jī)軸上輸出的額定轉(zhuǎn)矩用TN表示，其大小應(yīng)該是輸出的額定機(jī)械功率除以轉(zhuǎn)子額定角速度，即

此式在交流電動(dòng)機(jī)中同樣適用。

任務(wù)2.1之【知識(shí)準(zhǔn)備】

直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)，若各個(gè)物理量都為額定值，就稱為額定運(yùn)行狀態(tài)。由于電機(jī)是根據(jù)額定值設(shè)計(jì)的，因此，在額定運(yùn)行狀態(tài)下工作，電機(jī)能可靠地運(yùn)行，并具有良好的性能。實(shí)際運(yùn)行中，電機(jī)不可能總是上作在額定運(yùn)行狀態(tài)的，如果運(yùn)行時(shí)電機(jī)的負(fù)載小于額定容量，稱為欠載運(yùn)行；而運(yùn)行時(shí)電機(jī)的負(fù)載超過額定容量，稱為過載運(yùn)行。長期的過載或欠載運(yùn)行都不好。長期過載有可能因過熱而損壞電機(jī)，長期欠載則運(yùn)行效率不高，浪費(fèi)容量。為此，在選擇電機(jī)時(shí)，應(yīng)根據(jù)負(fù)載的要求，盡可能讓電機(jī)工作在額定狀態(tài)。

[例2-1-1]一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)其額定功率PN＝160kw，額定電壓UN＝220V，額定效率ηN＝90%，

任務(wù)2.1之【知識(shí)準(zhǔn)備】額定轉(zhuǎn)速nN＝1500r／min，求該電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的輸入功率、額定電流及額定轉(zhuǎn)矩各是多少。

解額定輸入功率

額定電流

額定轉(zhuǎn)矩

任務(wù)2.1之【知識(shí)準(zhǔn)備】（三）直流電動(dòng)機(jī)的基本原理我們知道，載流導(dǎo)體在磁場中會(huì)受到磁場力的作用。直流電動(dòng)機(jī)就是這一規(guī)律的具體應(yīng)用。若磁場BX與導(dǎo)體l互相垂直，且導(dǎo)體中通以電流，則作用于載流導(dǎo)體上的電磁力f為圖2.1.9

是直流電動(dòng)機(jī)的工作原理模型。電刷A、B兩端加直流電壓,電流從電源的正極流出，經(jīng)過電刷A與換向片1而流入電動(dòng)機(jī)線圈，電流方向?yàn)?然后再經(jīng)過換向片2與電刷B流回電源的負(fù)極。根據(jù)電磁力定律，線圈邊與在磁場中分別受到電磁力的作用，其方向可用左手定則確定。此電磁力形成的電磁轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。此電磁力形成的電磁轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。當(dāng)線圈邊轉(zhuǎn)到S極，轉(zhuǎn)到N極時(shí)，流經(jīng)線圈的電流方向必須改變，

任務(wù)2.1之【知識(shí)準(zhǔn)備】這樣，導(dǎo)體所受的電磁力方向才能不變，從而保持電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向不變。保持導(dǎo)體中電流方向不變的任務(wù)由換向器來完成。由圖2.1.9可以看出，原來電刷A通過換向片1與轉(zhuǎn)到N極的導(dǎo)體相連；現(xiàn)在電刷A通過換向片2與轉(zhuǎn)到N極的導(dǎo)體相連，電刷B通過換向片1與轉(zhuǎn)到S極的相連。線圈中電流方向改變，用左手定則判斷電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩的方向未變，電樞仍逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。

任務(wù)2.1之【知識(shí)準(zhǔn)備】圖2.1.9直流電動(dòng)機(jī)的工作原理模型放大（四）直流電動(dòng)機(jī)的電樞反應(yīng)當(dāng)電機(jī)有負(fù)載時(shí)，電樞繞組中有電流通過，也要產(chǎn)生一個(gè)磁場，叫做電摳磁場。發(fā)電機(jī)的電樞磁場與電動(dòng)機(jī)的電樞磁場是不同的，但它們的軸線均與主磁場的軸線垂直相交，所以又叫交軸磁場，如圖2.1.10所示。在有負(fù)載的電機(jī)中，主磁場和電樞磁場是同時(shí)存在的。電樞磁場的存在對主磁場會(huì)產(chǎn)生影響，這種影響叫做電樞反應(yīng)。

任務(wù)2.1之【知識(shí)準(zhǔn)備】

圖2.1.10直流電動(dòng)機(jī)的交軸磁場

圖2.1.11直流電動(dòng)機(jī)的合成磁場

任務(wù)2.1之【知識(shí)準(zhǔn)備】放大

電樞磁場和主磁場同時(shí)存在，共同作用在電樞上，這兩個(gè)磁場的合成作用使磁場合成后的軸線逆著旋轉(zhuǎn)方向偏過角。由于電樞磁場的影響使得主磁極的幾何中性面的磁感應(yīng)強(qiáng)度不再為零，物理中性面逆著旋轉(zhuǎn)方向偏轉(zhuǎn)角。這就是電樞反應(yīng)的第一個(gè)影響，如圖2.1.11

所示。電機(jī)工作在磁路近飽和的狀態(tài)下，電樞磁場也削弱了主磁場，這是第二個(gè)影響。這對于直流電動(dòng)機(jī)來說，除了換向器與電刷間的火花增大外，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩還有所減少，若負(fù)載不變，則轉(zhuǎn)速有所下降。綜合上述分析，直流電機(jī)的電樞反應(yīng)引起的影響是：（1）電機(jī)的主磁場發(fā)生畸變，磁極軸線發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。（2）電機(jī)的主磁場被削弱。

任務(wù)2.1之【知識(shí)準(zhǔn)備】（五）直流電動(dòng)機(jī)的電樞感應(yīng)電動(dòng)勢和電磁轉(zhuǎn)矩

1.感應(yīng)電動(dòng)勢

通常所說的電樞電動(dòng)勢就是指正、負(fù)電刷之間的感應(yīng)電動(dòng)勢。該電動(dòng)勢等于電樞繞組每一條支路中各導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢之和。這些導(dǎo)體分布在電樞槽內(nèi)，因而它們在氣隙磁場中也就處在不同的位置。電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，每個(gè)導(dǎo)體切割的磁通密度不一樣，所以它們產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的大小也不一樣。在不同瞬間，同一導(dǎo)體中感應(yīng)電動(dòng)勢的數(shù)值也不同。設(shè)導(dǎo)體在電樞表面均勻分布，氣隙磁通密度的平均值為Bav，電樞表面的線速度為v，電樞導(dǎo)體數(shù)為N，并聯(lián)支路數(shù)為2a，每極磁通為Ф，磁極對數(shù)為p，則每條支路的總電動(dòng)勢為

任務(wù)2.1之【知識(shí)準(zhǔn)備】

式中

Ce為電動(dòng)勢常數(shù)，Ea為電樞電動(dòng)勢。

2.電磁轉(zhuǎn)矩不論是直流電動(dòng)機(jī)或直流發(fā)電機(jī)，只要電樞繞組中有電流通過，通過導(dǎo)體與氣隙磁場相互作用就產(chǎn)生電磁力，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。

任務(wù)2.1之【知識(shí)準(zhǔn)備】

設(shè)繞組每一條支路中流過的電流為ia，電樞總電流為Ia，電樞導(dǎo)體數(shù)為N，并聯(lián)支路數(shù)為2a，設(shè)電樞直徑為D，

將電機(jī)電樞的周長用電機(jī)的極距表示則作用在電樞上總的電磁轉(zhuǎn)矩為

由上式可知，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與氣隙磁通和電樞電流的乘積成正比。當(dāng)氣隙磁通恒定時(shí)，電樞電流越大，電磁轉(zhuǎn)矩越大；當(dāng)電樞電流一定時(shí)，氣隙磁通越大，電磁轉(zhuǎn)矩也越大。

任務(wù)2.1之【知識(shí)準(zhǔn)備】（六）直流電動(dòng)機(jī)1.直流電動(dòng)機(jī)的分類按結(jié)構(gòu)形式分為：開啟式、防護(hù)式、封閉式和防爆式幾種；按容量大小分為：小型、中型和大型直流電動(dòng)機(jī)；按勵(lì)磁方式可分為：他勵(lì)、并勵(lì)、積復(fù)勵(lì)、差復(fù)勵(lì)和串勵(lì)。

任務(wù)2.1之【知識(shí)準(zhǔn)備】a）他勵(lì)b）并勵(lì)c）積復(fù)勵(lì)d）差復(fù)勵(lì)e）串勵(lì)圖2.1.12直流電動(dòng)機(jī)各種勵(lì)磁方式接線圖放大2.電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式

1）電力拖動(dòng)系統(tǒng)簡介用各種原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的工作機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)，完成一定生產(chǎn)任務(wù)的過程稱之為拖動(dòng)。用電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)稱為電力拖動(dòng)。（1）電力拖動(dòng)系統(tǒng)的組成電力拖動(dòng)系統(tǒng)一般是由電動(dòng)機(jī)、生產(chǎn)機(jī)械的工作機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制設(shè)備以及電源五部分組成，如圖2.1.13所示。

任務(wù)2.1之【知識(shí)準(zhǔn)備】圖2.1.13電力拖動(dòng)系統(tǒng)組成（2）電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程如圖2.1.14所示為單軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)直接與生產(chǎn)機(jī)械的工作機(jī)構(gòu)相連接，電動(dòng)機(jī)與負(fù)載用同一個(gè)軸，以同一轉(zhuǎn)速運(yùn)行。

任務(wù)2.1之【知識(shí)準(zhǔn)備】圖2.1.14單軸電力拖動(dòng)圖2.1.15

他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)放大放大圖中標(biāo)出的最主要的物理量有：n為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，T為電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩，TL為負(fù)載轉(zhuǎn)矩。由于電動(dòng)機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，一般情況下TL》T0

，故可忽略T0（T0為電動(dòng)機(jī)空載轉(zhuǎn)矩）。圖中還標(biāo)注了各量的正方向（按電動(dòng)機(jī)慣例），若轉(zhuǎn)速、電磁轉(zhuǎn)矩、負(fù)載轉(zhuǎn)矩都為正值時(shí)，那么電磁轉(zhuǎn)矩是拖動(dòng)性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩，負(fù)載轉(zhuǎn)矩則屬制動(dòng)性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩單軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，電磁轉(zhuǎn)矩、負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系用運(yùn)動(dòng)方程式描述為:我們稱（T

－TL）為動(dòng)轉(zhuǎn)矩。動(dòng)轉(zhuǎn)矩等于零時(shí)，系統(tǒng)處于恒轉(zhuǎn)速運(yùn)行的穩(wěn)態(tài)；動(dòng)轉(zhuǎn)矩大于零時(shí)，系統(tǒng)處于加速運(yùn)動(dòng)的過渡過程中；動(dòng)轉(zhuǎn)矩小于零時(shí)，系統(tǒng)處于減速運(yùn)動(dòng)的過渡過程中。

任務(wù)2.1之【知識(shí)準(zhǔn)備】3.直流電動(dòng)機(jī)的基本方程1）電壓平衡方程式

圖2.1.15為一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的示意圖。根據(jù)圖2.1.15中用電動(dòng)機(jī)慣例所設(shè)各量的正方向，用基爾霍夫電壓定律可以列出電壓平衡方程式2）轉(zhuǎn)矩平衡方程式穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，作用在電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩有3個(gè)。一個(gè)是電磁轉(zhuǎn)矩T，方向與轉(zhuǎn)速n相同，為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩；一個(gè)是電動(dòng)機(jī)空載損耗轉(zhuǎn)矩T0，是電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行時(shí)的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，方向總與轉(zhuǎn)速n相反，還有一個(gè)是軸上所帶生產(chǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)矩T2，一般為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

任務(wù)2.1之【知識(shí)準(zhǔn)備】3）功率平衡方程式將式電壓平衡方程兩邊乘以電樞電流Ia，得4）電磁功率

任務(wù)2.1之【知識(shí)準(zhǔn)備】

任務(wù)2.1之【任務(wù)實(shí)施】引導(dǎo)問題為：（1）直流電動(dòng)機(jī)有什么用處？按勵(lì)磁方式怎樣分類？

（2）直流電動(dòng)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)有哪幾部分？

（3）直流電動(dòng)機(jī)的主要額定值有哪幾個(gè)，直流電動(dòng)機(jī)、直流發(fā)電機(jī)的額定容量、額定電壓的意義相同嗎？（4）什么是直流電動(dòng)機(jī)的電樞反應(yīng)？電樞反應(yīng)對電機(jī)主磁場的有哪些？（5）寫出直流電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢公式、電磁轉(zhuǎn)矩公式、電壓平衡方程式，解釋各式中各符號的含義。（6）電力拖動(dòng)系統(tǒng)有哪幾部分組成？

3）教師通過圖片、實(shí)物或多媒體分析演示讓學(xué)生了解直流電機(jī)結(jié)構(gòu)、原理、銘牌參數(shù)并舉例，或指導(dǎo)學(xué)生自學(xué)。

任務(wù)2.1認(rèn)識(shí)直流電動(dòng)機(jī)【學(xué)習(xí)小結(jié)】

1.直流電機(jī)是電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的旋轉(zhuǎn)電機(jī)之一。它可以將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為直流電能，稱之為直流發(fā)電機(jī)；也可以將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，稱之為直流電動(dòng)機(jī)。2.直流電機(jī)按用途可分為直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)兩類。按勵(lì)磁方式可分為他勵(lì)和自勵(lì)兩大類。其中自勵(lì)電機(jī)又可分為并勵(lì)、串勵(lì)、復(fù)勵(lì)三種形式。直流電機(jī)在結(jié)構(gòu)上分為固定部分和轉(zhuǎn)動(dòng)部分。固定部分主要是主磁極，由它產(chǎn)生主磁場。轉(zhuǎn)動(dòng)部分主要是電樞，電樞繞組是直流電機(jī)的核心部分，在其中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢和感應(yīng)電流，通過電流產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，傳送電磁功率，進(jìn)行電能和機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)換。

3.直流電機(jī)是根據(jù)電流和磁場的相互作用原理來工作的。直流發(fā)電機(jī)是根據(jù)導(dǎo)線在磁場中運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的原理來工作的；直流電動(dòng)機(jī)是根據(jù)通電子體在磁場中受到磁場作用力的原理來工作的。4.直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)，電樞電流產(chǎn)生電樞磁場，電樞磁場對主磁場的作用，稱電樞反應(yīng)。主磁極產(chǎn)生主磁場，主磁場和電樞磁場的合成磁場是電機(jī)的工作磁場。電樞反應(yīng)使主磁場的物理中性面產(chǎn)生偏移，并削弱磁場，其主要表現(xiàn)在電流換向問題上。

任務(wù)2.1之【學(xué)習(xí)小結(jié)】

任務(wù)2.1認(rèn)識(shí)直流電動(dòng)機(jī)【自我評估】2.1-1直流電動(dòng)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)有哪些？各有何作用？2.1-2直流電機(jī)是如何分類的，其銘牌各項(xiàng)分別代表什么？2.1-3直流電機(jī)的主磁場是怎么產(chǎn)生的？2.1-4一臺(tái)直流發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)為：額定功率PN=10kW，額定電壓UN=230 V,額定轉(zhuǎn)速

nN=

2850r／min

，額定效率ηN＝0.85。求它的額定電流及額定負(fù)載時(shí)的輸入功率。2.1-5一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：額定功率PN＝17kW，額定電壓UN＝220V，額定轉(zhuǎn)速nN＝2850r／min，額定效率ηN＝0.83，求它的額定電流及額定負(fù)載時(shí)的輸入功率。

2.1-6一臺(tái)直流電機(jī)有兩對磁極（p=2），每極的氣隙磁通Ф=0.14Wb，電樞繞組有兩對并聯(lián)支路（a=2），共有導(dǎo)體N＝348根，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為1450r/min時(shí)，電樞電動(dòng)勢是多少？2.1-7一臺(tái)并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)額定電壓UN=230V，電樞電阻Ra=0.25Ω，勵(lì)磁繞組RE=460Ω，負(fù)載電阻RL＝50Ω，求電樞電流和電動(dòng)勢。

任務(wù)2.1之【自我評估】任務(wù)2.2直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速、反轉(zhuǎn)與制動(dòng)【任務(wù)描述】

直流電動(dòng)機(jī)在需要寬范圍調(diào)速的場合或要求有特殊運(yùn)行性能的自動(dòng)控制系統(tǒng)中，—直占有十分重要的地位。直流電動(dòng)機(jī)具有以下一些優(yōu)良特性：（1）它具有調(diào)速平滑、方便和調(diào)速范圍寬和優(yōu)良的調(diào)速持性；（2）能夠承受頻繁的沖擊負(fù)載，以及過載能力大；（3）可進(jìn)行頻繁的無級快速起動(dòng)、反轉(zhuǎn)和制動(dòng)；（4）能夠滿足生產(chǎn)：過程自動(dòng)化系統(tǒng)各種不同的特殊運(yùn)行要求本任務(wù)主要研究直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速、反轉(zhuǎn)及制動(dòng)原理和方法。任務(wù)2.2直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速、反轉(zhuǎn)與制動(dòng)【子任務(wù)目標(biāo)】技能目標(biāo)：1.能正確操作直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和反轉(zhuǎn)；2.能基本操作直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)、調(diào)速。

知識(shí)目標(biāo)：1.掌握直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法；2.掌握直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)方法；3.了解直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法；4.掌握直流電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)方法。

任務(wù)2.2之

【知識(shí)準(zhǔn)備】負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)行時(shí)常用負(fù)載轉(zhuǎn)矩標(biāo)志其負(fù)載的大小。不同的生產(chǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速變化規(guī)律不同，用負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性來表征，即生產(chǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速n與負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL之間的關(guān)系。各種生產(chǎn)機(jī)械特性大致可歸納為以下3種類型。1．恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性所謂恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載是指生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL的大小不隨轉(zhuǎn)速n而改變的負(fù)載。按負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL的方向是否與轉(zhuǎn)向有關(guān)，恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性又分為反抗性負(fù)載和位能性負(fù)載兩種。任務(wù)2.2之

【知識(shí)準(zhǔn)備】負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性1）反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的特點(diǎn)是負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL的大小不變，但方向始終與生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的方向相反，總是阻礙電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向改變時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩的方向也隨之改變，其特性在第一和第三象限，如圖2.2.1所示。屬于這類特性轉(zhuǎn)矩如摩擦轉(zhuǎn)矩等。2）位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載這種負(fù)載的特點(diǎn)是不論生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的方向變化與否，負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小和方向始終不變。例如起重設(shè)備提升或下放重物時(shí)，由于重力所產(chǎn)生的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小和方向均不改變。其負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性在第一和第四象限，如圖2.2.2所示。

任務(wù)2.2之

【知識(shí)準(zhǔn)備】負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性

圖2.2.1反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性圖2.2.2位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性任務(wù)2.2之

【知識(shí)準(zhǔn)備】2．恒功率負(fù)載特性恒功率負(fù)載的特點(diǎn)是當(dāng)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，負(fù)載從電動(dòng)機(jī)吸收的功率為恒定值，即即負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL與轉(zhuǎn)速n成反比。例如，一些機(jī)床切削加工，車床粗加工時(shí)，切削量大(TL大)，阻力大，轉(zhuǎn)速低；精加工時(shí)，切削量小(TL小)，轉(zhuǎn)速高。恒功率負(fù)載特性曲線如圖2.2.3所示。

圖2.2.3恒功率負(fù)載特性曲線圖

任務(wù)2.2之

【知識(shí)準(zhǔn)備】3．泵與風(fēng)機(jī)類負(fù)載特性通風(fēng)機(jī)型負(fù)載的特點(diǎn)是負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)速n的平方成正比，即，式中K——比例常數(shù)。常見的這類負(fù)載如風(fēng)機(jī)、水泵、油泵等。負(fù)載特性曲線如圖2.2.4所示。應(yīng)當(dāng)指出，以上3類是典型的負(fù)載特性，實(shí)際生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性常為幾種類型負(fù)載的相近或綜合。例如實(shí)際的通風(fēng)機(jī)負(fù)載除了主要風(fēng)機(jī)負(fù)載特性外，其軸上還有一定的摩檫轉(zhuǎn)矩，故實(shí)際通風(fēng)機(jī)的負(fù)載特性為其負(fù)載特性曲線如圖2.2.5所示。起重機(jī)提升重物時(shí)，電動(dòng)機(jī)所受到的除位能性負(fù)載轉(zhuǎn)矩外，還要克服系統(tǒng)機(jī)械摩擦所造成的反抗性負(fù)載轉(zhuǎn)矩，所以電動(dòng)機(jī)軸的負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)是上述兩個(gè)轉(zhuǎn)矩之和。

任務(wù)2.2之

【知識(shí)準(zhǔn)備】負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性

2.2.4通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性曲線2.2.5實(shí)際通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性曲線任務(wù)2.2之

【知識(shí)準(zhǔn)備】（一）直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性1.并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的原理接線圖如圖2.2.6所示，圖中RQT為起動(dòng)調(diào)速兩用電阻。由于電壓U和勵(lì)磁回路可調(diào)電阻RP均為恒值，如忽略電樞反應(yīng)的影響，可知?jiǎng)?lì)磁電流IE和對應(yīng)的磁通也為恒值。分析電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，就要分析轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系。圖2.2.6并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的原理接線圖圖2.2.7直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性根據(jù)電動(dòng)機(jī)的電壓平衡方程式：

將代入上式得

則又因?yàn)榈?/p>

所以

任務(wù)2.2之

【知識(shí)準(zhǔn)備】上式稱為機(jī)械特性方程。式中叫作電動(dòng)機(jī)理想空載轉(zhuǎn)速，它相當(dāng)于無損耗時(shí)的空載轉(zhuǎn)速，即為M=0時(shí)的轉(zhuǎn)速。若用n0表示，用β

表示，則上式可寫成：當(dāng)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩T時(shí)，即帶負(fù)載的情況下，就存在Δn。所以直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性為一條向下傾斜的直線，而且β斜率越大，Δn就越大，機(jī)械特性越“軟”；反之，特性越平坦，機(jī)械特性越“硬”。一般直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)，當(dāng)沒有電樞外接電阻時(shí)，機(jī)械特性都比較硬.

任務(wù)2.2之

【知識(shí)準(zhǔn)備】機(jī)械特性分為固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性兩種。1.固有機(jī)械特性固有機(jī)械特性的特性曲線如圖2.2.8中曲線1所示，其特點(diǎn)是:(1)對于任何一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)，其固有機(jī)械特性只有一條；(2)由于，特性曲線的斜率β較小，Δn較小，特性較平坦，屬于硬特性。2.人為機(jī)械特性上式三個(gè)參數(shù)中，保持兩個(gè)參數(shù)不變，人為地改變另一個(gè)參數(shù)，從而得到不同的機(jī)械特性，使機(jī)械特性滿足不同的工作要求。這樣獲得的機(jī)械特性，稱為人為機(jī)械特性。直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的人為機(jī)械特性有以下3種。

任務(wù)2.2之

【知識(shí)準(zhǔn)備】Ra=0

任務(wù)2.2之

【知識(shí)準(zhǔn)備】1）電樞串接電阻時(shí)的人為機(jī)械特性

電樞回路串接電阻RS，總電阻。保持U=UN，Φ=ΦN，此時(shí)的人為機(jī)械特性方程式：

其機(jī)械特性如圖2.2.8所示。與固有機(jī)械特性相比，電樞串接電阻時(shí)的人為機(jī)械特性具有如下一些特點(diǎn)：(1)理想控制轉(zhuǎn)速與固有特性時(shí)相同，且不隨串接電阻RS的變化而變化；(2)隨著串接電阻RS的加大，特性的斜率β加大，轉(zhuǎn)速降落Δn加大，特性變軟，穩(wěn)定性變差。(3)機(jī)械特性由與縱坐標(biāo)軸于一點(diǎn)(n=n0)，但具有不同斜率的射線族所組成。(4)串入的附加電阻RS越大，電樞電流流過RS所產(chǎn)生的損耗就越大。

任務(wù)2.2之

【知識(shí)準(zhǔn)備】

圖2.2.8電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性和電樞串接電阻時(shí)的人為機(jī)械特性2）改變電源電壓時(shí)的人為機(jī)械特性此時(shí)電樞回路附加電阻RS=0，保持Φ=ΦN，改變電源電壓，一般是由額定電壓向下改變。此時(shí)的人為機(jī)械的性方程式為其機(jī)械特性如圖2.2.9所示。與固有機(jī)械特性相比，當(dāng)電源電壓降低時(shí)，其機(jī)械特性的特點(diǎn)為：(1)特性斜率β不變，轉(zhuǎn)速降落Δn不變，但理想空載轉(zhuǎn)速n0降低；(2)機(jī)械特性由一組平行線所組成；(3)由于RS=0，因此其特性較串聯(lián)電阻時(shí)硬。(4)當(dāng)Tem＝常數(shù)時(shí)，降低電壓，可使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n降低。曲線1－U=UN時(shí)的人為機(jī)械特性，曲線2、3－U<UN且U1>U2時(shí)的人為機(jī)械特性

任務(wù)2.2之

【知識(shí)準(zhǔn)備】

任務(wù)2.2之

【知識(shí)準(zhǔn)備】圖2.2.9直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)改變電源電壓時(shí)的人為機(jī)械特性3）改變電動(dòng)機(jī)主磁通時(shí)的人為機(jī)械特性在勵(lì)磁回路內(nèi)串聯(lián)電阻RSf，并改變其大小，即能改變勵(lì)磁電流，從而使磁通改變(見圖2.7)。一般電動(dòng)機(jī)在額定磁通下工作，磁路已接近飽和，所以改變電動(dòng)機(jī)主磁通只能是減弱磁通。減弱磁通時(shí)，使電樞回路附加電阻RS=0；電源電壓U=UN。此時(shí)的人為機(jī)械特性方程式為轉(zhuǎn)速特性：Φ為不同數(shù)值時(shí)的人為機(jī)械特性曲線如圖2.2.10（a）所示。其特點(diǎn)為：(1)理想空載轉(zhuǎn)速n0與磁通Φ成反比，即當(dāng)Φ下降時(shí)，n0上升；(2)磁通Φ下降，特性斜率β上升，且β與Φ2成反比，曲線變軟；(3)一般Φ下降，n上升，但由于受機(jī)械強(qiáng)度的限制，磁通Φ不能下降太多。

任務(wù)2.2之

【知識(shí)準(zhǔn)備】

在圖2.2.10（b）中，TKN、TK1、TK2分別為ΦN、Φ1、Φ2時(shí)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，n=0,堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩,由于Ik=常數(shù)，ΦN>Φ1>Φ2，故TKN>TK1>TK2即TK將隨Φ之減弱而降低，同時(shí)n0增大，特性變軟。

任務(wù)2.2之

【知識(shí)準(zhǔn)備】(a)轉(zhuǎn)速特性(b)機(jī)械特性圖2.2.10減弱磁通時(shí)的人為特性

一般情況下，電動(dòng)機(jī)額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩TN比TK小得多，故減弱磁通時(shí)通常會(huì)使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高。但也不是在所有的情況下減弱磁通都可以提高轉(zhuǎn)速，當(dāng)負(fù)載特別重或磁通Φ特別小時(shí)，如再減弱Φ，反而會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)速下降的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象可以利用機(jī)械特性方程式來解釋。當(dāng)減弱磁通時(shí)，一方面由于等式右邊第一項(xiàng)的因素提高了轉(zhuǎn)速，另一方面由于等式右面第二項(xiàng)的因素要降低轉(zhuǎn)速，而且后者與磁通的平方成反比，因此，在負(fù)載轉(zhuǎn)矩大到一定程度時(shí)，減弱磁通所能提高的轉(zhuǎn)速，完全被因負(fù)載所引起的轉(zhuǎn)速降落所抵消。在實(shí)際電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中，不允許在過大的負(fù)載電流下工作。

任務(wù)2.2之

【知識(shí)準(zhǔn)備】2.串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的原理接線圖如圖2.2.11所示。

圖2.2.11串勵(lì)電動(dòng)機(jī)原理接線圖圖2.2.12串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線

任務(wù)2.2之

【知識(shí)準(zhǔn)備】放大

串勵(lì)電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)是勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，勵(lì)磁電流等于電樞電流。磁通是隨電樞電流變化的，磁路未飽和時(shí)，磁通基本上與電樞電流成正比，即，因而將上式代入令則任務(wù)2.2之

【知識(shí)準(zhǔn)備】

可見，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)在磁路不飽和時(shí)的機(jī)械特性曲線為雙曲線，如圖2.2.12所示。轉(zhuǎn)速隨負(fù)載的增加下降較快，機(jī)械特性很軟。因空載過高，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)不允許空載運(yùn)行。為保證這一點(diǎn)，他和負(fù)載不能用皮帶傳動(dòng)，以防皮帶斷裂或滑脫造成“飛車”事故。當(dāng)磁路飽和時(shí)，負(fù)載增大，電流增大時(shí)，磁通變化不大，機(jī)械特性均為直線，如圖曲線后面部分。如果在電樞回路串入不同的附加電阻RP，則可以得到圖2.2.12中的曲線2和3。3.各種直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用范圍

各種直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用范圍，主要取決于電動(dòng)機(jī)本身的特性。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)廣泛用于需要寬調(diào)速的拖動(dòng)系統(tǒng)中，如龍門刨床等。

任務(wù)2.2之

【知識(shí)準(zhǔn)備】

并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)基本上是一種恒定轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)，必要時(shí)可以調(diào)速，因此一般用于拖動(dòng)轉(zhuǎn)速變化較小的負(fù)載，如金屬切割機(jī)床，球磨機(jī)等。專門設(shè)計(jì)的并勵(lì)調(diào)速電動(dòng)機(jī)可在較大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，用于軋鋼機(jī)、造紙機(jī)等。串勵(lì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和過載能力較大．同時(shí)轉(zhuǎn)速隨負(fù)載變化明顯。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)自動(dòng)下降，但輸出功率變化不大。適應(yīng)于城市電車、電力機(jī)車、叉車、起重機(jī)、電梯等電力牽引設(shè)備中。以并勵(lì)為主的復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)具有較大的轉(zhuǎn)矩，但轉(zhuǎn)速變化不大，主要用于沖床、刨床、印刷機(jī)等。以串勵(lì)為主的復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)具有與串勵(lì)電動(dòng)機(jī)接近的特性，但沒有“飛車”危險(xiǎn)，常用于吊車、電梯中。

任務(wù)2.2之

【知識(shí)準(zhǔn)備】（二）直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)與反轉(zhuǎn)1.直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)是指電動(dòng)機(jī)接通電源后，電動(dòng)機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)加速到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的過程。電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)瞬間（n=0）的電磁轉(zhuǎn)矩成為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，起動(dòng)瞬間的電流稱為起動(dòng)電流，分別用Tst和Ist表示。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為如果他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)在額定電壓下直接起動(dòng)。由于起動(dòng)瞬間轉(zhuǎn)速n=0，電樞電動(dòng)勢Ea=0，故起動(dòng)電流為

任務(wù)2.2之

【知識(shí)準(zhǔn)備】因?yàn)殡姌须娮韬苄?，所以直接起?dòng)電流將達(dá)到很大的數(shù)值，可達(dá)到額定電流的10～20倍。過大的起動(dòng)電流會(huì)引起電網(wǎng)電壓的下降；使電動(dòng)機(jī)的換向嚴(yán)重惡化，甚至燒壞電動(dòng)機(jī)；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)。因此，除了個(gè)別容量很小的電動(dòng)機(jī)外，一般直流電動(dòng)機(jī)是不允許直接起動(dòng)的。對直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)，一般有如下要求：（1）要有足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩；（2）起動(dòng)電流要限制在一定的范圍內(nèi)；（3）起動(dòng)設(shè)備簡單、可靠。為限制起動(dòng)電流，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)通常采用電樞回路串電阻起動(dòng)或降低電樞電壓起動(dòng)。

任務(wù)2.2之

【知識(shí)準(zhǔn)備】2.電樞回路串電阻起動(dòng)電樞回路串電阻起動(dòng)可以采用串分立電阻與繼電—接觸系統(tǒng)電路配合來實(shí)現(xiàn)電阻的接入與切除；也可以采用市場上的定型產(chǎn)品—起動(dòng)變阻器。起動(dòng)變阻器設(shè)備簡單，操作方便，適用于中小型直流電動(dòng)機(jī)。通常把起動(dòng)電流限制在1.5～2.5IN的范圍內(nèi)來選擇起動(dòng)電阻的大小。電樞回路串電阻起動(dòng)的基本原理是：電樞回路中串入全額電阻。接通電源，電動(dòng)機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)。隨著轉(zhuǎn)速的升高，反電動(dòng)勢增大，電樞電流減小，再逐步減少起動(dòng)電阻阻值，直到電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，起動(dòng)電阻全部切除。

任務(wù)2.2之

【知識(shí)準(zhǔn)備】

圖2.2.13為三點(diǎn)起動(dòng)器與并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的接線圖。起動(dòng)時(shí)，把手柄從觸點(diǎn)0拉到觸點(diǎn)1上時(shí)，電動(dòng)機(jī)開始起動(dòng)，此時(shí)全部電阻串在電樞回路內(nèi)。把手柄移過一個(gè)觸點(diǎn)，即切除一段電阻，其過程和前述閉合接觸器的觸點(diǎn)一樣。當(dāng)把手柄移至觸點(diǎn)5時(shí)，起動(dòng)電阻就被全部切除了，此時(shí)電磁鐵YA把手柄吸住。在正常運(yùn)行中，如果電源停電或勵(lì)磁回路斷開，則電磁鐵YA失去吸力，手柄上的彈簧把手柄拉回到起動(dòng)位置0點(diǎn)，以起保護(hù)作用。

圖2.2.13三點(diǎn)起動(dòng)器及其接線圖任務(wù)2.2之

【知識(shí)準(zhǔn)備】放大

任務(wù)2.2之

【知識(shí)準(zhǔn)備】圖2.2.14直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)分二級起動(dòng)的電路和特性(a)電路圖(b)特性圖（c）啟動(dòng)過程

任務(wù)2.2之

【知識(shí)準(zhǔn)備】1．起動(dòng)過程分析當(dāng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)前，應(yīng)使勵(lì)磁回路的調(diào)節(jié)電阻RSf=0，使If最大，即Φ最大，電樞電路串入了全部附加電阻，在額定電壓UN下起動(dòng)，起動(dòng)電流為，一般要求。如圖2.2.14(a)所示的起動(dòng)電路中，當(dāng)電動(dòng)機(jī)已有磁場時(shí)，給電樞電路加電源電壓U，觸點(diǎn)KM1、KM2均斷開，電樞串入了全部附加電阻RS1+RS2，電樞回路總電阻為Ra1=Ra+RS1+RS2。這時(shí)起動(dòng)電流為與起動(dòng)電流所對應(yīng)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為T1。對應(yīng)于該電阻所確定的人為機(jī)械特性如圖2.2.14(b)中的曲線1所示。

任務(wù)2.2之

【知識(shí)準(zhǔn)備】

由于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩T1大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL，電動(dòng)機(jī)受到加速轉(zhuǎn)矩的作用，轉(zhuǎn)速由零逐漸上升，電動(dòng)機(jī)開始起動(dòng)。在圖2.2.14(b)上，由a點(diǎn)沿曲線1上升，反電動(dòng)勢亦隨之上升，電樞電流下降，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩亦隨之下降，加速轉(zhuǎn)矩減小。上升到b點(diǎn)時(shí)，為保證一定的加速轉(zhuǎn)矩，控制觸點(diǎn)KM1閉合，切除一段起動(dòng)電阻RS2。b點(diǎn)所對應(yīng)的電樞電流I2稱為切換電流，其對應(yīng)的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩T2稱為切換轉(zhuǎn)矩。切除RS2后，電樞回路總電阻為Ra2。這時(shí)電動(dòng)機(jī)對應(yīng)于該電阻所確定的人為機(jī)械特性，見圖2.2.14(b)中曲線2。在切除起動(dòng)電阻RS2的瞬間，由于慣性電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，仍為nb，其反電動(dòng)勢亦不變。因此，電樞電流突增，其相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩也突增。適當(dāng)?shù)剡x擇所切除的電阻值RS2，使切除RS2后的電樞電流剛好等于I1，所對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩為T1，即在曲線2上的c點(diǎn)。又有T1>T2，電動(dòng)機(jī)在加速轉(zhuǎn)矩作用下，由c點(diǎn)沿曲線2上升到d點(diǎn)?？刂泣c(diǎn)KM2閉合，又切除一切起動(dòng)電阻RS1。同理，由d點(diǎn)過度到e點(diǎn)，而且e點(diǎn)正好在固有機(jī)械特性上。電樞電流又由I2突增到I1，相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩由T2突增到T1。T1>TL，沿固有特性加速到g點(diǎn),T=TL，n=ng，電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，起動(dòng)過程結(jié)束。3.降壓起動(dòng)當(dāng)直流電源電壓連續(xù)可調(diào)或針對大功率的直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，可以采用降壓方法起動(dòng)。其基本原理是：起動(dòng)時(shí)，以較低的電源電壓起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，起動(dòng)電流便隨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)矩保持一定的數(shù)值，從而保證電動(dòng)機(jī)按所需加速度升速。降壓起動(dòng)多用于要求經(jīng)常起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)和大、中型直流電動(dòng)機(jī)。雖然需要專門電源，設(shè)備投資大，但它起動(dòng)平穩(wěn)，起動(dòng)過程中能量損耗小，因而得到了廣泛的應(yīng)用。

任務(wù)2.2之

【知識(shí)準(zhǔn)備】（a）特性曲線（b）啟動(dòng)過程4.直流電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)使用直流電動(dòng)機(jī)的許多設(shè)備，常常要求電動(dòng)機(jī)既能正轉(zhuǎn)，又能反轉(zhuǎn)，如龍門刨床工作臺(tái)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)、電車的前進(jìn)和后退等。直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是由主磁通和電樞電流相互作用而產(chǎn)生的，改變?nèi)我舛咧坏姆较?，就可以改變電磁轉(zhuǎn)矩的方向。使直流電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)的方法有兩種：（1）保持電樞兩端電壓極性不變，把勵(lì)磁繞組反接，使通過的勵(lì)磁電流方向改變。（2）保持勵(lì)磁繞組電流方向不變，把電樞繞組反接，使通過它的電流反向。如果，兩電流方向同時(shí)改變，則電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不變。

任務(wù)2.2之

【知識(shí)準(zhǔn)備】

（三）直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)1.能耗制動(dòng)

圖2.2.15是并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)原理接線圖。一臺(tái)并勵(lì)電動(dòng)機(jī)切斷電源后，把電樞兩端接到一只適宜的電阻上，把開關(guān)S從位置1轉(zhuǎn)到位置2上，電動(dòng)機(jī)就迅速停車。這種制動(dòng)方法，電動(dòng)機(jī)停車雖不十分迅速，但減速平穩(wěn)，沒有大的沖擊。

圖2.2.15能耗制動(dòng)原理接線圖

任務(wù)2.2之

【知識(shí)準(zhǔn)備】放大

任務(wù)2.2之

【知識(shí)準(zhǔn)備】放大(a)正向電動(dòng)狀態(tài)(b)能耗制動(dòng)狀態(tài)(c)機(jī)械特性圖2.2.16直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)示意圖系統(tǒng)工作于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，其機(jī)械特性方程式：

或

任務(wù)2.2之

【知識(shí)準(zhǔn)備】放大式中T為負(fù)值。U=0，所以n0=0。因此，能耗制動(dòng)的機(jī)械特性為通過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，其斜率β決定于電阻RS的值，改變RS就可以改變制動(dòng)強(qiáng)度，如圖2.2.16(c)所示。

電動(dòng)機(jī)原來為正向電動(dòng)，工作在第一象限的A點(diǎn)。若突然將電樞電源斷掉，轉(zhuǎn)而投到制動(dòng)電阻上，進(jìn)行能耗制動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速n來不及變化，其工作點(diǎn)水平移到能耗制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性上的B點(diǎn)。在制動(dòng)狀態(tài)的作用下，沿其特性減速到零為止，這是在阻力負(fù)載的情況下。如果是位能負(fù)載，到n=0、T=0時(shí)，并不能停車，而是有重物拖著電動(dòng)機(jī)反方向加速，轉(zhuǎn)速為負(fù)，轉(zhuǎn)矩為正，沿BO的延長線變化，而進(jìn)入第四象限，直到負(fù)載特性與電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性交于C點(diǎn)時(shí)，Tem=TL為止。這時(shí)系統(tǒng)以nc穩(wěn)速下放。2.反接制動(dòng)反接制動(dòng)就是電源電壓反接到電樞繞組或勵(lì)磁繞組上，讓正在轉(zhuǎn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，以加速電樞停轉(zhuǎn)過程。反接制動(dòng)分為電壓反接制動(dòng)和負(fù)載倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)兩種。（1）電壓反接制動(dòng)電壓反接制動(dòng)原理接線圖如圖2.2.17所示。反接制動(dòng)時(shí)必須在電樞回路中串接制動(dòng)電阻RB。RB應(yīng)使反接制動(dòng)時(shí)電樞電流不超過電動(dòng)機(jī)的最大允許電流Imax=（2～2.5）IN，因此應(yīng)串入的制動(dòng)電阻值為

任務(wù)2.2之

【知識(shí)準(zhǔn)備】圖2.2.17電壓反接制動(dòng)原理接線圖

放大任務(wù)2.2之

【知識(shí)準(zhǔn)備】(a)正向電動(dòng)狀態(tài)(b)電壓反接的反接制動(dòng)狀態(tài)(c)機(jī)械特性圖2.2.18直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)電壓反接的反接制動(dòng)示意圖

式中由于U為負(fù)，所以n0，為負(fù)，Tem亦為負(fù)。由于電樞串入電阻RS，所以特性斜率β很大，如圖2.2.18(c)所示，圖中BC即為電樞反接的反接制動(dòng)機(jī)械特性。任務(wù)2.2之

【知識(shí)準(zhǔn)備】從機(jī)械特性上來看，進(jìn)入電壓反接之前，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行在正向電動(dòng)狀態(tài)，如圖2.20(c)上的A點(diǎn)，此時(shí)Tem=TL，n=nA，在電樞反接瞬間，由于系統(tǒng)的機(jī)械慣性，轉(zhuǎn)速n的大小及方向都不能立刻改變，電樞電勢Ea亦不能改變，電動(dòng)機(jī)由A點(diǎn)水平過渡到反接后的機(jī)械特性上的B點(diǎn)。由于這時(shí)電樞反接，所以U為負(fù)，電樞電流:

在此反向電流的作用下，系統(tǒng)減速，由圖2.2.18(c)中反接制動(dòng)特性上的B點(diǎn)向C點(diǎn)變化。到C點(diǎn)如不切除電樞電源，系統(tǒng)會(huì)自行反轉(zhuǎn)而進(jìn)入反向電動(dòng)狀態(tài)，直到最終穩(wěn)定在第四象限的E點(diǎn)。電樞反接后的機(jī)械特性方程式為或式中由于U為負(fù)，所以n0，為負(fù)，Tem亦為負(fù)。由于電樞串入電阻RS，所以特性斜率β很大，如圖2.2.18(c)所示，圖中BC即為電樞反接的反接制動(dòng)機(jī)械特性。（2）負(fù)載倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)只適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其接線圖如圖2.2.19所示。由于串入電阻較大，使轉(zhuǎn)速反向，但因勵(lì)磁不變，電樞電流方向不變，故電磁轉(zhuǎn)矩的方向也不變，電動(dòng)機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)。任務(wù)2.2之

【知識(shí)準(zhǔn)備】圖2.2.19負(fù)載倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)接線圖圖2.2.20回饋制動(dòng)原理接線圖放大放大

反接制動(dòng)需要注意的是：（1）電樞繞組反接時(shí)，一定要給電樞串聯(lián)外加電阻，以降低電樞內(nèi)的電流。因?yàn)樵谇袛嚯姌须娫吹亩虝r(shí)間內(nèi)，電樞中的感應(yīng)電動(dòng)勢很大，方向與反接后的電壓相同。幾乎等于2倍的端電壓。若不外接電阻，將有很大的電流通過電樞，換向器和電刷間產(chǎn)生強(qiáng)烈火花，以致造成損壞。（2）當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低近于零時(shí)，要迅速切斷電源，以免電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。反接制動(dòng)法，適用于要求強(qiáng)烈制動(dòng)或要求迅速反轉(zhuǎn)的場合。缺點(diǎn)是制動(dòng)時(shí)機(jī)械沖擊較大，消耗能量較多。任務(wù)2.2之

【知識(shí)準(zhǔn)備】3.回饋制動(dòng)并勵(lì)電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)，由于某種客觀原因，使實(shí)際轉(zhuǎn)速n超過其空載轉(zhuǎn)速n0，電樞中的反電動(dòng)勢Ea，大于電源電壓U，這時(shí)候，電動(dòng)機(jī)變成了發(fā)電機(jī)，電樞中電流方向發(fā)生改變，由原來的與電壓相同變?yōu)榕c電壓相反，電流流向電網(wǎng)，向電網(wǎng)回饋電能，電磁轉(zhuǎn)矩變?yōu)橹苿?dòng)轉(zhuǎn)矩，因此叫作回饋制動(dòng)或反饋制動(dòng)。當(dāng)位性能負(fù)載使電動(dòng)機(jī)加速時(shí)，可使轉(zhuǎn)速大于n0；當(dāng)直流電動(dòng)機(jī)以調(diào)壓調(diào)速方式運(yùn)行時(shí)，且負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩時(shí)，若突然降低電樞電壓感應(yīng)電動(dòng)勢來不及變化，使Ea＞U，這兩種情況下，均會(huì)出現(xiàn)回饋制動(dòng)狀態(tài)，如圖2.2.20所示。

任務(wù)2.2之

【知識(shí)準(zhǔn)備】（四）直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速電動(dòng)機(jī)在機(jī)械負(fù)載不變的情況下，改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速叫調(diào)速。由電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程可知，當(dāng)轉(zhuǎn)矩M不變，只要改變電源電壓U、電樞電阻Ra、主磁通Ф

三個(gè)因素中的任意一個(gè)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就可以得到調(diào)節(jié)。任務(wù)2.2之

【知識(shí)準(zhǔn)備】任務(wù)2.2之

【知識(shí)準(zhǔn)備】1.電樞回路串電阻調(diào)速對已經(jīng)出廠的電動(dòng)機(jī)，它的電樞電阻是一定的，但是可以在電樞回路中串聯(lián)一個(gè)可變電阻來調(diào)速，其接線原理圖與圖2.2.5串聯(lián)電阻器起動(dòng)原理圖相同。調(diào)速變阻器可以作為起動(dòng)變阻器用，相反，起動(dòng)變阻器卻不能作為調(diào)速變阻器用。原因是起動(dòng)變阻器按短時(shí)間接通工作設(shè)計(jì)的，不能夠長時(shí)間通電使用。這種調(diào)速方法的特點(diǎn)是：（1）電動(dòng)機(jī)只能得到比自然機(jī)械特性更陡的機(jī)械特性，轉(zhuǎn)速只能調(diào)低，且為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。（2）低速時(shí)，調(diào)速電阻上通過較大的電流，使電動(dòng)機(jī)效率降低。（3）如果負(fù)載稍有變動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就會(huì)有較大的變化，對于要求恒轉(zhuǎn)速的負(fù)載不利。2.降低電源電壓調(diào)速從電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性可知，降低電樞的端電壓，也可相應(yīng)地提高或降低直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。采用這種方式調(diào)速時(shí)，應(yīng)注意保持勵(lì)磁電流不變，只改變電樞電壓。因此需要可變電壓的直流電源。近幾年來，晶閘管整流設(shè)備作為可調(diào)電壓的電流電源已經(jīng)普通使用，采用這種方法調(diào)速比較方便。這種調(diào)速方法的特點(diǎn)是：（1）可以平滑凋速，且調(diào)速范圍寬，但構(gòu)成系統(tǒng)的設(shè)備較復(fù)雜。（2）機(jī)械特性較硬，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。（3）轉(zhuǎn)速只能調(diào)低，不能調(diào)高，也是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。

任務(wù)2.2之

【知識(shí)準(zhǔn)備】3.改變勵(lì)磁磁通調(diào)速

變磁通調(diào)速一般是增大勵(lì)磁回路電阻，使磁通減小，轉(zhuǎn)速上升，其原理接線圖如圖2.2.10所示。在勵(lì)磁回路中串聯(lián)一只調(diào)速電阻RP1，當(dāng)電樞回路附加電阻RP2=0時(shí)，調(diào)節(jié)勵(lì)磁回路電阻RP1調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，從而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。

這種調(diào)速方法的特點(diǎn)是：

（1）可得到無級平滑調(diào)速。（2）勵(lì)磁電流小能量消耗少，調(diào)速范圍大，高速等于3～4倍低速。（3）調(diào)速后的機(jī)械特性較硬，轉(zhuǎn)速較穩(wěn)定，屬恒功率調(diào)運(yùn)。任務(wù)2.2之

【知識(shí)準(zhǔn)備】

缺點(diǎn)是：只能使轉(zhuǎn)速升高．不能獲得低于自然機(jī)械特性以下的轉(zhuǎn)速。如果改變電樞電壓和改變勵(lì)磁回路電阻調(diào)違法配合使用，可以得到很廣的調(diào)速范圍。在調(diào)速性能要求較高的機(jī)械設(shè)備上多采用這種方法。

圖2.2.10變磁通調(diào)速原理接線圖任務(wù)2.2之

【知識(shí)準(zhǔn)備】放大引導(dǎo)問題為：（1）什么叫直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性？寫出直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性表達(dá)式。（2）直流電動(dòng)機(jī)常用什么方法啟動(dòng)？啟動(dòng)時(shí)有什么特征？（3）直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)方法有幾種，各有什么特點(diǎn)？（4）直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有幾種，各有什么特點(diǎn)？（5）如何使直流電動(dòng)機(jī)的改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向？3）教師通過圖片、實(shí)物或多媒體分析演示讓學(xué)生了解直流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、反轉(zhuǎn)、制動(dòng)與調(diào)速原理和方法，或指導(dǎo)學(xué)生自學(xué)。

4）實(shí)際對給定的直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行起動(dòng)/反轉(zhuǎn)訓(xùn)練。任務(wù)2.2之

【任務(wù)實(shí)施】3.實(shí)施內(nèi)容與步驟：

（1）他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)準(zhǔn)備

按圖2.2.11接線。圖中直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)M,其額定功率PN=185W，額定電壓UN=220V，額定電流IN=1.2A,額