電機(jī)與拖動技術(shù)項(xiàng)目化教程 課件 孫方霞 項(xiàng)目4-6 同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理-特種電機(jī)的應(yīng)用

同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理Thestructureandworkingprincipleofsynchronousmotors同步電機(jī)的銘牌NamePlateofsynchronousmotorcontents目錄同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)Basicstructureofsynchronousmotor同步電機(jī)的工作原理Theworkingprincipleofsynchronousmotors一、同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)包括：定子、轉(zhuǎn)子、氣隙。定子鐵芯機(jī)座

電樞繞組

定子(電樞)磁極

轉(zhuǎn)軸

勵磁繞組

轉(zhuǎn)

子旋轉(zhuǎn)磁極式同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子有凸極和隱極兩種結(jié)構(gòu)形式二、同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)汽輪發(fā)電機(jī)：一、同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)定子鐵心：硅鋼片疊制而成

國產(chǎn)200MW汽輪發(fā)電機(jī)定子鐵心機(jī)座：鋼板焊接而成，有足夠的強(qiáng)度和鋼度。二、同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)汽輪發(fā)電機(jī)：一、同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)電樞繞組：三相對稱繞組，由銅線制成。汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組端部結(jié)構(gòu)照片冷卻水軟管冷卻水匯流管二、同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)汽輪發(fā)電機(jī)：一、同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子鐵心：采用整塊的含鉻、鎳和鉬的合金鋼鍛成勵磁繞組：銅線制成護(hù)環(huán)：保護(hù)勵磁繞組受離心力時不甩出中心環(huán)：支持護(hù)環(huán)，阻止勵磁繞組軸向移動滑環(huán)：引勵磁電流經(jīng)電刷、滑環(huán)進(jìn)入勵磁繞組二、同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)同步發(fā)電機(jī)同步電動機(jī)同步調(diào)相機(jī)額定容量發(fā)電機(jī)出線端的額定視在功率（KVA）轉(zhuǎn)軸上輸出的有效機(jī)械功率（KW）調(diào)相機(jī)出線端輸出的無功功率（KVar）額定功率發(fā)電機(jī)輸出的額定有功功率（KW）二、同步電機(jī)的銘牌同步電機(jī)的額定值（名牌值）由以下幾種：1.

額定容量SN

或額定功率

PN

2.

額定電壓UN是指同步電機(jī)在額定運(yùn)行時其定子三相的線電壓3.

額定電流IN是指同步電機(jī)在額定運(yùn)行時流過其定子繞組的線電流7.

額定勵磁電壓和額定勵磁電流是指同步電機(jī)額定運(yùn)行時加到勵磁繞組上的直

流電壓和電流。

6.

額定轉(zhuǎn)速

和額定頻率

是指同步電機(jī)額定運(yùn)行時的轉(zhuǎn)速（r/min）和定子繞組中電流

與電壓的工作頻率（Hz）。5.

額定效率

是指額定運(yùn)行時的效率。4.

額定功率因數(shù)是指同步電機(jī)在額定運(yùn)行時的功率因數(shù)二、同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)二、

同步電機(jī)的銘牌同步發(fā)電機(jī)額定值之間關(guān)系為：同步電動機(jī)額定值之間關(guān)系為：同步電機(jī)的物理模型三、

同步電機(jī)的工作原理同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理一、同步電機(jī)的原理1、定子上：三相繞組，空間互差1200電角度，匝數(shù)相等2、轉(zhuǎn)子上：If,由轉(zhuǎn)子N極出來氣隙定子鐵心氣隙轉(zhuǎn)子S極3、原動機(jī)n逆時針恒速旋轉(zhuǎn)定子上導(dǎo)體切割磁力線產(chǎn)生E1、定子上：三相繞組，空間互差1200電角度，匝數(shù)相等，通入三相交流電，形成旋轉(zhuǎn)磁場2、轉(zhuǎn)子上：If,在轉(zhuǎn)子上形成N、S極3、轉(zhuǎn)子磁極在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩同步電動機(jī)的基本工作原理三、

同步電機(jī)的工作原理一、同步電機(jī)的原理U2U1W2V1W1V2發(fā)電機(jī)的物理過程三、

同步電機(jī)的工作原理一、同步電機(jī)的原理U2U1W2V1W1V2電動機(jī)的物理過程SN三、

同步電機(jī)的工作原理同步電機(jī)大多用在大型發(fā)電機(jī)的場合。而異步電機(jī)則幾乎全用在電動機(jī)場合。同步電機(jī)可以通過勵磁靈活調(diào)節(jié)輸入側(cè)的電壓和電流相位，即功率因數(shù)；異步電機(jī)的功率因數(shù)不可調(diào)，一般在0.75-0.85之間，因此在一些大的工廠，異步電機(jī)應(yīng)用較多時，可附加一臺同步電機(jī)做調(diào)相機(jī)用，用來調(diào)節(jié)工廠與電網(wǎng)接口處的功率因數(shù)。同步電機(jī)造價高，維護(hù)工作量大，現(xiàn)在一般都采用電容補(bǔ)償功率因數(shù)。

另外，一些早期采用晶閘管的變頻器，由于器件沒有自關(guān)斷能力，需要依靠負(fù)載換流，這時需要用到同步電機(jī)。一、同步電機(jī)的原理三、

同步電機(jī)的工作原理一、同步電機(jī)的原理同步電機(jī)的分類按運(yùn)行方式，同步電機(jī)分發(fā)電機(jī)、電動機(jī)和調(diào)相機(jī)。按結(jié)構(gòu)型式，同步電機(jī)分旋轉(zhuǎn)電樞式和旋轉(zhuǎn)磁極式。旋轉(zhuǎn)磁極式同步電機(jī)按磁極形狀，又分隱極式和凸極式兩種。按原動機(jī)類別,同步電機(jī)分為汽輪發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)和柴油發(fā)電機(jī)等。汽輪發(fā)電機(jī)一般做成隱極式，現(xiàn)代汽輪發(fā)電機(jī)均為2極，轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分鐘，水輪發(fā)電機(jī)采用凸極式，極數(shù)多，轉(zhuǎn)速低。同步電動機(jī)、柴油發(fā)電機(jī)和調(diào)相機(jī)一般作成凸極式。三、

同步電機(jī)的工作原理謝謝！同步電動機(jī)V形曲線及功率因數(shù)調(diào)節(jié)V-shapecurveandpowerfactoradjustmentofsynchronousmotor同步電動機(jī)功率因數(shù)的調(diào)節(jié)Regulationofpowerfactorofsynchronousmotorcontents目錄同步補(bǔ)償機(jī)Synchronouscompensator同步電動機(jī)的V形曲線V-shapecurveofsynchronousmotor四、同步電機(jī)V形曲線及功率因數(shù)調(diào)節(jié)

同步電動機(jī)的U形曲線是指當(dāng)電源電壓和電源的頻率均為額定值時，在輸出功率不變的條件下，調(diào)節(jié)勵磁電流If

時定子電流Is的相應(yīng)變化。一、同步電動機(jī)的V形曲線

對每條V形曲線，定子電流有一最小值，這時定子僅從電網(wǎng)吸收有功功率，功率因數(shù)。把這些點(diǎn)連起來，稱為線。它微微向右傾斜，說明輸出為純有功功率情況下，輸出功率增大的同時，必須相應(yīng)地增加一些勵磁電流。這樣，線可作為分界線，在線的左邊是欠勵區(qū)，右邊是過勵區(qū)。當(dāng)同步電動機(jī)帶一定負(fù)載時，若減小勵磁電流If，電動勢E0、電磁功率Pem減小。當(dāng)Pem減小到一定程度，電動機(jī)就失去同步，如上一頁圖中虛線所示的不穩(wěn)定區(qū)。從這個角度來看，同步電動機(jī)最好也不運(yùn)行于欠勵狀態(tài)。四、同步電機(jī)V形曲線及功率因數(shù)調(diào)節(jié)一、同步電動機(jī)的V形曲線四、同步電機(jī)V形曲線及功率因數(shù)調(diào)節(jié)當(dāng)同步電動機(jī)接在交流電源上，可以認(rèn)為電源的電壓Us以及頻率f1都保持不變。另外，假設(shè)同步電動機(jī)拖動的負(fù)載轉(zhuǎn)矩也保持不變，那么僅改變同步電動機(jī)的勵磁電流If，就能調(diào)節(jié)同步電動機(jī)的功率因數(shù)。下面以隱極同步電動機(jī)為例進(jìn)行分析。這說明當(dāng)同步電動機(jī)只改變勵磁電流If時，電動勢E0的大小及相位也要跟著改變，以滿足上式的關(guān)系。

二、同步電動機(jī)功率因數(shù)的調(diào)節(jié)四、同步電機(jī)V形曲線及功率因數(shù)調(diào)節(jié)當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變時，由于同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速恒定不變，所以同步電動機(jī)的輸出功率不變。在忽略電機(jī)中的各種損耗的情況下，同步電動機(jī)的輸入功率與輸出功率相等。于是有上式的物理意義是：在只改變勵磁電流的情況下，同步電動機(jī)定子繞組中電流的有功分量保持不變。

因此，可畫出隱極同步電動機(jī)在三種不同勵磁電流時的相量圖，如圖所示。在電壓Us

不變的條件下，必有二、同步電動機(jī)功率因數(shù)的調(diào)節(jié)當(dāng)改變同步電動機(jī)的勵磁電流時，能夠改變同步電動機(jī)的功率因數(shù)，這點(diǎn)是三相異步電動機(jī)所不具備的。

當(dāng)改變勵磁電流時，同步電動機(jī)功率因數(shù)變化的規(guī)律可以分為三種情況，即正常勵磁狀態(tài)、欠勵狀態(tài)和過勵狀態(tài)。同步電動機(jī)拖動負(fù)載運(yùn)行時，一般要過勵，至少運(yùn)行在正常勵磁狀態(tài)，不要讓它運(yùn)行在欠勵狀態(tài)。四、同步電機(jī)V形曲線及功率因數(shù)調(diào)節(jié)二、同步電動機(jī)功率因數(shù)的調(diào)節(jié)過勵：欠勵：二、同步電動機(jī)功率因數(shù)的調(diào)節(jié)ABCD正勵：當(dāng)改變同步電動機(jī)的勵磁電流時，能夠改變同步電動機(jī)的功率因數(shù)，這點(diǎn)是三相異步電動機(jī)所不具備的。

當(dāng)改變勵磁電流時，同步電動機(jī)功率因數(shù)變化的規(guī)律可以分為三種情況，即正常勵磁狀態(tài)、欠勵狀態(tài)和過勵狀態(tài)。

1.調(diào)相機(jī)的額定容量指的是在過勵狀態(tài)下的額定視在功率。2.由于轉(zhuǎn)軸上不帶機(jī)械負(fù)載，所以調(diào)相機(jī)的轉(zhuǎn)軸比同容量的電動機(jī)轉(zhuǎn)軸細(xì)，沒有過載能力的要求。3.為了提高調(diào)相機(jī)提供感性無功的能力，勵磁線圈導(dǎo)線截面較大，但勵磁損耗仍然很大，對通風(fēng)冷卻要求較高。三、同步補(bǔ)償機(jī)根據(jù)同步電動機(jī)功率因數(shù)可調(diào)這種特性專門設(shè)計(jì)一種同步電動機(jī)，使它在運(yùn)行時不拖動任何機(jī)械負(fù)載，只是從電網(wǎng)吸收電感性或電容性無功功率，這種同步電機(jī)稱為同步補(bǔ)償機(jī)又叫調(diào)相機(jī)。特點(diǎn)：謝謝！同步電動機(jī)的功率與轉(zhuǎn)矩ThePowerandtorqueofSynchronousMotors同步電動機(jī)電動勢平衡方程Thecreationofarotatingmagneticfieldcontents目錄同步電動機(jī)的功角特性Electromotiveforcebalanceequationofsynchronousmotor同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩Torqueofsynchronousmotor同步電動機(jī)功率平衡方程Powerbalanceequationofsynchronousmotor

輸入電功率P1電磁功率PM輸出機(jī)械功率P2定子銅損

定子鐵損機(jī)械損耗

功率平衡方程：一、同步電動機(jī)的功率平衡方程功率流程圖

二、同步電動機(jī)的電動勢平衡方程同步電機(jī)主磁場：轉(zhuǎn)子通以直流電產(chǎn)生磁場稱之為主磁場。定子繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，稱之為同步感抗電動勢：則，電樞電路中的電壓平衡方程可以寫成電樞電流可以分成兩個分量，直軸分量與交軸分量。二、同步電動機(jī)的電動勢平衡方程因此，得出同步電動機(jī)的電壓方程為畫出相應(yīng)的同步電機(jī)向量圖

二、同步電動機(jī)的電動勢平衡方程三、同步電機(jī)的功率思考：同步電機(jī)的機(jī)械特性是什么？對于凸極同步電動機(jī)，當(dāng)忽略定子繞組的電阻Rs

時，同步電動機(jī)的電磁功率為由凸極同步電動機(jī)的相量圖，，于是三、同步動機(jī)的功角特性三、同步電機(jī)的功率此外，根據(jù)相量圖可得考慮以上這些關(guān)系，得三、同步電動機(jī)的功角特性（10-20）勵磁電磁功率1凸極電磁功率2思考：反映的是電機(jī)的哪個具體角度？三、同步電機(jī)的功率三、同步電機(jī)的功角特性相量分析1.正常勵磁2.過勵磁3.欠勵磁三、同步電機(jī)的功角特性三、同步電機(jī)的功率

上式所示凸極同步電動機(jī)的電磁功率Pem中，第一項(xiàng)與勵磁電流If

的大小有關(guān)，稱為勵磁電磁功率。第二項(xiàng)與勵磁電流If

的大小無關(guān)，是由參數(shù)引起的，這部分功率只有凸極同步電動機(jī)才有，而對隱極同步電動機(jī)則不存在，所以該電磁功率稱為凸極電磁功率。第一項(xiàng)勵磁電磁功率是主要的，第二項(xiàng)凸極電磁功率比第一項(xiàng)小得多。

曲線3是總的電磁功率Pem與θ

角的關(guān)系曲線，可見與Pem最大值所對應(yīng)的θ角小于90o。三、同步電機(jī)的功角特性為了結(jié)構(gòu)上的簡單，在某些小容量同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子上不安放直流勵磁繞組，因此轉(zhuǎn)子就不能產(chǎn)生磁場，感應(yīng)電勢，此時電動機(jī)的電磁功率并不為零，仍有

有了電磁功率就有電磁轉(zhuǎn)矩，因此轉(zhuǎn)子沒有勵磁的凸極同步電動機(jī)也能旋轉(zhuǎn)。三、同步電機(jī)的功率三、同步電機(jī)的功角特性同步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩根據(jù)功率與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，同樣可以導(dǎo)出電磁轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)矩平衡方程。與異步電動機(jī)一樣，電磁轉(zhuǎn)矩Te等于電磁功率Pem與電機(jī)角速度ω之比，但對于同步電動機(jī)，其轉(zhuǎn)速即為同步轉(zhuǎn)速，因此將電磁功率的表達(dá)式代入上式得到的電磁轉(zhuǎn)矩為三、同步電機(jī)的功率三、同步電機(jī)的功角特性若是隱極式同步電動機(jī)，因Xd=Xq

，功角特性和矩角特性的表達(dá)式為功角特性表達(dá)式與矩角特性表達(dá)式之間僅相差一個常數(shù)ω1

，所以功角特性曲線也可視為矩角特性曲線。三、同步電機(jī)的功率四、同步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩角特性同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡方程式中T0——負(fù)載轉(zhuǎn)矩。思考：同步電機(jī)如何適應(yīng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化？三、同步電機(jī)的功率四、同步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定運(yùn)行問題

下面以隱極同步電動機(jī)為例來討論同步電動機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行問題。由圖可見，當(dāng)電動機(jī)拖動負(fù)載運(yùn)行在

=0

～90

的范圍內(nèi)，電動機(jī)能夠穩(wěn)定運(yùn)行；當(dāng)電動機(jī)拖動負(fù)載運(yùn)行在

=90

～180

的范圍內(nèi)，電動機(jī)不能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

三、同步電機(jī)的功率四、同步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩如果與異步電動機(jī)一樣，將最大電磁轉(zhuǎn)矩Tem與額定電磁轉(zhuǎn)矩TN之比，稱為過載倍數(shù)，用

表示?？梢?，為了滿足過載限制的要求，隱極同步電動機(jī)額定運(yùn)行時，。對于凸極同步電動機(jī)，額定運(yùn)行時的功率角還要小些。三、同步電機(jī)的功率四、同步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩同步電機(jī)的起動WorkingprincipleofDCmotor同步電機(jī)輔助電機(jī)起動法SynchronousMotorAuxiliaryMotorstartingmethodcontents目錄同步電機(jī)變頻起動法VVariablefrequencystartingmethodofsynchronousmotor同步電機(jī)異步起動法Asynchronousstartingmethodofsynchronousmotor一、同步電機(jī)異步起動法U1U2

W2V1W1V2起動繞組：電機(jī)的主極極靴上設(shè)有起動繞組，相當(dāng)于感應(yīng)電機(jī)的鼠籠繞組。籠型起動繞組五、同步電機(jī)的啟動一、同步電機(jī)異步起動法

起動時，先把勵磁繞組通過電阻短接，轉(zhuǎn)子借助起動繞組起動，轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時，把定子繞組接到三相交流電網(wǎng)，由旋轉(zhuǎn)磁場牽入同步。自耦變壓器＋－異步起動時的線路圖起動運(yùn)行

選用與同步電動機(jī)極數(shù)相同的感應(yīng)電動機(jī)作為輔助電動機(jī)，當(dāng)輔助電機(jī)把主機(jī)拖動到接近同步轉(zhuǎn)速時，再用自整步法把主機(jī)投入電網(wǎng)。五、同步電機(jī)的啟動二、同步電機(jī)輔助電機(jī)起動法＋－輔助電機(jī)起動時的線路圖三、同步電機(jī)變頻起動法起動時，加上勵磁，把變頻電源輸出頻率調(diào)的很低。緩慢提高變頻器的輸出頻率，直到額定頻率。

切除變頻器。＋－變頻起動時的線路圖

變頻器謝謝！同步發(fā)電機(jī)的基本特性Basiccharacteristicsofsynchronousgenerator發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)Armaturereactionofgeneratorcontents目錄同步發(fā)電機(jī)的外特性Externalcharacteristicsofsynchronousgenerator發(fā)電機(jī)的空載特性No-loadcharacteristicofgenerator同步發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)特性Regulatingcharacteristicsofsynchronousgenerator一、發(fā)電機(jī)的空載特性定義：

空載特性是發(fā)電機(jī)的基本特性之一。它一方面表征了磁路的飽和情況，另一方面把它和短路特性、零功率因數(shù)負(fù)載特性配合，可確定電機(jī)的基本參數(shù)、額定勵磁電流和電壓變化率等。實(shí)際生產(chǎn)中，它還可以檢查三相電樞繞組的對稱性、匝間短路、判斷勵磁繞組和定子鐵心有無故障等。二、發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)電樞反應(yīng):發(fā)電機(jī)帶上負(fù)載后，電樞磁動勢在氣隙中使氣隙磁通的大

小及位置均發(fā)生變化,這種影響稱為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)的性質(zhì)，取決于電樞磁動勢和勵磁磁動勢之間的相對位置，即與空載電動勢

和電樞電流之間的夾角有關(guān)。二、發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)

時的電樞反應(yīng)d軸q軸U軸U1U2

W2V1W1V2NSW軸V軸電樞反應(yīng)性質(zhì)：交軸電樞反應(yīng)空載電動勢和電樞電流同相位.

時的電樞反應(yīng)空載電動勢超前電樞電流電樞反應(yīng)性質(zhì)：直軸去磁電樞反應(yīng)d軸q軸U軸U1U2

W2V1W1V2NSW軸V軸二、發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)二、發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)d軸q軸U軸U1U2

W2V1W1V2NSW軸V軸

時的電樞反應(yīng)空載電動勢滯后電樞電流

電樞反應(yīng)性質(zhì)：直軸助磁電樞反應(yīng)（1）對于純阻性負(fù)載，電樞電流地主磁通同相位，電樞反應(yīng)為交軸電樞反應(yīng)。（2）對于純感性負(fù)載，電樞電流滯后于主磁通90°其電樞反應(yīng)為去磁效應(yīng)。（3）對于純?nèi)菪载?fù)載，電樞電流超前于主磁通90°，其電樞反應(yīng)為增磁效應(yīng)。

通常情況下，發(fā)電機(jī)的負(fù)載多為電感性負(fù)載，即電樞電流落后于空載電動勢一個角度，電樞反應(yīng)的結(jié)果既有交磁效應(yīng)，又有去磁效應(yīng)，且功率因數(shù)越低，去磁效應(yīng)越嚴(yán)重。二、發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)結(jié)論：不同功率因數(shù)時同步發(fā)電機(jī)的外特性三、發(fā)電機(jī)的外特性定義：不同功率因數(shù)時同步發(fā)電機(jī)的調(diào)整特性三、發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)特性定義：謝謝！直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理ThestructureandworkingprincipleofDCmotors直流電機(jī)都由哪些主要部件構(gòu)成呢？1、直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)一、定子部分

電磁方面--產(chǎn)生磁場，構(gòu)成磁路 機(jī)械方面---整個電機(jī)的支撐1、主磁極2、換向磁極3、機(jī)座4、電刷與端蓋作用組成NS············NS極掌極身勵磁繞組機(jī)座轉(zhuǎn)子勵磁式直流電機(jī)的磁極主磁極作用：建立主磁場（1）主磁極永磁式勵磁式

主磁極結(jié)構(gòu)極身極掌勵磁鐵芯勵磁繞組（2）換向磁極容量在1kw以上的直流電機(jī)，一般在相鄰兩主磁極中間要裝上換向磁極。作用：改善直流電機(jī)的換向。換向極繞組換向極鐵芯（3）機(jī)座機(jī)座是電機(jī)的支架，由鑄鋼或厚鋼板制成。用來安裝主磁極和換向磁極等部件，既有機(jī)械支撐作用，又是主磁路的一部分。（4）端蓋與電刷裝置電刷裝置是把直流電引入/引出的裝置，固定在電機(jī)的后端蓋中。電刷刷握電刷彈簧壓板銅絲辮二、轉(zhuǎn)子部分（電樞）1、電樞鐵芯2、電樞繞組3、換向器4、轉(zhuǎn)軸與風(fēng)扇作用：用來產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部分。組成風(fēng)扇（1）電樞鐵芯（2）電樞繞組通常用涂有絕緣漆的0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成——減小電樞鐵芯中的磁通變化引起的磁滯損耗和渦流損耗。電樞繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量的轉(zhuǎn)換。電樞鐵芯表面均勻開槽電樞鐵芯沖片繞組嵌放在電樞鐵芯槽內(nèi)，并與換向器相連后端接部分首端接部分下層元件邊上層元件邊電樞鐵芯作為主磁路的一部分，用來嵌放電樞繞組。每個線圈有兩個出線端。（3）換向器☆關(guān)鍵部件。作用——與電刷配合，起“整流”或者“逆變”作用發(fā)電機(jī)：把電樞繞組中的交變電動勢轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妱觿?，向外部輸出直流電壓；電動機(jī)：把外界供給的直流電流轉(zhuǎn)變?yōu)殡姌欣@組中的交變電流，使電機(jī)旋轉(zhuǎn)。與電樞繞組相連，表面壓有電刷，與外電路直流電相通。三、氣隙氣隙大小對電機(jī)的運(yùn)行性能有很大影響，小容量電機(jī)中氣隙約1-3mm，大容量電機(jī)中氣隙可達(dá)10-12mm?？諝庀掇D(zhuǎn)子電樞定子磁極直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

小結(jié)直流電機(jī)定子主磁極換向磁極機(jī)座電刷與端蓋轉(zhuǎn)子電樞鐵芯電樞繞組換向器轉(zhuǎn)軸與風(fēng)扇2、直流電機(jī)的用途應(yīng)用場合：可用作直流電動機(jī)以及同步發(fā)電機(jī)的勵磁直流電源以及化學(xué)工業(yè)中電鍍、電解等設(shè)備的直流電源。直流電動機(jī)優(yōu)點(diǎn)：

①調(diào)速范圍廣，易于平滑調(diào)速；

②起動、制動、過載轉(zhuǎn)矩大；

③易于控制，可靠性較高。應(yīng)用場合：多用于對調(diào)速要求較高的生產(chǎn)機(jī)械上，如軋鋼機(jī)、電力牽引、挖掘機(jī)械、紡織機(jī)械等。直流發(fā)電機(jī)3、直流電機(jī)的分類勵磁方式永磁式勵磁式他勵直流電動機(jī)并勵直流電動機(jī)串勵直流電動機(jī)復(fù)勵直流電動機(jī)他勵自勵直流電機(jī)主磁場產(chǎn)生的方式1）他勵電動機(jī)：電樞繞組和勵磁繞組分別由兩個直流電源供電串勵UIa+_IfM2）并勵電動機(jī)：勵磁繞組和電樞繞組并聯(lián)，由一個直流電源供電。IaUM+_If+_IE并勵UUfIaM+_+_If

他勵電樞電壓與勵磁電壓彼此無關(guān)復(fù)勵U+_IMIa3）串勵電動機(jī)：勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)后接到同一直流電源上。4）復(fù)勵電動機(jī)：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞繞組的聯(lián)接有串有并，接在同一電源上。并勵繞組串勵繞組4、直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)型號Z4-112/2-1勵磁方式并勵功率5.5KW勵磁電壓180V電壓440V效率81.190%電流15A定額連續(xù)轉(zhuǎn)速3000r/min溫升80℃出品號數(shù)xxxx出廠日期2001年10月XXXX電機(jī)廠某臺直流電機(jī)銘牌銘牌數(shù)據(jù)是正確選擇和合理使用電機(jī)的依據(jù)。（1）、電機(jī)型號型號表明電機(jī)的系列及主要特點(diǎn)，根據(jù)電機(jī)型號，便可從相關(guān)手冊中查出該電機(jī)的有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)。例如：型號Z4-112/2-1表示什么含義呢？Z表示一般用途直流電動機(jī)。4表示設(shè)計(jì)序號。112表示機(jī)座中心高/mm.2表示極數(shù)為2.1表示鐵芯長度代號。（2）、額定功率PN(KW)

表明電機(jī)按照規(guī)定的工作方式運(yùn)行時所能提供的輸出功率。

對直流電動機(jī)而言，指軸上輸出的機(jī)械功率，——為直流電動機(jī)的額定效率。是指直流電機(jī)額定運(yùn)行時，輸出機(jī)械功率與電源輸入電功率之比。對直流發(fā)電機(jī)而言，是指電刷兩端輸出的電功率，（3）、額定電壓

UN（V）

在額定工況下，電機(jī)出線端的平均電壓。發(fā)電機(jī)：是指輸出額定電壓；電動機(jī)：是指輸入額定電壓。（4）、額定電流表示在額定電壓條件下，運(yùn)行于額定功率時對應(yīng)的電流。表示在額定電壓、額定電流下，電機(jī)運(yùn)行于額定功率時對應(yīng)的轉(zhuǎn)速。（5）、額定轉(zhuǎn)速（6）、額定勵磁電流IfN(A)：

指對應(yīng)額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速和額定功率時的勵磁電流。（7）、額定轉(zhuǎn)矩TN：

電動機(jī)軸上輸出的額定轉(zhuǎn)矩：大小等于輸出的機(jī)械功率額定值除以轉(zhuǎn)子角速度的

額定值，即式中，PN單位是KW，nN的單位是r/min，TN的單位是N·m。I<IN，欠載運(yùn)行（輕載）：電機(jī)的設(shè)備容量不能充分利用，對設(shè)備及能源都是一種浪費(fèi)，效率降低，不經(jīng)濟(jì)。I>IN，過載運(yùn)行（超載）：電機(jī)過熱，降低使用壽命，甚至損壞電機(jī)。I=IN，額定運(yùn)行狀態(tài)：

充分利用，可長期運(yùn)行。☆選擇電機(jī)時，應(yīng)根據(jù)負(fù)載的要求，盡量讓電機(jī)工作在額定狀態(tài)。額定運(yùn)行狀態(tài)(額定工況)：直流電機(jī)運(yùn)行時，若各個物理量都與它的額定值一樣,就稱為額定運(yùn)行狀態(tài)或額定工況。一、直流發(fā)電機(jī)的基本工作原理+–NSEE

Iaabdc負(fù)載原動機(jī)拖動電刷電樞線圈主磁極換向片5、直流電機(jī)的工作原理二、直流電動機(jī)的基本工作原理ISbNacd電刷換向片IFFTn主磁極電樞線圈–+二、直流電動機(jī)的基本工作原理IU–+SdNcabIFFTn–+U–+

直流電從兩電刷之間通入電樞繞組，由于換向片和電源固定聯(lián)接，無論線圈怎樣轉(zhuǎn)動，N極導(dǎo)體與S極導(dǎo)體的電流流向始終不變，從而使電動機(jī)電樞繞組通電受力后旋轉(zhuǎn)方向不變。U–+U–+F換向器作用：將外部直流電轉(zhuǎn)換成線圈內(nèi)部的交流電，以保持轉(zhuǎn)矩方向不變。U–+TIInSbNacdF二、直流電動機(jī)的基本工作原理換向器直流電機(jī)的磁場與換向MagneticFieldandCommutationofDCMotors問題1：

直流電機(jī)的磁場是怎么產(chǎn)生的？問題2：空載時候的磁場與負(fù)載時候的磁場一樣嗎？磁場由電流產(chǎn)生，直流電機(jī)在負(fù)載運(yùn)行時,其磁場是由電機(jī)勵磁繞組電流和電樞繞組電流共同產(chǎn)生的,其中勵磁繞組起主要作用。一、直流電機(jī)空載時的磁場空載磁場：當(dāng)直流電機(jī)空載時,電樞電流可忽略不計(jì),所以空載時的磁場由主磁極的勵磁磁動勢單獨(dú)產(chǎn)生。主磁通：經(jīng)過氣隙，同時交鏈勵磁繞組和電樞繞組的磁通，是機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的橋梁。漏磁通：不經(jīng)過氣隙，僅與勵磁繞組交鏈的磁通，它不參與機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。主磁通漏磁通空載磁場的磁密分布空載時，勵磁磁動勢主要消耗在氣隙上。當(dāng)忽略鐵磁材料的磁阻時，主磁極下氣隙磁通密度的分布就取決于氣隙的大小和形狀。禮帽形的平頂波在極靴下氣隙小，氣隙中各點(diǎn)磁密較大；在極靴范圍以外，磁回路中氣隙長度增加很多，磁密顯著減少，至兩極間的幾何中性線處磁密就等于零。二、直流電機(jī)負(fù)載時的磁場電樞磁場對主磁極所建立的氣隙磁場會產(chǎn)生影響，這種影響稱為電樞反應(yīng)。當(dāng)電機(jī)帶負(fù)載時，電樞繞組中有電流通過，產(chǎn)生了電樞磁場，稱電樞磁通勢。負(fù)載時，電機(jī)中氣隙磁場是由主磁極磁通勢和電樞磁通勢共同建立的。電樞反應(yīng)的影響：（1）使氣隙磁場發(fā)生畸變（2）對主磁場起去磁作用每一磁極下，電樞磁場使主磁場一半被削弱，另一半被加強(qiáng)。對發(fā)電機(jī)而言，電樞要進(jìn)入的主磁極磁場的一端磁場被削弱，而另一端則被加強(qiáng)。對電動機(jī)正好相反，電樞要進(jìn)入的主磁極磁場的一端磁場被加強(qiáng)，而另一端則被削弱。在不考慮磁路飽和時，主磁場被削弱的數(shù)量恰好等于被加強(qiáng)的數(shù)量，因此負(fù)載時每極下的合成磁通仍與空載相同。但在實(shí)際電機(jī)中，磁場已處于飽和狀態(tài)，因?yàn)樵谥鞔艠O兩邊磁場變化情況不同，一邊是增磁的，另一邊是去磁的。主極的增磁作用會使飽和程度提高，鐵心磁阻增大，與不飽和時相比，實(shí)際增加的磁通要少些；主極的去磁作用可使飽和程度降低，鐵心磁阻減小，與不飽和時相比，實(shí)際減少的磁通要少些。由于磁阻變化的非線性，磁阻的增大比磁阻的減小要大些，增加的磁通就會小于減少的磁通，因此負(fù)載時合成磁場每極磁通比空載時每極磁通略有減少，這就是電樞反應(yīng)的去磁作用。

小結(jié)磁場的形成主磁極磁通勢電樞磁通勢電樞反應(yīng)直流電機(jī)的換向直流電機(jī)工作時，旋轉(zhuǎn)的電樞元件從一條支路經(jīng)過電刷而進(jìn)入另一條支路時，該元件中的電流方向改變，這種元件中電流方向的變換稱為換向。2、改善換向的方法1.裝置換向磁極2.正確選擇電刷3、防止環(huán)火與補(bǔ)償繞組環(huán)火補(bǔ)償繞組示意圖補(bǔ)償繞組增加了電機(jī)的成本，而且使電機(jī)變得更復(fù)雜，通常只在負(fù)載變動大的大、中型電機(jī)中采用。防止環(huán)火的最好方法是采用補(bǔ)償繞組直流電機(jī)的換向小結(jié)直流電機(jī)的換向過程改善換向的方法防止環(huán)火與補(bǔ)償繞組直流電機(jī)的基本方程BasicequationofDCmotor電樞電動勢Ea和電磁轉(zhuǎn)矩T是建立直流電機(jī)基本方程和研究運(yùn)行性能的前提。體現(xiàn)了直流電機(jī)通過電磁感應(yīng)作用實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。一、電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩1、電樞電動勢直流電機(jī)轉(zhuǎn)動時，電樞繞組切割磁力線而感應(yīng)的電動勢稱為電樞電動勢。電樞電動勢Ea=Cen電樞電動勢與每極磁通、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速成正比。每根導(dǎo)體的感應(yīng)電動勢

E=Blv右手定則

B∝

v∝nCe:與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)，稱為電動勢系數(shù)

:

氣隙每極磁通（Wb）n：電動機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）性質(zhì):

發(fā)電機(jī)——電源電勢(與電樞電流同方向);

電動機(jī)——反電勢(與電樞電流反方向).2、電磁轉(zhuǎn)矩在直流電機(jī)中，電磁轉(zhuǎn)矩由電樞電流與磁場相互作用產(chǎn)生的電磁力形成，每根載流導(dǎo)體受到的電磁力

F=Bil左手定則

B∝

F∝i電磁轉(zhuǎn)矩

T=CTIaCT:與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的另一常數(shù)，稱為轉(zhuǎn)矩系數(shù)

:

氣隙每極磁通（Wb）Ia：電樞電流（A）電磁轉(zhuǎn)矩與定子磁通

，電樞電流Ia成正比。性質(zhì):發(fā)電機(jī)——制動(與轉(zhuǎn)速方向相反)；

電動機(jī)——驅(qū)動(與轉(zhuǎn)速方向相同)。二、直流電機(jī)的平衡方程正方向規(guī)定：他勵直流電機(jī)電路（b）電動機(jī)慣例（a）發(fā)電機(jī)慣例先規(guī)定電樞兩端的端電壓

U的正方向。對于發(fā)電機(jī)，Ia是輸出電流，Ea與Ia同向。對于電動機(jī)，Ia是灌入電流，Ea與Ia反向。T與

n

同/反方向，根據(jù)驅(qū)動/制動性質(zhì)來確定。1、電壓平衡方程（1）發(fā)電機(jī)運(yùn)行時（按發(fā)電機(jī)慣例）（2）電動機(jī)運(yùn)行時（按電動機(jī)慣例）式中：U——外電壓ra——電樞繞組電阻2△Ub—正負(fù)電樞總接觸電阻壓降Ra——電樞回路總電阻U=Ea+Iara+2△Ub=CeΦn+IaRa

Ea=U+Iara+2△Ub=U+IaRa（b）電動機(jī)慣例（a）發(fā)電機(jī)慣例他勵直流電機(jī)電路3、功率平衡方程他勵式直流電動機(jī)的輸入電功率P1=IU=(Ea+Iara+2△Ub)

Ia=EaIa+Ia2ra+2△Ub

Ia=Pem+pcua+pb

（1）直流電動機(jī)功率平衡方程電磁功率電樞銅損耗，消耗在電樞電阻中，與電樞電流的平方成正比；電刷接觸壓降引起的損耗。Pem由電功率轉(zhuǎn)換為機(jī)械功率以后，并不能全部以機(jī)械功率的形式從電機(jī)軸上輸出，還要扣除以下幾種損耗：鐵損耗

pFe、機(jī)械損耗

pm、附加損耗

padpFepcuapbpmpadpemPem=P2+pFe+pm+pad=P2+p0+pad空載功率損耗因此，他勵直流電機(jī)的功率平衡方程為：P1=P2+pFe+pm+pad+pcua+pb=P2+∑P總損耗3、功率平衡方程

（2）直流發(fā)電機(jī)功率平衡方程由轉(zhuǎn)矩平衡方程式和電動勢平衡方程式，將轉(zhuǎn)矩平衡方程式兩邊同乘角速度

，即得：式中：T1——原動機(jī)輸入功率P1

T0——克服空載轉(zhuǎn)矩所需的空載功率p0

T——原動機(jī)克服電磁轉(zhuǎn)矩所需輸入的機(jī)械功率PT1=

T+T0

則：P1=P+p0若考慮附加損耗

pad，則

P=P1

-p0-

pad=P1-(pFe

+

pm

+pad)直流電機(jī)的基本方程

小結(jié)1、電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩2、直流電機(jī)的3個平衡方程電壓平衡方程轉(zhuǎn)矩平衡方程功率平衡方程直流電機(jī)的工作特性WorkingcharacteristicsofDCmotors當(dāng)端電壓U=UN，If=IfN時，電樞回路不外加任何電阻，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n、電磁轉(zhuǎn)矩Tem、效率η與輸出功率P2之間的關(guān)系。即

n

=

f(Ia)

或

Tem=

f(Ia)

η=

f(Ia)

n=

f(P2

)Tem=

f(P2

)

η=

f(P2

)直流電動機(jī)的工作特性：一、并勵電動機(jī)工作特性：并勵直流電機(jī)電路圖保持U=UN，If=IfN，測得工作特性曲線,η,n并勵直流電機(jī)工作特性1、轉(zhuǎn)速特性一、并勵電動機(jī)工作特性：當(dāng)U=UN，If=IfN時，n

=

f(Ia)的關(guān)系就是轉(zhuǎn)速特性。U=Ea+IaRa

Ea=Cen轉(zhuǎn)速特性曲線忽略電樞反應(yīng)的去磁作用，n

=

f(Ia)

是一條略有下降的直線。

轉(zhuǎn)速公式2、轉(zhuǎn)矩特性一、并勵電動機(jī)工作特性：當(dāng)U=UN，If=IfN時，Tem=

f(P2

)的關(guān)系就是轉(zhuǎn)矩特性。

轉(zhuǎn)矩特性曲線∴Tem=

f(P2

)，即為：在T2曲線上加空載轉(zhuǎn)矩T0隨著P2

增大，轉(zhuǎn)速n略有下降，因而T2=

f(P2

)的關(guān)系曲線不是直線，而是稍向上彎曲。3、效率特性一、并勵電動機(jī)工作特性：當(dāng)U=UN，If=IfN時，η=

f(Ia)的關(guān)系就是效率特性。

——稱為不變損耗——稱為可變損耗

可變損耗等于不變損耗時，電動機(jī)的效率最高；最高效率一般出現(xiàn)在0.75額定功率左右。效率特性曲線η二、串勵電動機(jī)工作特性：串勵直流電機(jī)電路圖工作特性：保持U=UN時，n、Tem、η與P2或Ia之間的關(guān)系。串勵電動機(jī)的勵磁繞組與電樞串聯(lián)，故I=Ia=If，并與負(fù)載大小有關(guān)。即：勵磁電流的氣隙磁通

將隨負(fù)載的變化而變化，這是串勵電動機(jī)與并勵電動機(jī)最大差別之一，也使其工作特性有很大不同。當(dāng)磁路不飽和時，轉(zhuǎn)速特性為雙曲線關(guān)系；當(dāng)磁路飽和時，Φ基本不變，所以轉(zhuǎn)速特性為一條略有下降的直線。1、轉(zhuǎn)速特性二、串勵電動機(jī)工作特性：

當(dāng)Ia=If

較小時，即：代入轉(zhuǎn)速公式可得：串勵直流電機(jī)轉(zhuǎn)速特性當(dāng)負(fù)載很輕時Ia很小，磁通很小，轉(zhuǎn)速n很高,所以串勵電動機(jī)絕對不允許在空載或負(fù)載很小的情況下起動或運(yùn)行，以防止“飛車”。同時，為防止意外，還規(guī)定串勵電動機(jī)與生產(chǎn)機(jī)械之間不允許用皮帶傳動，且負(fù)載不得低于額定負(fù)載的l／4。為串勵電動機(jī)輕載（）時對應(yīng)的轉(zhuǎn)速。串勵直流電機(jī)使用注意：2、轉(zhuǎn)矩特性二、串勵電動機(jī)工作特性：

串勵電機(jī)適用于：負(fù)載轉(zhuǎn)矩在較大范圍內(nèi)變化、要求啟動轉(zhuǎn)矩大、過載能力強(qiáng)的生產(chǎn)機(jī)械上。例如：起重機(jī)、電氣機(jī)車等起重運(yùn)輸設(shè)備。3、效率特性二、串勵電動機(jī)工作特性：串勵電動機(jī)的效率特性與他勵電動機(jī)相仿。當(dāng)可變損耗等于不變損耗時，串勵電動機(jī)的效率最高。效率特性曲線η直流電機(jī)的工作特性

小結(jié)2、不同勵磁方式下直流電機(jī)的工作特性有何不同？,η,n并勵直流電機(jī)工作特性串勵直流電機(jī)工作特性1、什么是直流電機(jī)工作特性。直流電機(jī)的機(jī)械特性MechanicalcharacteristicsofDCmotors電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，即n=

f(TL)。直流電動機(jī)的機(jī)械特性：機(jī)械特性表明電動機(jī)轉(zhuǎn)速因外部負(fù)載變化而變化的情況。由于電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩T近似等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL，所以

n=

f(TL)

常寫成

n=

f(T)。是分析電動機(jī)起動、反轉(zhuǎn)、調(diào)速、制動的重要工具。一、他勵直流電機(jī)他勵直流電動機(jī)電路圖電樞電動勢Ea=CeΦn電磁轉(zhuǎn)矩T=CTΦIa電樞回路電壓平衡方程

U=Ea+Ia（Ra+RΩ）機(jī)械特性的一般表達(dá)式理想空載轉(zhuǎn)速機(jī)械特性的斜率nn0ΔnTNT他勵直流電動機(jī)機(jī)械特性1、機(jī)械特性一般表達(dá)式當(dāng)電源電壓U=UN,每極磁通Φ=ΦN，電樞回路不串任何電阻RΩ=0時的機(jī)械特性稱為固有機(jī)械特性。一、他勵直流電機(jī)2、固有機(jī)械特性理想空載轉(zhuǎn)速機(jī)械特性斜率nn0ΔnTNT一、他勵直流電機(jī)3、人為機(jī)械特性定義：改變固有機(jī)械特性的運(yùn)行條件

U=UN,Φ=ΦN，RΩ=0時，稱為人為機(jī)械特性。分為三種：（1）

電樞回路串接電阻RΩ；（2）改變電源電壓U；（3）改變磁通Φ；（1）電樞回路串接電阻時的人為機(jī)械特性

Ra+Ri1Ra+Ri2Ri2>Ri1RaTn0TNΔn特點(diǎn)：（1）過一組理想空載轉(zhuǎn)速點(diǎn)的放射形直線（2）串接電阻越大，斜率增大，機(jī)械特性的硬度越軟。（3）對于相同的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，串接電阻越大，對應(yīng)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速越低。一、他勵直流電機(jī)U=UN,Φ=ΦN（2）改變電樞端電壓U時的人為機(jī)械特性

一、他勵直流電機(jī)理想空載轉(zhuǎn)速斜率:固定不變

1、受絕緣強(qiáng)度限制，電源電壓只能從電動機(jī)的額定電壓往下調(diào)。2、位于固有特性下方，并與固有特性平行的直線族;3、在負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變時，降低電樞電壓，轉(zhuǎn)速n下降，但轉(zhuǎn)速降△n不變。特點(diǎn)：UN>

U1>

U2U1n01UNnTn00U2n02RΩ=0，Φ=ΦNU=UN，RΩ=0,在勵磁回路中串入附加電阻RB，改變

；當(dāng)：RB↑→

↓→n0↑

↓→Δn↑→β↓特點(diǎn)：1、一般他勵直流電機(jī)在額定運(yùn)行時已接近磁飽和，故通常是減弱磁通2、得到一組空載轉(zhuǎn)速n0不同，硬度β也不同的傾斜直線。3、當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變時，一般情況弱磁后會使轉(zhuǎn)速n升高，只有在負(fù)載很重或者磁通很小時，若再減弱磁通，轉(zhuǎn)速n反而會下降。（3）改變磁通

時的人為機(jī)械特性

一、他勵直流電機(jī)φNφ1φ3nTφ2φN>

φ1>

φ2n0n01n020二、并勵式直流電機(jī)固有機(jī)械特性：在額定電源電壓UN和額定勵磁電流IN時，與他勵電動機(jī)相同。人為機(jī)械特性：IaUM+_If+_IERfRa并勵直流電動機(jī)電路圖若只改變Ra（保持電源電壓U和Rf不變），則

不改變。那么人為機(jī)械特性與他勵電動機(jī)串電阻機(jī)械特性相同，是一組射線。若通過改變

Rf改變磁通（保持U、Ra不變），則人為機(jī)械特性也與他勵電動機(jī)弱磁機(jī)械特性一樣。當(dāng)改變電源電壓U時（保持

Rf、Ra不變），If

也改變。當(dāng)磁路未飽和時，

也與U

成正比，n0基本上保持不變，而特性曲線的斜率β在變化，故人為機(jī)械特性不是一組平行線。三、串勵直流電機(jī)特點(diǎn)：If=Ia、當(dāng)磁路為飽和時，Ф=CФ

Ia（1）固有特性是一條非線性的軟特性，轉(zhuǎn)速隨負(fù)載增加而顯著下降。（2）不允許輕載或空載運(yùn)行?？蛰d或輕載時，Ia≈0,

很小，∴n0很高，一般（5～6）nN，可能造成電機(jī)損壞。串勵電機(jī)在固有特性上不允許空載或輕載運(yùn)行，防止飛車。（3）過載能力強(qiáng)，起動性能好：在相同電流限制下，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩比他勵直流電動機(jī)大很多。當(dāng)負(fù)載增大時，Ia和Ф都增大，Ia稍有增大，電動機(jī)轉(zhuǎn)矩就可以與電動機(jī)轉(zhuǎn)矩相平衡。因此不會因負(fù)載增大而過載。Ra+RΩ1nT132RaRa+RΩ2直流電機(jī)機(jī)械特性

小結(jié)1、他勵、并勵、串勵直流電機(jī)機(jī)械特性2、固有機(jī)械特性、人為機(jī)械特性直流電機(jī)的啟動StartingofDCmotor1、直流電動機(jī)的啟動條件1）要有足夠的起動轉(zhuǎn)矩（Tst>TL）；2）起動電流不能太大；3）起動設(shè)備簡單，可靠，經(jīng)濟(jì)，啟動時間要短（實(shí)際啟動時間只有幾秒至幾十秒）；為使電動機(jī)的啟動性能達(dá)到最佳狀態(tài)，就需要電動機(jī)起動時：啟動：電動機(jī)接入電源，從靜止?fàn)顟B(tài)開始，加速到某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的過程。直接起動（全壓起動）：直流電動機(jī)的電樞直接加額定電壓。起動瞬間n=0→反電動勢Ea=0，電樞繞組電阻很小

→起動電流Ist很大，可能突增到額定電流的10～20倍。這樣大的起動電流將產(chǎn)生很大的啟動轉(zhuǎn)矩，損壞電機(jī)繞組，換向困難等很多問題。因此：直接啟動只限于容量較小的直流電機(jī)。2、直流電動機(jī)的直接啟動

為了限制起動電流，同時也保證啟動轉(zhuǎn)矩，一般采取兩種方法：電樞回路串電阻起動直接起動，致使

Ist很大，所以在起動時必須設(shè)法限制起動電流。降壓起動2、直流電動機(jī)的直接啟動3、電樞回路串電阻啟動為限制啟動電流，啟動時在電樞回路串接啟動電阻。他勵直流電動機(jī)串電阻三級啟動電路

一般起動器設(shè)計(jì)為多級，串在電樞回路的起動電阻逐級切除，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后全部切除。3、電樞回路串電阻啟動他勵直流電動機(jī)串電阻三級啟動電路機(jī)械特性注意事項(xiàng)：在分級起動過程中，各級的最大電流I1及切換電流I2都應(yīng)大小相等，以使起動過程有較均勻的加速度，改善電機(jī)對傳動機(jī)構(gòu)的沖擊，選擇合適的各級起動電阻。優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡單，操作方便。缺點(diǎn)：在啟動過程中能量消耗大，不適用經(jīng)常啟動的大、中型直流電動機(jī)。3、電樞回路串電阻啟動defgTLT2T1U=UNU=U1noabcTU=U2

U1<U2<UN3214、降壓啟動降低電樞回路電壓啟動機(jī)械特性由低向高調(diào)節(jié)電樞回路電壓U1<U2<UN為了獲得足夠大的啟動轉(zhuǎn)矩，Ist通常限制在（1.5~2）IN優(yōu)點(diǎn)：起動平穩(wěn)，能量損耗小。缺點(diǎn)：系統(tǒng)復(fù)雜，需要一套可調(diào)節(jié)電壓的直流電源，增加設(shè)備投資。適用于：要求經(jīng)常啟動的場合和大中型電動機(jī)的啟動。直流電機(jī)的啟動

小結(jié)啟動要求：

Tst、Ist直接起動：適用于小功率。電樞回路串電阻起動：適用于中小型直流電機(jī)降低電樞電壓起動：經(jīng)常啟動的場合和大中型電動機(jī)直流電機(jī)的調(diào)速與制動SpeedregulationandbrakingofDCmotors電力拖動系統(tǒng)中采用的調(diào)速方法通常有三種：機(jī)械調(diào)速、電氣調(diào)速、電氣—機(jī)械調(diào)速。他勵式直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速公式：調(diào)速方法：（1）電樞回路串電阻：調(diào)速改變串入電樞回路中的電阻；（2）弱磁調(diào)速：改變勵磁電流（主磁通）；（3）減壓調(diào)速：改變電樞端電壓調(diào)速。直流電機(jī)的調(diào)速1.電樞回路串電阻調(diào)速1）調(diào)速原理：電樞回路電阻越大，電動機(jī)機(jī)械特性的斜率增大，與負(fù)載機(jī)械特性的交點(diǎn)也會改變，達(dá)到調(diào)速目的。串入電阻越大，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行轉(zhuǎn)速越低,機(jī)械特性曲線越陡。RaRa+R1Ra+R2Ra+R3R1<R2<R3電樞回路串電阻調(diào)速a點(diǎn)b點(diǎn)c點(diǎn)n1n2直流電機(jī)的調(diào)速優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡單、操作簡單。缺點(diǎn)：1、轉(zhuǎn)速只能從額定值往下調(diào)，nmax=nN。

2、電阻分段串入，故屬于有級調(diào)速，調(diào)速平滑性差。 3、損耗大，效率低，不經(jīng)濟(jì)。對恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，調(diào)速前、后因磁通、 Ia不變，使T不變，輸入功率不變，輸出功率卻隨轉(zhuǎn)速的下降 而下降，減少的部分被串聯(lián)電阻消耗了。1.電樞串電阻調(diào)速適用：要求調(diào)速性能不高的生產(chǎn)機(jī)械，如起重機(jī)、礦井下使用的機(jī)車等直流電機(jī)的調(diào)速

調(diào)節(jié)電樞電壓U→n0變化，斜率不變，所以調(diào)速特性是一組平行曲線。結(jié)論：負(fù)載不變時，降低電樞電壓，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行轉(zhuǎn)速也降低。2.改變電樞電壓調(diào)速由轉(zhuǎn)速特性方程：直流電機(jī)的調(diào)速說明：改變電壓的調(diào)速方法必須有連續(xù)可調(diào)的大功率直流電源，投資大。特點(diǎn):（1）可得到平滑、無級調(diào)速（2）調(diào)速前后的機(jī)械特性平行，斜率不變，硬度不變，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性好。（3）電源內(nèi)阻小，電能損耗較小，效率高。2.改變電樞電壓調(diào)速適用于：調(diào)速性能要求較高的生產(chǎn)機(jī)械上,如軋鋼機(jī)、造紙機(jī)等。直流電機(jī)的調(diào)速電動機(jī)在額定磁通下運(yùn)行時,磁路已接近飽和,因此改變磁通

調(diào)速,實(shí)際上是減弱磁通。3.弱磁調(diào)速TLTn

N>

1>

2

N

1

2abcnancnb結(jié)論：一般磁通減小后，運(yùn)行轉(zhuǎn)速上升，機(jī)械特性變軟。由轉(zhuǎn)速特性方程：

減小→Ea=Cen減小→Ia增大→T>TL加速da點(diǎn)d點(diǎn)b點(diǎn)nanb調(diào)節(jié)磁場前工作點(diǎn)調(diào)節(jié)磁場后工作點(diǎn)直流電機(jī)的調(diào)速3.弱磁調(diào)速優(yōu)點(diǎn)：（1）可得到平滑、無級調(diào)速，但只能向上調(diào)，受機(jī)械本身強(qiáng)度所限，n不能太高。

（2）調(diào)節(jié)的是勵磁電流（該電流比電樞電流小得多），調(diào)速設(shè)備簡單，控制方便。

（3）

經(jīng)濟(jì)性較好.缺點(diǎn)：(1）機(jī)械特性的斜率變大，特性變軟； (2)轉(zhuǎn)速的升高受到電動機(jī)換向能力和機(jī)械強(qiáng)度的限制，升速范圍不可能很大，一般D≤2；降壓和弱磁調(diào)速在額定轉(zhuǎn)速以上，采用弱磁調(diào)速，在額定轉(zhuǎn)速以下采用降壓調(diào)速。n>nN弱磁調(diào)速n<nN降壓調(diào)速擴(kuò)大調(diào)速范圍直流電機(jī)的調(diào)速直流電機(jī)的調(diào)速方法

小結(jié)（1）電樞回路串電阻（2）弱磁調(diào)速（3）減壓調(diào)速直流電機(jī)的調(diào)速電動：電動機(jī)運(yùn)行時其電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方向一致。制動：通過某種方法產(chǎn)生一個與拖動系統(tǒng)轉(zhuǎn)向相反的轉(zhuǎn)矩以阻止系統(tǒng)運(yùn)行，這種運(yùn)行狀態(tài)稱為制動運(yùn)行狀態(tài)。制動方法機(jī)械制動電氣制動能耗制動反接制動回饋制動概念直流電機(jī)的制動1、原理：把他勵直流電機(jī)的電樞從電網(wǎng)上切除，并接到一個外加的制動電阻RB上構(gòu)成閉合回路。一.能耗制動他勵電動機(jī)能耗制動控制電路電樞電流為：T制動

→n↓→Ea↓→Ia↓→T制動

↓，直至n=0能耗制動時，電機(jī)靠生產(chǎn)機(jī)械的慣性力的拖動而發(fā)電，將動能轉(zhuǎn)化為電能消耗在電樞電路內(nèi)的電阻上，所以稱為能耗制動。直流電機(jī)的制動2、機(jī)械特性為：Ra+RB他勵直流電機(jī)能耗制動機(jī)械特性n1電動機(jī)狀態(tài)工作點(diǎn)A制動瞬間工作點(diǎn)B電機(jī)拖動反抗性負(fù)載，電機(jī)停轉(zhuǎn)電機(jī)拖動位能性負(fù)載，穩(wěn)定工作點(diǎn)C制動電阻RB

越小，則機(jī)械特性越平，T制動

越大，制動越快。選擇制動電阻的原則是：最大制動電流一般不允許超過2IN，即：直流電機(jī)的制動能耗制動轉(zhuǎn)矩的能量來自于負(fù)載傳動部分的動能，因而稱能耗制動。設(shè)備簡單，運(yùn)行可靠，且不需要從電網(wǎng)輸入電能，只是其制動轉(zhuǎn)矩隨n下降而減小，低速時制動效果較差。適用于一般機(jī)械要求準(zhǔn)確停車的場合及位能性負(fù)載的低速下放。為使電機(jī)快速停車，常與機(jī)械制動配合使用。3、能耗制動的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用直流電機(jī)的制動二.反接制動電樞反接制動倒拉反接制動（用于位能性負(fù)載下放）電樞反接制動1、原理：將電樞電源反接，同時電樞回路串接制動電阻RB電樞電流為：電壓方程為：當(dāng)轉(zhuǎn)速降為0時，應(yīng)立即切斷電源，否則電動機(jī)將進(jìn)入反向啟動。直流電機(jī)的制動電樞反接制動2、機(jī)械特性為：ETL電動機(jī)狀態(tài)工作點(diǎn)A制動瞬間工作點(diǎn)B電機(jī)拖動反抗性負(fù)載，穩(wěn)定工作點(diǎn)E電機(jī)拖動位能性負(fù)載，穩(wěn)定工作點(diǎn)D在電樞反接制動過程中，制動轉(zhuǎn)矩的平均值較大，制動作用強(qiáng)烈。常用于反抗性負(fù)載的快速停車或快速反向運(yùn)行。選擇制動電阻的原則是：最大電樞電流一般不允許超過2IN，即：即：當(dāng)n=0，若要求準(zhǔn)確停車，應(yīng)立即切斷電源，否則電動機(jī)將反向啟動。直流電機(jī)的制動倒拉反接制動倒拉反接制動控制電路機(jī)械特性曲線1、這種制動方法一般發(fā)生在提升重物的情況下電動機(jī)狀態(tài)，穩(wěn)定提升重物制動狀態(tài)，穩(wěn)定下放重物電樞電流為：開始反轉(zhuǎn)，進(jìn)入制動狀態(tài)所串電阻越大，人為機(jī)械特性曲線就越陡，最后穩(wěn)定下放速度就越高。直流電機(jī)的制動2、反接制動的優(yōu)缺點(diǎn)倒拉反接制動設(shè)備簡單，運(yùn)行可靠，但機(jī)械特性較軟，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性差。適用于位能性負(fù)載的低速下放。倒拉反接制動2個條件位能性負(fù)載反拖串入足夠大的電阻反接制動，能量損耗較大，經(jīng)濟(jì)性較差。不論是電樞反接還是倒拉反接，電動機(jī)都接在電源上，從電源吸收電能，同時系統(tǒng)的動能和位能在不斷減少，減少的能量輸入電動機(jī)轉(zhuǎn)換為電能。這兩部分電能之和都消耗在電樞回路的電阻上。直流電機(jī)的制動1、原理三.回饋制動2、實(shí)現(xiàn)方法也稱再生制動，是指電動機(jī)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)下運(yùn)行，將發(fā)出的電能反饋回電網(wǎng)。<0回饋制動正向回饋制動電車下坡電機(jī)調(diào)速降低電樞電壓調(diào)速增磁調(diào)速反向回饋制動直流電機(jī)的制動正向回饋制動A點(diǎn)B點(diǎn)C點(diǎn)n1n2D點(diǎn)UNnn01T0n0n1n2TLTn>n01回饋T反號制動ABCDU1降低電樞電壓調(diào)速時的回饋制動BC段：回饋制動狀態(tài)CD段：電動狀態(tài)U1<UN直流電機(jī)的制動反向回饋制動直流電動機(jī)拖動位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，采用電樞電源反接制動時，如果電動機(jī)n=0時未切斷電源，那么電動機(jī)就會反向起動，在TL和Te的拖動下,電機(jī)不斷加速,使n>n0.進(jìn)入反向回饋制動狀態(tài)。

①BC段：反接制動減速②CD段：反向電動加速③DE段：反向回饋制動DE反向回饋制動常用于高速下放重物時限制電機(jī)轉(zhuǎn)速。注:只有在DE段才出現(xiàn)了回饋制動!直流電機(jī)的制動2、回饋制動的優(yōu)缺點(diǎn)回饋制動運(yùn)行時，電動機(jī)不但不從電源吸收功率，還有功率回饋電網(wǎng)。與能耗制動與反接制動相比能量損耗最少，經(jīng)濟(jì)性最好。實(shí)現(xiàn)回饋制動時必須使轉(zhuǎn)速高于理想空載轉(zhuǎn)速n0

，適用于高速下放重物，而不能用于停車。直流電機(jī)的制動他勵直流電動機(jī)的四象限運(yùn)行

減小If的人為特性減小If的人為特性1.電動狀態(tài)正向固有特性反向固有特性增加Ra的人為特性增加Ra的人為特性降低Ua的人為特性降低Ua的人為特性O(shè)nT正向反向2.制動狀態(tài)OnT正向回饋制動運(yùn)行反向回饋制動運(yùn)行能耗制動過程能耗制動運(yùn)行電樞反接制動過程轉(zhuǎn)速反向反接制動伺服電機(jī)Servomotor交流伺服電機(jī)ACservomotorcontents目錄直流伺服電動機(jī)DCservomotor

伺服電動機(jī)又稱執(zhí)行電動機(jī)，它能把接受的電壓信號轉(zhuǎn)換為電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的機(jī)械角位移或角速度的變化。伺服電機(jī)實(shí)物圖伺服電機(jī)實(shí)物分解圖（1）寬廣的調(diào)速范圍，機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性均為線性。（2）快速響應(yīng)性能好。（3）靈敏度要高。（4）

無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。自動控制系統(tǒng)對伺服電動機(jī)的基本要求是：一、直流伺服電機(jī)

實(shí)質(zhì)上就是一臺他勵直流電動機(jī)分類：直流有刷伺服電機(jī)直流無刷伺服電機(jī)（2）盤型電樞直流伺服電機(jī)（3）空心杯直流伺服電機(jī)（4）無槽直流伺服電機(jī)成本低，結(jié)構(gòu)簡單，啟動轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制容易，需要維護(hù)。體積小，重量輕，出力大，響應(yīng)快，速度高，慣量小，轉(zhuǎn)動平滑，力矩穩(wěn)定，電機(jī)功率有局限做不大。（1）普通型直流伺服電機(jī)--分類與結(jié)構(gòu)一、直流伺服電機(jī)--分類與結(jié)構(gòu)

盤形電樞直流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)圖空心杯直流伺服電動機(jī)結(jié)構(gòu)圖

無槽直流伺服電動機(jī)結(jié)構(gòu)圖

一、直流伺服電機(jī)--分類與結(jié)構(gòu)一、直流伺服電機(jī)直流伺服電動機(jī)的工作原理和普通直流電動機(jī)相同

電樞控制的原理圖改變勵磁電流控制的原理圖直流伺服電動機(jī)的控制方式（1）改變電樞繞組端電壓的控制（2）改變勵磁電流的控制控制信號控制信號不變不變--控制方式一、直流伺服電機(jī)

（1）直流伺服電機(jī)的機(jī)械特性

--運(yùn)行特性

運(yùn)行特性：電樞電壓

、轉(zhuǎn)速

及電磁轉(zhuǎn)矩

三者的關(guān)系機(jī)械特性與調(diào)節(jié)特性0.6Uk0.4Uk0.8Uk電動機(jī)反轉(zhuǎn)：改變電樞電壓的極性，電動機(jī)反轉(zhuǎn)由機(jī)械特性可知：1)一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩下，當(dāng)磁通

不變時，

TOUkn

2)Uk=0時，電機(jī)立即停轉(zhuǎn)。一、直流伺服電機(jī)--運(yùn)行特性

（2）直流伺服電機(jī)的調(diào)節(jié)特性

啟動電壓直線斜率直流伺服電機(jī)具有較好的調(diào)節(jié)特性二、交流伺服電機(jī)--工作原理二、交流伺服電機(jī)--控制方式交流伺服電機(jī)的控制方式有三種：幅值控制、相位控制和幅值-相位控制控制電壓和勵磁電壓保持相位差90°，只改變控制電壓幅值，這種控制方法稱為幅值控制。2、相位控制1、幅值控制控制電壓和勵磁電壓幅值均為額定值，通過改變控制電壓和勵磁電壓相位差，實(shí)現(xiàn)對伺服電動機(jī)的控制，這種控制方法稱為相位控制。