第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

1、第三章第三章 直流電機(jī)的直流電機(jī)的 工作原理及特性工作原理及特性n3.1 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理n3.2 直流發(fā)電機(jī)n3.3 直流電動機(jī)的機(jī)械特性n3.4 直流他勵電動機(jī)的啟動特性n3.5 直流他勵電動機(jī)的調(diào)速特性n3.6 直流他勵電動機(jī)的制動特性第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性3.1 3.1 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和 工作原理工作原理n3.1.1 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)換向器定子轉(zhuǎn)子第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性3.1 3.1 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和 工作原理工作原理n3.1.1 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) (定子剖面圖)主磁極換向極磁極數(shù)主磁極的個數(shù)磁極對數(shù)=

2、磁極數(shù)/2第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性3.1 3.1 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和 工作原理工作原理n3.1.1 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) (轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖）轉(zhuǎn)子換向片轉(zhuǎn)軸電樞線圈第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性 3.1 3.1 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和 工作原理工作原理n3.1.1 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) (轉(zhuǎn)子硅鋼沖片圖）電樞鐵芯硅鋼沖片第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性 3.1 3.1 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和 工作原理工作原理n3.1.1 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) (換向器圖）電刷換向片第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性3.1.2 直流電機(jī)直流電機(jī)的工作原理的工

3、作原理有關(guān)磁場的幾個物理量有關(guān)磁場的幾個物理量 磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度b(磁場強(qiáng)弱和方向)nsnsnnss電流方向右手螺旋法則第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性 3.1.2 直流電機(jī)直流電機(jī)的工作原理的工作原理有關(guān)磁場的幾個物理量有關(guān)磁場的幾個物理量 右手定則（發(fā)電機(jī)）右手定則（發(fā)電機(jī)） 左手定則左手定則 （電動機(jī)）（電動機(jī)） b-磁感應(yīng)強(qiáng)度v-速度方向e-感應(yīng)電勢i-電流方向f-電磁力方向第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性3.1.2 3.1.2 直流電機(jī)的工作原理直流電機(jī)的工作原理nsne,i) 1 . 3(nkee2 . 3atikt ke電勢常數(shù) kt-轉(zhuǎn)矩常數(shù)第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性

4、3.1.2 3.1.2 直流電機(jī)的工作原理直流電機(jī)的工作原理 表3. 1 e的作用的作用 電壓方程電壓方程電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩 t的性質(zhì)的性質(zhì)轉(zhuǎn)矩關(guān)系轉(zhuǎn)矩關(guān)系發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)電源電動勢u=e-iara ， u為輸出電壓阻轉(zhuǎn)矩t1=t+t0電動機(jī)電動機(jī)反電勢u=e+iara u為外加電壓驅(qū)動轉(zhuǎn)矩t=tl+t0 t0為空載轉(zhuǎn)矩，t1為外加轉(zhuǎn)矩 , t l為負(fù)載轉(zhuǎn)矩 ia為電樞電流，ra為電樞電阻 電動機(jī)在制動時可能出現(xiàn)發(fā)電狀態(tài)電動機(jī)在制動時可能出現(xiàn)發(fā)電狀態(tài)第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性3.2 3.2 直流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī)他勵并勵串勵復(fù)勵勵磁方式勵磁方式第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性3.2.1 3.2.

5、1 他勵發(fā)電機(jī)他勵發(fā)電機(jī)5 . 3/3 . 3/3 . 3ruiiirueirieuaaaaa電壓平衡方程第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性3.2.1 3.2.1 他勵發(fā)電機(jī)他勵發(fā)電機(jī)1.空載特性曲線空載特性曲線“空載空載”的概念：的概念：ia=0（開路）（開路）空載時：空載時：端電壓端電壓u0為：為：u0=e而而e=ken，=f(i=f(if f) ) 所以有：所以有：u0=e=ken=f(i=f(if f) ) 第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性3.2.1 3.2.1 他勵發(fā)電機(jī)他勵發(fā)電機(jī)1.空載特性曲線空載特性曲線u0=e=ken=f(i=f(if f) ) 空載特性曲線分幾段（剩磁、直線、

6、彎空載特性曲線分幾段（剩磁、直線、彎曲、飽和），曲、飽和），工作段主要在彎曲段，工作段主要在彎曲段，。應(yīng)用該曲線應(yīng)用該曲線可調(diào)壓可調(diào)壓(e)：即改變即改變rf/，調(diào)節(jié)勵磁電流，調(diào)節(jié)勵磁電流i if f，以得到合適，以得到合適的的e(e(或或u0)。第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性 3.2.1 3.2.1 他勵發(fā)電機(jī)他勵發(fā)電機(jī)2。外特性曲線外特性曲線 發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)的n、i if f( ( ) )為常數(shù)為常數(shù)（即：（即：e=ke=ke e n n近似不變）的條件下：近似不變）的條件下： 端電壓端電壓u u與負(fù)載電流與負(fù)載電流i i之間的關(guān)系稱為之間的關(guān)系稱為相應(yīng)的相應(yīng)的外特性曲線外特性曲線:u=

7、f(i) 近似為直線（近似為直線（e e近似不變，而近似不變，而u=e-ira），），圖中圖中un、in為額定工作值。為額定工作值。 發(fā)電機(jī)工作在非額定值時，應(yīng)為發(fā)電機(jī)工作在非額定值時，應(yīng)為平行的平行的（ra不變）外特性曲線，須改變不變）外特性曲線，須改變e第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性 3.2.1 3.2.1 他勵發(fā)電機(jī)他勵發(fā)電機(jī) 對不同負(fù)載對不同負(fù)載(u,i)，應(yīng)用上述兩特性曲線調(diào)電機(jī)參數(shù)，應(yīng)用上述兩特性曲線調(diào)電機(jī)參數(shù)：先先由外特性曲線：由外特性曲線：i、uu0(e)(u=e-ira)后后由空載特性曲線由空載特性曲線：u0(e)if習(xí)題習(xí)題.7第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性 3.2.2

8、 3.2.2 并勵發(fā)電機(jī)并勵發(fā)電機(jī)電壓平衡方程10. 3/7 . 3iiiiruiruirieufaffaa并勵發(fā)電機(jī)工作的條件：1.要有剩磁；2.勵磁電流產(chǎn)生的磁場方向 和剩磁方向相同；3.rf不能太大。第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性3.3 3.3 直流電動機(jī)的機(jī)械特性直流電動機(jī)的機(jī)械特性3.3.1 他勵電動機(jī)的機(jī)械特性電壓平衡方程11. 3aarieuaareuifnaiii第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性3.3.1 3.3.1 他勵電動機(jī)的機(jī)械特性他勵電動機(jī)的機(jī)械特性11. 3aarieu12. 3aeaeeikrkunnketaatktiikt/13. 3002nnktntkkrku

9、nteaen=f(t)t0n0-理想空載轉(zhuǎn)速（t=0）n速度降第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性3.3.1 3.3.1 他勵電動機(jī)的機(jī)械特性他勵電動機(jī)的機(jī)械特性n當(dāng)當(dāng)n=0n=0時時，（3.13）式為nadatdeteairuirukkntkutkkr/02堵轉(zhuǎn)矩堵轉(zhuǎn)矩堵轉(zhuǎn)電流堵轉(zhuǎn)電流13. 3002nnktntkkrkunteae(e=0)nn0td第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性3.3.1 3.3.1 他勵電動機(jī)的機(jī)械特性他勵電動機(jī)的機(jī)械特性他勵電動機(jī)的機(jī)械特性他勵電動機(jī)的機(jī)械特性14. 3%100ntdndt硬特性10軟特性10絕對硬特性機(jī)械特性硬度機(jī)械特性硬度t第三章 直流電機(jī)的工作原理

10、及特性3.3.1 3.3.1 他勵電動機(jī)的機(jī)械特性他勵電動機(jī)的機(jī)械特性1.1.固有機(jī)械特性固有機(jī)械特性 ( (額定條件下額定條件下n=f(t)n=f(t) )理想空載點（理想空載點（0，n0), 額定運行點（額定運行點（nn, tn)兩點一線兩點一線第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性3.3.1 3.3.1 他勵電動機(jī)的機(jī)械特性他勵電動機(jī)的機(jī)械特性1.1.固有機(jī)械特性固有機(jī)械特性 ( (額定條件下額定條件下n=f(t)n=f(t) )由銘牌 求（1）估算電樞電阻）估算電樞電阻rannnnpiupnnnnnnnniuiuiu115. 3175. 050. 0175. 050. 02nnnnnannn

11、aaiuiupriurineannnntnkrniup,0理想空載點（理想空載點（0，n0), 額定運行點（額定運行點（nn, tn)第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性3.3.1 3.3.1 他勵電動機(jī)的機(jī)械特性他勵電動機(jī)的機(jī)械特性（2）計算額定條件下反電勢16. 3/nannneannnnennenriukriunkek（3）求理想空載轉(zhuǎn)速nenkun/0（4）求額定轉(zhuǎn)矩17. 355. 9nnnnnppt第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性3.3.1 3.3.1 他勵電動機(jī)的機(jī)械特性他勵電動機(jī)的機(jī)械特性 電動機(jī)電動機(jī)正反轉(zhuǎn)時正反轉(zhuǎn)時的機(jī)械特性曲線如圖的機(jī)械特性曲線如圖3.17。 根據(jù)（，根據(jù)（，

12、n0）和（）和（tn，nn）兩）兩點，即可作出電動機(jī)的固有機(jī)械點，即可作出電動機(jī)的固有機(jī)械特性曲線。特性曲線。第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性3.3.1 3.3.1 他勵電動機(jī)的機(jī)械特性他勵電動機(jī)的機(jī)械特性2. 2. 人為機(jī)械特性人為機(jī)械特性（改變（改變u u、r radad）1)1)串接電阻串接電阻rad18. 302ktntkkrrkunteadae串接電阻后串接電阻后1. n0不變不變；2. k斜率變大，斜率變大，即機(jī)械特性變即機(jī)械特性變軟軟。n第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性3.3.1 3.3.1 他勵電動機(jī)的機(jī)械特性他勵電動機(jī)的機(jī)械特性2 2） 改變外加電壓改變外加電壓u u時的時的

13、機(jī)械特性機(jī)械特性(uun)13. 3002nnktntkkrkunteae可知，理想空載轉(zhuǎn)速可知，理想空載轉(zhuǎn)速n0=u/(ke) )，n0隨隨u u而成比例變化而成比例變化. . 機(jī)械機(jī)械特性曲線的斜率特性曲線的斜率(硬度硬度)不變，是一組平不變，是一組平行線。行線。第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性3.3.1 3.3.1 他勵電動機(jī)的機(jī)械特性他勵電動機(jī)的機(jī)械特性3）改變磁通改變磁通時的時的機(jī)械特性機(jī)械特性(n n) )13. 3002nnktntkkrkunteae 理想空載轉(zhuǎn)速理想空載轉(zhuǎn)速n0=u/(ke) )隨隨的減的減少而增加。少而增加。機(jī)械特性機(jī)械特性隨隨的減少而變軟。的減少而變軟。改

14、變磁通改變磁通時，有兩種情況要注意：時，有兩種情況要注意：1.1.當(dāng)當(dāng)磁通磁通過分削弱時，過分削弱時，若負(fù)載轉(zhuǎn)矩若負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，按照不變，按照 則電樞電流則電樞電流i i會大大增加而會大大增加而嚴(yán)重過載嚴(yán)重過載，導(dǎo)致，導(dǎo)致繞組燒壞等。繞組燒壞等。2.當(dāng)當(dāng)接近于接近于0 0時，由機(jī)械特性表達(dá)式（時，由機(jī)械特性表達(dá)式（3-23-2） 可知可知，輕載或，輕載或空載（空載（t=0t=0）時的）時的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n n會很大（由于有剩磁，轉(zhuǎn)速會很大（由于有剩磁，轉(zhuǎn)速n n不會不會），），即出現(xiàn)即出現(xiàn)“飛車飛車”。 所以直流電動機(jī)所以直流電動機(jī)啟動時（加啟動時（加u u前）必須先勵磁前）必須先勵磁，停止時必須后

15、去勵磁。停止時必須后去勵磁。運行中運行中也不允許也不允許“失磁失磁”，可加，可加“失磁失磁”保護(hù)。保護(hù)。ikttnntkkrkunteae02第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性3.3.1 他勵電動機(jī)的機(jī)械特性他勵電動機(jī)的機(jī)械特性第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性3.3.1 3.3.1 他勵電動機(jī)的機(jī)械特性他勵電動機(jī)的機(jī)械特性 三種人為機(jī)械特性中：三種人為機(jī)械特性中：串接串接外加電阻外加電阻r radad主要用于啟、制動時限流。主要用于啟、制動時限流。 改變外加電壓改變外加電壓u u和改變磁通和改變磁通則主要用于調(diào)速（降、升）。則主要用于調(diào)速（降、升）。 額定轉(zhuǎn)速以上改變磁通額定轉(zhuǎn)速以上改變磁通，額

16、定轉(zhuǎn)速以下改變外加電壓，額定轉(zhuǎn)速以下改變外加電壓u u 第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性 電動機(jī)的機(jī)械特性例題電動機(jī)的機(jī)械特性例題n 例例3.4 一臺他勵直流電動機(jī)在一臺他勵直流電動機(jī)在穩(wěn)態(tài)下穩(wěn)態(tài)下運行時，電樞反運行時，電樞反電勢電勢ee1，如負(fù)載轉(zhuǎn)矩如負(fù)載轉(zhuǎn)矩tl=常數(shù)，外加電壓和電樞電路中的電阻均不變，問減弱常數(shù)，外加電壓和電樞電路中的電阻均不變，問減弱勵磁使轉(zhuǎn)速上升到新的勵磁使轉(zhuǎn)速上升到新的穩(wěn)態(tài)值穩(wěn)態(tài)值后，電樞反電勢將如何變化后，電樞反電勢將如何變化?是大于、是大于、小于還是等于小于還是等于e1?解解 兩個已知條件，一個是負(fù)載轉(zhuǎn)矩兩個已知條件，一個是負(fù)載轉(zhuǎn)矩t tl l常數(shù)；一個是從一個

17、穩(wěn)態(tài)到另常數(shù)；一個是從一個穩(wěn)態(tài)到另一個穩(wěn)態(tài)一個穩(wěn)態(tài)( (而不涉及瞬態(tài)過程而不涉及瞬態(tài)過程) )，電樞反電勢是穩(wěn)態(tài)值。，電樞反電勢是穩(wěn)態(tài)值。 aatliciktt1,eeeicruriueaaaa注意注意：單純從：單純從 不能判斷不能判斷e是如何變化的是如何變化的習(xí)題習(xí)題3.3nkee第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性 電動機(jī)的機(jī)械特性電動機(jī)的機(jī)械特性例題例題例例2 2：關(guān)于固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性曲線的求解關(guān)于固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性曲線的求解一臺他勵電動機(jī)，一臺他勵電動機(jī)，p pn n=22kn=22kn，u un n=220v=220v，i in n=116a=116a，n nn n=1

18、500rpm,=1500rpm,帶動帶動恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，試計算并繪制：試計算并繪制：（1 1）固有機(jī)械特性。）固有機(jī)械特性。（2 2）電樞回路串電阻）電樞回路串電阻radrad=0.4=0.4后的轉(zhuǎn)速和人為機(jī)械特性。后的轉(zhuǎn)速和人為機(jī)械特性。（3 3）電源電壓降低至）電源電壓降低至100v100v時的轉(zhuǎn)速和人為機(jī)械特性。時的轉(zhuǎn)速和人為機(jī)械特性。（4 4）弱磁至）弱磁至 0.80.8n n時的轉(zhuǎn)速和人為機(jī)械特性。時的轉(zhuǎn)速和人為機(jī)械特性。第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性 電動機(jī)的機(jī)械特性電動機(jī)的機(jī)械特性例題例題nntkkrkunteae02基本公式基本公式三種人為機(jī)械特性：三種人為機(jī)械特性：解

19、解:(1)固有機(jī)械特性固有機(jī)械特性1求求ra按按)(75. 02nnnanpiuri得得196. 0ar2求求kenannnenriuk/ )(按按得得132. 0ke3求求0nmin)/(1667)/(0rkunnen4求求ntmnnptnnn.14055. 9兩點（兩點（0，n0）和（）和（tn，nn)分別為（分別為（0，1667）和（）和（140，1500）（2）串電阻）串電阻rad，n0不變，斜率變，設(shè)工作轉(zhuǎn)速為不變，斜率變，設(shè)工作轉(zhuǎn)速為nn1nntkkrrkunteadae02由由從從n0到到nntkkrntean2從從n0到到nn1tkkrrnteadan21所以所以adaannr

20、rrnn14 . 0196. 0196. 01667150016671nnmin)/(11601rnn兩點（兩點（0，n0）和（）和（tn，nn1)分別為（分別為（0，1667）和（）和（140，1160）（3）改變外加電壓為）改變外加電壓為u，n0變?yōu)樽優(yōu)閚02，斜率不變，設(shè)工作轉(zhuǎn)速為，斜率不變，設(shè)工作轉(zhuǎn)速為nn2nntkkrkunteae02由由兩點（兩點（0，n02）和（）和（tn，nn2)分別為（分別為（0，758）和（）和（140，591）min)/(758137. 0100)/(02rkunne斜率不變，所以有斜率不變，所以有nnnn2150016677582nnmin)/(591

21、2rnn得得（4）改變磁通為）改變磁通為0.80.8n n，n0變?yōu)樽優(yōu)閚03，斜率也變，設(shè)工作轉(zhuǎn)速為，斜率也變，設(shè)工作轉(zhuǎn)速為nn3nntkkrkunteae02由由兩點（兩點（0，n03）和（）和（tn，nn3)分別為（分別為（0，2084）和（）和（140，1823）min)/(20848 . 018 . 0003rnkunnenmin)/(18233rnn得得223)8 . 0(nnnnnn164. 02084150016673nn而而所以所以第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性 電動機(jī)的機(jī)械特性電動機(jī)的機(jī)械特性 實際應(yīng)用時，應(yīng)根據(jù)負(fù)載需要的（實際應(yīng)用時，應(yīng)根據(jù)負(fù)載需要的（t tl l、n

22、n），設(shè)計相應(yīng)的人為機(jī)械特性。），設(shè)計相應(yīng)的人為機(jī)械特性。 直流電動機(jī)的幾個有關(guān)公式直流電動機(jī)的幾個有關(guān)公式： u=e+iara（u=e-iara）e=kent=ktiinntkkrrkunteadae02習(xí)題習(xí)題 3.10 3.10 、 3.133.13第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性 電動機(jī)的機(jī)械特性電動機(jī)的機(jī)械特性例題例題n例3一臺他勵直流電動機(jī)，n功率pn=5.5kw,un=220v,in=31a,nn=1500r/min,忽略損耗，認(rèn)為額定運行時的電磁轉(zhuǎn)矩近似等于輸出轉(zhuǎn)矩，試?yán)L制電機(jī)近似的固有機(jī)械特性。n解：n=f(tl)是一條直線，理想空載點（0，n0）(tn,nn)nnnnnen

23、ennriukkun/0(1)估算ra71. 031220105 . 515 . 015 . 03nnnnnaiuiupr1min/132. 01500/71. 031220/rvnriuknnnnne第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性 電動機(jī)的機(jī)械特性電動機(jī)的機(jī)械特性例題例題(2)求n0min/1667132. 0/220/0rkunnen(3)求tnmnnptnnn351500105 . 555. 955. 93atdrukknt0也可求第三章第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性直流電機(jī)的工作原理及特性3.4 3.4 直流他勵直流他勵電動機(jī)的啟動特性電動機(jī)的啟動特性aaaareuirieu/11

24、. 3啟動時啟動時n=0 e=0 , 啟動電流啟動電流:nnstirui2010/啟動電流不得大于（啟動電流不得大于（1.52）倍額定電流）倍額定電流, 可降壓或串電阻啟動可降壓或串電阻啟動第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性3.4 3.4 直流他勵直流他勵電動機(jī)的啟動特性電動機(jī)的啟動特性nstanstirrui25 . 1/ab, 機(jī)械慣性串電阻啟動串電阻啟動第三章第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性直流電機(jī)的工作原理及特性3.4 3.4 直流他勵直流他勵電動機(jī)的啟動特性電動機(jī)的啟動特性多段啟動電阻啟動的他勵電動機(jī)，多段啟動電阻啟動的他勵電動機(jī)，級數(shù)越多，級數(shù)越多，t1、t2會越接近，啟動過程會越會

25、越接近，啟動過程會越平穩(wěn)平穩(wěn)nntttt2 . 11 . 126 . 121原則原則1. t1(i1)2tn2. t2(i2)基本相基本相同同第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性3.5 3.5 直流他勵直流他勵電動機(jī)的電動機(jī)的調(diào)速調(diào)速特性特性速度調(diào)節(jié)速度調(diào)節(jié)-在一定的負(fù)載下，在一定的負(fù)載下，人為人為改變參數(shù)，從而改變電動機(jī)的穩(wěn)改變參數(shù)，從而改變電動機(jī)的穩(wěn)定運行速度。定運行速度。速度變化速度變化-由于由于負(fù)載發(fā)生變化負(fù)載發(fā)生變化而引起電動機(jī)的轉(zhuǎn)速改變。而引起電動機(jī)的轉(zhuǎn)速改變。第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性3.5 3.5 直流他勵直流他勵電動機(jī)的電動機(jī)的調(diào)速調(diào)速特性特性 生產(chǎn)機(jī)械要求調(diào)速，調(diào)速分機(jī)械

26、、電氣、液壓調(diào)速。 直流他勵電動機(jī)的調(diào)速實質(zhì)就是人為改變機(jī)械特性。從機(jī)械特性表達(dá)式 可知，改變u、rad、即可改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，對應(yīng)三種調(diào)速方法。 nntkkrrkunteadae02第三章第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性直流電機(jī)的工作原理及特性3.5 3.5 直流他勵直流他勵電動機(jī)電動機(jī)的調(diào)速的調(diào)速特性特性21. 302ktntkkrrkunteadae3.5.1 電樞電路外串電阻電樞電路外串電阻rad調(diào)速調(diào)速以恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，以恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，122的的調(diào)速為例，其調(diào)速為例，其機(jī)電過程機(jī)電過程為為abbc ,c ,即：即：rad增加增加( (ia減少減少ttm m減少減少) )，由，由于慣性，于慣

27、性，n n不突變不突變，于是從，于是從a新新特性特性2 2上的上的b b，在，在b b點，點，t tm mtttl l，n n上升上升ee上升上升i ia a降低降低t tm m沿著新特性沿著新特性u un n降低，降低，當(dāng)當(dāng)t=tt=tl l時，到新的平衡點時，到新的平衡點a a。第三章第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性直流電機(jī)的工作原理及特性3.5 3.5 直流他勵直流他勵電動機(jī)電動機(jī)的調(diào)速的調(diào)速特性特性3.5.2 改變電壓調(diào)速改變電壓調(diào)速特點特點1. 連續(xù)平滑調(diào)速，在連續(xù)平滑調(diào)速，在nn以以下調(diào)速；下調(diào)速；2. 機(jī)械特性硬度不變；機(jī)械特性硬度不變；3. 調(diào)速后電流不變，調(diào)速后電流不變，不不

28、變，變，恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。4. 可利用降壓來啟動電機(jī)可利用降壓來啟動電機(jī)第三章第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性直流電機(jī)的工作原理及特性3.5 3.5 直流他勵直流他勵電動機(jī)電動機(jī)的調(diào)速的調(diào)速特性特性3.5.3 改變主磁通改變主磁通以以1 12 2的的調(diào)速為例，其調(diào)速為例，其機(jī)電過程機(jī)電過程為為bec ,ec ,即：即： 減少減少(e(e減少減少ia增加增加tm增加增加) )，n n不突變不突變, ,于是從于是從bb新特性新特性2 2上的上的e e，在在e e點，點，t tm mttl l，n n上升上升ee上升上升i ia a降低降低tt沿著新特性沿著新特性2 2降低，到新的平衡點降低，

29、到新的平衡點c c。注意！注意！輕載弱磁時產(chǎn)生飛車事故輕載弱磁時產(chǎn)生飛車事故21n第三章第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性直流電機(jī)的工作原理及特性3.5 3.5 直流他勵直流他勵電動機(jī)的電動機(jī)的調(diào)速調(diào)速特性特性3.5.3 改變主磁通改變主磁通特點特點（1）只能在）只能在nn以上進(jìn)行無級調(diào)速；以上進(jìn)行無級調(diào)速；（2）機(jī)械特性變軟，調(diào)速范圍不大；）機(jī)械特性變軟，調(diào)速范圍不大；（3）恒功率調(diào)速（）恒功率調(diào)速（ ia一定時一定時,減少，減少，則則n1/ n1/ ，t t ，p tnp tn恒功率，恒功率，或或p puiuia a近似不變近似不變） 通常同調(diào)壓調(diào)速配合使用（通常同調(diào)壓調(diào)速配合使用（nn以下

30、以下用調(diào)壓，用調(diào)壓，nn以上用調(diào)磁通的方法）。以上用調(diào)磁通的方法）。21n第三章第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性直流電機(jī)的工作原理及特性3.63.6直流他勵直流他勵電動機(jī)的制動特性電動機(jī)的制動特性制動制動是從穩(wěn)定轉(zhuǎn)速開始減速到停止是從穩(wěn)定轉(zhuǎn)速開始減速到停止; 或者限制位能負(fù)載下降速度的一種運轉(zhuǎn)狀態(tài)?；蛘呦拗莆荒茇?fù)載下降速度的一種運轉(zhuǎn)狀態(tài)。電動狀態(tài)電動狀態(tài)：電動機(jī)發(fā)出的：電動機(jī)發(fā)出的t和和n方向相同；方向相同；制動狀態(tài)制動狀態(tài)：（發(fā)電狀態(tài)）轉(zhuǎn)矩：（發(fā)電狀態(tài)）轉(zhuǎn)矩t 與轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速n方向相反方向相反。 穩(wěn)定的制動狀態(tài)穩(wěn)定的制動狀態(tài)(n=c)過渡的制動狀態(tài)過渡的制動狀態(tài)(n是變化的是變化的)第三章第三

31、章 直流電機(jī)的工作原理及特性直流電機(jī)的工作原理及特性3.63.6直流他勵直流他勵電動機(jī)的制動特性電動機(jī)的制動特性電動電動t與與n方向相同，機(jī)械特性曲線位于一、三象限，電能方向相同，機(jī)械特性曲線位于一、三象限，電能機(jī)械能機(jī)械能制動制動t與與n方向相反，機(jī)械特性曲線位于二、四象限，機(jī)械能方向相反，機(jī)械特性曲線位于二、四象限，機(jī)械能電能電能制動制動自由停車，自由停車，制動可加快停車或?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確停車，而且制動不一定就是要制動可加快停車或?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確停車，而且制動不一定就是要使使n=0。例如恒速下放重物。例如恒速下放重物。 制動狀態(tài)分三種：反饋制動、反接制動、能耗制動。制動狀態(tài)分三種：反饋制動、反接制動、能耗

32、制動。第三章第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性直流電機(jī)的工作原理及特性3.6.1 3.6.1 反饋反饋制動制動如電車下坡時，電車的位能轉(zhuǎn)矩如電車下坡時，電車的位能轉(zhuǎn)矩tp會使電會使電車加速車加速(按照運動方程），以至于當(dāng)按照運動方程），以至于當(dāng)nn0時，時，eu，按照按照u=e+iara，有有ia0，t(tm)u，按照按照u=e+iara第三章第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性直流電機(jī)的工作原理及特性3.6.1 3.6.1 反饋反饋制動制動adabadaarreuirreui21降壓調(diào)速過程中降壓調(diào)速過程中的反饋制動的反饋制動lmlmbttnnttieunn221020從從b到到n02點為反饋制動

33、，點為反饋制動，(tm)n0, tm與n反方向, 反饋制動rad越大, 則下降的n越大即使rad0，也有nn0,第三章第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性直流電機(jī)的工作原理及特性3.6.1 3.6.1 反饋反饋制動制動反饋制動的反饋制動的特點特點： 反饋制動一般是一種自發(fā)過程。反饋制動一般是一種自發(fā)過程。 1反饋制動的機(jī)械特性是原來電動狀態(tài)的機(jī)械特性曲線的延伸反饋制動的機(jī)械特性是原來電動狀態(tài)的機(jī)械特性曲線的延伸（)。因為機(jī)械特性表達(dá)式不變。因為機(jī)械特性表達(dá)式不變。第二、四象限分別對應(yīng)于正、反轉(zhuǎn)時的反饋制動。第二、四象限分別對應(yīng)于正、反轉(zhuǎn)時的反饋制動。2電動機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)（電動機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)（以正轉(zhuǎn)

34、制動為例以正轉(zhuǎn)制動為例,eu,ia0，） 。由電壓平衡方程可得：由電壓平衡方程可得：u=e+iara - -eia=-uiaia2ra 機(jī)械能機(jī)械能 回饋回饋 消耗消耗 發(fā)電發(fā)電通過機(jī)械能發(fā)電，一部分回饋給電源，另一部分消耗在電阻上。通過機(jī)械能發(fā)電，一部分回饋給電源，另一部分消耗在電阻上。0nn 第三章第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性直流電機(jī)的工作原理及特性3.6.2 3.6.2 反接反接制動制動u或或e中任一個改變方向，結(jié)果二者中任一個改變方向，結(jié)果二者變?yōu)橥环阶優(yōu)橥环较蛳?，電動機(jī)即處于，電動機(jī)即處于反接制動反接制動。反接制動又分反接制動又分電源反接制動（電源反接制動（u反向）反向）和和

35、倒拉反倒拉反接制動（接制動（e反向）反向）。注意，注意，反接制動時須串電阻反接制動時須串電阻rad以限流。以限流。第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性3.6.2 3.6.2 反接反接制動制動n1.電源反接制動22. 3adaarriue23. 32tkkrrkunteadae反接電動正向電動反接制動位能負(fù)載時制動ia反向，反向，t也反向也反向理想空載轉(zhuǎn)速變理想空載轉(zhuǎn)速變成成-n-n0 0第三章第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性直流電機(jī)的工作原理及特性3.6.2 3.6.2 反接反接制動制動n1.1.電源反接制動電源反接制動22. 3adaarriue反接反接電動電動正向電動正向電動反接反接制動制動位

36、能負(fù)載時位能負(fù)載時反饋制動反饋制動從從ab（機(jī)械特性突變），（機(jī)械特性突變），在在b點，點，t0n下降下降沿著新沿著新特性特性2 2到到c c點點(n=0)(n=0)，制動結(jié)束。，制動結(jié)束。這時，若這時，若不及時將電源斷開，不及時將電源斷開，電動機(jī)將反向啟動電動機(jī)將反向啟動，直到，直到d d（反（反抗轉(zhuǎn)矩）或抗轉(zhuǎn)矩）或f f（位能轉(zhuǎn)矩）平衡（位能轉(zhuǎn)矩）平衡點。點。 b b到到c c為為反接制動。反接制動。e e到到f f為為反饋制動反饋制動如如:重物提升過程，突然重物提升過程，突然反接電源，變?yōu)橄路?。反接電源，變?yōu)橄路?。第三章第三?直流電機(jī)的工作原理及特性直流電機(jī)的工作原理及特性3.6.2

37、3.6.2 反接反接制動制動n1.1.電源反接制動電源反接制動能量關(guān)系能量關(guān)系：-u-e=ia(ra+rad) - -uia-eia=ia2(ra+rad)（ia0） 電能電能 機(jī)械能機(jī)械能 消耗消耗 發(fā)電發(fā)電電網(wǎng)來的能量和機(jī)械能發(fā)電產(chǎn)生的電網(wǎng)來的能量和機(jī)械能發(fā)電產(chǎn)生的能量都消耗在電阻能量都消耗在電阻上。上。缺點：缺點：制動結(jié)束時須及時自動斷開電源。否則，會反向啟動。制動結(jié)束時須及時自動斷開電源。否則，會反向啟動。應(yīng)用：應(yīng)用：ia大，制動轉(zhuǎn)矩大，所以用于迅速減速、制動、換向及經(jīng)常正反轉(zhuǎn)的場合，大，制動轉(zhuǎn)矩大，所以用于迅速減速、制動、換向及經(jīng)常正反轉(zhuǎn)的場合，第三章第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性

38、直流電機(jī)的工作原理及特性3.6.2 3.6.2 反接反接制動制動n2.2.倒拉反接制動倒拉反接制動( (串接串接r radad改變斜率法改變斜率法) )24. 3adaarriue25. 32tkkrrkunteadae如：提升重物過程中，如：提升重物過程中，欲改為下放重物，欲改為下放重物，可在電可在電樞回路串接電阻樞回路串接電阻rad第三章第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性直流電機(jī)的工作原理及特性3.6.2 3.6.2 反接反接制動制動n2.2.倒拉反接制動倒拉反接制動( (串接串接r radad改變斜率法改變斜率法) ) 選用不同的選用不同的rad可改變下放速度，但不可改變下放速度，但不能能

39、太小太小，交叉點必須在，交叉點必須在四象限（下降）四象限（下降）電動機(jī)的機(jī)械特性曲線由電動機(jī)的機(jī)械特性曲線由1變?yōu)樽優(yōu)?，acdb,平衡點平衡點b b，t=t=tl。穩(wěn)。穩(wěn)定速度定速度nb下降。下降。從從d到到b點為反接制動（點為反接制動（e反向）反向）注意注意：這里：這里t沒有反向沒有反向, 但但 n反向，反向，反反電勢電勢e e反向反向倒拉反接制動倒拉反接制動第三章第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性直流電機(jī)的工作原理及特性3.6.2 3.6.2 反接反接制動制動n2.2.倒拉反接制動倒拉反接制動( (串接串接r radad改變斜率法改變斜率法) )應(yīng)用應(yīng)用：控制位能負(fù)載的下降速控制位能負(fù)載的

40、下降速度度(rad)。rad越小越小，ia越大，越大，t越大，所以下降速越大，所以下降速度度nb也越低也越低。缺點：缺點：1.機(jī)械特性變軟。機(jī)械特性變軟。 2. 2. 若對負(fù)載若對負(fù)載t tl l估計不準(zhǔn)，估計不準(zhǔn)，使使rad計算不準(zhǔn)計算不準(zhǔn)( (太?。?，可能導(dǎo)太?。赡軐?dǎo)致重物不下降反而上升，即致重物不下降反而上升，即b點點可能在第一象限?？赡茉诘谝幌笙?。第三章第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性直流電機(jī)的工作原理及特性3.6.3 3.6.3 能耗能耗制動制動( (u=0u=0串接串接r radad) )26. 3adaarrie27. 32tkkrrnteada如圖，把外加電壓如圖，把外加電

41、壓u降為降為0，而串接電阻，而串接電阻rad（限流作用）并短接起來，（限流作用）并短接起來，便得到能耗制動狀態(tài)。便得到能耗制動狀態(tài)。注意：注意：rad不能太小不能太小, iimax此時，由感應(yīng)電勢此時，由感應(yīng)電勢e供電供電，電流電流ia反向（如圖中虛線所示）反向（如圖中虛線所示），所以，所以t也也反向（與反向（與n相反），變?yōu)橹苿愚D(zhuǎn)矩。相反），變?yōu)橹苿愚D(zhuǎn)矩。第三章第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性直流電機(jī)的工作原理及特性3.6.3 3.6.3 能耗能耗制動制動( (u=0u=0串接串接r radad) )26. 3adaarrie27. 32tkkrrnteada位能負(fù)載（位能負(fù)載（c點點）(反

42、轉(zhuǎn)）能耗制動反轉(zhuǎn)）能耗制動反抗型負(fù)載（反抗型負(fù)載（o點點）（正轉(zhuǎn)）能耗制動（正轉(zhuǎn)）能耗制動注意：注意：rad不能不能太小太小保證保證iimax對應(yīng)的機(jī)械特對應(yīng)的機(jī)械特性曲線經(jīng)過原性曲線經(jīng)過原點（點（n0=0)。第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性3.6.3 3.6.3 能耗能耗制動制動( (u=0串接rad) )位能負(fù)載位能負(fù)載制動（制動（b-c點）點）優(yōu)點優(yōu)點：運行速度穩(wěn)定不會出現(xiàn)：運行速度穩(wěn)定不會出現(xiàn)倒拉制動那樣因計算不準(zhǔn)而引倒拉制動那樣因計算不準(zhǔn)而引起不降反而上升的事故起不降反而上升的事故反抗型負(fù)載反抗型負(fù)載制動（制動（b-o點點）優(yōu)點優(yōu)點：不會：不會象象電源反接制動一電源反接制動一樣出現(xiàn)樣

43、出現(xiàn)反向起動的危險反向起動的危險第三章第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性直流電機(jī)的工作原理及特性3.6.3 3.6.3 能耗能耗制動制動( (u=0u=0串接串接r radad) )電源反接電源反接 倒拉反接倒拉反接 能耗制動能耗制動第三章第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性直流電機(jī)的工作原理及特性3.6.3 3.6.3 能耗能耗制動制動( (u=0u=0串接串接r radad) )由圖可見：由圖可見：能耗制動時，能耗制動時，rad越小，制動轉(zhuǎn)矩越大，越小，制動轉(zhuǎn)矩越大，制動效制動效果越強(qiáng)。果越強(qiáng)。rad的最小值應(yīng)該使制動電的最小值應(yīng)該使制動電流不超過電動機(jī)的允許值。流不超過電動機(jī)的允許值。而而倒拉反接制動倒拉反接制動的的rad則由則由限流和限流和t tl l共同決定。共同決定。第三章第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性直流電機(jī)的工作原理及特性3