第二章 直流電機(jī)

1、直流電機(jī)分為直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)。 直流電動(dòng)機(jī)用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載。優(yōu)良的啟動(dòng)性能和調(diào)速性能，控制簡(jiǎn)單，在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。 直流發(fā)電機(jī)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。轉(zhuǎn)軸極靴電樞齒電樞槽底腳電樞鐵心電樞繞組換向極鐵心換向極繞組定子磁軛勵(lì)磁繞組主磁極鐵心直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)可分為靜止和轉(zhuǎn)動(dòng)兩部分，靜止部分稱為定子，旋轉(zhuǎn)部分稱為轉(zhuǎn)子（也稱電樞）。直流電機(jī)定子部分包括機(jī)座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等；轉(zhuǎn)子部分包括電樞鐵芯、電樞繞組、換向器、風(fēng)扇和轉(zhuǎn)軸等。主磁極用來(lái)產(chǎn)生氣隙磁場(chǎng)，并使電樞表面的氣隙磁通密度按一定波形沿空間分布。主磁極包括主磁極鐵芯和勵(lì)磁繞組。主磁極鐵芯由mm1.5mm厚的低碳鋼薄板沖片疊

2、壓而成。勵(lì)磁繞組用圓形或矩形純銅絕緣電磁線制成。各磁極的勵(lì)磁繞組串聯(lián)連接成一路，以保證各主極勵(lì)磁繞組的電流相等。 大的直流電機(jī)在極靴上開槽, 槽內(nèi)嵌放補(bǔ)償繞組，與電樞繞組串聯(lián)，用以抵消極靴范圍內(nèi)的電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)，從而減少氣隙磁場(chǎng)的畸變，改善換向，提高電機(jī)運(yùn)行可靠性。主磁極示意圖換向極示意圖主極產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁密波形電樞鐵心用來(lái)通過(guò)磁通并嵌放電樞繞組，是主磁路的一部分。由于轉(zhuǎn)子在定子主磁極產(chǎn)生的恒定磁場(chǎng)內(nèi)旋轉(zhuǎn)，因此電樞鐵芯內(nèi)的磁通是交變的，為減少渦流和磁滯損耗，通常用兩面涂絕緣漆的0.5mm硅鋼片疊壓而成。沖片上有均勻分布的嵌放電樞繞組的槽和軸向通風(fēng)孔。電樞繞組是產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能

3、量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件。 換向器是直流電機(jī)特有的關(guān)鍵部件，將電樞繞組內(nèi)部的交流電勢(shì)轉(zhuǎn)換成電刷間的直流電勢(shì)。換向器由許多稱為換向片的、彼此互相絕緣的銅片組合而成， 電刷裝置電刷裝置 電刷裝置由電刷、刷握、刷桿和刷桿座等組成，電刷裝置與換向器配合將轉(zhuǎn)動(dòng)的電樞繞組和靜止的外電路聯(lián)通。 主要由定子、轉(zhuǎn)子兩部分組成直流電機(jī)定子轉(zhuǎn)子機(jī)座換向極主磁極電刷裝置電樞鐵心軸承換向器風(fēng)扇 轉(zhuǎn)軸電樞繞組直流電機(jī)的物理模型直流電機(jī)的物理模型電勢(shì)正方向：abcdB+,A-abcdABabcdABdcabAB電勢(shì)正方向：dcbaB+,A-電樞線圈內(nèi)電勢(shì)、電流方向是交流電；電刷間為直流電勢(shì)。線圈中感應(yīng)電勢(shì)與電流方向一致；從空間看，

4、 電樞電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在空間上是恒定不變的磁場(chǎng)；產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩Tem與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反， 是制動(dòng)性質(zhì)；abcdabcddcab電流正方向：dcba轉(zhuǎn)矩方向：順時(shí)針電勢(shì)方向：abcd電流正方向：abcd轉(zhuǎn)矩方向：順時(shí)針電勢(shì)方向：dcba外施電壓、電流是直流， 電樞線圈內(nèi)電流是交流；線圈中感應(yīng)電勢(shì)與電流方向相反；線圈是旋轉(zhuǎn)的，電樞電流是交變的。 電樞電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在空間上是恒定不變的；產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩Tem與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相同， 是驅(qū)動(dòng)性質(zhì)；同一臺(tái)直流電機(jī)， 通過(guò)改變外界條件， 可當(dāng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行， 也可當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。他 勵(lì)串 勵(lì)并 勵(lì)aII faIIIfaIII注：IaIfI：電源輸入電流；：電樞電流；：勵(lì)磁電流

5、復(fù)勵(lì):同時(shí)具有并勵(lì)繞組和串勵(lì)繞組稱為復(fù)勵(lì) 額定容量PN： 輸出功率額定電壓UN：額定狀態(tài)下出線端電壓；額定電流IN：額定狀態(tài)下出線端電流；額定轉(zhuǎn)速n： 額定狀態(tài)下的電機(jī)轉(zhuǎn)速直流發(fā)電機(jī)： PNUN IN直流電動(dòng)機(jī)： PNUN IN 對(duì)電樞繞組的要求：在通過(guò)規(guī)定的電流時(shí)產(chǎn)生盡可能大的電勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩前提下，所消耗的材料最少、 強(qiáng)度高（機(jī)械、電氣、熱）、 運(yùn)轉(zhuǎn)可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、下線方便等。 電樞繞組: 直流電機(jī)的電磁感應(yīng)的關(guān)鍵部件之一, 是直流電機(jī)的電路部分。轉(zhuǎn)子電樞電樞繞組基本形式：疊繞組、波繞組和蛙繞組疊繞組波繞組邊在NS極下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)極軸線：磁極中心線幾何中心線： 磁極之間的平分線極距：電樞鐵心表

6、面， 一個(gè)極所占的距離。y=y1y2元件：第二節(jié)距y2合成節(jié)距y：換向器節(jié)距yk：第一節(jié)距y1PZyi21 為了使繞組各元件能沿著電樞表面分布，相鄰元件在磁場(chǎng)中必須移過(guò)一定的距離，場(chǎng)移m用虛槽數(shù)或換向器數(shù)來(lái)表示。 對(duì)于疊繞組來(lái)說(shuō)，相鄰的兩個(gè)元件處于同一極面下，為了使繞組能分布開，y2的絕對(duì)值不能等于y1。顯然，疊繞組的合成節(jié)距y與場(chǎng)移m相等， 對(duì)于波繞組，相串聯(lián)的兩個(gè)元件處于相鄰的兩個(gè)同極性的磁極面下，為了使繞組能分布，合成節(jié)距y不能恰好等于一對(duì)極距， 迭：迭： 兩個(gè)相臨聯(lián)接的元件， 后一元件的端部緊迭在前一元件的端部。特點(diǎn)： 槽數(shù)Z、元件數(shù)S和換向片數(shù)K三者相等單迭迭： 首末端相聯(lián)的兩換向片

7、相隔一個(gè)換向片的寬度。y=yk=1畫單匝和多匝示意圖1。 數(shù)據(jù)計(jì)算：yyk1計(jì)算數(shù)據(jù)y和y1畫繞組展開圖安放電刷和磁極實(shí)例： P2， ZSK164221621pZy合成節(jié)距第一節(jié)距元件1：定義 上元件邊在1槽， 下元件邊放在相距y1=4即5槽下層。元件2： 上元件邊在2槽， 下元件邊放在相距y1=4即6槽下層。以此類推繞電樞一周， 所有元件互相串聯(lián)構(gòu)成一閉合回路。編號(hào)原則yyk14221621pZy合成節(jié)距第一節(jié)距1123456789101112131416152345678910111213141615NSNS+V112345678910111213141615234567891011121

8、3141615NSNS+aaaiI2a為支路對(duì)數(shù)波繞組波繞組：首末端所接的兩換向片相隔很遠(yuǎn)， 兩個(gè)元件相串聯(lián)后形似波浪。為了使相串聯(lián)的元件所生的電勢(shì)同向相加， 對(duì)應(yīng)元件邊應(yīng)處于相同磁極極性下， 即合成節(jié)距 2,2yy單波繞組： 換向片節(jié)距yk必須符合 CPKyk1為了使繞組從某一換向片出發(fā)， 沿電樞鐵心一周后回到原來(lái)出發(fā)點(diǎn)相鄰的一片上， 則可由此再繞下去。 式28不對(duì)，對(duì)比211（a）左行繞組 （a）左行繞組左行繞組 （b）右行繞組計(jì)算數(shù)據(jù)y和y1畫繞組展開圖安放電刷和磁極1。繞組數(shù)據(jù)計(jì)算34341521pzy721151pKyyk43721yyy元件、換向片的放置：1元件上層邊1槽， 下層邊

9、4槽;首末端所連的換向片相距yk7；為了端部對(duì)稱， 首末端所連的兩換向片之間的中心線與1元件的軸線重合。 1元件上層邊所連的換向片定為1。 依次聯(lián)接。 磁極放置： N、S極磁極均勻交替的排列。電刷的放置：放在與主極軸線對(duì)準(zhǔn)的換向片上。 3345678911101213 1415214567891011 1213 14 1512NSSN槽展開槽展開繞組放置繞組放置安放磁極、電刷安放磁極、電刷從繞組展開圖可以看出， 全部15個(gè)元件串聯(lián)而構(gòu)成一個(gè)閉合回路的順序是：1815 714 6 13 5 124 11 310 291用聯(lián)接順序圖表示為：B:1,8,9A:5,12單波繞組把相同極性下的全部元件串

10、聯(lián)起來(lái)組成一條支路。 由于磁極只有N、S之分， 所以單波繞組的支路對(duì)數(shù)a與極對(duì)數(shù)多少無(wú)關(guān)， 永遠(yuǎn)為1，即a1。 同極性下各元件串聯(lián)起來(lái)組成一條支路， 支路對(duì)數(shù)a1， 與磁極對(duì)數(shù)p無(wú)關(guān)。當(dāng)元件的幾何尺寸對(duì)稱時(shí)， 電刷在換向器表面上的位置對(duì)準(zhǔn)主磁極中心線， 支路電動(dòng)勢(shì)最大。電刷組數(shù)應(yīng)等于極數(shù)（采用全額電刷）; 電樞電流 Ia2ia 。 單迭繞組：?jiǎn)蔚@組：串聯(lián)所有上元件邊在同一極下的元件， 形成一條支路。 每增加一對(duì)主極就增加一對(duì)支路。 2a2p。 迭繞組并聯(lián)的支路數(shù)多， 每條支路中串聯(lián)元件數(shù)少，適應(yīng)于較大電流、較低電壓的電機(jī)。 單波繞組：?jiǎn)尾ɡ@組：把全部上元件邊在相同極性下的元件相連，形成一條支

11、路。 整個(gè)繞組只有一對(duì)支路， 極數(shù)的增減與支路數(shù)無(wú)關(guān)。 2a2。波繞組并聯(lián)的支路數(shù)少， 每條支路中串聯(lián)元件數(shù)多， 適用于較高電壓、較小電流的電機(jī)。直流電機(jī)的磁場(chǎng)由電機(jī)中各繞組、包括勵(lì)磁繞組、電樞繞組、換向極繞組共同產(chǎn)生。 勵(lì)磁繞組起主要作用。計(jì)算電樞電勢(shì)、電磁轉(zhuǎn)矩及分析電機(jī)換向時(shí)，必須了解計(jì)算電樞電勢(shì)、電磁轉(zhuǎn)矩及分析電機(jī)換向時(shí)，必須了解電機(jī)內(nèi)磁場(chǎng)分布情況。電機(jī)內(nèi)磁場(chǎng)分布情況。1123456789101112131416152345678910111213141615NSNS+碳刷位置說(shuō)明碳刷位置說(shuō)明電樞磁場(chǎng)位置直流電機(jī)空載時(shí)的磁場(chǎng)分布磁路從氣隙1出發(fā)經(jīng)電樞齒電樞軛電樞齒2氣隙2主磁極2定子軛主

12、磁極1，最后又回到氣隙10000000)1 (kPPk25. 115. 1k一般情況下：ffxxNILHF20磁勢(shì)：計(jì)算方法：1。先求經(jīng)過(guò)某一段的磁通； 2。根據(jù)該段的截面積SX計(jì)算該段的磁密BX； 3。由Bx在磁化曲線上查HX。 00F在一個(gè)磁極的范圍內(nèi)，勵(lì)磁磁勢(shì)大小一樣，B大小完全與氣隙長(zhǎng)度成反比。在主極直軸附近的氣隙較小，并且氣隙均勻，磁阻小，即此位置的主磁場(chǎng)較強(qiáng)，在此位置以外，氣隙逐漸增大，主磁場(chǎng)也逐漸減弱，到兩極之間的幾何中線處時(shí)，磁密等于0。lBldxBavx220每極主磁通：討論開槽的影響,B0SB0HF FNIFff220FNIFff220磁路不飽和磁路飽和00磁化曲線：表示空

13、載主磁通0與主極磁動(dòng)勢(shì)F0之間的關(guān)系曲線， 0f（ F0）。通過(guò)實(shí)驗(yàn)或計(jì)算得到。F00直線，不飽和部分膝點(diǎn)飽和部分F0F0FFk(約1.11.35)飽和系數(shù)：氣隙線直流電機(jī)負(fù)載后，電樞繞組有電流通過(guò)，該電流建立的磁場(chǎng)簡(jiǎn)稱電樞磁場(chǎng)電樞磁場(chǎng)，電樞磁場(chǎng)對(duì)主磁場(chǎng)的影響就稱為電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)。各支路電流都是通過(guò)電刷引入或引出，電刷是電樞表面電流分布的分界線。電樞磁與主極軸線正交的軸線通常稱為交軸與主極軸線重合的軸線稱為直軸；aaaaaxDNiAAxxDNif ,)2 (21A:電樞線負(fù)載， B=B=axaxFB0為了便于分析電樞反應(yīng)，可將電樞磁動(dòng)勢(shì)分為兩部分來(lái)研究，一部分是2角以外的-2b范圍內(nèi)的導(dǎo)體電

14、流產(chǎn)生的交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)： 另一部分是由2b范圍內(nèi)的導(dǎo)體電流產(chǎn)生的直軸電樞磁動(dòng)勢(shì) ：()2aqFAbFad=Ab 電刷不在幾何中性線上時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)分布曲線 2.3.3 電樞反應(yīng) 電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的磁場(chǎng)由主極的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)和電樞磁動(dòng)勢(shì)共同產(chǎn)生，致使負(fù)載時(shí)氣隙磁場(chǎng)與空載時(shí)不同。電樞電流產(chǎn)生的電樞磁場(chǎng)對(duì)主極勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)建立的氣隙磁場(chǎng)產(chǎn)生影響，使氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變的作用稱為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)可分交軸電樞反應(yīng)和直軸電樞反應(yīng)。1、交軸電樞反應(yīng) 直流發(fā)電機(jī)的電刷是順轉(zhuǎn)向偏移一個(gè)小角度時(shí)，直軸電樞反應(yīng)對(duì)主極磁場(chǎng)的作用將是去磁的。而直流發(fā)電機(jī)的電刷若是逆轉(zhuǎn)向偏移一個(gè)小角度時(shí)，直軸電樞反應(yīng)對(duì)主極磁場(chǎng)的作用將是增磁的。

15、電樞反應(yīng)：電樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)主極勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)建立的氣隙磁場(chǎng)的影響。具體表現(xiàn)：使氣隙磁場(chǎng)分布發(fā)生畸變；使物理中性線位移（空載時(shí)，電機(jī)物理中性線與幾何中性線重合；負(fù)載時(shí)，物理中性線發(fā)生偏轉(zhuǎn)；呈去磁作用2.4.1 直流電機(jī)的電樞電勢(shì)電樞電勢(shì)：直流電機(jī)正、負(fù)電刷之間的感應(yīng)電勢(shì)， 即每個(gè)支路里的感應(yīng)電勢(shì)。計(jì)算：求出一根導(dǎo)體在一個(gè)極距范圍內(nèi)切割氣隙磁密的平均感應(yīng)電勢(shì)，乘上一個(gè)支路里總的導(dǎo)體數(shù)。支路電勢(shì)：nCnapNnpllaNeaNEeiiava6060222N：總導(dǎo)體數(shù)電勢(shì)常數(shù)電勢(shì)常數(shù)aPNCe60Bav：平均磁密； ：導(dǎo)體長(zhǎng)度； ：電樞旋轉(zhuǎn)線速度具體計(jì)算：一根導(dǎo)體：vlBeiavav602npvn：電樞旋轉(zhuǎn)速

16、度（r/min)iavlB：每極磁通vilnCenapNEa60一臺(tái)制造好的電機(jī)， 它的電樞電勢(shì)( )正比于每極磁通（韋伯)和轉(zhuǎn)速n（r/min), 與磁密分布無(wú)關(guān)。 aE 當(dāng)繞組為短距元件時(shí)，在一個(gè)支路中有部分元件的兩有效邊的電動(dòng)勢(shì)相互抵消，使導(dǎo)體的平均電動(dòng)勢(shì)減少，因此電樞繞組的電動(dòng)勢(shì)也隨之減少，但直流電機(jī)中短距是很小的，故短距對(duì)電樞電動(dòng)勢(shì)的影響不大。當(dāng)電刷在換向器幾何中性線上時(shí)，電樞電動(dòng)勢(shì)最大；如電刷偏離幾何中心線時(shí)，支路中也有部分導(dǎo)體的電動(dòng)勢(shì)相互抵消，電樞繞組的電動(dòng)勢(shì)也將減小。一根導(dǎo)體的平均電磁力：aiavavilBfaIiaa2電磁轉(zhuǎn)矩：22aaiavaavemDNilBDfNTpDa

17、2aTaaiiemICIapNpNaIllT2222 轉(zhuǎn)矩常數(shù)轉(zhuǎn)矩常數(shù)aPNCT22 216162 217172 219192 220202 22222aTaemICIapNT2一臺(tái)制造好的電機(jī)， 它的電磁轉(zhuǎn)矩正比于每極磁通和電樞電流， 與磁密分布無(wú)關(guān)。電勢(shì)常數(shù)Ce和轉(zhuǎn)矩常數(shù)CT決定于結(jié)構(gòu)常數(shù)。它們的關(guān)系為：55. 9260eTCC或047. 1602TeCCaPNCT2aPNCe60電磁功率：emaTaeaaemTInCInCIEP602直流電動(dòng)機(jī)：從電源吸收的電功率， 通過(guò)電磁感應(yīng)作用， 轉(zhuǎn)換成軸上的機(jī)械功率；直流發(fā)電機(jī)：原動(dòng)機(jī)克服電磁轉(zhuǎn)矩的制動(dòng)作用所做的機(jī)械功率等于通過(guò)電磁感應(yīng)作用在電樞

18、回路所得到的電功率。 電磁功率一臺(tái)單波繞組的直流發(fā)電機(jī), 2P4, PN50kW, UN230V, nN725r/min, K=135， 線圈匝數(shù)Ny1, 試求： 電樞繞組總導(dǎo)體數(shù)； 空載時(shí), 產(chǎn)生額定電壓的每極磁通量0； 若將電樞繞組改為單疊繞組, 在同樣的每極磁通量0及轉(zhuǎn)速下, 空載時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為多少?解： ， 改成單疊后 22 135 1270yNkN 1a2 27096060 1ePNCa02300.035249Wb9 725NeNeNUEC nC n 2aP2 2704.56060 2ePNCa04.5 0.035249 725115VeNECn直流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁方式可以是他勵(lì)、并勵(lì)和

19、復(fù)勵(lì)。各物理量正方向的規(guī)定： 電樞電動(dòng)勢(shì)Ea與電流Ia方向一致； 電磁轉(zhuǎn)矩Tem與轉(zhuǎn)速n方向相反， 為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。1、電動(dòng)勢(shì)平衡方程式電樞回路：URIUEaaa2)(jfffRRIUEa U勵(lì)磁回路：faIII并勵(lì)發(fā)電機(jī)2、轉(zhuǎn)矩平衡式T1：輸入轉(zhuǎn)矩; T0:空載制動(dòng)轉(zhuǎn)矩3、功率平衡式01TTTemn60201TTTem01pPPem01pPPemP1-原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械功率；Pem-電磁功率；P0=發(fā)電機(jī)的空載損耗，admecFepppTp00電磁功率：cubcuacufabaafabaaaaaaeaeaTemempppPIURIIIUIURIUIIEInCnICICTP2222)(2602260

20、admecFecubcuacufppppppUIP1并勵(lì)發(fā)電機(jī)：他勵(lì)發(fā)電機(jī)：發(fā)電機(jī)的效率：pPpPP2121pPppppppUIPadmecFecubcuacuf21pPpppppUIPadmecFecubcua21可以證明，當(dāng)電機(jī)中的可變損耗(pcua,pcub,pcuf,pad)和不變損耗(pmec,pFe)相等時(shí)，電機(jī)的效率為最大。 一臺(tái)4極并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：PN=20kW，UN=230V。nN=1450r/min，電樞回路電阻Ra=0.15，并勵(lì)回路總電 阻 Rf= 7 4 . 1 ， 電 刷 壓 降 2 Ub= 2 V ， 空 載 損 耗p0=1000W+0.001PN。求

21、額定負(fù)載下的電磁功率、電磁轉(zhuǎn)矩和效率。解：解：額定電流 IN=PN/UN=20103/230=87A 勵(lì)磁電流 If= Uf / Rf =230/74.1=3.1A 額定負(fù)載時(shí)電樞電流 Ia=IN+If=87+3.1=90.1A 額定負(fù)載時(shí)電樞電動(dòng)勢(shì) =UN+IaRa+2Ub=230+90.10.15+2=245.5V 額定負(fù)載時(shí)的電磁功率 Pem=EaIa=245.590.1=22100WaE電磁功率也可通過(guò)功率平衡關(guān)系求得Pem=P2+ pcua+ pcub+pcuf P2 Ia2Ra 2UbIa UIf =20103+1210+180+713=22.1103W額定負(fù)載時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩Tem=

22、Pem/=22.1103/=22.110360/(21450)=145.5Nm額定負(fù)載時(shí)發(fā)電機(jī)的輸入功率P1= Pem+ p0=22.1103+1000+0.00120103=23.12103W額定負(fù)載時(shí)的效率 86.5% 21100%PP直流發(fā)電機(jī)的四個(gè)基本物理量： U、I、If、n。（n由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，保持不變）運(yùn)行特性：在U、I、If 之間，保證其中一個(gè)量不變，另外兩個(gè)物理量之間的函數(shù)關(guān)系。主要特性：1 n常數(shù)， I0， Uf（If）；空載特性3 n常數(shù)， If常數(shù)，Uf（I）；外特性4 n常數(shù)， U常數(shù)，Iff（I）；調(diào)節(jié)特性2 n常數(shù)， I常數(shù)， Uf（If）；負(fù)載特性空載時(shí)，aEU

23、nCEea n等于常數(shù)aE)(0faIfEU空載特性實(shí)質(zhì)即為電機(jī)磁化曲線確定磁路和運(yùn)行點(diǎn)的飽和程度（ n常數(shù)，I0，U0f（If）)(fIfURIUEaaa2空載特性可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)的手段得到。調(diào)節(jié)RfIf單調(diào)增長(zhǎng)U=1.11.3 UNIf單調(diào)減小至0If反向單調(diào)增長(zhǎng)U=（1.11.3）UNIf單調(diào)減小至0n常數(shù)， I常數(shù)， Uf（If）IURIAUaa2IIaURIUEaaa2IIIAEff11電樞反應(yīng)去磁 由于電阻壓降和Ia成正比，電樞反應(yīng)去磁也可近似地認(rèn)為和Ia成正比，故特性三角形的兩直角邊近似與Ia成正比。因此，負(fù)載特性就是特性三角形沿空載特性平行移動(dòng)時(shí)，U點(diǎn)的軌跡。 外特性也可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)

24、的手段得到。URInCURIEUaaeaaa2 2IU1 他勵(lì)12 并勵(lì)2調(diào)節(jié)RLI從零增至額定值n不變If=IN不變n常數(shù)， If常數(shù)，Uf（I） 負(fù)載運(yùn)行時(shí)，引起他勵(lì)發(fā)電機(jī)的端電壓低于空載電壓負(fù)載運(yùn)行時(shí)，引起他勵(lì)發(fā)電機(jī)的端電壓低于空載電壓的原因有：的原因有：1 1）電樞回路的電阻壓降；）電樞回路的電阻壓降；2 2）去磁性質(zhì)的電樞）去磁性質(zhì)的電樞反應(yīng)引起的電樞電勢(shì)的降低。由電勢(shì)方程式反應(yīng)引起的電樞電勢(shì)的降低。由電勢(shì)方程式U U = = E E - -I Ia aR Ra a可知，隨著負(fù)載電流的增加，發(fā)電機(jī)的端電壓將逐步下降?？芍S著負(fù)載電流的增加，發(fā)電機(jī)的端電壓將逐步下降。 %1000NN

25、UUUUU0是空載時(shí)的端電壓， 一般他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的電壓變化率約為510%。轉(zhuǎn)速一定，負(fù)載電流變化時(shí)，為維持他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的端電壓不變，需要調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流。負(fù)載電流增大，勵(lì)磁電流也增大。I=IN,U=UN 時(shí)的If，稱為額定勵(lì)磁電流。INIfNn常數(shù)， U常數(shù)，Iff（I）URIUEaaa2faIII“自勵(lì)發(fā)電機(jī)”， If15dtdILRIUffff0自勵(lì)過(guò)程：電阻線，場(chǎng)阻線NeanCEU0ffffRIRItg1、并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的自勵(lì)條件發(fā)電機(jī)自勵(lì)時(shí)的穩(wěn)定點(diǎn)為勵(lì)磁回路伏安特性曲線與空載特性的交點(diǎn)。不同的轉(zhuǎn)速， 具有不同的臨界電阻（1）電機(jī)必須有剩磁。 可通過(guò)“充磁”（2）勵(lì)磁繞組的接線與電樞旋轉(zhuǎn)

26、方向必須正確配合，使勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與剩磁方向一致（3）勵(lì)磁回路的電阻應(yīng)小于與電機(jī)轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的臨界電阻。并勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性 U=f(I) 與他勵(lì)相比，根據(jù)有幾個(gè)特點(diǎn)：URIEUaaa2(1) 負(fù)載增大時(shí)， 端電壓下降較快；(2) 外特性有拐彎現(xiàn)象;n常數(shù)， If常數(shù)，Uf（I）原因：壓降、電樞反應(yīng)、 磁路飽和 并勵(lì)發(fā)電機(jī)外特性拐彎的現(xiàn)象是由磁路飽和現(xiàn)象引起的。當(dāng)電機(jī)運(yùn)行在磁路比較飽和區(qū)域，RL減少時(shí)，電機(jī)端電壓下降，隨之If減少所引起的電樞電動(dòng)勢(shì)減少的程度不大，因此負(fù)載電流將隨RL的減少而增大；但當(dāng)電機(jī)運(yùn)行在磁路飽和程度較低的區(qū)域，RL減少時(shí)，電機(jī)端電壓下降，隨之If減少所引起的電樞電動(dòng)

27、勢(shì)減少的程度較大，故負(fù)載電流將隨RL的減少而減少。當(dāng)電樞直接短路時(shí)，端電壓為零，勵(lì)磁電流為零，電樞電流僅由剩磁電動(dòng)勢(shì)所產(chǎn)生，因此短路電流不會(huì)很大。但如果發(fā)生突然短路，則由于勵(lì)磁繞組有很大的電感，勵(lì)磁電流及其所建立的磁通不能立即為零，從而短路電流的數(shù)值會(huì)很大，因此，并勵(lì)發(fā)電機(jī)也不能任意短路。復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)的接線圖如圖示。在復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)中，并勵(lì)繞組起主要作用，以保證空載時(shí)能產(chǎn)生額定端電壓。負(fù)載運(yùn)行時(shí)，串勵(lì)繞組起助磁作用，以補(bǔ)償負(fù)載時(shí)電樞反應(yīng)的去磁作用和電樞回路的總電阻壓降，使發(fā)電機(jī)的端電壓仍保持額定電壓，此時(shí)稱為平復(fù)勵(lì)；若串勵(lì)繞組磁動(dòng)勢(shì)過(guò)補(bǔ)償，使負(fù)載時(shí)額定電壓大于額定電壓，則稱為過(guò)復(fù)勵(lì)；反之，欠補(bǔ)償時(shí)，

28、則稱為欠勵(lì)磁。復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，若為差復(fù)勵(lì)接法，則隨著負(fù)載電流的增加，發(fā)電機(jī)氣隙的合成磁場(chǎng)和電樞電動(dòng)勢(shì)將進(jìn)一步減少，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)端電壓迅速下降，其外特性接近于恒流源特性，故差復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)常用作直流電焊發(fā)電機(jī)。上圖為各種復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性曲線。（1）三個(gè)平衡式， 以及EaU的發(fā)電狀態(tài)判據(jù)。（2）發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁方式：（3）并勵(lì)發(fā)電機(jī)的自勵(lì)條件和特性。例例2-5 一臺(tái)并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)，PN=46 kW，UN=115 V，nN=1000 r/min，2Ub=2 V，電樞回路各繞組的總電阻Ra=0.0125 ，并勵(lì)繞組電阻Rf=12 ，額定運(yùn)行時(shí)勵(lì)磁回路串入的調(diào)節(jié)電阻Rj=2.375 ，已知在額定轉(zhuǎn)速下把該

29、發(fā)電機(jī)的并勵(lì)繞組改為他勵(lì)時(shí)，測(cè)得的空載特性為： If/A 4 5 6 7 8 9 10 11 U0/V 86 103 113 122.1 128 133 136 139設(shè)交軸電樞反應(yīng)的去磁作用僅與電樞電流的大小成正比。試求當(dāng)轉(zhuǎn)速和電樞電流保持額定運(yùn)行時(shí)的數(shù)值不變，而把并勵(lì)繞組回路的調(diào)節(jié)電阻Rj調(diào)到3.4 時(shí)發(fā)電機(jī)的端電壓。解：解：額定電流 IN=PN/UN=46103/115=400 A額定勵(lì)磁電流 IfN = Uf/(Rf+Rj)=115/(12+2.375)=8 A額定負(fù)載時(shí)的電樞電流 IaN=IN+IfN= 400+8=408 A額定負(fù)載時(shí)電樞回路總電阻電壓壓降 IaNRa+2Ub=40

30、80.0125+2=7.1 V 額定負(fù)載時(shí)的電樞電動(dòng)勢(shì) EN=UN+ IaNRa+2Ub=115+7.1=122.1 V從空載特性上求取當(dāng)EN=122.1 V時(shí)的勵(lì)磁電流If0=7 A，故在額定負(fù)載時(shí)，電樞反應(yīng)去磁作用折算成的等效勵(lì)磁電流為 Ifaq=IfN-If0=8-7=1 A當(dāng)Rj調(diào)節(jié)到3.4 時(shí)，勵(lì)磁電流If=Uf/(Rf+Rj)，即有Uf = (Rf+Rj)If =（12+3.4）If = 15.4 If V (例2.5-1)If = If0+Ifaq = (If0+1) A (例2.5-2)Rj調(diào)到3.4 時(shí)，發(fā)電機(jī)端電壓U = E-IaNRa-2Ub = (E-7.1) V (例

31、2.5-3)空載特性曲線E=f(If)可用相鄰兩點(diǎn)之間的直線表示。先假設(shè)在（5,103）和（6,113）兩點(diǎn)之間可用直線表示，則(113-103)/(6-5)=(E-103)/(If0-5)，可得E =（10If0+53）V (例2.5-4)聯(lián)立求解(例2.5-1)、(例2.5-2)、(例2.5-3)和(例2.5-4)，可得If0=5.65 A，U=102.4 V，E=109.5V。E=109.5V在（5,103）和（6,113）兩點(diǎn)之間，故原來(lái)的假設(shè)正確。發(fā)電機(jī)的端電壓U=102.4V。 可逆原理：發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)電磁本質(zhì)相同；本章主要內(nèi)容：直流電動(dòng)機(jī)的工作特性 機(jī)械特性 起動(dòng)、制動(dòng)和調(diào)速問(wèn)題

32、作業(yè)：作業(yè)：2 236 36 ，2 23838 aaaaERIEU0aaemIEPaaaaERIEU0aaemIEP各物理量正方向的規(guī)定： 電樞電動(dòng)勢(shì)Ea與電流Ia方向相反； 電磁轉(zhuǎn)矩Tem與轉(zhuǎn)速n方向一致。電流與電壓的參考方向如圖示；直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁方式可以是他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)。下面以并勵(lì)為例推導(dǎo)直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式。電樞回路：)(ajaaaRRIEU)(jffRRIUU Ea勵(lì)磁回路：穩(wěn)態(tài)dtdiLRieUaaaaa瞬態(tài)（不接 時(shí)）ajRTem:電磁轉(zhuǎn)矩；T2：輸出轉(zhuǎn)矩; T0:空載制動(dòng)轉(zhuǎn)矩; 推論：推論：（1）TTemaCTTCTI02若總制動(dòng)轉(zhuǎn)矩不變，不變， 穩(wěn)定后的Ia不變。（

33、2） 實(shí)際空載時(shí)， Ia 0。CemTTTT02勻速運(yùn)行：速度變化：dtdJTTTem02電動(dòng)機(jī)從電源輸入的電功率為：cufcubcuaemfaaaaafaaaapPpPUIUIRIIEIUIURIEIUP2221admecFepppp00202)(pPTTTIEPemaaemn6020pFepmecpadp：空載損耗：機(jī)械損耗：附加損耗：鐵耗 并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的功率平衡式：pPppppppPPadmecfecufcubcua112)( %100)1 (%100212pPpPP效率：工作特性工作特性， 是指在UUN，IfIfN時(shí)， 轉(zhuǎn)速n、電磁轉(zhuǎn)矩 和效率隨輸出功率P2而變化的關(guān)系。即 )(,2

34、PfTnem或)(,aemIfTnemT實(shí)驗(yàn)方法求取工作特性：調(diào)節(jié)Rf,有fNNNInP,保持 常值， 然后改變負(fù)載，得到 fNfII)(,2PfTnemfNfNIIUU,時(shí)，)(2Pfn 的關(guān)系為轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)速特性。aNaaNaNNICeRnICeRCeUn0可得轉(zhuǎn)速公式，n0： 理想空載轉(zhuǎn)速;0NNCeUn轉(zhuǎn)速下降不多， 考慮電樞反應(yīng)， 有可能升高。 aaNNeaRIUnCE%100%0NNnnnn并勵(lì)電動(dòng)機(jī)%8%3% n602222nPPT20TTTem常值0T)(2PfTem當(dāng) 時(shí)，)(2Pf的關(guān)系叫效率特性效率特性。%100)(1 (%100)1 (21faNaacubadmecfec

35、ufIIURIpppppPpfNfNIIUU,2Pf0adId令 可得NfNII忽略勵(lì)磁電流cubaaadmecFecufpRIpppp2%100)(1 (%100)1 (21faNaacubadmecfecufIIURIpppppPpeaaNaaNCIRUICeRCeUn根據(jù)轉(zhuǎn)速公式，可得串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn) ，afICIC11 faIII結(jié)論：串勵(lì)電動(dòng)機(jī)不允許在小于1520的額定負(fù)載下起動(dòng)。1). 轉(zhuǎn)速特性)(2Pfn 轉(zhuǎn)速變化率%100%25. 0NNnnnn根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式：21 aTaaTaTemICIICCICT特點(diǎn)：串勵(lì)電動(dòng)機(jī)有較大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與過(guò)載能力。結(jié)論：適用于重載起動(dòng)的場(chǎng)合， 不允許

36、在空載和很輕負(fù)載下運(yùn)行。為避免運(yùn)行時(shí)發(fā)生不穩(wěn)定現(xiàn)象，復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)常接成積復(fù)勵(lì)。 )( )(ajaTemeajaaaRRCTnCRRIEU從 可得ememTeajaeTnTCCRRCUn02直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指在 及電樞回路總電阻（Ra+Raj）=常值的條件下，的關(guān)系。當(dāng)Raj=0時(shí)的機(jī)械特性，稱為自然（故有）機(jī)械特性fNfNIIUU,)(emTfn ememTeaeTnTCCRCUn021、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 0nA0nNTNCTnem當(dāng)直流電動(dòng)機(jī)的電樞端電壓U=UN ，外接電阻Raj =0，If =IfN（或=N）時(shí)，所獲得的機(jī)械特性就是自然機(jī)械特性 eme

37、mTeajaeTnTCCRRCUn02 人為改變電樞端電壓、電樞回路外接電阻aj和勵(lì)磁回路外接電阻Raj（即磁通）中的任一項(xiàng)，而其他項(xiàng)仍保持不變的情況下所獲得的機(jī)械特性稱人為機(jī)械特性。 磁路的飽和程度隨負(fù)載變化很大1）磁路不飽和時(shí)2111aTaTemafICCICTICIC11CeCRRTCCCeUICeRRCeUnajaemTNaajaN2）磁路飽和時(shí)常數(shù)eaajaNaajaNCIRRUICeRRCeUn)(復(fù)勵(lì)是串勵(lì)和并勵(lì)共同合成的勵(lì)磁方式，復(fù)勵(lì)是串勵(lì)和并勵(lì)共同合成的勵(lì)磁方式，一般都接成積一般都接成積復(fù)勵(lì)復(fù)勵(lì)。并勵(lì)起主要作用， 接近并勵(lì)特性；串勵(lì)起主要作用， 接近串勵(lì)特性；平衡點(diǎn)穩(wěn)定點(diǎn)？穩(wěn)

38、定點(diǎn)：在受到外界擾動(dòng)后， 仍能還原的點(diǎn)。穩(wěn)定點(diǎn)的條件：dndTdndTCem電機(jī)的機(jī)械特性需要與負(fù)載特性同時(shí)存在。 分析拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，在同一坐標(biāo)圖上，兩特性的交點(diǎn)是系統(tǒng)的平衡點(diǎn)。2、電磁轉(zhuǎn)矩：aTaemICIapNT2CT: 轉(zhuǎn)矩常數(shù)轉(zhuǎn)矩常數(shù)1、電樞電勢(shì)：nCnapNEea60：電勢(shì)常數(shù)電勢(shì)常數(shù)N：總導(dǎo)體數(shù)Ce3、電磁功率：0202)(pPTTTIEPemaaemn602基本物理量（1）電勢(shì)平衡式（并勵(lì)電動(dòng)機(jī)）U Ea電樞回路：)(ajaaaRRIEU)(jffRRIU重要的轉(zhuǎn)速公式：重要的轉(zhuǎn)速公式：CeRRIUnajaa)(勵(lì)磁回路：（2）轉(zhuǎn)矩平衡式T2：輸出轉(zhuǎn)矩; T0:空載制動(dòng)轉(zhuǎn)矩;T

39、c:總負(fù)載轉(zhuǎn)矩（3）功率平衡式cufcubcuaemadmecFecufcubcuapppPpPppppppPP221 CemTTTT02某并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)額定數(shù)據(jù)如下：,440,96VUkwPNN.500, 5,255rpmnAIAINfNN電樞回路總電阻078. 0aR，電樞反應(yīng)忽略不計(jì)。試求：（1） 額定運(yùn)行時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩NT和電磁轉(zhuǎn)矩emT；cufcuaemppPPb1)(fNNcufaaNcuaIUpRIp,2解：2008(*)NmPTNemem 5 .1833) 1 (NmPTNNN602NNnVRIUEaaNNaN5.420250AIIIfNNaNaNNTemICT(*)NNeaNn

40、CE55. 9NeNTCCaNaNemIEPa)(（2）理想空載轉(zhuǎn)速 與實(shí)際空載轉(zhuǎn)速 ；0n0n)0(2 .5230aNeNNeaIrpmCUCEn5 .1740NmTTTNem73.2100ACTINTa2 .52100rpmCRIUnNeaaN（3） 額定運(yùn)行時(shí)突然在轉(zhuǎn)子回路中串入 的電阻， 串入瞬時(shí)的電樞電流和轉(zhuǎn)速各為多少？122. 0ajR轉(zhuǎn)速不能突變。（4）串入 且穩(wěn)定后的電樞電流和轉(zhuǎn)速各為多少？5 .97ajaaNNaRREUIrpmnnN500由于負(fù)載不變，故而由aNTemICT可知穩(wěn)定后的電樞電流為：AIIaNa250rpmCRRIUCEnNejaaNNNea7 .463)(轉(zhuǎn)

41、速：ajRajR一臺(tái)長(zhǎng)復(fù)勵(lì)接法的復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，PN=14 kW，UN=220 V，nN=1600 r/min，2Ub=2 V，額定電樞電流IaN=70 A，電樞回路電阻Ra=0.1 ，并勵(lì)回路總電阻RfN=300 ，并勵(lì)繞組每極匝數(shù)Nf=2800匝。若其他條件不變，僅將串勵(lì)繞組反接，當(dāng)電流Ia-=70 A時(shí)，轉(zhuǎn)速為n=1796 r/min。試求：（1）該電動(dòng)機(jī)在串勵(lì)繞組反 接前是積復(fù)勵(lì)還是差復(fù)勵(lì)？（2）電樞反應(yīng)的去磁作用相當(dāng)于多少并勵(lì)勵(lì)磁電流？（設(shè)電樞反應(yīng)的去磁作用與電樞電流成正比）（3）串勵(lì)繞組的匝數(shù)為多少？把該電動(dòng)機(jī)的并勵(lì)繞組改為他勵(lì)時(shí)且將轉(zhuǎn)速保持在1600 r/min下測(cè)得的空載特性如

42、下 （P47）解：解：額定并勵(lì)繞組勵(lì)磁電流為 IfN=UN/RfN=220/300=0.73 A 電動(dòng)機(jī)額定電流為 IN=IaN+IfN=70+0.73=70.73 A 額定運(yùn)行時(shí)電樞電動(dòng)勢(shì)為 EaN=UN-IaNRa-2Ub=220-700.1- 2=211 V 額定時(shí)的CeN為 CeN=EaN/nN=211/1600=0.132（1）當(dāng)串勵(lì)繞組反接后電樞電動(dòng)勢(shì)為 Ea=UN-IaNRa-2Ub=220-700.1-2=211 V 由于串勵(lì)繞組反接后轉(zhuǎn)速為n=1796 r/min，故可得到 Ce=Ea/nN=211/1796=0.117 因串勵(lì)繞組反接后，CeCeN，故該電動(dòng)機(jī)在串勵(lì)繞組反

43、接前是積復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)。0211 204(0.80.7)0.70.75A218204fI直流電動(dòng)機(jī)接到電源以后，轉(zhuǎn)速?gòu)牧氵_(dá)到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的過(guò)程， 稱為起動(dòng)過(guò)程。對(duì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的基本要求：（1）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要大。（2）起動(dòng)電流要小。起動(dòng)電流要小。（3）起動(dòng)設(shè)備要簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、可靠。ajastRRUINII)0 . 25 . 1 ()(,NaTemICTNaNastaaNaaaIRUIREUIREn2010,0,0,0直接將電動(dòng)機(jī)的電樞投入額定電壓的電源上起動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，無(wú)需另加設(shè)備。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：沖擊電流大，引起換向困難，產(chǎn)生火花；電源會(huì)發(fā)生瞬時(shí)跌落。適用于容量很小的電動(dòng)機(jī)。一般希望NastII25 .

44、1將起動(dòng)電阻串入電樞回路，待轉(zhuǎn)速上升后，逐步將起動(dòng)電阻切除。emNTeajaNeNTCCRRCUn2321ajajajaNstRRRRUI起動(dòng)電流開始時(shí)，降低端電壓， 使Ia(1.52.0)IN, Tem=(1.52.0）TN。隨著轉(zhuǎn)速的上升，逐步提高電樞電壓，并使電樞電流限制在一定范圍內(nèi)。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：起動(dòng)電流小，起動(dòng)過(guò)程平滑、能量損耗少。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：需要一套專用的直流發(fā)電機(jī)或整流電源，投資費(fèi)用大。PWM控制方法小結(jié)aaaREUI一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)如下：PN=30kW，UN220V，IN160A，nN1000r/min，Ra0.1。求直接起動(dòng)時(shí)的電流是額定電流的多少倍？若將起動(dòng)電流控制在

45、Ia2IN，如采用電樞回路串電阻起動(dòng)時(shí)，所需的串接電阻為多少？如采用降壓起動(dòng)，電壓應(yīng)降為多少？解：直接起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流為 起動(dòng)電流倍數(shù)為 倍采用電樞回路串電阻起動(dòng)時(shí)，所需的電阻為 采用降壓起動(dòng)時(shí)，電壓應(yīng)降為ARUIaNst22001 . 022075.131602200NststIIkaj2200.10.587522 160NaNURRIVRIUaN321 . 01602260.16kw通過(guò)改變傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比來(lái)改變工作機(jī)構(gòu)的速度，稱為機(jī)械調(diào)速。人為改變電動(dòng)機(jī)的參數(shù)（如端電壓、勵(lì)磁電流或電樞回路電阻），使同一機(jī)械負(fù)載得到不同轉(zhuǎn)速，稱為電機(jī)調(diào)速。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械，對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不僅要能調(diào)節(jié)，而

46、且要求調(diào)節(jié)的范圍寬廣、過(guò)程平滑、調(diào)節(jié)的方法簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)。直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式：eajaaCRRIUn)(直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法：（1）改變勵(lì)磁電流從而改變磁通；（2）改變施加在電樞兩端的電壓U；（3）改變串入電樞回路的調(diào)節(jié)電阻；改變勵(lì)磁電流調(diào)速，實(shí)際上是減少勵(lì)磁電流的調(diào)速， 所以又稱弱磁調(diào)速。對(duì)應(yīng)與某一恒定轉(zhuǎn)矩，減小勵(lì)磁可以使轉(zhuǎn)速升高。弱磁調(diào)速：保持UUN， ，僅減小電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流If使主磁通減小，達(dá)到調(diào)速目的。0ajR弱磁調(diào)速只能使轉(zhuǎn)速升高aaeRInCUIf減小瞬間速度不變減小nCEea aaREaUIaTemICT CemTT 機(jī)組加速nEaIaTemTemTc新的平衡，新的Ia和nNCB

47、nnTCNTemNn0An00emT電壓越低， 轉(zhuǎn)速越低， 調(diào)速方向從基值往下調(diào)。調(diào)節(jié)過(guò)程分析轉(zhuǎn)速只能向下調(diào)速emMeaeeaaTCCRCUCRIUn2（1）降壓的人為特性是一簇與固有特性平行的直線， 無(wú)論是滿載、輕載還是空載都有明顯的調(diào)速效果。（2）由于人為特性硬度不變，低速時(shí)由于負(fù)載變化引起的轉(zhuǎn)速波動(dòng)不大。靜態(tài)穩(wěn)定性好， 調(diào)速范圍大 25：1。（3）可平滑調(diào)節(jié)端電壓， 使轉(zhuǎn)速平滑調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。（4）調(diào)節(jié)過(guò)程能量損耗小。串入電樞回路的電阻越大， 轉(zhuǎn)速越低。電機(jī)運(yùn)行于固有機(jī)械特性上的轉(zhuǎn)速稱為基速。 電樞回路串電阻調(diào)速的方法， 只能從基速往下調(diào)。emNTeajaNeNNeajaaNTCCR

48、RCUCRRIUn2)(ajR該調(diào)速的特點(diǎn)：（1）設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便。（2）低速時(shí)， 機(jī)械特性很軟， 當(dāng)負(fù)載變化時(shí)， 轉(zhuǎn)速波動(dòng)很大。（3）由于電阻調(diào)節(jié)不連續(xù)， 速度調(diào)節(jié)不平滑， 屬有級(jí)調(diào)速。 （4）電樞電流在 上消耗的能量大， 調(diào)速時(shí)效率低。 效率與轉(zhuǎn)速成正比。 (5) 在輕載時(shí)調(diào)速效果不明顯ajR（1）調(diào)速范圍：電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩下調(diào)速時(shí)， 最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比。用D表示。（2）靜差率（相對(duì)穩(wěn)定性：也稱轉(zhuǎn)速變化率。指電動(dòng)機(jī)由理想空載到額定負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)速的變化率。 靜差率越小， 轉(zhuǎn)速的相對(duì)穩(wěn)定性越好。（3）調(diào)速的平滑性：無(wú)級(jí)調(diào)速平滑性最好， 有級(jí)調(diào)速由相鄰兩級(jí)轉(zhuǎn)速中， 高一級(jí)轉(zhuǎn)速與低一級(jí)轉(zhuǎn)速之

49、比。 （4）調(diào)速時(shí)電動(dòng)機(jī)的容許輸出：電動(dòng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速時(shí)軸上輸出的功率和轉(zhuǎn)矩。不同的調(diào)速方法允許的輸出不同。（5） 經(jīng)濟(jì)性直流電動(dòng)機(jī)的兩種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)：（1）電動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)：電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩方向與旋轉(zhuǎn)方向相同 ，此時(shí)電網(wǎng)向電動(dòng)機(jī)輸入電能， 并轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能帶動(dòng)負(fù)載。（2）制動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)：電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩方向與旋轉(zhuǎn)方向相反，此時(shí)電動(dòng)機(jī)吸收機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?消耗在電機(jī)內(nèi)部或反饋到電網(wǎng))。 電動(dòng)機(jī)很快停車，或者由高速運(yùn)行很快進(jìn)入低速， 要求制動(dòng)運(yùn)行。斷開電源抱閘能耗制動(dòng)反接制動(dòng)回饋制動(dòng)機(jī)械制動(dòng)自由停車電氣制動(dòng)（保持 不變）N保持勵(lì)磁電流If的大小及方向不變， 將開關(guān)接至Raj， 電樞從電網(wǎng)脫離經(jīng)制動(dòng)電阻Raj閉

50、合。參數(shù)特點(diǎn)： N， U0， 電樞回路總電阻RRaRaj實(shí)際上是一臺(tái)他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)。軸上的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能， 全部消耗于電樞回路的電阻上， 所以稱為能耗制動(dòng)。aNTemICTemNTeajaTCCRRn2能耗制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性：制動(dòng)過(guò)程：反抗性負(fù)載停車位能性負(fù)載穩(wěn)速下放emNTeaNeNNeaaNTCCRCUCRIUn2直流電動(dòng)機(jī)的自然機(jī)械特性：mgnTemmgnTemmgnTem能耗制動(dòng)的特點(diǎn)：1）操作簡(jiǎn)單，停車準(zhǔn)確2）能耗制動(dòng)產(chǎn)生的沖擊電流不會(huì)影響電網(wǎng)；3）低速時(shí)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，停轉(zhuǎn)慢；4）動(dòng)能大部分都消耗在制動(dòng)電阻上。制動(dòng)初瞬的最大電流：ajaANBRRnCeI制動(dòng)電阻：aNNajRIUR2反

51、接制動(dòng)轉(zhuǎn)速反向電樞反接（電動(dòng)勢(shì)反向）（電壓反向）保持If不變， 將開關(guān)向下合閘， 使電樞經(jīng)制動(dòng)電阻Raj而反接于電網(wǎng)上。參數(shù)特點(diǎn)： N， UUN。 R=Ra+Raj.emNTeajaNeNTCCRRCUn2NeaajaNCIRRUn)(emNTeajaNeNTCCRRCUn2電壓平衡式：ajaNeNajaaNaajaaaNRRnCURREUIRRIEU)(aNTemICT)()()(2ajaaaaaNRRIIEIU從電網(wǎng)吸收的電能和軸上輸入的機(jī)械能都消耗在電樞回路的電阻上。 )(ajaaaNRRIEU特點(diǎn)：特點(diǎn)：（1）可以很快使機(jī)組停機(jī)。（2） 需要加入足夠大的電阻， 限制電樞電流；（3）轉(zhuǎn)速

52、至零時(shí)， 需切斷電源。If及端電壓UN不變， 僅在電樞回路串入足夠大的制動(dòng)電阻Raj，使該人為特性與負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性的交點(diǎn)處于第四象限。不同的Raj，可得到不同的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。電壓平衡式：)(ajaaaRRIEU機(jī)械特性：aNeajaemNTeajaICRRnTCCRRnn020（位能性負(fù)載）（位能性負(fù)載）能量關(guān)系：)()()(2aaaBaaIEIURRIU及Ia的方向與電動(dòng)狀態(tài)相同，UIa表示由電網(wǎng)輸入的功率；Ea 的方向與電動(dòng)狀態(tài)時(shí)相反， EaIa表示輸入的機(jī)械功率在電樞內(nèi)變成電磁功率；UIa與EaIa兩者之和消耗在電樞電路的電阻RaRaj上。轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n和理想空載轉(zhuǎn)速和理想空載轉(zhuǎn)速n0 反方向的獨(dú)

53、有特點(diǎn)，所以也稱反方向的獨(dú)有特點(diǎn)，所以也稱為反接制動(dòng)。為反接制動(dòng)。 當(dāng)轉(zhuǎn)速高于某一數(shù)值時(shí)，電樞電動(dòng)勢(shì)大于端電壓， 電機(jī)進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)， 電磁轉(zhuǎn)矩起制動(dòng)作用， 限制轉(zhuǎn)速上升， 位能轉(zhuǎn)換為電能， 回饋到電網(wǎng)。（1）電壓反向的回饋制動(dòng) （重物下放）（2）電壓不反向的回饋制動(dòng)（電車下坡）回饋制動(dòng)過(guò)程中，有功功率U Ia回饋給電網(wǎng)。從電能消耗看， 回饋制動(dòng)是最經(jīng)濟(jì)的一種制動(dòng)方式。 轉(zhuǎn)速高于理想空載轉(zhuǎn)速是回饋制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)的重要特點(diǎn)。（小結(jié)）解： 根據(jù)電壓平衡式可求得額定運(yùn)行時(shí)：)(35.411377. 076440VRIUEaaNa（1） n500r/min， Ia0.8IN=0.876=60.8(A)(4

54、8. 3377. 08 .6035.4115 . 0440aaaNajRIEUR他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)額定數(shù)據(jù)：PN29kW，UN440V，IN76A，nN1000r/min, 電樞回路總電阻Ra0.377。試問(wèn)：該機(jī)以500r/min的速度吊起TC0.8TN負(fù)載轉(zhuǎn)矩， 在電樞回路應(yīng)串入多大電阻？(1) 用哪幾種方法可使TZ0.8TN的位能負(fù)載以500r/min的速度穩(wěn)速下放？求每種方法的電樞回路串接電阻值。（2） n500r/min, Ia=0.8IN=60.8(A)能耗制動(dòng)： U0)(3377. 08 .6035.4115 . 0aaaajRIER反接制動(dòng)： （電樞電勢(shì)反向的反接制動(dòng)）)(2 .1

55、0377. 08 .6035.4115 . 0440aaaNajRIEUR 直流電機(jī)工作時(shí)，旋轉(zhuǎn)的電樞繞組元件由一條支路經(jīng)過(guò)電刷進(jìn)入另一條支路，該元件中的電流從原來(lái)的方向轉(zhuǎn)變到相反的方向，這種元件中電流方向的轉(zhuǎn)換稱為換向換向。這個(gè)元件稱為換向元件。換向元件中的電流稱為換向電流。 換向問(wèn)題是一切有換向器的電機(jī)的很重要的專門問(wèn)換向問(wèn)題是一切有換向器的電機(jī)的很重要的專門問(wèn)題，它對(duì)電機(jī)的運(yùn)行有很大影響。題，它對(duì)電機(jī)的運(yùn)行有很大影響。主要討論內(nèi)容：主要討論內(nèi)容：換向元件中的電流變化規(guī)律；換向元件中的電流變化規(guī)律； 火花產(chǎn)生的原因；火花產(chǎn)生的原因； 改善換向的方法。改善換向的方法。電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，被電刷短路的

56、元件從短路開始到短路結(jié)束， 從一條支路轉(zhuǎn)換到另一條支路， 電流改變了方向。 換向元件中電流的這種變化過(guò)程，稱為換向過(guò)程。 從換向開始到換向結(jié)束所需時(shí)間，稱為換向周期aiaimSTk2 . 0i,200,1500Krpmn換向元件中由于換向電流的變化所引起的自感電勢(shì)(eL)和互感電勢(shì)(eM)之和，稱為電抗電勢(shì)。dtdiLerrLr：換向元件的等效漏電抗， 包括自感和互感er的平均值：karkriirkTrkravTiLTiLdtdtdiLTdteTeaak2)(110設(shè)電刷寬度bs等于換向片寬度bk， 換向片數(shù)為K，nKnKbbvbvbTkkkkksk6060/換向周期Tk：電抗電動(dòng)勢(shì)和旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)1. 電抗電勢(shì)renITieakar 電機(jī)負(fù)載越重或轉(zhuǎn)速越高， 電抗電勢(shì)越大。 電抗電勢(shì)的方向阻止換向電流的變化， 因此er的方向必與換向前的元件電流ia的方向一致。602arraviKnLe換向元件所處的幾何中線處，主磁