電機及拖動基礎(chǔ)

1、電機及拖動基礎(chǔ)講 義緒言第一章磁路11 磁路的基本定律LHLiHdli2、磁路的歐姆定律 /mRFF磁路的磁動勢，F(xiàn)Ni，即為作用在鐵心上的安匝數(shù)，單位為A)/(AlRm為磁路的磁阻，單位為A/Wb0 （2）RI212 常用的鐵磁材料及其特性0)60002000(FeabcdBHO鐵磁材料的起始磁化曲線 1）開始磁化時，因為外磁場較弱，故磁通密度增加的不快，如圖中Oa段。2）當外磁場增強后，鐵磁材料內(nèi)部大量磁疇開始轉(zhuǎn)向，此時磁通密度增加的很快，見圖中ab段。3）若外磁場繼續(xù)增加，由于鐵心內(nèi)的大部分磁疇已趨向外磁場方向，可轉(zhuǎn)向的磁疇越來越少，磁通密度也就增加的緩慢了，如圖中的bc段，即為飽和現(xiàn)象

2、。4）達到飽和后，磁通密度就再很難隨外磁場的 增加而增加了，如圖中的cd段2、磁滯回線略13 直流磁路的計算第二章 直流電機2-2 直流電機的銘牌數(shù)據(jù)電機的額定功率 直流電機運行時,若各個物理量都與它的額定值一樣,就叫額定運行狀態(tài).在額定運行狀態(tài)下工作(額定工況),電機能可靠地運行,并具有良好的性能.作業(yè)：p55 212-3直流電機的繞組由直流電機的 工作原理可知，直流電機中必須具有能在磁場里轉(zhuǎn)動的線圈。簡單的繞組單一線圈是不能產(chǎn)生足夠的電動勢或電磁轉(zhuǎn)矩，必須將多個線圈連接成繞組（稱為電樞繞組）繞組的基本形式單疊繞組 y1=Q/2p=整數(shù) （Q為電樞的槽數(shù)，p為磁極對數(shù)）是使y1成為整數(shù)的一個

3、分數(shù)例子123ycy1y2單疊繞組元件連接順序表12345678910 11 12 13 14 15 16 15678910 11 12 13 14 15 16 1234上層元件邊下層元件邊展開圖見圖216，請看第8個元件，其上層邊在第8槽（與第8個換向片相連），其下層邊在12槽，且與第9個元件的上層邊(與第9個換向片相連）相連接。故知道元件連接順序表就可以畫出其展開圖。元件連接順序：上層元件邊 (如1)y1下層元件邊 下層元件邊y2下一個上層元件邊或 前一個上層元件邊 (如1)+yc=下一個上層元件邊 繪制單疊繞組展開圖的方法123456789101112131416153、再繪制元件的下層

4、邊12345678910111213141615繪制單疊繞組展開圖的方法5、繪制換向片與電刷：將換向片分成Qu等分，且標號和與之相連的元件的上層邊的標號相同。電刷數(shù)目等于2p，放電刷的原則是：要求正、負電樞之間得到最大的電動勢?；虮浑娝⒍搪返脑袘?yīng)電動勢最小，電刷寬度等于換向片寬度，并與換向片接觸且均勻分布，一般短接兩個元件，其實是一個與上層邊相連（如元件1），一個與下層邊所在的另一個元件（如元件5）的上層邊相連。6、磁路方向、電磁轉(zhuǎn)矩方向與元件中的電流方向符合左手定則。繪制其他的請參考圖216。12345678910111213141615121567811 12134591014163單

5、疊繞組的電路圖單波繞組節(jié)距例子單波繞組元件連接順序表1815 714 613 512 411 310 291411 310 291815 714 613 512上層元件邊下層元件邊元件連接順序：上層元件邊 (如1)y1下層元件邊 下層元件邊y2下一個上層元件邊或 前一個上層元件邊 (如1)+yc=下一個上層元件邊繪制單波繞組展開圖的方法123456789101112131416153、再繪制元件的下層邊12345678910111213141615繪制單波繞組展開圖的方法5、繪制換向片與電刷：將換向片分成Qu等分，且標號和與之相連的元件的上層邊的標號相同。6、放電刷：電刷數(shù)目等于2p，放電刷的

6、原則是：要求正、負電樞之間得到最大的電動勢?；虮浑娝⒍搪返脑袘?yīng)電動勢最小。電刷寬度等于換向片寬度，并與換向片接觸且均勻分布，一般短接兩個元件，其實是一個與上層邊相連（如元件8），一個與下層邊所在的另一個元件（如元件4）的上層邊相連。繪制其他的請參考圖219。1234567891011121314151210 111215 12891314343單波繞組的電路圖作業(yè)2-4直流電機的勵磁方式及磁場 直流電機的勵磁方式UaIaIf電樞勵磁繞組IIIaIf Ua UfUaIa電樞勵磁繞組IaIfUaUfUa電樞勵磁繞組勵磁繞組IIf1IaIIa+If1UaIaUfIf電樞勵磁繞組 Ia與If獨立

7、Ua與Uf獨立直流電機的空載磁場0Ff0(If0)電機的磁化曲線電機的磁化曲線說明0小的時候Ff0正比例增加，當0達到一定值時，磁化曲線呈飽和特性。電機飽和程度要影響到電機的運行特性。0If0Ff0氣隙中主磁場磁密的分布 (極距)B 氣隙中主磁場磁密B的分布注：氣隙空間用表示由于極靴下的氣隙分布不均勻，故主磁通經(jīng)過的磁路不同，在磁極軸線附近氣隙小，則B大，在極靴的極尖處氣隙大，則B小。在極靴以外，則B顯著減小。在兩磁極之間的幾何中心線處，磁密為0直流電機負載時的磁場及電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)的作用第五節(jié) 機電能量轉(zhuǎn)化的過程（簡述）第六節(jié) 感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩的計算電磁轉(zhuǎn)矩的計算2-7 直流電機的運行原

8、理dtdiLiRiGUaaaafafadtdiLiRufffffdtidLiRiGUaaaafafa)()(dtdiLiRufffffaafafaIRIGUfffIRUaaaaIRUEfffIRU即：aaaaIREU直流電動機勵磁輸入電功率輸出機械功率aUaIfIfU2TemT0T機械負載電動機轉(zhuǎn)矩平衡示意圖直流發(fā)電機勵磁輸出電功率輸入機械功率aUaIfIfU1TemT0T原動機轉(zhuǎn)矩發(fā)電機轉(zhuǎn)矩平衡示意圖電動機的轉(zhuǎn)矩平衡方程式dtdJTTTem02其中dtdJTJ為慣性轉(zhuǎn)矩2T為機械負載制動轉(zhuǎn)矩0T為空載損耗轉(zhuǎn)矩當電動機以穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)時0dtdJTJ則穩(wěn)態(tài)運行時有：02TTTemaaaaIRE

9、UdtdJTTTem01其中T1為原動機提供的拖動轉(zhuǎn)矩dtdJTJ為慣性轉(zhuǎn)矩0T為空載損耗轉(zhuǎn)矩當發(fā)電機穩(wěn)定運行時0dtdJTJ則穩(wěn)態(tài)運行時有：01TTTemaaaIRUE發(fā)電機的轉(zhuǎn)矩平衡方程式機械功率2PFepmecpcpCuapCufpemP1P電功率電功率2PFepmecpcpCuapCufpemP1P機械功率電動機的功率圖發(fā)電機的功率圖aacaaffaIEURIUIIIUUIP)2()(1emcaCfCPpppPuu1其中ffCUIpu為勵磁損耗aaaCIRpu2為電樞損耗acUIp 2為電刷接觸損耗U為電刷接觸電壓降emaaemTIEp為電磁功率mecFeememppPPPTTTp00

10、202)(Fep為鐵心損耗mecp為機械損耗2P為輸出的機械功率并勵電動機的功率平衡關(guān)系式cCuaCufacaafacaaaacaaaaemmecFeemememPppPIURIUIUIIURIUIIURIUIEPppPPpPTTTP222100112)2)2()(UIP 2發(fā)電機的輸出功率I發(fā)電機的負載電流并勵電動機的功率平衡關(guān)系式2-7 直流電機的運行原理)()()(222PfPfTPfnem或)()()(aaemaIfIfTIfn實際運行中，電樞電流aI與2P的變化趨勢差不多，故工作特性表示為與 之間的 關(guān)系aI效率特性轉(zhuǎn)矩特性轉(zhuǎn)速特性的關(guān)系曲線時，)(,afNfNIfnIIUU:,有代

11、入電動勢平衡方程式把公式aaaeaIREUnCEaeaeaeaeInnCRCUnICRCUn00則令轉(zhuǎn)速公式理想空載轉(zhuǎn)速當輸出功率增加時，電樞電流也增加，由于電樞反應(yīng)使得氣隙磁場減弱，轉(zhuǎn)速特性曲線不是一條直線下降n轉(zhuǎn)速特性曲線aNIaI1、并勵直流電動機的工作特性的關(guān)系曲線時，)(,aemfNfNIfTIIUU線可得轉(zhuǎn)矩特性的關(guān)系曲由公式aTemICTemTaIaNI當電樞電流較大時。由于電樞反應(yīng)，使得氣隙磁場減弱，故電樞電流較大時偏離直線的關(guān)系曲線時，)(,afNfNIfIIUU%100)(21%100)1 (%100/2112facaaCufmecFeIIUURIpppPpPP故效率 是電

12、樞電流的二次曲線。有一個最大值效率曲線)(aIfaIaNIaNIaNIemTnnemT2、串勵電動機的工作特性aNIaNIemTnnemT串勵電動機的工作特性3、復(fù)勵電動機的工作特性復(fù)勵電動機的工作特性介于并勵與串勵電動機之間。若串勵勵磁起主要作用，則其工作特性就接近串勵電動機。若并勵勵磁起主要作用，則其工作特性就接近并勵電動機。以轉(zhuǎn)速特性為例，見下圖aNIaNIn并勵電動機的轉(zhuǎn)速特性復(fù)勵電動機的轉(zhuǎn)速特性串勵電動機的轉(zhuǎn)速特性三、直流發(fā)電機的運行特性I)(fIfU fI)(IfU U)( IfIf0I)(00fIfU空載特性是指Nnn時，發(fā)電機空載端電壓0U與勵磁電流0fI之間的關(guān)系特性，即)(

13、00fIfU空載特性的測取方法：1）調(diào)節(jié)勵磁電流 使發(fā)電機的空載端電壓0fINUU)3.11.1(0 2）調(diào)節(jié)勵磁電流 使 逐步降到0，在此過程中測取 與0fI0fI0fI0U空載特性見圖243。空載特性表明了電機磁路中的磁通量與其所作用磁動勢的關(guān)系。即當轉(zhuǎn)速恒定時，電動勢與磁動勢之間的關(guān)系：E0f（If）U0IaIf電樞勵磁繞組Rf并勵發(fā)電機的接線圖自勵過程： 1）當電機內(nèi)部有剩磁時，原動機帶動電樞旋轉(zhuǎn)時切割剩磁，產(chǎn)生剩磁電動勢2）若勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)極性正確，即使此時勵磁繞組中電流所建立的磁動勢與原先的剩磁方向一致，則電樞電動勢因為磁場的增強而增大，則勵磁電流也增大（ U0 If Rf）。3）若Rf 小于某一個值，則在U0 If Rf的同時也滿足空載特性U0f（If0）時，則會使空載端電壓穩(wěn)定在某一個數(shù)值處。aaeaaaRInCRIEU直流發(fā)電機的外特性1231 復(fù)勵發(fā)電機的外特性2他勵發(fā)電機的外特性3并勵發(fā)電機的外特性28直流電機的換向itiaiaTka）a）無電動勢影響時電流的換向過程b）換向過程電動勢產(chǎn)生的附加電流c)有電動勢影響時的電流換向過程iab）itiaTki