電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)教案

1、資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正或者刪除學(xué)期授課計(jì)劃說明本課程計(jì)劃學(xué)時(shí)已講授學(xué)時(shí)本期教學(xué)周本學(xué)期課時(shí)分配本學(xué)期總學(xué)時(shí)其中講授實(shí)踐測試考核機(jī)動(dòng)小計(jì)120181205630考試2120教學(xué)大綱名稱或版本電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)教學(xué)大綱自編選用教材電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)主要參考書名稱及版本電機(jī)及電力拖動(dòng)（機(jī)工出版社）所需實(shí)驗(yàn)（實(shí)習(xí)）器材及設(shè)備電動(dòng)機(jī)實(shí)訓(xùn)裝置實(shí)驗(yàn)（習(xí)）場地電機(jī)實(shí)訓(xùn)室備注1 / 167資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正或者刪除皖西學(xué)院教案201020n學(xué)年度第一學(xué)期編號001.機(jī)械與電子工程系電氣教研室任課教師汪良益.課程名稱電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)授課章節(jié)緒論第一章宜流電機(jī)§

2、;1.1直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理緒論課型：理論課題：學(xué)時(shí)數(shù)：2學(xué)時(shí)§1。1直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作課原理lo了解電機(jī)及電力拖動(dòng)技術(shù)的發(fā)展；教學(xué)目的及2.明確課程的性質(zhì)、課程所涵蓋的內(nèi)容、學(xué)完本課程后所達(dá)到的要要求求。3.掌握直流電機(jī)的基本工作原理.# / 167資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正或者刪除5 / 167教學(xué)重點(diǎn)教學(xué)難點(diǎn)教學(xué)方法教學(xué)輔助手段、教具授課班級授課日期教學(xué)過程主4o掌握直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)，掌握各部分的作用。5.了解直流電機(jī)的銘牌。直流電機(jī)的基本工作原理及結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的基本工作原理講授法電氣0803,電電氣080L0802信079月8日9月10日月日月日要環(huán)

3、節(jié)設(shè)計(jì)作業(yè)lo1,1.2資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正或者刪除緒論0.1電機(jī)及電力拖動(dòng)系統(tǒng)概述一、電機(jī)電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)是把電機(jī)學(xué)和電力拖動(dòng)基礎(chǔ)兩門課程有機(jī)結(jié)合而成的一門課程.電機(jī)是以電磁感應(yīng)和電磁力定律為基本工作原理進(jìn)行電能的傳遞或機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的機(jī)械裝置。電能易于轉(zhuǎn)換、傳輸、分配和控制，是現(xiàn)代能源的主要形式。發(fā)電機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。而電能的生產(chǎn)集中在火力、水力、核能和風(fēng)力發(fā)電廠進(jìn)行.為了減少輸電中的能量損失，遠(yuǎn)距離輸電均采用高電壓形式:電廠發(fā)出的電能經(jīng)變壓器升壓，然后經(jīng)高壓輸電線路送達(dá)目的地后，再經(jīng)變壓器降壓供給用戶.電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能主要由電動(dòng)機(jī)完成。電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的

4、方式稱為電力拖動(dòng).由于電動(dòng)機(jī)的效率高、種類和規(guī)格多、具有各種良好的特性，電力拖動(dòng)易于操作和控制，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和遠(yuǎn)距離控制，因此，電力拖動(dòng)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域。例如各種機(jī)床、軋制生產(chǎn)線、電力機(jī)車、風(fēng)機(jī)、水泵、電動(dòng)工具乃至家用電器等，數(shù)不勝數(shù)。為了能建立一個(gè)感性認(rèn)識，對電機(jī)進(jìn)行簡單的分類如下：旋轉(zhuǎn)電機(jī)（發(fā)電機(jī) 電動(dòng)機(jī)）靜止電機(jī)（變壓器）變東器直流電機(jī)交流電機(jī)在電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中，大量應(yīng)用控制電機(jī)?？刂齐姍C(jī)是一種在自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)、隨動(dòng)系統(tǒng)、遠(yuǎn)距離測量及計(jì)算裝置中作為執(zhí)行元件、檢測元件的小型電機(jī)。這部分內(nèi)容將在另外的教材中涉及。# / 167資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請聯(lián)系

5、改正或者刪除在工業(yè)自動(dòng)化專業(yè)與電氣工程及自動(dòng)化專業(yè)中，電機(jī)與拖動(dòng)是一門十分重要的專業(yè)基礎(chǔ)課或技術(shù)基礎(chǔ)課，它在整個(gè)專業(yè)教學(xué)計(jì)劃中起著承前啟后的作用,是后續(xù)課程自動(dòng)控制原理、電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)、電力電子技術(shù)等課程的重要基礎(chǔ)。主要研究電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的基本理論問題,分析研究直流電機(jī)、變壓器、異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)的簡單結(jié)構(gòu)、原理、基本電磁關(guān)系和運(yùn)行特性;并初步聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際,從生產(chǎn)機(jī)械工作的要求出發(fā)，重點(diǎn)介紹交直流拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)運(yùn)行特性，為學(xué)習(xí)自動(dòng)控制系統(tǒng)等后續(xù)專業(yè)課打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。因此,課程既具有較強(qiáng)的基礎(chǔ)性,又帶有專業(yè)性。二、電力拖動(dòng)簡單的電力拖動(dòng)系統(tǒng)由電源、電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、負(fù)載和自動(dòng)控制裝置等部

6、分組成，見圖1.1。電源提供電動(dòng)機(jī)和控制系統(tǒng)所需的電能；電動(dòng)機(jī)完成電能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)換；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)用于傳遞動(dòng)力，并實(shí)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)方式和運(yùn)轉(zhuǎn)速度的轉(zhuǎn)換，以滿足不同負(fù)載的要求；自動(dòng)控制裝置則控制電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)負(fù)載按照設(shè)定的工作方式運(yùn)行，完成規(guī)定的生產(chǎn)任務(wù)。圖1.1電力拖動(dòng)系統(tǒng)的組成0。2電氣控制電氣化、信息化時(shí)代，在性能、可靠性及容量等方面，對電機(jī)提出了更高的要求。交流變頻調(diào)速系統(tǒng)及變頻電機(jī)、大功率無刷直流電機(jī)、永磁同步無刷電機(jī)等得到了很大發(fā)展。同時(shí)，隨著新興行業(yè)的發(fā)展，微電機(jī)亦成為電機(jī)行業(yè)發(fā)展的亮點(diǎn)，是我國電工電器行業(yè)（電機(jī)）發(fā)展的重點(diǎn)產(chǎn)品.稀土永磁電機(jī),無軸承電機(jī)也是電機(jī)技術(shù)發(fā)展的新動(dòng)向。5 / 167資料

7、內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正或者刪除與此相適應(yīng)，電機(jī)拖動(dòng)也有了新的發(fā)展，對拖動(dòng)系統(tǒng)又提出更高的要求，如要求提高加工的精度和工作的速度，要求快速啟動(dòng)、制動(dòng)和逆轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)很寬范圍內(nèi)的調(diào)速及整個(gè)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化等，這就需要有一整套自動(dòng)控制設(shè)備組成自動(dòng)化的電力拖動(dòng)系統(tǒng).而這些高要求的拖動(dòng)系統(tǒng)隨著自動(dòng)控制理論的不斷發(fā)展，半導(dǎo)體器件和電力電子技術(shù)的采用，以及數(shù)控技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與采用，正在不斷地完善和提高。綜上所述，電力拖動(dòng)技術(shù)發(fā)展至今，它具有許多其他拖動(dòng)方式無法比擬的優(yōu)點(diǎn).它啟動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)和調(diào)速的控制簡單、方便、快速且效率高；電動(dòng)機(jī)的類型多，且具有各種不同的運(yùn)行特性來滿足各種類型生

8、產(chǎn)機(jī)械的要求；整個(gè)系統(tǒng)各參數(shù)的檢測和信號的變換與傳送方便，易于實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制。因此，電力拖動(dòng)已成為國民經(jīng)濟(jì)電氣自動(dòng)化的基礎(chǔ).0。3本課程的性質(zhì)、任務(wù)和內(nèi)容電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)是電氣自動(dòng)化技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。它的主要任務(wù)是使學(xué)生掌握常用的交直流電機(jī)、變壓器、控制電機(jī)等的基本結(jié)構(gòu)與工作原理,電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行性能、分析計(jì)算，電機(jī)容量選擇及試驗(yàn)方法等，為學(xué)習(xí)工廠電氣控制設(shè)備、自動(dòng)控制原理、交直流調(diào)速系統(tǒng)等課程準(zhǔn)備必要的基礎(chǔ)知識。電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)是分析和解決電機(jī)與電力拖動(dòng)系統(tǒng)的基本問題，主要包括直流電機(jī)及拖動(dòng)、變壓器、異步電機(jī)及拖動(dòng)、同步電動(dòng)機(jī)、控制電機(jī)和電動(dòng)機(jī)容量的選擇等內(nèi)容。課程學(xué)完后學(xué)生應(yīng)達(dá)到下列要

9、求：1 .掌握常用交、直流電機(jī)及變壓器的基本理論（電磁關(guān)系、能量關(guān)系）。2 .掌握控制電機(jī)的工作原理、主要性能及用途.3 .掌握分析電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性及各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的基本理論。4 .掌握電力拖動(dòng)系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法的基本原理和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo).5 .掌握選擇電動(dòng)機(jī)的原則和方法.6 .掌握電機(jī)的基本試驗(yàn)方法及技能，并具有熟練的運(yùn)算能力.7.了解電機(jī)與電力拖動(dòng)今后的發(fā)展方向。0.4課程目標(biāo)電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)課程在于通過電機(jī)的理論、應(yīng)用、電氣控制方法、電氣控制系統(tǒng)的構(gòu)成和設(shè)計(jì)方法的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生成為一名電機(jī)及控制技術(shù)方面的應(yīng)用型技術(shù)人才。0.5本課程的特點(diǎn)及學(xué)習(xí)方法# / 167資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之

10、處，請聯(lián)系改正或者刪除一、特點(diǎn)：本課程的特點(diǎn)是理論性強(qiáng)、實(shí)踐性也強(qiáng)。分析電機(jī)與電力拖動(dòng)的工作原理要用電學(xué)、磁學(xué)和動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)理論，既要有時(shí)間概念，又要有空間概念，所以理論性較強(qiáng);而用理論分析各種電機(jī)和電力拖動(dòng)的實(shí)際問題時(shí)，必須結(jié)合電機(jī)的具體結(jié)構(gòu)、采用工程觀點(diǎn)和工程分析方法，除要掌握基本理論以外,還應(yīng)注意培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)操作技能和計(jì)算能力，所以實(shí)踐性也較強(qiáng).因此，學(xué)習(xí)本門課程應(yīng)該特別注意理論聯(lián)系實(shí)際。二、學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)1、抓主略次2、掌握基本概念、基本原理和主要特性3、對比學(xué)習(xí)，找共性和特點(diǎn)4、理論聯(lián)系實(shí)際，實(shí)驗(yàn)和下廠實(shí)習(xí)結(jié)合5、帶著問題學(xué)（預(yù)習(xí)每節(jié)相關(guān)的思考題）第一章直流電機(jī)§lo1直

11、流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理一、直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)直流電機(jī)是由靜止的定子部分和轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子部分構(gòu)成的，定、轉(zhuǎn)子之間有一定大小的間隙(以后稱為氣隙).1換向器；2電刷裝置；3一機(jī)座;4一主磁極；5-換向極；6-端蓋；7風(fēng)扇；8-電樞繞組；9電樞鐵心1 .定子部分：直流電機(jī)定子部分主要由主磁極、換向極、機(jī)座和電刷裝置等組成。(1)主磁極又稱主極。在一般大中型直流電機(jī)中，主磁極是一種電磁鐵。(2)換向極容量在Ikw以上的直流電機(jī)，在相鄰兩主磁極之間要裝上換向極。換向極又稱附加極或間極，其作用為了改善直流電機(jī)的換向.(3)機(jī)座一般直流電機(jī)都用整體機(jī)座。所謂整體機(jī)座，就是一個(gè)機(jī)座同時(shí)起兩方面的作用：一方面起導(dǎo)磁

12、的作用，一方面起機(jī)械支撐的作用。(4)電刷裝置電刷裝置是把直流電壓、直流電流引入或引出的裝置。7 / 167資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正或者刪除2、轉(zhuǎn)子部分：直流電機(jī)轉(zhuǎn)子部分主要由電樞鐵心和電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇等組成。(1)電樞鐵心電樞鐵心作用有二，一個(gè)是作為主磁路的主要部分；另一個(gè)是嵌放電樞繞組.(2)電樞繞組它是直流電機(jī)的主要電路部分，是通過電流和感應(yīng)產(chǎn)生電動(dòng)勢以實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。(3)換向器在直流發(fā)電機(jī)中，它的作用是將繞組內(nèi)的交變電動(dòng)勢轉(zhuǎn)換為電刷端上的直流電動(dòng)勢；在直流電動(dòng)機(jī)中，它將電刷上所通過的直流電流轉(zhuǎn)換為繞組內(nèi)的交變電流。二、直流電機(jī)的基本工作原理1。直

13、流發(fā)電機(jī)的工作原理直流發(fā)電機(jī)的模型與直流電動(dòng)機(jī)相同，不同的是電刷上不外加直流電壓，而是利用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電樞朝某一方向例如逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，如圖所示。這時(shí)導(dǎo)體從和cd分別切割N極和S極下的磁力線,產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，電動(dòng)勢的方向用右手定則確定.在圖示情況下，導(dǎo)體ab中電動(dòng)勢的方向由6指向a,導(dǎo)體cd中電動(dòng)勢的方向由"指向。，所以電刷A為正極性，電刷B為負(fù)極性。電樞旋轉(zhuǎn)180°時(shí)，導(dǎo)體cd轉(zhuǎn)至N極下，感應(yīng)電動(dòng)勢的方向由。指向4電刷A與cd所連換向片接觸，仍為正極性；導(dǎo)體動(dòng)轉(zhuǎn)至S極下，感應(yīng)電動(dòng)勢的方向變?yōu)閍指向上電刷B與a方所連換向片接觸，仍為負(fù)極性.可見，直流發(fā)電機(jī)電樞線圈中的感應(yīng)電動(dòng)

14、勢的方向是交變的，而通過換向器和電刷的作用，在電刷A和B兩端輸出的電動(dòng)勢是方向不變的直流電動(dòng)勢。這種作用稱為整流作用。若在電刷A和B之間接上負(fù)載，發(fā)電機(jī)就能向負(fù)載供給直流電能。這就是直流發(fā)電機(jī)的基本工作原理。同時(shí)應(yīng)該注意到，帶上負(fù)載以后，電樞導(dǎo)體成為載流導(dǎo)體，導(dǎo)體中的電流方向與電勢方向相同，利用左手定則，還可以判斷出由電磁力產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向與運(yùn)動(dòng)方向相反,起制動(dòng)作用。根據(jù)上述原理分析，可以看出直流發(fā)電機(jī)有如下特點(diǎn)：(1)直流發(fā)電機(jī)將輸入機(jī)械功率轉(zhuǎn)換成電功率輸出；(2)利用換向器和電刷，直流發(fā)電機(jī)將導(dǎo)體中的交變電勢和電流整流成直流輸出；(3)直流電動(dòng)機(jī)導(dǎo)體中的電流與運(yùn)動(dòng)電勢方向相同。(4)電磁

15、轉(zhuǎn)矩起制動(dòng)作用。從以上分析可以看出：一臺直流電機(jī)原則上既可以作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行,也可以作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行,取決于外界不同的條件。將直流電源外加于電刷,輸入電能，電機(jī)能將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械旋轉(zhuǎn)，作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行；如用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)直流電機(jī)的電樞旋轉(zhuǎn),輸入機(jī)械能，電機(jī)能將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為直流電能，從電刷上引出直流電動(dòng)勢，作發(fā)電機(jī)運(yùn)行。同一臺電機(jī),既能作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，又能作發(fā)電機(jī)運(yùn)行的原理，在電機(jī)理論中稱為可逆原理。2。直流電動(dòng)機(jī)的工作原理9 / 167資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正或者刪除圖1。1是一臺最簡單的直流電動(dòng)機(jī)的模型，N和S是一對固定的磁極（一般是電磁鐵，也可以是永久磁鐵）。磁

16、極之間有一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵質(zhì)圓柱體,稱為電樞鐵心。鐵心表面固定一個(gè)用絕緣導(dǎo)體構(gòu)成的電樞線圈abed,線圈的兩端分別接到相互絕緣的兩個(gè)弧形銅片上，弧形銅片稱為換向片，它們的組合體稱為換向器。在換向器上放置固定不動(dòng)而與換向片滑動(dòng)接觸的電刷A和B,線圈abed通過換向器和電刷接通外電路。電樞鐵心、電樞線圈和換向器構(gòu)成的整體稱為電樞。此模型作為直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，將直流電源加于電刷A和B,例如將電源正極加于電刷A,電源負(fù)極加于電刷B,則線圈abed中流過電流.在導(dǎo)體ab中，電流由a流向所在導(dǎo)體“中，電流由。流向/載流導(dǎo)體成和cd均處于N和S極之間的磁場當(dāng)中，受到電磁力的作用.電磁力的方向用左手定則確定，可

17、知這一對電磁力形成一個(gè)轉(zhuǎn)矩，稱為電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩的方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向，使整個(gè)電樞逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)180,導(dǎo)體cd轉(zhuǎn)到N極下,氈轉(zhuǎn)到S極下，如圖1。1（公所示，由于電流仍從電刷A流入，使cd中的電流變?yōu)橛闪飨騁而從中的電流由b流向&從電刷B流出，用左手定則判別可知，電磁轉(zhuǎn)矩的方向仍是逆時(shí)針方向。由此可見，加于直流電動(dòng)機(jī)的直流電源，借助于換向器和電刷的作用，變?yōu)殡姌芯€圈中的交變電流，這種將直流電流變?yōu)榻蛔冸娏鞯淖饔梅Q之為逆變.由于電樞線圈所處的磁極也是同時(shí)交變的，從而使電樞產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的方向恒定不變，確保直流電動(dòng)機(jī)朝確定的方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。這就是直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理。同時(shí)可以看到，

18、一旦電樞旋轉(zhuǎn)，電樞導(dǎo)體就會(huì)切割磁力線，產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)電勢.在圖1.1Q)所示時(shí)刻，可以判斷出動(dòng)導(dǎo)體中的運(yùn)動(dòng)電勢由6指向a,而此時(shí)的導(dǎo)體電流由a指向反因此直流電動(dòng)機(jī)導(dǎo)體中的電流和電勢方向相反。圖1。1直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理實(shí)際的直流電動(dòng)機(jī)，電樞圓周上均勻地嵌放許多線圈,相應(yīng)地?fù)Q向器由許多換向片組成,使電樞線圈所產(chǎn)生總的電磁轉(zhuǎn)矩足夠大并且比較均勻，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也比較均勻。根據(jù)上述原理，可以看出直流電動(dòng)機(jī)有如下特點(diǎn)：(1)直流電動(dòng)機(jī)將輸入電功率轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率輸出;(2)電磁轉(zhuǎn)矩起驅(qū)動(dòng)作用;(3)利用換向器和電刷，直流電動(dòng)機(jī)將輸入的直流電流逆變成導(dǎo)體中的交變電流；直流電動(dòng)機(jī)導(dǎo)體中的電流與運(yùn)動(dòng)電勢方向相反。

19、3、直流電銘牌數(shù)據(jù)及主要系列9 / 167資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正或者刪除型號為Z-51的直流電機(jī)是一臺機(jī)座號為5、電樞鐵心為短鐵心的第2次改型設(shè)計(jì)的直流電機(jī)。機(jī)座號表示直流電機(jī)電樞鐵心外直徑的大小，共有1-9個(gè)機(jī)座號，機(jī)座號數(shù)越大，直徑越大。樞鐵心長度分為短鐵心和長鐵心兩種，1表示短鐵心，2表示長鐵心。銘牌數(shù)據(jù)額定功率(2)額定電壓9 / 167額定電流(4)額定轉(zhuǎn)速(5)勵(lì)磁方式和額定勵(lì)磁電流1"口）。直流發(fā)電機(jī)的額定功率應(yīng)為直流電動(dòng)機(jī)的額定功率為電動(dòng)機(jī)軸上輸出的額定轉(zhuǎn)矩為=里=9.5也資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正或者刪除皖西學(xué)院教案2

20、0102011學(xué)年度第一學(xué)期編號0Q2O機(jī)械與電子匚程系電氣教研室任課教師汪良遙課程名稱電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)授課章節(jié)笫一章直流電機(jī)§1.3直流電機(jī)的繞組課題:§1.3宜流電機(jī)的繞組課型：理論學(xué)時(shí)數(shù):2學(xué)時(shí)教學(xué)目的及要求掌握直流電機(jī)單疊、單波繞組的特點(diǎn) 了解電機(jī)的分類和單疊、單波繞組的展開圖、支路圖的畫法教學(xué)重點(diǎn)單疊繞組的聯(lián)接規(guī)律和特點(diǎn)教學(xué)難點(diǎn)單疊繞組的聯(lián)接規(guī)律和特點(diǎn)81 / 167講授法教學(xué)方法教學(xué)輔助手段、教具授課班級電氣0801,0802電氣0803,電信07授課日期9月12日9月12日月日月日教學(xué)過程主要環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)作業(yè)§lo3直流電機(jī)的電樞繞組電樞繞組是直流電機(jī)的一

21、個(gè)重要部分,電機(jī)中機(jī)電能量的轉(zhuǎn)換就是通過電樞繞組而實(shí)現(xiàn)的,所以直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子也稱為電樞。電樞繞組是由許多個(gè)形狀完全一樣的單匝元件(當(dāng)然也可以是多匝元件)以一定規(guī)律排列和聯(lián)接起來的,用s表示元件數(shù).單疊繞組1 .繞組節(jié)距所謂節(jié)距，是指被聯(lián)接起來的兩個(gè)元件邊或換向片之間的距離，以所跨過的元件邊數(shù)或虛槽數(shù)或換向片數(shù)來表示.元件的上層邊用實(shí)線表示，下層邊用虛線表示。(1)第一節(jié)距同一元件的兩個(gè)元件邊在電樞周圍上所跨的距離，用電樞表面相隔的槽數(shù)來表示，稱為第一節(jié)距yi.一個(gè)磁極在電樞圓周上所跨的距離稱為極距t,當(dāng)用槽數(shù)表示時(shí)，極距的表達(dá)式為T2P式中,P為磁極對數(shù)。為使每個(gè)元件的感應(yīng)電動(dòng)勢最大，第一節(jié)距

22、yi應(yīng)盡量等于一個(gè)極距t,但丁不一定是整數(shù)，而yi必須是整數(shù)，為此，一般取第一節(jié)距月=4土8整數(shù)2P式中，£為小于1的分?jǐn)?shù)。y=丁的元件為整距元件，繞組稱為整距繞組；二的元件稱為短距元件，繞組稱為短距繞組；凹7的元件稱為長距元件，其電磁效果與yiG的元件相近，但端接部分較長，耗銅多，一般不用.(2)第二節(jié)距第一個(gè)元件的下層邊與直接相連的第二個(gè)元件的上層邊之間在電樞圓周上的距離，用槽數(shù)表示，稱為第二節(jié)距丫2。(3)合成節(jié)距直接相連的兩個(gè)元件的對應(yīng)邊在電樞圓周上的距離，用槽數(shù)表示，稱為合成節(jié)距y。(4)換向器節(jié)距每個(gè)元件的首、末兩端所接的兩片換向片在換向器圓周上所跨的距離，用換向片數(shù)表示

23、，稱為換向器節(jié)距yk.由下圖可見，換向器節(jié)距yk與合成節(jié)距y總是相等的，即yk=y|15| 11 一 I I I I I-l!1_J l_ ' i一斤_l_L_JkX、7|8|居二T15（a）單疊繞組（b）單波繞組2.單疊繞組的聯(lián)接方法和特點(diǎn)下面通過一個(gè)實(shí)例來說明。設(shè)一臺直流發(fā)電機(jī)2P=4,Z=S=K=16,聯(lián)接成單疊右行繞組。（1）計(jì)算各節(jié)距第一節(jié)距為=Z±£=li=42P4合成節(jié)距和換向器節(jié)距也V=V=1K第二節(jié)距為y=y-y=321（2）繪制繞組展開圖如下圖所示。所謂繞組展開圖是假想將電樞及換向器沿某一齒的中間切開，并展開成平面的聯(lián)接圖。作圖步驟如下。第一步，

24、先畫16根等長等距的實(shí)線，代表各槽上層元件邊，再畫16根等長等距的虛線,代表各槽下層元件邊.讓虛線與實(shí)線靠近一些。實(shí)際上一根實(shí)線和一根虛線代表一個(gè)槽（指虛槽），依次把槽編上號碼。第二步，放置主磁極。讓每個(gè)磁極的寬度大約等于0。74個(gè)磁極均勻放置在電樞槽之上，并標(biāo)上N、S極性。假定N極的磁力線進(jìn)入紙面，S極的磁力線從紙面穿出。第三步，畫16個(gè)小方塊代表換向片，并標(biāo)上號碼，為了作圖方便，使換向片寬度等于槽與槽之間的距離。為了能聯(lián)出形狀對稱的元件，換向片的編號應(yīng)與槽的編號有一定對應(yīng)關(guān)系（由第一節(jié)距當(dāng)來考慮）.第四步，聯(lián)繞組。為了便于聯(lián)接，將元件、槽和換向片按順序編號。編號時(shí)把元件號碼、元件上層邊所在

25、槽的號碼以及元件上層邊相聯(lián)接的換向片號碼編得一樣，即1號元件的上層邊放在1號槽內(nèi)并與1號換向片相聯(lián)接。這樣當(dāng)1號元件的上層邊放在1號槽（實(shí)線）并與1號換向片相聯(lián)后，因?yàn)闉槎?,則1號元件的下層邊應(yīng)放在第5號槽（1+H=5）的下層（虛線）；因所以1號元件的末端應(yīng)聯(lián)接在2號換向片上（1+必=2）。一般應(yīng)使元件左右對稱，這樣1號換向片與2號換向片的分界線正好與元件的中心線相重合。然后將2號元件的上層邊放入2號槽的上層（1+）'=2）,下層邊放在6號槽的下層（2+y=6）,2號元件的上層邊聯(lián)在2號換向片上,下層邊聯(lián)在3號換向片上。按此規(guī)律排列與聯(lián)接下去,一直把16個(gè)元件都聯(lián)起來為止。校核第2節(jié)

26、距：第1元件放在第5槽的下層邊與放在第2槽第2元件的上層邊,它們之間滿足乃=3的關(guān)系。其他元件也如此.第五步，確定每個(gè)元件邊里導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢的方向。圖3。13中，所考慮的是發(fā)電機(jī)，箭頭表示電樞旋轉(zhuǎn)方向，即自右向左運(yùn)動(dòng)，根據(jù)右手定則就可判定各元件邊的感應(yīng)電動(dòng)勢的方向，即在N極下的導(dǎo)體電動(dòng)勢是向下，在S極下是向上的。在圖示這一瞬間，1、5、9、13四個(gè)元件正好位于兩個(gè)主磁極的中間，該處氣隙磁密為零，所以不感應(yīng)電動(dòng)勢。第六步，放電刷.在直流電機(jī)里，電刷組數(shù)也就是刷桿的數(shù)目與主極的個(gè)數(shù)一樣多.對本例來說，就是四組電刷兒、耳、&、Blf它們均勻地放在換向器表面圓周方向的位置。每個(gè)電刷的寬度等于每

27、一個(gè)換每個(gè)電刷的寬度等于每一個(gè)換向片的寬度。放電刷的原則是，要求正、負(fù)電刷之間得到最大的感應(yīng)電動(dòng)勢，或被電刷所短路的元件中感應(yīng)電動(dòng)勢最小，這兩個(gè)要求實(shí)際上是一致的。在圖1.3里，由于每個(gè)元件的幾何形狀對稱，如果把電刷的中心線對準(zhǔn)主極的中心線，就能滿足上述要求。圖lo2中,被電刷所短路的元件正好是1、5、9、13,這幾個(gè)元件中的電動(dòng)勢恰為零。實(shí)際運(yùn)行時(shí)，電刷是靜止不動(dòng)的，電樞在旋轉(zhuǎn),但是，被電刷所短路的元件,永遠(yuǎn)都是處于兩個(gè)主磁極之間的地方,當(dāng)然感應(yīng)電動(dòng)勢為零.(3)繞組元件聯(lián)接順序圖上層元件邊下層元件邊閉合12345678910111213J415161WWWWWWWW5'6'

28、7'8'9'101T1213'14'15'16fVT3'4'(4)繞組電路圖(1)位于同一個(gè)磁極下的各元件串聯(lián)起來組成了一條支路,即支路對數(shù)等于極對數(shù)，(2)當(dāng)元件的幾何形狀對稱，電刷放在換向器表面上的位置對準(zhǔn)主磁極中心線時(shí)，正、負(fù)電刷間感應(yīng)電動(dòng)勢為最大，被電刷所短路的元件里感應(yīng)電動(dòng)勢最小。(3)電刷桿數(shù)等于極數(shù)。皖西學(xué)院教案201020n學(xué)年度第一學(xué)期編號003.機(jī)械與電子工程系電氣教研室任課教師汪良益。課程名稱電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)授課章節(jié)第一章直流電機(jī)§1.5直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢和電磁轉(zhuǎn)矩§1。9直流電機(jī)的換向&

29、#167;1.5直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢和.課型理論課題：電磁轉(zhuǎn)矩學(xué)時(shí)數(shù)：2學(xué)時(shí)課§1.9直流電機(jī)的換向教學(xué)目的及掌握直流電機(jī)的換向方法；要求熟練掌握直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢和電磁轉(zhuǎn)矩兩個(gè)公式。捌心方感應(yīng)電動(dòng)勢和電磁轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式及推導(dǎo)方法、換向元件中的電動(dòng)勢教子重點(diǎn)及改善換向的方法。教學(xué)難點(diǎn)感應(yīng)電動(dòng)勢和電磁轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式。教學(xué)方法講授法教學(xué)輔助手段、教具電氣0803,電電氣0801,0802授課班級信07授課日期9月15日月17日月日月日教學(xué)過程主要環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)作業(yè)§1-5直流電機(jī)電樞電動(dòng)勢和電磁轉(zhuǎn)矩一、直流電機(jī)電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢是指直流電機(jī)正負(fù)電刷之間的感應(yīng)電動(dòng)勢

30、，也就是電樞繞組一條并聯(lián)支路的電動(dòng)勢。電樞繞組元件邊內(nèi)的導(dǎo)體切割氣隙合成磁場，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，由于氣隙磁通密度（尤其是負(fù)載時(shí)氣隙合成磁通密度）在一個(gè)極下的分布不均勻，為分析推導(dǎo)方便起見，可把磁通密度看成均勻分布的，取一個(gè)極下氣隙磁通密度的平均值為Bav,從而可得一根導(dǎo)體在一個(gè)極距范圍內(nèi)切割氣隙磁通密度產(chǎn)生的電動(dòng)勢的平均值其表達(dá)式為6加=練，/°式中，Ba、為一個(gè)極下氣隙磁通密度的平均值，稱為平均氣隙磁通密度;/為電樞導(dǎo)體的有效長度（槽內(nèi)部分）；u為電樞表面的線速度。設(shè)電樞繞組總的導(dǎo)體數(shù)為N,則每一條并聯(lián)支路總的串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)為勿,因而電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢Ea=L=上"=金碗=。

31、2a2a6060“二、電樞繞組的電磁轉(zhuǎn)矩電樞繞組中流過電樞電流L時(shí)，元件的導(dǎo)體中流過支路電流ia,成為載流導(dǎo)體，在磁場中受到電磁力的作用。電磁力f的方向按左手定則確定，如圖3.21所示.一根導(dǎo)體所受電磁力的大小為£=8、兒如果仍把氣隙合成磁場看成是均勻的，氣隙磁通密度用平均值Bav表示，則每根導(dǎo)體所受電磁力的平均值為幾=紇、代一根導(dǎo)體所受電磁力形成的電磁轉(zhuǎn)矩，其大小為“2式中，D為電樞外徑。由于不同極性磁極下的電樞導(dǎo)體中電流的方向不同,所以電樞所有導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向都是一致的，因而電樞繞組的電磁轉(zhuǎn)矩等于一根導(dǎo)體電磁轉(zhuǎn)矩的平均值Tav：乘以電樞繞組總的導(dǎo)體數(shù)N,即T=NTav=NB

32、Jio=C網(wǎng)。2H2a2加2加“電樞電動(dòng)勢旦和電磁轉(zhuǎn)矩T/“是直流電機(jī)兩個(gè)重要的公式。對于同一臺直流電機(jī)，電動(dòng)勢常數(shù)C和轉(zhuǎn)短常數(shù)Ct之間具有確定的關(guān)系G=箸Q=9.55Q2如§1.9直流電機(jī)的換向一、直流電機(jī)的換向直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)，隨著電樞的轉(zhuǎn)動(dòng)，電樞繞組的元件從一條支路經(jīng)過電刷短路后進(jìn)入另一條支路，元件中的電流隨之改變方向的過程稱為換向過程，簡稱換向.產(chǎn)生換向火花的原因有多種，最主要的是電磁原因。還有機(jī)械方面和化學(xué)方面的原因.機(jī)械原因.產(chǎn)生換向火花的機(jī)械原因有很多，主要是換向器偏心、換向片間云母絕緣凸出、轉(zhuǎn)子平衡不良、電刷在刷握中松動(dòng)、電刷壓力過大或過小、電刷與換向器的接觸面研磨得不

33、好因而接觸不良等等。為使電機(jī)能正常工作,應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行檢查、維護(hù)和保養(yǎng)。2o化學(xué)原因電機(jī)運(yùn)行時(shí),由于空氣中氧氣、水蒸氣以及電流通過時(shí)熱和電化學(xué)的綜合作用，在換向器表面形成一層氧化亞銅薄膜，這層薄膜有較高的電阻值，能有效地限制換向元件中的附加換向電流有利于換向。同時(shí)薄膜吸附的潮氣和石墨粉能起潤滑作用，使電刷與換向器之間保持良好而穩(wěn)定的接觸。電機(jī)運(yùn)行時(shí),由于電刷的摩擦作用，氧化亞銅薄膜經(jīng)常遭到破壞.但是在正常使用環(huán)境中，新的氧化亞銅薄膜又能不斷形成，對換向不會(huì)有影響。如果周圍環(huán)境氧氣稀薄、空氣干燥或者電刷壓力過大時(shí)，氧化亞銅薄膜難以生成，或者周圍環(huán)境中存在化學(xué)腐蝕性氣體能破壞氧化亞銅薄膜，都將使換向困

34、難，火花變大。二、改善換向的方法改善換向的目的在于消除或削弱電刷下的火花。產(chǎn)生火花的原因是多方面的，其中最主要的是電磁原因。消除或削弱電磁原因引起的電磁性火花的方法有：1.適用合適的電刷,增加電刷與換向片之間的接觸電阻2。裝設(shè)換向極3。裝補(bǔ)償繞組皖西學(xué)院教案201020n學(xué)年度第一學(xué)期編號004.機(jī)械與電子工程系電氣教研室任課教師汪良益.課程名稱電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)授課章節(jié)第一章直流電機(jī)§1.8直流發(fā)電機(jī)課型：理論課題：教學(xué)目的及要求§1.8直流發(fā)電機(jī)學(xué)時(shí)數(shù)：2學(xué)時(shí)課掌握直流電機(jī)的勵(lì)磁方式：掌握直流發(fā)電機(jī)的空載特性、外特性和調(diào)節(jié)特性.教學(xué)重點(diǎn)直流發(fā)電機(jī)的空載特性、外特性和調(diào)節(jié)特性

35、.教學(xué)難點(diǎn)直流發(fā)電機(jī)的基本方程式教學(xué)方法講授法教學(xué)輔助手段、教具電氣0803,電電氣0801,0802授課班級信07授課日期9月19日9月19日月日月日教學(xué)過程主要環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)作業(yè)1。61.7§1.8直流發(fā)電機(jī)根據(jù)勵(lì)磁方式的不同，直流發(fā)電機(jī)可分為他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)、并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)、串勵(lì)直流發(fā)電機(jī)和復(fù)勵(lì)直流發(fā)電機(jī)。勵(lì)磁方式不同，發(fā)電機(jī)的特性就不同.因?yàn)楸緯噪娏ν蟿?dòng)為主，重點(diǎn)講述電動(dòng)機(jī)的特性，因此本節(jié)只分析他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的原理和特性。一、直流發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的基本方程式圖lo15為一臺他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的示意圖。電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞繞組切割主磁通，產(chǎn)生電樞電動(dòng)勢如果外電路接有負(fù)載，則產(chǎn)生電樞電流按發(fā)電

36、機(jī)慣例，的正方向與相同，如圖1.15所示.1.電動(dòng)勢平衡方程式根據(jù)圖1.15中所示電樞回路各量正方向，用基爾霍夫電壓定律，可以列出電動(dòng)勢平衡方程式為U=.上式表明，直流發(fā)電機(jī)的端電壓U等于電樞電動(dòng)勢區(qū)減去電樞回路內(nèi)部的電阻壓降（乙，所以電樞電動(dòng)勢應(yīng)大于端電壓u。2。轉(zhuǎn)矩平衡方程式直流發(fā)電機(jī)以轉(zhuǎn)速n穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，作用在電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩有三個(gè)：一個(gè)是原動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩Ti,方向與n相同;一個(gè)是電磁轉(zhuǎn)矩T,方向與n相反,為制動(dòng)性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩；還有一個(gè)由電機(jī)的機(jī)械損耗及鐵損耗引起的空載轉(zhuǎn)矩To,也是制動(dòng)性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩。因此，可以寫出穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩平衡方程式為1=丁+13。功率平衡方程式生將上式乘以發(fā)電機(jī)的機(jī)械角速

37、度得I丁寧二；4Q"可以寫成'片=乙式中，4=（。，為原動(dòng)機(jī)輸給發(fā)電機(jī)的機(jī)1歷太械功率，即輸入功率；發(fā)電機(jī)的電磁功率；L-一停XA=rq,發(fā)電機(jī)的空載損耗功率。03電磁功率P“=m=-0/n=0/n=E/Uf:2加6060“和直流-ni電動(dòng)機(jī)一樣，直流發(fā)電機(jī)的電磁功率亦是既具有機(jī)械功率的性質(zhì)，又具有電功率的性質(zhì)，所以是機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的那一部分功率。直流發(fā)電機(jī)的空載損耗功率也是包括機(jī)械損耗P*，和鐵損耗兩部分.上式表明：發(fā)電機(jī)輸入功率其中一小部分供給空載損耗尸。，大部分為電磁功率，是由機(jī)械功率轉(zhuǎn)換為電功率的.將式電動(dòng)勢平衡方程式兩邊乘以電樞電流/，得EaIa=UIa+RX即%

38、=外+不皿式中，P?=UIa,為發(fā)電機(jī)輸出的功率;7為電樞回路銅損耗。上式可以寫成如下形式外=%一分綜合以上功率關(guān)系，可得功率平衡方程式R=Pm+”=巴+%以+月必+%為更清楚地表示直流發(fā)電機(jī)的功率關(guān)系，可用下圖所示的功率流程圖.產(chǎn)v=E/="2P2=Ulap1mecKe他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的功率流程圖一般情況下，直流發(fā)電機(jī)的總損耗工尸=分9+七,+七+匕h直流發(fā)電機(jī)的效率=2xlOO%=1一卜,xlOO%p,IP"£p)二、他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性直流發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，有4個(gè)主要物理量，即電樞端電壓U、勵(lì)磁電流、負(fù)載電流I(他勵(lì)時(shí)，=九)和轉(zhuǎn)速n。其中轉(zhuǎn)速n由原動(dòng)機(jī)確定，

39、一般保持為額定值不變。因此，運(yùn)行特性就是U、，、。三個(gè)物理量保持其中一個(gè)不變時(shí)，另外兩個(gè)物理量之間的關(guān)系。顯然，運(yùn)行特性應(yīng)有三個(gè)。1.空載特性=。，=°時(shí)，端電壓/與勵(lì)磁電流。之間的關(guān)系/="/)稱為空載特性.空載時(shí)，他勵(lì)發(fā)電機(jī)的端電壓M常數(shù)時(shí)，°。8中，所以空載特性/=/(")與電機(jī)的空載磁化特性=/()相似，都是一條飽和曲線。比較小時(shí)，鐵心不飽和，特性近似為直線；較大時(shí)，鐵心隨。的增大而逐步飽和，空載特性出現(xiàn)飽和段。一般情況下，電機(jī)的額定電壓處于空載特性曲線開始彎曲的線段上，即圖中A點(diǎn)附近。因?yàn)槿绻ぷ饔诓伙柡筒糠?，磁路?dǎo)磁截面積大，用鐵量多，且較小

40、的磁動(dòng)勢變化會(huì)引起電動(dòng)勢和端電壓的明顯變化，造成電壓不穩(wěn)定；如果工作在太飽和部分，會(huì)使勵(lì)磁電流太大，用銅量增加，同時(shí)使電壓的調(diào)節(jié)性能變差。電機(jī)的空載特性圖L17他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的外特性2外特性=",。=小時(shí),端電壓U與負(fù)載電流I之間的關(guān)系°=/（，）稱為外特性。他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的負(fù)載電流1（亦即電樞電流增大時(shí)，端電壓有所下降。從電動(dòng)勢方程式。=&一&7。.一號7。分析可以得知，使端電壓U下降的原因有兩個(gè):一是當(dāng)/=增大時(shí)，電樞回路電阻上壓降增大，引起端電壓下降;二是/=增大時(shí)，電樞磁動(dòng)勢增大，電樞反應(yīng)的去磁作用使每極磁通減小，3減小，從而引起端電壓U下降。U是衡

41、量發(fā)電機(jī)運(yùn)行性能的一個(gè)重要數(shù)據(jù)，一般他勵(lì)發(fā)電機(jī)的電壓變化率約為10%。3。調(diào)節(jié)特性=曙,1_1=常數(shù)時(shí)，勵(lì)磁電流乙與負(fù)載電流I之間的關(guān)系If=/"）稱為調(diào)節(jié)特性。調(diào)節(jié)特性是隨負(fù)載電流增大而上翹的.這是因?yàn)殡S著負(fù)載電流的增大，電壓有下降趨，為維持電壓不變，就必須增大勵(lì)磁電流，以補(bǔ)償電阻壓降和電樞反應(yīng)去磁作用的增加，由于電樞反應(yīng)的去磁作用與負(fù)載電流的關(guān)系是非線性的，所以調(diào)節(jié)特性也不是直線。皖西學(xué)院教案20102011學(xué)年度第一學(xué)期編號005機(jī)械與電子工程系電氣教研室任課教師汪良益.課程名稱電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)授課章節(jié)第一章直流電機(jī)§1.6直流電動(dòng)機(jī)課型理論課題：教學(xué)目的及要求

42、7;1。6直流電動(dòng)機(jī).一學(xué)時(shí)數(shù):2學(xué)時(shí)課掌握直流電動(dòng)機(jī)的工作特性教學(xué)重點(diǎn)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性教學(xué)難點(diǎn)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性教學(xué)方法講授法教學(xué)輔助手段、教具電氣0803,電電氣0801,0802授課班級信07授課日期9月19日9月25日月日月日教學(xué)過程主要環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)作業(yè)1.91。10§lo6直流電動(dòng)機(jī)一、直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的基本關(guān)系式圖1。20為并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的示意圖。接通直流電源時(shí)，勵(lì)磁繞組中流過勵(lì)磁電流。,建立主磁場，電樞繞組流過電樞電流/0，一方面形成電樞磁動(dòng)勢工,通過電樞反應(yīng)使主磁場變?yōu)闅庀逗铣纱艌觯硪环矫媸闺姌性?dǎo)體中流過支路電流北，與磁場作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T,使電樞朝

43、T的方向以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)。電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞導(dǎo)體又切割氣隙合成磁場，產(chǎn)生電樞電動(dòng)勢E。,在電動(dòng)機(jī)中，此電動(dòng)勢的方向與電樞電流力的方向相反，稱為反電動(dòng)勢。當(dāng)電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，有如下平衡關(guān)系,分別用方程式表示。1.電壓平衡方程式流平衡方程式根據(jù)圖中用電動(dòng)機(jī)慣例所設(shè)各量的正方向，可以列出電壓平衡方程式和電U=EaR0I/=J式中，（為電樞回路電阻，其中包括電刷和換向器之間的接觸電阻。此式表明，直流電機(jī)在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下的電樞電動(dòng)勢%總小于端電壓U。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)矩有三個(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；個(gè)是電動(dòng)機(jī)空載損耗轉(zhuǎn)矩7。，是電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行時(shí)的阻轉(zhuǎn)

44、矩，方向總與轉(zhuǎn)速n相反，為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩;還有一個(gè)是軸上所帶生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩n，即電動(dòng)機(jī)軸上的輸出轉(zhuǎn)矩，一般亦為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系式為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩等于總的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，即丁=（+43.功率平衡方程式電動(dòng)機(jī)輸入功率為P=U1W0+1f）=位產(chǎn)心1盧叫=EL+RJ；+=Pm+pcua+pcuf式中，P1=UI；PM=EaIu,為電磁功率；p.=M,是電樞回路的銅損耗；Pew=叫,為勵(lì)磁繞組的銅損耗。電磁功率P«=EJ。=5/.=世LI。=TO60412加60式中，Q=2m/60,電動(dòng)機(jī)的機(jī)械角速度，單位是詞/$。從上式中4”=紇/“可知，電磁功率具有電功率性質(zhì);從乙可知，電磁功率又具

45、有機(jī)械功率性質(zhì)，其實(shí)質(zhì)是因?yàn)殡姶殴β适菍儆陔妱?dòng)機(jī)由電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的那一部分功率.將轉(zhuǎn)矩平衡方程式兩邊乘以機(jī)械角速度。，得m=7；Q+7：n可寫成2=A+A)=P2+Pm+Pfe+Ps式中，尸2=，軸上輸出的機(jī)械功率；然=。，空載損耗，包括機(jī)械損耗2-和鐵損耗尸可以作出并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的功率流程圖，如下圖(a)所示.圖中正應(yīng)為勵(lì)磁繞組的銅損耗，稱為勵(lì)磁損耗.并勵(lì)時(shí),乙可由輸入功率B供給；他勵(lì)時(shí),由其他直流源供給，功率流程圖如圖(b)所示。并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的功率平衡方程式修二匕十PCuf十匕二皿+Fe十2mec二22十七尸式中，匯尸=七f+4"+七十匕府,為并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的總損耗。puip

46、M=£a/=rn p.=t2q 乙=k pM=Ej=rn p2=t1q(a)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)(b)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)功率流程圖二、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性是指當(dāng)電動(dòng)機(jī)的端電壓。=">,勵(lì)磁電流和=1公,電樞回路不串外加電阻時(shí)，轉(zhuǎn)速】、電磁轉(zhuǎn)矩T、效率n分別與電樞電流/。之間的關(guān)系。1.轉(zhuǎn)速特性=/億)當(dāng)=-丫、&=16(=<:>n)時(shí)轉(zhuǎn)速門與電樞電流(之間的關(guān)系=/(/“)稱為轉(zhuǎn)速特性。將電動(dòng)勢公式凡，二G代入電壓平衡方程式“=及+RJa,可得轉(zhuǎn)速特性公式5R&jCmNCN"可見，如果忽略電樞反應(yīng)的影響

47、，=小"保持不變，則"增加時(shí)，轉(zhuǎn)速11下降.但因此一般很小，所以轉(zhuǎn)速n下降不多，=/(/“)為一條稍稍向下傾斜的直線，如圖中的曲線1所示。如果考慮負(fù)載較重4較大時(shí)電樞反應(yīng)去磁作用的影響，則隨著的增大，中將減小，因而使轉(zhuǎn)速特性出現(xiàn)上翹現(xiàn)象，如圖中的虛線所示。2«轉(zhuǎn)矩特性當(dāng)°=力,Jf=，4件=中n）時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩T與電樞電流/，之間的關(guān)系丁=/W）稱為轉(zhuǎn)矩特性。由丁二C7/"可知，不考慮電樞反應(yīng)影響時(shí)，=©v不變，T與/。成正比，轉(zhuǎn)矩特性為過原點(diǎn)的直線.如果考慮電樞反應(yīng)的去磁作用，則當(dāng)/“增大時(shí)，轉(zhuǎn)矩特性略為向下彎曲，如圖中的曲線2所示。

48、3.效率特性=/（/"）當(dāng)。=%、。=?。?包”時(shí)，效率n與電樞電流的關(guān)系=/（/，）稱為效率特性.并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的效率xlOO% = = 2xlOO%PixlOO%式中，鐵損耗及，是電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)電樞鐵心切割氣隙磁場而引起的渦流損耗與磁滯損耗之和，其大小決定于氣隙磁通密度與轉(zhuǎn)速；機(jī)械損耗巴y包括軸承及電刷的摩擦損耗和通風(fēng)損耗，其大小主要決定于轉(zhuǎn)速；勵(lì)磁繞組的銅損耗入可當(dāng)°=3，/不變，P®也不變。由此可看出，以上三種損耗都不隨電樞電流變化，亦即不隨負(fù)載變化的,通常將這三種損耗之和稱為不變損耗.電樞回路的銅損耗屋因=R#與電樞電流的平方成正比，亦即隨負(fù)載的變化明顯變化

49、，故稱為可變損耗。當(dāng)電樞電流/。開始由零增大時(shí)，可變損耗增加緩慢，總損耗變化小，效率n明顯上升；當(dāng)忽略式分母中的/（/，）時(shí)，可以由/“二°求得當(dāng),增大到電動(dòng)機(jī)的不變損耗等于可變損耗，即時(shí)，電動(dòng)機(jī)的效率達(dá)到最高；/，再進(jìn)一步增大時(shí)，可變損耗在總損耗中所占的比例變大了,可變損耗和總損耗都將明顯上升，使效率n反而略為下降。并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的效率特性如圖中的曲線3所示，一般電動(dòng)機(jī)在負(fù)載為額定值的75%左右時(shí)效率最高。皖西學(xué)院教案20102011學(xué)年度第一學(xué)期編號006o機(jī)械與電子工程系電氣教研室任課教師汪良益.課程名稱電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)授課章節(jié)第六章直流電機(jī)的電力拖動(dòng)§6.1電力拖動(dòng)系

50、統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式和負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性§601電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式課型：理論課題:學(xué)時(shí)數(shù)：2學(xué)時(shí)和負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性課教學(xué)目的及要求了解電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式, 掌握負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性教學(xué)重點(diǎn)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)難點(diǎn)負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性教學(xué)方法講授法教學(xué)輔助手段、教具電氣0803,電電氣0801,0802授課班級信07授課日期9月26日9月26日月日月日教學(xué)過程主要環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)作業(yè)6.16,2小結(jié)第六章第七章直流電機(jī)的電力拖動(dòng)-、§601電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式和負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性二、電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程1 .運(yùn)動(dòng)方程式圖2-1為一單軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí),必須遵循下列基

51、本的運(yùn)動(dòng)方程式。1單軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)* 乙=畔（6-1） Clt式中，卻為電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩7；為負(fù)載轉(zhuǎn)矩"Q/力為慣性轉(zhuǎn)矩（或稱動(dòng)轉(zhuǎn)矩），J為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可用下式表示J=mp-=（62）4g式中，7、G分別為旋轉(zhuǎn)部分的質(zhì)量（Ag）與重量（N）;P、。分別為轉(zhuǎn)動(dòng)慣性半徑與直徑（?）；g為重力加速度，的單位為4,7:在實(shí)際計(jì)算中常用式（61）的另一種形式。即將角速度。=21/60（C的單位為Md/S,的單位為"min）代入式（6-1）得運(yùn)動(dòng)方程式實(shí)用形式：%-乙=黑與（6-3）式中，Gb為飛輪矩（N.Z）,GD2=4J；系數(shù)375是具有加速度量綱的系數(shù)。電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)可由運(yùn)動(dòng)方

52、程式表示出來。分析式（6-3）可見(1)當(dāng)-4=0,=0,則=常值，電力拖動(dòng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài);at(2)當(dāng)7；”-乙>。，>0,電力拖動(dòng)系統(tǒng)處于加速過渡過程狀態(tài)中；(3)當(dāng)心“<0,與<0,電力拖動(dòng)系統(tǒng)處于減速過渡過程狀態(tài)中。2 .運(yùn)動(dòng)方程式中轉(zhuǎn)矩的符號分析(1)拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩&與規(guī)定正向相同取正，相反取負(fù)；負(fù)載轉(zhuǎn)矩4與規(guī)定正向相同取負(fù)，相反取正。(2)負(fù)載轉(zhuǎn)矩乙的方向與設(shè)定的旋轉(zhuǎn)正方向相同時(shí),負(fù)載轉(zhuǎn)矩7；前取負(fù)號，相反時(shí)則取正號。二、負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性在運(yùn)動(dòng)方程式中，負(fù)載轉(zhuǎn)矩乙與轉(zhuǎn)速的關(guān)系乙=/()稱為負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性。負(fù)載轉(zhuǎn)矩乙的大小和多種因素有關(guān)。以車床主軸為例，當(dāng)車

53、床切削工件時(shí)切削速度、切削量大小、工件直徑、工件材料及刀具類型等都有密切關(guān)系。大多數(shù)生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性可歸納為三種類型，恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性、恒功率負(fù)教特性和風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)教特性.1。恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性所謂恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性,就是指負(fù)載轉(zhuǎn)矩，與負(fù)載轉(zhuǎn)速無關(guān)的特性，當(dāng)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，轉(zhuǎn)矩保持常值。恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性多數(shù)是反抗性的，也有位能性的.反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性的特點(diǎn)是，恒值轉(zhuǎn)矩7；總是與運(yùn)動(dòng)方向相反.根據(jù)第六章第一節(jié)中對乙正負(fù)符號的規(guī)定，當(dāng)正轉(zhuǎn)時(shí)為正，轉(zhuǎn)矩7；為反向，應(yīng)取正號,即為(+乙);而反轉(zhuǎn)時(shí)為負(fù)，轉(zhuǎn)矩為正向，應(yīng)變?yōu)?-乙);如圖6-2所示.顯然，反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性應(yīng)在第一與第三象限內(nèi).皮帶運(yùn)輸機(jī)、軋鋼

54、機(jī)、機(jī)床的刀架平移和行走機(jī)構(gòu)等由摩擦力產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的機(jī)械，都是反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性則與反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性不同，它由拖動(dòng)系統(tǒng)中某些具有位能的部件(如起重類型負(fù)載中的重物)造成。其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)矩7；具有固定的方向，不隨轉(zhuǎn)速方向改變而改變。如圖6-3所示，不論重物被提升為正）或下放（為負(fù)），負(fù)載轉(zhuǎn)矩，始終為反方向（+乙）O特性在第一與第四象限內(nèi),表示恒值特性的直線是連續(xù)的。6-3位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性2、恒功率負(fù)載特性一些機(jī)床，如車床，在粗加工時(shí)，切削量大，切削阻力大,此時(shí)開低速；在精加工時(shí)，切削量小，切削力小,往往開高速。在不同轉(zhuǎn)速下，負(fù)載轉(zhuǎn)矩基本上與轉(zhuǎn)速成反比，切削功率基本不變，即Pl

55、=7Q=Tl瞟=G.1G5T/=K（6-4）OU式中，K為常數(shù)；匕為負(fù)載（切削）功率（卬）.可見，負(fù)載轉(zhuǎn)矩乙與轉(zhuǎn)速呈反比，切削功率基本不變，特性曲線呈恒功率的性質(zhì).恒功率負(fù)載特性如圖6-4所示。從圖中可以看出A點(diǎn)所對應(yīng)的陰影面積與B點(diǎn)所對應(yīng)的相等。3風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載特性風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速大小有關(guān),基本上與轉(zhuǎn)速的平方成正比TL=Kn2（65）式中，K為比例常數(shù)。風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載特性如圖6-5所示.屬于通風(fēng)機(jī)負(fù)載的生產(chǎn)機(jī)械有通風(fēng)機(jī)、水泵、油泵等，其中空氣、水、油等介質(zhì)對機(jī)器葉片的阻力基本上和轉(zhuǎn)速的平方成正比.圖6-5風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載特性圖66實(shí)際風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載特性實(shí)際生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性可能是以上幾種典型特性的綜合。例如，實(shí)際通風(fēng)機(jī)除了主要是通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性外，由于其軸承上還有一定的摩擦轉(zhuǎn)矩了。,因而實(shí)際通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性為，=7；）+K2,如圖66所示。除了上述幾種類型的生產(chǎn)機(jī)械外，還有一些生產(chǎn)機(jī)械具有各自的負(fù)載特性，如帶曲柄連桿機(jī)構(gòu)的生產(chǎn)機(jī)械，它們的負(fù)載轉(zhuǎn)矩乙隨轉(zhuǎn)角而變化；而球磨機(jī)，碎石機(jī)等生產(chǎn)機(jī)械，其負(fù)載轉(zhuǎn)矩則隨時(shí)間作無