電機(jī)拖動教案2

1、第一章 直流電機(jī) 本章以直流電機(jī)為主要討論對象，分析直流電機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)、電路、磁路、運行原理及換向等問題，為電力拖動系統(tǒng)提供元件的性能知識。(1)旋轉(zhuǎn)電機(jī)是一種實現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的機(jī)電裝置(2)電動機(jī)-把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能 一.直流電動機(jī)的優(yōu)點： 1.調(diào)速性能好 2.啟動轉(zhuǎn)矩較大二.直流電動機(jī)的缺點： 1.制作工藝復(fù)雜 2.生產(chǎn)成本較高 3.維護(hù)較困難 4.可靠性較差三.發(fā)展趨勢 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展 特別是大功率電力電子器件問世,微電子技術(shù)以及控制技術(shù)發(fā)展 直流發(fā)電機(jī)有逐步被整流電源取代的趨勢 直流電動機(jī)被交流電動機(jī)取代的趨勢第一節(jié) 直流電機(jī)工作原理和結(jié)構(gòu) * 直流發(fā)電機(jī)的工作原理 *

2、直流電動機(jī)的工作原理 * 電機(jī)的可逆運行原理一、直流電機(jī)的工作原理 1、電磁感應(yīng)定理在磁場中運動的導(dǎo)體將會感應(yīng)電勢，若磁場、導(dǎo)體和導(dǎo)體的運動方向三者互相垂直 (圖1-1a)，則作用導(dǎo)體中感應(yīng)的電勢大小為： e = Blv符號 物理量 單位 B 磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度 Wb/m2 v 導(dǎo)體運動速度 米/秒 l 導(dǎo)體有效長度 m e 感應(yīng)電勢 V圖1-1b電勢的方向(圖1-1a)用右手定則 (圖1-1b) 確定2.電磁力定律載流導(dǎo)體在磁場中將會受到力的作用，若磁場與載流導(dǎo)體互相垂直 (圖1-1c)，作用在導(dǎo)體上的電磁力大小為：f = Bli 符號 物理量 單位 I 導(dǎo)體中的電流 A l 導(dǎo)體有效長度 m

3、 f 電磁力 N 圖1-d 力的方向用左手定則 (一) 直流發(fā)電機(jī)的工作原理1. 直流發(fā)電機(jī)的原理模型 1)交變電勢產(chǎn)生 請看動畫2)直流電勢產(chǎn)生 請看動畫 3)發(fā)電機(jī)工作原理 用原動機(jī)拖動電樞使之逆時針方向恒速轉(zhuǎn)動，線圈邊 a b 和 c d 分別切割不同極性磁極下的磁力線，感應(yīng)產(chǎn)生電動勢 直流發(fā)電機(jī)的工作原理就是把電樞線圈中感應(yīng)產(chǎn)生的交變電動勢， 靠換向器配合電刷的換向作用，使之從電刷端引出時變?yōu)橹绷麟妱觿?4)換向器(圖1.1.3)和電刷配合(圖1.1.4)的換向作用 圖1.1.3 換向器的構(gòu)造 因為電刷 A 通過換向片所引出的電動勢 始終是切割 N 極磁力線的線圈邊中的電動勢 所以電刷

4、 A 始終有正極性，同樣道理，電刷 B 始終有負(fù)極性 所以電刷端能引出方向不變但大小變化的脈振電動勢 5)結(jié)論 線圈內(nèi)的感應(yīng)電動勢是一種交變電動勢 而在電刷 A B 端的電動勢卻是直流電動勢(二) 直流電動機(jī)的工作原理 1.直流電動機(jī)的原理模型（圖1.1.5） 要使電樞受到一個方向不變的電磁轉(zhuǎn)矩，關(guān)鍵在于：當(dāng)線圈邊在不同極性的磁極下，如何將流過線圈中的電流方向及時地加以變換， 即進(jìn)行所謂“換向”。 為此必須增添一個叫做換向器的裝置，換向器配合電刷可保證每個極下線圈邊中電流始終是一個方向，就可以使電動機(jī)能連續(xù)的旋 轉(zhuǎn),這就是直流電動機(jī)的工作原理 請看動畫 (三) 電機(jī)的可逆運行原理 從上述基本電

5、磁情況來看：一臺直流電機(jī)原則上既可以作為電動機(jī)運行,也可以作為發(fā)電機(jī)運行,這種原理在電機(jī)理論中稱為可逆原理 二、直流電機(jī)的結(jié)構(gòu) 旋轉(zhuǎn)電機(jī)結(jié)構(gòu)形式 , 必須有滿足電磁和機(jī)械兩方面要求的結(jié)構(gòu) 旋轉(zhuǎn)電機(jī)必須具備靜止和轉(zhuǎn)動兩大部 1.直流電機(jī)靜止部分稱作定子 作用 - 產(chǎn)生磁場 由主磁極、換向極、機(jī)座和電刷裝置等組成2. 直流電機(jī)轉(zhuǎn)動部分稱作轉(zhuǎn)子(通常稱作電樞) 圖1.1.7 直流電機(jī)電樞照片 作用 - 產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢 由電樞鐵心和電樞繞組、換向器、軸和風(fēng)扇等組成 (一) 直流電機(jī)的靜止部分 1.主磁極 圖1.1.9 主磁極是一種電磁鐵 用 1-1.5 毫米厚的鋼板沖片疊壓緊固而成的鐵心2.

6、換向極（又稱附加極或間極） 換向極圖片 圖1.1.10 圖1.1.1 主磁極和換向極示意圖 作用 - 改善換向 換向極裝在兩主磁極之間，也是由鐵心和繞組構(gòu)成 鐵心一般用整塊鋼或鋼板加工而成；換向極繞組與電樞繞組串聯(lián)3.機(jī)座 機(jī)座通常由鑄鐵或厚鐵板焊成 有兩個作用：1)固定主磁極、換向極和端蓋；2)作為磁路的一部分。 機(jī)座中有磁通經(jīng)過的部分稱為磁軛4.電刷裝置 (圖1.1.12) 作用-把直流電壓、直流電流引入或引出 由電刷（圖1.1.13）、刷握、刷桿座和銅絲辮組成(二) 直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動部分 1.電樞鐵心 電樞鐵心裝配圖 圖1.1.14 兩個用處：1)作為主磁路的主要部分； 2)嵌放電樞繞組

7、通常用.厚的硅鋼片沖片疊壓而成2.電樞繞組 元件及嵌放方法（圖1.1.16） 直流電機(jī)的主要電路部分 用以通過電流和感應(yīng)產(chǎn)生電動勢以實現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換 由許多按一定規(guī)律聯(lián)接的線圈組成3.換向器圖1.1.3換向器的構(gòu)造 直流電機(jī)的重要部件 作用-將電刷上所通過的直流電流轉(zhuǎn)換為繞組內(nèi)的交變電流或?qū)⒗@組內(nèi)的交變電動勢轉(zhuǎn)換為電刷端上的直流電動勢 直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù) 一、什么是額定值 電機(jī)制造廠按國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，對電機(jī)的一些電量或機(jī)械量所規(guī)定的數(shù)據(jù)（p1-3)二、額定工況 電機(jī)運行時，有關(guān)電量和機(jī)械量都符合額定值的運行情況三、額定值 額定功率 PN (W) 額定電壓 UN (V) 額定電流 IN (A)

8、額定轉(zhuǎn)速 n N (rpm) 額定勵磁電壓 U fN (V) 額定勵磁電流 IfN (A)和勵磁方式等四、直流電動機(jī)的額定功率 軸上輸出機(jī)械功率 , 等于額定電壓和額定電流的乘積，再乘以電動機(jī)的效率 即：PN = U N I NN五、直流發(fā)電機(jī)的額定功率 電機(jī)出線端輸出的電功率 , 等于額定電壓和額定電流的乘積 即：PN = U N I N 直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù) 一、什么是額定值 電機(jī)制造廠按國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，對電機(jī)的一些電量或機(jī)械量所規(guī)定的數(shù)據(jù)（p1-3)二、額定工況 電機(jī)運行時，有關(guān)電量和機(jī)械量都符合額定值的運行情況三、額定值 額定功率 PN (W) 額定電壓 UN (V) 額定電流 IN (

9、A) 額定轉(zhuǎn)速 n N (rpm) 額定勵磁電壓 U fN (V) 額定勵磁電流 IfN (A)和勵磁方式等四、直流電動機(jī)的額定功率 軸上輸出機(jī)械功率 , 等于額定電壓和額定電流的乘積，再乘以電動機(jī)的效率 即：PN = U N I NN五、直流發(fā)電機(jī)的額定功率 電機(jī)出線端輸出的電功率 , 等于額定電壓和額定電流的乘積 即：PN = U N I N直流電機(jī)的繞組 一、電樞繞組是直流電機(jī)的主要電路，是直流電機(jī)的一個重要部件 對電樞繞組的要求是:在能通過規(guī)定的電流和產(chǎn)生足夠的電動勢前提下 ; 盡可能節(jié)省有色金屬和絕緣材料 ; 并且要結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠等 一、簡單的繞組 圖1.2.1 如果電樞上有四個

10、線圈，換向器由八個換向片組成，（圖1-2.1） 因為上述模型如作發(fā)電機(jī)運行，由于線圈互相不聯(lián)接，電流不能通過所有線圈 , 所以產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與感應(yīng)電動勢大小不足 , 為此應(yīng)該將所有線圈互相聯(lián)接起來 圖1-2.2 繞組中每個線圈的兩個端子各接到一個換向片上， 它是繞組的一個單元，稱為元件 . 為了使一個元件兩個有效邊中所感應(yīng)產(chǎn)生 的電動勢大小相等或相差不多，使電動勢是疊加的，那么元件的跨距應(yīng)等于或接近于一個極距。 為使線圈端接部分對稱，線圈可采用如下連接形式（1.2.2）。 二、繞組的基本形式 直流電機(jī)電樞繞組的基本形式： 1)單疊繞組 2)單波繞組 實際電機(jī)中，為使元件端接部分能平整地排列，一

11、般采用雙層繞組 （一）單疊繞組 1.單疊繞組聯(lián)接的特點 元件兩個端子聯(lián)接于相鄰的兩個換向片上 元件跨距：y1 元件上層元件邊與下層元件邊之間空間距離（用槽數(shù)表示）, 一般等于或約等于電機(jī)的極距 換向節(jié)距：yk 元件上層元件邊與下層元件邊所聯(lián)接的兩個換向片之間的距離（用槽數(shù)表示） 單疊繞組元件的連接情況 yk=1 圖1.2.3 單疊繞組元件的連接 2.單疊繞組連接示例 一臺直流電動機(jī)的繞組數(shù)據(jù)為：極對數(shù)，槽數(shù)為， 元件數(shù)等于換向片數(shù)和槽數(shù)， 即， 電機(jī)極距為：t = Q/2p = 16/2*2 =4 取元件跨距為跨四個槽，, 元件兩端子所聯(lián)換向片之間的距離 (1) 單疊繞組元件聯(lián)接順序表 表1-

12、1 單疊繞組元件聯(lián)接順序表 (2) 單疊繞組展開圖 圖1.2.5 單疊繞組展開圖 注意：電機(jī)在運行過程中，繞組元件、換向器與電機(jī)磁極、電刷有相對運動， 請看動畫 (3) 瞬時繞組電路圖圖1.2.6 瞬時繞組電路圖請看動畫 3.單疊繞組的電路特點 任一瞬時，處于同一磁極下的元件構(gòu)成一條支路， 因此采用單疊繞組的電機(jī)共有2P條支路。 （二）單波繞組 1. 單波繞組元件的連接情況 圖1.2.7 單波繞組元件的連接 連接特點: 把相隔約兩個極距的元件依次串接. 換向節(jié)距: yk = (K1)/P2.單波繞組連接示例 一臺直流電動機(jī)的繞組數(shù)據(jù)為： 極對數(shù)，槽數(shù)為 15， 元件數(shù)等于換向片數(shù)和槽數(shù)， 即1

13、5 ， 電機(jī)極距為：t = Q/2p = 15/2*2 取元件跨距為跨四個槽，, 元件兩端子所聯(lián)換向片之間的距離(K 1)/P = (15 1)/2 = 73. 單波繞組元件聯(lián)接順序表 表1-24. 單波繞組展開圖 圖1.2.95. 瞬時繞組電路圖 圖1.2.106. 單波繞組的電路特點 任一瞬時，處于同一極性磁極下的元件構(gòu)成一條支路， 因此采用單波繞組的電機(jī)共有2條支路。 （三）單疊繞組、單波繞組的共同特點 與被電刷短路元件（即換向元件）相鄰的兩元件電流方向相反。 當(dāng)電刷處于磁極中性線時，某一極性磁極下元件邊的電流方向一致直流電機(jī)的勵磁方式及磁場 一、直流電機(jī)的勵磁方式 他勵電機(jī)結(jié)構(gòu) （一）

14、他勵直流電機(jī) 圖1.3.1 他勵直流電機(jī)電路原理圖 （二）并勵直流電機(jī) 圖1.3.2 并勵直流電機(jī)電路原理圖（三）串勵直流電機(jī) 圖1.3.3 串勵直流電機(jī)電路原理圖（四）復(fù)勵直流電機(jī) 圖1.3.4 復(fù)勵直流電機(jī)電路原理圖 直流發(fā)電機(jī)的主要勵磁方式是他勵式、并勵式和復(fù)勵式 二、直流電機(jī)的空載磁場 1.直流電機(jī)的空載 電樞電流等于零或者很小，且可以不計其影響的一種運行狀態(tài) 2.直流電機(jī)的空載磁場 由勵磁磁通勢單獨建立的磁場 以一臺四極直流電機(jī)空載時為例，由勵磁電流單獨建立的磁場分布如圖示 圖1.3.5 直流電機(jī)空載磁場 1)主磁通 m 同時與勵磁繞組和電樞繞組相交鏈 2)漏磁通 1 交鏈勵磁繞組本

15、身，不和電樞繞組相交鏈 3)空載磁密分布 不計齒槽影響，直流電機(jī)空載時，其氣隙磁場(主磁場)的磁密分布波形如圖所示 圖1-23 直流電機(jī)空載磁密分布 4)磁化曲線 主磁通 m 與勵磁磁通勢 Ff0 或勵磁電流 If0 的關(guān)系稱為電機(jī)的磁化曲線 表明電機(jī)磁路的特性 電機(jī)的磁化曲線可以通過電機(jī)磁路計算去求得 (1)主磁通所經(jīng)過的磁回路 由主磁極鐵心、氣隙、電樞齒、電樞鐵心和磁軛等五部分組成 因為鐵磁材料的BH曲線是非線性的，磁導(dǎo)率不是常數(shù)， 使得 m = f (Ff0) 的關(guān)系也是非線性的 (2)磁化曲線 電機(jī)磁化曲線的形狀和所采用的鐵磁材料的 BH 曲線相似 圖1.3.6 電機(jī)磁化曲線 三.直流

16、電機(jī)負(fù)載時的磁場和電樞反應(yīng) 1.負(fù)載時磁場 電機(jī)帶上負(fù)載以后， 電樞繞組內(nèi)流過電流，還會形成磁通勢，該磁通稱為電樞磁通勢。 所以，負(fù)載時電機(jī)中氣隙磁場是由勵磁磁通勢和電樞磁通勢共同建立。 由此可知，在直流電機(jī)中，從空載到負(fù)載，其氣隙磁場是變化的 2.電樞反應(yīng) 1)電樞磁通勢 對勵磁磁通勢所產(chǎn)生氣隙磁場的影響稱為電樞反應(yīng) 為畫圖簡單起見，元件邊只畫一層，認(rèn)為電樞是光滑的， 并考慮某一極性下元件中流過電流同一方向，得電樞磁場分布， 圖1.3.7 電樞磁勢產(chǎn)生的磁場分布 可見磁極幾何中性線處電樞反應(yīng)磁勢最大。 2)單個電樞磁勢分布展開圖 圖1.3.8 單個電樞元件產(chǎn)生的磁場分布 3)多個電樞磁勢分布

17、展開圖 討論時考慮電刷處于幾何中性線時，得磁勢分布圖 1.3.9 三個電樞元件產(chǎn)生的磁場分布 4)電樞反應(yīng) 再考慮主磁場的作用，可得考慮電樞反應(yīng)后氣隙磁場分布 圖1.3.10 考慮電樞反應(yīng)后氣隙磁場分布 由此可見: 電樞反應(yīng)磁通勢軸線的位置總是與電刷軸線重合 當(dāng)電刷處于幾何中性線時，電樞反應(yīng)磁勢與磁極軸線互相垂直 5)電樞反應(yīng)使氣隙磁場發(fā)生了畸變 電樞磁場使主磁場一半削弱，另一半加強(qiáng) 并使電樞表面磁密等于零處離開了幾何中性線。 6)電磁反應(yīng)呈去磁作用 * 在磁路不飽和時 主磁場削弱的量與加強(qiáng)的量恰好相等。 * 在磁路臨界飽和時 增磁會使半個極下飽和程度提高，鐵心磁組增大， 另外半個極下飽和程度

18、減小，鐵心磁組減小 因磁路臨界飽和，從而使實際的合成磁場曲線要比不計飽和時略低 增加的磁通數(shù)量就會小于磁通減少的數(shù)量 * 結(jié)論 電樞反應(yīng)的另一個結(jié)果是電機(jī)負(fù)載情況下每極磁通有所下降 1-4 感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩的計算 * 元件平均電勢 * 支路電勢計算 一.感應(yīng)電動勢的計算 1.運行時感應(yīng)電動勢始終存在 電動機(jī)/發(fā)電機(jī)運行時電樞元件中的電勢與電流方向（圖1.4.1） 圖1.4.1 直流電機(jī)無論作電動機(jī)運行還是作發(fā)電機(jī)運行，電樞繞組內(nèi)都感應(yīng)產(chǎn)生電動勢 , 這個感應(yīng)電動勢是指一條支路的電動勢 2.如何計算感應(yīng)電動勢的 要計算支路電動勢，可先求出每個元件電動勢的平均值，然后乘上每條支路串聯(lián)元件數(shù)，就

19、可得出支路電動勢(一) 元件平均電勢 一根導(dǎo)體中的感應(yīng)電動勢可通過電磁感應(yīng)定律求得，其表達(dá)式為 e=Blv 式中B是一個主磁極下的平均氣隙磁通密度， B與每極磁通的關(guān)系為 =Bl 有此導(dǎo)出 線速度v可以表示為 有上式聯(lián)立可得每根導(dǎo)體的電動勢為 每條支路中的感應(yīng)電動勢為 為電動勢常數(shù) ，當(dāng)電機(jī)做好后僅與電機(jī)結(jié)構(gòu)有 關(guān)；N為電樞導(dǎo)體總數(shù)。磁通的單位為Wb，轉(zhuǎn)速的單位為r/min，感應(yīng)電動勢的單位為v。 上式表明直流電機(jī)的感應(yīng)電動勢與電機(jī)結(jié)構(gòu)、氣隙磁通和電機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)。當(dāng)電機(jī)制造好以后，與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)Ce不在變化，因此電樞電動勢僅與氣隙磁通和轉(zhuǎn)速有關(guān)，改變轉(zhuǎn)速和磁通均可改變電樞電動勢的大小。二、

20、直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 根據(jù)電磁力定律，當(dāng)電樞繞組中有電樞電流流過時，在磁場內(nèi)將受到電磁力的作用，該力與電機(jī)電樞鐵心半徑之積為電磁轉(zhuǎn)矩。一 根導(dǎo)體在磁場中所受電磁力的大小可用下式計算 為導(dǎo)體中流過的電流，Ia為電樞電流；a為并聯(lián)支路對數(shù)。 每根導(dǎo)體的電磁轉(zhuǎn)矩為 總的電磁轉(zhuǎn)矩為 式中，CT = 為轉(zhuǎn)矩常數(shù)，僅與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)；D = 為電樞鐵心直徑。 電樞電流的單位為A，磁通單位為Wb時，電磁轉(zhuǎn)矩的單位為Nm。 從Ce與CT的表達(dá)式可以看出 CT =9.55Ce 由 Tem=CT Ia 可看出，制造好的直流電機(jī)其電磁轉(zhuǎn)矩僅與電樞電流和氣隙磁通成正比。 直流電機(jī)的運行原理 l 電動勢平衡方程式 l 轉(zhuǎn)矩

21、平衡方程式 l 功率平衡關(guān)系一.直流電機(jī)的基本方程式 （一）電動勢平衡方程式 并勵電動機(jī)電樞回路與勵磁回路的電動勢平衡方程式如下： 圖1.6.1 電動機(jī)電樞回路與勵磁回路電路 圖1.6.1 電機(jī)穩(wěn)態(tài)運行時 作電動機(jī)運行 作發(fā)電機(jī)運行: (二)轉(zhuǎn)矩平衡方程式 圖1.6.2 電機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系圖 得出電動機(jī)穩(wěn)態(tài)運行時的轉(zhuǎn)矩平衡方程式為 在發(fā)電機(jī)中，原動機(jī)的拖動轉(zhuǎn)矩為T1，其轉(zhuǎn)矩平衡方程式則為 得出發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運行時的轉(zhuǎn)矩平衡方程式為 (三)功率平衡關(guān)系 并勵電動機(jī) Pe = U I = U(If+Ia) = UIf+(Iara+2Ub+Ea)Ia = pcuf + pcua + pc + Pem P

22、em = Tem = (T2+T0) = P2+ P0 = P2 + pFe+ pmec 并勵發(fā)電機(jī) P1 = T1 = (Tem+T0) = Pem+ P0 = Pem + pFe+ pmec Pem= EaIa = (U +Iara+2Uc)Ia = UIa + Ia2ra+ 2IaUc = UI + UIf + Ia2ra + 2IaUc = P2 + pcuf + pcua + pc二.直流電動機(jī)的工作特性 1.直流電動機(jī)的工作特性（普遍的） 端電壓 U = UN (額定電壓) 電樞回路中無外加電阻 勵磁電流 I = IfN (額定勵磁電流)時 電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n、電磁轉(zhuǎn)矩 Tem 和效率

23、 三者與輸出功率 P2 之間的關(guān)系 2.并勵直流電動機(jī)的工作特性（特殊的） 1）轉(zhuǎn)速特性 當(dāng) U = U ，I = If 時，n = f (Ia) 的關(guān)系曲線 n = (U/Ce) - (RaIa/Ce) 2）轉(zhuǎn)矩特性 當(dāng) U = U ，If = IfN 時，Tem = f (Ia) 的關(guān)系曲線 Tem = CT Ia 3）效率特性 當(dāng) U = UN ，If = IfN 時， = f (Ia) 的關(guān)系曲線 （1）銅耗 電流流過導(dǎo)體時，消耗在電阻內(nèi)的損耗； 其次是勵磁回路的銅耗 pcuf = IfRf ；還有電刷接觸損耗 （2）鐵耗 電動機(jī)的主磁通在磁路的鐵磁材料中交變時所產(chǎn)生的損耗 （3）機(jī)械

24、損耗 機(jī)械損耗包括軸承及電刷的摩擦損耗和通風(fēng)損耗（4）附加損耗 附加損耗 p 又稱雜散損耗 附加損耗主要包括： *（電樞鐵心上齒槽存在，使氣隙磁通大小脈振和左右搖擺在）鐵心中引的鐵損耗； * 電樞反應(yīng)使磁場畸變引起的電樞鐵耗 * 換向電流產(chǎn)生的銅耗等 因為難于精確計算 * 對無補償繞組的直流電機(jī)，附加損耗按額定容量 1% 估算 * 對有補償繞組的直流電機(jī)，附加損耗按額定容量 0.5% 估算 對于并勵直流電動機(jī) 因為磁通基本不變，轉(zhuǎn)速基本不變 , 所以勵磁損耗、鐵耗和機(jī)械損耗可以認(rèn)為不變 . 如果不計附加損耗，效率為：可見效率曲線有一個最大值，令： 當(dāng)電動機(jī)不變損耗等于隨電流平方而變的可變損耗時

25、，電動機(jī)效率達(dá)到最大。 此結(jié)論對所有電機(jī)有普遍意義 *空載運行 *負(fù)載運行三.直流發(fā)電機(jī)的工作特性 圖1.6.5 常用他勵,并勵和復(fù)勵發(fā)電機(jī)的接線圖 直流發(fā)電機(jī)運行時，由原動機(jī)拖動，通常保持 n = n N (一) 空載運行 1.空載運行 當(dāng) n = nN 時，勵磁繞組端加上勵磁電壓 Uf，調(diào)節(jié)勵磁電流 If0 ，使發(fā)電機(jī)空載端電壓 U0 =（1.1-1.3）U ，然后再使 If0 逐步降到零 , 這樣測得的空載端電壓 U0 和勵磁電流 If0 關(guān)系 , 即為他勵發(fā)電機(jī)空載運行時特性曲線 U0 = f(If0) 圖1.6.6 他勵發(fā)電機(jī)空載運行時特性曲線 因為空載特性表明的是直流電機(jī)磁路特性

26、所以對于并勵和復(fù)勵發(fā)電機(jī)空載特性也以他勵方式測取 2.并勵和復(fù)勵直流發(fā)電機(jī)空載電壓的建立 1）空載電壓的建立 對于勵磁繞組的端電壓 Uf 和勵磁電流 Ir 若從電機(jī)磁路關(guān)系上考慮要滿足空載特性， 即 U0 = f(If0) 而從電路關(guān)系上觀察，必須遵循伏安特性， 即 Uf = rf * If0 由此可見，U0、If0 必須同時滿足(1-81)和(1-82) 所以 U0 和 If0 之值就是表示上述兩種特性的曲線交點：A 的坐標(biāo) 并勵直流發(fā)電機(jī)的自勵（圖1.6.7） 2）并勵直流發(fā)電機(jī)自勵的三個條件 * 電機(jī)必須有剩磁 * 勵磁繞組并聯(lián)到電樞的極性必須正確 * 勵磁回路中電阻小于 rfc（稱為臨

27、界值） (二) 負(fù)載運行 直流發(fā)電機(jī)的外特性（圖1.6.8） (1) 負(fù)載增加，去磁性質(zhì)的電樞反應(yīng)引起氣隙合成磁通的減小 ，從而使相應(yīng)的感應(yīng)電動勢下降 (2) 此時電樞回路的電阻和電刷壓降 R0I0 增大 以上兩個因素都促使發(fā)電機(jī)端電壓下降 并勵發(fā)電機(jī)外特性曲線斜率更大的原因第二章 直流電機(jī)的電力拖動 本章分析拖動系統(tǒng)運動方程式，對方程式中各參數(shù)的折算方法進(jìn)行分析研究，并將介紹幾種典型生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性及它的直流電動機(jī)的起動、制動和調(diào)速等。2-1 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ) 一般情況下，電力拖動裝置可分為電動機(jī)、工作機(jī)構(gòu)、控制設(shè)備及電源等四個組成部分）圖2.1.1 電力傳動系統(tǒng)示意圖 在許多

28、情況下，電動機(jī)與工作機(jī)構(gòu)之間有傳動機(jī)構(gòu)電力拖動系統(tǒng)中電動機(jī)帶動負(fù)載的力學(xué)問題是我們要討論的主要問題 一.運動方程式 1.直線運動時的運動方程式 F -拖動力（N）； Fz -阻力（N）； m(dv/dt)-慣性力。 2.旋轉(zhuǎn)運動時的方程式為： 圖2.1.2 作線運直動的物體T -電動機(jī)產(chǎn)生的拖動轉(zhuǎn)矩(Nm);Tz -阻轉(zhuǎn)矩（或稱負(fù)載轉(zhuǎn)矩）(Nm);J(d/dt)-慣性轉(zhuǎn)矩（或稱加速轉(zhuǎn)矩）。 圖2.1.3 旋轉(zhuǎn)運動的物體）3.轉(zhuǎn)動慣量 J 表示 m 與 G - 旋轉(zhuǎn)部分的質(zhì)量（kg）與重量(N)； 與 D - 慣性半徑與直徑（m）； g = 9.81m/s2 - 重力加速度。 轉(zhuǎn)動慣量 J 的單

29、位為 kgm2 實際計算中常將 旋轉(zhuǎn)運動方程式 化為另一種形式 即將角速度 （rad/s）化成用每分鐘轉(zhuǎn)數(shù) n (r/min) 表示的形式 這樣有 4.旋轉(zhuǎn)運動方程式的實用形式 GD2 - 稱為飛輪矩（Nm2） 5.不同形狀物體的轉(zhuǎn)動慣量 不同形狀物體的轉(zhuǎn)動慣量 物體形狀 轉(zhuǎn)動慣量回轉(zhuǎn)半徑 插圖 質(zhì)點 mR R (圖a) 圓柱 mR/2 sqrt(2)R/2 (圖b) 圓球 2mR/5 sqrt(10)R/5 (圖c) 圓錐 3mR2/10 sqrt(30)R/10 (圖7d) 圓環(huán) m(R+3r/4) sqrt(4R+3r/2) (圖e ) a b c d e 6.電動機(jī)的工作狀態(tài) 穩(wěn)定運轉(zhuǎn)

30、狀態(tài) 當(dāng) T = TZ，dn/dt=0，n =常值，電動機(jī)靜止或等速旋轉(zhuǎn) 加速狀態(tài) 當(dāng) T TZ，dn/dt 0 減速狀態(tài) 當(dāng) T TZ，dn/dt 0 二.運動方程式中轉(zhuǎn)矩的正負(fù)號分析 應(yīng)用運動方程式，通常以電動機(jī)軸為研究對象 運動方程式寫成下列一般形式 圖2.1.4 旋轉(zhuǎn)運動中的轉(zhuǎn)矩 對公式中 T 與 Tz 前帶有的正負(fù)符號，作如下規(guī)定： 預(yù)先規(guī)定某一旋轉(zhuǎn)方向為正方向，則 1.轉(zhuǎn)矩T方向如果與所規(guī)定的旋轉(zhuǎn)正方向相同 T 前取正號，相反時取負(fù)號； 2.阻轉(zhuǎn)矩Tz方向如果與所規(guī)定的旋轉(zhuǎn)正方向相同時 Tz 前取負(fù)號，相反時取正號 3.加速轉(zhuǎn)矩（GD2/375）(dn/dt)的大小及正負(fù)符號 由轉(zhuǎn)

31、矩 T 及阻轉(zhuǎn)矩 Tz 的代數(shù)和來決定 工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩、飛輪矩的折算 實際拖動系統(tǒng)的軸常是不止一根，這種系統(tǒng)顯然比一根軸的系統(tǒng)要復(fù)雜，計算起來也較為困難。 圖2.1.5多軸系統(tǒng)到單軸的簡化 如要全面研究這個系統(tǒng)的問題，必須對每根軸列出其相應(yīng)的運動方程式；列出各軸間互相聯(lián)系的方程式； 最 后把這些方程式聯(lián)系起來，全面地研究系統(tǒng)的運動。問題！ 這種方法研究這個系統(tǒng)太復(fù)雜。對電力拖動系統(tǒng)而言，通常把電動機(jī)軸作為研究對象即可解決途徑：把實際的拖動系統(tǒng)等效為單軸系統(tǒng)等效原則：等效折算的原則是保持兩個系統(tǒng)傳送的功率及儲存的動能相同一.工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩 Tz的折算 圖2.1.5 多軸系統(tǒng)到單軸的簡 用電動機(jī)軸上的

32、阻轉(zhuǎn)矩 Tz 來反映工作機(jī)構(gòu)軸上實際轉(zhuǎn)矩 Tz的工作 折算的原則： 系 統(tǒng)的傳送功率不變， 若不考慮中間傳動機(jī)構(gòu)的損耗。 有如下關(guān)系： T L = TL Z T L = TL / jJ 轉(zhuǎn)速比，j = /Z = n/ n z解決問題的思路： 將傳動機(jī)構(gòu)各軸的轉(zhuǎn)動慣量 J1 、J2 、J3 . 及工作機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動慣量 Jz 折算到電動機(jī)軸上， 用電動機(jī)軸上一個等效的轉(zhuǎn)動慣量 J 來反映整個拖動系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速不同的各軸的轉(zhuǎn)動慣量折算原則： 折算必須以實際系統(tǒng)與等效系統(tǒng)儲存動能相等為原則 得下列關(guān)系： 考慮到 GD = 4gJ， = 2n/60，得生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性 在運動方程式中，阻轉(zhuǎn)矩（或稱負(fù)載轉(zhuǎn)

33、矩）Tz 與轉(zhuǎn)速 n 的關(guān)系 Tz=f(n), 即為生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性,分為三大類一、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性 恒 轉(zhuǎn)矩負(fù)載的特點是負(fù)載轉(zhuǎn)矩 Tz 與轉(zhuǎn)速 n 無關(guān)， 即當(dāng)轉(zhuǎn)速變化時，負(fù)載轉(zhuǎn)矩 Tz 保持常值。 又可分為： 1.反抗性 圖2.1.6摩擦負(fù)載轉(zhuǎn)矩 反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性的特點是，恒值轉(zhuǎn)矩 Tz 總是反對運動方向 。 如金屬的壓延、機(jī)床的平移機(jī)構(gòu)等 2.位能性 圖2.1.7位能性負(fù)載轉(zhuǎn)矩 位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性的特點是 轉(zhuǎn)矩 Tz 具有固定的方向， 不隨轉(zhuǎn)速方向改變而改變 如起重類型負(fù)載中的重物。二.通風(fēng)機(jī)負(fù)載 通風(fēng)機(jī)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，即 Tz = K n2

34、 圖2.1.8 風(fēng)機(jī)類負(fù)載 此類負(fù)載有通風(fēng)機(jī)、水泵、油泵等。三.恒功率負(fù)載 車床在粗加工時，切削量大，切削阻力大，開低速； 精加工時，切削量小，切削力小，開高速。 負(fù)載轉(zhuǎn)矩基本上與轉(zhuǎn)速成正比，即 圖2.1.9 恒功率負(fù)載 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 Tz 與 n 的特性曲線呈現(xiàn)恒功率的性質(zhì)。 四.實際負(fù)載特性 實際生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性是以上幾種典型特性的綜合。 1.實際通風(fēng)機(jī)負(fù)載 2.1.10實際通風(fēng)機(jī)負(fù)載第三章 變壓器 本章以普通雙繞組電力變壓器為主要研究對象。 在闡明變壓器的工作原理之后，介紹變壓器的分類及主要結(jié)構(gòu)，著重敘述單相變壓器的基本原理及運行特性，并針對三相變壓器 特點對有關(guān)問題加以探討。 3-1 變壓器的工作原理 分類及結(jié)構(gòu) * 變壓器 - 靜止電磁裝置 * 理想變壓器 一.變壓器的工作原理 變壓器-利用電磁感應(yīng)原理，從一個電路向另一個電路傳遞電能或傳輸信號的一種電器 電力系統(tǒng)中生產(chǎn)，輸送，分配和使用電能的中的重要裝置 電力變壓器（照3.1.1） 也是電力拖動系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)中 電能傳遞或作為信號傳輸?shù)闹匾?1.變壓器 - 靜止的電磁裝置 變壓器可將一種電壓的交流電能變換為同頻率的另一種電壓的交流電能 電壓器的主要部件是一個鐵心和套在鐵心上的兩個繞組。圖3.1.2 變壓器原理圖 與電源相連的