《電工電子技術(shù)基本教程》殷瑞祥 羅昭智 第4章 電機與電器

第四章

電機與電器4.1磁路與變壓器4.1.1磁路的基本知識當電流通過線圈時，產(chǎn)生的磁通絕大部分通過鐵心閉合，稱為主磁通，用表示小部分磁通沿鐵心以外空間閉合，稱為漏磁通，用S表示。漏磁通很小，在工程中常略去不計。主磁通通過的閉合路徑稱為磁路。用以產(chǎn)生磁場的電流稱為勵磁電流。磁路中有很短的空氣隙變壓器

電磁鐵各段截面積基本相等，為均勻磁路直流電機

磁路中也有空氣隙磁路的基本物理量磁感應強度B

：表示磁場內(nèi)某點磁場強弱及方向的物理量。單位是特斯拉(T)，簡稱特。磁通：

在均勻磁場中，磁通

等于磁感應強度B與垂直于磁場方向的面積S的乘積，即

或

的單位是韋伯(Wb)，簡稱韋。1T=1Wb／m2(韋／米2)磁導率

：磁導率

是表示物質(zhì)導磁性能的物理量。單位是亨／米(H/m)。相對磁導率r：

o是真空的磁導率，

o=4l07H/m，是常數(shù)。非鐵磁物質(zhì)r近似為1鐵磁物質(zhì)r遠大于1，不是常數(shù)。磁場強度H

：單位是安／米(A／m)全電流定律在磁場中沿任何閉合回線，磁場強度的矢量的線積分等于穿過該閉合回線所包圍面積電流的代數(shù)和，即計算電流代數(shù)和時，與繞行方向符合右螺旋定則的電流取正號，反之取負號。在無分支的均勻磁路中，全電流定律可寫為N為線圈匝數(shù)Fm稱為磁動勢，單位是安(A)。磁路的歐姆定律磁阻Rm：磁位差Um

：磁阻Rm不是一個常數(shù)，隨勵磁電流I的改變而改變，因而通常不能用磁路的歐姆定律直接計算。電路磁路電流

I電動勢

E電阻

R=l/(S)電導率

電位差（電壓）

U=RI電路歐姆定律

E=RI磁通

磁動勢

Fm磁阻

Rm=l/(S)磁導率

磁位差

Um=RmI磁路歐姆定律

Fm=

Rm電路與磁路對照鐵磁材料的磁性能1.高導磁性鐵磁材料的磁導率很高，r可達102~104，是制造電磁鐵、變壓器、電機等的主要材料。2.磁飽和性3.磁滯性鐵磁材料的種類和用途1.軟磁材料：磁導率高，磁滯特性不明顯，矯頑力和剩磁都小，磁滯回線較窄，磁滯損耗小。2.硬磁材料剩磁和矯頑力均較大，磁滯性明顯，磁滯回線較寬，3.矩磁材料只要受較小的外磁場作用就能磁化到飽和，當外磁場去掉，磁性仍保持，磁滯回線幾乎成矩形。例

一環(huán)形螺線管，匝數(shù)N=1000匝，電流I=4A，螺線管外徑D1=0.3m，內(nèi)徑D2=0.22m，試分別計算媒質(zhì)為紙心、鑄鋼心時的磁場強度和磁通。解磁路平均長度當媒質(zhì)為紙心時當媒質(zhì)為鑄鋼心時由表得H=4902A/m時B=1.55T4.1.2鐵心線圈直流鐵心線圈特點：1.線圈的勵磁電流I只與外加電壓U及線圈電阻R有關(guān)，I=U/R，與磁路特性無關(guān)。2.勵磁電流在磁路產(chǎn)生的是恒定磁通，不會在線圈中產(chǎn)生感應電動勢。3.磁路的磁通不僅與線圈電流I、線圈匝數(shù)N有關(guān)，還與磁路磁阻Rm有關(guān)。4.直流鐵心線圈的功率損耗P=I2R，由電流及電阻大小確定，與磁路無關(guān)。交流鐵心線圈1.電壓、電流和磁通主磁感應電動勢：漏磁感應電動勢：

設R為線圈的電阻，則寫成相量形式為2.功率損耗銅損(PCu)：線圈導線電阻所致，PCu=I2R。磁滯損耗Ph：由鐵磁物質(zhì)的磁滯性引起，其大小與磁滯回線包圍的面積成正比。渦流損耗Pe：由鐵芯中的渦流產(chǎn)生。鐵損()

PFe減少渦流損耗的方法：1、增大鐵心材料的電阻率，在鋼中滲硅既保持良好的導磁性，又使電阻率大大提高。2、以鋼片疊成鐵心代替整塊鐵心，片間彼此絕緣。3.鐵心線圈的等效電路例

有一鐵心線圈接到交流220V工頻電壓源，測得電流I=2A，功率P=50W，(1)不計線圈電阻及漏磁通，試求鐵心線圈等效電路的R0和X0；(2)若線圈電阻R=1，試計算該線圈的銅損耗及鐵損耗。解

(1)等效阻抗(2)銅損耗和鐵損耗4.同極性端當電流從兩接線端流進（或流出），在鐵心中產(chǎn)生的磁通方向一致時，這兩個接線端稱為同極性端或同名端。正確串聯(lián)正確并聯(lián)同極性端的測定開關(guān)S瞬間接通，若此時毫安表正向偏轉(zhuǎn)，則線圈A的1端與線圈B的3端是同極性端。若毫安表反偏，則1和4端為同極性端。4.1.3單相變壓器變壓器的基本結(jié)構(gòu)心式殼式變壓器主要由鐵心和繞組構(gòu)成變壓器的工作原理一次繞組二次繞組變壓器空載運行（電壓變換原理）二次繞組開路變壓器的電壓變換關(guān)系為K稱為變壓器的電壓比變壓器的負載運行（電流變換原理）變壓器一次繞組接通電源，二次繞組接負載Z。忽略一、二次繞組電阻及漏磁通，在變壓器接近滿載時：一、二次繞組電流有效值之比為阻抗變換原理

或

例

設交流信號源電壓U=80V，內(nèi)阻R0=800，負載RL=8，(1)將負載直接接至信號源，負載獲得多大功率？(2)經(jīng)變壓器進行阻抗匹配，求負載獲得最大功率是多少？變壓器的變比K是多少？解

(1)負載直接接信號源時(2)輸出最大功率時，RL折算到一次繞組應為800變壓器變比變壓器的損耗和效率銅損(PCu)變壓器的損耗鐵損(PFe)銅損耗PCu是一次、二次繞組電阻R1、R2上所消耗的功率，即鐵損耗是主磁通在鐵心中交變時所產(chǎn)生的磁滯損耗和渦流損耗，與負載電流大小無關(guān)，與鐵心材料、電源電壓U1、頻率f有關(guān)。變壓器的額定值1.產(chǎn)品型號SL71000/101000表示容量為1000kVAS表示三相(D表示單相)L表示鋁線(銅線無文字表示)7表示設計序號10表示高壓側(cè)線電壓為10kV2.額定電壓指高壓繞組接于電網(wǎng)的額定線電壓3.額定電流指允許繞組長時間連續(xù)工作的線電流4.額定容量在額定工作條件下，變壓器輸出能力的保證值，即變壓器的視在功率，單位為千伏安(kVA)。6.阻抗電壓指變壓器二次繞組短路，一、二次繞組達到額定電流時，加到一次繞組的電壓值。5.聯(lián)結(jié)組標號聯(lián)結(jié)組標號表明變壓器高壓、低壓繞組的聯(lián)結(jié)方式例

有一臺三相配電變壓器，聯(lián)接組標號為Y，yn0，額定電壓為10000V/400V，現(xiàn)向380V、功率P=240kW、cos=0.8的負載供電，求變壓器一、二次繞組電流，并選擇變壓器的容量。解查產(chǎn)品目錄，應選標稱值SN=315kVA。

4.1.4特殊變壓器自耦變壓器自耦變壓器的優(yōu)缺點(1)結(jié)構(gòu)簡單，使用材料省、體積小、重量輕，效率高。(2)短路阻抗小，短路電流大，必要時要采取限制短路電流措施。(3)自耦變壓器不能作為安全變壓器。電流互感器一次繞組線徑較粗，匝數(shù)很少，有時只有一匝，串聯(lián)在被測電路中；二次繞組線徑較細，匝數(shù)很多，與電流表等儀表相聯(lián)接使用應注意：(1)電流互感器工作時二次側(cè)不得開路。(2)電流互感器的二次側(cè)一端必須接地。電壓互感器電壓互感器一次繞組匝數(shù)很多，并聯(lián)于供電系統(tǒng)的一次電路，二次繞組匝數(shù)較少，與電壓表等儀表并聯(lián)。使用應注意：(1)電壓互感器工作時二次側(cè)不得短路。(2)電壓互感器的二次側(cè)的一端必須接地。4.2交流電動機電機是一種利用電磁原理進行機械能與電能互換的裝置。發(fā)電機：把機械能轉(zhuǎn)換成電能的電機電動機：把電能轉(zhuǎn)換成機械能的電機電機電動機交流電動機直流電動機同步電動機異步電動機4.2.1三相異步電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理三相異步電動機的結(jié)構(gòu)罩殼軸承蓋端蓋接線盒機座轉(zhuǎn)軸軸承轉(zhuǎn)子端蓋風扇三相異步電動機定子結(jié)構(gòu)定子主要由機座、定子鐵心和定子繞組構(gòu)成。定子鐵心沖片三相異步電動機具有三相對稱的定子繞組三相異步電動機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子鐵心沖片

籠型轉(zhuǎn)子繞線轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場當三相定子繞組接到三相對稱電源時，繞組中便產(chǎn)生了三相對稱電流iA、iB、iC。當wt=0°時，當wt=60°時，當wt=120°時，當wt=180°時，結(jié)論：三相正弦交流電流通過電機的三相對稱繞組，在電機中所建立的合成磁場是一個旋轉(zhuǎn)磁場。旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向和三相電流的相序一致；任意對調(diào)接到電動機三相定子繞組的三相電源引線中的兩根，就可使旋轉(zhuǎn)磁場反向旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速：極對數(shù)同步轉(zhuǎn)速三相異步電動機的工作原理旋轉(zhuǎn)磁場順時針方向旋轉(zhuǎn)，相當于轉(zhuǎn)子導體逆時針方向切割磁通，產(chǎn)生感應電動勢。因為轉(zhuǎn)子繞組是接成回路的，所以產(chǎn)生感應電流。載流導體在磁場中會受到電磁力F的作用，電動機的轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動起來。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與旋轉(zhuǎn)磁場的方向一致電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n必定低于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0

。轉(zhuǎn)差：旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速n0與異步電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之差稱為轉(zhuǎn)差，用n表示，即轉(zhuǎn)差率：轉(zhuǎn)差與同步轉(zhuǎn)速之比稱為轉(zhuǎn)差率，用s表示，即例

有一臺三相異步電動機，其額定轉(zhuǎn)速nN=1440r/min。試求電動機的極數(shù)和額定負載時的轉(zhuǎn)差率sN

。電源頻率f1=50Hz。解由于異步電動機的轉(zhuǎn)差率通常在很小的數(shù)值范圍內(nèi)；所以電動機的n與n0非常接近。4.2.2三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩和機械特性三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩T——電磁轉(zhuǎn)矩，單位為N·m；KT——常數(shù)，決定于電動機的結(jié)構(gòu)。異步電動機的電磁關(guān)系與變壓器類似。定子繞組相當于變壓器的一次繞組，轉(zhuǎn)子繞組相當于變壓器的二次繞組。轉(zhuǎn)子頻率在n=0，即s=1時，轉(zhuǎn)子電動勢為轉(zhuǎn)子繞組的漏抗為在n=0，即s=1時，轉(zhuǎn)子漏抗為設轉(zhuǎn)子每相電阻為R2，——常數(shù)可見：轉(zhuǎn)矩T與定子每相電壓U12成比例，所以當電源電壓變動時，對轉(zhuǎn)矩的影響很大。轉(zhuǎn)矩T還受轉(zhuǎn)子電阻R2的影響。異步電動機的轉(zhuǎn)矩特性曲線最大轉(zhuǎn)矩Tm對應的轉(zhuǎn)差率sm稱為臨界轉(zhuǎn)差率

起動轉(zhuǎn)矩Tst：電動機剛起動（n=0、s=1）時的轉(zhuǎn)矩電動機的轉(zhuǎn)矩T

為P2——電動機軸上輸出的機械功率，單位為W；n——轉(zhuǎn)速，單位為r/min；T——轉(zhuǎn)矩，單位是N·m。電動機的功率P2以千瓦（kW）為單位，則例如，某電動機（型號為Y132M-4）的額定功率為7.5kW，額定轉(zhuǎn)速為1440r/min，則其額定轉(zhuǎn)矩為異步電動機電源電壓變化對轉(zhuǎn)矩特性的影響異步電動機轉(zhuǎn)子電路電阻對轉(zhuǎn)矩曲線的影響三相異步電動機的機械特性表示電動機轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系曲線，稱為電動機的機械特性曲線。通常異步電動機都工作在ab段。在這一段，電動機可根據(jù)負載轉(zhuǎn)矩的變化，自動調(diào)節(jié)電磁轉(zhuǎn)矩，從而在新的轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運行。即具有自適應調(diào)節(jié)能力。最大轉(zhuǎn)矩Tm與額定轉(zhuǎn)矩TN的比值稱為電動機的轉(zhuǎn)矩過載系數(shù)或過載能力，用來表示，即一般三相異步電動機的在1.8～2.2之間，特殊用途電動機的可達3或更大。4.2.3三相異步電動機的使用三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)此外，Y132M–4型電動機的主要技術(shù)數(shù)據(jù)還有：功率因數(shù)0.85，效率87%。1.型號產(chǎn)品名稱代號漢字意義異步電動機繞線轉(zhuǎn)子異步電動機防爆型異步電動機高起動轉(zhuǎn)矩異步電動機YYRYBYQ異異繞異爆異起2.電壓銘牌上所標的電壓值是指電動機在額定運行時定子繞組上應加的線電壓值（有效值），用U1N表示。一般規(guī)定電動機的電壓不應高于或低于額定值的5%。3.接法有星形（Y）和三角形（D）兩種接法是指定子繞組的接法Y系列規(guī)定，三相異步電動機額定電壓U1N為380V、3kW及以下者，作星形聯(lián)結(jié)；4kW及以上者，聯(lián)結(jié)成三角形。定子繞組的星形聯(lián)結(jié)定子繞組的三角形聯(lián)結(jié)4.電流銘牌上所標的電流值是指電動機在額定運行時定子繞組的線電流值（有效值），用I1N表示。若電動機三相定子繞組有兩種接法，就有兩個相對應的額定電流值。5.功率因數(shù)額定功率因數(shù)是電動機在額定狀態(tài)運行時的功率因數(shù)，用cosN表示。額定功率因數(shù)一般約在0.7～0.9，而在空載和輕載時很低，空載時只有0.2～0.3。6.功率與效率銘牌上所標的功率值是指電動機在額定運行時輸出的機械功率值。電動機從電源吸取的有功功率是輸入功率，減去自身的銅耗、鐵耗、機械損耗等損耗，輸出給機械負載的功率就是輸出功率。

額定效率是電動機在額定運行時的效率，用來表示。效率是輸出功率與輸入功率之比，即

7.轉(zhuǎn)速銘牌上所標的轉(zhuǎn)速值是電動機在額定運行時的轉(zhuǎn)速。PN——額定輸出功率，單位為kW；nN——額定轉(zhuǎn)速，單位為r/min；TN——額定轉(zhuǎn)矩，單位為N·m。8.絕緣等級絕緣等級AEBFH極限溫度（oC）1051201301551809.工作方式銘牌上標的工作方式，有時又稱為工作制。工作方式分為8類，分別用字母S1～S8表示。如S1是“連續(xù)”工作方式；S2是“短時”工作方式，分10、30、60、90分鐘（min）四種；S3是“斷續(xù)周期性”工作方式；……等等。三相異步電動機的起動因為在起動瞬間，n＝0，s＝1，旋轉(zhuǎn)磁場與靜止的轉(zhuǎn)子之間相對速度很大，磁通切割轉(zhuǎn)子導條的速度很快，轉(zhuǎn)子電路中的電動勢和電流都很大。異步電動機的起動電流Ist很大。一般電動機的定子起動電流（指線電流）往往為額定電流的5～7倍。（1）直接起動二、三十千瓦以下的異步電動機一般都是采用直接起動的。（2）減壓起動星形—三角形（Y—△）換接起動適用于正常運行時定子繞組為三角形聯(lián)結(jié)的籠型電動機。，自耦減壓起動自耦減壓起動適用于容量較大或正常運行時聯(lián)成星形不能采用星三角換接起動的籠型異步電動機。自耦減壓起動時電動機的起動轉(zhuǎn)矩：線路起動電流：轉(zhuǎn)子串接電阻起動對于繞線轉(zhuǎn)子電動機，通常采用在轉(zhuǎn)子電路串入電阻的方法。起動時接入起動電阻Rst，很明顯起動電流將減小，同時cos2卻增大。只要串入的電阻大小適當，則既可減小起動電流又可提高起動轉(zhuǎn)矩。例

某三相異步電動機的額定數(shù)據(jù)如表所示。試求：（1）額定電流；（2）額定轉(zhuǎn)差率；（3）額定轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩、起動轉(zhuǎn)矩。（4）用Y—△換接起動時的起動電流和起動轉(zhuǎn)矩。（5）當負載轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的60%和25%時，電動機能否起動？2.01.27.00.8890%380V1470r/min30kW功率因數(shù)效率電壓轉(zhuǎn)速功率解（1）（2），故電動機是四極的，即極對數(shù)P=2，同步轉(zhuǎn)速。所以（3）（4）（5）在60%額定轉(zhuǎn)矩時，故不能采用Y—△換接起動

在25%額定轉(zhuǎn)矩時，可以采用Y—△換接起動例

對上例中的電動機采用自耦減壓起動，而使電動機的起動轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的85%，試求：（1）自耦變壓器的電壓比K；（2）電動機的起動電流和線路上的起動電流。解（1）（2）設電動機直接起動電流為Ist、自耦降壓起動電流為I’st

，線路起動電流為三相異步電動機的反轉(zhuǎn)把電動機與電源的三根聯(lián)結(jié)線中的任意兩根對調(diào)，電動機的轉(zhuǎn)向便與原來相反。三相異步電動機的調(diào)速所以改變電動機的轉(zhuǎn)速有三種可能：改變電源頻率f1改變極對數(shù)p改變轉(zhuǎn)差率s。（1）變極調(diào)速因此改變p可以得到不同的轉(zhuǎn)速p＝2p＝1

（2）變頻調(diào)速變頻調(diào)速有恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速和恒功率調(diào)速兩種方式繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的調(diào)速（1）改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速在繞線轉(zhuǎn)子電動機的轉(zhuǎn)子電路中接入一個調(diào)速電阻（和起動電阻一樣接入），改變電阻的大小，就可得到平滑調(diào)速。優(yōu)點是設備簡單、投資少，廣泛應用于起重設備中；但在電阻上的能量損耗較大。（2）串級調(diào)速用一套有源逆變電路來代替調(diào)速電阻及開關(guān)設備，把原來消耗在電阻上的功率反饋到電網(wǎng)去，用改變晶閘管的逆變角的方法來改變電動機的轉(zhuǎn)速。4.3直流電動機直流電機是機械能和直流電能互相轉(zhuǎn)換的旋轉(zhuǎn)機械裝置。直流發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)換為電能直流電動機將電能轉(zhuǎn)換為機械能直流電動機的調(diào)速性能較好、起動轉(zhuǎn)矩較大，因此，對調(diào)速要求較高的生產(chǎn)機械(例如龍門刨床、銑床、軋鋼機等)或者需要較大起動轉(zhuǎn)矩的生產(chǎn)機械(例如起重機械、電力牽引設備等)往往采用直流電動機來驅(qū)動。4.3.1直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電動勢直流電動機的結(jié)構(gòu)磁極換向器電樞極心極掌勵磁繞組機座1.磁極用來在電機中產(chǎn)生磁場，分成極心和極掌兩部分。極心上放置勵磁繞組，通直流電勵磁；極掌的作用是使電機空氣隙中磁感應強度的分布最為合適，并用來擋住勵磁繞組。2.電樞是電機中產(chǎn)生感應電動勢的部分。3.換向器（整流子）外形剖面團壓圈楔形銅片換向器的凸出部分套筒直流電動機的基本工作原理直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電動勢KT——與電機結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)；——電動機一個磁極的磁通，單位為Wb；Ia——電樞電流，單位為A；T——單位是N·m。直流電動機電刷間的電動勢常用下式表示——電動機一個磁極的磁通，單位為Wb；KE——與電機結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)；E——電動勢，單位為V。

n——電樞轉(zhuǎn)速，單位為r/min；4.3.2他勵電動機他勵電動機的機械特性他勵電動機的勵磁繞組和電樞繞組是分離的，分別由兩個直流電源供給。勵磁電源Uf產(chǎn)生勵磁電流If

，建立磁通。電樞電路接通電源U后，電樞中產(chǎn)生工作電流Ia，電樞在磁場作用下，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T，以n的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，并在電樞中產(chǎn)生反電動勢E。Rf是勵磁電路的電阻Ra是電樞繞組電阻他勵電動機的機械特性曲線他勵電動機的起動與反轉(zhuǎn)穩(wěn)定運行時，其電樞電流為在電動機起動的初始瞬間的電樞電流為由于Ra很小，起動電流將達到額定電流的10～20倍，這是不允許的。必須限制起動電流。限制起動電流的方法就是起動時在電樞電路中串接起動電阻Rst。一般起動電流不應超過額定電流的1.5～2.5倍。注意：直流電動機在起動或工作時，勵磁電路一定要接通，不能讓它斷開（起動時要滿勵磁）。例

有一他勵電動機，額定功率40kW，UN=220V，IaN=208A，Ra=0.09，Rf=62.8，nN=1500r/min，電動機最高轉(zhuǎn)速為2250r/min。試求：（1）在額定運行時電動機的電樞電動勢；（2）額定轉(zhuǎn)矩；（3）直接起動時的起動電流；（4）若用電樞電路串電阻的方法限制起動電流為IaN的1.5倍，需串多大的電阻？解（1）帶額定負載時（2）額定轉(zhuǎn)矩（3）起動時E=0，若直接起動，則電流可見，直接起動時起動電流為額定電流的11.75倍，這是不容許的。（4）他勵電動機的調(diào)速可知，改變電樞電壓U或磁通Φ的大小，就可以寬范圍地平滑調(diào)速。1.改變磁通Φ調(diào)速（調(diào)磁）保持電源電壓U為額定值，改變勵磁電流進而改變磁通，使轉(zhuǎn)速相應改變。調(diào)速的過程：當U保持恒定時，增大可調(diào)電阻，減小勵磁電流If。在If開始減小時，轉(zhuǎn)速由于慣性來不及改變，但磁通Φ很快減小了，于是反電動勢E=KEΦn立即減小。E減小，則Ia急增。由于Ia增加的影響超過Φ減小的影響，故T＝KTΦIa也迅速增加。若阻轉(zhuǎn)矩Tc(Tc＝T2十T0)未變，則T＞Tc，使轉(zhuǎn)速上升（加速）。轉(zhuǎn)速n升高后，反電動勢E又隨之增大，而Ia和T又回頭下降，一直到T又重新等于Tc為止。此時轉(zhuǎn)速達到新的穩(wěn)定值，且轉(zhuǎn)速已較原來的升高了。磁通Φ減小時，n0升高了，轉(zhuǎn)速降△n也增大了；但后者與Φ2成反比，所以磁通愈小，理想空載轉(zhuǎn)速n0愈高，機械特性曲線也就愈軟。改變Φ時的機械特性曲線這種調(diào)速方法可以平滑調(diào)速，經(jīng)濟方便，穩(wěn)定性較好，但只能在額定轉(zhuǎn)速以上調(diào)速。2.改變電樞電壓調(diào)速(調(diào)壓)當保持他勵電動機的勵磁電流If為額定值時，降低電樞電壓U，理想空載轉(zhuǎn)速no變低了，但△n末改變。因此，改變U可得出一族彼此平行的機械特性曲線。調(diào)速的過程：保持磁通不變，減小電樞電壓U。由于機械慣性轉(zhuǎn)速不會立即發(fā)生變化，于是反電動勢E也暫不變化，則電樞電流Ia減小、轉(zhuǎn)矩T也減小了。如果阻轉(zhuǎn)矩Tc未變，由于T＜Tc，則轉(zhuǎn)速n下降（減速）。當轉(zhuǎn)速n降低后，反電動勢E又隨之減小，而Ia和T則隨之增大，直到T又重新等于Tc為止。此時轉(zhuǎn)速達到新的穩(wěn)定值，且轉(zhuǎn)速已較原來的降低了。例

某他勵直流電動機，已知：UN=220V，IN=53.8A，nN=2000r/min，電樞電阻Ra=0.4。今將電樞端電壓降低到110V，而負載轉(zhuǎn)矩不變，勵磁不變。試問電動機轉(zhuǎn)速變?yōu)槎嗌?？解因為勵磁不變，負載轉(zhuǎn)矩不變，由式可知，電樞電流也保持不變。轉(zhuǎn)速約降低到原來的45％，即

4.3.3并勵電動機并勵電動機的勵磁繞組和電樞繞組并聯(lián)后由同一個直流電源供電他勵電動機機械特性、起動和反轉(zhuǎn)特性的結(jié)論完全適用于并勵電動機。并勵電動機可采用改變磁通、即在勵磁回路串電阻方法調(diào)速。例

一臺并勵直流電動機：UN=220V，PN=17kW，N=86%，已知Ra=0.2，Rf=55。求：（1）在額定電壓下，直接起動時的起動電流；直接起動會發(fā)生什么后果？（2）欲使起動時輸入電流為額定電流的1.5倍，應在電樞電路中串聯(lián)多大電阻值的電阻?解(1)

直接起動時的電樞電流：直接起動時的起動電流：，，，將燒損電機。（2）要求起動電流限制在這時電樞電流，應串入電阻：例

某并勵直流電動機，銘牌數(shù)據(jù)如下：PN=22kW，UN=220V，IN=114.2A，

nN=1000r/min，Ra=0.2，Rf=110，電動機在額定電壓下工作。求：（1）保持額定負載轉(zhuǎn)矩TN不變，使磁通減小到0.9ΦN，電動機的轉(zhuǎn)速n；（2）電動機的額定效率N。解（1）因負載轉(zhuǎn)矩不變，所以（2）4.3.4串勵電動機勵磁繞組和電樞繞組串聯(lián)當磁路未飽和時，可以認為磁通與電樞電流Ia成正比，即K為比例常數(shù)轉(zhuǎn)速當磁路不飽和時，串勵電動機的機械特性是一條雙曲線。直流電動機的機械特性串勵電動機在轉(zhuǎn)矩較小時，有比較大的轉(zhuǎn)速，如負載很輕，則轉(zhuǎn)速將非常高，以至達到危險的高速，這種現(xiàn)象俗稱“飛速”通常規(guī)定：串勵電動機與生產(chǎn)機械連接時，不允許采用皮帶等容易發(fā)生滑脫的傳動機構(gòu)，而應采用齒輪或直軸連軸器來拖動。4.3.5復勵電動機復勵電動機有兩個勵磁繞組：一個與電樞繞組串聯(lián)，另一個并聯(lián)，共同由一個直流電源供電。復勵電動機既可以具有串勵電動機的某些優(yōu)點，適用于負載轉(zhuǎn)矩變化較大，需要機械特性比較軟的設備中；又可以像并勵電動機那樣在空載和輕載下運行。復勵電動機可采用改變磁通的方法進行調(diào)速*4.4控制電機4.4.1步進電動機控制電機廣泛應用于各種類型的自動控制系統(tǒng)和計算裝置中。常用的有：步進電動機、伺服電動機、測速發(fā)電機和自整角機。步進電動機是一種利用電磁鐵的作用原理將電脈沖信號變換為機械轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)速的電機。步進電動機的結(jié)構(gòu)通常分成反應式和永磁式兩種下面介紹單三拍、六拍及雙三拍三種工作方式的基本原理：單三拍三相反應式步進電動機的結(jié)構(gòu)示意圖三相單三拍信號波形如果A、B、C三相繞組按A→B→C→A→……的順序輪流通電，則步進電動機轉(zhuǎn)子便按順時針方向一步一步地轉(zhuǎn)動，每一步的轉(zhuǎn)角為30°(稱為步距角)。電流換接三次，磁場旋轉(zhuǎn)一周，轉(zhuǎn)子前進了一個齒距角(轉(zhuǎn)子四個齒時為90°)。三相電流換接三次完成一個循環(huán)，這種通電方式稱為單三拍方式。六拍A相通電A、B相通電B相通電B、C相通電如果按A→AB→B→BC→C→CA→A……的順序輪流通電，則轉(zhuǎn)子便順時針方向一步一步地轉(zhuǎn)動，步距角為15°。電流換接六次，磁場旋轉(zhuǎn)一周，轉(zhuǎn)子前進了一個齒距角（轉(zhuǎn)子四個齒時為90°）。如果按A→AC→C→CB→B→BA→A……的順序通電，則電機轉(zhuǎn)子逆時針方向轉(zhuǎn)動。雙三拍如果每次都是兩相通電，即按AB→BC→CA→AB……的順序通電，則稱為雙三拍方式。A、B相通電B、C相通電步距角也是30°步距角θ可用下式計算：Zr是轉(zhuǎn)子齒數(shù)；m是運行拍數(shù)。為了提高步進電動機的控制精度，采用較小的步距角，最常見的是3°或1.5°此時轉(zhuǎn)子上不只四個齒（四個齒時齒距角），而有40個齒（齒距角為9°）三相反應式步進電動機結(jié)構(gòu)圖步進電動機系統(tǒng)示意圖步進電動機使用時必須配備專用的驅(qū)動電路，它由脈沖分配器和功率放大電路組成。4.4.2伺服電動機伺服電動機是一種受輸入電信號控制、并作快速響應的電動機。其輸入信號為電壓，輸出量是轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。伺服電動機有交流和直流兩種交流伺服電動機交流伺服電動機實質(zhì)上就是兩相的異步電動機。定子上裝有兩個空間位置互成90°角的繞組，一個是勵磁繞組f，另一個是控制繞組c，交流伺服電動機的原理示意圖當勵磁電壓Uf一定而信號控制電壓uc的大小變化時，則轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速相應變化?？刂齐妷捍螅妱訖C轉(zhuǎn)得快；控制電壓小，電動機轉(zhuǎn)得慢。當控制電壓反相時，由于旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生了變化，使電動機轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)。機械特性杯形轉(zhuǎn)子伺服電動機的結(jié)構(gòu)圖自動平衡電位計電路的原理圖自動平衡電位計電路的閉環(huán)控制方框圖直流伺服電動機直流伺服電動機低慣量型傳統(tǒng)式傳統(tǒng)