電機與拖動基礎(chǔ)教案

學(xué)期授課計劃說明課時本已本本學(xué)期課時分配課講期本其中余程授教學(xué)講實測考機?。〞r缺計學(xué)學(xué)期）劃時周總授踐試核動計學(xué)時學(xué)時641864568考試264教學(xué)大綱名稱《電機與拖動基礎(chǔ)》教學(xué)大綱或版本選用教材主要參考書——自編《電機與拖動基礎(chǔ)》《電機與電力拖動》（西安交通大學(xué)出名稱及版本版社）所需實驗（實習(xí)）器電動機實訓(xùn)裝置材及設(shè)備實驗（習(xí)）場地電機實訓(xùn)室備注緒論0．1電機及電力拖動系統(tǒng)概述一、電機《電機與拖動基礎(chǔ)》是把電機學(xué)和電力拖動基礎(chǔ)兩門課程有機結(jié)合而成的一門課程。電機是以電磁感應(yīng)和電磁力定律為基本工作原理進(jìn)行電能的傳遞或機電能量轉(zhuǎn)換的機械裝置。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)電機把機械能轉(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)換為機械能主要由電動機完成。電動機拖動生產(chǎn)機械運轉(zhuǎn)的方式稱為電力拖動。由于電動機的效率高、種類和規(guī)格多、具有各種良好的特性，電力拖動易于操作和控制，可以實現(xiàn)自動控制和遠(yuǎn)距離控制，因此，電力拖動廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域。例如各種機床、軋制生產(chǎn)線、電力機車、風(fēng)機、水泵、電動工具乃至家用電器等，數(shù)不勝數(shù)。為了能建立一個感性認(rèn)識，對電機進(jìn)行簡單的分類如下：

電機的分類從能量轉(zhuǎn)換的角度分從旋轉(zhuǎn)與否的角度分從電能的性質(zhì)分控直流電電機機交流發(fā)電動電變制旋轉(zhuǎn)電機（發(fā)電機靜止電機（變壓器）壓機機器電機電動機）在電力拖動自動控制系統(tǒng)中，大量應(yīng)用控制電機?？刂齐姍C是一種在自動控制、自動調(diào)節(jié)、隨動系統(tǒng)、遠(yuǎn)距離測量及計算裝置中作為執(zhí)行元件、檢測元件的小型電機。這部分內(nèi)容將在另外的教材中涉及。在工業(yè)自動化專業(yè)與電氣工程及自動化專業(yè)中，電機與拖動是一門十分重要的專業(yè)基礎(chǔ)課或技術(shù)基礎(chǔ)課，它在整個專業(yè)教學(xué)計劃中起著承前啟后的作用，是后續(xù)課程《自動控制原理》、《電力拖動自動控制系統(tǒng)》、《電力電子技術(shù)》等課程的重要基礎(chǔ)。主要研究電機拖動系統(tǒng)的基本理論問題，分析研究直流電機、變壓器、異步電動機和同步電動機的簡單結(jié)構(gòu)、原理、基本電磁關(guān)系和運行特性；并初步聯(lián)系生產(chǎn)實際，從生產(chǎn)機械工作的要求出，發(fā)重點介紹交運行特性，為學(xué)習(xí)自動控制系統(tǒng)等后續(xù)專業(yè)課打下堅實基礎(chǔ)。因此，課程既具有較強的基礎(chǔ)性，二、電力拖動簡單的電力拖動系統(tǒng)由電源、電動機、傳動機構(gòu)、負(fù)載制裝置等部分組成，見圖和控制系統(tǒng)所需的電能；電動機完成電能向機械能的轉(zhuǎn)換；傳動機于傳遞動力，并實現(xiàn)運轉(zhuǎn)方式和運轉(zhuǎn)速度的轉(zhuǎn)換，以滿足不同負(fù)載的要求；自動控制裝置則控制電動機拖動負(fù)載按照設(shè)定的工作方式運行，完成規(guī)定的生產(chǎn)任務(wù)。直流拖動系統(tǒng)的動靜態(tài)又帶有專業(yè)性。和自動控1.1。電源提供電動機構(gòu)用電源自動控制裝置電動機傳動機構(gòu)負(fù)載圖1.1電力拖動系統(tǒng)的組成0.2電氣控制電氣化、信息化時代，在性能、可靠性及容量等方面，對電機提出了更高的要求。交流變頻調(diào)速系統(tǒng)及變頻電機、大功率無刷直流電機、永磁同步無刷電機等得到了很大發(fā)展。同時，隨著新興行業(yè)的發(fā)展，微電機亦成為電機行業(yè)發(fā)展的亮點，重點產(chǎn)品。稀土永磁電機，無軸承新動向。與此相適應(yīng)，電機拖動也有了新的發(fā)展，對拖動系統(tǒng)的要求，如要求提高加工的是我國電工電器行業(yè)(電機)發(fā)展的電機也是電機技術(shù)發(fā)展的又提出更高精度和工作的速度，要求快速啟動、制動和逆轉(zhuǎn)，實現(xiàn)很寬范圍內(nèi)的調(diào)速及整個生產(chǎn)過程的自動化等，這就需要有一整套自動控制設(shè)備組成自動化的電力拖動系統(tǒng)。而這些高要求的拖動系統(tǒng)隨著自動控制理的論不斷發(fā)展，半導(dǎo)體器件和電力電子技采用，以及數(shù)控技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展與采用，正在不斷地完善和提高。術(shù)的綜上所述，電力拖動技術(shù)發(fā)展至今，它具有許多其他拖動方式無法比擬的優(yōu)點。它啟動、制動、反轉(zhuǎn)和調(diào)速的控制簡單、方便、快速且效率高；電動機的類型多，且具有各種不同的運行特性來滿足各種類型生產(chǎn)機械的要求；整個系統(tǒng)各參數(shù)的檢測和信號的變換與傳送方便，易于實現(xiàn)最優(yōu)控制。因此，電力拖動已成為國民經(jīng)濟(jì)電氣的基礎(chǔ)。自動化0.3本課程的性質(zhì)、任務(wù)和內(nèi)容《電機與拖動基礎(chǔ)》是電氣自動化技術(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、變壓器、控制電機等的基本結(jié)構(gòu)與工作原理，電力拖動系統(tǒng)的運行性能、分析計算，電機容量選擇及試驗方法等，為學(xué)習(xí)《工廠電氣控制設(shè)備》、《自動控制原理》、《交直流調(diào)速系統(tǒng)》等課程準(zhǔn)備必要的基礎(chǔ)知識?！峨姍C與拖動基礎(chǔ)》是分析和解決電機與電力拖動系統(tǒng)的基本問題，主要包括直流電機及拖動、變壓器、異步電機及拖動、同步電動機、控制電機和電動機容量的選擇等內(nèi)容。課程學(xué)完后學(xué)生應(yīng)達(dá)到下列要求：1．掌握常用交、直流電機及變壓器的基本理論（電磁關(guān)系、能量關(guān)系）。2．掌握控制電機的工作原理、主要性能及用途。3．掌握分析電動機機械特性及各種運轉(zhuǎn)狀態(tài)的基本理論。4．掌握電力拖動系統(tǒng)中電動機調(diào)速方法的基本原理和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。5．掌握選擇電動機的原則和方法。6．掌握電機的基本試驗方法及技能，并具有熟練的運算能力。7．了解電機與電力拖動今后的發(fā)展方向。0.4課程目標(biāo)《電機與拖動基礎(chǔ)》課程在于通過電機的理論、應(yīng)用、電氣控制方法、電氣控制系統(tǒng)的構(gòu)成和設(shè)計方法的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生成為一名電機及控制技術(shù)方面的應(yīng)用型技術(shù)人才。

一、特點：本課程的特點是理論性強、實踐性也強。分析電機與電力拖動的工作原理要用電學(xué)、磁學(xué)和動力學(xué)的基礎(chǔ)理論，既要有時間概念，又要有空間概念，所以理論性較強；而用理論分析各種電機和電力拖動的實際問題時，必須結(jié)合電機的具體結(jié)構(gòu)、采用工程觀點和工程分析方法，除要掌握基本理論以外，還應(yīng)注意培養(yǎng)實驗操作技能和計算能力，所以實踐性也較強。因此，學(xué)習(xí)本門課程應(yīng)該特別注意理論聯(lián)系實際。第一章直流電機§1.1直流電機的結(jié)構(gòu)與工作原理直流電機是由靜止的定子部分和轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子部分構(gòu)成的，定、轉(zhuǎn)子間之有一定大小的間隙（以后稱為氣隙）。1—換向器；2—電刷裝置；3—機座；4—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：直流電機定子部分主要由主磁極、換向極、機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中，主磁極是一種電磁鐵。（2）換向極容量在1kw以上的直流電機，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的換向。（3）機座一般直流電機都用整體機座。所謂整體機座，就是一個機座同時起兩方面的作用：一方面起導(dǎo)磁的作用，一方面起機械支撐的作用。（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。2、轉(zhuǎn)子部分：直流電機轉(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是作為主磁路的主要部分；另一個是嵌放電樞繞組。（2）電樞繞組它是直流電機的主要電路部分，是通過電流和感應(yīng)產(chǎn)生電動勢以實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換。（3）換向器在直流發(fā)電機中，它的作用是將繞組內(nèi)的交變電動勢轉(zhuǎn)換為電刷端上的直流電動勢；在直流電動機中，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、直流電機的基本工作原理1.直流發(fā)電機的工作原理直流發(fā)電機的模型與直流電動機相同，不同的是電刷上不外加直流電壓，而是利用原動機拖動電樞朝某一方向例如逆時針方向旋轉(zhuǎn)，如圖所abcd示。這時導(dǎo)體和分別切割N極和S極下的磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，電動勢的方向用右手定則確定。圖3.2直流發(fā)電機的工作原理abbacd在圖示情況下，導(dǎo)體中電動勢的方向由指向，導(dǎo)體中電動dc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cdcd旋轉(zhuǎn)1800時，導(dǎo)體轉(zhuǎn)至N極下，感應(yīng)電動勢的方向由指向，cdab電刷A與所連換向片接觸，仍為正極性；導(dǎo)體轉(zhuǎn)至S極下，感abab應(yīng)電動勢的方向變?yōu)橹赶?，電刷B與所連換向片接觸，仍為負(fù)極性?？梢姡绷靼l(fā)電機電樞線圈中的感應(yīng)電動勢的方向是交變的，而通過換向器和電刷的作用，在電刷A和B兩端輸出的電動勢是方向不變的直流電動勢。這種作用稱為整流作用。若在電刷A和B上負(fù)，載發(fā)電機就能向負(fù)載供給直流電能。這就是直流發(fā)電機的基本工作原理。同時應(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)矩方向與運動方向相反，起制動作用。根據(jù)上述原理分析，可以看出直流發(fā)電機有如下特點：（1）直流發(fā)電機將輸入機械功率轉(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）直流電動機導(dǎo)體中的電流與運動電勢方向相同。（4）電磁轉(zhuǎn)矩起制動作用。從以上分析可以看出：一臺直流電機原則上既可以作為電動機運行，也可以作為發(fā)電機運行，取決于外界不同的條件。將直流電源外加于電刷，輸入電能，電機能將電能轉(zhuǎn)換為機械能，拖動生產(chǎn)機械旋轉(zhuǎn)，作電動機運行；如用原動機拖動直流電機的電樞旋轉(zhuǎn)，輸入機械能，電機能將機械能轉(zhuǎn)換為直流電能，從電刷上引出直流電動勢，作發(fā)電機運行。同一臺電機，既能作為電動機運行，又能作發(fā)電機運行的原理，在電機理論中稱為可逆原理。2.直流電動機的工作原理圖1.1是一臺最簡單的直流電動機的模型，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）。磁極之間有一個可以轉(zhuǎn)動的鐵質(zhì)圓柱體，稱為電樞鐵心。鐵心表面固定一用個絕緣導(dǎo)體構(gòu)abcd成的電樞線圈，線圈的兩端分別接到相互絕緣的兩個弧形銅片上，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abcd置固定不動而與換向片滑動接觸的電刷A和B，線圈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機運行時，將直流電源加于電刷A和B，例源正極加于電刷A，電源負(fù)極加于電刷B，則線圈abcd中流過ababcdc電流。在導(dǎo)體中，電流由流向，在導(dǎo)體中，電流由流向的作用。電磁力的方向用左手定則確定，可知這一對電磁力形成一個轉(zhuǎn)矩，稱為電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩的方向為逆時針方向，使整個電樞逆時針cd流仍從電刷A流入，使中的電流變?yōu)橛勺饔?，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，確保直流電動機朝確定的方向同時可以看到，一旦電樞旋轉(zhuǎn)，電樞導(dǎo)體就會切割磁力線，產(chǎn)生運動電勢。在圖1.1()所示時刻，可以判斷出導(dǎo)體中的運動電勢ba的電流和電勢方向相反。圖1.1直流電動機的基本工作原理實際的直流電動機，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，電動機的轉(zhuǎn)速也比較均勻。（3）利用換向器和電刷，直流電動機將輸入的直流電流逆變成導(dǎo)體中的交變電流；3、直流電銘牌數(shù)據(jù)及主要系列是一臺機座號為5、電樞鐵心為短鐵心2座號表示直流電機電樞鐵心外直徑徑越大。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。的大小，共有1-9個機座號，機座號數(shù)越大，直；直流發(fā)電機的額定功電動機軸上輸出的額定轉(zhuǎn)矩§1.3直流電機的電樞繞組電樞繞組是直流電機的一個重要部分，電機中機電能量的轉(zhuǎn)換就樞。電樞繞樞繞組而實現(xiàn)的，所以直流電機的轉(zhuǎn)子也稱為電組是由許多個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)。1．繞組節(jié)距所謂節(jié)距，是指被聯(lián)接起來的兩個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（1）第一節(jié)距同一元件的兩個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y。一個磁極在電樞圓周上所跨的距1離稱為極距τ，當(dāng)用槽數(shù)表示時，極距的表達(dá)式為Z2p式中，P為磁極對數(shù)。為使每個元件的感應(yīng)電動勢最大，第一節(jié)距y應(yīng)盡量等于一個極1距τ，但τ不一定是整數(shù)，而y必須是整數(shù)，為此，一般取第一節(jié)距1Z整數(shù)y12p式中，ε為小于1的分?jǐn)?shù)。繞組稱為整距繞組；y的元件稱為1y的元件為整距元件，1短距繞組；y的元件稱為短距元件，繞組稱為長距元件，其電磁1效果與y<ε的元件相近，但端接部分較長，耗銅多，一般不用。1（2）第二節(jié)距第一個元件的下層邊與直接相連的第二個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y。2（3）合成節(jié)距直接相連的兩個元件的對應(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，稱為換向器節(jié)距y。由下圖可見，換向器節(jié)k距y與合成節(jié)距y總是相等的，即k(a)單疊繞組(b)單波繞組2．單疊繞組的聯(lián)接方法和特點下面通過一個實例來說明。設(shè)一臺直流發(fā)電機2P=4，Z=S=K=16，聯(lián)接成單疊右行繞組。（1）計算各節(jié)距第一節(jié)距y1Z1644y12p合成節(jié)距y和換向器節(jié)距yKyy1K第二節(jié)距y2yyy321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，先畫16根等長等距的實線，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。讓虛線與實線靠近一些。實際上一根實線和一根虛線代表一個槽（指虛槽），依次把槽編上號碼。第二步，放置主磁極。讓每個磁極的寬度大約等于0.7,4個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，極的磁力線從紙面穿出。S第三步，畫16個小方塊代表換向片，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。編號時把元件號碼、元件上層邊所在槽的號碼以及元件上層邊相樣，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（實線）并聯(lián)接的換向片號碼編得一與1號換向片相聯(lián)后，因為y=4，則1號元件的下層邊應(yīng)放在第5號1yy1，所以1號元件的末端1y5槽（）的下層（虛線）；因1K1y2應(yīng)聯(lián)接在2號換向片上（）。一般應(yīng)使元件左右對稱，這樣11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（1y2），下層邊放在62y6號槽的下層（），2號元件的上層邊聯(lián)在2號換向片上，下1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個元件都聯(lián)起來為止。校核第2節(jié)距：第1元件放在第5槽的下層邊與放在第2槽第2元件y3的關(guān)系。其他元件也如此。的上層邊，它們之間滿足2第五步，確定每個元件邊里導(dǎo)體感應(yīng)電動勢的方向。圖3.13中，所考慮的是發(fā)電機，箭頭表示電樞旋轉(zhuǎn)方向，即自右向左運動，根據(jù)右手定則就可判定各元件邊的感應(yīng)電動勢的方向，即在N極下的導(dǎo)體電動勢是向下，在S極下是向上的。在圖示這一瞬間，1、5、9、13四個元件正好位于兩個主磁極的中間，該處氣隙磁密為零，所以不感應(yīng)電動勢。第六步，放電刷。在直流電機里，電刷組數(shù)也就是刷桿的數(shù)目與主極的個數(shù)一樣多。對本例來說，就是四組電刷A、B、A2、B2，11它們均勻地放在換向器表面圓周方向的位置。一個換每個電刷的寬度等于每一個換向片的寬度。放電刷的原則是，要求正、負(fù)電刷之間得到最大的感應(yīng)電動勢，所短路的元件中感應(yīng)電動勢最小，這兩個要求實際上是一致的。在圖1.3里，由于每個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1.2中，被電刷所短路的元件正好是1、5、9、13，這幾個元件中的電動勢恰為零。實際運行時，電刷是靜止不動的，電樞在旋轉(zhuǎn)，但是，被電刷所短路的元件，永遠(yuǎn)都是處于兩個主磁極總結(jié)：對電樞繞組中的單疊繞組，有以下特點：（1）位于同一個磁極下的各元件串聯(lián)起來組成了一條支路，即支路ap。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，正、負(fù)電刷間感應(yīng)電動勢為最大，被電刷所短路的元件里感應(yīng)電動勢最小。（3）電刷桿數(shù)等于極數(shù)?！?.5直流電機電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩一、直流電電樞繞組的感應(yīng)電動勢機正負(fù)電刷之間的感應(yīng)電動勢，也就是電樞繞組一條并聯(lián)支路的電動勢。電樞繞組元件邊內(nèi)的導(dǎo)通密度（尤其是機電樞繞組的感應(yīng)電動勢是指直流電體切割氣隙合成磁場，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，由于氣隙磁負(fù)載時氣隙合成磁通密度）在便起見，可把磁通密度看成均勻分布的，取一個極下氣隙磁通密度的平均值為B，從而可得一距范圍內(nèi)切割氣隙磁通密—個極下的分布不均勻，為分析推導(dǎo)方根導(dǎo)體在一個極av度產(chǎn)生的電動勢的平均值e，其表達(dá)式為aveBlavav式中，B為一個極下氣隙磁通密度的平均值，稱為平均氣隙磁通密度；avl為電樞導(dǎo)體的有效長度（槽內(nèi)部分）；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，因N/2a

而電樞繞組的感應(yīng)電動勢ENeN2pnpNnCn2a2a6060aaave二、電樞繞組的電磁轉(zhuǎn)矩電樞繞組中流過電樞電流I時，元件的導(dǎo)體中流過支路電流i，aa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fBlixxa如果仍把氣隙合成磁場看成是均勻的示，則每根導(dǎo)體所受電磁力的平均值為fBli，氣隙磁通密度用平均值B表avaxaxa一根導(dǎo)體所受電磁力形成的電磁轉(zhuǎn)矩，其大小為DTfavav2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，所以電樞所磁轉(zhuǎn)矩方向都是一致的，因而電樞繞組的電磁轉(zhuǎn)矩等總的導(dǎo)體數(shù)N，即有導(dǎo)體產(chǎn)生的電于一根導(dǎo)體電磁轉(zhuǎn)矩的平均值T:乘以電樞繞組avl12pDpNICITNTNBliNla2l2a22aavavaaTa電樞電動勢ECn和電磁轉(zhuǎn)矩TCI是直流電機兩個重要aeTa的公式。對于同一臺直流電機，電動勢常數(shù)C和轉(zhuǎn)短常數(shù)C之間具eT有確定的關(guān)系C60aC9.55Ce2aTe§1.9直流電機的換向一、直流電機的換向直流電機運行時，隨著電樞的轉(zhuǎn)動，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。還有機械方面和化學(xué)方面的原因。1.機械原因產(chǎn)生換向火花的機械原因有很多，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、電刷壓力過大或過小、電刷與換向器的接觸面研磨得不好因而接觸不良等等。為使電機能正常工作，應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行檢查、維護(hù)和保養(yǎng)。2.化學(xué)原因電機運行時，由于空氣中氧氣、水蒸氣以及電流通過時熱和電化學(xué)的綜合作用，在換向器表面形一成層氧化亞銅薄膜，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i，有利于換k向。同時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。電機運行時，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，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.裝補償繞組§1.8直流發(fā)電機根據(jù)勵磁方式的不同，直流發(fā)電機可分為他勵直流發(fā)電機、并勵直流發(fā)電機、串勵直流發(fā)電機和復(fù)勵直流發(fā)電機。勵磁方式不同，發(fā)電機的特性就不同。因為本書以電力拖動為主，重點講述電動機的特性，因此本節(jié)只分析他勵直流電動機的原理和特性。一、直流發(fā)電機穩(wěn)態(tài)運行時的基本方程式圖1.15為一臺他勵直流發(fā)電機的示意圖。電樞旋轉(zhuǎn)時，電樞繞組切割主磁通，產(chǎn)生電樞電動勢E，如果外電路接有負(fù)載，則產(chǎn)生電a樞電流I，按發(fā)電機慣例，I的正方向與相同，如圖1.15所示。Eaaa1.電動勢平衡方程式根據(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，可以列出電動勢平衡方程式為UERIaaa上式表明，直流發(fā)電機的端電壓U等于電樞電動勢E減去電樞回路內(nèi)a部的電阻壓降RI，所以電樞電動勢E應(yīng)大于端電壓U。aaa2.轉(zhuǎn)矩平衡方程式

直流發(fā)電機以轉(zhuǎn)速n穩(wěn)態(tài)運行時，作用在電機軸上的轉(zhuǎn)矩有三個：一個是原動機的拖動轉(zhuǎn)矩T，方向與n相同；一個是電磁轉(zhuǎn)矩T，1方向與n相反，為制動性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩；還有一個由電機的機械損耗及鐵損耗引起的空載轉(zhuǎn)矩T，也是制動性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩。因此，可以寫出穩(wěn)態(tài)0運行時的轉(zhuǎn)矩平衡方程式為TTT103.功率平衡方程式將上式乘以發(fā)電機的機械角速度Ω，得TTT10可以寫成PPP01M式中，，為原動機輸給發(fā)電機的機械功PT11率，即輸入功率；，發(fā)電機的電磁功率；PTM，發(fā)電機的空載損耗功率。0PT0圖3.22他勵直流發(fā)電機電磁功率2PTpNIMnpNInEI2aa6060aaaa和直流電動機一樣，直流發(fā)電機的電磁功率亦是既具有機械功率的性質(zhì)，又具有電功率的性質(zhì)，所以是機械能轉(zhuǎn)換為電能的那一部分功率。直流發(fā)電機的空載損耗功率也是包括機械損耗，和鐵損耗Pmec兩部分。PFe上式表明：發(fā)電機輸入功率，其中一小部分供給空載損耗，P1P0大部分為電磁功率，是由機械功率轉(zhuǎn)換為電功率的。將式電動勢平衡方程式兩邊乘以電樞電流I得aEIUIRIaa2aaa即PPPM2CuaPUI，為發(fā)電機輸出的功率；RaIa2，為電樞回路銅損PCua式中，2a耗。上式可以寫成如下形式PPPCua2M綜合以上功率關(guān)系，可得功率平衡方程式PPPPPPPFe1M02Cuamec為更清楚地表示直流發(fā)電機的功率關(guān)系，可用下圖所示的功率流程圖。他勵直流發(fā)電機的功率流程圖一般情況下，直流發(fā)電機的總損耗PPPPPCuaCufFemec直流發(fā)電機的效率PP2100%1100%PP2P1faaf，時，端電壓U與勵磁電流I之間的關(guān)系Uf(I)稱為0f0f空載特性。，n=常數(shù)時，，U0ae所以空載特性Uf(I)與電機的空載磁化特性f(I)相似，都是一0ff條飽和曲線。I比較小時，鐵心不飽和，特性近似為直線；I較大時，fff圖1.16他勵直流發(fā)電機的空載特性圖1.17他勵直流發(fā)電機的外特性2外特性，I之間的關(guān)系稱I時，端電壓U與負(fù)載電流()UfIfNnnNIf為外特性。他勵直流發(fā)電機的負(fù)載電流I（亦即電樞電流I）增大時，端電a壓有所下降。從電動勢方程式分析可以得知，UERICnRIaaaaae使端電壓U下降的原因有兩個：一是當(dāng)增大時，電樞回路電阻上IIa壓降增大，引起端電壓下降；二是增大時，電樞磁動勢增大，IRaIIaa電樞反應(yīng)的去磁作用使每極磁通Ф減小，減小，從而引起端電壓UEa下降。U是衡量發(fā)電機運行性能的一個重要數(shù)據(jù)，一般他勵發(fā)電機的電壓變化率約為10%。3.調(diào)節(jié)特性，U=常數(shù)時，勵磁電流I與nnNf負(fù)載電流I之間的關(guān)系f(I)稱為If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。這是因為隨著負(fù)載電流的增大，電壓有下降趨，為維持電壓圖3.27他勵直流發(fā)電機的調(diào)節(jié)特性不變，就必須增大勵磁電流，以補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?！?.6直流電動機一、直流電動機穩(wěn)態(tài)運行的基本關(guān)系式圖1.20為并勵直流電動機的示意圖。接通直流電源時，勵磁繞組中流過勵磁電流I，建立主磁場，電樞繞組流過電樞電流I，一方fa面形成電樞磁動勢F，通過電樞反應(yīng)使主磁場變?yōu)闅庀逗铣纱艌?，另a一方面使電樞元件導(dǎo)體中流過支路電流i，與磁場作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩aT，使電樞朝T的方向以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)。電樞旋轉(zhuǎn)時，電樞導(dǎo)體又切割氣隙合成磁場，產(chǎn)生電樞電動勢E，在電動機中，此電動勢的方向a與電樞電流I的方向相反，稱為反電動勢。當(dāng)電動機穩(wěn)態(tài)運行時，有a如下平衡關(guān)系，分別用方程式表示。1.電壓平衡方程式根據(jù)圖中用電動機慣例所設(shè)各量的正方向，可以列出電壓平衡方程式和電流平衡方程式UERIaaIIIaaf式中，R為電樞回路電阻，其中包括電刷a和換向器之間的接觸電阻。此式表明，直流電機在電動機運行狀態(tài)下的電樞電動勢E總小于端電壓U。a2.轉(zhuǎn)矩平衡方程式圖3.33并勵直流電動機穩(wěn)態(tài)運行時，作用在電動機軸上的轉(zhuǎn)矩有三個。一個是電磁轉(zhuǎn)矩T，方向與轉(zhuǎn)速n相同，為拖動轉(zhuǎn)矩；一個是電動機空載損耗轉(zhuǎn)矩T，0是電動機空載運行時的阻轉(zhuǎn)矩，方向總與轉(zhuǎn)速n相反，為制動轉(zhuǎn)矩；還有一個是軸上所帶生產(chǎn)機械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩T，即電動機軸上的輸出轉(zhuǎn)2矩，一般亦為制動轉(zhuǎn)矩。穩(wěn)態(tài)運行時的轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系式為拖動轉(zhuǎn)矩等于總的制動轉(zhuǎn)矩，即TTT203.功率平衡方程式電動機輸入功率P為1PUIU(II)(ERI)IUI1afaaaafEIRIUIPpp2aaaafMcuacufPUI1PMPRI2，是電樞回路的Cua式中，；EI，為電磁功率；aaaaPUI，為勵磁繞組的銅損耗。銅損耗；Cuff電磁功率2nTPEIpNnIpNI60a2a60aMaaa式中，械角速度，n2/60，電動機的機單位是rad/s。PEI可知，電磁功率可知，從上式中具有電功率性質(zhì)；從PTMaaM電磁功率又具有機械功率性質(zhì)，其實質(zhì)是因為電磁功率是屬于電動機由電能轉(zhuǎn)換為機械能的那一部分功率。將轉(zhuǎn)矩平衡方程式兩邊乘以機械角速度，得TTT20可寫成PPpPpppsM202mfePT，軸上輸出的機械功率；PT，空載損耗，式中，包括機2200械損耗P和鐵損耗P。mecFe可以作出并勵直流電動機的功率流程圖，如下圖（a）所示。圖中PCuf為勵磁繞組的銅損耗，稱為勵磁損耗。并勵時，P由輸入功率供PCuf1給；他勵時，P由其他直流源供給，功率流程圖如圖（b）所示。Cuf并勵直流電動機的功率平衡方程式CufCuaFe直流電動機功率流程圖并勵直流電動機的工作特性是指當(dāng)電動機的端電壓，勵NII，電樞回路不串外加電阻時，轉(zhuǎn)速f率η分別與電樞電流aa當(dāng)、IIUUffNNnf(I)稱為轉(zhuǎn)速特性。a勢公式ECn代入電aeUERI，可得轉(zhuǎn)aaa速特性公式可見，如果忽略電樞反應(yīng)的影響，N保持不變，則I增加時，轉(zhuǎn)速圖3.35并勵電動機的工作特性a1.轉(zhuǎn)速特性2.轉(zhuǎn)矩特性3.效率特性nf(I)為一條稍an下降。但因R一般很小，所以轉(zhuǎn)速n下降不多，a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，I較a大時電樞反應(yīng)去磁作用的影響，則隨著I的增大，將減小，因而使a轉(zhuǎn)速特性出現(xiàn)上翹現(xiàn)象，如圖中的虛線所示。Tf(I)2.轉(zhuǎn)矩特性a當(dāng)、T與電樞電流()時，電磁轉(zhuǎn)矩I之間的關(guān)系fNNaUUIIfNTf(I)a稱為轉(zhuǎn)矩特性。由TCI可知，不考慮電樞反應(yīng)影響時，不變，T與成IaTaN正比，轉(zhuǎn)矩特性為過原點的直線。如果考慮電樞反應(yīng)的去磁作用，則當(dāng)I增大時，轉(zhuǎn)矩特性略為向下彎曲，如圖中的曲線2所示。af(I)a3.效率特性當(dāng)、II()時，效率η與電樞電流I的關(guān)系aUUffNNNf(I)稱為效率特性。a并勵直流電動機的效率PP1PPP1100%100%2100%P1FemecCua)P1(IUIaf式中，鐵損耗P，是電機旋轉(zhuǎn)時電樞鐵心切割氣隙磁場而引起的渦Fe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；機械損耗P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)mec速；勵磁繞組的銅損耗PUI，當(dāng)，不變，也不變。IPCufUUCufffN由此可出看，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PRI2與電樞電流的平方成正比，亦即隨負(fù)載的變化明顯變化，故Cuaaa稱為可變損耗。I開始由零增大時，可變損耗增加緩慢，總損耗變化affad/dI0求得當(dāng)a時，電動機的效率達(dá)到最高；再進(jìn)一步增大時，可變損耗在總損耗Ia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η反而略為下降。并勵直流電動機的效率特性如圖中的曲線3所示，一般電動機在負(fù)載為額定值的75%左右時效率最高。第六章直流電機的電力拖動§6.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程式和負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性一、電力拖動系統(tǒng)運動方程圖2—1為一單軸電力拖動系統(tǒng)，電動機在電力拖動系統(tǒng)中作旋轉(zhuǎn)運動時，必須遵循下列基本的運動方程式。圖6—1單軸電力拖動系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)運動的方程式為TTJddtemL（6—1）式中，T為電動機產(chǎn)生的拖動轉(zhuǎn)矩(Nm)；T為負(fù)載轉(zhuǎn)矩(Nm)；emLJd/dt為慣性轉(zhuǎn)矩(或稱動轉(zhuǎn)矩)，J為轉(zhuǎn)動慣量可用下式表示Jm2GD4g2（6—2）式中，m、G分別為旋轉(zhuǎn)部分的質(zhì)量(kg)與重量(N)；、D分別為轉(zhuǎn)動慣性半徑與直徑(m)；g為重力加速度,g9.18m/s2；J的單位為kgm2。在實際計算中常用式（6—1）的另一種形式。即將角速度2n/60(的單位為，rad/sn的單位為r/min)代入式（6—1）得運動方程式實用形式：TTGD2dn375dtemL（6—3）式中，GD2為飛輪矩(Nm2)，GD4gJ；系數(shù)375是具有加速度量綱2的系數(shù)。電動機的工作狀態(tài)可由運動方程式表示出來。分析式（6—3）可見dn（1）當(dāng)TT0，，則常值，電力拖動系統(tǒng)處于穩(wěn)定0dtnemL運轉(zhuǎn)狀態(tài)；dn（2）當(dāng)TT0，，電力拖動系統(tǒng)處于加速過渡過程狀態(tài)0dtemL中；dn(3)當(dāng)，，電力拖動系統(tǒng)處于減速過渡過程狀TT00dtemL態(tài)中。2.運動方程式中轉(zhuǎn)矩的符號分析（1）拖動轉(zhuǎn)矩與規(guī)定正向相同取正，相反取負(fù)；負(fù)載轉(zhuǎn)矩TTemL與規(guī)定正向相同取負(fù)，相反取正。（2）負(fù)載轉(zhuǎn)矩的方向與設(shè)定的旋轉(zhuǎn)正方向相同時，負(fù)載轉(zhuǎn)矩TLT前取負(fù)號，相反時則取正號。L二、負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性在運動方程式中，負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系Tf(n)稱為負(fù)TLnL載轉(zhuǎn)矩特性。負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小和多種因素有關(guān)。以車床主軸為例，TL當(dāng)車床切削工件時切削速度、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)載特性和風(fēng)機、泵類負(fù)載特性。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n無關(guān)的TL特性，當(dāng)轉(zhuǎn)速變化時，轉(zhuǎn)矩保持常值。恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性多數(shù)是反抗TL性的，也有位能性的。反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性的特點是，恒值轉(zhuǎn)矩總是與運動方向相TL反。根據(jù)第六章第一節(jié)中對正負(fù)符號的規(guī)定，當(dāng)正轉(zhuǎn)時為正，轉(zhuǎn)TnL矩為反向，應(yīng)取正號，即為（）；而反轉(zhuǎn)時為負(fù)，轉(zhuǎn)矩為TnTLLL正向，應(yīng)變?yōu)椋ǎ?；如圖6—2所示。顯然，反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特TL性應(yīng)在第一與第三象限內(nèi)。皮帶運輸機、軋鋼機、機床的刀架平移和行走機構(gòu)等由摩擦力產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的機械，都是反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。不同，它由拖部件(如起重類型負(fù)載中的重物)造成。其特點是轉(zhuǎn)矩具有固定的方向，改變。如圖6—3不論重物被提升(n為正)或下放(n為負(fù))，負(fù)載轉(zhuǎn)矩T始終為動系統(tǒng)中TLL在第一與第四象限內(nèi)，表示恒值特性的直線是TL圖6—2反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性圖6—3位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性2、恒功率負(fù)載特性一些機床，如車床，在粗加工時，切削量大，切削阻力大，此時開低速；在精加工時，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2n0.105TnK（6PTT60LLLL—4）式中，為常數(shù)；為負(fù)載(切削)功率()。KPWL可見，負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速呈反比，切削功率基本不變，特性曲nTL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點所對應(yīng)的陰影面積與B點所對應(yīng)的相等。圖2—4恒功率負(fù)載特性3風(fēng)機、泵類負(fù)載特性風(fēng)機、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（6TKn2L—5）式中，為比例常數(shù)。K風(fēng)機、泵類負(fù)載特性如圖6-5所示。屬于通風(fēng)機負(fù)載的生產(chǎn)機械有通風(fēng)機、水泵、油泵等，其中空氣、水、油等介質(zhì)對機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、泵類負(fù)載特性圖6—6實際風(fēng)機、泵類負(fù)載特性實際生產(chǎn)機械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性可能是以上幾種典型特性的綜合。例如，實際通風(fēng)機除了主要是通風(fēng)機負(fù)載特性外，由于其軸承上還有一定的摩擦轉(zhuǎn)矩T，因而實際通風(fēng)機負(fù)載特性為，如圖6TTKn200L—6所示。除了上述幾種類型的生產(chǎn)機械外，還有一些生產(chǎn)機械具有各自的負(fù)載特性，如帶曲柄連桿機構(gòu)的生產(chǎn)機械，它們的負(fù)載轉(zhuǎn)矩T隨轉(zhuǎn)角L而變化；而球磨機，碎石機等生產(chǎn)機械，其負(fù)載轉(zhuǎn)矩則隨時間作無規(guī)律的隨機變化等等。6.2他勵直流電動機的機械特性電動機的機械特性是指電動機的轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩T之間的nem關(guān)系，即nf(T)，機械特性是電動機機械性能的主要表現(xiàn)，它與em運動方程式相聯(lián)系，是分析電動機起動、調(diào)速、制動等問題的重要工具。他勵直流電動機的機械特性方程式可從電動機的基本方程式導(dǎo)出。他勵直流電動機的電路原理如圖6-7所示。圖6—7他勵直流電動機的電路原理根據(jù)圖6—7可以列出電動機的基本方程式為感應(yīng)電動勢方程：ECnae電磁轉(zhuǎn)矩：TCIaemT電壓平衡方程式：UIREdaa電樞總電阻:磁通:RRRaef(i)f勵磁電流:iUffRf將E和T的表達(dá)式代入電壓平衡方程式中，可得機械特性方程式的aemUR(6-6)nCCC2TdemeeT在機械特性方程式(6—6)中，當(dāng)電源電壓U、電樞總電阻R、磁d通為常數(shù)時,即可畫出他勵直流電動機的機械特性,如圖6emnf(T)—8所示。圖6—8他勵直流電動機的機械特性由圖6—8中的機械特性曲線可見,轉(zhuǎn)速n隨電磁轉(zhuǎn)矩T的增大em而降低,是一條向下傾斜的直線。這說明:電動機加上負(fù)載，轉(zhuǎn)速會隨負(fù)載的增加而降低。下面討論機械特性上的兩個特殊點和機械特性直線的斜率。理想空載點A(0,n)0在方程式(6—6)中，當(dāng)T0時，稱為理想空載轉(zhuǎn)nU/Cnde0em速，即U(6—7)n0dCe由式(6—7)可見，調(diào)節(jié)電源電壓U或磁通，可以改變理想空載d轉(zhuǎn)速n的大小。必須指出，電動機的實際空載轉(zhuǎn)速'比n略低，如圖n0006—8所示。這是因為，電動機在實際的空載狀態(tài)下運行時，其輸出轉(zhuǎn)矩，但電磁轉(zhuǎn)矩T不可能為零，必須克服空載阻力轉(zhuǎn)矩T，即T02em0,所以實際空載轉(zhuǎn)速n'為0TTem0URRCC2T(6—8)n'02TndCCCe000eTeT堵轉(zhuǎn)點或起動點B(T，0)st在圖6—8中，機械特性直線與橫軸的交點B為堵轉(zhuǎn)點或起動點。在堵轉(zhuǎn)點,n0，因而E0,此時電樞電流稱為堵轉(zhuǎn)電流iU/Riadsta或起動電流。與堵轉(zhuǎn)電流相對應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩T稱為堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩或起動轉(zhuǎn)st矩。機械特性直線的斜率方程式(6—6)中，右邊第二項表示電動機帶負(fù)載后的轉(zhuǎn)速降，用n表示，則RTT(6—9)nCC2ememeTR式中，為機械特性直線的斜率，在同樣的理想空載轉(zhuǎn)速下,CC2eT越小，n越小，即轉(zhuǎn)速隨電磁轉(zhuǎn)矩的變化較小，稱此機械特性為硬特性。越大,n也越大，即轉(zhuǎn)速隨電磁轉(zhuǎn)矩的變化較大，稱此機械特性為軟特性。將公式(6—7)及式(6—9)代人式(6—6)，得機械特性方程式的簡化式為(6—10)nnT0em當(dāng)他勵電動機的電源電壓UU、磁通、電樞回路中沒有dN附加電阻，即時，電動機的機械特性稱為固有機械特性。固有eUR(6—11)nTemNaCCCe2eNTN根據(jù)公式(6—11)可繪出他勵—9所示。其中額定運行點。由于R較小，數(shù)值最大，所以特性的斜率最小，他勵直流電動機的固有機械特性如圖6D點為aN直流電動機的固有機械特性較硬。圖6—9他勵直流電動機的固有機械特三、人為機械特性改變固有機械特性方程式中的電源電壓，氣隙磁通和電樞回Ud路串附加電阻這三個參數(shù)中的任意一個、兩個或三個參數(shù)，所得到Re的機械特性為人為機械特性。1、電樞回路串接電阻時的人為機械特性Re此時，，電樞串接電阻時的人為機械特UURRRRdNNaee性方程為URR(6—12)nTemNaeCCe2CeNTN與固有機械特性相比，電樞回路串接電阻R時的人為機械特性的e特點是:U1.理想空載點保持不變;n0NCeN2.斜率隨R的增大而增大，使轉(zhuǎn)速降n增大，特性變軟。圖6e—10所示是不同R時的一組人為機械特性，它是從理想空載點n發(fā)出e0的一組射線。3．對于相同的電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速n隨R的增大而減小。（在圖中標(biāo)e出對應(yīng)的轉(zhuǎn)速點）圖6—10不同R時的人為機械特性e2、改變電源電壓U時的人為機械特性d當(dāng)，電樞不串接電阻(R0)，改變電源電壓U時的人Ned為機械特性方程式為UR(6—13)nTdaCCC2emeNeTN根據(jù)式6—13可以畫出改變電源電壓U時的人為機械特性如圖6d—11所示。圖6—11改變電源電壓U時的人為機械特d性與固有機械特性相比，改變電源電壓U時的人為機械恃性的特d點是:1、理想空載轉(zhuǎn)速n隨電源電壓U的降低而成比例降低；0d2、斜率保持不變，特性的硬度不變。圖6—11所示的是不同電壓U時的一組人為機械特性，該特性為一組平行直線。d3.對于相同的電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速n隨U的減小而減小。d應(yīng)注意:由于受到絕緣強度的限制，電壓只能從額定值U向下調(diào)N節(jié)。3、改變磁通時的人為機械特性一般他勵直流電動機在額定磁通下運行時，電機已接近飽N和。改變磁通只能在額定磁通以下進(jìn)行調(diào)節(jié)。此時UU，電樞不串dN接電阻(R0)、減弱磁通時的人為機械特性方程式為eUR(6—14)nT2NaCCCeemeT根據(jù)式6—14可以畫出改變磁通時的人為機械特性如圖6—12圖6—12改變磁通時的人為機械特性與固有機械特性相比，減弱磁通時的人為機械特性的特點是:1.理想空載點隨磁通減弱而升高；nU/C0Ne2.斜率與磁通成反比，減弱磁通，使斜率增大，特性變軟。圖6—12所示為弱磁時的一組人為機械特性，該特性隨磁通的減弱，理想空載轉(zhuǎn)速升高、曲線斜率變大。n0顯然，在實際應(yīng)用中，同時改變兩個、甚至三個參數(shù)時，人為機械特性同樣可根據(jù)特性方程式得到?！?.5他勵直流電動機的啟動一、他勵直流電動機的起動電動機從接入電源開始轉(zhuǎn)動，到達(dá)穩(wěn)定運行的全部過程稱為起動過程或起動。電動機在起動的瞬間，轉(zhuǎn)速為零，此時的電樞電流稱為起動電流，用表示。對應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩稱為起動轉(zhuǎn)矩，用表示。ITstst直流電動機的起動性能指標(biāo):（1）起動轉(zhuǎn)矩足夠大)；(TTTststL（2）起動電流不可太大，一般限制在一定的允許范圍之內(nèi)，Ist一般為(1.5～2)I；N（3）起動時間短，符合生產(chǎn)機械的要求；（4）起動設(shè)備簡單、經(jīng)濟(jì)、可靠、操作簡便。直流電動機常用的起動方法有三種：1.直接起動直接起動就是將電動機直接投入到額定電壓的電網(wǎng)上起動。他勵直流電動機起動時，必須先保證有磁場，而后加電樞電壓，當(dāng)T大st于拖動系統(tǒng)的總阻力轉(zhuǎn)矩時，電動機開始轉(zhuǎn)動并加速。隨著轉(zhuǎn)速升高，增大，使電樞電流下降,相應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩也減小,但只要電磁轉(zhuǎn)矩大于總阻力轉(zhuǎn)矩，n仍能增加，直到電磁轉(zhuǎn)矩降到與總阻力轉(zhuǎn)矩電機達(dá)到穩(wěn)定恒速運行，起動過程結(jié)束。優(yōu)點:直接起動不需要起動設(shè)備，點是起動電流大(由上例可知)。過大的起動電流將引起電降，影響到其他用電設(shè)備的正常工作，對電機造成換向惡化、繞組發(fā)熱嚴(yán)重，同時很大的起動轉(zhuǎn)矩將損壞拖動系統(tǒng)的傳動機構(gòu)，所Ist相等時，直接起動的操作簡單，起動轉(zhuǎn)矩大，但嚴(yán)重的缺網(wǎng)電壓的下自身會

以直接起動只限用于容量很小的直流電動機。一般直流電動機在起動時，都必須設(shè)法限制起動電流。為了限制起動電流，可以采用降低電源電壓和電樞回路串聯(lián)電阻的起動方法。2.降壓起動降壓起動,即起動前將施加在電動機電樞兩端的電壓降低，以限制起動電流，為了獲得足夠大的起動轉(zhuǎn)矩。起動電流通常限制在(1.5～2)I，則起動電壓應(yīng)為N(6—15)UIR(1.5~2)IRaststaN因此在起動過程中，為保證有足夠大的起動轉(zhuǎn)矩，需使I保持在st(1.5～2)I范圍內(nèi)，電源電壓必須不斷升高，直到電壓升至額定UNd電壓，電動機進(jìn)入穩(wěn)定運行狀態(tài)，起動過程結(jié)束。降壓起動的優(yōu)點是:在起動過程中能量損耗小，起動平穩(wěn)，便于實現(xiàn)自動化，但需要一套可調(diào)節(jié)電壓的直流電源，增加了設(shè)備投資。3.電樞回路串電阻起動電樞回路串電阻起動時，電源電壓為額定值且恒定不變，在電樞回路中串接起動電阻，達(dá)到限制起動電流的目的。電樞回路串電Rst阻起動時的起動電流為U(6—16)IstNRRast在電樞回路串電阻起動的過程中，應(yīng)相應(yīng)地將起動電阻逐級切，除這種起動方法稱為電樞串電阻分級起動。因為在起動過程中，如果不切電除阻，隨著轉(zhuǎn)速的增加，電樞電勢E增大。使起動電流下降，a相應(yīng)的起動轉(zhuǎn)矩也減小，轉(zhuǎn)速上升緩慢，使起動過程時間延長，且起動后轉(zhuǎn)速較低。如果把起動電阻一次全部切除，會引起過大的電流沖擊。圖6—13他勵直流電機串電阻分級起動當(dāng)合上開關(guān)，電動1機勵磁回路通電后，合上開關(guān)，其他接觸2QQ器觸點（，，）斷開，此時電樞和三段電阻R、R及Rst3KMKMKM123st1st2串聯(lián)接上額定電壓，起動電流為UIst1NRRRRst3ast1st2由起動電流產(chǎn)生起動轉(zhuǎn)矩，如圖6—14所示。圖6—14同時表ITst1st1示了他勵直流電動機分三級起動時的機械特性。圖6—14他勵直流電動機電樞串電阻分級起動的人為機械特性由圖6—14可見，由于，電動機開始起動，轉(zhuǎn)速上升，轉(zhuǎn)矩TTst1L下降，電機的工作點從A點沿特性AB上移，加速逐步變小。為了得到較大的加速，到B點KM閉合，電阻R被切除，B點的電流I為3st3st2切換電流。電阻R切除后，電機的機械特性變成直線CDn。電阻切st30除瞬間，由于機械慣性，轉(zhuǎn)速不能突變，電勢E也保持不變，因而電a流將隨R的切除而突增，轉(zhuǎn)矩也按比例增加，電機的工作點從B點st3過渡到特性CDn上的C點。如果電阻設(shè)計恰當(dāng)，可以保證C點的電流0與I相等，電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩T保證電機又獲得較大的加速度。電機st1st1由C點加速到D點時，再閉合KM，切除R。運行點由D點過渡到特2st2性EFn上的E點，電動機的電流又從I回升到I，轉(zhuǎn)矩由T增至T。0st2st1st2st1電機由E點加速到F點時，KM閉合，切除電阻R，運行點由F點過1st1渡到固有特性上的G點，電動機的電流再一次從I回升到I，轉(zhuǎn)矩st2st1由T增至T，拖動系統(tǒng)繼續(xù)加速到W點穩(wěn)定運行，起動過程結(jié)束。st2st1必須指出，分級起動時使每一級的I（或T）與I(或T)大st2st2st1st1小一致，可以使電機有較均勻的加速度，并能改善電動機的換向，緩和轉(zhuǎn)矩對傳動機構(gòu)與生產(chǎn)機械的有害沖擊。一般取起動轉(zhuǎn)矩，。相應(yīng)的起動電流I、I也是額定電T(1.5~2)TT(1.1~1.3)Tst2st1NNst2st1流的相同倍數(shù)。電樞回路串電阻分級起動能有效地限制起動電流，起動設(shè)備簡單及操作簡便，廣泛應(yīng)用于各種中、小型直流電動機。但在起動過程中能量消耗大，不適用經(jīng)常起動的大、中型直流電動機。二、他勵直流電動機的反轉(zhuǎn)——反向電動機運行他勵直流電機作反向電動機運行時，必須改變電磁轉(zhuǎn)矩的方向。根據(jù)左手定則，電磁轉(zhuǎn)矩的方向由磁場方向和電樞電流的方向決定，所以，只要將磁通和電樞電流I中任意一個參數(shù)的方向改變，電磁a轉(zhuǎn)矩即改變方向。所以他勵直流電機作反向電動機運行時，其電磁轉(zhuǎn)矩方向改變，即T0，n0，T與n仍為同方向，T仍然是動拖性ememem轉(zhuǎn)矩。在直流動拖系統(tǒng)中，通常采用改變電樞電壓極性，即將電樞繞組反接，而保持勵磁繞組兩端的電壓極性不變的方法實現(xiàn)反向電動機運行。但在電動機容量很大時，對于反轉(zhuǎn)速度要求不高的場合，則因勵磁電路的電流和功率小，為了減小控制電器的容量，可采用改變勵磁繞組極性的方法來實現(xiàn)電動機的反轉(zhuǎn)?！?.6他勵直流電動機的制動

對于一個拖動系統(tǒng)，制動的目的是使電力拖動系統(tǒng)停車(制停)，有時也為了限制拖動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速(制動運行)，以確保設(shè)備和人身安全。制動的方法有自由停車、機械制動、電氣制動。自由停車是指切斷電源，系統(tǒng)就會在摩擦轉(zhuǎn)矩的作用下轉(zhuǎn)速逐漸降低，最后停車，這稱為自由停車。自由停車是最簡單的制動方法，但自由停車一般較慢，特別是空載自由停車，更需要較長的時間。機械制動就是靠機械裝置所產(chǎn)生的機械摩擦轉(zhuǎn)矩進(jìn)行制動。這種制動方法雖然可以加快制動過程，但機械磨損嚴(yán)重，增加了維修工作量。電氣制動是指通過電氣的方法進(jìn)行制動，對需要頻繁快速起動、制動和反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機械，一般采用電氣制動。他勵直流電動機的制動屬于電氣制動。這時電機的電磁轉(zhuǎn)矩與被拖動的負(fù)載轉(zhuǎn)向相反。電機的電磁轉(zhuǎn)矩稱為制動轉(zhuǎn)矩。制動時，可以使能量回饋到電，網(wǎng)節(jié)約能源消耗。電氣制動便于控制，容易實現(xiàn)自動化，比較經(jīng)濟(jì)。常用他勵直流電動機的制動方法有能耗制動、反接制動、回饋制動(再生制動)。下面分別討論三種電氣制動的物理過程、特性及制動電阻的計算等問題。一、能耗制動能耗制動是把正在做電動運行的他勵直流電動機的電樞從電網(wǎng)上切除，并接到一個外加的制動電阻上構(gòu)成閉合回路。圖6—15為Rb他勵直流電動機能耗制動的電路原理圖。

（a）(b)圖6—15他勵直流電動機能耗制動的電路原理圖（a）能耗制動的電路原理圖；(b)發(fā)電機運行時的參考方向為了便于比較，在圖6—15(a)中標(biāo)出了電機在電動狀態(tài)時各物理量的方向。制動時，保持磁通不變，接觸器KM1常開觸點斷開，電樞切斷電源，同時常閉觸點閉合把電樞接到制動電阻R上，電動機b進(jìn)入制動狀態(tài)，如圖6—15(b)所示。電動機開始制動瞬間，由于慣性，轉(zhuǎn)速n仍保持與原電動狀態(tài)相同的方向和大小，因此電樞電勢E在此a瞬間的大小和方向也與電動狀態(tài)時相同，此時E產(chǎn)生電流I，其I的aaa方向與E相同(I0)。能耗制動時根據(jù)電勢平衡方程可得：aa(6—17)(6—18)0EI(RR)aaabEIaRRaab式中，電樞電流I為負(fù)值，其方向與電動狀態(tài)時的正方向相反。由于a磁通保持不變，因此，電磁轉(zhuǎn)矩反向，與轉(zhuǎn)速方向相反，反抗由于慣性而繼續(xù)維持的運動、起制動作用，使系統(tǒng)較快地減速。在制動過程中，電動機把拖動系統(tǒng)的動能轉(zhuǎn)變成電能并消耗在電樞回路的電阻上，因此為稱能耗起制動。能耗制動時的特點是:，，能耗制動機械特性方dabURTRR(6—19)nbT2daCCC2CCememeeTeT由式(6—19)可見，為正時，為負(fù)，時，，所以能耗制nTn0T0emem動時的機械特性曲線是一條過坐標(biāo)原點的直線，如圖6—16所示。圖6—16能耗制動時的機械特性曲線[例]一臺他勵直流電動機額定數(shù)據(jù)如下:U220V，I116A，NN，,，用這臺電動機來拖動升起P22kWR0.174n1500r/minNaN機構(gòu)。求:(1)在額定負(fù)載下進(jìn)行能耗制動，欲使制動電流等于2I，電樞N回路中應(yīng)串接多大制動電阻?(2)在額定負(fù)載下進(jìn)行能耗制動，如果電樞直接短接，制動電流應(yīng)為多大?(3)當(dāng)電動機軸上帶有一半額定負(fù)載時，要求在能耗制動中以800r/min的穩(wěn)定低速下放重物，求電樞回路中應(yīng)串接多大制動電阻?解:(1)根據(jù)直流電機電壓方程，額定負(fù)載時，電動機UEIRaNaN的電勢EUIR2201160.174199.8(V)aNNa能耗制動時，電樞電路中應(yīng)串入的制動電阻0EI(RR)E(2I)(RR)aaabaNab199.8ER2IR21160.1740.687()abaN(2)如果電樞直接短接，即，則制動電流R0bIEa10.11749.8688.5(A)Raa此電流約為額定電流的6倍，由此可見能耗制動時，不許直接將電樞短接，必須接入一定數(shù)值的制動電阻。(3)求穩(wěn)定能耗制動運行時的制動電阻UEIRCnIRNaNaeNNNaCUIRa199.80.133NNn1500eNN因負(fù)載為額定負(fù)載的一半，則穩(wěn)定運行時的電樞電流為，把已知條件代人直流電機能耗制動時的電勢方程式，得I0.5IaN0EI(RR)Cn(0.5I)(RR)aaabeNNab00.133(800)(0.5I)(RR)NabR1.66()b二、反接制動過程1.電壓反接制動反接制動就是將正向運行的他勵直流電動機的電源電壓突然反接，同時電樞回路串入制動電阻來實現(xiàn)，如圖6—17所示。Rb圖6—17他勵直流電動機的反接制動電路從圖6—17可見，當(dāng)接觸器KM接通，KM斷開時，電動機穩(wěn)定12運行于電動狀態(tài)。為使生產(chǎn)機械迅速停車或反轉(zhuǎn)時，突然斷開KM，1并同時接通KM，這時電樞電源反接，同時串入了制動電阻R。在電2b樞反接瞬間，由于轉(zhuǎn)速n不能突變，電樞電勢E不變，但電源電壓Uad的方向改變，為負(fù)值，此時電勢方程和電樞電流為(6UEI(RR)Naaab—20)IUEa(6—21)NaRRab從式(6—21)可見：反接制動時I為負(fù)值，說明制動時電樞電流與制a動前相反，電磁轉(zhuǎn)矩也相反(負(fù)值)。由于制動時轉(zhuǎn)速未變，電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方向亦相反，起制動作用。電機處于制動狀態(tài)，此時電樞被反接，故稱為反接制動。拖動系統(tǒng)在電磁轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的共同作用下，電機轉(zhuǎn)速迅速下降。反接制動的電路特點是:UUd，。由此可得反接制RRRNab動時他勵直流電機的機械特性方程式為TUembTURRR(6ndNaCCC2CCC2emeeTeeT—22)可畫出機械特性曲線，如圖6—18中BCED所示，是一條通過n點,0位于象限Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的直線。圖6—18電樞電壓反接的機械特性如果制動前電機運行于電動狀態(tài)，如圖6—18中的A點。在電樞電壓反接瞬間，由于轉(zhuǎn)速n不能突變，電動機的工作點從A點跳變至電樞反接制動機械特性的B點。此時，電磁轉(zhuǎn)矩反向（與負(fù)載轉(zhuǎn)矩同方向），在它們的共同作用下，電動機的轉(zhuǎn)速迅速降低，工作點從B點沿特性下降到C點，此時n0，但T0，機械特性為第Ⅱ象限的BCem段，為電樞電壓反接制動過程的恃性曲線。如果制動的目的是為了停車，則必須在轉(zhuǎn)速到零以前，及時切斷電源，否則系統(tǒng)有自行反轉(zhuǎn)的可能性。從電壓反接制動的機械特性可看出，在整個電壓反向制動過程中，制動轉(zhuǎn)矩都比較大，因此制動效果好。從能量關(guān)系看，在反接制動過程中，電動機一方面從電網(wǎng)吸取電能，另一方面將系統(tǒng)的動能或位能轉(zhuǎn)換成電能，這些電能全部消耗在電樞回路的總電阻(RR)ab上，很不經(jīng)濟(jì)。圖6—19他勵直流電動機的倒拉反轉(zhuǎn)制動電路圖電動機提升重物時，接觸器KM常開觸點閉合，電動機運行在固1有機械特性的A點(電動狀態(tài))，如圖6-20所示。圖6—20他勵直流電動機速度反向的機械特性下放重物時，將接觸器常開觸點打開，此時電樞回路內(nèi)串入KM1了較大電阻，由于電機轉(zhuǎn)速不能突變，工作點從點跳至對應(yīng)的人RAb為機械特性點上，在點，由于，電機減速,工作點沿特性TTBBemL曲線下降至點。在點，但仍有，在負(fù)載重力轉(zhuǎn)矩的作,n0TTCCemL用下，電動機接著反轉(zhuǎn)，重物被下放，此時，由于反向(負(fù)值)，nEa也反向(負(fù)值)，電樞電流為(6—23)(6—24)UEI(RR)NaaabIUENaRRaab式中，電樞電流為正值，說明電磁轉(zhuǎn)矩保持原方向，與轉(zhuǎn)速方向相反，電動機運行在制動狀態(tài)，由于n與n方向相反，即負(fù)載倒拉著電動機0轉(zhuǎn)動，因而稱為倒拉反轉(zhuǎn)制動。這種反接制動狀態(tài)是由位能性負(fù)載轉(zhuǎn)矩拖動電動機反轉(zhuǎn)而形成的。重物在下放的過程中，隨著電機反向加速，E增大，I與T也aaem相應(yīng)增大，直至點，，電動機在點以此速度勻速下放重物。TTDDemL倒拉反轉(zhuǎn)制動的特點是:UU，，其機械特性方程式RRRdNab為URTnRR(6—25)nbTdaCCC2CC2em0emeeTeT倒拉反轉(zhuǎn)制動運行時，由于電樞回路串入了大電阻，電動機的轉(zhuǎn)速會變?yōu)樨?fù)值，所以倒拉反轉(zhuǎn)制動運行的機械特性在第IV象限CD段。電動機要進(jìn)入倒拉反轉(zhuǎn)制動狀態(tài)必須滿足兩個條件:一是負(fù)載一定為位能性負(fù)載；二是電樞回路必須串入大電阻。倒拉反轉(zhuǎn)制動的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系與反接制動時相同，區(qū)別僅在于機械能的來源不同。倒拉反轉(zhuǎn)制動運行中的機械能來自負(fù)載的位能，因此制動方式不能用于停車，只可以用于下放重物。三、回饋制動他勵直流電動機在電動狀態(tài)下運行時，由于電源電壓大于電樞Ud電勢，電樞電流從電源流向電樞，電流與磁場作用產(chǎn)生拖動轉(zhuǎn)矩，EIaa電源向電動機輸入的電功率UI0；回饋制動是指，當(dāng)電源電壓小Udad于電樞電勢，迫使改變方向，電磁轉(zhuǎn)矩也隨之改變方向成為EEIaaa制動轉(zhuǎn)矩，此時由于與方向相反，從電樞流向電源。UI0，IIUdaada電動機向電源回饋電功率，所以把這種制動稱為回饋制動。也就是說，回饋制動就是電動機工作在發(fā)電機狀態(tài)。1.反接制動時的回饋制動電樞反接制動，當(dāng)負(fù)載為位能性負(fù)載，在時，如不切除電n0源，電機便在電磁轉(zhuǎn)矩和位能性負(fù)載轉(zhuǎn)矩的作用下迅速反向加速；當(dāng)時，電機進(jìn)入反向回饋制動狀態(tài)，此時因為負(fù)，，機nn0T0emn械特性位于第Ⅳ象限。反向回饋制動狀態(tài)在高速下放重物的系統(tǒng)中應(yīng)用較多。2.電車下時坡的回饋制動當(dāng)電動車組車下時坡，雖然基本運行阻力轉(zhuǎn)矩依然存在，但由電車重力所形成的坡道阻力為負(fù)值，并且坡道阻力轉(zhuǎn)矩絕對值大于基本阻力轉(zhuǎn)矩，則合成后的阻力轉(zhuǎn)矩與同方向T（為負(fù)值），在和nTbb電磁轉(zhuǎn)矩的共同作用下，電動機做加速運動，工作點沿固有機械特性(與同方向)，反向(與反方In0aaad向)，電動機運行在發(fā)電機狀態(tài)，這就是正向回饋制動狀態(tài)。隨著轉(zhuǎn)速的繼續(xù)升高，起制動作用的電磁轉(zhuǎn)矩在增大，當(dāng)TT時，電動b這種制動的特點是：電動機的電源接線不變，但在正向回饋制動時，由于起制動作用的電磁轉(zhuǎn)矩是負(fù)值，所以，特性曲線位0在降低電壓的降速過程中，也會出現(xiàn)回饋制動。當(dāng)突然降低電樞電壓，感應(yīng)電勢還來不及變化時，就會發(fā)生EU的情況，即出現(xiàn)a了回饋制動狀態(tài)。圖6—21繪出了他勵電動機降壓調(diào)速中的回饋制動特性。當(dāng)電壓從U降到時，理想空載轉(zhuǎn)速由降到，機械特性向下UnnN10將產(chǎn)生回饋制動，此時電流I將與正Aada故回饋制動特性在ITa圖6—21降壓調(diào)速回饋制動如果減速到時，不再降低電壓，則轉(zhuǎn)速將繼續(xù)降低，但轉(zhuǎn)速低n01于，則，電流且將恢復(fù)到正向電動機狀態(tài)時的方向，電n01EUIada機恢復(fù)到電動狀態(tài)下工作。如果想繼續(xù)保持回饋制動狀態(tài)，必須不斷降低電壓，以實現(xiàn)在回饋制動狀態(tài)下系統(tǒng)的減速?；仞佒苿油瑯訒霈F(xiàn)在他勵電動機增加磁通的調(diào)速過程中。在回饋制動過程中，電功率回饋給電網(wǎng)。因UIda此與能耗制動及反接制動相比，從電能消耗來看，回饋制動是經(jīng)濟(jì)的。§6.7他勵直流電動機的調(diào)速絕大多數(shù)生產(chǎn)機械都有調(diào)速要求。他勵直流電動機的機械特性為URnTdCCC2emeeT穩(wěn)態(tài)時，電機的電磁轉(zhuǎn)矩T由負(fù)載T決定，故要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，可以改nemL變電壓、改變電樞回路總電阻R、改變磁通三種方法。Ud一、降低電源電壓調(diào)速降壓調(diào)速的原理可用圖6—22說明。設(shè)電動機拖動恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載T，L在額定電壓下運UN6—22他勵直流電動機的降壓調(diào)速行于A點，轉(zhuǎn)速為n，如圖6—22中曲線1所示。現(xiàn)將電源電壓降為U,A1忽略電磁慣性,電動機的機械特性如圖6—22中曲線2所示。由于電機的轉(zhuǎn)速不能突變，由特性1變?yōu)樘匦?，轉(zhuǎn)速不變，于是，電動機的運行點由A點變?yōu)镃點。在C點，對應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩為T，TT，電動CCL機將減速。隨著轉(zhuǎn)速的下降,反電動勢E減小,電流增加,電磁轉(zhuǎn)矩亦a增大，減速過程沿特性2由C點至B點,到達(dá)B點以后,TT電動機BL進(jìn)入新的穩(wěn)態(tài)以轉(zhuǎn)速n運行。B當(dāng)將電源電壓從U降為U，同理，電動機穩(wěn)定后，在轉(zhuǎn)速n下12D運行。從圖6—22中可看出，當(dāng)逐步降低電源電壓時，穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速也依次降低。降壓調(diào)速可以得到較大的調(diào)速范圍，只要電源電壓連續(xù)可調(diào)，就可實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的平滑調(diào)節(jié)，即無級調(diào)速。二、電樞回路串電阻調(diào)速電樞串電阻調(diào)速原理可用圖6—23來說明。設(shè)電動機拖動恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，運行于點，當(dāng)電樞回路串入電阻，電動機的機械特性變?yōu)?。ARnBe10由于電動機的轉(zhuǎn)速不能突變，于是，電動機的運行點將由點變?yōu)锳C點,C點所對應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩為，顯然，電動機將減速，在到達(dá)TTTCLC點以前，始終小于，故減速過程沿機械特性由點向點BTTnBCB0emL進(jìn)行，在點進(jìn)入新的穩(wěn)態(tài)，于是電動機的轉(zhuǎn)速由至。BTTnAnBBL圖6—23他勵直流電動機電樞串接電阻調(diào)速當(dāng)電樞回路串入電阻變?yōu)椋?，電動機穩(wěn)定后，在轉(zhuǎn)速RRne1e2D下運行。從圖6—23中可看出，當(dāng)電樞回路串入電阻變大時，穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速也依次降低。這種調(diào)速方法在低速時電能損耗較大。對于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，調(diào)速前后穩(wěn)態(tài)電流不變，故從電網(wǎng)吸收的功率不變，降低轉(zhuǎn)速使輸出功率減小，說明損耗增大。所以，串電阻調(diào)速在低速時電源提供的功率有較大部分轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮钃p耗，從而使系統(tǒng)效率降低。從機械特性還可看出，當(dāng)空載或輕載時，調(diào)速范圍很??；而速度調(diào)的越低，特性越軟，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性較差。此外，這種調(diào)速方法只能調(diào)級速，平滑性較差。這種調(diào)速方法的優(yōu)點是設(shè)備不太復(fù)雜，操作比較簡單。圖6—24他勵直流電動機弱磁調(diào)速設(shè)電動機帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載T，運行于固有特性1上的A點。弱磁后，L機械特性變?yōu)橹本€BC，因轉(zhuǎn)速為C點。由于磁磁通減小，但由于電樞電流增加很多，使電磁到新的穩(wěn)態(tài)運行點B點。使電機的轉(zhuǎn)速大于固于升速。不能突變，電動機的運行點由A點變通減小，反電動勢也減小，導(dǎo)致電樞電流增大。盡管轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動機將加速，一直加速有特性的理想空載轉(zhuǎn)速，所以一般弱磁調(diào)速用弱磁調(diào)速是在勵磁回路中調(diào)節(jié)，因電壓較低，電流較小而較為方便，但調(diào)速范圍一般較小。直流調(diào)速一般在額定轉(zhuǎn)速以下用降壓調(diào)速，而在額定轉(zhuǎn)速以上用弱磁調(diào)速。第二章變壓器變壓器是通過磁路耦合作用傳輸交流電能和信號的變壓變流設(shè)備，廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)和電子線路之中。在輸電方面，可以利用變壓器提高輸電電壓。在輸送相同電能的情況下，這不僅可以減小輸電線的截面，節(jié)省材料，同時還可以減小線路損耗。因此交流輸電都是用變壓器將發(fā)電機發(fā)出的電壓提高后再輸送。在用電方面，為了保證安全和符合用電設(shè)備的電壓要求，還需要利用變壓器將電壓降低。在電子線路中，除常用的電源變壓器外，變壓器還用來耦合或隔離電路，傳遞信號，實現(xiàn)阻抗匹配等。另外還有用于電焊、電爐及整流用的專用變壓器、自耦變壓器、互感器等等。變壓器用途十分廣泛，種類也十分繁多。一個小容量的變壓器可能僅有幾伏安，而大容量的變壓器可達(dá)數(shù)十萬伏安；電壓低的僅有幾伏，而高的可達(dá)數(shù)十萬伏。雖然變壓器結(jié)構(gòu)各異，應(yīng)用場合不同，但基本原理是相同的。§2.1變壓器概述一、變壓器的工作原理圖2—1是一臺單相雙繞組變壓器的示意圖。它是由疊片組成的閉合鐵心和環(huán)繞在鐵心上的兩個（或多個）繞組（線圈）組成，兩個繞組匝數(shù)不同。其中一個繞組與電源相接，其電壓由電源電壓決定，接受電源電能，稱為一次繞組（又稱原邊繞組或初級繞組），其匝數(shù)用N表示；另一個繞組與負(fù)載相接、其電壓由變壓器繞組匝數(shù)決定，1并向負(fù)載提供電能，稱為二次繞組（又稱副邊繞組或次級繞組），其

圖2—1單相雙繞組變壓器結(jié)構(gòu)示意圖當(dāng)交流電壓u加到一次繞組上，交流電流便i流入一次繞組，一1112如圖2—2所示。圖2—2單相雙繞組變壓器的電路與磁路根據(jù)電磁感應(yīng)定律和右手螺旋定則，規(guī)定感應(yīng)電動勢和交變主磁通的正方向時有：一次側(cè)感應(yīng)電勢為二次側(cè)感應(yīng)電勢為d，dteN11d，dteN22式中：N和N分別為一、二次繞組匝數(shù)。各電量參考方向如圖2—212所示。若二次繞組與負(fù)載接通，則電動勢e在二次側(cè)閉合電路內(nèi)引起電2流i，i在負(fù)載上的壓降即是變壓器二次側(cè)端電壓u。這樣，電源送222入一次側(cè)的電能，通過一、二次繞組磁耦合的聯(lián)系，使負(fù)載上獲ui11得了電能。當(dāng)然，二次側(cè)是另一種等級的電壓和電流。從而實現(xiàn)ui22了能量的傳輸。顯然，一、二次感應(yīng)電動勢、之比等于一、二次繞組匝數(shù)N、1ee12N之比，即：2e1N1eN22為了表示變壓器的這種特性，引入變壓器變比K的概念。K的大小可由下式計算eN1eNK122由于，變壓器一、二次感應(yīng)電動勢、與一、二次電壓、的eeuu1212大小非常接近，因此1。可見，當(dāng)電源電壓確定時，u1KN/Nu/u212若改變匝數(shù)比，則可以獲得不同數(shù)值的二次側(cè)電壓，以達(dá)到變N/N12壓的目的。顯然時、，此時變壓器為降壓變壓器，反之為升NN1K1uu122壓變壓器。這種利用一、二次繞組匝數(shù)比變動而改變二次側(cè)電壓數(shù)值的原理，稱為變壓器的“變壓”原理。二、變壓器的基本結(jié)構(gòu)變壓器的種類繁多，結(jié)構(gòu)各有特點，但鐵心和繞組是組成變壓器的兩個主要部分。本節(jié)以油浸式電力變壓器為例，簡要介紹變壓器的結(jié)構(gòu)。各主要部分功能及結(jié)構(gòu)分述如下：一、鐵心為了減少交變磁通在鐵心中引起的磁滯損耗和渦流損耗(合稱鐵耗)，低于數(shù)百赫茲運行的變壓器鐵心是由厚0.30—0