電機(jī)與電氣控制技術(shù)：項(xiàng)目七：軋鋼機(jī)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制

項(xiàng)目七：軋鋼機(jī)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制4123直流電機(jī)的工作原理與基本結(jié)構(gòu)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)與反轉(zhuǎn)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制5直流電動(dòng)機(jī)的方程式和機(jī)械特性項(xiàng)目情境描述軋鋼機(jī)是一種將熱的金屬（主要是鋼坯）重復(fù)通過(guò)軋輥以輾軋成形的機(jī)器，簡(jiǎn)稱軋機(jī)。兩輥式軋機(jī)的基本結(jié)構(gòu)圖軋輥是一套兩個(gè)或兩個(gè)以上的有關(guān)聯(lián)的輥?zhàn)?。按軋輥的?shù)目不同，軋鋼機(jī)可分為兩輥式、三輥式、四輥式和多輥式。軋鋼機(jī)由軋鋼機(jī)械和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。軋鋼機(jī)械主要包括主機(jī)和輔機(jī)兩大部分。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括齒輪機(jī)座、減速機(jī)、飛輪、聯(lián)軸器、萬(wàn)向節(jié)等。項(xiàng)目情境描述◆軋鋼機(jī)的工藝流程從煉鋼廠出來(lái)的鋼坯是由鋼錠軋制成的半成品，形狀比較簡(jiǎn)單，經(jīng)過(guò)軋鋼廠的軋制以后，才能成為合格產(chǎn)品。1.熱軋工藝熱軋：從煉鋼廠送來(lái)的連鑄坯（厚度為150～250mm），被送入加熱爐加熱、除磷，然后通過(guò)輥道送入軋機(jī)，經(jīng)過(guò)初軋機(jī)反復(fù)軋制之后，再進(jìn)入精軋機(jī)（由7架4輥式軋機(jī)組成）進(jìn)行軋制。熱軋后的鋼軌分為鋼卷和錠式板兩種，厚度一般為幾毫米。如果用戶要求鋼板更薄，還要經(jīng)過(guò)冷軋。軋鋼機(jī)的壓軋工藝流程分熱軋和冷軋兩步。項(xiàng)目情境描述2.冷軋工藝從熱軋廠送來(lái)的鋼卷，先用鹽酸除去氧化膜，然后才能送到冷軋機(jī)上，由開卷機(jī)將鋼卷打開，再將鋼帶引入五機(jī)架連軋機(jī)軋成薄帶卷。冷軋產(chǎn)品主要有普通冷軋板、涂鍍層板也就是鍍錫板、鍍鋅板和彩涂板。一、直流電機(jī)簡(jiǎn)介1.直流電機(jī)的定義任務(wù)1.直流電機(jī)的工作原理與基本結(jié)構(gòu)與交流電機(jī)一樣，直流電機(jī)的工作也遵循“導(dǎo)體切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)”“載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中會(huì)受到電磁力的作用”，這兩條基本物理原理。直流電機(jī)是通產(chǎn)生或者使用直流電的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，是電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的設(shè)備。將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的是直流發(fā)電機(jī)；將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的是直流電動(dòng)機(jī)。2.直流電機(jī)的特點(diǎn)（與交流電機(jī)相比）●直流電機(jī)的缺點(diǎn)調(diào)速性能好，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，過(guò)載能力強(qiáng)。運(yùn)行性能好，能提供無(wú)脈動(dòng)的大功率直流電源，輸出電壓可以精確調(diào)節(jié)和控制。1）制造工藝復(fù)雜，消耗有色金屬較多，生產(chǎn)成本高。2）運(yùn)行時(shí)電刷和換向器之間容易產(chǎn)生火花，工作可靠性較差，維護(hù)比較困難?！裰绷麟妱?dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)●直流發(fā)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)3.直流電機(jī)的應(yīng)用在調(diào)速性能要求不高的領(lǐng)域，直流電機(jī)已逐漸被交流變頻調(diào)速系統(tǒng)所取代。在某些要求調(diào)速范圍大、調(diào)速性能好、精密度高、控制性能優(yōu)越的場(chǎng)合，直流電機(jī)的應(yīng)用仍占有較大的比重?！裰绷麟妱?dòng)機(jī)的應(yīng)用：大型可逆式軋鋼機(jī)、礦井卷?yè)P(yáng)機(jī)、電力機(jī)車、地鐵列車、電動(dòng)自行車、造紙和印刷機(jī)械、船舶機(jī)械等?！裰绷靼l(fā)電機(jī)的應(yīng)用：化學(xué)工業(yè)中所需的低電壓大電流直流電源、直流電焊機(jī)電源等。直流電機(jī)的應(yīng)用，遠(yuǎn)不如交流電機(jī)廣泛。二、直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)氣隙轉(zhuǎn)子定子1-機(jī)座2-主磁極3-轉(zhuǎn)軸

4-電樞鐵心

5-換向磁極6-電樞繞組7-換向器8-電刷二、直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)定子結(jié)構(gòu)示意圖由機(jī)座、主磁極、換向磁極、電刷裝置、端蓋等組成。直流電機(jī)的機(jī)座和端蓋，與交流電機(jī)的機(jī)座和端蓋基本相同。電刷裝置前端蓋后端蓋二、直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1.直流電機(jī)的定子主磁極結(jié)構(gòu)示意圖主磁極通常由螺桿固定在機(jī)座上，N、S兩極成對(duì)出現(xiàn)?！裰鞔艠O主磁極由磁極鐵心和勵(lì)磁繞組組成。勵(lì)磁繞組通入直流電，就產(chǎn)生了N、S磁極。NS

定子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖+-1.直流電機(jī)的定子換向極是直流電機(jī)所特有的小磁極，位于兩個(gè)主磁極之間，包括鐵心和繞組兩部分。當(dāng)直流電機(jī)的功率很小時(shí)，換向極可以減少到主磁極極數(shù)的一半，甚至可以不裝換向極。換向極繞組與電樞繞組串聯(lián)，在電機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生附加磁場(chǎng)，能減小電刷與換向片之間的火花，改善換向性能?！駬Q向磁極1.直流電機(jī)的定子●電刷裝置交流電機(jī)沒(méi)有電刷裝置，直流電機(jī)才有。電刷裝置由電刷座、電刷盒、刷辮、壓簧等組成。1.直流電機(jī)的定子三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組連接的電刷與此并不相同?！耠娝⒀b置電刷是用石墨等做成的導(dǎo)電塊，放在刷握內(nèi)，由彈簧壓指壓緊在換向器上。電樞繞組通過(guò)換向器和電刷裝置與外電路相連。電刷結(jié)構(gòu)圖1.直流電機(jī)的定子直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子也稱為電樞，電樞槽內(nèi)放置電樞繞組。由電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇等組成。電樞繞組是實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的樞紐。小型電機(jī)的電樞繞組通常是銅導(dǎo)線。大中型電機(jī)的電樞繞組多是成型線圈。與交流電機(jī)相比，直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子上多了個(gè)換向器。2.直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子電樞鐵心由許多0.5mm厚的硅鋼片沖壓成，各個(gè)硅鋼片相互絕緣。電樞硅鋼片電樞鐵心的外圓周上均勻開設(shè)了許多形狀相同的槽，這些槽用來(lái)嵌放電樞繞組。電樞鐵心內(nèi)部開有一些與轉(zhuǎn)軸平行的孔，稱為軸向通風(fēng)孔，專門用來(lái)散熱。2.直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子換向器剖面圖1-螺旋壓圈2-換向器套筒

3-V形壓圈4-V形云母環(huán)

5-換向銅片6-云母片2.直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子換向器又稱整流子，由所有換向片組合而成。制作換向器的材質(zhì)通常是紫銅或銅合金，導(dǎo)電性能好，又比較耐磨。直流電機(jī)在工作時(shí)，換向器和電刷不斷相互摩擦，很容易磨損，磨損嚴(yán)重就要更換。換向器和電刷是日常維護(hù)和檢修的重要部位。3.直流電機(jī)的總結(jié)構(gòu)圖直流電機(jī)結(jié)構(gòu)圖1-直流電機(jī)總成2-后端蓋3-通風(fēng)器4-定子總成5-轉(zhuǎn)子（電樞）總成6-電刷裝置7-前端蓋3.直流電機(jī)的總結(jié)構(gòu)圖主磁極固定不動(dòng)，通常用N、S來(lái)表示。主磁極可以由永久磁鐵制成。不過(guò)，生產(chǎn)實(shí)際中的直流電機(jī)通常在磁極鐵心上纏繞勵(lì)磁繞組，在勵(lì)磁繞組中通入直流電，使之產(chǎn)生磁場(chǎng)。物理模型實(shí)物簡(jiǎn)化NS三、直流電機(jī)的物理模型轉(zhuǎn)子通常又稱為電樞。它是由鐵磁性物質(zhì)構(gòu)成的圓柱體，安裝在主磁極之間。電樞外表面的槽中嵌放著電樞線圈。如果有足夠大的轉(zhuǎn)矩作用在電樞上，電樞就會(huì)帶著電樞線圈在主磁極之間旋轉(zhuǎn)。NS三、直流電機(jī)的物理模型換向片1和2是半圓形的銅環(huán)，分別連接在電樞線圈的兩端，能隨電樞旋轉(zhuǎn)。兩個(gè)換向片彼此絕緣。電刷A和B固定不動(dòng)。電刷和換向片緊密接觸，形成電樞電流和外電路的通路。三、直流電機(jī)的物理模型NS四、直流發(fā)電機(jī)的工作原理1）勵(lì)磁繞組通入直流電，產(chǎn)生靜止的、恒定的磁場(chǎng)。1.直流發(fā)電機(jī)的工作條件SN兩個(gè)條件缺一不可：2）原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電樞，以恒定的轉(zhuǎn)向、恒定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。給直流發(fā)電機(jī)的電刷兩端接上負(fù)載，并用原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)電樞逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。電樞導(dǎo)體切割磁力線，在電樞線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與感應(yīng)電流。圖a導(dǎo)體ab處于N極下當(dāng)電樞導(dǎo)體ab處于N極下、cd處于S極下時(shí)，用右手定則可判定ab中的感應(yīng)電流方向由b指向a，cd中的感應(yīng)電流方向由d指向c，整個(gè)電樞線圈中的感應(yīng)電流為逆時(shí)針?lè)较?。感?yīng)電流自換向片1流經(jīng)電刷A，流向外電路，再經(jīng)電刷B和換向片2回流到電樞線圈中。對(duì)外電路而言，電刷A為正極性，電刷B為負(fù)極性。2.直流發(fā)電機(jī)的工作原理分析直流發(fā)電機(jī)物理模型

當(dāng)電樞轉(zhuǎn)過(guò)180°，導(dǎo)體ab處于S極下、cd處于N極下時(shí)（圖b），用右手定則判定電樞線圈中的感應(yīng)電流仍為逆時(shí)針?lè)较?。感?yīng)電流自換向片2流經(jīng)電刷A，流向外電路，再經(jīng)過(guò)電刷B和換向片1，回流到電樞線圈中。圖b導(dǎo)體cd處于N極下對(duì)外電路而言，電刷A仍為正極性，電刷B仍為負(fù)極性。2.直流發(fā)電機(jī)的工作原理分析圖a導(dǎo)體ab處于N極下圖1假想起點(diǎn)圖2和圖4：導(dǎo)體ab和cd位于磁場(chǎng)的物理中性面上，導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向與磁力線平行，不切割磁力線，不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，電壓表的指針指在0位，無(wú)偏轉(zhuǎn)。圖1：電樞導(dǎo)體ab處于N極下、cd處于S極下，電壓表的指針向下偏轉(zhuǎn)。圖3：電樞導(dǎo)體cd處于N極下、ab處于S極下，電壓表的指針向上偏轉(zhuǎn)。圖2轉(zhuǎn)過(guò)90°

圖3轉(zhuǎn)過(guò)180°

圖4轉(zhuǎn)過(guò)270°

直流發(fā)電機(jī)電樞旋轉(zhuǎn)過(guò)程分解圖電壓表結(jié)論：電樞導(dǎo)體中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向是變化的！2.直流發(fā)電機(jī)的工作原理分析電刷A、B兩端輸出的是直流電動(dòng)勢(shì)。電樞導(dǎo)體ab和cd中流過(guò)的是交變的感應(yīng)電流。位于N極下的導(dǎo)體電流，總是由線圈流入換向片，再流入電刷A，A的極性總為正；位于S極下的導(dǎo)體電流，總是由電刷B流入換向片，再流入線圈，電刷B的極性總為負(fù)。直流發(fā)電機(jī)物理模型

2.直流發(fā)電機(jī)的工作原理分析圖b導(dǎo)體cd處于N極下圖a導(dǎo)體ab處于N極下實(shí)際電機(jī)有多個(gè)位于不同角度的電樞線圈，不用擔(dān)心有導(dǎo)體位于磁場(chǎng)的物理中性面上時(shí)，發(fā)電機(jī)會(huì)斷流。NSNS-E+-E+如果原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)電樞順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，則電樞線圈中的電流順時(shí)針流動(dòng)，電刷A的極性總為負(fù)，電刷B的極性總為正。ABAB2121FFFF電樞線圈里有電流，在磁場(chǎng)中就會(huì)受到電磁力的作用。該電磁力與原動(dòng)機(jī)的作用力方向相反，其數(shù)值較小，改變不了電樞的轉(zhuǎn)向。2.直流發(fā)電機(jī)的工作原理分析電刷AB兩端極性恒定，輸出直流電原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)

電樞旋轉(zhuǎn)電樞繞組中產(chǎn)生交變的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流電樞在定子磁場(chǎng)中受到電磁轉(zhuǎn)矩的作用被克服（做功）Φ換向Φ阻轉(zhuǎn)矩3.直流發(fā)電機(jī)的電磁關(guān)系1.直流電動(dòng)機(jī)的工作條件兩個(gè)條件缺一不可：1）勵(lì)磁繞組通入直流電，產(chǎn)生靜止的、恒定的磁場(chǎng)。2）在電刷AB兩端接上直流電源。S+-N五、直流電動(dòng)機(jī)的工作原理當(dāng)導(dǎo)體ab處于N極下、cd處于S極下時(shí)，ab中的電流由a流向b，cd中的電流由c流向d，整個(gè)線圈中的電流順時(shí)針流動(dòng)。2.直流電動(dòng)機(jī)的工作原理分析電刷AB接直流電源：A接正極，B接負(fù)極。圖a導(dǎo)體ab處于N極下時(shí)，電樞逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)用左手定則判定：導(dǎo)體ab受力方向從右向左；導(dǎo)體cd受力方向從左向右，形成逆時(shí)針?lè)较虻碾姶呸D(zhuǎn)矩，帶動(dòng)電樞逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。當(dāng)電樞轉(zhuǎn)過(guò)90°，使導(dǎo)體ab和cd位于磁場(chǎng)的物理中性面上時(shí)，換向片1和2與電刷A和B都接觸，電樞線圈被短路，其中無(wú)電流，電磁轉(zhuǎn)矩消失。圖b導(dǎo)體ab和cd位于物理中性面上時(shí)，線圈中無(wú)電流，電樞因慣性旋轉(zhuǎn)圖a導(dǎo)體ab處于N極下時(shí)，電樞逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)在機(jī)械慣性作用下，電樞仍能轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，使電刷A與換向片2接觸、電刷B與換向片1接觸。2.直流電動(dòng)機(jī)的工作原理分析圖c導(dǎo)體ab處于S極下時(shí)，電樞逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)當(dāng)電樞轉(zhuǎn)到90°~180°之間，電刷A與換向片2接觸，電刷B與換向片1接觸，則導(dǎo)體ab和cd中的電流都反向，但是整個(gè)電樞線圈中的電流流向仍為順時(shí)針。用左手定則可判定：電樞仍然受到逆時(shí)針?lè)较虻碾姶呸D(zhuǎn)矩作用，電樞繼續(xù)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。圖a導(dǎo)體ab處于N極下時(shí)，電樞逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)2.直流電動(dòng)機(jī)的工作原理分析直流電動(dòng)機(jī)電刷兩端接入的是直流電源，經(jīng)過(guò)換向片和電刷流到電樞線圈中的電流，卻是交變的。在恒定的勵(lì)磁磁場(chǎng)作用下，位于N極下的電樞導(dǎo)體受力方向始終不變，位于S極下的電樞導(dǎo)體受力方向也始終不變。直流電動(dòng)機(jī)工作過(guò)程分解圖2.直流電動(dòng)機(jī)的工作原理分析圖a圖c圖b圖d實(shí)際電機(jī)有多個(gè)位于不同角度的電樞線圈，它們產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向始終不變，能夠帶動(dòng)電樞朝某個(gè)方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。NSAB21NS電樞一旦旋轉(zhuǎn)起來(lái)，電樞線圈就會(huì)切割磁力線，就會(huì)在電樞線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流。此感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)稱為反電動(dòng)勢(shì)，因?yàn)樗a(chǎn)生的感應(yīng)電流（黑色）與電樞電流（紅色）的方向相反。AB21FFFF2.直流電動(dòng)機(jī)的工作原理分析電直刷流兩電端源接電流樞過(guò)線交圈流中電電電樞磁受轉(zhuǎn)電矩磁的力作和用

帶動(dòng)機(jī)械負(fù)載工作克服反電動(dòng)勢(shì)做功換向Φ旋轉(zhuǎn)Φ動(dòng)力矩3.直流電動(dòng)機(jī)的電磁關(guān)系注意事項(xiàng)：直流電機(jī)物理模型中只有一對(duì)N、S磁極和一個(gè)電樞線圈。實(shí)際上，很多直流電機(jī)的磁極不止一對(duì)，電樞線圈往往有很多個(gè)，每個(gè)電樞線圈的兩端都連接一個(gè)換向片。這些換向片構(gòu)成換向器，通過(guò)電刷連接外電路。4.直流電動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程演示六、直流電機(jī)的可逆原理勵(lì)磁繞組通入直流電原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電樞旋轉(zhuǎn)直流電機(jī)的可逆原理：一臺(tái)直流電機(jī)，既可作發(fā)電機(jī)運(yùn)行，也可作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。勵(lì)磁繞組通入直流電電刷兩端接直流電源直流發(fā)電機(jī)直流電動(dòng)機(jī)它以永磁體提供勵(lì)磁，使結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，降低了加工和裝配費(fèi)用，且省去了集電環(huán)和電刷，提高了運(yùn)行的可靠性；無(wú)需勵(lì)磁電流，沒(méi)有勵(lì)磁損耗，提高了功率密度和效率(>90%)。七、永磁同步電機(jī)永磁同步電機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子、機(jī)座和端蓋等部件構(gòu)成。定子與普通感應(yīng)電動(dòng)機(jī)基本相同，由疊片疊壓而成以減少運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的鐵耗，其中裝有三相交流繞組，稱作電樞。a)突出式b)內(nèi)置式兩種結(jié)構(gòu)形式的轉(zhuǎn)子的磁路結(jié)構(gòu)（一）永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子可以制成實(shí)心的形式，也可以由疊片壓制而成，其上裝有永磁體材料。根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子上永磁材料所處位置的不同，永磁同步電機(jī)可以分為突出式與內(nèi)置式兩種結(jié)構(gòu)形式。突出式轉(zhuǎn)子的磁路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，但由于其表面無(wú)法安裝起動(dòng)繞組，不能實(shí)現(xiàn)異步起動(dòng)。內(nèi)置式轉(zhuǎn)子的磁路結(jié)構(gòu)主要有徑向式、切向式和混合式3種，主要區(qū)別在于永磁體磁化方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向關(guān)系的不同。三種不同形式內(nèi)置式轉(zhuǎn)子的磁路結(jié)構(gòu)a)徑向式b)切向式c)混合式（一）永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)由于永磁體置于轉(zhuǎn)子內(nèi)部，轉(zhuǎn)子表面便可制成極靴，極靴內(nèi)置入銅條或鑄鋁等便可起到起動(dòng)和阻尼的作用，穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能都較好。又由于內(nèi)置式轉(zhuǎn)子磁路不對(duì)稱，這樣就會(huì)在運(yùn)行中產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩，有助于提高電機(jī)本身的功率密度和過(guò)載能力，而且這樣的結(jié)構(gòu)更易于實(shí)現(xiàn)弱磁擴(kuò)速。當(dāng)三相電流通入永磁同步電機(jī)定子的三相對(duì)稱繞組中時(shí)，電流產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)合成一個(gè)幅值大小不變的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。由于其幅值大小不變，這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的軌跡便形成一個(gè)圓，稱為圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，其大小正好為單相磁動(dòng)勢(shì)最大幅值的1.5倍，即式中，F(xiàn)為圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，單位是T?m；Fφl(shuí)為單相磁動(dòng)勢(shì)的最大幅值，單位是T?m；k為基波繞組系數(shù)；p為電機(jī)極對(duì)數(shù)；N為每一線圈的串聯(lián)匝數(shù)；I為線圈中流過(guò)電流的有效值。（二）永磁同步電機(jī)的工作原理由于永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速恒為同步轉(zhuǎn)速，因此轉(zhuǎn)子主磁場(chǎng)和定子圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)保持相對(duì)靜止。兩個(gè)磁場(chǎng)相互作用，在定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙中形成一個(gè)合成磁場(chǎng)，它與轉(zhuǎn)子主磁場(chǎng)發(fā)生相互作用，產(chǎn)生了一個(gè)推動(dòng)或者阻礙電機(jī)旋轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩Te，即（二）永磁同步電機(jī)的工作原理根據(jù)氣隙合成磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子主磁場(chǎng)位置關(guān)系的不同，永磁同步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)可在電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)之間切換。當(dāng)氣隙合成磁場(chǎng)滯后于轉(zhuǎn)子主磁場(chǎng)時(shí)，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反，電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)；相反，當(dāng)氣隙合成磁場(chǎng)超前于轉(zhuǎn)子主磁場(chǎng)時(shí)，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相同，電機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)。轉(zhuǎn)子主磁場(chǎng)與氣隙合成磁場(chǎng)之間的夾角，稱為功率角。1.按供電頻率分永磁無(wú)刷電機(jī)包括永磁無(wú)刷直流電機(jī)和永磁無(wú)刷交流電機(jī)兩種類型，作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)均需變頻供電。前者只需要方波型逆變器供電，后者需要正弦波型逆變器供電。（三）永磁同步電機(jī)的分類2.按氣隙磁場(chǎng)分布分正弦波永磁同步電機(jī)：磁極采用永磁材料，輸入三相正弦波電流時(shí)，氣隙磁場(chǎng)按正弦規(guī)律分布，簡(jiǎn)稱永磁同步電機(jī)。梯形波永磁同步電機(jī)：磁極仍為永磁材料，但輸入方波電流，氣隙磁場(chǎng)呈梯形波分布，性能更接近于直流電機(jī)。用梯形波永磁同步電機(jī)構(gòu)成的自控變頻同步電機(jī)，稱為無(wú)刷直流電機(jī)。（四）調(diào)速永磁同步電機(jī)的電路結(jié)構(gòu)比亞迪e5車型采用的是交流永磁同步電機(jī)，它是汽車的動(dòng)力源之一，能向外輸出轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)汽車前進(jìn)或后退；也能在滑行、制動(dòng)過(guò)程中把動(dòng)能轉(zhuǎn)化成電能存儲(chǔ)起來(lái)。豐田普銳斯混合動(dòng)力系統(tǒng)采用了兩臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)：發(fā)電機(jī)MG1和電動(dòng)機(jī)MG2，它們也都是永磁同步電機(jī)。項(xiàng)目七：軋鋼機(jī)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制4123直流電機(jī)的工作原理與基本結(jié)構(gòu)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)與反轉(zhuǎn)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制5直流電動(dòng)機(jī)的方程式和機(jī)械特性1.直流電動(dòng)機(jī)必備的工作條件S+-N一、復(fù)習(xí)：直流電動(dòng)機(jī)的工作原理1）勵(lì)磁繞組通入直流電，產(chǎn)生靜止的、恒定的磁場(chǎng)。2）在電刷A、B兩端接上直流電源。S+-N勵(lì)磁繞組接入直流電，產(chǎn)生靜止、恒定的定子磁場(chǎng)。2.直流電動(dòng)機(jī)的工作原理電樞繞組接入直流電，在定子磁場(chǎng)中受到電磁力的作用。電磁力與電樞鐵心半徑之積為電磁轉(zhuǎn)矩，電磁轉(zhuǎn)矩是帶動(dòng)電樞旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力矩。↓↓一、復(fù)習(xí)：直流電動(dòng)機(jī)的工作原理電刷兩端接入的是直流電源，經(jīng)過(guò)換向片和電刷流到電樞線圈中的電流，卻是交變的。在恒定的勵(lì)磁磁場(chǎng)作用下，位于N極下的電樞導(dǎo)體受力方向始終不變，位于S極下的電樞導(dǎo)體受力方向也始終不變。直流電動(dòng)機(jī)工作過(guò)程分解圖2.直流電動(dòng)機(jī)的工作原理圖a圖c圖b圖d實(shí)際電機(jī)有多個(gè)位于不同角度的電樞線圈，它們產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向始終不變，能夠帶動(dòng)電樞朝某個(gè)方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。電磁轉(zhuǎn)矩的方向由左手定則判斷。二、直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩的大小為：直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T、轉(zhuǎn)速n及軸上的輸出功率P，滿足：結(jié)論：直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T，與定子每極磁通Φ和電樞電流Ia的乘積成正比。其中p為磁極對(duì)數(shù)，N為電樞繞組總導(dǎo)體數(shù)，a為單波繞組并聯(lián)支路對(duì)數(shù)，CT為轉(zhuǎn)矩常數(shù)。這些參數(shù)只與電機(jī)的結(jié)構(gòu)有關(guān)。電磁轉(zhuǎn)矩T是帶動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力矩，它是個(gè)既有大小、又有方向的向量。Ce稱為電動(dòng)勢(shì)常數(shù)，它只與電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)有關(guān)。結(jié)論：直流電動(dòng)機(jī)電樞電動(dòng)勢(shì)Ea的大小，與定子每極磁通Φ和電樞的轉(zhuǎn)速n的乘積成正比。

CT

=

9.55CeCT與Ce的關(guān)系:兩電刷間總的電樞電動(dòng)勢(shì)大小為：電樞電動(dòng)勢(shì)的方向由右手定則判斷，其方向與電樞電流反向，因而稱為反電動(dòng)勢(shì)，它對(duì)電樞電流有一定的限制作用。電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞繞組中的導(dǎo)體不斷切割磁力線，每根載流導(dǎo)體中都要產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，稱為電樞電動(dòng)勢(shì)。三、直流電動(dòng)機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)他勵(lì)并勵(lì)串勵(lì)復(fù)勵(lì)I(lǐng)a+Uf－IfIIfIa+U－+U－IIa+Ua－+U－IIfIa根據(jù)勵(lì)磁繞組與電樞繞組連接關(guān)系的不同，直流電機(jī)的勵(lì)磁方式分為他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)、復(fù)勵(lì)四類。1.直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁方式四、直流電機(jī)的勵(lì)磁方式勵(lì)磁方式：給直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組提供電流的方式。他勵(lì)串勵(lì)復(fù)勵(lì)并勵(lì)+Uf－+Ua－IfIa+U－IfIIa+U－IfIIa+U－IIaIf自勵(lì)并勵(lì)繞組一般電流較小，導(dǎo)線細(xì)，匝數(shù)較多。串勵(lì)繞組一般電流較大，導(dǎo)線粗，匝數(shù)較少。2.直流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁方式五、直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，電壓、電流、轉(zhuǎn)矩、功率等物理量都在不斷變換，各參數(shù)之間的關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，要分析電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行情況實(shí)屬不易。1.電動(dòng)勢(shì)平衡方程式（電路系統(tǒng)）2.轉(zhuǎn)矩平衡方程式（機(jī)械系統(tǒng)）3.功率平衡方程式（能量轉(zhuǎn)換過(guò)程）他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電路圖電動(dòng)機(jī)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)勢(shì)、轉(zhuǎn)矩和功率之間存在著一定的平衡關(guān)系，可以用電機(jī)平衡方程式來(lái)表達(dá)：他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電壓Uf與電樞電壓Ua彼此無(wú)關(guān)。Uf→If→ΦUa→Ia→T→n→Ea

勵(lì)磁電路：Uf=RfIf

利用基爾霍夫電壓定律，可得電動(dòng)勢(shì)平衡方程式為：電樞電路的電源電壓有小部分被電樞電阻損耗（RaIa），其余都被電動(dòng)機(jī)吸收，轉(zhuǎn)化為反電動(dòng)勢(shì)Ea帶動(dòng)電樞轉(zhuǎn)動(dòng)。

電樞電路的電動(dòng)勢(shì)平衡方程表明：電樞電路：Ua=Ea+RaIa1.電動(dòng)勢(shì)平衡方程式（Ea為反電動(dòng)勢(shì)，與電樞電流Ia反向）Ia+Uf-If+Ua-+Ea-勵(lì)磁電路：電樞電路：☆輸入功率P1：☆電磁功率Pem：電樞繞組從電網(wǎng)吸收的電功率傳遞到電動(dòng)機(jī)電樞上的電磁功率輸入到電樞中的電功率P1被電樞繞組消耗（銅損Pcua）掉一部分，剩下的才轉(zhuǎn)變成電磁功率Pem。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電刷兩端接上直流電源Ua，電樞繞組流過(guò)電流Ia時(shí)，電源向電動(dòng)機(jī)輸入的電功率。Pem=P1–Pcua2.功率平衡方程式P1=UaIa☆銅損Pcua：Pcua=Ia2Ra電樞繞組的電阻上消耗的電能，以發(fā)熱的形式散失掉了。2.功率平衡方程式☆機(jī)械損耗Pm：轉(zhuǎn)軸與軸承之間、電刷與換向器之間、轉(zhuǎn)動(dòng)部分與氣隙之間都存在著摩擦，也都伴隨著摩擦損耗。☆鐵心損耗PFe：磁滯損耗：鐵心內(nèi)部的磁疇旋轉(zhuǎn)過(guò)程中摩擦生熱造成的損耗。渦流損耗：交變磁場(chǎng)在導(dǎo)體中引起渦流而使導(dǎo)體發(fā)熱造成的損耗。機(jī)械損耗和鐵心損耗在“電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行時(shí)就存在”，二者之和又稱為“空載損耗”。P0=

Pm＋PFe☆空載損耗P0：空載損耗產(chǎn)生空載轉(zhuǎn)矩T0，T0與旋轉(zhuǎn)方向相反，是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。電樞在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，因克服摩擦阻力而產(chǎn)生的損耗。電樞鐵心中通過(guò)交變磁場(chǎng)而引起磁滯與渦流損耗?！罡郊訐p耗Ps：附加損耗又稱雜散損耗，其值很難計(jì)算和測(cè)定，通常?。篜s=（0.5%~1%）PN。P總損耗=PCua＋Pm＋PFe＋Ps

總損耗：2.功率平衡方程式結(jié)論：直流電動(dòng)機(jī)電樞上輸入的電功率P1，除去銅損PCua、機(jī)械損耗Pm、鐵損PFe和附加損耗Ps之后，余下的才是轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率P2?！钶敵龉β蔖2：P2=P1－P總損耗直流電動(dòng)機(jī)功率流程圖P2P1

=×100%電動(dòng)機(jī)的效率：P1-P總損耗=P2通常情況下，中小型直流電動(dòng)機(jī)的效率為75%~85%，大型直流電動(dòng)機(jī)的效率為85%~94%。功率平衡方程式：2.功率平衡方程式他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩，與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n方向一致。負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL、空載轉(zhuǎn)矩T0（損耗）皆為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，與轉(zhuǎn)速n方向相反。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩示意圖3.轉(zhuǎn)矩平衡方程式帶負(fù)載穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)：T

=T0+TL空載運(yùn)行時(shí)：T

=T0他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡方程為：作用在轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)矩有3個(gè)：電磁轉(zhuǎn)矩T、負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL、空載轉(zhuǎn)矩T0。2）電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，作用在轉(zhuǎn)軸上的電磁轉(zhuǎn)矩T一部分被空載轉(zhuǎn)矩T0所消耗，另一部分與負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL相平衡，對(duì)負(fù)載做功。3.轉(zhuǎn)矩平衡方程式

由轉(zhuǎn)矩平衡方程式可知：由于空載轉(zhuǎn)矩T0僅為電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的2%~5%，所以在重載或滿載下T0常?？梢院雎圆挥?jì)，通常認(rèn)為：電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL近似等于電磁轉(zhuǎn)矩T。1）電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，作用在轉(zhuǎn)軸上的電磁轉(zhuǎn)矩T全部被空載轉(zhuǎn)矩T0消耗掉了。六、復(fù)習(xí)“三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性”在一定的工作條件下，三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩T之間的關(guān)系曲線:因?yàn)檗D(zhuǎn)速n與轉(zhuǎn)差率s之間有直接關(guān)系，所以機(jī)械特性可表示為：1.機(jī)械特性的定義機(jī)械特性常用電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表達(dá)式描述：三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是一條跨越Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ象限的曲線。2.固有機(jī)械特性根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表達(dá)式，在直角坐標(biāo)系上用描點(diǎn)法畫出固有機(jī)械特性在第一象限的部分。三相異步電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性三相異步電動(dòng)機(jī)在額定電壓和額定頻率下工作，定子繞組按規(guī)定的方式接線，定子和轉(zhuǎn)子電路都不外接電阻等其他電路元件時(shí)，由本身固有參數(shù)所決定的機(jī)械特性。1）起動(dòng)點(diǎn)A2）最大（臨界）轉(zhuǎn)矩點(diǎn)B3）額定運(yùn)行點(diǎn)C4）同步運(yùn)行點(diǎn)DD-B段：線性段，穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)。B-A段：非線性段，不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)。DCBA3.三相異步電動(dòng)機(jī)的人為機(jī)械特性b.對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能的影響人為地改變?nèi)喈惒诫妱?dòng)機(jī)的電源參數(shù)（U1、f1）或結(jié)構(gòu)參數(shù)（p、R1、R2、X1、X2），而得到的機(jī)械特性。1）降低定子電壓U1的人為機(jī)械特性a.關(guān)鍵參數(shù)的變化sm和n1都不變，T隨U12成正比地降低。

人為機(jī)械特性線性段斜率增大，特性變軟，不利于穩(wěn)定運(yùn)行。起動(dòng)能力Km和過(guò)載能力λm都大幅度下降。帶同樣的負(fù)載，穩(wěn)定運(yùn)行的轉(zhuǎn)速降低。電壓下降過(guò)多時(shí)，可能帶不動(dòng)額定負(fù)載。TL1TL22）轉(zhuǎn)子回路串電阻的人為機(jī)械特性與固有機(jī)械特性相比，機(jī)械特性的線性段斜率增大，特性變軟。a.三個(gè)關(guān)鍵參數(shù)的變化Tm和n1不變。b.對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能的影響sm隨外接電阻的增大而增大。一定范圍內(nèi)增加轉(zhuǎn)子電阻可增大Tst，所串電阻使sm=1時(shí)，Tst=Tm；若繼續(xù)增大轉(zhuǎn)子電阻，Tst反而減小。帶同樣的負(fù)載，穩(wěn)定運(yùn)行的轉(zhuǎn)速降低，運(yùn)行穩(wěn)定性變差。TL七、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性UaCeΦn=-RaCeCTΦ2T=n0

-β

T理想空載轉(zhuǎn)速機(jī)械特性曲線的斜率斜率β大則機(jī)械特性就軟，斜率β小則機(jī)械特性就硬。機(jī)械特性越硬，轉(zhuǎn)速降就越小，受到擾動(dòng)時(shí)，穩(wěn)定性就越好。Δn=βT

電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載后的轉(zhuǎn)速降：由于空載損耗的存在，實(shí)際空載轉(zhuǎn)速略低于n0。直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指直流電動(dòng)機(jī)在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，其轉(zhuǎn)速n與機(jī)械負(fù)載TL之間的關(guān)系：n=f(TL)。它表明直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速因外部負(fù)載變化而變化的情況。電樞電動(dòng)勢(shì)公式、電磁轉(zhuǎn)矩公式和電樞電動(dòng)勢(shì)平衡方程三者聯(lián)合推導(dǎo)而來(lái)電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，有T≈TL，故機(jī)械特性是指：當(dāng)Ua、Ra、If都為常數(shù)時(shí)，轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩T的函數(shù)關(guān)系n=f(T)。(一)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性當(dāng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電源電壓、磁通為額定值，電樞回路未接附加電阻時(shí)的機(jī)械特性，其特性方程為：他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性是一條斜率大于0的直線。因電樞繞組的電阻Ra阻值很小，所以斜率β和轉(zhuǎn)速降Δn都很小，固有機(jī)械特性為硬特性。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性額定運(yùn)行點(diǎn)n=-

TUNCeΦN

RaCeCTΦN2=n0

-

βT(二)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的人為機(jī)械特性(Ra＋Rr)

→β

→Δn

→特性變軟1.增加電樞回路電阻的人為機(jī)械特性與固有機(jī)械特性相比，增加電樞電阻的人為機(jī)械特性的特點(diǎn)：人為地改變他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的氣隙磁通、電源電壓和電樞回路電阻等參數(shù)而獲得的機(jī)械特性，稱為人為機(jī)械特性。1）理想空載轉(zhuǎn)速n0不變。2）機(jī)械特性的斜率β隨電樞電阻的增大而增大，特性變軟。n=-

TUNCeΦNRa＋RrCeCTΦN2=n0

-

β’

T增加電樞電阻既可用于起動(dòng)，也可用于調(diào)速。電阻值Ra增加得越多，帶同樣的負(fù)載，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的轉(zhuǎn)速就越低。TL2.降低電樞電壓的人為機(jī)械特性Ua↓→n0↓，β不變→機(jī)械特性硬度不變因受電動(dòng)機(jī)絕緣強(qiáng)度的限制，接入電樞繞組的電源電壓只能從額定電壓UN往下調(diào)節(jié)。降低電樞電壓的人為機(jī)械特性，是一組位于固有機(jī)械特性曲線下方，且與之平行的直線。與固有機(jī)械特性相比，降低電樞電壓的人為機(jī)械特性的特點(diǎn)：1）理想空載轉(zhuǎn)速n0隨電樞電壓成正比地減小。2）機(jī)械特性的斜率β保持不變。降低電樞電壓既可用于起動(dòng)，也可用于調(diào)速。電壓Ua降得越低，帶同樣的負(fù)載，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速就越低。n=UaCeΦN-RaCeCTΦN2T=n0’

-

βTTL3.減弱勵(lì)磁磁通的人為機(jī)械特性If

→Φ

→n0，β

→Δn，機(jī)械特性變軟因?yàn)轭~定磁通已使勵(lì)磁磁路基本飽和（電機(jī)按此設(shè)計(jì)），所以只能從ΦN往下調(diào)節(jié)：增大勵(lì)磁回路的電阻，使勵(lì)磁電流減小，磁通就隨之減小。與固有機(jī)械特性相比，減弱磁通的人為機(jī)械特性的特點(diǎn)：1）理想空載轉(zhuǎn)速n0與磁通成反比，Φ減弱，n0升高。2）斜率β與磁通的二次方成反比，Φ減弱，β升高。弱磁時(shí)的人為機(jī)械特性是一組n0升高，斜率增大的直線。n=UNCeΦ

-RaCeCTΦ2T=n0’-

β’

T磁通Φ越弱，帶同樣的負(fù)載，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速n就越高。TL

表征電機(jī)額定運(yùn)行情況的主要數(shù)據(jù)，稱為電機(jī)的額定值。電機(jī)的額定運(yùn)行：按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)電機(jī)的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)而規(guī)定的，電機(jī)的正常運(yùn)行狀態(tài)和條件。

額定值一般都標(biāo)注在電機(jī)的銘牌上，也稱為銘牌數(shù)據(jù)。電動(dòng)機(jī)的PN：輸出機(jī)械功率的額定值。發(fā)電機(jī)的PN：輸出電功率的額定值(UNIN)

。

額定值是正確合理使用電機(jī)的依據(jù)。八、直流電機(jī)的額定值額定功率是指電機(jī)的額定輸出功率。

1.額定功率PN2.額定電壓UN對(duì)發(fā)電機(jī)，額定電壓是指輸出電壓的額定值。對(duì)電動(dòng)機(jī)，額定電壓是指輸入電壓的額定值。在額定工況下，電機(jī)出線端的平均電壓。3.額定電流IN對(duì)發(fā)電機(jī)，額定電流是指輸出電流的額定值。對(duì)電動(dòng)機(jī)，額定電流是指輸入電流的額定值。在額定電壓下，電機(jī)運(yùn)行于額定功率時(shí)對(duì)應(yīng)的電流。八、直流電機(jī)的額定值4.額定轉(zhuǎn)速nN在額定電壓和額定電流下，直流電機(jī)運(yùn)行于額定功率時(shí)的轉(zhuǎn)速。5.額定勵(lì)磁電流IfN直流電機(jī)在額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速及額定功率時(shí)，對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁電流。直流電動(dòng)機(jī)的額定輸出功率與額定輸入功率的比值，取百分?jǐn)?shù)。6.電動(dòng)機(jī)額定效率ηN八、直流電機(jī)的額定值1）電機(jī)滿載或在額定狀態(tài)附近運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行效率、工作性能等都很好，處于最佳運(yùn)行狀態(tài)。2）長(zhǎng)期欠載運(yùn)行，將造成電機(jī)容量的浪費(fèi)。3）長(zhǎng)期過(guò)載運(yùn)行，會(huì)縮短電機(jī)的使用壽命。滿載：指額定工作狀態(tài)，此時(shí)，電機(jī)運(yùn)行的所有物理量都等于額定值。欠載：電機(jī)的運(yùn)行電流小于額定電流的運(yùn)行狀態(tài)。過(guò)載：電機(jī)的運(yùn)行電流大于額定電流的運(yùn)行狀態(tài)。結(jié)論：通過(guò)電機(jī)運(yùn)行的實(shí)際參數(shù)與額定值的比較，可將電機(jī)的運(yùn)行狀況分為滿載、欠載和過(guò)載三種。八、直流電機(jī)的額定值項(xiàng)目七：軋鋼機(jī)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制4123直流電機(jī)的工作原理與基本結(jié)構(gòu)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)與反轉(zhuǎn)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制5直流電動(dòng)機(jī)的方程式和機(jī)械特性1.生產(chǎn)機(jī)械對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)要求1）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst要足夠大。因?yàn)橹挥蠺st>TL時(shí)，電動(dòng)機(jī)方可順利起動(dòng)。2）起動(dòng)電流Ist不可太大，一定要限制在一定范圍內(nèi)。3）起動(dòng)設(shè)備操作方便，起動(dòng)時(shí)間短，運(yùn)行可靠，成本低廉。2.他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法1）全壓起動(dòng)2）降低電樞電壓起動(dòng)3）電樞回路串電阻起動(dòng)一、直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)要求與起動(dòng)方法他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)

Ia=Ist=UNRa=(10~20)INT

=

Tst=CTΦIst=(10~20)TNn=0，Ea=0，實(shí)現(xiàn)方法：給勵(lì)磁回路和電樞回路分別加上額定電壓，而讓他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)。Ua=Ea+RaIa結(jié)論：全壓起動(dòng)只適用于容量很小的直流電動(dòng)機(jī)。起動(dòng)瞬間：起動(dòng)電流大的危害：1）引起電網(wǎng)電壓嚴(yán)重下降，影響其它用電設(shè)備的正常工作。2）會(huì)產(chǎn)生劇烈的換向火花，容易損壞換向器。3）會(huì)使過(guò)流保護(hù)裝置誤動(dòng)作而切斷電源，導(dǎo)致起動(dòng)失敗。4）會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst，而使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸受到強(qiáng)烈的機(jī)械沖擊而損傷。二、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的全壓起動(dòng)Ea=CeΦnT=CTΦIa在電動(dòng)機(jī)準(zhǔn)備起動(dòng)時(shí)，給勵(lì)磁回路加額定電壓，降低加在電樞兩端的電源電壓Ua，起動(dòng)過(guò)程中逐漸升高Ua，起動(dòng)結(jié)束時(shí)Ua升至額定電壓UN。起動(dòng)過(guò)程中，隨著轉(zhuǎn)速n的升高，電樞電動(dòng)勢(shì)Ea增大，電樞電流Ia和電磁轉(zhuǎn)矩T都下降，起動(dòng)加速度減小，起動(dòng)過(guò)程變慢。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)三、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)降低電樞電壓起動(dòng)Ua=Ea+RaIa

Ia=Ua-EaRa=Ua-CeΦnRa1.實(shí)現(xiàn)方法Ea=CeΦnT=CTΦIa為加速起動(dòng)過(guò)程，縮短起動(dòng)時(shí)間，要有足夠大的電磁轉(zhuǎn)矩T。在起動(dòng)過(guò)程中逐漸升高電樞電壓Ua，就能達(dá)到這個(gè)目的。缺點(diǎn)：需要一套可調(diào)節(jié)的直流電源，設(shè)備投資大。優(yōu)點(diǎn)：起動(dòng)平穩(wěn)，起動(dòng)過(guò)程能量損耗小，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。1）過(guò)去，采用直流發(fā)電機(jī)—電動(dòng)機(jī)組獲得可調(diào)壓直流電源。2）現(xiàn)在，直流發(fā)電機(jī)逐漸被晶閘管整流裝置取代，調(diào)節(jié)晶閘管的導(dǎo)通角，就可控制加在直流電動(dòng)機(jī)上的起動(dòng)電壓。直流發(fā)電機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)一對(duì)一供電，調(diào)節(jié)直流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，就可改變加在直流電動(dòng)機(jī)電樞兩端的電壓。4.降低電樞電壓起動(dòng)的應(yīng)用3.降低電樞電壓起動(dòng)的特點(diǎn)2.降低電樞電壓起動(dòng)的注意事項(xiàng)降低電樞電壓起動(dòng)的目的是減小起動(dòng)電流，但是，降壓的同時(shí)也減小了起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。為獲得足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，起動(dòng)電流不能減小得太多，通常要限制在(1.5~2)IN以內(nèi)。在電動(dòng)機(jī)準(zhǔn)備起動(dòng)時(shí)，先在電樞回路串入起動(dòng)電阻，然后給勵(lì)磁回路和電樞回路分別加上額定電壓。電樞回路串電阻起動(dòng)，目的也是為了減小起動(dòng)電流。串接的起動(dòng)電阻越大，限制起動(dòng)電流Ist的效果就越顯著。四、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電樞回路串電阻起動(dòng)1.實(shí)現(xiàn)方法由于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst正比于起動(dòng)電流Ist，當(dāng)串接的起動(dòng)電阻值太大時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst可能會(huì)小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL而無(wú)法起動(dòng)。UN=Ea+(Ra+RST1+RST2)IaEa=CeΦnT=CTΦIa起動(dòng)瞬間，n=0，Ea=0，

Ist=UNRa+RST1+RST22.起動(dòng)過(guò)程分析

Ia

=UN-EaRa+RST1+RST2=

UN-

CeΦnRa+RST1+RST2，限流效果明顯。起動(dòng)過(guò)程中隨著轉(zhuǎn)速n上升，電樞電動(dòng)勢(shì)Ea增大，電樞電流Ia和電磁轉(zhuǎn)矩T都下降，加速度逐漸減小，起動(dòng)過(guò)程延長(zhǎng)。為保持起動(dòng)中的加速度不變，就要保持電樞電流Ia和電磁轉(zhuǎn)矩T不變，即隨著轉(zhuǎn)速n的上升，應(yīng)逐漸減小起動(dòng)電阻。電樞回路電阻：Ra總=Ra＋RST1＋RST22.起動(dòng)過(guò)程分析1）起動(dòng)之初串入全部電阻起動(dòng)點(diǎn)為a1，起動(dòng)運(yùn)行軌跡對(duì)應(yīng)人為機(jī)械特性的a1-a2段。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩：Tst=T1=(1.5~2.0)TNT1(I1)T2(I2)a1a2aTL(IL)起動(dòng)電流：Ist=I1=(1.5~2.0)IN把起動(dòng)電阻分為兩級(jí)，起動(dòng)之初全部串入。切除RST2后的電樞回路電阻：Ra總=Ra＋RST12）切除起動(dòng)電阻RST2切除RST2后的運(yùn)行軌跡對(duì)應(yīng)人為機(jī)械特性的a2-b1-b2段。切換轉(zhuǎn)矩：T2=(1.1~1.3)TLT1(I1)T2(I2)a1a2b2b1baTL(IL)切換電流：I2=(1.1~1.3)IL當(dāng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)到達(dá)a2時(shí)，切除起動(dòng)電阻RST2。2.起動(dòng)過(guò)程分析切除RST1后的電樞回路電阻

：Ra總=Ra3）切除起動(dòng)電阻RST1切除RST2后，運(yùn)行點(diǎn)移至固有機(jī)械特性上，對(duì)應(yīng)c1-c2-p。T1(I1)T2(I2)a1a2b2b1baTL(IL)c1c2pc2.起動(dòng)過(guò)程分析當(dāng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)到達(dá)b2時(shí)，切除起動(dòng)電阻RST1。切換轉(zhuǎn)矩：T2=(1.1~1.3)TL切換電流：I2=(1.1~1.3)IL從起動(dòng)點(diǎn)a1加速到a2點(diǎn)n不能突變b1點(diǎn)，加速到b2點(diǎn)切除RST1切除Rst2c1點(diǎn)，加速c2點(diǎn)，再加速到p點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。n不能突變起動(dòng)全過(guò)程：T1(I1)T2(I2)a1a2b2b1baTL(IL)c1c2pc2.起動(dòng)過(guò)程分析只要各級(jí)起動(dòng)電阻值選擇適當(dāng)，使得切換轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)值不變，就能加速起動(dòng)過(guò)程，并使起動(dòng)過(guò)程趨于平穩(wěn)。直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向由電磁轉(zhuǎn)矩的方向決定。電磁轉(zhuǎn)矩的方向由磁通的方向和電樞電流的方向共同決定：讓直流電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)的方法有二：1.改變勵(lì)磁電流的方向。2.改變電樞電壓的極性。五、直流電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制注意：若兩種方法同時(shí)采用，則電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向保持不變！T=CTΦIa2）實(shí)際應(yīng)用中，直流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)，大多是采用改變電樞電壓極性的方法。1）因勵(lì)磁繞組的電感量很大，勵(lì)磁電流從正向額定值變到負(fù)向額定值所需的時(shí)間比較長(zhǎng)，反向過(guò)程緩慢，而且勵(lì)磁繞組斷開電源進(jìn)行反接的瞬間，會(huì)產(chǎn)生很大的自感電動(dòng)勢(shì)，可能造成絕緣擊穿，必須加裝吸收裝置。4）直流電動(dòng)機(jī)直接反向會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的沖擊電流，需要設(shè)置制動(dòng)環(huán)節(jié)，確保電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)后再反向起動(dòng)。3）改變電樞電壓極性實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)時(shí)，若直流電動(dòng)機(jī)容量很大，就需要采用滅弧能力強(qiáng)的大容量直流接觸器，這使用不便。因此，容量很大的直流電動(dòng)機(jī)在不要求快速反轉(zhuǎn)時(shí)，常采用改變勵(lì)磁電流方向?qū)崿F(xiàn)反轉(zhuǎn)。1.直流電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制的注意事項(xiàng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)弱磁或失磁時(shí)，會(huì)引起轉(zhuǎn)速迅速升高，甚至出現(xiàn)“飛車”事故。因此，在起動(dòng)時(shí)，應(yīng)先接入額定勵(lì)磁電壓，再接入電樞電壓，或者二者同時(shí)接入，而且還要在勵(lì)磁回路中設(shè)置弱磁保護(hù)。R3和VD構(gòu)成放電回路，吸收勵(lì)磁繞組的自感電動(dòng)勢(shì)，作過(guò)電壓保護(hù)。過(guò)電流繼電器欠電流繼電器電樞繞組勵(lì)磁繞組起動(dòng)接觸器短接起動(dòng)電阻接觸器起動(dòng)電阻斷電延時(shí)時(shí)間繼電器斷電延時(shí)時(shí)間繼電器電樞串兩級(jí)電阻，按時(shí)間原則分級(jí)起動(dòng)。2.直流電動(dòng)機(jī)電樞串電阻單向旋轉(zhuǎn)起動(dòng)控制延時(shí)結(jié)束合上Q1和Q2KT1通電KT1常閉觸點(diǎn)斷開切斷KM2、KM3電路按下按鈕SB2KM1通電KM1主觸點(diǎn)閉合電樞串入起動(dòng)電阻R1、R2，電動(dòng)機(jī)

在低電壓下起動(dòng)KM1常開觸點(diǎn)閉合自鎖KT1斷電延時(shí)KM2通電短接R1KT2斷電延時(shí)短接R2電動(dòng)機(jī)全壓運(yùn)行KM1常閉觸點(diǎn)斷開確保起動(dòng)電阻R1、R2全接入KM3通電延時(shí)結(jié)束2.直流電動(dòng)機(jī)電樞串電阻單向旋轉(zhuǎn)起動(dòng)控制1）起動(dòng)前的準(zhǔn)備2）起動(dòng)過(guò)程電路中的保護(hù)環(huán)節(jié)長(zhǎng)期過(guò)載和短路保護(hù)——過(guò)電流繼電器KA1弱磁保護(hù)——欠電流繼電器KA2過(guò)電壓保護(hù)——電阻R3與二極管VD串聯(lián)欠壓失壓保護(hù)——起動(dòng)按鈕SB2和接觸器KM1配合2.直流電動(dòng)機(jī)電樞串電阻單向旋轉(zhuǎn)起動(dòng)控制主電路控制電路正轉(zhuǎn)接觸器短接電阻接觸器過(guò)電流繼電器斷電延時(shí)型時(shí)間繼電器正轉(zhuǎn)變反轉(zhuǎn)行程開關(guān)反轉(zhuǎn)變正轉(zhuǎn)行程開關(guān)斷電延時(shí)型時(shí)間繼電器起動(dòng)電阻欠電流繼電器放電電阻反轉(zhuǎn)接觸器該電路通過(guò)改變直流電動(dòng)機(jī)電樞電壓極性實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，能完成對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的自動(dòng)往返循環(huán)控制。3.直流電動(dòng)機(jī)可逆運(yùn)轉(zhuǎn)起動(dòng)控制例1.他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，沒(méi)加勵(lì)磁電壓，就接通了電樞電壓，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？請(qǐng)以TL=0和TL=TN兩種情況來(lái)分析。思考與訓(xùn)練答：1）TL=0時(shí)：勵(lì)磁繞組無(wú)電流，有一定的剩磁，即：Φ接近0，但不等于0。起動(dòng)瞬間，轉(zhuǎn)速n=0，反電動(dòng)勢(shì)Ea=CeΦn=0。由UN=Ea+IaRa可知，UN全部加在電阻Ra上，Ist=(10~20)IN。Ia很大，Φ≈0，電磁轉(zhuǎn)矩Tst=CTΦIst數(shù)值并不大，但是Tst＞TL=0，電動(dòng)機(jī)能夠起動(dòng)。起動(dòng)后，n＞0，Φ≈0，使Ea＞0，但其值不大，UN的大部分仍加在電阻Ra上，Ia依然很大。由于Φ≈0，電磁轉(zhuǎn)矩T=CTΦIa的數(shù)值仍然不大，但仍有T＞TL=0，電動(dòng)機(jī)會(huì)不斷加速。理想空載轉(zhuǎn)速n0=UN/(CeΦ)，Φ≈0使得n0非常大。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速上升到接近n0的某一數(shù)值后，就達(dá)到“飛車”狀態(tài)，不僅造成換向不良，強(qiáng)大的離心力還可能把轉(zhuǎn)子繞組和整流子甩出來(lái)。思考與訓(xùn)練解：2）TL=TN時(shí)：起動(dòng)之初與TL=0時(shí)情況相同，Ist=(10~20)IN。根據(jù)T=CTΦIa可知，由于Φ≈0，Ist=(10~20)IN，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst大于0，但數(shù)值并不大，Tst＜TL=TN，電動(dòng)機(jī)無(wú)法起動(dòng)，處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)。例1.他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，沒(méi)加勵(lì)磁電壓，就接通了電樞電壓，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？請(qǐng)以TL=0和TL=TN兩種情況來(lái)分析。思考與訓(xùn)練例2.他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)，若勵(lì)磁繞組突然斷開，而電路中沒(méi)有設(shè)置失磁保護(hù)，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？為什么？答：現(xiàn)象1：過(guò)流，超速，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞電樞繞組及整流子。⑴當(dāng)Ia增加的幅度大于磁通Φ下降的幅度時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩T=CTΦIa增大，使得T>TL，轉(zhuǎn)速n升高，電樞電動(dòng)勢(shì)Ea隨之增加，Ia從最大值開始減小，使得電磁轉(zhuǎn)矩T下降，當(dāng)T=TL時(shí)，電動(dòng)機(jī)在高轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)行，此時(shí)的電樞電流Ia和轉(zhuǎn)速n都高于額定值。電樞電流Ia過(guò)大，會(huì)引起電樞繞組過(guò)熱甚至燒毀；轉(zhuǎn)速n過(guò)高會(huì)造成飛車事故。電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，T=CTΦIa=TL=TN，n=nN。勵(lì)磁繞組斷開，磁通只有剩磁，Φ大幅度減小。在勵(lì)磁繞組斷線的瞬間，由于機(jī)械慣性，nN來(lái)不及改變，電樞電動(dòng)勢(shì)Ea=CeΦnN跟隨磁通Φ成正比地減小。由UN=Ea+IaRa可知，Ia急劇增加到最大值。思考與訓(xùn)練⑵如果剩磁Φ非常小，可能出現(xiàn)電樞電流Ia增大的比率小于磁通Φ下降的比率的情況，使得電樞的電磁轉(zhuǎn)矩T減小，T<TL，轉(zhuǎn)速n就會(huì)下降，直至停車，也就是出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)。但此種情況下，電樞電流Ia仍然遠(yuǎn)大于額定電流IN，仍然會(huì)引起繞組過(guò)熱甚至燒毀。例2.他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)，若勵(lì)磁繞組突然斷開，而電路中沒(méi)有設(shè)置失磁保護(hù)，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？為什么？答：現(xiàn)象2：過(guò)流，堵轉(zhuǎn)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞電樞繞組及整流子。電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，T=CTΦIa=TL=TN，n=nN。勵(lì)磁繞組斷開，磁通只有剩磁，Φ大幅度減小。在勵(lì)磁繞組斷線的瞬間，由于機(jī)械慣性，nN來(lái)不及改變，電樞電動(dòng)勢(shì)Ea=CeΦnN跟隨磁通Φ成正比地減小。由UN=Ea+IaRa可知，Ia急劇增加到最大值。項(xiàng)目七：軋鋼機(jī)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制4123直流電機(jī)的工作原理與基本結(jié)構(gòu)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)與反轉(zhuǎn)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制5直流電動(dòng)機(jī)的方程式和機(jī)械特性1.制動(dòng)目的：一、直流電動(dòng)機(jī)制動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)1）能耗制動(dòng)2）反接制動(dòng)3）發(fā)電回饋制動(dòng)4.常用的電氣制動(dòng)方法機(jī)械制動(dòng)、電氣制動(dòng)。讓電動(dòng)機(jī)快速停車或勻速運(yùn)行(安全保護(hù))。3.制動(dòng)方法：2.制動(dòng)要求：制動(dòng)迅速、平滑、可靠，能量損耗少。電氣制動(dòng)——使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)速n方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩T，依靠電磁轉(zhuǎn)矩T的阻礙作用讓電動(dòng)機(jī)減速或者停轉(zhuǎn)。機(jī)械制動(dòng)——在切斷電樞繞組的電源后，利用機(jī)械裝置迫使電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。二、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)電動(dòng)狀態(tài)制動(dòng)狀態(tài)能耗制動(dòng)過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能，消耗在電樞回路的電阻上，因而得名能耗制動(dòng)。對(duì)正在電動(dòng)運(yùn)行的他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，保持其勵(lì)磁回路狀態(tài)不變，切除電樞回路的電源，迅速接入一個(gè)外加制動(dòng)電阻Rbk構(gòu)成閉合回路。1.實(shí)現(xiàn)方法RbnIaTEaEa=CeΦnT=CTΦIa★電動(dòng)狀態(tài)：運(yùn)行點(diǎn)在固有機(jī)械特性1上的a點(diǎn)n=-

Ra＋Rb

CeCTΦ2TUa=0，n0=0；串入Rb，β增大。2.能耗制動(dòng)過(guò)程分析制動(dòng)狀態(tài)bTLa2n=-

T

=n0-βTUaCeΦ

RaCeCTΦ2★能耗制動(dòng)狀態(tài)：運(yùn)行點(diǎn)在人為機(jī)械特性2上電動(dòng)機(jī)處于電氣制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，運(yùn)行點(diǎn)一定位于第Ⅱ或者第Ⅳ象限的機(jī)械特性上。因?yàn)橹挥性诘冖蚝偷冖粝笙?，電磁轉(zhuǎn)矩T與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n才是反向的。na=nb，Ea=Eb→Ia反向(Ia＜0)→T反向(T＜0)，制動(dòng)開始→在T和TL共同作用下→n

→O點(diǎn)。n=0，Ea=0，Ua=0，Ia=0，T=0，TL=0→電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。在O點(diǎn):

bTLaTL2制動(dòng)過(guò)程一直在減速1）帶反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載能耗制動(dòng)能耗制動(dòng)（Ua=0）瞬間，在機(jī)械慣性作用下，運(yùn)行點(diǎn)由a點(diǎn)躍變到b點(diǎn)，然后沿人為機(jī)械特性2下行：Ua=Ea+RaIa他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)Ea=CeΦnT=CTΦIa2.能耗制動(dòng)過(guò)程分析2）帶位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載能耗制動(dòng)n=0，Ea=0，T=0，TL≠0→電動(dòng)機(jī)在TL作用下反向起動(dòng)(n＜0)在O點(diǎn)，與帶反抗性負(fù)載不同：→Ea反向(Ea＜0)→T再次反向(T＞0，制動(dòng))→在TL(大)和T

(小)作用下

n

→Ea

→Ia

→T

→到達(dá)c點(diǎn)，T=TL

，電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。a點(diǎn)→b點(diǎn)→O點(diǎn)，與帶反抗性負(fù)載相同：能耗制動(dòng)時(shí)，n不反向(n＞0)，Ia和T都反向(Ia＜0，T＜0)，運(yùn)行點(diǎn)沿人為機(jī)械特性2下行。反向起動(dòng)制動(dòng)減速能耗制動(dòng)運(yùn)行→Ia再次反向(Ia＞0)c點(diǎn)為能耗制動(dòng)運(yùn)行點(diǎn)：在c點(diǎn)，n和Ea為負(fù)，Ia和T為正，T為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。結(jié)論：1）直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載能耗制動(dòng)時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)速n下降到0時(shí)，電動(dòng)機(jī)就停轉(zhuǎn)。在負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL帶動(dòng)下，電動(dòng)機(jī)會(huì)反向起動(dòng)并加速，運(yùn)行點(diǎn)沿著人為機(jī)械特性進(jìn)入第Ⅳ象限，并最終在第Ⅳ象限能耗制動(dòng)穩(wěn)定運(yùn)行。反向起動(dòng)制動(dòng)減速能耗制動(dòng)運(yùn)行2）直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載能耗制動(dòng)時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)速n下降到0時(shí)，電動(dòng)機(jī)不會(huì)停轉(zhuǎn)！2）帶位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載能耗制動(dòng)制動(dòng)過(guò)程(第Ⅱ象限)電動(dòng)狀態(tài)(第Ⅰ象限)Tn能耗制動(dòng)運(yùn)行(反向起動(dòng)進(jìn)入第Ⅳ象限)＋UfN－RbTLMIaTnTL＋UfN－RbMIaEa對(duì)反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載：Ea3.能耗制動(dòng)原理圖對(duì)位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載：n=0時(shí)會(huì)停車(在O點(diǎn))＋UfN－RbM直流電動(dòng)機(jī)單向旋轉(zhuǎn)能耗制動(dòng)電氣控制原理圖電源接觸器切除起動(dòng)電阻接觸器制動(dòng)接觸器電壓繼電器電樞電動(dòng)勢(shì)降至一定值時(shí)釋放，讓KM4斷電結(jié)束能耗制動(dòng)。制動(dòng)電阻過(guò)電流繼電器欠電流繼電器斷電延時(shí)型時(shí)間繼電器斷電延時(shí)型時(shí)間繼電器起動(dòng)電阻4.電樞串電阻起動(dòng)、能耗制動(dòng)控制電路三、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)1.電樞反接制動(dòng)（迅速停車或反轉(zhuǎn)）

電動(dòng)狀態(tài)(第Ⅰ象限)Tn反接制動(dòng)狀態(tài)(第Ⅱ象限)－Ua＋系統(tǒng)的動(dòng)能和反接電源的電能，均消耗在反接制動(dòng)電阻Rb上。TL限制反接制動(dòng)電流Ia反向T反向＋UfN－MEaIaRb2）能量關(guān)系電動(dòng)運(yùn)行的他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，保持其勵(lì)磁系統(tǒng)不變，把電樞反接在直流電源上，并在電樞回路串接制動(dòng)電阻Rb。1）實(shí)現(xiàn)方法電動(dòng)狀態(tài)：運(yùn)行點(diǎn)在固有機(jī)械特性1上n=Ua

CeΦ

-RaCeCTΦ2

T制動(dòng)狀態(tài)：運(yùn)行點(diǎn)在人為機(jī)械特性2上n=-Ua

CeΦ

-Ra＋RbCeCTΦ2

Ta點(diǎn)→b點(diǎn)：na=nb，Ea=Eb→Ua反向，Ia反向(Ia＜0)→T反向(T＜0)

→c點(diǎn)

3）電樞反接制動(dòng)過(guò)程→n↓↓

n=0，T≠0?！鶷和TL共同作用此時(shí)如果立刻斷電，電動(dòng)機(jī)就能準(zhǔn)確停車。

制動(dòng)過(guò)程

應(yīng)立刻斷電c點(diǎn)：

→制動(dòng)開始若｜T｜<｜TL｜，電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)。若｜T｜>｜TL｜，電動(dòng)機(jī)反向起動(dòng)，運(yùn)行點(diǎn)進(jìn)入第Ⅲ象限，TL反向，仍為阻力矩，T變?yōu)閯?dòng)力矩，二者在d點(diǎn)平衡，反向電動(dòng)運(yùn)行。若所帶負(fù)載為反抗性負(fù)載，且未及時(shí)斷電，則：在電磁轉(zhuǎn)矩T和負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL共同帶動(dòng)下，電動(dòng)機(jī)反向起動(dòng)，運(yùn)行點(diǎn)進(jìn)入第Ⅲ象限，并不斷加速，進(jìn)入第Ⅳ象限。在第Ⅳ象限，轉(zhuǎn)速n高于理想空載轉(zhuǎn)速n0，電動(dòng)機(jī)開始反向發(fā)電回饋制動(dòng)，最終穩(wěn)定在e點(diǎn)高速運(yùn)行（下放重物）。

制動(dòng)過(guò)程

應(yīng)立刻斷電n=0，T≠0。c點(diǎn)：若所帶負(fù)載為位能性負(fù)載，且未及時(shí)斷電，則：e發(fā)電回饋制動(dòng)3）電樞反接制動(dòng)過(guò)程2.倒拉反接制動(dòng)（勻速下放重物）

電動(dòng)狀態(tài)(第Ⅰ象限)T倒拉反接制動(dòng)狀態(tài)(第Ⅳ象限)n＋UfN－＋Ua－TLMRbIaEa在提升重物的直流電動(dòng)機(jī)電樞回路中，串接較大的電阻。n電樞回路串入大電阻之初，電動(dòng)機(jī)仍然是電動(dòng)狀態(tài)，電樞電流Ia和電磁轉(zhuǎn)矩T的方向都不改變，但是數(shù)值都減小了，電磁轉(zhuǎn)矩T小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL，使電動(dòng)機(jī)減速。當(dāng)轉(zhuǎn)速n減到0時(shí)，T仍小于TL，電動(dòng)機(jī)反向起動(dòng)，就進(jìn)入了倒拉反接制動(dòng)狀態(tài)。1）實(shí)現(xiàn)方法n=Ua

CeΦ

-RaCeCTΦ2

Tn=Ua

CeΦ

-Ra＋RbCeCTΦ2

T電動(dòng)穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)(機(jī)械特性1上a點(diǎn))制動(dòng)穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)(機(jī)械特性2上d點(diǎn))制動(dòng)狀態(tài)2cbd電動(dòng)減速反向起動(dòng)最終，電動(dòng)機(jī)在第Ⅳ象限的d點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行（低速下放重物）。在c點(diǎn)電動(dòng)機(jī)反向起動(dòng)，進(jìn)入第Ⅳ象限，轉(zhuǎn)速n的方向改變，電磁轉(zhuǎn)矩T的方向不變，屬于倒拉反接制動(dòng)狀態(tài)。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串入大電阻后，運(yùn)行點(diǎn)就躍變到電樞串電阻人為機(jī)械特性2上，在第Ⅰ象限時(shí)，轉(zhuǎn)速n和電磁轉(zhuǎn)矩T的方向都不變，屬于電動(dòng)減速狀態(tài)。2）制動(dòng)過(guò)程分析電樞回路接入Rb的瞬間→Ia

→T

→T＜TL

→n(由b到c，電動(dòng)減速)Ea

→Ia

T,T＜TL→n

在c點(diǎn)，n=0，T＜TL→反向起動(dòng)，進(jìn)入第Ⅳ象限倒拉反接制動(dòng)3）制動(dòng)過(guò)程的物理原理制動(dòng)狀態(tài)2cbd電動(dòng)減速反向起動(dòng)Ua=Ea+(Ra+Rb)Ia他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)Ea=CeΦnT=CTΦIa電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程:→

n＜0

，|n|

→Ea<0，|Ea|

→Ia

→T

→到d點(diǎn)，T=TL（勻速下放重物）①轉(zhuǎn)子回路串入的電阻的阻值一定要適當(dāng)。4）倒拉反接制動(dòng)注意事項(xiàng)3②所串電阻Rb阻值越大，人為機(jī)械特性的斜率越大，穩(wěn)定下放重物的速度就越高，如圖中曲線2’所對(duì)應(yīng)的d’點(diǎn)。③當(dāng)所串電阻Rb阻值太小時(shí)，人為機(jī)械特性的斜率不夠大，電動(dòng)機(jī)就不能進(jìn)入倒拉反接制動(dòng)狀態(tài)，如圖中曲線3所對(duì)應(yīng)的e點(diǎn)，處于低速電動(dòng)提升重物的狀態(tài)。en=Ua

CeΦ

-RaCeCTΦ2

Tn=Ua

CeΦ

-Ra＋RbCeCTΦ2

T電動(dòng)穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)(機(jī)械特性1上a點(diǎn))制動(dòng)穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)(機(jī)械特性2上d點(diǎn))該電路控制他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)按時(shí)間原則串電阻兩級(jí)起動(dòng)，帶動(dòng)設(shè)備自動(dòng)往復(fù)循環(huán)運(yùn)動(dòng)，以反接制動(dòng)加快換向過(guò)程。3.直流電動(dòng)機(jī)可逆旋轉(zhuǎn)反接制動(dòng)控制電路由靜止開始正轉(zhuǎn)起動(dòng)時(shí)的電樞電路同時(shí)合上Q1、Q2，按下正轉(zhuǎn)起動(dòng)按鈕SB2，KM1得電動(dòng)作，電樞繞組接入正轉(zhuǎn)直流電源（左端接正極，右端接負(fù)極）。KM1觸點(diǎn)動(dòng)作，使得KV1、KT2、KT1得電動(dòng)作，緊接著KM5得電動(dòng)作短接電阻R4和KT1線圈，KT1線圈失電延時(shí)中，串入起動(dòng)電阻（R2+R1）正向起動(dòng)。KT1延時(shí)結(jié)束常閉觸頭復(fù)位，KM3得電動(dòng)作，短接電阻R1和KT2線圈，KT2延時(shí)中，保留起動(dòng)電阻R2繼續(xù)起動(dòng)。KT2延時(shí)結(jié)束常閉觸頭復(fù)位，KM4得電動(dòng)作，短接電阻R2，起動(dòng)電阻全部被切除，起動(dòng)結(jié)束，M額定運(yùn)行，帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件前進(jìn)。前進(jìn)到位，壓下限位開關(guān)SQ1，KM1失電（KV1、KM3、KM4、KM5線圈相繼斷電），切斷M正轉(zhuǎn)電源，接著KM2得電，接通M反轉(zhuǎn)電源（右正極，左負(fù)極），M串兩級(jí)電阻反向起動(dòng)。工作過(guò)程分析正轉(zhuǎn)變反轉(zhuǎn)時(shí)的反接制動(dòng)電樞電路正反轉(zhuǎn)電樞電源換接時(shí)，由于機(jī)械慣性，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n和電樞電動(dòng)勢(shì)EM的大小和方向都來(lái)不及變化，EM的方向與電樞所串電阻的電壓降方向相反。當(dāng)轉(zhuǎn)速n≈0時(shí)，EM≈0，KV2線圈電壓加大使其常開觸點(diǎn)閉合，KM5得電，短接反接制動(dòng)電阻R4，同時(shí)KT1線圈斷電開始延時(shí)，電動(dòng)機(jī)串入電阻R1+R2反向起動(dòng)。轉(zhuǎn)速n降低，使電樞電動(dòng)勢(shì)EM減小，KV2線圈電壓逐漸增加。加在KV2上的電壓（EM與電阻電壓降之代數(shù)和）很小，KV2不能動(dòng)作，KM3~KM5線圈都不得電，串入全部電阻（R2+R1+R4）反接制動(dòng)，轉(zhuǎn)速n迅速下降。KT1延時(shí)結(jié)束常閉觸頭復(fù)位，KM3得電動(dòng)作，短接電阻R1和KT2線圈，KT2延時(shí)中，保留起動(dòng)電阻R2繼續(xù)起動(dòng)。KT2延時(shí)結(jié)束常閉觸頭復(fù)位，KM4得電動(dòng)作，短接電阻R2(切除全部電阻)，起動(dòng)結(jié)束，M額定運(yùn)行，帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件后退。工作過(guò)程分析四、發(fā)電回饋制動(dòng)常用的兩種發(fā)電回饋制動(dòng)：在某條件下，當(dāng)直流電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)轉(zhuǎn)速n高于理想空載轉(zhuǎn)速n0的情況時(shí)，電樞電動(dòng)勢(shì)Ea大于電樞電壓Ua，電樞電流Ia和電磁轉(zhuǎn)矩T都反向，向電源回饋電能，但轉(zhuǎn)速n方向不變，電動(dòng)機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)。1.位能性負(fù)載拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)電回饋制動(dòng)保持直流電動(dòng)機(jī)電動(dòng)狀態(tài)的接線不變，拖動(dòng)位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)，位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載能使電動(dòng)機(jī)加速運(yùn)行至發(fā)電回饋制動(dòng)狀態(tài)。2.降低電樞電壓調(diào)速的發(fā)電回饋制動(dòng)保持直流電動(dòng)機(jī)電動(dòng)狀態(tài)的接線不變，通過(guò)降低電樞電壓使轉(zhuǎn)速由高速變?yōu)榈退俚倪^(guò)程中，電動(dòng)機(jī)可能就會(huì)經(jīng)歷一段發(fā)電回饋制動(dòng)狀態(tài)。1）直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電車在平路上電動(dòng)運(yùn)行直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電力機(jī)車在平路上運(yùn)行時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩T是動(dòng)力矩，負(fù)載轉(zhuǎn)矩是摩擦轉(zhuǎn)矩Tf，它屬于反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，是阻力矩。此時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n低于理想空載轉(zhuǎn)速n0，電樞電壓Ua大于電樞電動(dòng)勢(shì)Ea，電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)。1.位能性負(fù)載拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)電回饋制動(dòng)2）直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電車下坡的發(fā)電回饋制動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電力機(jī)車下坡時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩是摩擦轉(zhuǎn)矩Tf和機(jī)車的重力轉(zhuǎn)矩TW之和，摩擦轉(zhuǎn)矩Tf仍然是阻力矩，重力轉(zhuǎn)矩TW是動(dòng)力矩，電磁轉(zhuǎn)矩T變成阻力矩。此時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電動(dòng)狀態(tài)時(shí)方向相同，但數(shù)值高于理想空載轉(zhuǎn)速n0，電樞電壓Ua小于電樞電動(dòng)勢(shì)Ea。電樞電動(dòng)勢(shì)Ea向電網(wǎng)供電，電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電回饋制動(dòng)狀態(tài)。1.位能性負(fù)載拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)電回饋制動(dòng)合成負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL2是動(dòng)力矩，剛下坡時(shí)，TL2和電磁轉(zhuǎn)矩T一起使電機(jī)加速→運(yùn)行點(diǎn)進(jìn)入第Ⅱ象限→n＞n0→Ea＞Ua→Ia＜0→T＜0，制動(dòng)開始，|T|

→到達(dá)b點(diǎn)，TL2=T，電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。3）電車下坡的發(fā)電回饋制動(dòng)過(guò)程分析OTn1n0TL12TL23ab電車在平地行駛時(shí)，電動(dòng)機(jī)在a點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行，T=TL1=Tf，電動(dòng)狀態(tài)。電車下坡時(shí)對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性，是固有機(jī)械特性在第Ⅱ象限的延伸段，穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)為b點(diǎn)，回饋制動(dòng)。

直流電動(dòng)機(jī)將電車下坡時(shí)失去的位能變成電能，小部分消耗在電樞繞組上，大部分回饋給電網(wǎng)，為發(fā)電回饋制動(dòng)狀態(tài)。TL1=Tf

>0TL2=Tf

-TW<0電動(dòng)狀態(tài)制動(dòng)狀態(tài)此時(shí)，合成負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL2是拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩，電磁轉(zhuǎn)矩T是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，抑制了轉(zhuǎn)速的繼續(xù)上升，使電車穩(wěn)定在轉(zhuǎn)速nb勻速下坡。電動(dòng)狀態(tài)(第Ⅰ象限)n

→Ea

→Ia(T)

→n=n0,

Ea=Ua,T=0發(fā)電回饋制動(dòng)狀態(tài)(第Ⅱ象限)n

→Ea

(＞Ua)→Ia(T)＜0→|T|

nTEa＋Ua－Ia＋UfN－TLM4）發(fā)電回饋制動(dòng)原理分析n＋UfN－＋Ua－TLMEa＋UfN－＋Ua－TLIanMTEa＋UfN－＋Ua－TLnIaMTEa電動(dòng)加速(第Ⅰ象限)位能性負(fù)載轉(zhuǎn)矩使n=n0(運(yùn)行點(diǎn)在縱坐標(biāo)軸上)2.降低電樞電壓調(diào)速的發(fā)電回饋制動(dòng)在額定電樞電壓下，直流電動(dòng)機(jī)在固有機(jī)械特性曲線上的a點(diǎn)，以轉(zhuǎn)速na穩(wěn)定運(yùn)行，為電動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)轉(zhuǎn)速降至n01之后，電磁轉(zhuǎn)矩T再次反向，變?yōu)橥蟿?dòng)轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)恢復(fù)電動(dòng)狀態(tài)，運(yùn)行點(diǎn)回到第Ⅰ象限。剛進(jìn)入第Ⅰ象限時(shí)，T小于TL，電動(dòng)機(jī)電動(dòng)減速，T開始增大。T增大到等于TL時(shí)，電動(dòng)機(jī)在a’點(diǎn)以低于na的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行。由于機(jī)械慣性，轉(zhuǎn)速n不能突變，降壓瞬間，運(yùn)行點(diǎn)由a點(diǎn)躍變到b點(diǎn)，nb=na>n01，Ea>U1，電樞電流Ia和電磁轉(zhuǎn)矩T都反向，T變?yōu)橹苿?dòng)轉(zhuǎn)矩，與TL共同作用使轉(zhuǎn)速迅速下降，動(dòng)能變?yōu)殡娔芑仞伣o電網(wǎng)，區(qū)間nb至n01為發(fā)電回饋制動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)電樞電壓降為U1時(shí)，理想空載轉(zhuǎn)速降為n01，運(yùn)行點(diǎn)轉(zhuǎn)換到U1對(duì)應(yīng)的人為機(jī)械特性上。電動(dòng)減速發(fā)電回饋制動(dòng)五、三種電氣制動(dòng)方法的比較制動(dòng)方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)應(yīng)用場(chǎng)合能耗制動(dòng)1）制動(dòng)線路簡(jiǎn)單、制動(dòng)平穩(wěn)可靠，制動(dòng)過(guò)程不吸收電能，經(jīng)濟(jì)、安全。2）能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確停車。制動(dòng)效果隨轉(zhuǎn)速下降而成正比地減小。要求平穩(wěn)減速的場(chǎng)合，例如：反抗性負(fù)載準(zhǔn)確停車，也用于下放重物。反接制動(dòng)1）電樞反接制動(dòng)轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速變化較小，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩較恒定，制動(dòng)強(qiáng)烈而迅速。2）倒拉反接制動(dòng)的轉(zhuǎn)速可以很低，安全性好。1）電樞反接制動(dòng)有自動(dòng)反轉(zhuǎn)的可能，在轉(zhuǎn)速接近0時(shí)，應(yīng)及時(shí)切斷電源，能量損失大。2）倒拉反接制動(dòng)要從電網(wǎng)吸收大量的能量。1）電樞反接制動(dòng)應(yīng)用于頻繁正、反轉(zhuǎn)切換的電力拖動(dòng)系統(tǒng)中。2）倒拉反接制動(dòng)不能用于停車，只能應(yīng)用于起重設(shè)備以較低的穩(wěn)