清華大學(xué)電機原理及拖動(彭鴻才版).ppt

1、電機原理及拖動,茂名學(xué)院自動化系 葉偉,國家規(guī)劃教材,東北大學(xué) 彭鴻才 主編,機工板,3、學(xué)習(xí)方法：要注意它既有基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)，又有結(jié)合工程實際綜合應(yīng)用的性質(zhì)。要逐漸地培養(yǎng)學(xué)員的工程觀點，掌握工程問題的處理方法。,本課程的性質(zhì)、任務(wù)及學(xué)習(xí)方法,1、性質(zhì)：在工業(yè)電氣自動化專業(yè)中，電機原理及拖動是一門十分重要的專業(yè)基礎(chǔ)課或稱技術(shù)基礎(chǔ)課。,2、任務(wù)：我們所從事的專業(yè)決定了我們是從使用的角度來研究電機的。因此，我們著重分析各種電機的工作原理和運行特性，而對電機設(shè)計和制造工藝涉及得不多。但對電機的結(jié)構(gòu)還要有一定深度的了解。,目 錄,第一章 直流電機原理 第二章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ) 第三章 直流電動

2、機的電力拖動 第四章 變壓器 第五章 三相異步電動機原理 第六章 三相異步電動機的電力拖動 第七章 同步電動機 第八章 控制電機 第九章 電力拖動系統(tǒng)中電動機的選擇,第一章 直流電機原理 1.1 直流電機的用途、結(jié)構(gòu)及工作原理,一、直流電機的用途,1.直流電動機的用途:在工業(yè)生產(chǎn)中,利用電動機的軸上轉(zhuǎn)矩拖動生產(chǎn)機械,對產(chǎn)品進行加工.,2.直流發(fā)電機的用途:作為電源設(shè)備,二、直流電機的結(jié)構(gòu),1.靜止部分 (1)主磁極:由極身和極掌組成,固定在磁軛 (機座)上.在磁極上套入激磁繞 組(線圈).主磁極總是偶數(shù),且N 極和S極相間出現(xiàn).極掌對激磁 繞組起支撐作用,且使磁通在氣 隙中有較好的分布波形.,

3、(2)換向極:它位于相鄰兩主磁極之間,構(gòu)造與主磁極相似,其 作用是為了消除在運行過程中換向器產(chǎn)生的火花.,(3)機座:一般把厚鋼板彎成圓筒形,然后再焊成機座,也可采 用鑄鋼件.其作用一方面是作為各磁極間的磁路,故 又稱為磁軛,另一方面機座作為電機的機械支架,主 磁極和換向極就固定在磁軛上.,(4)端蓋:附有軸承的端蓋安裝在機座上以支持電樞,它可以 保持電樞表面和極掌表面相隔一個氣隙,使電樞可 以自由旋轉(zhuǎn).,(5)電刷裝置:電刷是由石墨做成的導(dǎo)電塊,將它套入刷握內(nèi), 用彈簧以一定壓力將電刷壓在換向器的表面 上.在電樞旋轉(zhuǎn)時可以保持電刷固定不動.電刷 的作用是使電樞繞組和外電路接通,同時通過 換向

4、器進行電流的換向.,2.轉(zhuǎn)動部分,(1)電樞鐵心:電樞鐵心由0.5毫米厚且沖有齒和槽的硅鋼 片迭成.鐵心鋼片沿軸向迭裝,以降低電樞鐵 心在磁場中旋轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的磁滯和渦流損 耗,從而提高電機的效率.電樞鐵心一方面作 為電機磁路的一部分,另一方面便于將電樞 繞組安裝在電樞鐵心的槽內(nèi),起著固定電樞 繞組的作用.,(2)電樞繞組:電樞繞組是電機產(chǎn)生感應(yīng)電勢和電磁轉(zhuǎn)矩以 實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的重要部件.繞組是由絕 緣的圓形或矩形銅線繞成,嵌放于電樞鐵心 的槽中.必須采用層間絕緣和繞組與鐵心槽避 之間的槽絕緣.,(3)換向器:其作用是使電樞繞組的繞組元件中的電流 進行 方向的交換,起著電流換向作用.電樞繞組元

5、件 的引線就焊在換向片上.,3.氣隙 在極掌和電樞之間有一空氣隙.氣隙是電機的重要 組成部分,它的大小和形狀對電機 性能有很大的影響.,(1)轉(zhuǎn)軸和軸承:轉(zhuǎn)子必須有轉(zhuǎn)軸,以便電機 和生產(chǎn)機械 或原動機進行聯(lián)接傳遞轉(zhuǎn)矩和功率.中小型電機 一 般采用滾動軸承,大容量電機 ,采用支架式滑動軸承.,4.其他部分,(2).通風(fēng)裝置:作用是冷卻電機.,為了說明方便,作下列規(guī)定: (1)N導(dǎo)體和S導(dǎo)體:在N極下的導(dǎo)體稱為N導(dǎo)體;在S極下的 導(dǎo)體稱為S導(dǎo)體. (2)符號 和符號 :導(dǎo)體中電勢(電流)的方向進入紙面時用 表示;導(dǎo)體中電勢(電流)的方向由紙面出來時用 表示.,三、直流電機的基本工作原理,1.直流發(fā)

6、電機的基本工作原理,基本原理: 由于導(dǎo)體切割了磁力線,因而在導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢.根據(jù)右手定則,N導(dǎo)體中電勢方向為 ;而S導(dǎo)體中電勢方向為 ;即二者方向相反. N導(dǎo)體和S導(dǎo)體在交換(a和b位置),但是,b 1和b2極性是恒定的,即b1恒為正,b2恒為負,故在電刷兩端輸出脈動的直流電壓.,綜上所述:線圈中的交變電勢已變成刷間直流電壓.通過換向器使電刷b1僅能接通S導(dǎo)體,而S導(dǎo)體的電勢方向恒為 故電刷b1的極性恒為正;同理電刷b2的極性恒為負.,2.直流電動機的基本工作原理,通過換向器的作用，使與電源負極相接的電刷僅能接通S導(dǎo)體，故S導(dǎo)體中的電流方向恒為流出紙面，而與電源正極相接電刷僅能接通N導(dǎo)

7、體，電流流入紙面。故電機恒逆轉(zhuǎn)。,a、b導(dǎo)體中電流方向如左所示，由左手定則可知S導(dǎo)體和N導(dǎo)體受力均為逆時針方向,因而使電樞逆時針方向旋轉(zhuǎn).,發(fā)電機:由主磁極產(chǎn)生的氣隙磁通與電樞繞組切割而產(chǎn)生電勢.,電動機:電樞電流與氣隙磁通相互作用而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩.,1.2 直流電機的空載磁場,wf 一個主磁極上激磁繞組的匝數(shù)； If 激磁繞組中的激磁電流； Rm 該段的磁組； 磁通量,主磁通所經(jīng)磁路:兩個氣隙、兩個電樞齒、一個電樞軛、 兩個主磁極鐵心和一個 主磁極軛等五段。 由磁路中的歐姆定律： wf If = Rm,說明:當(dāng)I較小時磁路的磁阻為氣隙 磁阻且為常數(shù),故If與是線性的 If較大時鐵心飽和,磁阻加

8、大增 加變慢If與為非線性關(guān)系. 電機的飽和程度對電機的性能有很 大的影響.,氣隙磁密的概念： 是指穿過氣隙進入電樞表面或由電樞表面出來的磁通。 因而氣隙磁密實際上是指電樞表面的磁通密度。 氣隙磁密=主磁極作用產(chǎn)生部分+電樞磁勢作用部分 主磁極磁勢單獨作用（電樞電流為零時）： 氣隙在極掌下大致 是均勻的。但在極 尖以外時，主磁通所 經(jīng)氣隙加大，磁密減 小，并在兩主磁極中 間的幾何中線上下降 為零。,二、主磁極磁勢產(chǎn)生的氣隙磁密在空間的分布,一、概述 電機的電樞繞組是電機的主要組成部件。 電機必須通過電樞繞組與氣隙磁場相互作用才能實現(xiàn) 能量轉(zhuǎn)換。 繞組類型：（1）單迭繞組；（2）復(fù)迭繞組；（3）

9、單 波繞組；（4）復(fù)波繞組；（5）混合繞組。 其中，單迭和單波繞組是最基本的直流電樞繞組，是了解其他繞組的基礎(chǔ)。 二、單迭繞組 1 有關(guān)技術(shù)名詞 （1）極軸線：它是將主磁極平分為左右兩部分的直線。,1.3 直流電機的電樞繞組,（2）極距：它是相鄰兩主磁極極軸線之間的距離，在相鄰主磁極之間，與上述距離大小相等的距離，也叫極距。 （3）幾何中線：是在相鄰兩 極軸線之間并且與這兩極軸線等距離的直線，兩相鄰主磁極以幾何中線為軸作位置上的對稱分布。以nn表示。,2.單迭繞組元件 單迭繞組由迭繞組元件按一定規(guī)律排列聯(lián)接而成.繞組元件實際上是一個線圈,可以是多匝,也可以的單匝的. 繞組元件結(jié)構(gòu)原理: a1b

10、1及a2b2部分稱為元件邊, 用后端匝a1ma2及前端匝b1nb2 將元件邊聯(lián)結(jié)起來,使兩元件 邊中電勢在元件中迭加. 端線c1d1及c2d2 稱為引線,d1為 元件的首端,d2為末端.元件 的首端和末端分別焊接在 不同的換向上. a1b1稱為第一元件邊,右邊a2b2稱為第二元件邊.,3.單迭繞組展開圖,圖中四個方框代表四個主磁極,相同極性的兩個電刷均用導(dǎo)線并聯(lián)后引往出線端.四個電刷均安放在相應(yīng)的四個主磁極的極軸線處的換向片上,電刷寬度等于一個換向片寬.電樞鐵心槽數(shù)、元件數(shù)以及換向片數(shù)均相等且為16。 元件的第一元件邊嵌在槽的上層 上層邊；而元件的第二元件邊總是嵌在槽的下層 下層邊。 上層邊用

11、實線表示，下層邊用虛線表示。 以元件上層邊所在槽的號碼作為該元件的號碼。 元件聯(lián)接次序表： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1,號碼上打“.”的,表示被電刷短路的元件 .當(dāng)元件的兩元件邊的距離恰是一個極距時,由于電刷放在極軸線處的換向片上,故被電刷短接的元件的兩個元件邊正處在兩相鄰 幾何中線上.,. . . . .,4.繞組電路分析: 元件2、3、4電勢方向相同組成一個支路，元件6、7、8電勢方向相同組成一個支路，但方向與2、3、4組成支路電勢相反。 元件10、11、12與2、3、4支路電勢方向相同故將電刷A1、A2接在一起；14、15、16與6、

12、7、8支路電勢方向相同故將B1、B2接在一起，引出正、負兩個電極。 并聯(lián)支路圖: 每個主磁 極下的元件 串聯(lián)成一條 支路,共有四 條并聯(lián)支路 a=b=p ,輸出電 流Ia=2aia ,a為并聯(lián) 支路數(shù)、ia為去路 電流；p為主磁極 對數(shù)；b為電刷對數(shù)。,電樞反應(yīng):電樞磁動勢對主磁極所建立的氣隙磁場的影響。 電樞磁動勢不僅與電樞電流大小有關(guān)，它還受 電刷位置的影響。 一、電樞磁動勢與電樞磁場 二極直流電機電刷在幾何中性線上時的電樞磁場分布圖。 幾點說明： 1.因電刷接觸的換向片與幾何中 性線處的導(dǎo)體相連,故把電刷畫在幾 何中性線處的導(dǎo)體上. 2.繞組只畫一層,都在電樞表面上. 3.電流方向以電刷

13、為分界線. 4.電樞磁場以電刷為極軸線,電刷 處磁勢最強,主磁極的極軸線處 電樞磁勢為零.電樞磁勢與主磁極 磁勢正交,稱交軸電樞磁勢 .,1.4 直流電機的電樞反應(yīng),把電樞圓周從電刷處切開展成 直線并以主磁極軸線與電樞表面 的交點為空間坐標(biāo)的起點,這點的 電樞磁動勢為零. 電樞磁動勢沿空間的分布: 電樞線負荷- 電樞圓周表面單位 長度上的安培導(dǎo)體數(shù). A= 應(yīng)用全電流定律,有Hl=2Ax 認為總磁勢全部降在兩段氣隙上 2Fax=2Ax 即 Fax=Ax 磁密 Bax=0Hax=0Fax /,N ia, D,二、電刷位于幾何中性線上時的電樞反應(yīng) 此時電樞磁動勢剛好與主磁極磁動勢正交，故稱這 電樞

14、反應(yīng)為交軸電樞反應(yīng)。 電機合成磁場Bx= B0 x+Bax 正方向規(guī)定：磁力線進入轉(zhuǎn)子 為負,出來為正. 所以,主磁極磁通密度在N極 下為負,在S極下為正. 可知:磁場波形發(fā)生了畸變. (1)發(fā)電機:前極尖增磁,后極 尖去磁. (2)電動機:前極尖去磁,后極 尖增磁. 如不考慮磁路飽和,則增去磁量相等 總磁通量不變. (3)物理中線移到m-m,當(dāng)磁路飽和時因磁勢和磁通密度之間不再成線性關(guān)系在磁場相加的區(qū)域磁密下降.所以交軸電樞反應(yīng)總有一些去磁作用. 三、電機上偏離幾何中性線時的電樞反應(yīng) 電樞磁勢分為兩部分：交軸磁勢和順軸磁勢。_ Fa = Faq + Fad 當(dāng)發(fā)電機順旋轉(zhuǎn)方向移動電刷或電動機

15、逆移時順軸電勢 Fad去磁，反之順軸電勢助磁。 右圖為發(fā)電機電刷 順移或電動機電刷逆 移后的電樞反應(yīng)。,一、直流電機的電樞電動勢 電樞電勢是指電機正常工作時電樞繞組切割氣隙磁通產(chǎn)生的刷間電動勢 。 刷間電動勢等于其中一條支路的電動勢。 推導(dǎo)過程: 設(shè)繞組為整距元件,電刷在幾何中線上. 如電樞繞組總導(dǎo)體數(shù)為N, 并聯(lián)電路數(shù)為2a 則繞組每條支路的導(dǎo)體數(shù)為N/(2a). 如每根導(dǎo)體的平均電動勢eav,則支路電動勢即刷間電動勢, N 一根導(dǎo)體的平均電動勢為 eav =BavlV Bav-為一個極下的平均磁密, Bav =,Ea =,1.5 直流電機的電樞電動勢與電磁轉(zhuǎn)矩,導(dǎo)體切割磁場的速度v用每分鐘

16、轉(zhuǎn)速表示有V=2pn/60 所以, Ea =(N/2a) 2pn/60 =(pN/60a) n =Ce n 這是一個十分重要的公式 ,式中Ce = pN/(60a)為電動勢常數(shù),是一個決定于電機結(jié)構(gòu)的參數(shù). 電樞電動勢與每極磁通成正比,與轉(zhuǎn)速正比. B-wb(韋伯) n- r/min (每分鐘.轉(zhuǎn)) Ea- V(伏特),二、直流電機的電磁轉(zhuǎn)矩 電磁轉(zhuǎn)矩：電樞導(dǎo)體在磁場中受力所形成的總轉(zhuǎn)矩。 先求每根導(dǎo)體平均受力 fav =Bavia - 導(dǎo)體有效長度 ia- 導(dǎo)體電流 每根導(dǎo)體平均轉(zhuǎn)矩為 Tav = Bavia D- 電樞直徑 電樞總轉(zhuǎn)矩為 T= N = =CTIa Ia為電樞電流 ia=Ia

17、/(2a) 單位為A(安培);CT=pN /(2a) 是與 電機結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù),稱為轉(zhuǎn)矩常數(shù).單位 N m ,CT =9.55Ce,D2,Ia,一、直流發(fā)電機的分類 1.他勵直流發(fā)電機:勵磁電流由另外的 獨立直流電源供給. 2.自勵直流發(fā)電機:它用自已發(fā)出的電 給自已的勵磁繞組勵磁. (1) 并勵發(fā)電機：它的勵磁繞組 跨接在電樞兩端,與電樞并聯(lián). (2) 串勵發(fā)電機勵磁繞組與電樞 串聯(lián),勵磁電流 就是電樞電流. (3) 復(fù)勵發(fā)電機:既有并勵繞組又 有串勵繞組. 勵磁消耗的功率一般只 占直流發(fā)電機額定功率的1%3%,1.6 直流發(fā)電機,二、直流發(fā)電機的基本方程式 三大平衡方程式：電壓平衡、轉(zhuǎn)矩平

18、衡、功率平衡。 （一）電壓平衡方程式 U =Ea IaRa U- 電樞電壓 Ra- 電樞回路總電阻 (二) 轉(zhuǎn)矩平衡方程式 Ia方向和Ea一致. 當(dāng)發(fā)電機穩(wěn)定運行時 T1 =T + T0 T1為原動機拖動轉(zhuǎn)矩. T為發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩. T0 為空載轉(zhuǎn)矩.,(三) 功率平衡方程式 P1 =PM + p0 P1為原動機從軸上送入直流發(fā)電機的機械功率. PM 為電磁功率. P0 空載損耗功率. P0 =pm + pFe +ps pm:機械摩擦損耗 pFe :鐵損耗 ps:附加損耗 電磁功率多數(shù)轉(zhuǎn)為電功率P2 因PM =T =CTIa = =,P2= PM pCu 即電樞輸出功率P2為電磁功率PM 減去

19、電 樞回路的電阻銅損耗pCu 由電壓平衡方程 U =Ea IaRa 得 UIa =EaIaI2aRa 即 綜合后得 P1 =P2 + pCu + pm + pFe +ps = P2 +p 直流發(fā)電機功率流程圖 注:沒有把勵磁功率計算 在P1之內(nèi).,P2= PM pCu,三、他勵直流發(fā)電機特性 研究條件：保持轉(zhuǎn)速n不變且等于額定轉(zhuǎn)速nN. 三個物理量：電樞電壓U、電樞電流Ia、勵磁電流If (一）空載特性U=f(If) n=c .Ia=0 因 Ea=Cen, Ce和n為常數(shù)，所以 Ea與成正比。即 U=f(If)曲線與磁化曲線=f (If )形狀相同。 U,發(fā)電機的額定電壓工作點一般 選在開始飽

20、和的彎曲處C點， 當(dāng)If=0時，U0，這是剩磁所致 稱為剩磁電壓Us=2% 4% UN,(二）外特性 U = f ( Ia ) n =c =nN常數(shù) If =常數(shù) 調(diào)勵磁If和負載Ia 。使U =UN，電機工作在額定狀態(tài) 調(diào)Ia測U得外特性 U = f ( Ia ) 曲線 是一條略微向下傾斜的曲線 U=Ea IaRa U Ia IaRa U 國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：用發(fā)電機由額定 狀態(tài)過渡到空載時的電壓升高 對額定電壓的比率表示電壓變化率U % = U % = 5% 10% 常數(shù)。,四、并勵直流發(fā)電機 （一）并勵直流發(fā)電機的自勵條件 （1）發(fā)電機必須有剩磁，如果無剩磁，必須用另外的直流電源充磁。 （2）

21、勵磁繞組并聯(lián)到電樞兩端，線端的接法應(yīng)與旋轉(zhuǎn)方向配合，以使勵磁電流產(chǎn)生的磁場方向與剩磁的磁場方向一致。 （3）勵磁回路的總電阻 必須小于臨界電阻。 在建立正常電樞電壓的過程 中，勵磁電流 If一直在上升 勵磁回路電壓平衡方程為：,Uo=,在A點之前Uo - Rf if0 if 當(dāng)達到A點時，U0=RfIf, Lf dif/dt=0, If不再變化，電壓穩(wěn)定在A點，發(fā)電機能建立起正常電壓。 （二）外特性 n=常數(shù) 、勵磁回路總電阻不變時 U =f (I )關(guān)系曲線。 并勵比它勵電機外特性下降得快 原因有三：（1）電阻壓降 （2）電樞反應(yīng)去磁 （3）U If 磁路退飽 和，導(dǎo)致勵磁電流下 降電壓降低

22、，使負載電流不再增加 反而減小。,1.7 直流電動機 一、直流電機的可逆原理 一臺直流電機，在滿足一定條件下它可以作發(fā)電機運行，也可以作為電動機運行。稱為可逆性原理。 過程分析：發(fā)電機狀態(tài)到電動機狀態(tài)的過渡。 假設(shè)開始時發(fā)電機向直流電網(wǎng)供電，電網(wǎng)電壓U恒定不變。 各量方向如圖所示。 發(fā)電機中電流與電勢方向一致，電機的電磁轉(zhuǎn)矩T為順時 針方向。與原動機拖動轉(zhuǎn)矩T1方向相反。 U 穩(wěn)定運行時 T1 = T+T0 電動勢 Ea U 電流順電動勢方向流向電網(wǎng)。 能量關(guān)系：T1 EaIa Uia 機械功率 電功率 輸出電功率,當(dāng)撤掉原動機后 n Ea Ia T 穩(wěn)定運行時 T= T0 +Tm 反電勢 E

23、a U U =Ea + IaRa 能量關(guān)系 IaU EaIa T2 電機從電網(wǎng) 電磁功率 輸出機械功率 吸收電功率,二、直流電動機基本方程式 (一) 電壓平衡方程式 U = Ea + IaRa Ea- 反電動勢 Ia- 電樞回路電流 Ra-電樞回路電阻 (二) 轉(zhuǎn)矩平衡方程式 當(dāng)電機穩(wěn)定運行時 T = T0 + T2 或 T= T0 + Tm 當(dāng)T2 = Tm 時轉(zhuǎn)速穩(wěn)定 (三) 功率平衡方程式 P1 = Pm + pcu UIa =EaIa + I2aRa,電機從電網(wǎng)吸收的電功率 P1 =UIa 減去電樞繞組銅損 Pcu=I2aRa 余下的為電樞的電磁功率PM =EaIa. 而 PM =Ea

24、Ia = T=T0 +T2 =p0 + P2 所以 P1= Pcu + p0 + P2 功率流程圖:,三、他勵直流電動機特性 目的：為正確使用電動機。 幾種靜特性： （1）轉(zhuǎn)速特性 ；（2）轉(zhuǎn)矩特性 ； （3）效率特性 ；（4）機械特性 從使用電動機的角度，機械特性是電動機最重要的一種特性 （一）轉(zhuǎn)速特性 U=UN If=IfN 電樞無外串電阻即R=Ra 因 Ea=UN-IaRa=Cen 所以,（二）轉(zhuǎn)矩特性T=CTIa 為一過原點直線 Ia=0時 n=n0 為理想空載轉(zhuǎn)速;n=Ia=IaRa/Ce 為轉(zhuǎn)速降. 所以,機械特性為略微向下傾斜的一條直線. (三) 效率特性 當(dāng)U=UN、If=If

25、N、電樞無外串 電阻，即R=Ra時 效率特性=f(Ia)= = 令d/dIa =0可求得效率最高條件 當(dāng)電動機中不變損耗等于可變損耗 時，效率最高。且通常出現(xiàn)在 Ia=75% 100% 區(qū)域內(nèi)。,（四）機械特性 U=常數(shù)、If =常數(shù)、R =Ra +Rc =常數(shù)時,n=f (T)變化關(guān)系. 當(dāng)U=UN、If= IN、Ra=0時，稱n=f (T)為自然機械特性。 否則，稱為人造機械特性。 由直流電動機電壓平衡方程可知： U=Ea+Ia( Ra + Rc) Ea =Cen T =CT ia 聯(lián)解得： 人造特性。 自然特性。,n=,機械特性上的兩個特殊點: (1) 理想空載點 T=0,n=n0 ;

26、(2) 額定工作點 T =TN, n =nN . 電動機工作在額定狀態(tài)時,轉(zhuǎn)速降為 一般根據(jù)額定時的數(shù)據(jù) (UN、IN、nN 、Ra) ,求出 CeN 和CT N，進而對工作點進行計算。,四、串勵直流電動機及復(fù)勵直流電動機 串勵直流電動機的勵磁電流就是電樞電流，它隨負載 的變化而變化。復(fù)勵電動機是并勵直流電動機和串勵直 流電動機的結(jié)合，它兼有兩者的特點。 （一）串勵直流電動機的轉(zhuǎn)矩特性n= f (Ia) 經(jīng)變換得 分磁化曲線的不飽和和飽和兩部分討論： （1）Ia較小、磁路不飽和磁通與電流成正比，,R0 為電樞回路總電阻,一條非線性曲線,將=K1Ia代入后得 為一條雙曲線 當(dāng)電動機空載、電流很小

27、時，可能引起“飛車”事故，所 以串勵直流電動機不允許空載運行， 也不允許用皮帶傳動。 （2）當(dāng)Ia較大、磁路飽和時： =K2 為一常數(shù)，這時 為一條稍有下降的直線，但轉(zhuǎn)速降 比他勵直流電動機稍大 。如特性1,（二）串勵直流電動機的轉(zhuǎn)矩特性 T =f (Ia) 由轉(zhuǎn)矩公式 T =CTIa , 及磁化曲線 = f (Ia)- 非線性 （1）Ia較小、磁路不飽和時 = K1 Ia 與Ia成正比， T = CT K1Ia2 -拋物線 （2）Ia很大、磁路飽和時 =K2 為一常數(shù)與Ia無關(guān)， T =CTK2Ia - 為一直線 特性如曲線2所示。 串勵直流電動機適用于起動比較困難，且不空載的生產(chǎn)機械。如電

28、力機車。 （三）串勵直流電動機的機械特性 n=f(T) 一般表達式,機械特性曲線如右圖1所示。 特點：（1）輕載時特性軟，重載時為一條略微下傾的直線。 （2）輕載時轉(zhuǎn)速很高，曲線與縱坐標(biāo)軸無交點。 串勵電動機不允許空載運行。 （四）復(fù)勵直流電動機的機械特性 復(fù)勵：既有并勵繞組又有串勵繞組。 復(fù)勵電動機兼有并勵和串勵兩種電 動機的優(yōu)點。 串勵繞組使起動轉(zhuǎn)矩增加，并勵 繞組使復(fù)勵電動機可以輕載運行 和空載運行。不存在“飛車”的問題。 機械特性介于并勵和串勵之間。如 圖2所示。,第八節(jié) 直流電機換向簡介 換向：直流電機在運行過程中，旋轉(zhuǎn)的電樞繞組中一些 元 件從一條支路經(jīng)過電刷進入另一條支路，在這

29、一過程中，元件電流改變方向，這一過程稱為換向。 換向的過程正是元件被電刷短路的過程，元件短路 過程結(jié)束就是換向結(jié)束，這時元件完全進入另一條支路。 一、換向過程,分三個階段:(1)開始,電刷與1號換向片完全接觸,元件1和元 件2屬右面支路,電流為+ia. (2)電刷同時與換向片1和2接觸,元件1被電刷短 路,元件1中的電流在從+ia向-ia變化. (3)電刷完全與換向片1脫離,完全與換向片2接 觸,元件1完全進入左支路,電流為-ia.,二、直線換向、延遲換向與超越換向 （一）直線換向 直線換向是一種最基本的換向過程，換向元件中的電 流按直線規(guī)律變化。 條件：換向元件中無電勢，且只考慮電刷接觸電阻

30、。 特點：（1）在換向過程中，電刷下不會產(chǎn)生火花。因為 換向元件中的電流由+ia連續(xù) 變化至-ia，沒有換向電流必 須通過空氣而造成火花。 （2）在換向過程中， 電刷兩左右兩側(cè)電流密度是均勻 的。故電刷左右兩側(cè)發(fā)熱也是均 勻的。,(二)延遲換向 電機正常運行時換向元件中產(chǎn)生以下幾種電勢使e0 (1)自感電動勢eL 換向元件中電流變化時產(chǎn)生的eL eL = - Ldi/dt (2)互感電動勢eM 同時換向的幾個元件之間產(chǎn)生的互感電動勢 eM= - Mdi/dt 稱 er= eL+ eM 為電抗電勢,其方向與+ia相同. (3)電樞反應(yīng)電勢ea 換向元件切割電樞磁場產(chǎn)生的感應(yīng)電勢,其方向與er一致

31、,也是反對換向電流變化的. 結(jié)果使電流不能隨時間成線性關(guān)系變化且變化較慢. 曲線2所示.稱之為延遲換向. 延遲換向使電刷的前刷邊電流密度小,后刷邊電流密 大,因此后刷邊出現(xiàn)較大的火花.,三、改善換向的方法 方法：在換向元件中產(chǎn)生與er和ea方向相反的電勢ek. 方法一：在主磁極的幾何中性處加一換向磁極。極性與 電樞磁場的極性相反，其繞組 一般與電樞繞組串聯(lián) 方法二：移刷改善換向。發(fā)電機順移，電動機逆移。 移動的角度（物理中線與幾何中線之夾角） 四、火花、環(huán)火及補償繞組 換向不良電刷下產(chǎn)生火花，嚴重時影響電機工作。 環(huán)火是處于最大磁密處的元件電壓出現(xiàn)最大值，在元件 連接的兩個換向片間產(chǎn)生電弧短路

32、而形成環(huán)火。 補償繞組與電樞繞組串聯(lián)以消除電樞反應(yīng)進而消除環(huán)火。,第二章 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ),第一節(jié)典型生產(chǎn)機械化的運動形式及轉(zhuǎn)矩 一、電力拖動系統(tǒng)的基本概念 電力拖動:以電動機為原動機拖動生產(chǎn)機械運轉(zhuǎn)的拖動方 式. 電力拖動系統(tǒng):由電動機、機械傳動機構(gòu)、生產(chǎn)機械的工 作機構(gòu)、電動機的控制設(shè)備以及電源等五 部分組成的綜合機電裝置。,二、典型生產(chǎn)機械的運動形式和轉(zhuǎn)矩 （一）運動形式 1、單軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng) 特征：電動機的轉(zhuǎn)子與負載軸通過聯(lián)軸器連接在一起。 所有運動運動部分均以同一轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。如通風(fēng)機。 2、多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng) 特征：各軸轉(zhuǎn)速不同，主軸轉(zhuǎn)速比電動機轉(zhuǎn)速低。電動機 轉(zhuǎn)子通過皮帶輪和減速機與主

33、軸相連接。如車床。 3、多軸旋轉(zhuǎn)和平移運動系統(tǒng) 特征：負載既有旋轉(zhuǎn)運動又有平移運動。如起重機的起重 小車。 4、多軸旋轉(zhuǎn)和升降運動系統(tǒng) 特征：負載既有旋轉(zhuǎn)又有升降運動。如起重機的提升機構(gòu)。,（二）生產(chǎn)機械的轉(zhuǎn)矩性質(zhì) 兩種類型：1、摩擦力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩- 反抗性轉(zhuǎn)矩 特點- 轉(zhuǎn)矩方向總是與旋轉(zhuǎn)方向相反。 2、重力作用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩- 位能性轉(zhuǎn)矩 特點- 作用方向與生產(chǎn)機械的旋轉(zhuǎn)方向無關(guān) 電力拖動系統(tǒng)的運動規(guī)律的分析主要研究作用在電動機 軸上的轉(zhuǎn)矩與電動機轉(zhuǎn)速變化之間的關(guān)系n= f(T). 分析方法：先對單軸運動系統(tǒng)進行分析，得出一般規(guī)律 對多軸運動系統(tǒng)，則通過折算等效成單軸運 動系統(tǒng)后再運用單軸運動系統(tǒng)

34、的規(guī)律。,第二節(jié) 電力拖動系統(tǒng)和運動方程式 一、單軸電力拖動系統(tǒng)的運動方程式 作用在電機軸上的轉(zhuǎn)矩: 電動機的電磁轉(zhuǎn)矩T 電動機的空載轉(zhuǎn)矩T0 生產(chǎn)機械轉(zhuǎn)矩Tm T0+Tm =TL為電動機的負載轉(zhuǎn)矩,為軸的角速度.J為對轉(zhuǎn)軸的總轉(zhuǎn)動慣量J=JR+Jm. 根據(jù)力學(xué)剛體轉(zhuǎn)動定律及各量參考方向得轉(zhuǎn)動方程式,轉(zhuǎn)矩單位為N m;J為Kgm2 ;為rad/s 該式是研究電力拖動系統(tǒng)各種運轉(zhuǎn) 狀態(tài)的基礎(chǔ)。 在工程計算中，常用n代替；用飛輪力矩GD2代替J。 其關(guān)系為 m- 轉(zhuǎn)動部分的質(zhì)量，kg; G- 轉(zhuǎn)動部分的重力，N； - 轉(zhuǎn)動部分的回轉(zhuǎn)半徑，m; D- 回轉(zhuǎn)直徑，m; g- 重力加速度，取g=9.81

35、m/s2 運動方程式變?yōu)閷嵱眯问?GD2總飛輪慣量 T- TL=Td為動態(tài)轉(zhuǎn)矩,Td=0,dn/dt=0,電動機以恒定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)或靜止不動.稱靜止?fàn)?態(tài). Td0,dn/dt0- 系統(tǒng)處于加速狀態(tài) Td0,dn/dt0-系統(tǒng)處于減速狀態(tài) 稱動態(tài)或過渡狀態(tài). 規(guī)定n及T的參考方向:對觀察者而言逆時針為正,反之為負. TL的參考方向: -順-. 二、電力拖動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量及飛輪力矩 飛輪慣量GD2 GDR2（電機轉(zhuǎn)子部分） GDm2 (生產(chǎn)機械部分） 轉(zhuǎn)動慣量J J =m2 - 查表 實際計算時由 GD2 =4gJ=4gm2 =4G2 求出J或GD2,三、功率平衡方程式 運動方程式兩端同乗即得功率平

36、衡方程式 判斷電動機是輸出機械功率還是從拖動系統(tǒng)中吸收功率， 完全取決于電磁轉(zhuǎn)矩T和速度的方向。 T與同方向時 T 0, 電動機輸出功率; T與反方向時 T 0, 生產(chǎn)機械從拖動系統(tǒng)中吸收 能量;反之表示放出機械功率給系統(tǒng).,第三節(jié) 多軸電力拖動系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩及飛輪力矩的折算 一、多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)負載轉(zhuǎn)矩及飛辦力矩的折算 （一）負載轉(zhuǎn)矩的折算 折算的原則：保持折算前后系統(tǒng)傳遞的功率不變。 設(shè) 折算前多軸系統(tǒng)中負載功率為Tmm, 折算后等效單軸系統(tǒng)的功率為Tmeq 則有 Tmm =Tmeq 故 Tmeq,j=/m=n/nm - 傳動機構(gòu)的總速比。j為各級速比積。 j=j1j2 實際中考慮傳動效率c時： c

37、為各級傳動效率之積 （二）飛輪力矩的折算 折算原則：折算前后系統(tǒng)總動能不變。 方程式 得單軸系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量Jeq,即,上式兩邊同乗以4g得折算到電動機軸上的飛輪力矩GD2eq，即兩個中間軸: n個中間軸: 主體部分 占比重很小 故有估算公式 = 1.1-1.25,多軸系統(tǒng)折算到電動機軸上時的等效單軸系統(tǒng)的運動方程 式可寫成 TL= T0 +Tmeq 二、平移運動系統(tǒng)的折算 橋式起重機的起重小車、龍門刨床等， 其工作機構(gòu)作平移運動。,（一）阻力Fm的折算 折算原則：折算前后功率不變。 切削時切削功率為 Pm =Fm vm Fm反映到電動機軸上，表現(xiàn)為負載轉(zhuǎn)矩Tmeq,電動機軸上的 切削功率為T

38、meq。不考慮傳動機構(gòu)的損耗時，可得 Tmeq = Fm vm 考慮傳動機構(gòu)的損耗時 Fm為平移部件的阻力， 單位為N,二、平移運動部件質(zhì)量的折算 折算原則：折算前后系統(tǒng)貯存動能不變。 運動部件的動能為 折算到電動機軸上后，等效飛輪力矩為GD2meq,其動能為 另上二式相等得,注意：求總飛輪力矩時還需計算傳動機構(gòu)各旋轉(zhuǎn)軸飛輪 力矩的折算值。方法與多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)飛輪力矩折算方法同。 三、工作機構(gòu)為升降運動時轉(zhuǎn)矩與飛輪力矩的折算 等效負載轉(zhuǎn)矩和 等效飛輪力矩,第四節(jié) 負載的機械特性 負載的機械特性：生產(chǎn)機械工作機構(gòu)的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn) 速之間的函數(shù)關(guān)系。 一、恒轉(zhuǎn)矩負載特性 （一）反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載 特點：轉(zhuǎn)矩

39、由摩擦力產(chǎn)生的，它的絕對值大小不變，但作 用方向總是與旋轉(zhuǎn)方向相反，是阻礙運動的制動轉(zhuǎn)矩.,（二）位能性恒轉(zhuǎn)矩負載 由重力作用產(chǎn)生。 特點：是工作機構(gòu)的轉(zhuǎn)矩絕對值大小恒定不變，而且 作 用方向也保持不變。 特性位于第一、第四象限 且與縱軸平行的直線。 二、風(fēng)機、泵類負載機械特性1 均為流體機械，其轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速 的二次方成正比，只能單方向旋轉(zhuǎn)。 三、恒功率負載機械特性2 常數(shù),第三章 直流電動機的電力拖動,第一節(jié) 他勵直流電動機的機械特性 一、他勵直流電動機機械特性的一般概念 條件：電源電壓U、氣隙磁通、電樞回路總電阻R均為 常數(shù)。電動機轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之關(guān)系 n =f( T ) 推導(dǎo)過程： 由電樞

40、回路電壓平衡方程式 將Ea=Cen , T =CT Ia代入后得,特性曲線 兩個特殊點： A點（T=0，n=n0=U/Ce) 理想空載轉(zhuǎn)速 B點（n=0,T=Tk=CTIk) =U/(Ra+Rc)- 堵轉(zhuǎn)電流 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 在A點和B點，因電動機的電磁功率PM=EaIa=0,無能量轉(zhuǎn)換。 第一象限內(nèi)：T0 ,n0 方向一致,T為拖動轉(zhuǎn)矩,T n n 原因 U、 、Ra+Rc均為常數(shù)條件下，T Ia = T/CT ,在第二象限內(nèi)：n 0,且n n0, 所以Ea0,且EaU,電樞電流 成為阻礙運動的制動轉(zhuǎn)矩。Ia與Ea方向一致，電機輸出能 量，電源吸收能量。 在第三象限內(nèi)：n0,電機反轉(zhuǎn)，Ea0,變?yōu)?/p>

41、與U同方向 二、固有機械特性及人為機械特性 （一）固有機械特性 條件：U=UN、= N、R=Ra即為額定參數(shù)時,表達式 如T=TN時 nN= n0 - nN 稱nN 為額定轉(zhuǎn)速降 因電樞電阻Ra很小,所以nN 很小故固有特性屬于硬特性。,為一條略微向下傾斜的直線,（二）人為機械特性 當(dāng)人為改變參數(shù)U、電樞外串電阻Rc時的機械特性 三種人為機械特性： 1. 電樞串電阻的人為機械特性,外串電阻的機械特性方程式 特點：理想空載轉(zhuǎn)速不變且與外串電阻無關(guān)， 外串電阻越大特性斜率越大，特性越軟。 2.改變電源電壓的人為機械特性 R=Ra,= N,調(diào)U UN(只能在額定電壓以下調(diào)節(jié)) 特點: 理想空載轉(zhuǎn)速與

42、電源電壓 成正比,各條特性相互平行,If,機械特性方程式 3.減弱氣隙磁通的人為機械特性 U=UN,R=Ra, 調(diào) N(弱磁) 機械特性方程式 減磁時理想空載轉(zhuǎn)速升高,斜率 增大,特性變軟.,三、電樞反應(yīng)對機械特性的影響 電樞電流較大時，電樞反應(yīng)加大，使氣隙磁通下降較多 電動機轉(zhuǎn)速升高。機械特性上翹。 防翹辦法：在主磁極加穩(wěn)定繞組 使其磁勢與主磁極方向 相同。 四、他勵直流電動機機械特性的繪制 公式 計算固有機械特性的步驟：1.計算Ra, 2.計算CeN 3.求n0=UN/ CeN 4.計算TN = 9.55CeNIN 人為機械特性的繪制: 求出n 0,再求出穩(wěn)定轉(zhuǎn)速,五、電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行

43、的條件 穩(wěn)定含意：當(dāng)電力拖動系統(tǒng)在工作點上穩(wěn)定運行 時，若突然出現(xiàn)了于攏，使軸上轉(zhuǎn)矩 失去平衡，電動機轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時， 系統(tǒng)仍能在新的工作點上穩(wěn)定運行； 于攏消失后，系統(tǒng)又能回到原來的工 作點穩(wěn)定運行。 電網(wǎng)電壓波動時穩(wěn)定分析： 右圖1為負載機械特性；2、 3為電壓波動前后的電動機 機械特性。,原在A點運行，轉(zhuǎn)速為nA 在A點 T=TL 無加速轉(zhuǎn)矩 dn/dt =0，系統(tǒng)在A點穩(wěn)定 運行。 如電源電壓突然升高： 瞬間A B，nA=nB Ia=（U- Ea）/Ra T TL n Ia ( T ) 當(dāng)上升到C點時T=TL 達到新的平衡,此時n=nc 當(dāng)于攏消失,系統(tǒng)將由C到D A回到原工作點. 故

44、該系統(tǒng)能穩(wěn)定運行.A點是穩(wěn)定的工作點.,可以證明,一個電力拖動系統(tǒng)能穩(wěn)定運行的 充分必要條件是: 1、電動機的機械特性與負載的機械選擇性必須相交，在交點處T=TL，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩平衡。 2、在交點處（dT/dt）(dTL/dt)=0 不符合第二個條件,系統(tǒng)不能 穩(wěn)定運行.如負載減小轉(zhuǎn)速增 加,T增加最終損壞電機.,第二節(jié) 他勵直流電動機的起動和反轉(zhuǎn) 一、他勵直流電動機的起動 起動電動機時，應(yīng)當(dāng)先給電動機的勵磁繞組加入額定勵磁電流，以便在氣隙中建立額定磁通，然后再接通電樞回路。 電動機一般不允許把電樞直接接到額定電壓的 電源上即直接起動。以防電機燒壞和機械損壞。 IN，故必須把起動電流限 制在允許范

45、圍之內(nèi)。一般最大允許電流為 (1.52)IN,間接起動的兩種方法: 1、降壓起動， 2、串電阻起動 （一）降壓起動 降壓起動方法在起動過程中能量損耗小,起動平穩(wěn), 便于實現(xiàn)自動化,但需要一套直流電源,增加了設(shè)備投資.,(二) 電樞回路串電阻起動 串電阻是為了限制起動電流不超過允許值.以Rst或 rst表示. 電樞回路中應(yīng)串入的起動電阻值為,起動過程中應(yīng)分段逐步切除起動電阻.最終全部切 除Rst,電動機運行在自然特性上. (三) 起動電阻的計算 各級起動電阻的計算,應(yīng)以在起動過程中最大起動電流I1及切換電流I2不變?yōu)樵瓌t. 常取 令I(lǐng)1/I2 = 稱為起動電流比.因切換前后瞬間電樞電 阻壓降相等

46、,即 I2RST3=I1Rst2 或 Rst3= Rst2 I2Rst2 = I1Rst1 Rst2= Rst1 I2 Rst1 = I1 Ra Rst1= Ra,推廣到一般情況,如起動級數(shù)為m,則 計算起動電阻時可能有以下兩種情況: 1.起動電阻級數(shù)m尚未確定 步驟:(1)根據(jù)電動機銘牌數(shù)據(jù)估算Ra. (2)根據(jù)生產(chǎn)機械對起動時間、平穩(wěn)性以及電動機的最大允許電流，確定I1及I2并計算 Rstm及,要求起動時間短時，取較大的I1；要求起動轉(zhuǎn)矩 平穩(wěn)、起動沖擊小時，需要較多的起動級數(shù)，這 時應(yīng)取較小的值。 （3）由Ra、Rstm及，按下式計算起動級數(shù)： （4）由m/求出新的/ (5)計算各段起動

47、電阻 rst1=Rst1-Ra= / Ra-Ra=(/-1) Ra rst2=Rst2-Rst1= / Rst1- Rst1= / rst1,推廣到一般情況: 2.起動級數(shù)m已知 這時可根據(jù)電動機最大允許電流確定I1并計算 如I2過大或過小,說明級數(shù)m確定得不合理,應(yīng)減 小或增加級數(shù). 最后按第(5)計算各段起動電阻.,二、他勵直流電動機的反轉(zhuǎn) 電動機反向運轉(zhuǎn)電磁轉(zhuǎn)矩T必須反向 。而 T=CTIa 故方法有二 1.電樞反向接線圖 2.機械特性 3.機械特性方程式,第三節(jié) 他勵直流電動機的調(diào)速 一.電動機調(diào)速的基本概念 調(diào)速 機械調(diào)速:改變傳動機構(gòu)的速比,屬有級調(diào)速 電氣調(diào)速:人為地改變電動機的

48、參數(shù) 從機械特性上,改變工作點, 電動機的轉(zhuǎn)速就能改變 兩種情況:1.負載變但機械特性 不變, 2.負載不變而變電機參數(shù),幾個術(shù)語: 基速:電動機的額定轉(zhuǎn)速nN, 上調(diào)速:額定轉(zhuǎn)速nN以上的調(diào)速, 下調(diào)速:基速以下的調(diào)速. 無級調(diào)速:電機的轉(zhuǎn)速可平滑地加以調(diào)節(jié). 有級調(diào)速:不能平滑調(diào)節(jié),只能給出幾種速度. 二.他勵直流電動機的調(diào)整方法 由機械特性方程式,(一)電樞串電阻調(diào)速 U=UN, = N 調(diào)Rc 特點:1.各條特性有相同的理想空載轉(zhuǎn)速n0 2.在額定負載下,能提供的最高轉(zhuǎn)速為額定nN 故屬基速以下調(diào)節(jié).且為有級調(diào)速. 3.串電阻越大,穩(wěn)定轉(zhuǎn)速越低. 4.若為恒轉(zhuǎn)矩負載,則穩(wěn)定運行時 T=

49、TL 電樞電流Ia=T/CT N =常數(shù),即與轉(zhuǎn)速無關(guān). 缺點: 1.不能實現(xiàn)無級調(diào)速, 2.能耗大效率低. 3.特性軟,轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性差.,(二)降低電源電壓調(diào)速 Rc=0 , = N ,調(diào)UUN 機械特性方程式 特點:1.各條特性互相平行, 2. 在負載相同時轉(zhuǎn)速 降n相同且均與固 有特性相同,即 3.對恒轉(zhuǎn)矩負載Ia=C,與轉(zhuǎn)速無關(guān).銅耗 為 與轉(zhuǎn)速無關(guān)且數(shù)值很小,故 效 率高.,n=,4.能實現(xiàn)平滑無級高速 該調(diào)速方法是基速以下調(diào)速,能提供的最高轉(zhuǎn) 速為電動機的額定轉(zhuǎn)速nN,由于能實現(xiàn)平滑無級調(diào) 速,特性硬,轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性好,故是一種性能優(yōu)越的 調(diào)速方法,廣泛應(yīng)用于要求較高的系統(tǒng)中. (三

50、)減弱磁通調(diào)速 U=UN, R=Ra , 調(diào) N 減弱磁通 時,n0與成反比地 增加; n與2成反比地增加. n0增加多, n增加少,轉(zhuǎn)速升高.,升速過程: 設(shè)原工作在B點,T=TL,= 2 現(xiàn)減小=1 Ea=Ce 1nB 特點:1.弱磁調(diào)速只能在基速以上的范圍內(nèi)調(diào)節(jié). 即.n nN,2.在電流較小的勵磁回路內(nèi)進行調(diào)節(jié),方便功耗小. 3.便于實現(xiàn)無調(diào)速. 4.由于轉(zhuǎn)速越高,電機換向困難,機械強度也不準(zhǔn)許 轉(zhuǎn)速太高.一般升到1.21.5nN,特殊電機34 nN, 在實際生產(chǎn)中,通常把降壓調(diào)速和弱磁調(diào)整結(jié)合 起來使用,以實現(xiàn)雙向調(diào)速.擴大調(diào)速范圍. 三、調(diào)速的性能指標(biāo) 用性能指標(biāo)來比較各種調(diào)速方法

51、的優(yōu)劣. 主要的調(diào)速指標(biāo): 1.調(diào)速范圍D nmax,nmin為在額定 負載時的數(shù)值.,2.靜差率 在某一調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速下,電動機從理想空載到額定負載時轉(zhuǎn)速的變化率. 靜差率小,轉(zhuǎn)速的相 對穩(wěn)定性好. D和由生產(chǎn)加工部門提出具體要求,由于轉(zhuǎn)速越低 越大.所以,對的要求 也是對最低轉(zhuǎn)速的要求. 確定了D也同時被確 定下來了.,(三)調(diào)速系統(tǒng)的平滑性 用調(diào)速時相鄰兩級轉(zhuǎn)速之比來說明,即 K值越接近1,調(diào)速的平滑性就越好.k=1時為 無級調(diào)速. (四)經(jīng)濟指標(biāo) 四、電動機調(diào)速時允許輸出的轉(zhuǎn)矩和功率 表示電動機在調(diào)速時所具備的帶負載能力.它的前題條件是合理地使用電動機. 合理意指保證電動機長期運行時Ia=I

52、N不變.,(一)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式 指在某種調(diào)速方法中,若保持Ia=IN不變時,電動機允許的轉(zhuǎn)矩也保持T=TN不變,與轉(zhuǎn)速無關(guān). 電樞串電阻調(diào)速和降壓調(diào)速中= N,當(dāng)Ia=IN條件 下, T=Ce N IN =TN也不變,與n無關(guān),屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速. (二)恒功率調(diào)速方式 指在某種調(diào)速方法中,若保持Ia=IN不變,則電動 機允許輸出的功率也基本保持不變,與轉(zhuǎn)速無關(guān). 在他勵直流電動機弱磁調(diào)速方法中U=UN,保持 時,T=C2/n,電動機輸出功率P=T n/9550 與n無關(guān),屬恒功率調(diào)速方式.,Ia=IN不變,五、電動機的調(diào)速方式與負載類型的配合 當(dāng)電動機的負載為恒轉(zhuǎn)矩負載時，應(yīng)采用恒轉(zhuǎn)矩 調(diào)速方式與

53、其匹配。 當(dāng)電動機的負載為恒功率負載時，應(yīng)采用恒功率 調(diào)速方式與其匹配。,第四節(jié) 他勵直流電動機的制動 一、制動的一般概念 所謂制動，就是使拖動系統(tǒng)從某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速開始減速到停車，或使其在某一轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運行。 機械制動：機械抱閘屬外加力。 制動 電氣制動：使電動機產(chǎn)生與原轉(zhuǎn)動方向 相反的電磁轉(zhuǎn)矩來實現(xiàn)制動。 自由停車：拉斷電源靠摩擦使電機慢慢停車。 在制動過程中電動機是吸收來自負載側(cè)的能量， 此時電動機工作在發(fā)電機狀態(tài)。,電動和制動狀態(tài)的判定： 電動狀態(tài) T0 ,輸出功率 制動狀態(tài) T0,吸收功率 制動狀態(tài)在實際應(yīng)用中有兩種情況: (1)用于拖動系統(tǒng)的減速停車 電動機的制動狀態(tài)僅出現(xiàn)在降速過程中

54、,是一個過渡過程,常稱為制動過程. (2)用于位能負載限速運行 電磁轉(zhuǎn)矩T與靠重力使物體下放的負載轉(zhuǎn)矩相抗恒.當(dāng)T=TL時重物穩(wěn)速下放.稱之為制動運行.,二、能耗制動 （一）能耗制動過程 K1閉合，K2斷開系統(tǒng)處 于正轉(zhuǎn)電動運行 當(dāng)K1斷開， K2閉合時Ia反向，制動開始。 n Ea =0 制動過程結(jié)束，n=0，Ia=0，T=0,能耗制動時的機械方程式 U=0，= N 能耗制動過程的功率流程圖： 電機從軸上輸入功率P2 扣除空載損耗后轉(zhuǎn)為 電功率PM，都消耗在電 阻Ra+Rc上。,制動電流越大制動效果越好,但最大制動電流同時 受換向條件和過載能力限制.由下式?jīng)Q定: Ea為制動開始時電動 機的電樞電動勢. 為了加