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1、電機與拖動 關(guān)于本課程 課程性質(zhì)：技術(shù)基礎(chǔ)課（專業(yè)基礎(chǔ)課） 教 材： 電機拖動基礎(chǔ) 宋銀賓主編 實驗教材 電機實驗與檢測 李宗昉主編 任課教師：李宗昉 教學(xué)時間： 5 16=80-10（實驗） =70學(xué)時 成績評定：期末考試 70% 中期考試 10% 其他 20% （含實驗、出勤、課堂 聽課、紀(jì)律） 學(xué)習(xí)電機與拖動的目的： 學(xué)習(xí) 電機與拖動 :不僅實際工作需要，而且 對后續(xù)課程是一個基礎(chǔ)。 對于電車專業(yè)：電機與拖動 牽引電機 電子專業(yè)：電機與拖動 微特電機（自控技 術(shù)） 序 言 一、電機概述 1.電機：與電能有關(guān)的能量轉(zhuǎn)換的機器 比如：電能生產(chǎn)、傳輸、分配和使用（主要是動 力用電） 2.重要性

2、：電氣化的心臟 3.分類：普通電機與特種電機 （ 1）普通電機（按能量轉(zhuǎn)換分） 機械能 電能（發(fā)電機）（產(chǎn)生電能） 直流 交流 水力、火力、原子能、潮汐、地?zé)帷L(fēng)力 電能 機械能（電動機，用于動力機械） 65%的總電量被電動機消耗 電能之間的轉(zhuǎn)換： 改變交流電壓 變壓器 改變電流 變流機（直流 交流） 改變頻率 變頻機 改變相數(shù) 劈相機或單 -三相變壓器 （ 2）特種電機 特種電機（主要完成信號傳遞和轉(zhuǎn)換，用于 數(shù)字計算，是自控系統(tǒng)中的一個重要元件） 比如：潛艇導(dǎo)航 90多臺 ；自動火炮 60多 臺 ；導(dǎo)彈控制 50多臺 ；雷達(dá) 20多臺 ；飛 機的無人駕駛 30多臺。 電機的分類 發(fā)電機 直

3、流電機 電動機 電動機 旋轉(zhuǎn)電機 異步電機 普通電機 發(fā)電機 變壓器 交流電機 電機 電動機 同步電機 通用式 發(fā)電機 特種電機 控制式 二、 電力拖動概述 拖動 原動機為了完成一定任務(wù)而使生產(chǎn) 機械運動。 電力拖動 電動機作為拖動的動力源或以 電動機為動力拖動生產(chǎn)機械運動的拖動方式。 電力拖動系統(tǒng) 以電機為核心而向兩邊擴 展形成：機電一體化，控制與被控制對象結(jié) 合（專業(yè)方向） 電力拖動系統(tǒng) 電力拖動類型 1.成組拖動 一臺電動機拖動幾個工作機構(gòu)。 條件：電機容量大（但容量得不到充分利 用）。 缺點：不安全、效率低。 圖： 成組拖動 電 機 1 2 天 軸 2.單電機拖動系統(tǒng)：一臺電動機拖動一

4、個工作機 構(gòu)。 圖：單機拖動 優(yōu)點：電機容量利用充分且控制方便，用于各種 機床 3.多電機拖動系統(tǒng) 一個生產(chǎn)機械有多個工作 機構(gòu)，每個工作機構(gòu)用一臺電機拖動。 比如：龍門銑床 圖：多電機拖動 銑 頭 上 升 或 下 降 工 作 臺 移 動 銑 頭 旋 轉(zhuǎn) 4.自動化電力拖動系統(tǒng) 多學(xué)科綜合應(yīng)用 比如：自動恒定功率、自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩 電力拖動的優(yōu)點 電力拖動效率高，因為電動機效率高且與生產(chǎn) 機械聯(lián)接方便。 電機種類多，具有各種運行特性，可滿足不同 生產(chǎn)機械的要求。 檢測方便，易于組成完善的反饋控制系統(tǒng)以實 現(xiàn)最佳控制。 可以實現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制和測量，便于集中管理， 實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。 三、 基本定律

5、（ 1）全電流定律（電生磁） 比如， 空間有 n=3根導(dǎo)體，其中電流 、 、，方向如圖所示，它們所產(chǎn)生的磁場強度 H沿 任何閉合路徑 的線積分等于該閉合回路所 包圍的導(dǎo)體電流的代數(shù)和。 1I 2I 3I 1 2 3 l H de I I I I 用途： 電機 和變壓器的磁路計算 . . I 1 I 2 I 3 H d l (2)電磁感應(yīng)定律（磁生電） 變壓器電勢（感應(yīng)電勢） 大小 （變化引起） 方向 楞次定則：線圈中感應(yīng)電動勢傾向 于阻止線圈中磁鏈的變化 dt dwe we i 速率電勢 大?。?B-磁通密度 -導(dǎo)體有效長度 V-導(dǎo)體切割磁力線速度 方向： 右手定則 BlVe l （ 3） 電

6、磁力定律 （載流導(dǎo)體在磁場中受力） 大?。?B磁通密度； 導(dǎo)體的有 效長度； 通電電流強度 方向： 左手定則 BlIF l I （ 4） 可逆原理 電能 機械能 電功率 （機械功率） （ 5） 磁路的歐姆定律 磁動勢 相當(dāng)于 E 磁通 相當(dāng)于 I 磁阻 ( ) 相當(dāng)于 vFvB liiB lvei IWF mR mm RR 鐵 R w I - + mR F R EI 磁路的歐姆定律 四、課程的性質(zhì)和任務(wù) 性質(zhì)：技術(shù)基礎(chǔ)課，承上啟下 任務(wù)：掌握各種電機的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、 基本特性及應(yīng)用。 掌握電力拖動系統(tǒng)的組成、特性及分析 計算。 通過試驗驗證電機的各種性能。 第一章 直流電機基礎(chǔ) 1-1

7、概述 直流電機 :一種轉(zhuǎn)換與直流電能有關(guān)的機器 直流電能 機械能 （直流電動機） 機械能 直流電能 （直流發(fā)電機） 可逆性：同一直流電機即可用作電動機也可用作發(fā)電機 優(yōu) 點： 范圍廣 調(diào)速性能好 方 便 平 滑 起動性能好，起動力矩大 缺 點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、用銅多、成本高、運行有時不夠可靠 環(huán)火問題。 電力機車 用 途： 電動機 主要用于廣泛調(diào)速的地方 地 鐵 電力機車 牽引電機 電 車 卷揚機 快速可逆電機拖動系統(tǒng) 軋鋼機 發(fā)電機 可作獨立直流電源，也可組成發(fā)電機 電動機 拖動系統(tǒng)（ F-D），比如冶金、化工、采礦中使用。 優(yōu) 點：發(fā)電機提供的直流電質(zhì)量好，可靠（比整流）。將 來會被可控硅整流取

8、代，但直流電動機目前還在繼續(xù)使 用。 1-2 直流電機的工作原理 一、直流發(fā)電機的原理 原理：導(dǎo)體在磁場中運動切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電勢 大?。?方向： 右手定則 下面以二極環(huán)形繞組（原理結(jié)構(gòu)）為例： BlVe 圖：二極環(huán)形繞組（原理結(jié)構(gòu)） . . . . . 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 2 3 + - 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 N S n 定 子：兩個主磁極（永久磁鐵） 在空間固定 產(chǎn)生恒定磁場 轉(zhuǎn) 子：環(huán)形鐵心上繞有 12個線圈（閉合繞組在原動機拖動 下旋轉(zhuǎn)） N 極下： 2、 3、 4、 5、 6 切割磁力線感應(yīng)電勢方向 S 極下：

9、8、 9、 10、 11、 12 切割磁力線感應(yīng)電勢方向 1、 7 處于幾何中性線處不感應(yīng)電勢 特 點： 同一極下的導(dǎo)體是在變化的，但同一極下導(dǎo)體電勢方向 是一致的。 對于某一元件而言，其元件電勢是交變的。（元件依次 切割不同極性的磁力線）。 轉(zhuǎn)子繞組閉合回路中 =0（對稱）， 無環(huán)流 。 引出直流電的辦法 ： 1、 7 導(dǎo)體處加固定電刷，并把電刷接觸處的導(dǎo)線剝開，從 而形成了兩個并聯(lián)支路且同一支路內(nèi)電勢方向一致 直 流電勢 電刷存在的問題及改進方法 問題： 壽命不長（經(jīng)不起長期磨損） 安放電刷有困難 改 進 辦 法： 用換向器代替電刷與導(dǎo)體直接摩擦，換向器由相互絕緣銅 片組成，裝在電樞端部與

10、電樞一起旋轉(zhuǎn)。 特 點：電刷位置 應(yīng)與中性線處導(dǎo)體相連，從而保 證支路內(nèi)電勢不互相抵消，以獲取刷間最大電勢。 換向片數(shù) K = S (元件數(shù) ) 環(huán)形繞組并聯(lián)之路數(shù) 2a = 極數(shù) 2p = 電刷數(shù) a并聯(lián)支路對數(shù)（兩條支路時 a=1） p極對數(shù) （兩個極時 p=1） 二、直流電動機工作原理 結(jié)構(gòu)：同直流發(fā)電機 特點：在電刷間加直流電源（電刷極性不變） 圖：直流電動機原理 . . . . . . N S F F +- n 通過換向器的作用，將電流直流電轉(zhuǎn)換為元件中的交流電， 但在同一極下導(dǎo)體的電流方向一致，根據(jù)左手定則，確 定導(dǎo)體受力方向。 注意：轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)后，元件中的電流方向在改變。 換向器的

11、作用：元件中的交流電 電刷間的直流電。 1-3 直流電機的基本結(jié)構(gòu)、分類及 額定值 一、主要結(jié)構(gòu)部件 1、定子部分 主磁極 產(chǎn)生主磁場 鐵心： 0.5 1.0mm厚硅鋼片沖迭而成。 勵磁繞組：由絕緣導(dǎo)線繞成，通以直流電產(chǎn)生主極磁場。 換向極（附加極） 改善換向，減小電刷下的火花。 鐵心：整塊矩形鑄鋼（形狀不復(fù)雜，易于加工） 線圈：絕緣導(dǎo)線繞成與電樞繞組串聯(lián) 機座（磁軛） 由厚鋼板彎成圓筒焊接而成或鑄鋼 作用：提供磁路，支撐，防護作用 電刷裝置和其它 電刷裝置的作用：引出（引進）電流 組成：電刷 石墨制品，耐磨，導(dǎo)電 刷握 刷盒，放電刷，用彈簧壓緊電刷，在空間固定 刷架 安放刷盒用，本身固定在機

12、座或端蓋上 .注意 ,刷 盒與刷架之間要絕緣 其它：端蓋、軸承（支持、防護） 2、轉(zhuǎn)子部分 電樞（感應(yīng)電勢，通過電流） 電樞鐵心 0.5mm厚低硅鋼片外圓沖上齒、槽 裝迭而成，目的在于減少鐵心在磁場中旋轉(zhuǎn)時被反復(fù) 磁化而產(chǎn)生過多鐵耗 齒 、槽 安放電樞繞組 通 風(fēng) 孔 散熱 內(nèi) 圓 軸孔 電樞繞組 絕緣導(dǎo)線型繞加工而成，嵌放在鐵心槽 中 導(dǎo)線截面 ：矩形（大電機） 圓形（小電機） 槽內(nèi)有絕緣（對地）槽楔封口固定，繞組元件的兩頭與 換向片相聯(lián) 圖：電樞繞組 換向器（由許多彼此絕緣的換向片構(gòu)成） 側(cè)視圖（沿徑向剖開） 沿圓周方向剖開 作用：基體 與電刷接觸 豎板（升高片） 連接電樞繞組元件 燕尾

13、夾緊、固定 二、分類（按勵磁方式分） 他勵 自勵 他勵式：獨立直流電源單獨供給勵磁繞組勵磁，勵磁繞組 與電樞繞組不連接 勵磁電流 sI FI I 電樞電流 負(fù)載電流 E s I s n I f F 1 F 2 U f III fs III fs 圖：并勵 圖：串勵 E s I f f 1 f 2 U I s I n E s I s I I f C 1 C 2 U n 一部分與電樞繞組串聯(lián) 復(fù)勵：勵磁繞組分兩部份 另一部分與電樞繞組并聯(lián) 短分接法（先并后串） 長分接法（先串后并） E s n R C 1 f 1 f 2 C 2 E s n R C 1 f 1 f 2 C 2 差復(fù)勵：串聯(lián)繞組產(chǎn)生

14、磁動勢與并聯(lián)繞組產(chǎn)生磁動勢方向 相反 積復(fù)勵：串聯(lián)繞組產(chǎn)生磁動勢與并聯(lián)繞組產(chǎn)生磁動勢方向 相同 由于聯(lián)接方式不一樣，將直接影響電機的特性。 無論是 發(fā)電機還是電動機都可采用上述聯(lián)接方式 三、額定值 1、 額定功率（容量） 指輸出功率，單位：瓦（千瓦） 發(fā)電機 = （輸出電功率） 電動機 （軸上輸出機械功率） = 式中： 電動機的額定電壓； 電動機的額定電流； 電動機的額定效率 2、額定電壓 允許加在電機兩端的電壓限定值 小型發(fā)電機 小型電動機 大型電機 115V 230V 460V 110V 220V 440V 1000V eP eUeI feIen e eP eP e UeI e eU eU

15、 eIeP eI eP eU 3、額定電流 電機額定輸出功率時的電流值 發(fā)電機 過載 滿載 電動機 欠載 4、額定轉(zhuǎn)速 額定負(fù)載時電機的限定轉(zhuǎn)速 5、額定勵磁電流 6、額定效率 eI en U PI e e e ee e U PI / eII eII eII feI e 1-4 直流電機的空載磁場 空載磁場：直流電通入勵磁繞組產(chǎn)生的磁場 特點：負(fù)載電流 = 0 ，不考慮電樞 通過電流產(chǎn)生磁場的影響（只有主磁極產(chǎn)生 的磁場） I 一、直流電機空載時的磁通分布 1、直流電機空載時的磁通分布 （以四極電機 為例） 主磁通 （每極） 經(jīng)過氣隙進入電樞的磁通 磁通路徑 . . N S 路徑： N 極出發(fā)

16、 N 極下的氣隙 N 極下的電 樞齒槽 電樞鐵心 S 極下的電樞齒槽 S 極下氣隙 S 極下鐵心 磁軛 回到 N 極下 的鐵心 主磁通又稱有效磁通 能感應(yīng)電勢的磁通或 能產(chǎn)生力矩的磁通 漏磁通 未進入電樞鐵心的磁通 特點 不感應(yīng)電勢也不產(chǎn)生力矩，無效的 缺點 不可避免它增加了鐵心和磁軛的飽 和程度 總磁通： ( 1 )p K 1 ( )K 主 極 的 漏 磁 系 數(shù) 1 . 1 5 1 . 2 5K 2、產(chǎn)生主磁通的磁動勢 產(chǎn)生每極主磁通 所需要的磁勢（激磁安匝） 基本定律：全電流定律（分段計算法） 注 意 ：這里把“場”的問題簡化為“路” 來計算 W 總激磁匝數(shù) 2 表示兩個極 磁路某段的場

17、強 1個磁極上的激磁繞組匝數(shù) 該段磁路的平均長度 激磁電流 H d l I 2x x f fH l WI W I xH fW xl fI 利用磁回路的基爾霍夫第二定律可得： 總磁勢： 氣隙長度 （ 2） 電樞齒長 （ 2） 電樞軛一段長 （ 1） 主極鐵心長 （ 2） 定子磁軛一段長 （ 1） ss2 2 2t t p p e eF H H l H l H l H l H tl tH sl sH pl pH el eH 計算總磁勢的基本方法 設(shè)計一臺電機首先要確定：每極磁通量 （已知） （ S為不同段的磁路截面積） 每段磁場強度 H 氣隙 （ 氣隙磁導(dǎo)） 鐵磁材料只有通過查該材料的磁 化曲線求

18、 H B S 0 BH 0 圖：磁化曲線 計算分段磁勢 總磁勢 （一對極的總安匝） 決定 I-決定導(dǎo)線截面 3、主磁通磁勢產(chǎn)生的氣隙磁密的分布曲線 （ 1）氣隙磁密 電樞表面的磁通密度（它 與電機的感應(yīng)電勢，力矩大小和形狀有關(guān)） 特 點：與氣隙大小有關(guān)且分布不均勻 （ 2）氣隙特點：極中心處氣隙最小 極尖（極掌）處氣隙最大 x x xF H l xFF FW I 0 0( 1 .5 2 .5 )p 比如：城市電車用直流電機 ZQ-800 9/4.5 ， 即 =4.5mm =9mm 結(jié)果：在氣隙中的磁密形成帽形 0 p 圖：帽形磁密 帽形磁密的證明： 一個極的磁勢 令 （ 不變） 為帽形 極距，

19、代表電樞表面的圓周一個極所 占的范圍 電樞外徑， p 極對數(shù) 氣隙磁密的最大值 10千瓦以下電機 =4000 6500高斯 大容量電機 =10000 10500高斯 0 ff BW I H f f fW I K 0fK KB 0fKK B 2 aD p aD B B B 計算中常用 氣隙平均磁密 ， 電樞軸向有效長度 pjB pjB l l 4、電機的磁化曲線 （ 1）定義：代表每極主磁通 與勵磁電流 的 關(guān)系曲線 （ 2） 形狀及解釋 調(diào) R，保持 n 不變，測 ()ffI fI ()ffI s e E Cn 11 22 33 f f f I I I . 由此可求得磁化曲線： ()ffI 主

20、要特點： 很小時（鐵心磁路不飽和） 為直線關(guān)系 原因： 小 小，鐵心不飽和，磁勢主要消耗在氣 隙上，即 ，因 不變， 不變（ 不 變）， 為直線關(guān)系 （ 2） 增大后，鐵心磁路飽和，曲線向右彎曲， 越大，曲線越趨于水平 原因：由于 鐵心飽和，鐵心上 磁壓降所占成分大，而鐵心中 常數(shù)，所以出現(xiàn) 非線性，即 （ 鐵心 不多） ()ffI fI f f mW I R fW mR 0 fI fI fI fI 1 mR s鐵 （ 3）氣隙線：磁化曲線在線性部份的延長線 （它反映主磁通通過氣隙所需磁動勢） （ 4）磁路飽和程度 額定電壓下的激磁電流 額定電壓下氣隙磁勢所需激磁電流 大 飽和好，則鐵心體 積

21、相對小，但發(fā)熱嚴(yán)重 相同容量比 小 不飽和，則鐵心體 積相對大，性能好 1 .1 1 1 .3 5feM f I acK I a b feI fI MK MK 1 5 直流電機的電樞繞組（以單迭繞組 為例） 一 由環(huán)型繞組過渡到鼓型繞組 4極電機為例 1 環(huán)型繞組的缺點 （ 1）制造困難，修理不便。 （ 2）內(nèi)腔導(dǎo)體不感應(yīng)電勢，導(dǎo)體沒有充分利 用。 1、 5、 9不感應(yīng)電勢 2、過渡到鼓型繞組 1 2 3 4 5 6 7 8 9 （ - ） （ + ） （ - ） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 N S 1 2 3 4 5 6 7 8 9 N S 1 2 3 4 5 6 7 8 9

22、 （ - ） （ + ） （ - ） 環(huán)型 鼓型 作法：把內(nèi)腔層導(dǎo)體拉出來 原則：兩邊電勢相加最大 位置：兩邊相距約一個極距 端部：一般為對稱結(jié)構(gòu) 電刷：仍然要與中軸導(dǎo)體相連，為此，實際位 置在極軸處。 二：幾個基本關(guān)系 元件：繞組的基本單元（頭尾分別 接在兩個換向片上） 元件邊（有效邊） 放在電樞槽內(nèi)部分 前段接 靠換向器的一邊 后端接 無換向器的一邊 （ 1）元件數(shù) S=換向片數(shù) K （ 2）總導(dǎo)體數(shù) =S 2 Wc Wc= 一個元 件的匝數(shù) （ 3）若一個槽內(nèi)只放上下一個元件邊，則槽 數(shù) Ze=元件數(shù) S=換向片數(shù) K 若 C個槽（虛槽）合編成一個槽（實） Z虛 槽數(shù) Ze=CZ 如圖：

23、 Ze=3Z y 1 y 2 y 1 5 2 1 2 三 、單迭繞組的組成 1 節(jié) 距繞組連接的規(guī)律 （ 1）第一節(jié)距 y1(后距 )：表示元件兩有效邊之間的距離 （元件寬度，用虛槽數(shù)來表示） 1y 2 Z p =0 整距 長距 短距 （ 2）合成節(jié)距 Y 緊相串聯(lián)的元件對應(yīng)邊的距離 單迭繞組 y=1 （ 3）第二節(jié)距 y2（前距），接在同一換向片的兩元 件邊的距離 單迭繞組， y2=y1-y 2單迭繞組的展開圖（某一瞬間 ) 例： Z=K=S=16 2p=4 作一單迭繞組展 開圖 計算節(jié)距： y1=z/2p =16/4 4 （整距） =0 單迭 y=1 y2=y1-y=4-1=3 作圖步驟：

24、 1 09 8 7 6 5 4 3 2 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 6 1 4 1 5 N N S S + + - - + （ - ） 1. 均勻分布全部邊（槽）并編號 2. 按極數(shù)等分元件邊（槽） 3. 按 y1畫出后端接（結(jié)構(gòu)對稱） 4. 按 y2畫出前端接（結(jié)構(gòu)對稱） 5. 畫出換相片（對應(yīng)編號） 6. 畫出電刷位置（極軸線上） 標(biāo)明電刷極性 （按發(fā)電機） 1 09 8 7 6 5 4 3 2 1 1

25、2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 6 1 4 1 5 N N S S + + - - + （ - ） 第二章 直流發(fā)電機 2-1 直流發(fā)電機的感應(yīng)電勢和電磁轉(zhuǎn)矩 一、感應(yīng)電勢公式 感應(yīng)電勢： =電刷間的電樞電勢 = 一個并聯(lián) 支路內(nèi)導(dǎo)體數(shù) 一根導(dǎo)體感應(yīng)的平均電勢 = 電機總導(dǎo)體數(shù) S-元件數(shù)； - 一個元件的匝數(shù) 一個并聯(lián)支路內(nèi)串聯(lián)導(dǎo)體數(shù) ； a 并聯(lián)支 路對數(shù) 平均電勢： 轉(zhuǎn) /分 sE 2 pj N e a 2 cN

26、SW cW 2 N a 22 60 60pj pj P n Pe B lv l n l n 代入上式： -電勢常數(shù)，與結(jié)構(gòu)有關(guān) 單位： 韋伯； 轉(zhuǎn) /分 ； 伏 2 2 60 60sE N p N PE n n C n aa 60E NPC a n sE 結(jié)論：當(dāng)電機每極磁通 保持不變時，電樞電 勢 與轉(zhuǎn)速成正比。 說明 1）該公式是在空載時推導(dǎo)出來的，負(fù)載 后 有所變化。故公式中的 應(yīng)該用負(fù)載時 的氣隙磁場關(guān)系求得。 2）該公式是電刷處于幾何中性線導(dǎo)出，若電 刷偏離則 將有所變化。 3）此公式對發(fā)電機而言是向外供電的正電勢， 對于電動機而言屬于反電勢。 4）若要改變 的方向，可改變電樞旋轉(zhuǎn)方

27、向 或改變磁場方向得到。 sE sE sE 二、電磁轉(zhuǎn)矩公式 電磁轉(zhuǎn)矩 導(dǎo)體中電流與磁場作用產(chǎn)生 電動機 拖動負(fù)載的轉(zhuǎn)矩（ M與 n方向一致） 發(fā)電機 反轉(zhuǎn)矩 (與原動機轉(zhuǎn)向相反 )，是能 量交換的關(guān)健。 電磁功率 : 電磁轉(zhuǎn)矩 : M s sP M E I 2 2 60 ssM s M s EIP PNM I C I n a 2 60 n 2M PNC a MsM C I 結(jié)論：當(dāng)磁通 不變時，電磁轉(zhuǎn)矩與電樞 電流成正比。 N S n 電 樞 電 流 MFF 2-2直流電機的磁場和電樞反應(yīng) 一、空載時：只存在主極磁勢，在氣隙中產(chǎn)生 的帽形磁密。 負(fù)載后：出現(xiàn)了電樞磁勢 電樞繞組通過電 樞直流

28、電流產(chǎn)生。 電樞反應(yīng)：電樞磁勢對氣隙磁場分布的影響。 二、電樞磁勢 1.電樞磁勢 在氣隙中的分布 假設(shè) 忽略鐵心磁位降（電樞磁勢主要降在兩個氣 隙中） sF sF 導(dǎo)體在電樞表面均勻分布（忽略齒槽影響） 分析方法：磁路的安培環(huán)路定律 特點： 極軸處：電樞磁勢 =0（包圍電流小） 中軸處：電樞磁勢 =最大 從極軸處到中軸處電樞磁勢是線性變化的（三 角波形） NSn sIsi 第 一 氣 隙 第 二 氣 隙 分析方法：磁路的安 培環(huán)路定律 特點： 極軸處：電樞磁勢 =0（包圍電流?。?中軸處：電樞磁勢 = 最大 從極軸處到中軸處 電樞磁勢是線性變化 的（三角波形） S N x SF 22 x 3

29、22 x x 中 軸 2、電樞磁勢 （幅值）公式 導(dǎo)體中（支路中）的電流 一個極下的導(dǎo)體數(shù) = 電樞線負(fù)載 A 電樞圓周單位長度的電流數(shù)（安 / 厘米） 2 s s Ii a 2 N P 1 2 2 2 8 ss s I NINF a P aP sF A與 關(guān)系 : s s NiA D () 2 2 ( ) 4 s s IN NIa P a P 在 電 樞 圓 周 上 的 總 電 流 電 樞 圓 周 長 度 ()sD 電 樞 外 徑 sF 8 4 2 2sss N I N I AF aP aP 3、電樞磁勢對氣隙磁場的影響 空載時：只有直流勵磁磁勢產(chǎn)生的氣隙磁密 帽形 負(fù)載后：出現(xiàn)了電樞磁勢

30、（三角波） 由 產(chǎn)生的氣隙磁密 ，其特點：在極弧范 圍內(nèi)直線分布，主極之間下凹成馬鞍形（主 極之間磁阻大） 合成氣隙磁密： 0()Bx ()sFx ()sBx()sFx 0( ) ( ) ( )sB x B x B x 結(jié)論：電樞反應(yīng)使合成氣隙磁密分布畸變且總 的磁密減小 S N 飽 和 . . . . . . 前 后 () s Fx () s Bx 0 ()Bx ()Bx 注意： 兩個氣隙之間磁阻大，盡管 大，但 更小，故下凹成馬鞍形。 極弧內(nèi)氣隙均勻， 線性變化 也線性 變化。 合成后，對一個極而言，因 反向?qū)ΨQ， 與 相加后，應(yīng)當(dāng)使合成氣隙磁密與 保持?jǐn)?shù)量不變，但前極端是去磁該去多少正

31、比去掉，后極端為加磁，因飽和影響該加的 加不上去故一個極下總磁密有所減少。 顯然，波形發(fā)生畸變。 ()sFx ()sBx ()sFx ()sBx ()sBx 0()Bx 0()Bx 三、直軸和交軸電樞反應(yīng) 研究對象：電樞反應(yīng)的交軸分量和直軸分量 對主極磁勢的影響 a）交軸電樞反應(yīng) 電刷位于幾何中性線處 ，只存在 ， =0 對主極磁場的影響： s sqFF sd F sqF sqF 使主極磁場發(fā)生畸變 對主極磁場有去磁作 用（總的磁密減少） N S sq F q 軸 d 軸 b）直軸電樞反應(yīng) 電刷不在幾何中性線（以發(fā)電機 為例） 順轉(zhuǎn)向偏離幾何中性線 角（相當(dāng)于電樞表面移動了 b厘 米） 作用：

32、 a、 的軸線與主極磁場軸線重合，且方向相反， 所以對于發(fā)電機若順轉(zhuǎn)向移動電刷，則 起去磁 作用，發(fā)電機端電壓下降。 b、 起交軸電樞反應(yīng)，作用同上。 若電刷逆轉(zhuǎn)向移動：則 與主極磁場軸線重合且 方向相同，起加磁作用，端電壓上升。 ( ) ( ) 2 () sq s sd F A b F F A b 交 軸 反 應(yīng) 直 軸 反 應(yīng) sdF sdF sqF sdF V N SsqF sdF 辦法：若端壓上升，則順轉(zhuǎn)向移動電刷， 若端電壓下降，則逆轉(zhuǎn)向移動電刷。 準(zhǔn)確位置 :正反轉(zhuǎn)時，兩端電壓維持不變 圖：直軸電樞反應(yīng) 電刷不在幾何中性線 N S sqF si sF sdF n 四、解決辦法（主要

33、指對交軸磁勢的解決辦法） 適當(dāng)改變主極的勵磁電流，以補償電樞反應(yīng)的去磁作用 在主極極面上加裝“補償繞組” 抵消電樞磁勢（自 動化） 結(jié)構(gòu)上：補償繞組裝在主極極面上其電流方向在空間與電 樞電流的反向， 與 反向 電路上：補償繞組與電樞繞組串聯(lián)，適當(dāng)設(shè)計補償繞組匝 數(shù)使 = BF sqF BF sqF I S 補 償 NS BF sqF 2-3 直流電機換向的一般概念 換向：電樞繞組的每一個元件依次從一條支路經(jīng)過電 刷進入另一條支路，此時元件中的電流要隨著改變 方向，這一現(xiàn)象和過程稱為換向。 比如：元件“ 4”在上一支路電流是從流向進入下 一支路后電流從流入 二、換向不良的后果 由于元件中電抗電勢

34、的作用使換向遇到阻 力，特別是超前換向和延遲換向?qū)⒃陔娝⑾?產(chǎn)生火花（電磁能量釋放），使電機運行帶 來不利影響。 三、換向極的作用 換向極產(chǎn)生附加電勢 去抵消換向元件中的電 抗電勢 從而使換向元件中合成電勢為 0，從 而改善電機的換向。 極性正確 與電樞串聯(lián) 低飽和狀態(tài) re 圖：換向極的作用 N S qFF換S N 2-4 直流發(fā)電機的基本平衡關(guān)系 一 、電壓平衡關(guān)系（以并勵直流發(fā)電機為例） 電樞回路總電阻， （含電樞電阻，電刷和 換向器之間的接觸電阻） 勵磁回路總電阻 注意： 是發(fā)電機 RsfI I Is s sE U I r sr fr f f LU I r IR sEU 二、功率平衡關(guān)

35、系 電磁功率 -輸出功率； -勵磁回路銅耗； - 電樞回路內(nèi)阻損耗 2 2 2 2 () () M s s s s s s s s f s s f s s c uf c us P E I U I r I UI I r U I I I r UI UI I r P P P 2P cufP cusP 輸入功率： 機械損耗（摩擦，風(fēng)阻）； 鐵耗（ 電樞硅鋼片反復(fù)磁化引起）； 附加損耗（電樞齒槽使磁場脈振引起損耗， 電樞反應(yīng)使磁場畸變使鐵耗增加，電樞拉緊軸桿在 磁場中旋轉(zhuǎn)時的鐵耗，換向損耗等組成。約占額定 功率 0.5%1%） 1 M j F e fjP P P P P jP FeP fjP 三、轉(zhuǎn)矩平

36、衡關(guān)系 轉(zhuǎn)向：由原動機產(chǎn)生的輸入轉(zhuǎn)矩 決定： 轉(zhuǎn)子機械角速度 ， 方向一致（發(fā)電機時） 由左手定則決定，發(fā)電機時 M正好與 反向，屬于制動轉(zhuǎn)矩。 空載轉(zhuǎn)矩： 平衡關(guān)系： 1M 1 1 PM sE sI MPM 1M j F e fj o P P PM 10M M M N S n I s M M 1 四 效率關(guān)系 總損耗： c u s c u f F e f j jP P P P P P 12 11 100 % 100 %PPP PP 2 5直流發(fā)電機的運行特性 一他勵直流發(fā)電機的特性 1.空載特性：當(dāng) 時， ， 的關(guān)系 曲線（即磁化曲線） _ f U A P R n 0 U S E 1 F 2

37、 F 0 S I 注意： 無論是并勵還是 串勵發(fā)電機的 都要改為他勵來測取， 否則無法實現(xiàn)空載。 0 ()fU f I enn 0 ()fU f I0sI 測取 的步驟： 1、調(diào)節(jié)原動機（實驗室一般采用并勵直流電動機作為 原動機拖動直流發(fā)電機）的轉(zhuǎn)速，使 并保 持不變。 2、調(diào)節(jié)勵磁回路外加電阻 RP 使 由零逐漸單方 向增加。直至 為止。然后逐漸 單方向減少 到零，并測取每一點的 所對應(yīng) 的 0 ()fU f I enn fI 01(1 . 1 1 . 3 )UU fI fI 0U U 0 I f 下降支 上升支 平均磁化曲線 0 Es 剩 曲線說明： (1)由于剩磁所在，當(dāng) =0時 （ 2

38、）由于磁滯的作用使磁化曲線上升支和下降支 不一致，取其平均值代表 （ 3） 代表了直流電機最基本的磁化曲線 作為設(shè)計電機時的依據(jù)。 U 0 I f 下降支 上升支 平均磁化曲線 0 Es 剩 s sEE 剩 fI 0 ()fU f I 0 ()fU f I 0 s o eU E C n ()enn0U 0 ( ) ( )ffU f I f I 2 、外特性：當(dāng) ， 為常數(shù)時， 的 關(guān)系曲線 現(xiàn)象： 原因： 1.電路上 2.磁路上：當(dāng) 不變時 電樞反應(yīng)為去磁作 用使 enn fI ()U f I IU s s sU E I r U fI I sEU 曲線分析： (1)電壓變化率 ，實質(zhì)：空載 滿

39、載時電壓變化 一般允許 （ 2）當(dāng)負(fù)載電阻 =0時，出現(xiàn)短路電流 因為 很小， Isk=(1230)Ie（危險） 辦法： 加裝保護裝置。 U enn f feII ee I I U 0 100%e e UUU U ( 5 10) %U LR ss s EIK r U 0 Ue U IIe0 3、效率特性 當(dāng) 當(dāng) 當(dāng) 迅速上升 所對應(yīng)效率 為（ 75 93） % 12 1 1 1 2 11P P P PPP P P P P j F e fj c u s c u fP P P P P P 2 0 , 0P 22 s s sP I I r 2 2 PP PP 2 P PP e21/1PP 二、并勵直

40、流發(fā)電機的自勵過程及特性 1、并勵直流發(fā)電機電壓建立的物理過程 并勵：勵磁繞組兩端與電樞繞組兩端并聯(lián)，勵磁 電流取自發(fā)電機本身，不需要其他直流電源供 電。 勵磁繞組電阻 勵磁回路電阻 fr f f pR r r 兩個關(guān)系： 磁路上 Es=Uo= 電路上 ()ffI f f sU I U E 過程：主磁極有剩磁（ 剩） 電樞旋轉(zhuǎn) 感應(yīng) 剩 供給起始勵磁電流 產(chǎn)生磁場加 強剩磁 到達(dá)空載特 性曲線與場阻線 OP的交點 P才能實現(xiàn)穩(wěn)定 場阻線 OP： 不變， 直線關(guān)系 說明： OP：是以勵磁回路電阻的大小為斜率的 直線 即 OP的斜率與 Rf成正比 所以 (臨界場阻 ) 此時 OP與 相切 .sfE

41、I fR fUI f f fI R I sE f f fkR R R ()sfE f I 2、建立電壓的條件 （ 1）主磁極要有剩磁 （ 2）初始勵磁電流產(chǎn)生磁場必須加強剩磁 （ 3） 與 要有交點（勵磁回路斷開 時 即無交點，電壓不能建立） 3、不能建立電壓的原因和解決辦法 （ 1） =0，無剩磁（電機多年不用造成） 加 直流重新充磁 加強勵磁時 聯(lián)接錯誤，出現(xiàn)剎磁 辦法： 1、改變電樞與勵磁繞組的相對聯(lián)接，比如將勵 磁繞組的兩個頭調(diào)換。 2、改變原動機的轉(zhuǎn)向（本質(zhì)是使 Es調(diào)頭） f f fU I R()ffE f I fR sE sE 剩 注意： 1、 2兩種方法不能同時使用 （ 3）、

42、加強勵磁后 無變化 勵磁回磁斷開 造成，解決辦法是停機查線 （ 4）、穩(wěn)定點電壓太低 sE剩 轉(zhuǎn) 速 太 低 增 大 轉(zhuǎn) 速 場 阻 太 大 ， 減 小 串 接 電 阻 r 4、并勵直流發(fā)電機的外特性 條件： n=ne 常數(shù) 研究 U=f(I) 關(guān)系： 特點： f f pR r r ,s s s s fU E I r I I I 0 ( )LR I U （ 2 ） 拐 彎 f f p f UUI r r R ()sfE f I LR I U （ 1 ） 解釋 （ 1）引起 U 原因 電樞回路電阻壓降 電樞反應(yīng)去磁作用 （這兩個原因他勵機也存在） (2)穩(wěn)態(tài)短路電流不大 但要注意兩點，即突然短路

43、過程中仍然出現(xiàn)危險： 穩(wěn)態(tài)短路過程中，電流要經(jīng)過電流 = ， 致使電機出現(xiàn)環(huán)火，不允許。（ 有電感， 不 能馬上為 0） 考慮過渡過程： U=0瞬間，磁場不等于 0，即 Es較大， Ik=(8 12)Ie也危險。 fsU I E U 20%U 0 s Ke s EII r 剩 ( 2 3 )cr eII fW fI （ 3） 引起外特性“拐彎”的原因 兩種趨勢 LR 1 2) () L fs f L f s f f s L s I R I U I E U I I R I U I E I I E R U E I ） 當(dāng) 電 機 的 端 電 壓 較 高 時 較 大 磁 路 飽 和 這 時 候 若

44、變 化 不 大 故 第 一 種 趨 勢 占 主 要 地 位 當(dāng) 電 機 的 端 電 壓 較 低 時 ， 較 小 ， 磁 路 不 飽 和 ， 下 降 更 多 ， 所 以 第 二 種 趨 勢 占 主 要 地 位 。 三、串勵直流發(fā)電機的外特性 ( 1 ) U Es = f ( I ) ( 2 ) U = f ( I )=( 1 ) - ( 2 ) I 0 () s c f I r r 條件： 研究 ： 關(guān)系： 分析方法 ： enn ()U f I fsI I I ( ) , ( ) ( )s s s c f s fU E I r r E f I f I () ( ) ( ) s s s cf s

45、s cf cf U E I r r f I I r r r 串 場 電 阻 畫出 曲線 (1) （ 2） 將 (1)-(2)得 U=f(I) 引起 U變化原因 : 上升因素： 下降因素： ，電樞反應(yīng)去磁 主次關(guān)系：負(fù)載電流 I小 磁路不飽和 上升因素 占主要 負(fù)載電流 I大 磁路飽和 上升大于 Es上 升 , U下降占主要 結(jié)論：串勵直流發(fā)電機的端電壓隨負(fù)載變化很大，不 適于恒壓系統(tǒng)。 ()sE f I ()s c fU I r r fsI I E U U ()s cfI r r U ()s s cfI r r （四）復(fù)勵直流發(fā)電機的外特性 復(fù)勵外特性 =串勵和并勵外特性的組合（視連接成分而定

46、） 積復(fù)勵 =并勵 +串勵 平復(fù)勵 在額定負(fù)載時，串勵補償了因負(fù)載引起的電壓降 U0=滿載電壓 過復(fù)勵 串場太強，使 U0滿載電壓 欠復(fù)勵 串場太弱，使 U0滿載電壓 差復(fù)勵 =并勵 串勵 即：串勵起去磁作用，使端電壓隨 I增大而急劇下降（少用）?？捎糜谥绷麟姾笝C 第三章 直流電動機 同一臺直流電機既可作發(fā)電機運行，也可作電動機運 行 3 1 電機的可逆原理 圖：電機可逆原理示意圖 sI sE s i 1Mn MfI U sI si sE nMfI 發(fā)電機時 減小 M1 電動機時 端電壓 輸出正的電功率 發(fā)電機狀態(tài) M1 M，輸出電功率 無能量轉(zhuǎn)換 條件：進一步減 小 輸入轉(zhuǎn)矩 M與 n方向

47、一致 拖動電機， 電能 機械能 電動機狀態(tài) 1 0， 輸出機械功率 ,sUE ssEI與 同 方 向 M s sP E I 1MM與 反 向 機 械 能 電 能 ,sUE 1M 撤 出 原 動 機 ,sUE端 電 壓 ssEI與 反 向 M s sP E I 物理過程：減小原動機的 11M M M n 2 sEUs s E s s EUE C n I P r 2 1 000sI P P P sUEsnE 撤 出 原 動 機無 功 率 轉(zhuǎn) 換 sI M n M 不 反 向反 向 反 向 與 方 向 一 致 成 為 拖 動 轉(zhuǎn) 矩 電 動 機 狀 態(tài) 3 2 直流電動機的平衡關(guān)系（以并勵電 動機為

48、例） 一電路平衡關(guān)系 s s s s s s sf sE E s s ss E UE U E I r I r I I I E C n U C n I r U I r n C （ 可 用 于 調(diào) 速 ） 二、功率平衡關(guān)系 221 () c u s c u f M s s f f s sP U I P P P I r I r E I 電 功 率 2 1 2 2 () ( 0.5 1 ) % M s s j Fe fj j Fe fj c us c uf j Fe fj c us c uf fj e P E I P P P P P P P P P P P P P P P P P P P PP 輸 出

49、 機 械 功 率 總 損 耗 三轉(zhuǎn)矩平衡 空載時： 負(fù)載后 ： 2M 輸 出 轉(zhuǎn) 矩 （ 制 動 轉(zhuǎn) 矩 ） 0 () j F e f jP P PMM 空 載 轉(zhuǎn) 矩 02 ssM Ms M M M EIP CI 2 2 ()P UIM 3 3 直流電動機的運行特性 一并勵直流電動機 1.轉(zhuǎn)速特性（速率特性 ） 由轉(zhuǎn)速公式： eUU條 件 ： 常 數(shù)fI 常 數(shù) ()sn f I , () ss es E s s s U I r n U U I n C n f I I r 得 ， 當(dāng) 為 常 數(shù) 時 ， 是 一 條 稍 有 下 降 的 直 線 （ 由 引 起 ） 0ne sIseI0 電 樞

50、 反 應(yīng) 去 磁 考慮到電樞反應(yīng)的去磁作用 0 0 0 () 1 , ( 0) 2) 10 0% ( 3 8 ) % s e s E e e In n U nI C nn n n 略 有 上 升 注 意 ： ） 理 想 空 載 轉(zhuǎn) 速 轉(zhuǎn) 速 變 化 率 結(jié)論：并勵直流電動機的轉(zhuǎn)速隨負(fù)載（ ）變化 不大 硬特性 優(yōu)點：適用于要求轉(zhuǎn)速恒定的場合。缺點：不 能過載。 sI 0ne sIseI0 電 樞 反 應(yīng) 去 磁 注意：并勵直流電動機的勵磁回路不能斷開 輕載時： 重載時： 2 ( ) , s Ms s s M f I M C I MI IM 、 轉(zhuǎn) 矩 特 性 ， 根 據(jù) ： 當(dāng) 常 數(shù) （

51、直 線 關(guān) 系 ） 考 慮 到 電 樞 反 應(yīng) 去 磁 ， 較 大 時 ， 稍 有 下 降 剩因 = （ 很 小 ） n 飛 速 損 壞 電 機 2M M M 剩因 很 小 ， 停 轉(zhuǎn) ， 可 能 燒 壞 電 機 eM sIseI0 電 樞 反 應(yīng) 去 磁 3機械特性 公式推導(dǎo)： 是一條略為下降的直線 自然機械特性 ： ()n f M M s M s M s s M MM M M C I M C I C I I C CC 并 勵 時 常 數(shù) 2 ss M s E E E E M MU U I r C UMnr C C C C C 代 入 eM 0tR 1t 2tR 3tR en M0 en0

52、nn 電樞回路無附加電阻 Rt， 即 Rt=0時的機械特性 考慮到電樞反應(yīng)的去磁，當(dāng) Is較大時， 相對較小 曲線略微上翹 人為機械特性 ：電樞回路串入附加電阻 Rt 設(shè)： 特點：串入附加電阻相當(dāng)于 從公式可見： 越大，直線下降越厲害 用途：用于調(diào)速 n 1 2 3t t tR R R sr 2 () () e M st E e E e e M st E e E M e M U C n r R CC M U C rR C C C tR f r p r t Rn sE U IfI sI 二串勵直流電動機的運行特性 1、轉(zhuǎn)速特性 ()sn f I , , () e s f s s s s c f

53、c f s s c f E U U I I I U E I r I r r U I r r n C 條 件 ： 特 點 ： 公 式 推 導(dǎo) ： 串 場 電 阻1 ( ) ( ) s ss s s c f s s c f E E s s c f E s E s I I K I U I r r U I r r n C C K I rrU C K I C K nI 注 意 ： 變 變 ， 故 分 兩 種 情 況 探 討 、 不 飽 和 時 ： 即 較 小 時 ， 顯 然 ， 與 為 雙 曲 線 關(guān) 系 U n sE f I sII 1C 2C 01 / 4 01 / 4 2 () , , 100%

54、1 4 s s c f s E e e s se U I r r n n I C n nn n n n I I 、 飽 和 時 ： 常 數(shù) 與 為 略 有 下 降 的 直 線 關(guān) 系 考 慮 電 樞 反 應(yīng) 去 磁 使 轉(zhuǎn) 速 變 化 率 式 中 ： 輕 載 的 轉(zhuǎn) 速 注意 ： 1）串勵直流電動機不能空載，否則“飛速” 2）串勵電動機的串勵繞組不能過多“旁路”，因 為過多旁路會使 更厲害 n 圖：接旁路電阻示意圖 2 2 ( ) , () 2 () s Ms sf s M s s M s Ms s M f I M C I II KI M C K I I C I M C I M IM 、 轉(zhuǎn)

55、矩 特 性 根 據(jù) 因 為 所 以 分 兩 種 情 況 討 論 ： 1) 磁 路 不 飽 和 時 ： = 屬 于 拋 物 線 關(guān) 系 ） 磁 路 飽 和 后 ： 常 數(shù) 屬 于 直 線 上 升 關(guān) 系 考 慮 到 電 樞 反 應(yīng) 去 磁 （ 略 有 下 降 ） 優(yōu) 點 ： 過 載 能 力 強 （ ） 2 3 ( ) , 1 () ( , ) e s M s s M s s M s c f s s c f E s E s E E M s c f E E M n f M U U KI M M C K I I C K I I CK r r I r rUU n C K I C K I C KM CK

56、CK U b aM rrCK ab CKCK 、 機 械 特 性 ， 條 件 公 式 推 導(dǎo) ： ） 當(dāng) 磁 路 不 飽 和 時 ： = 12 2 2 12 1 ( ) 2 ( ) ( ) ( ) ( , ) () M s M s s M s c f s c f s c f E E M E ME E n f M M M C I C I I C U r r M r r M r rU nC C C C C C U C C C C C n f M 可 見 ： ） 磁 路 不 飽 和 時 ， 為 雙 曲 線 ） 磁 路 飽 和 時 ， = 常 數(shù) , 顯 然 ， 為 一 條 下 降 直 線 串勵直流電

57、動機的優(yōu)點： 起動轉(zhuǎn)矩越大，過載能力越強 具有恒功特性 輕載和重載時輸出功率基本相等。 解釋： 輕載時： n高，低 n高 * 低 重載時：高， n低 高 *n低 () q e q eI I M M IM 平 方 關(guān) 系 2 60Mn nP M M M 常 數(shù) = 優(yōu)點：）充分利用電動機和電源（全部貢獻(xiàn)） ）牛馬特性軟特性適用于“牽引” 比如上坡時：要求 M大， n自動降下來，列車能上去 如“牛”慢行 比如下坡時：要求 M小， n自動升起來，列車如“馬” 飛奔 三復(fù)勵電動機的運行特性 1轉(zhuǎn)速特性 積復(fù)勵磁場 =并勵磁場 +串勵磁場 特性：介于并、串勵特性之間。 串勵為主，并勵為輔 優(yōu)點：具有串勵

58、機的牛馬特性，且在空載 時不會“飛速”； 并勵為主、串勵為輔 優(yōu)點：具有硬特性，且過載能力強 差復(fù)勵 =并勵磁場串勵磁場 特點： 轉(zhuǎn)矩特性 設(shè)計中對積復(fù)勵考慮 之前： 積復(fù)勵的 串勵 其 串勵 并勵 并勵； 之后： 積復(fù)勵的 并勵 其 并勵 串勵 串勵； 一般：串勵只占 sIn ()sM f I seI seI (5 1 0 )% 第四章 直流電動機的電 力拖動基礎(chǔ) 4 1電力拖動系統(tǒng)的運動方程式 一電力拖動 用各種電動機作為原動機的拖動系 統(tǒng) 關(guān)鍵：掌握電動機的特性和被拖動的負(fù)載的特性。 二直線運動系統(tǒng)與旋轉(zhuǎn)運動系統(tǒng) 直線運動系統(tǒng)（例如直線電機拖動的系統(tǒng)） 2 : ( ) : ( ) ( /

59、 ) Z dv F F m dt F N m K g dv ms dt 單 位 ： ， m a F （ 拖 動 ） F z 阻 力 V 旋轉(zhuǎn)運動系統(tǒng) 2 22 22 () r a d / ) : ( ) () 44 , 1 , 2 1 2 z d M M J dt s M N m J G D GD JM gg mG RR R 慣 性 轉(zhuǎn) 矩 慣 性 轉(zhuǎn) 矩 ： ( 其 中 ： 轉(zhuǎn) 動 慣 量 （ 衡 量 旋 轉(zhuǎn) 體 慣 性 大 小 ） 重 量 定 義 ： （ Kg m ） 式 中 ： 旋 轉(zhuǎn) 體 的 質(zhì) 量 和 重 量 慣 性 半 徑 ， 均 勻 圓 柱 體 的 半 徑 的 理 由 ： 圓 柱

60、 體 的 重 量 并 非 集 中 在 邊 緣 M z 阻 力 轉(zhuǎn) 矩 M 拖 動 轉(zhuǎn) 矩 2 22 2 22 21 22 22 4 ( ) 4 2 60 2 4 60 2 4 60 375 375 / z D D R R R GD GD gJ N m J g n d GD dn M M J dt g dt GD dn GD dn g dt dt 慣 性 半 徑 實 際 半 徑 飛 輪 矩 ： 關(guān) 系 式 推 導(dǎo) ： 具 有 加 速 度 的 綱 量 （ 米 分 秒 ） 3 0 10 0 0 z z z ndn MM dt n dn M M n dt dn M M n dt 、 系 統(tǒng) 狀 態(tài) 的

61、 判 定 ） 或 恒 量 ， 穩(wěn) 態(tài) 2 ） 加 速 狀 態(tài) 3 ） 減 速 狀 態(tài) 工作機構(gòu)及傳動機構(gòu)參數(shù)的折算 一實際拖動系統(tǒng)與等效拖動系統(tǒng) 實際拖動系統(tǒng) 特點：轉(zhuǎn)軸有多根（多級傳動） 各軸上有本身的轉(zhuǎn)動慣量及轉(zhuǎn) 速從而要列出每根軸的運動方 程及相互聯(lián)系的運動方程聯(lián)立 求解，才能了解負(fù)載的運動狀 況 太復(fù)雜。 M M z dJ 11J 2J 2 zzJ 負(fù) 載 傳 動 系 統(tǒng) 等效系統(tǒng) 以電動機軸為研究對象，把實際拖動系統(tǒng)等效為單軸 運動系統(tǒng) 等效原則：系統(tǒng)傳送的功率及儲存的動能不變 優(yōu)點：僅研究一根軸的運動系統(tǒng)，從而大大簡化了計 算 辦法：把傳動機構(gòu)和工作機構(gòu)的參數(shù)折算到電動機軸 上 比

62、如：工作機構(gòu)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 ，直線運動時的 各軸的轉(zhuǎn)動慣量 都要折算到電動機軸上進行計算 zM zM zF 1 2 3J J J、 、 二工作機構(gòu)轉(zhuǎn)矩 的折算 原則： 系統(tǒng)傳遞的功率不變（把傳動機構(gòu)的損 耗在效率中考慮） 電動機帶動負(fù)載時：電動狀態(tài) zM 1 2 3 1 2 3 c z c z z z z z z z cc c z zz P MM M M M M j n j j j j n j j j j 包 括 在 效 率 中 ， 等 效 轉(zhuǎn) 矩 ： 為 總 的 轉(zhuǎn) 速 比 為 各 級 齒 輪 速 比 電 動 機 傳 動 機 構(gòu) 工 作 機 構(gòu) p1P 2P zM z zM 12 21 1 1

63、nZ j nZ j j 齒 輪 傳 動 ： 若 ， 轉(zhuǎn) 速 降 低 低 速 若 ， 高 速 （ 比 如 離 心 機 ） 圖：齒輪傳動 發(fā)電機制動狀態(tài)時 工作機構(gòu)拖動電動 機 z c z z z z z z z cc c z MM M M M M j 等 效 轉(zhuǎn) 矩 ： 電 動 機 傳 動 機 構(gòu) 工 作 機 構(gòu) p1P 2P zM z z M 三工作機構(gòu)直線作用力的折算 起重機、 刨床 1 60 2 1 2 z c z z z z z z z cc c c c c M F V F V F V M n 、 電 動 機 狀 態(tài) - 提 升 重 物 等 效 轉(zhuǎn) 矩 ： 式 中 為 提 升 效 率 ，

64、 它 與 下 降 效 率 不 一 樣 ， 因 為 損 耗 不 一 樣 ， 輸 入 輸 出 功 率 不 一 樣 可 以 證 明 ： 下 降 效 率 電 動 機 m g zG z F zV zM 發(fā)電機狀態(tài) 工作機構(gòu)拖動電機（重物下 落） 60 9 .5 5 , ( 9 .5 5 ) 2 0 .5 , 0 z z z c zz zc cc M F V FV M n 當(dāng) 時 （ 負(fù) 值 ） 說明：工作機構(gòu)的下降功率不足以克服傳動機構(gòu)的功 率損耗，要下落必須電動機幫忙（反向轉(zhuǎn)動） 好處：比如電梯，由于設(shè)計時有意使傳動機構(gòu)損耗大， 故提升效率 .，這個代價才能保證突然斷電 時電梯無法下降（ ），以保證人

65、的生命安 全 c c 四傳動機構(gòu)和工作機構(gòu)飛輪矩的折算 1 2 3 2 2 2 2 2 2 1 1 2 2 3 3 12 2 2 2 12 2 2 2 22 1 1 () 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 , 4 60 j d z z z D z dd J J J J J J J J J J J J J J JJ GD n J GD n g GD GD G D n n 即 ， ， ， （ 傳 動 機 構(gòu) ） + 工 作 機 構(gòu) 折 算 到 電 動 機 軸 上 的 折 算 原 則 ： 系 統(tǒng) 儲 能 的 動 能 等 效 等 效 系 統(tǒng) ： 等 效 轉(zhuǎn) 矩 ： 2 22 22 2

66、 1 22 1 z z z dd z GD n n GD GD GD nn nn ： 最 大 ， ： 最 小 ， ： 其 次 五工作機構(gòu)直線運動質(zhì)量的折算 以 運動的質(zhì)量 折算到電動機軸上可 用一個轉(zhuǎn)動慣量為 的轉(zhuǎn)動體與之等效 折算原則 儲存動能等效 ()zV m s ()zm Kg zJ 2 2 2 2 11 22 z Z z z Z z V J m V J m 電 動 機 m g zG z F zV zM 電 動 機 2()GD J z 22 2 2 22 2 2 2 2 2 2 2 () 4 2 60 4 60 60 () 365 zz zz zz zz GVGD gg n GV n GV GD n GV n 轉(zhuǎn) 換 為 飛 輪 轉(zhuǎn) 矩 ： 生產(chǎn)機械的負(fù)載特性 一恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性 與負(fù)載轉(zhuǎn)速無關(guān) 反抗性負(fù)載 ：比如鋼板碾壓，方向可變， 但 不變。 ()fzM f n fzM 常 數(shù) fzM fz fz fz n MM n M 電 動 機 正 轉(zhuǎn) 時 ： = 反 向 ， 定 義 電 動 機 反 轉(zhuǎn) 時 ： = 但 大 小 不 變 位能性負(fù)載 （起重類） 負(fù)載轉(zhuǎn)矩由重力作用產(chǎn)生，無論提