《《電機(jī)與拖動(dòng)》PPT課件》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《《電機(jī)與拖動(dòng)》PPT課件（439頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、電機(jī)與拖動(dòng) 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(jī)拖動(dòng)基礎(chǔ) 宋銀賓主編 實(shí)驗(yàn)教材 電機(jī)實(shí)驗(yàn)與檢測(cè) 李宗昉主編 任課教師：李宗昉 教學(xué)時(shí)間： 5 16=80-10（實(shí)驗(yàn)） =70學(xué)時(shí) 成績(jī)?cè)u(píng)定：期末考試 70% 中期考試 10% 其他 20% （含實(shí)驗(yàn)、出勤、課堂 聽課、紀(jì)律） 學(xué)習(xí)電機(jī)與拖動(dòng)的目的： 學(xué)習(xí) 電機(jī)與拖動(dòng) :不僅實(shí)際工作需要，而且 對(duì)后續(xù)課程是一個(gè)基礎(chǔ)。 對(duì)于電車專業(yè)：電機(jī)與拖動(dòng) 牽引電機(jī) 電子專業(yè)：電機(jī)與拖動(dòng) 微特電機(jī)（自控技 術(shù)） 序 言 一、電機(jī)概述 1.電機(jī)：與電能有關(guān)的能量轉(zhuǎn)換的機(jī)器 比如：電能生產(chǎn)、傳輸、分配和使用（主要是動(dòng) 力用電） 2.重要性

2、：電氣化的心臟 3.分類：普通電機(jī)與特種電機(jī) （ 1）普通電機(jī)（按能量轉(zhuǎn)換分） 機(jī)械能 電能（發(fā)電機(jī)）（產(chǎn)生電能） 直流 交流 水力、火力、原子能、潮汐、地?zé)?、風(fēng)力 電能 機(jī)械能（電動(dòng)機(jī)，用于動(dòng)力機(jī)械） 65%的總電量被電動(dòng)機(jī)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(jī)（直流 交流） 改變頻率 變頻機(jī) 改變相數(shù) 劈相機(jī)或單 -三相變壓器 （ 2）特種電機(jī) 特種電機(jī)（主要完成信號(hào)傳遞和轉(zhuǎn)換，用于 數(shù)字計(jì)算，是自控系統(tǒng)中的一個(gè)重要元件） 比如：潛艇導(dǎo)航 90多臺(tái) ；自動(dòng)火炮 60多 臺(tái) ；導(dǎo)彈控制 50多臺(tái) ；雷達(dá) 20多臺(tái) ；飛 機(jī)的無(wú)人駕駛 30多臺(tái)。 電機(jī)的分類 發(fā)電機(jī) 直

3、流電機(jī) 電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī) 旋轉(zhuǎn)電機(jī) 異步電機(jī) 普通電機(jī) 發(fā)電機(jī) 變壓器 交流電機(jī) 電機(jī) 電動(dòng)機(jī) 同步電機(jī) 通用式 發(fā)電機(jī) 特種電機(jī) 控制式 二、 電力拖動(dòng)概述 拖動(dòng) 原動(dòng)機(jī)為了完成一定任務(wù)而使生產(chǎn) 機(jī)械運(yùn)動(dòng)。 電力拖動(dòng) 電動(dòng)機(jī)作為拖動(dòng)的動(dòng)力源或以 電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的拖動(dòng)方式。 電力拖動(dòng)系統(tǒng) 以電機(jī)為核心而向兩邊擴(kuò) 展形成：機(jī)電一體化，控制與被控制對(duì)象結(jié) 合（專業(yè)方向） 電力拖動(dòng)系統(tǒng) 電力拖動(dòng)類型 1.成組拖動(dòng) 一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)幾個(gè)工作機(jī)構(gòu)。 條件：電機(jī)容量大（但容量得不到充分利 用）。 缺點(diǎn)：不安全、效率低。 圖： 成組拖動(dòng) 電 機(jī) 1 2 天 軸 2.單電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)：一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)一

4、個(gè)工作機(jī) 構(gòu)。 圖：?jiǎn)螜C(jī)拖動(dòng) 優(yōu)點(diǎn)：電機(jī)容量利用充分且控制方便，用于各種 機(jī)床 3.多電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng) 一個(gè)生產(chǎn)機(jī)械有多個(gè)工作 機(jī)構(gòu)，每個(gè)工作機(jī)構(gòu)用一臺(tái)電機(jī)拖動(dòng)。 比如：龍門銑床 圖：多電機(jī)拖動(dòng) 銑 頭 上 升 或 下 降 工 作 臺(tái) 移 動(dòng) 銑 頭 旋 轉(zhuǎn) 4.自動(dòng)化電力拖動(dòng)系統(tǒng) 多學(xué)科綜合應(yīng)用 比如：自動(dòng)恒定功率、自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩 電力拖動(dòng)的優(yōu)點(diǎn) 電力拖動(dòng)效率高，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)效率高且與生產(chǎn) 機(jī)械聯(lián)接方便。 電機(jī)種類多，具有各種運(yùn)行特性，可滿足不同 生產(chǎn)機(jī)械的要求。 檢測(cè)方便，易于組成完善的反饋控制系統(tǒng)以實(shí) 現(xiàn)最佳控制。 可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制和測(cè)量，便于集中管理， 實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)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(chǎng)強(qiáng)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(jī) 和變壓器的磁路計(jì)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(shì)（感應(yīng)電勢(shì)） 大小 （變化引起） 方向 楞次定則：線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)傾向 于阻止線圈中磁鏈的變化 dt dwe we i 速率電勢(shì) 大小： B-磁通密度 -導(dǎo)體有效長(zhǎng)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(chǎng)中受力） 大小： B磁通密度； 導(dǎo)體的有 效長(zhǎng)度； 通電電流強(qiáng)度 方向： 左手定則 BlIF l I （ 4） 可逆原理 電能 機(jī)械能 電功率 （機(jī)械功率） （ 5） 磁路的歐姆定律 磁動(dòng)勢(shì) 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(jī)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(dòng)系統(tǒng)的組成、特性及分析 計(jì)算。 通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證電機(jī)的各種性能。 第一章 直流電機(jī)基礎(chǔ) 1-1

7、概述 直流電機(jī) :一種轉(zhuǎn)換與直流電能有關(guān)的機(jī)器 直流電能 機(jī)械能 （直流電動(dòng)機(jī)） 機(jī)械能 直流電能 （直流發(fā)電機(jī)） 可逆性：同一直流電機(jī)即可用作電動(dòng)機(jī)也可用作發(fā)電機(jī) 優(yōu) 點(diǎn)： 范圍廣 調(diào)速性能好 方 便 平 滑 起動(dòng)性能好，起動(dòng)力矩大 缺 點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、用銅多、成本高、運(yùn)行有時(shí)不夠可靠 環(huán)火問(wèn)題。 電力機(jī)車 用 途： 電動(dòng)機(jī) 主要用于廣泛調(diào)速的地方 地 鐵 電力機(jī)車 牽引電機(jī) 電 車 卷?yè)P(yáng)機(jī) 快速可逆電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng) 軋鋼機(jī) 發(fā)電機(jī) 可作獨(dú)立直流電源，也可組成發(fā)電機(jī) 電動(dòng)機(jī) 拖動(dòng)系統(tǒng)（ F-D），比如冶金、化工、采礦中使用。 優(yōu) 點(diǎn)：發(fā)電機(jī)提供的直流電質(zhì)量好，可靠（比整流）。將 來(lái)會(huì)被可控硅整流取

8、代，但直流電動(dòng)機(jī)目前還在繼續(xù)使 用。 1-2 直流電機(jī)的工作原理 一、直流發(fā)電機(jī)的原理 原理：導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì) 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(gè)主磁極（永久磁鐵） 在空間固定 產(chǎn)生恒定磁場(chǎng) 轉(zhuǎn) 子：環(huán)形鐵心上繞有 12個(gè)線圈（閉合繞組在原動(dòng)機(jī)拖動(dòng) 下旋轉(zhuǎn)） N 極下： 2、 3、 4、 5、 6 切割磁力線感應(yīng)電勢(shì)方向 S 極下：

9、8、 9、 10、 11、 12 切割磁力線感應(yīng)電勢(shì)方向 1、 7 處于幾何中性線處不感應(yīng)電勢(shì) 特 點(diǎn)： 同一極下的導(dǎo)體是在變化的，但同一極下導(dǎo)體電勢(shì)方向 是一致的。 對(duì)于某一元件而言，其元件電勢(shì)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(duì)稱）， 無(wú)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(gè)并聯(lián)支路且同一支路內(nèi)電勢(shì)方向一致 直 流電勢(shì) 電刷存在的問(wèn)題及改進(jìn)方法 問(wèn)題： 壽命不長(zhǎng)（經(jīng)不起長(zhǎng)期磨損） 安放電刷有困難 改 進(jìn) 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(diǎn)：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(shì)不互相抵消，以獲取刷間最大電勢(shì)。 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(duì)數(shù)（兩條支路時(shí) a=1） p極對(duì)數(shù) （兩個(gè)極時(shí) p=1） 二、直流電動(dòng)機(jī)工作原理 結(jié)構(gòu)：同直流發(fā)電機(jī) 特點(diǎn)：在電刷間加直流電源（電刷極性不變） 圖：直流電動(dòng)機(jī)原理 . . . . . . N S F F +- n 通過(guò)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(jī)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(chǎng) 鐵心： 0.5 1.0mm厚硅鋼片沖迭而成。 勵(lì)磁繞組：由絕緣導(dǎo)線繞成，通以直流電產(chǎn)生主極磁場(chǎng)。 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(jī)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(hù)作用 電刷裝置和其它 電刷裝置的作用：引出（引進(jìn)）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(jī)

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(hù)） 2、轉(zhuǎn)子部分 電樞（感應(yīng)電勢(shì)，通過(guò)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(chǎng)中旋轉(zhuǎn)時(shí)被反復(fù) 磁化而產(chǎn)生過(guò)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(jī)） 圓形（小電機(jī)） 槽內(nèi)有絕緣（對(duì)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(lì)磁方式分） 他勵(lì) 自勵(lì) 他勵(lì)式：獨(dú)立直流電源單獨(dú)供給勵(lì)磁繞組勵(lì)磁，勵(lì)磁繞組 與電樞繞組不連接 勵(lì)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(lì) 圖：串勵(lì) 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(lì)：勵(lì)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(zhǎng)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(lì)：串聯(lián)繞組產(chǎn)生

14、磁動(dòng)勢(shì)與并聯(lián)繞組產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)方向 相反 積復(fù)勵(lì)：串聯(lián)繞組產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)與并聯(lián)繞組產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)方向 相同 由于聯(lián)接方式不一樣，將直接影響電機(jī)的特性。 無(wú)論是 發(fā)電機(jī)還是電動(dòng)機(jī)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(jī) = （輸出電功率） 電動(dòng)機(jī) （軸上輸出機(jī)械功率） = 式中： 電動(dòng)機(jī)的額定電壓； 電動(dòng)機(jī)的額定電流； 電動(dòng)機(jī)的額定效率 2、額定電壓 允許加在電機(jī)兩端的電壓限定值 小型發(fā)電機(jī) 小型電動(dòng)機(jī) 大型電機(jī) 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(jī)額定輸出功率時(shí)的電流值 發(fā)電機(jī) 過(guò)載 滿載 電動(dòng)機(jī) 欠載 4、額定轉(zhuǎn)速 額定負(fù)載時(shí)電機(jī)的限定轉(zhuǎn)速 5、額定勵(lì)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(jī)的空載磁場(chǎng) 空載磁場(chǎng)：直流電通入勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng) 特點(diǎn)：負(fù)載電流 = 0 ，不考慮電樞 通過(guò)電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的影響（只有主磁極產(chǎn)生 的磁場(chǎng)） I 一、直流電機(jī)空載時(shí)的磁通分布 1、直流電機(jī)空載時(shí)的磁通分布 （以四極電機(jī) 為例） 主磁通 （每極） 經(jīng)過(guò)氣隙進(jìn)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(shì)的磁通或 能產(chǎn)生力矩的磁通 漏磁通 未進(jìn)入電樞鐵心的磁通 特點(diǎn) 不感應(yīng)電勢(shì)也不產(chǎn)生力矩，無(wú)效的 缺點(diǎn) 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(dòng)勢(shì) 產(chǎn)生每極主磁通 所需要的磁勢(shì)（激磁安匝） 基本定律：全電流定律（分段計(jì)算法） 注 意 ：這里把“場(chǎng)”的問(wèn)題簡(jiǎn)化為“路” 來(lái)計(jì)算 W 總激磁匝數(shù) 2 表示兩個(gè)極 磁路某段的場(chǎng)

17、強(qiáng) 1個(gè)磁極上的激磁繞組匝數(shù) 該段磁路的平均長(zhǎng)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(shì)： 氣隙長(zhǎng)度 （ 2） 電樞齒長(zhǎng) （ 2） 電樞軛一段長(zhǎng) （ 1） 主極鐵心長(zhǎng) （ 2） 定子磁軛一段長(zhǎng) （ 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(jì)算總磁勢(shì)的基本方法 設(shè)計(jì)一臺(tái)電機(jī)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(chǎng)強(qiáng)度 H 氣隙 （ 氣隙磁導(dǎo)） 鐵磁材料只有通過(guò)查該材料的磁 化曲線求

18、 H B S 0 BH 0 圖：磁化曲線 計(jì)算分段磁勢(shì) 總磁勢(shì) （一對(duì)極的總安匝） 決定 I-決定導(dǎo)線截面 3、主磁通磁勢(shì)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(jī)的感應(yīng)電勢(shì)，力矩大小和形狀有關(guān)） 特 點(diǎn)：與氣隙大小有關(guān)且分布不均勻 （ 2）氣隙特點(diǎn)：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(jī) 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(gè)極的磁勢(shì) 令 （ 不變） 為帽形 極距，

19、代表電樞表面的圓周一個(gè)極所 占的范圍 電樞外徑， p 極對(duì)數(shù) 氣隙磁密的最大值 10千瓦以下電機(jī) =4000 6500高斯 大容量電機(jī) =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(jì)算中常用 氣隙平均磁密 ， 電樞軸向有效長(zhǎng)度 pjB pjB l l 4、電機(jī)的磁化曲線 （ 1）定義：代表每極主磁通 與勵(lì)磁電流 的 關(guān)系曲線 （ 2） 形狀及解釋 調(diào) R，保持 n 不變，測(cè) ()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(diǎn)： 很小時(shí)（鐵心磁路不飽和） 為直線關(guān)系 原因： 小 小，鐵心不飽和，磁勢(shì)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(zhǎng)線 （它反映主磁通通過(guò)氣隙所需磁動(dòng)勢(shì)） （ 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(shì)所需激磁電流 大 飽和好，則鐵心體 積

21、相對(duì)小，但發(fā)熱嚴(yán)重 相同容量比 小 不飽和，則鐵心體 積相對(duì)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(jī)的電樞繞組（以單迭繞組 為例） 一 由環(huán)型繞組過(guò)渡到鼓型繞組 4極電機(jī)為例 1 環(huán)型繞組的缺點(diǎn) （ 1）制造困難，修理不便。 （ 2）內(nèi)腔導(dǎo)體不感應(yīng)電勢(shì)，導(dǎo)體沒(méi)有充分利 用。 1、 5、 9不感應(yīng)電勢(shì) 2、過(guò)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(lái) 原則：兩邊電勢(shì)相加最大 位置：兩邊相距約一個(gè)極距 端部：一般為對(duì)稱結(jié)構(gòu) 電刷：仍然要與中軸導(dǎo)體相連，為此，實(shí)際位 置在極軸處。 二：幾個(gè)基本關(guān)系 元件：繞組的基本單元（頭尾分別 接在兩個(gè)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(wú)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(gè)元 件的匝數(shù) （ 3）若一個(gè)槽內(nèi)只放上下一個(gè)元件邊，則槽 數(shù) Ze=元件數(shù) S=換向片數(shù) K 若 C個(gè)槽（虛槽）合編成一個(gè)槽（實(shí)） 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(lái)表示） 1y 2 Z p =0 整距 長(zhǎng)距 短距 （ 2）合成節(jié)距 Y 緊相串聯(lián)的元件對(duì)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(jì)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(hào) 2. 按極數(shù)等分元件邊（槽） 3. 按 y1畫出后端接（結(jié)構(gòu)對(duì)稱） 4. 按 y2畫出前端接（結(jié)構(gòu)對(duì)稱） 5. 畫出換相片（對(duì)應(yīng)編號(hào)） 6. 畫出電刷位置（極軸線上） 標(biāo)明電刷極性 （按發(fā)電機(jī)） 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(jī) 2-1 直流發(fā)電機(jī)的感應(yīng)電勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩 一、感應(yīng)電勢(shì)公式 感應(yīng)電勢(shì)： =電刷間的電樞電勢(shì) = 一個(gè)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(shì) = 電機(jī)總導(dǎo)體數(shù) S-元件數(shù)； - 一個(gè)元件的匝數(shù) 一個(gè)并聯(lián)支路內(nèi)串聯(lián)導(dǎo)體數(shù) ； a 并聯(lián)支 路對(duì)數(shù) 平均電勢(shì)： 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(shì)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(jī)每極磁通 保持不變時(shí)，電樞電 勢(shì) 與轉(zhuǎn)速成正比。 說(shuō)明 1）該公式是在空載時(shí)推導(dǎo)出來(lái)的，負(fù)載 后 有所變化。故公式中的 應(yīng)該用負(fù)載時(shí) 的氣隙磁場(chǎng)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(duì)發(fā)電機(jī)而言是向外供電的正電勢(shì)， 對(duì)于電動(dòng)機(jī)而言屬于反電勢(shì)。 4）若要改變 的方向，可改變電樞旋轉(zhuǎn)方

27、向 或改變磁場(chǎng)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(chǎng)作用產(chǎn)生 電動(dòng)機(jī) 拖動(dòng)負(fù)載的轉(zhuǎn)矩（ M與 n方向一致） 發(fā)電機(jī) 反轉(zhuǎn)矩 (與原動(dòng)機(jī)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(shí)，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(jī)的磁場(chǎng)和電樞反應(yīng) 一、空載時(shí)：只存在主極磁勢(shì)，在氣隙中產(chǎn)生 的帽形磁密。 負(fù)載后：出現(xiàn)了電樞磁勢(shì) 電樞繞組通過(guò)電 樞直流

28、電流產(chǎn)生。 電樞反應(yīng)：電樞磁勢(shì)對(duì)氣隙磁場(chǎng)分布的影響。 二、電樞磁勢(shì) 1.電樞磁勢(shì) 在氣隙中的分布 假設(shè) 忽略鐵心磁位降（電樞磁勢(shì)主要降在兩個(gè)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(diǎn)： 極軸處：電樞磁勢(shì) =0（包圍電流?。?中軸處：電樞磁勢(shì) =最大 從極軸處到中軸處電樞磁勢(shì)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(diǎn)： 極軸處：電樞磁勢(shì) =0（包圍電流?。?中軸處：電樞磁勢(shì) = 最大 從極軸處到中軸處 電樞磁勢(shì)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(shì) （幅值）公式 導(dǎo)體中（支路中）的電流 一個(gè)極下的導(dǎo)體數(shù) = 電樞線負(fù)載 A 電樞圓周單位長(zhǎng)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(zhǎng) 度 ()sD 電 樞 外 徑 sF 8 4 2 2sss N I N I AF aP aP 3、電樞磁勢(shì)對(duì)氣隙磁場(chǎng)的影響 空載時(shí)：只有直流勵(lì)磁磁勢(shì)產(chǎn)生的氣隙磁密 帽形 負(fù)載后：出現(xiàn)了電樞磁勢(shì)

30、（三角波） 由 產(chǎn)生的氣隙磁密 ，其特點(diǎn)：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(gè)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(duì)一個(gè)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(gè)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(duì)象：電樞反應(yīng)的交軸分量和直軸分量 對(duì)主極磁勢(shì)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(duì)主極磁場(chǎng)的影響： s sqFF sd F sqF sqF 使主極磁場(chǎng)發(fā)生畸變 對(duì)主極磁場(chǎng)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(jī) 為例） 順轉(zhuǎn)向偏離幾何中性線 角（相當(dāng)于電樞表面移動(dòng)了 b厘 米） 作用：

32、 a、 的軸線與主極磁場(chǎng)軸線重合，且方向相反， 所以對(duì)于發(fā)電機(jī)若順轉(zhuǎn)向移動(dòng)電刷，則 起去磁 作用，發(fā)電機(jī)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(dòng)：則 與主極磁場(chǎng)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(dòng)電刷， 若端電壓下降，則逆轉(zhuǎn)向移動(dòng)電刷。 準(zhǔn)確位置 :正反轉(zhuǎn)時(shí)，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(duì)交軸磁勢(shì)的解決辦法） 適當(dāng)改變主極的勵(lì)磁電流，以補(bǔ)償電樞反應(yīng)的去磁作用 在主極極面上加裝“補(bǔ)償繞組” 抵消電樞磁勢(shì)（自 動(dòng)化） 結(jié)構(gòu)上：補(bǔ)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(bǔ)償繞組與電樞繞組串聯(lián)，適當(dāng)設(shè)計(jì)補(bǔ)償繞組匝 數(shù)使 = BF sqF BF sqF I S 補(bǔ) 償 NS BF sqF 2-3 直流電機(jī)換向的一般概念 換向：電樞繞組的每一個(gè)元件依次從一條支路經(jīng)過(guò)電 刷進(jìn)入另一條支路，此時(shí)元件中的電流要隨著改變 方向，這一現(xiàn)象和過(guò)程稱為換向。 比如：元件“ 4”在上一支路電流是從流向進(jìn)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(shì)

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(jī)運(yùn)行帶 來(lái)不利影響。 三、換向極的作用 換向極產(chǎn)生附加電勢(shì) 去抵消換向元件中的電 抗電勢(shì) 從而使換向元件中合成電勢(shì)為 0，從 而改善電機(jī)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(jī)的基本平衡關(guān)系 一 、電壓平衡關(guān)系（以并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)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(lì)磁回路總電阻 注意： 是發(fā)電機(jī) 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(lì)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(jī)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(chǎng)脈振引起損耗， 電樞反應(yīng)使磁場(chǎng)畸變使鐵耗增加，電樞拉緊軸桿在 磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)時(shí)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(dòng)機(jī)產(chǎn)生的輸入轉(zhuǎn)矩 決定： 轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度 ， 方向一致（發(fā)電機(jī)時(shí)） 由左手定則決定，發(fā)電機(jī)時(shí) M正好與 反向，屬于制動(dòng)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(jī)的運(yùn)行特性 一他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的特性 1.空載特性：當(dāng) 時(shí)， ， 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(wú)論是并勵(lì)還是 串勵(lì)發(fā)電機(jī)的 都要改為他勵(lì)來(lái)測(cè)取， 否則無(wú)法實(shí)現(xiàn)空載。 0 ()fU f I enn 0 ()fU f I0sI 測(cè)取 的步驟： 1、調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)（實(shí)驗(yàn)室一般采用并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)作為 原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)直流發(fā)電機(jī)）的轉(zhuǎn)速，使 并保 持不變。 2、調(diào)節(jié)勵(lì)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(cè)取每一點(diǎn)的 所對(duì)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(shuō)明： (1)由于剩磁所在，當(dāng) =0時(shí) （ 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(jī)最基本的磁化曲線 作為設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí)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(shí)， 的 關(guān)系曲線 現(xiàn)象： 原因： 1.電路上 2.磁路上：當(dāng) 不變時(shí) 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(shí)質(zhì)：空載 滿

39、載時(shí)電壓變化 一般允許 （ 2）當(dāng)負(fù)載電阻 =0時(shí)，出現(xiàn)短路電流 因?yàn)?很小， Isk=(1230)Ie（危險(xiǎn)） 辦法： 加裝保護(hù)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(duì)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(lì)直

40、流發(fā)電機(jī)的自勵(lì)過(guò)程及特性 1、并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)電壓建立的物理過(guò)程 并勵(lì)：勵(lì)磁繞組兩端與電樞繞組兩端并聯(lián)，勵(lì)磁 電流取自發(fā)電機(jī)本身，不需要其他直流電源供 電。 勵(lì)磁繞組電阻 勵(lì)磁回路電阻 fr f f pR r r 兩個(gè)關(guān)系： 磁路上 Es=Uo= 電路上 ()ffI f f sU I U E 過(guò)程：主磁極有剩磁（ 剩） 電樞旋轉(zhuǎn) 感應(yīng) 剩 供給起始勵(lì)磁電流 產(chǎn)生磁場(chǎng)加 強(qiáng)剩磁 到達(dá)空載特 性曲線與場(chǎng)阻線 OP的交點(diǎn) P才能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定 場(chǎng)阻線 OP： 不變， 直線關(guān)系 說(shuō)明： OP：是以勵(lì)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(chǎng)阻 ) 此時(shí) 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(lì)磁電流產(chǎn)生磁場(chǎng)必須加強(qiáng)剩磁 （ 3） 與 要有交點(diǎn)（勵(lì)磁回路斷開 時(shí) 即無(wú)交點(diǎn)，電壓不能建立） 3、不能建立電壓的原因和解決辦法 （ 1） =0，無(wú)剩磁（電機(jī)多年不用造成） 加 直流重新充磁 加強(qiáng)勵(lì)磁時(shí) 聯(lián)接錯(cuò)誤，出現(xiàn)剎磁 辦法： 1、改變電樞與勵(lì)磁繞組的相對(duì)聯(lián)接，比如將勵(lì) 磁繞組的兩個(gè)頭調(diào)換。 2、改變?cè)瓌?dòng)機(jī)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(shí)使用 （ 3）、

42、加強(qiáng)勵(lì)磁后 無(wú)變化 勵(lì)磁回磁斷開 造成，解決辦法是停機(jī)查線 （ 4）、穩(wěn)定點(diǎn)電壓太低 sE剩 轉(zhuǎn) 速 太 低 增 大 轉(zhuǎn) 速 場(chǎng) 阻 太 大 ， 減 小 串 接 電 阻 r 4、并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的外特性 條件： n=ne 常數(shù) 研究 U=f(I) 關(guān)系： 特點(diǎn)： 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(gè)原因他勵(lì)機(jī)也存在） (2)穩(wěn)態(tài)短路電流不大 但要注意兩點(diǎn)，即突然短路

43、過(guò)程中仍然出現(xiàn)危險(xiǎn)： 穩(wěn)態(tài)短路過(guò)程中，電流要經(jīng)過(guò)電流 = ， 致使電機(jī)出現(xiàn)環(huán)火，不允許。（ 有電感， 不 能馬上為 0） 考慮過(guò)渡過(guò)程： U=0瞬間，磁場(chǎng)不等于 0，即 Es較大， Ik=(8 12)Ie也危險(xiǎn)。 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(shì) 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(jī) 的 端 電 壓 較 高 時(shí) 較 大 磁 路 飽 和 這 時(shí) 候 若

44、變 化 不 大 故 第 一 種 趨 勢(shì) 占 主 要 地 位 當(dāng) 電 機(jī) 的 端 電 壓 較 低 時(shí) ， 較 小 ， 磁 路 不 飽 和 ， 下 降 更 多 ， 所 以 第 二 種 趨 勢(shì) 占 主 要 地 位 。 三、串勵(lì)直流發(fā)電機(jī)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(chǎng) 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(lì)直流發(fā)電機(jī)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(lì)直流發(fā)電機(jī)的外特性 復(fù)勵(lì)外特性 =串勵(lì)和并勵(lì)外特性的組合（視連接成分而定

46、） 積復(fù)勵(lì) =并勵(lì) +串勵(lì) 平復(fù)勵(lì) 在額定負(fù)載時(shí)，串勵(lì)補(bǔ)償了因負(fù)載引起的電壓降 U0=滿載電壓 過(guò)復(fù)勵(lì) 串場(chǎng)太強(qiáng)，使 U0滿載電壓 欠復(fù)勵(lì) 串場(chǎng)太弱，使 U0滿載電壓 差復(fù)勵(lì) =并勵(lì) 串勵(lì) 即：串勵(lì)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(jī) 第三章 直流電動(dòng)機(jī) 同一臺(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 3 1 電機(jī)的可逆原理 圖：電機(jī)可逆原理示意圖 sI sE s i 1Mn MfI U sI si sE nMfI 發(fā)電機(jī)時(shí) 減小 M1 電動(dòng)機(jī)時(shí) 端電壓 輸出正的電功率 發(fā)電機(jī)狀態(tài) M1 M，輸出電功率 無(wú)能量轉(zhuǎn)換 條件：進(jìn)一步減 小 輸入轉(zhuǎn)矩 M與 n方向

47、一致 拖動(dòng)電機(jī)， 電能 機(jī)械能 電動(dòng)機(jī)狀態(tài) 1 0， 輸出機(jī)械功率 ,sUE ssEI與 同 方 向 M s sP E I 1MM與 反 向 機(jī) 械 能 電 能 ,sUE 1M 撤 出 原 動(dòng) 機(jī) ,sUE端 電 壓 ssEI與 反 向 M s sP E I 物理過(guò)程：減小原動(dòng)機(jī)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(dòng) 機(jī)無(wú) 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(dòng) 轉(zhuǎn) 矩 電 動(dòng) 機(jī) 狀 態(tài) 3 2 直流電動(dòng)機(jī)的平衡關(guān)系（以并勵(lì)電 動(dòng)機(jī)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(jī) 械 功 率 總 損 耗 三轉(zhuǎn)矩平衡 空載時(shí)： 負(fù)載后 ： 2M 輸 出 轉(zhuǎn) 矩 （ 制 動(dòng) 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(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性 一并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 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(shí) ， 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(lì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨負(fù)載（ ）變化 不大 硬特性 優(yōu)點(diǎn)：適用于要求轉(zhuǎn)速恒定的場(chǎng)合。缺點(diǎn)：不 能過(guò)載。 sI 0ne sIseI0 電 樞 反 應(yīng) 去 磁 注意：并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁回路不能斷開 輕載時(shí)： 重載時(shí)： 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(shí) ， 稍 有 下 降 剩因 = （ 很 小 ） n 飛 速 損 壞 電 機(jī) 2M M M 剩因 很 小 ， 停 轉(zhuǎn) ， 可 能 燒 壞 電 機(jī) eM sIseI0 電 樞 反 應(yīng) 去 磁 3機(jī)械特性 公式推導(dǎo)： 是一條略為下降的直線 自然機(jī)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(lì) 時(shí) 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(wú)附加電阻 Rt， 即 Rt=0時(shí)的機(jī)械特性 考慮到電樞反應(yīng)的去磁，當(dāng) Is較大時(shí)， 相對(duì)較小 曲線略微上翹 人為機(jī)械特性 ：電樞回路串入附加電阻 Rt 設(shè)： 特點(diǎn)：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(lì)直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)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(diǎn) ： 公 式 推 導(dǎo) ： 串 場(chǎng) 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(shí) ： 即 較 小 時(shí) ， 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(shí) ： 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(lì)直流電動(dòng)機(jī)不能空載，否則“飛速” 2）串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的串勵(lì)繞組不能過(guò)多“旁路”，因 為過(guò)多旁路會(huì)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(shí) ： = 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(diǎn) ： 過(guò) 載 能 力 強(qiáng) （ ） 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(jī) 械 特 性 ， 條 件 公 式 推 導(dǎo) ： ） 當(dāng) 磁 路 不 飽 和 時(shí) ： = 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(shí) ， 為 雙 曲 線 ） 磁 路 飽 和 時(shí) ， = 常 數(shù) , 顯 然 ， 為 一 條 下 降 直 線 串勵(lì)直流電

57、動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)： 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩越大，過(guò)載能力越強(qiáng) 具有恒功特性 輕載和重載時(shí)輸出功率基本相等。 解釋： 輕載時(shí)： n高，低 n高 * 低 重載時(shí)：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(diǎn)：）充分利用電動(dòng)機(jī)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(shí)：要求 M大， n自動(dòng)降下來(lái)，列車能上去 如“牛”慢行 比如下坡時(shí)：要求 M小， n自動(dòng)升起來(lái)，列車如“馬” 飛奔 三復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性 1轉(zhuǎn)速特性 積復(fù)勵(lì)磁場(chǎng) =并勵(lì)磁場(chǎng) +串勵(lì)磁場(chǎng) 特性：介于并、串勵(lì)特性之間。 串勵(lì)為主，并勵(lì)為輔 優(yōu)點(diǎn)：具有串勵(lì)

58、機(jī)的牛馬特性，且在空載 時(shí)不會(huì)“飛速”； 并勵(lì)為主、串勵(lì)為輔 優(yōu)點(diǎn)：具有硬特性，且過(guò)載能力強(qiáng) 差復(fù)勵(lì) =并勵(lì)磁場(chǎng)串勵(lì)磁場(chǎng) 特點(diǎn)： 轉(zhuǎn)矩特性 設(shè)計(jì)中對(duì)積復(fù)勵(lì)考慮 之前： 積復(fù)勵(lì)的 串勵(lì) 其 串勵(lì) 并勵(lì) 并勵(lì)； 之后： 積復(fù)勵(lì)的 并勵(lì) 其 并勵(lì) 串勵(lì) 串勵(lì)； 一般：串勵(lì)只占 sIn ()sM f I seI seI (5 1 0 )% 第四章 直流電動(dòng)機(jī)的電 力拖動(dòng)基礎(chǔ) 4 1電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式 一電力拖動(dòng) 用各種電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)系 統(tǒng) 關(guān)鍵：掌握電動(dòng)機(jī)的特性和被拖動(dòng)的負(fù)載的特性。 二直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng) 直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)（例如直線電機(jī)拖動(dòng)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(dòng) ） F z 阻 力 V 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)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(dòng) 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(dòng) 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(shí) 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(jī)構(gòu)及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)參數(shù)的折算 一實(shí)際拖動(dòng)系統(tǒng)與等效拖動(dòng)系統(tǒng) 實(shí)際拖動(dòng)系統(tǒng) 特點(diǎn)：轉(zhuǎn)軸有多根（多級(jí)傳動(dòng)） 各軸上有本身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及轉(zhuǎn) 速?gòu)亩谐雒扛S的運(yùn)動(dòng)方 程及相互聯(lián)系的運(yùn)動(dòng)方程聯(lián)立 求解，才能了解負(fù)載的運(yùn)動(dòng)狀 況 太復(fù)雜。 M M z dJ 11J 2J 2 zzJ 負(fù) 載 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 等效系統(tǒng) 以電動(dòng)機(jī)軸為研究對(duì)象，把實(shí)際拖動(dòng)系統(tǒng)等效為單軸 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng) 等效原則：系統(tǒng)傳送的功率及儲(chǔ)存的動(dòng)能不變 優(yōu)點(diǎn)：僅研究一根軸的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，從而大大簡(jiǎn)化了計(jì) 算 辦法：把傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和工作機(jī)構(gòu)的參數(shù)折算到電動(dòng)機(jī)軸 上 比

62、如：工作機(jī)構(gòu)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 ，直線運(yùn)動(dòng)時(shí)的 各軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 都要折算到電動(dòng)機(jī)軸上進(jìn)行計(jì)算 zM zM zF 1 2 3J J J、 、 二工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩 的折算 原則： 系統(tǒng)傳遞的功率不變（把傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的損 耗在效率中考慮） 電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)負(fù)載時(shí)：電動(dòng)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(jí) 齒 輪 速 比 電 動(dòng) 機(jī) 傳 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 工 作 機(jī) 構(gòu) p1P 2P zM z zM 12 21 1 1

63、nZ j nZ j j 齒 輪 傳 動(dòng) ： 若 ， 轉(zhuǎn) 速 降 低 低 速 若 ， 高 速 （ 比 如 離 心 機(jī) ） 圖：齒輪傳動(dòng) 發(fā)電機(jī)制動(dòng)狀態(tài)時(shí) 工作機(jī)構(gòu)拖動(dòng)電動(dòng) 機(jī) 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(dòng) 機(jī) 傳 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 工 作 機(jī) 構(gòu) p1P 2P zM z z M 三工作機(jī)構(gòu)直線作用力的折算 起重機(jī)、 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(dòng) 機(jī) 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(dòng) 機(jī) m g zG z F zV zM 發(fā)電機(jī)狀態(tài) 工作機(jī)構(gòu)拖動(dòng)電機(jī)（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(shí) （ 負(fù) 值 ） 說(shuō)明：工作機(jī)構(gòu)的下降功率不足以克服傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的功 率損耗，要下落必須電動(dòng)機(jī)幫忙（反向轉(zhuǎn)動(dòng)） 好處：比如電梯，由于設(shè)計(jì)時(shí)有意使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)損耗大， 故提升效率 .，這個(gè)代價(jià)才能保證突然斷電 時(shí)電梯無(wú)法下降（ ），以保證人

65、的生命安 全 c c 四傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和工作機(jī)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(dòng) 機(jī) 構(gòu) ） + 工 作 機(jī) 構(gòu) 折 算 到 電 動(dòng) 機(jī) 軸 上 的 折 算 原 則 ： 系 統(tǒng) 儲(chǔ) 能 的 動(dòng) 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(jī)構(gòu)直線運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的折算 以 運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量 折算到電動(dòng)機(jī)軸上可 用一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 的轉(zhuǎn)動(dòng)體與之等效 折算原則 儲(chǔ)存動(dòng)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(dòng) 機(jī) m g zG z F zV zM 電 動(dòng) 機(jī) 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(jī)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(wú)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(dòng) 機(jī) 正 轉(zhuǎn) 時(shí) ： = 反 向 ， 定 義 電 動(dòng) 機(jī) 反 轉(zhuǎn) 時(shí) ： = 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(wú)論提