電機拖動基礎(chǔ)(現(xiàn)用)

1、2021-4-29電機與拖動基礎(chǔ)1 2021-4-29電機與拖動基礎(chǔ)2 2021-4-29電機與拖動基礎(chǔ)3 1、王毓東編電機學(xué)上、下，浙江大 學(xué)出版社 2、顧繩谷編電機及拖動基礎(chǔ)，機械 工業(yè)出版社 3、唐介編電機與拖動，高等教育出 版社 4、許建國編電機與拖動基礎(chǔ)，高等 教育出版社 2021-4-29電機與拖動基礎(chǔ)4 三、本課程學(xué)習(xí)內(nèi)容：三、本課程學(xué)習(xí)內(nèi)容： 變壓器、直流機、異步機、同步機變壓器、直流機、異步機、同步機 掌握內(nèi)容：掌握內(nèi)容： 1）工作原理）工作原理 2）電磁力分析）電磁力分析 3）特性及應(yīng)用）特性及應(yīng)用 2021-4-29電機與拖動基礎(chǔ)5 2021-4-29電機與拖動基礎(chǔ)6 2

2、021-4-29電機與拖動基礎(chǔ)7 2021-4-29電機與拖動基礎(chǔ)8 2021-4-29電機與拖動基礎(chǔ)9 2、驅(qū)動生產(chǎn)機械、驅(qū)動生產(chǎn)機械 磁懸浮列車磁懸浮列車 大型車床大型車床 2021-4-29電機與拖動基礎(chǔ)10 2021-4-29電機與拖動基礎(chǔ)11 電力拖動系統(tǒng)動力學(xué)電力拖動系統(tǒng)動力學(xué) 1.11.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程式電力拖動系統(tǒng)的運動方程式 電力拖動系統(tǒng)一般是由電動機、生產(chǎn)機械的傳動機構(gòu)、工作機構(gòu)、控電力拖動系統(tǒng)一般是由電動機、生產(chǎn)機械的傳動機構(gòu)、工作機構(gòu)、控 制設(shè)備和電源組成。制設(shè)備和電源組成。 電力拖動系統(tǒng)組成電力拖動系統(tǒng)組成 機械特性表明電動機內(nèi)部轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，生產(chǎn)機械

3、的負(fù)載轉(zhuǎn)機械特性表明電動機內(nèi)部轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，生產(chǎn)機械的負(fù)載轉(zhuǎn) 矩特性表明負(fù)載的性能，要研究整個電力拖動系統(tǒng)，必須研究電動機和負(fù)載矩特性表明負(fù)載的性能，要研究整個電力拖動系統(tǒng)，必須研究電動機和負(fù)載 之間的運動規(guī)律之間的運動規(guī)律電力拖動系統(tǒng)的運動方程式。電力拖動系統(tǒng)的運動方程式。 1. .單軸電力拖動系統(tǒng)單軸電力拖動系統(tǒng) 電動機轉(zhuǎn)軸與生產(chǎn)機械的工作機構(gòu)直電動機轉(zhuǎn)軸與生產(chǎn)機械的工作機構(gòu)直 接相連，工作機構(gòu)是電動機的負(fù)載。接相連，工作機構(gòu)是電動機的負(fù)載。 dt dnGD dt d J L TT 375 2 60 2 , 4 2 4 2 2 n g GDD g G mJ 單軸電力拖動系統(tǒng)單軸電力

4、拖動系統(tǒng) T 為電動機的電磁轉(zhuǎn)矩為電動機的電磁轉(zhuǎn)矩(N m)， TL 為電動機的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為電動機的負(fù)載轉(zhuǎn)矩(N m)， J 為電動機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量為電動機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量(kg m2)， 為電動機的角速度為電動機的角速度(rad/s), D 為系統(tǒng)轉(zhuǎn)動部分的回轉(zhuǎn)直徑為系統(tǒng)轉(zhuǎn)動部分的回轉(zhuǎn)直徑(m), m 為系統(tǒng)轉(zhuǎn)動部分的質(zhì)量為系統(tǒng)轉(zhuǎn)動部分的質(zhì)量(kg), )2/(604375 g是具有加速度量綱的系數(shù)，單位為是具有加速度量綱的系數(shù)，單位為 mmins 。 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 dt dn dt dn dt dn L TT 動轉(zhuǎn)矩動轉(zhuǎn)矩 系統(tǒng)處于加速；系統(tǒng)處于加速； 恒

5、速或靜止，穩(wěn)定運轉(zhuǎn)狀態(tài)；恒速或靜止，穩(wěn)定運轉(zhuǎn)狀態(tài)； 系統(tǒng)減速系統(tǒng)減速 為系統(tǒng)轉(zhuǎn)動部分的回轉(zhuǎn)半徑為系統(tǒng)轉(zhuǎn)動部分的回轉(zhuǎn)半徑(m), g=9.81m/s2 為重力加速度為重力加速度, G 為系統(tǒng)轉(zhuǎn)動部分的重力為系統(tǒng)轉(zhuǎn)動部分的重力(N), GD2 為轉(zhuǎn)動部分的飛輪矩為轉(zhuǎn)動部分的飛輪矩(Nm2), 實際的電力拖動系統(tǒng)，大多數(shù)是電動機通過傳動機構(gòu)與工作機實際的電力拖動系統(tǒng)，大多數(shù)是電動機通過傳動機構(gòu)與工作機 構(gòu)相連的多軸電力拖動系統(tǒng)。構(gòu)相連的多軸電力拖動系統(tǒng)。 研究多軸電力拖動系統(tǒng)時，需要對每根軸分別寫出運動方程式研究多軸電力拖動系統(tǒng)時，需要對每根軸分別寫出運動方程式 并聯(lián)立求解，最后得出電力拖動系統(tǒng)的運

6、動規(guī)律，顯然比較麻煩。并聯(lián)立求解，最后得出電力拖動系統(tǒng)的運動規(guī)律，顯然比較麻煩。 21 , 2 , 1 jj f n n j f n b n j b n n j 等效是指拖動系統(tǒng)在折算前和折算后的功率等效是指拖動系統(tǒng)在折算前和折算后的功率 及儲存動能保持不變，即等效單軸系統(tǒng)應(yīng)與實際及儲存動能保持不變，即等效單軸系統(tǒng)應(yīng)與實際 的多軸系統(tǒng)具有相等的機械功率和動能。的多軸系統(tǒng)具有相等的機械功率和動能。 實用工程計算：采用筒化多軸電實用工程計算：采用筒化多軸電 力拖動系統(tǒng)的分析計算，將負(fù)載力拖動系統(tǒng)的分析計算，將負(fù)載 轉(zhuǎn)矩與系統(tǒng)飛輪矩折算到電動機轉(zhuǎn)矩與系統(tǒng)飛輪矩折算到電動機 軸上，變多軸系統(tǒng)為等效的單

7、軸軸上，變多軸系統(tǒng)為等效的單軸 系統(tǒng)。系統(tǒng)。 多軸電力拖動系統(tǒng)的簡化多軸電力拖動系統(tǒng)的簡化 1.2多軸電力拖動系統(tǒng)的簡化計算多軸電力拖動系統(tǒng)的簡化計算 1.2.1工作機構(gòu)為轉(zhuǎn)動情況時，轉(zhuǎn)矩與飛輪矩的折算工作機構(gòu)為轉(zhuǎn)動情況時，轉(zhuǎn)矩與飛輪矩的折算 1.轉(zhuǎn)矩的折算轉(zhuǎn)矩的折算 多軸電力拖動系統(tǒng)中多軸電力拖動系統(tǒng)中: F T ff T j f T n f n f T ff T F T 工作機構(gòu)折算前的機械功率工作機構(gòu)折算前的機械功率=工作機構(gòu)折算后的機械功率工作機構(gòu)折算后的機械功率 f為工作機構(gòu)轉(zhuǎn)軸的角速度；為工作機構(gòu)轉(zhuǎn)軸的角速度； Tf為工作機構(gòu)的實際負(fù)載轉(zhuǎn)矩；為工作機構(gòu)的實際負(fù)載轉(zhuǎn)矩； 為電動機軸的

8、角速度；為電動機軸的角速度； TF為工作機構(gòu)負(fù)載轉(zhuǎn)矩折算到電動為工作機構(gòu)負(fù)載轉(zhuǎn)矩折算到電動 機軸上的折算值；機軸上的折算值； 為傳動機構(gòu)總的速比，寫成一為傳動機構(gòu)總的速比，寫成一 般形式為般形式為 等于各級速比乘等于各級速比乘 積；積； , 321 jjjj f n n j 考慮傳動機構(gòu)的傳動效率：考慮傳動機構(gòu)的傳動效率： T j f T j f T F T 式 中式 中 為 傳 動 機 構(gòu) 總 效 率 ， 等 于 各 級 傳 動 效 率 乘為 傳 動 機 構(gòu) 總 效 率 ， 等 于 各 級 傳 動 效 率 乘 積，積， ； 傳動機構(gòu)轉(zhuǎn)矩?fù)p耗：傳動機構(gòu)轉(zhuǎn)矩?fù)p耗： 321 j f T j f T

9、 j f T F TT 由于負(fù)載是由電動機拖動的，電磁轉(zhuǎn)矩為拖動性轉(zhuǎn)矩，由于負(fù)載是由電動機拖動的，電磁轉(zhuǎn)矩為拖動性轉(zhuǎn)矩， T 是由電動機負(fù)擔(dān)。是由電動機負(fù)擔(dān)。 2飛輪矩的折算飛輪矩的折算 飛輪矩用于表征運動物體機械慣性的大??；飛輪矩用于表征運動物體機械慣性的大??； 2 60 2 4 2 2 1 2 2 1 n g GD J 工作機構(gòu)轉(zhuǎn)軸的飛輪矩為工作機構(gòu)轉(zhuǎn)軸的飛輪矩為 ， 動能為動能為: 2 f GD 2 60 2 4 2 2 1 2 2 1 f n g f GD f f J 折合到電動機軸上的飛輪矩折合到電動機軸上的飛輪矩 為為 ，折算后其動能為，折算后其動能為: 2 F GD 2 60 2

10、 4 2 2 1 2 2 1 n g F GD F J 折算的原則是折算前后該軸的折算的原則是折算前后該軸的 動能不變，即動能不變，即 2 60 2 4 2 2 1 2 60 2 4 2 2 1 n g F GD f n g f GD 化簡后得到負(fù)載軸上飛輪矩的折算公式化簡后得到負(fù)載軸上飛輪矩的折算公式: 2 2 2 )( 2 2 j f GD f n n f GD F GD 旋轉(zhuǎn)物體的動能為旋轉(zhuǎn)物體的動能為: 傳動機構(gòu)中還有轉(zhuǎn)速為傳動機構(gòu)中還有轉(zhuǎn)速為 nb 的的 軸，其軸上各部分的總飛輪軸，其軸上各部分的總飛輪 矩實際值為矩實際值為 ,動能是動能是: 2 b GD 2 60 2 4 2 2

11、1 b n g b GD 折合到電動機軸上以后的飛折合到電動機軸上以后的飛 輪矩為輪矩為 ，其動能為，其動能為: 2 B GD 2 60 2 4 2 2 1 n g B GD 根據(jù)折算前后該軸動能不變的原則有根據(jù)折算前后該軸動能不變的原則有: 2 60 2 4 2 2 1 2 60 2 4 2 2 1 n g B GD b n g b GD 2 1 2 2 )( 2 2 j b GD b n n b GD B GD 飛輪矩折算時，其折算值為實際值除以速比的平方，飛輪矩折算時，其折算值為實際值除以速比的平方，(注意不同轉(zhuǎn)注意不同轉(zhuǎn) 速的軸其速比也不一樣。速的軸其速比也不一樣。) 2 )1( 2

12、) 21 ( 2 2 1 2 2 2 )( 2 2 )( 2 22 a GD jj f GD j b GD a GD f n n f GD b n n b GD a GDGD 寫成一般形式為寫成一般形式為: 2 2 2 ) 21 ( 2 2 1 2 2 2 )( 2 2 )( 2 2 )( 2 22 j f GD jj c GD j b GD a GD f n n f GD c n n c GD b n n b GD a GDGD 一般地說，傳動機構(gòu)各軸以及工作機構(gòu)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速要比電動機軸的轉(zhuǎn)一般地說，傳動機構(gòu)各軸以及工作機構(gòu)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速要比電動機軸的轉(zhuǎn) 速低，飛輪矩的折算與轉(zhuǎn)速比平方成反比；盡管

13、可能有多根軸，但它速低，飛輪矩的折算與轉(zhuǎn)速比平方成反比；盡管可能有多根軸，但它 們的飛輪矩折算到電動機軸上后數(shù)值不大，是系統(tǒng)總飛輪矩的次要部們的飛輪矩折算到電動機軸上后數(shù)值不大，是系統(tǒng)總飛輪矩的次要部 分分(20-30%)；電動機轉(zhuǎn)子本身的飛輪矩是系統(tǒng)總飛輪矩中的主要部分；電動機轉(zhuǎn)子本身的飛輪矩是系統(tǒng)總飛輪矩中的主要部分 (70-80%)。 從上面分析的結(jié)果可以得到整個電力拖動系統(tǒng)折算到電動機軸從上面分析的結(jié)果可以得到整個電力拖動系統(tǒng)折算到電動機軸 上的總飛輪矩為上的總飛輪矩為: 一般地說，一般地說， 傳動機構(gòu)各軸以及工作機構(gòu)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速要比電動機軸的轉(zhuǎn)速低，傳動機構(gòu)各軸以及工作機構(gòu)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速要

14、比電動機軸的轉(zhuǎn)速低， 飛輪矩的折算與轉(zhuǎn)速比平方成反比；飛輪矩的折算與轉(zhuǎn)速比平方成反比； 盡管可能有多根軸，但它們的飛輪矩折算到電動機軸上后數(shù)值盡管可能有多根軸，但它們的飛輪矩折算到電動機軸上后數(shù)值 不大，是系統(tǒng)總飛輪矩的次要部分不大，是系統(tǒng)總飛輪矩的次要部分 (20-30%)； 電動機轉(zhuǎn)子本身的飛輪矩是系統(tǒng)總飛輪矩中的主要部分電動機轉(zhuǎn)子本身的飛輪矩是系統(tǒng)總飛輪矩中的主要部分(70- 80%)。 例題例題11 (Pg4) 已知飛輪矩已知飛輪矩 GDa2=14.5 Nm，GDb2=18.8 Nm，GDf2=120 Nm，傳，傳 動效率動效率 1 =0.91, 2 =0.93, 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩Tf =85

15、 Nm，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速n =2450rmin，nb =810rmin， nf=150rmin，忽略電動機空載轉(zhuǎn)矩，忽略電動機空載轉(zhuǎn)矩， 求：求：(1)折算到電動機軸上的系統(tǒng)總飛輪矩折算到電動機軸上的系統(tǒng)總飛輪矩GD2； (2)折算到電動機軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩折算到電動機軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TF。 解解: (1)系統(tǒng)總飛輪矩系統(tǒng)總飛輪矩: (2)負(fù)載轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩 : 2 21 mN 15. 6 93. 091. 0 150 2450 85 f f F n n T T 22 2 222 2 2 2 22 mN 005.175 .14)172. 11 ()1 ( mN 005.1745. 0055. 25 .14

16、) 150 2450 ( 120 ) 810 2450 ( 8 .18 5 .14 )()( a f f b b a GD n n GD n n GD GDGD 1.2.21.2.2工作機構(gòu)為平移運動時，轉(zhuǎn)矩與飛輪矩的折算工作機構(gòu)為平移運動時，轉(zhuǎn)矩與飛輪矩的折算 有些生產(chǎn)機械，如橋式起重機的起重小車、龍門刨床等，有些生產(chǎn)機械，如橋式起重機的起重小車、龍門刨床等， 它們的工作機構(gòu)作平移運動。它們的工作機構(gòu)作平移運動。 刨床電力拖動系統(tǒng)：刨床電力拖動系統(tǒng)： 電動機經(jīng)多級齒輪變速電動機經(jīng)多級齒輪變速 后，用齒輪、齒條把旋后，用齒輪、齒條把旋 轉(zhuǎn)運動變成工作臺的平轉(zhuǎn)運動變成工作臺的平 移運動。切削時工

17、件與移運動。切削時工件與 工作臺一起以速度工作臺一起以速度V移移 刨床電力拖動示意圖刨床電力拖動示意圖 動，刨刀固定不動。作用在工件上的切削力為動，刨刀固定不動。作用在工件上的切削力為F，電動機，電動機 的轉(zhuǎn)速為的轉(zhuǎn)速為n，傳動機構(gòu)效率為，傳動機構(gòu)效率為 。 把這種多軸系統(tǒng)等效成單軸系統(tǒng)，須將切削力及平移運動部把這種多軸系統(tǒng)等效成單軸系統(tǒng)，須將切削力及平移運動部 件的質(zhì)量折算到電動機軸上的等效轉(zhuǎn)矩件的質(zhì)量折算到電動機軸上的等效轉(zhuǎn)矩 TF 及等效飛輪矩及等效飛輪矩 GDF2。 1.轉(zhuǎn)矩的折算轉(zhuǎn)矩的折算 工作機構(gòu)為平移運動時，切削功率為工作機構(gòu)為平移運動時，切削功率為: 根據(jù)功率平衡關(guān)系則有根據(jù)功

18、率平衡關(guān)系則有: FvP Fv F T 電動機軸上的等效轉(zhuǎn)矩電動機軸上的等效轉(zhuǎn)矩: n Fv n FvFv F T55. 9 60 2 傳動機構(gòu)的轉(zhuǎn)矩?fù)p耗傳動機構(gòu)的轉(zhuǎn)矩?fù)p耗: F T F T T mN r/min, m/s, N, F TnvF 2.飛輪矩的折算飛輪矩的折算 折算的原則：折算前后儲存的動能相等。折算的原則：折算前后儲存的動能相等。 平移運動部件的動能平移運動部件的動能: 折算到電動機軸上的轉(zhuǎn)動慣量中儲存的動能折算到電動機軸上的轉(zhuǎn)動慣量中儲存的動能: 2 2 1 2 2 1 v g f G v f m 2 ) 60 2 ( 4 2 2 1 2 2 1n g F GD F J 根據(jù)

19、折算前后動能不變的原則有根據(jù)折算前后動能不變的原則有: 2 ) 60 2 ( 4 2 2 1 2 2 1n g F GD v g f G 2 2 365 2 ) 60 2 ( 2 4 2 n v f G n v f G F GD 例題例題: 已知切削力已知切削力F=10000N，工作臺與工件運動速度，工作臺與工件運動速度v=0.7m/s， (Pg12) 傳動機構(gòu)總效率傳動機構(gòu)總效率 =0.81，電動機轉(zhuǎn)速，電動機轉(zhuǎn)速n =1450rmin， 電動機的飛輪矩電動機的飛輪矩 GDD2 =100N m2，求：，求： (l)切削時折算到電動機軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩；切削時折算到電動機軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩； (2)估

20、算系統(tǒng)的總飛輪矩；估算系統(tǒng)的總飛輪矩； (3)不切削時，工作臺及工件反向加速，電動機以不切削時，工作臺及工件反向加速，電動機以dn/dt =500 r/min s, 恒加速度運行，計算此時系統(tǒng)的動轉(zhuǎn)矩絕對值。恒加速度運行，計算此時系統(tǒng)的動轉(zhuǎn)矩絕對值。 解：解：(1）切削時折算到電動機軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩計算切削）切削時折算到電動機軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩計算切削 功率為功率為: W70007 . 010000 FvP 折算后的負(fù)載轉(zhuǎn)矩折算后的負(fù)載轉(zhuǎn)矩: m)(N 92.56 81. 01450 7000 55. 955. 9 n Fv F T (2)估算系統(tǒng)總的飛輪矩估算系統(tǒng)總的飛輪矩: ) 2 m(N120

21、1002 . 1 2 2 . 1 2 D GDGD (3)不切削時，工作臺與工件反向加速，系統(tǒng)動轉(zhuǎn)矩絕對值不切削時，工作臺與工件反向加速，系統(tǒng)動轉(zhuǎn)矩絕對值: m)(N 160500 375 120 375 2 dt dnGD F TT 1.2.31.2.3工作機構(gòu)做提升和下放工作機構(gòu)做提升和下放重重物運動時，轉(zhuǎn)矩與物運動時，轉(zhuǎn)矩與 飛輪矩的折算飛輪矩的折算 工作機構(gòu)運動為升工作機構(gòu)運動為升 降的電力拖動系統(tǒng)降的電力拖動系統(tǒng) 電動機通過傳動機構(gòu)（減速箱電動機通過傳動機構(gòu)（減速箱, 速速 比為比為j ）拖動一個卷筒，半徑為）拖動一個卷筒，半徑為R， 轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)速為nf；纏在卷筒上的鋼絲繩懸；纏在卷筒

22、上的鋼絲繩懸 掛一重物，重力為掛一重物，重力為G=mg，；重物，；重物 提升時傳動機構(gòu)效率為提升時傳動機構(gòu)效率為 ，卷筒重，卷筒重 物提升或下放的速度都為物提升或下放的速度都為v。 橋式起重機的提升機構(gòu)、電梯、橋式起重機的提升機構(gòu)、電梯、 礦井卷揚機等，它們的工作機構(gòu)都礦井卷揚機等，它們的工作機構(gòu)都 是作升降運動。升降運動屬于直線是作升降運動。升降運動屬于直線 運動并與重力有關(guān)。運動并與重力有關(guān)。 1.1.負(fù)載轉(zhuǎn)矩折算負(fù)載轉(zhuǎn)矩折算 (1）提升重物時負(fù)載轉(zhuǎn)矩的折算）提升重物時負(fù)載轉(zhuǎn)矩的折算: j GR T j GR F T 傳動機構(gòu)損耗的轉(zhuǎn)矩傳動機構(gòu)損耗的轉(zhuǎn)矩: j GR j GR T 由摩擦產(chǎn)

23、生，總是起阻礙運動的作用。由摩擦產(chǎn)生，總是起阻礙運動的作用。提升提升重物時由電動機負(fù)擔(dān)，重物時由電動機負(fù)擔(dān)， 下放重物時，卷筒上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩成為拖動轉(zhuǎn)矩，由負(fù)載承擔(dān)。下放重物時，卷筒上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩成為拖動轉(zhuǎn)矩，由負(fù)載承擔(dān)。 (2)下放重物時負(fù)載轉(zhuǎn)矩的折算下放重物時負(fù)載轉(zhuǎn)矩的折算 ,) 1 2()( j GR j GR j GR j GR j GR T j GR F T 1 2 2. 飛輪矩的計算與平移運動相同。飛輪矩的計算與平移運動相同。 例題例題(Pg8): 已知減速箱的速比已知減速箱的速比j=34，提升重物時效率，提升重物時效率 =0.83，卷，卷 筒直徑筒直徑d=0.22m，空鉤重量，空鉤重

24、量G0=470N，所吊重物重，所吊重物重G=8820N，電，電 動機的飛輪矩動機的飛輪矩GDD2=10Nm2，當(dāng)提，當(dāng)提升升速度為速度為v=0.4m/s，求：，求： (1)電動機的轉(zhuǎn)速電動機的轉(zhuǎn)速 (2)忽略空載轉(zhuǎn)矩時電動機所帶的負(fù)載轉(zhuǎn)矩；忽略空載轉(zhuǎn)矩時電動機所帶的負(fù)載轉(zhuǎn)矩； (3)以以v=0.4m/s下放該重物時，電動機的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。下放該重物時，電動機的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。 解解: (l)電動機轉(zhuǎn)速的計算電動機轉(zhuǎn)速的計算 卷筒的轉(zhuǎn)速卷筒的轉(zhuǎn)速: r/min) ( 72.34 22. 0 4 . 06060 2 60 d v r v f n 電動機的轉(zhuǎn)速電動機的轉(zhuǎn)速: (r/min) 5 .118034

25、72.34 j f nn (3)以以v=0.4m/s下放該重物時電動機負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計算下放該重物時電動機負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計算 傳動機構(gòu)損耗轉(zhuǎn)矩傳動機構(gòu)損耗轉(zhuǎn)矩: m)(N 82. 6 34 9 .1131 11.40 j f T j f T T 電動機的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為電動機的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為: m)(N 47.2682.6 34 9 .1131 T j f T T (2)(2)提升時電動機負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計算提升時電動機負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計算 提升重物時負(fù)載實際轉(zhuǎn)矩為提升重物時負(fù)載實際轉(zhuǎn)矩為: : m)(N 9 .1131)88201470( 2 22.0 ) 0 ( 2 GG d f T 電動機的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為電動機的負(fù)載轉(zhuǎn)矩

26、為 : m)(N 11.40 83.034 9 .1131 j f T F T 例題例題 (Pg9): 某起重機的電力拖動系統(tǒng)：電動機某起重機的電力拖動系統(tǒng)：電動機Pn=20kw， nN=950r/min，傳動機構(gòu)的速比，傳動機構(gòu)的速比j1=3，j2=3.5，j3=4，各級齒輪傳遞效，各級齒輪傳遞效 率都是率都是 = 0.95，各轉(zhuǎn)軸上的飛輪矩，各轉(zhuǎn)軸上的飛輪矩: GDa2= 123Nm2，GDb2= 49Nm， GDc2= 40Nm，Dd2=465Nm，卷筒直徑，卷筒直徑d =0.6m， 吊鉤重吊鉤重G0 =1962N， 被吊重物被吊重物G =49050N。 忽略電動機空載轉(zhuǎn)矩，忽略電動機空

27、載轉(zhuǎn)矩， 忽略鋼絲繩重量，忽忽略鋼絲繩重量，忽 略滑輪傳遞的損耗，略滑輪傳遞的損耗， 求：求： 解：解： (1) 以速度以速度v=0.3m/s 提升重物時負(fù)載（吊鉤及重物）轉(zhuǎn)矩提升重物時負(fù)載（吊鉤及重物）轉(zhuǎn)矩: m)(N 8 .7651 2 6 . 0 )490501962( 2 1 2 ) 0 ( 2 1 d GG f T 卷筒轉(zhuǎn)速卷筒轉(zhuǎn)速: (r/min) 1 .19 6 . 0 3 . 0260)2(60 d v f n 電動機輸出轉(zhuǎn)矩電動機輸出轉(zhuǎn)矩: m)(N 5 .212 2 95. 045 . 33 8 .7651 2 j f T F TT 電動機轉(zhuǎn)速電動機轉(zhuǎn)速: (r/min)

28、2 .80245 . 331 .19 j f nn (1)以速度以速度v=0.3m/s 提升重物時，負(fù)載（重物及吊鉤）轉(zhuǎn)矩、卷筒提升重物時，負(fù)載（重物及吊鉤）轉(zhuǎn)矩、卷筒 轉(zhuǎn)速、電動機輸出轉(zhuǎn)矩及電動機轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)速、電動機輸出轉(zhuǎn)矩及電動機轉(zhuǎn)速； (2)負(fù)載及系統(tǒng)的飛輪矩（折算到電動機軸上）；負(fù)載及系統(tǒng)的飛輪矩（折算到電動機軸上）； (3)以加速度以加速度a=0.1m/s2提升重物時，電動機輸出的轉(zhuǎn)矩。提升重物時，電動機輸出的轉(zhuǎn)矩。 (2)負(fù)載及系統(tǒng)的飛輪矩的計算負(fù)載及系統(tǒng)的飛輪矩的計算 吊鉤及重物飛輪矩吊鉤及重物飛輪矩: ) 2 m(N 6 . 2 2 2 .802 2 3 . 0)49050196

29、2( 365 2 2 ) 0 ( 365 2 n vGG F GD ) 2 m(N 7 .1316 . 2 2 )45 . 33( 465 2 )5 . 33( 40 2 3 49 123 2 2 ) 321 ( 2 2 ) 21 ( 2 2 1 2 22 F GD jjj d GD jj c GD j b GD a GDGD 系統(tǒng)總的飛輪矩系統(tǒng)總的飛輪矩: (3)以加速度以加速度a=0.1m/s2提升重物時電動機輸出轉(zhuǎn)矩的計算提升重物時電動機輸出轉(zhuǎn)矩的計算 電動機轉(zhuǎn)速與重物提升速度的關(guān)系電動機轉(zhuǎn)速與重物提升速度的關(guān)系: 321321 260 jjj d v jjjnn f 電動機加速度與重物

30、提升速度的關(guān)系電動機加速度與重物提升速度的關(guān)系: s)(r/min 4 .2671 .045 .33 6 .0 120 120120 ) 120 ( 321321321 ajjj ddt dv jjj d jjj d v dt d dt dn m)(N 4 .3064 .267 375 7 .131 5 .212 375 2 dt dnGD TT F 電動機輸出轉(zhuǎn)矩電動機輸出轉(zhuǎn)矩: 1.3負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性與電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性與電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件條件 電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系稱為機械特性。電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系稱為機械特性。 電動機的電磁轉(zhuǎn)矩為驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，

31、其正方向與電機的旋電動機的電磁轉(zhuǎn)矩為驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，其正方向與電機的旋 轉(zhuǎn)方向一致；轉(zhuǎn)方向一致； 生產(chǎn)機械工作機構(gòu)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的正方向與電機的旋轉(zhuǎn)生產(chǎn)機械工作機構(gòu)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的正方向與電機的旋轉(zhuǎn) 方向相反。方向相反。 生產(chǎn)機械工作機構(gòu)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，稱生產(chǎn)機械工作機構(gòu)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，稱 之為負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性。之為負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性。 1.3.1負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性 1.恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性 (1)反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 特點：工作機構(gòu)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的特點：工作機構(gòu)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的方向始終相反方向始終相反，轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn) 矩特性位于矩特性位于I, III

32、 象限象限內(nèi)內(nèi),轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩的絕對值大小恒定不變絕對值大小恒定不變，是阻，是阻 礙運動的礙運動的制動性轉(zhuǎn)矩制動性轉(zhuǎn)矩。 皮帶運輸機、軋鋼機等由摩擦力產(chǎn)生負(fù)載轉(zhuǎn)矩的工作機皮帶運輸機、軋鋼機等由摩擦力產(chǎn)生負(fù)載轉(zhuǎn)矩的工作機 構(gòu)屬于這類型。構(gòu)屬于這類型。 考慮傳動機構(gòu)損耗轉(zhuǎn)矩考慮傳動機構(gòu)損耗轉(zhuǎn)矩 后，折算到電動機軸上負(fù)載轉(zhuǎn)后，折算到電動機軸上負(fù)載轉(zhuǎn) 矩特性，即矩特性，即 關(guān)系曲線關(guān)系曲線。 n F T T 實際特性實際特性 折算后特性折算后特性 反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性 I象限象限: 0 , 0 f T f n III象限象限: 0 , 0 f T f n j f T T j

33、 f T F T 阻礙運動的制動性轉(zhuǎn)矩阻礙運動的制動性轉(zhuǎn)矩 (2)位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 特點特點:工作機構(gòu)的工作機構(gòu)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩絕對值大小是恒定的負(fù)載轉(zhuǎn)矩絕對值大小是恒定的，而且，而且 方向不變方向不變，轉(zhuǎn)矩特性位于，轉(zhuǎn)矩特性位于I, IV象限內(nèi)；起重機提升下放重物象限內(nèi)；起重機提升下放重物 就屬于這個類型。就屬于這個類型。 我們分析的電力拖動系統(tǒng)都簡化為單軸系統(tǒng)，只要知道我們分析的電力拖動系統(tǒng)都簡化為單軸系統(tǒng)，只要知道 電動機軸上的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速電動機軸上的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速 關(guān)系曲線。關(guān)系曲線。n F T 實際特性實際特性 折算后特性折算后特性 位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的轉(zhuǎn)

34、矩特性 提升重物時：提升重物時： 阻礙運動的制動性轉(zhuǎn)矩阻礙運動的制動性轉(zhuǎn)矩 , 下放重物時：下放重物時： 幫助運動的拖動性轉(zhuǎn)矩幫助運動的拖動性轉(zhuǎn)矩 0 , 0 f T f n T j f T F T 0 , 0 f T f n T j f T F T 2.泵類負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性泵類負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性 水泵、油泵、通風(fēng)機和水泵、油泵、通風(fēng)機和 螺旋槳等，其轉(zhuǎn)矩的大小與螺旋槳等，其轉(zhuǎn)矩的大小與 轉(zhuǎn)速的平方成正比，即轉(zhuǎn)速的平方成正比，即 2 n F T 泵類負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性泵類負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性 3.恒功率負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性恒功率負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性 工作機構(gòu)負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之積為常數(shù)，即工作機構(gòu)負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之積為常數(shù)，即

35、 constant 60 2 f n f T ff TP 電力牽引系統(tǒng)：電力牽引系統(tǒng)： 汽車爬坡，低速大轉(zhuǎn)矩；高速公汽車爬坡，低速大轉(zhuǎn)矩；高速公 路運行，高速小轉(zhuǎn)矩。路運行，高速小轉(zhuǎn)矩。 車床加工另件：車床加工另件： 粗加工時，較大進刀量和較低轉(zhuǎn)粗加工時，較大進刀量和較低轉(zhuǎn) 速；精加工時，較小進刀量和較速；精加工時，較小進刀量和較 高轉(zhuǎn)速。高轉(zhuǎn)速。 恒功率負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性恒功率負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性 以上所述恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、泵類負(fù)載及恒功率負(fù)載都是從各以上所述恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、泵類負(fù)載及恒功率負(fù)載都是從各 種實際負(fù)載中概括出來的典型的負(fù)載型式，實際的負(fù)載可能種實際負(fù)載中概括出來的典型的負(fù)載型式，實際的負(fù)載可能 是

36、以某種典型為主或某幾種典型的結(jié)合。是以某種典型為主或某幾種典型的結(jié)合。 例如通風(fēng)機，主要是泵類負(fù)載特性，但是軸承摩擦又是例如通風(fēng)機，主要是泵類負(fù)載特性，但是軸承摩擦又是 反抗性的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性，只是運行時后者數(shù)值較小而已。反抗性的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性，只是運行時后者數(shù)值較小而已。 又如起重機在提升和下放重物時，一般主要是位能性恒又如起重機在提升和下放重物時，一般主要是位能性恒 轉(zhuǎn)矩負(fù)載。轉(zhuǎn)矩負(fù)載。 我們分析電力拖動系統(tǒng)時；負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性作為已知量對我們分析電力拖動系統(tǒng)時；負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性作為已知量對 待。待。 1.3.2電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件 電力拖動系統(tǒng)是由電動機與負(fù)載兩部

37、分組成的，把電動電力拖動系統(tǒng)是由電動機與負(fù)載兩部分組成的，把電動 機的機械特性與負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性結(jié)合起來，就可以研究電力機的機械特性與負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性結(jié)合起來，就可以研究電力 拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運行問題。拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運行問題。 電力拖動系統(tǒng)的平衡狀態(tài)電力拖動系統(tǒng)的平衡狀態(tài) 左圖：左圖：1.電動機的機械特性電動機的機械特性 2.負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性 電力拖動系統(tǒng)的平衡工作點電力拖動系統(tǒng)的平衡工作點(穩(wěn)定運穩(wěn)定運 行的必要條件行的必要條件) 0 , dt dn L TT 圖中兩條曲線的交點圖中兩條曲線的交點A A滿足此條件，滿足此條件， 稱為平衡工作點。稱為平衡工作點。 實際運行的電力拖動系統(tǒng)，

38、經(jīng)常會出現(xiàn)一些干擾：電源電實際運行的電力拖動系統(tǒng)，經(jīng)常會出現(xiàn)一些干擾：電源電 壓波動壓波動; 負(fù)載轉(zhuǎn)矩波動負(fù)載轉(zhuǎn)矩波動;當(dāng)負(fù)載電流較大時，電樞反應(yīng)使得他勵當(dāng)負(fù)載電流較大時，電樞反應(yīng)使得他勵 直流電動機的機械特性上翹。直流電動機的機械特性上翹。 關(guān)鍵是：關(guān)鍵是： l l 突然出現(xiàn)了干擾，系統(tǒng)是否能夠穩(wěn)定運行？突然出現(xiàn)了干擾，系統(tǒng)是否能夠穩(wěn)定運行？ l l 干擾消失后，系統(tǒng)是否能夠回到原來工作點繼續(xù)穩(wěn)定運行？干擾消失后，系統(tǒng)是否能夠回到原來工作點繼續(xù)穩(wěn)定運行？ 這就是我們要討論的電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的充分條件。這就是我們要討論的電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的充分條件。 舉例：他勵直流電動機拖動一泵類負(fù)載運

39、行舉例：他勵直流電動機拖動一泵類負(fù)載運行 T CC R C U Tnn NTe a Ne 2 0 , 0 nU 不變；不變； 此刻，系統(tǒng)將改變原來的平衡狀此刻，系統(tǒng)將改變原來的平衡狀 態(tài)，引起過渡過程：態(tài)，引起過渡過程： 電磁過渡過程電磁過渡過程 機械過渡過程機械過渡過程 相比較而言：相比較而言： 機械慣性遠遠大于電磁慣性，電磁過渡過程很快就結(jié)束；機械慣性遠遠大于電磁慣性，電磁過渡過程很快就結(jié)束； 而轉(zhuǎn)速變化較慢，必須考慮機械過渡過程。而轉(zhuǎn)速變化較慢，必須考慮機械過渡過程。 電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運行電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運行 電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運行電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運行 分析步驟：分析步驟： (1)

40、 忽略電磁過渡過程，忽略電磁過渡過程， 曲線曲線1 直接替代曲線直接替代曲線1；但此；但此 刻，轉(zhuǎn)速刻，轉(zhuǎn)速 不能突變不能突變,負(fù)載轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩 不能突變；電動機運行點從不能突變；電動機運行點從A變變 到到B，電磁轉(zhuǎn)矩變小為，電磁轉(zhuǎn)矩變小為 ； ,系統(tǒng)開始減速的機械系統(tǒng)開始減速的機械 過渡過程。過渡過程。 (2)在減速的機械過渡過程中：在減速的機械過渡過程中： , 0 nU A n A T B T 0 AB TT 對電動機來講，對電動機來講， ,電動機運行點沿曲線電動機運行點沿曲線1下降；下降； 對泵類負(fù)載來講，對泵類負(fù)載來講， Tn L Tn 電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運行電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運行 d

41、t dn TTTT L L , , , 直到曲線直到曲線1與曲線與曲線2交于交于A點為止，點為止， 0 , dt dn TT L , 電動機的運行點經(jīng)歷電動機的運行點經(jīng)歷 了了 的過程，系統(tǒng)減速過的過程，系統(tǒng)減速過 渡過程結(jié)束，到達新的平衡點。渡過程結(jié)束，到達新的平衡點。 ABA 可見，雖然出現(xiàn)了電壓干擾，可見，雖然出現(xiàn)了電壓干擾， 但系統(tǒng)是能夠穩(wěn)定運行；那么，電但系統(tǒng)是能夠穩(wěn)定運行；那么，電 壓干擾消失后，系統(tǒng)是否能夠回到壓干擾消失后，系統(tǒng)是否能夠回到 原來工作點繼續(xù)穩(wěn)定運行？原來工作點繼續(xù)穩(wěn)定運行？ (3) 電壓干擾消失后，電壓干擾消失后，忽略電磁過渡過程，曲線忽略電磁過渡過程，曲線1 直

42、接恢復(fù)為直接恢復(fù)為 曲線曲線1；但此刻，轉(zhuǎn)速；但此刻，轉(zhuǎn)速 不能突變，不能突變， 負(fù)載轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩 不能突變；不能突變； 電動機運行點從電動機運行點從A變到變到C，電磁轉(zhuǎn)矩加大為，電磁轉(zhuǎn)矩加大為 ； A n A T C T 電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運行電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運行 0 AC TT ,系統(tǒng)開始升速的機械過渡過程系統(tǒng)開始升速的機械過渡過程 (4)在升速的機械過渡過程中：在升速的機械過渡過程中： 電動機電動機 ,電動機運行點沿曲電動機運行點沿曲 線線1上升；同時，泵類負(fù)載上升；同時，泵類負(fù)載 ； 直到曲線直到曲線1與與 曲線曲線2交于交于A點為止點為止 , 電動機的運行點經(jīng)歷了電動機的運行點經(jīng)歷

43、了 Tn L Tn dt dn TTTT LL , , , 0 , dt dn TT L ACA 的過程，系統(tǒng)回到原工作點上穩(wěn)定運行。的過程，系統(tǒng)回到原工作點上穩(wěn)定運行。 那么，是否所有的電動機機械特性與負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性上的交點那么，是否所有的電動機機械特性與負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性上的交點 都能穩(wěn)定運行？都能穩(wěn)定運行？ 舉例：當(dāng)負(fù)載電流較大時，電樞反應(yīng)可以使得他勵直流電動舉例：當(dāng)負(fù)載電流較大時，電樞反應(yīng)可以使得他勵直流電動 機的機械特性上翹。機的機械特性上翹。 左圖：左圖： 1與與1 為他勵直流電動機的機為他勵直流電動機的機 械特性械特性 2 為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性 電力拖動系統(tǒng)的不穩(wěn)

44、定運行電力拖動系統(tǒng)的不穩(wěn)定運行 分析步驟：分析步驟： (1) 忽略電磁過渡過程，曲線忽略電磁過渡過程，曲線1 直接替代曲線直接替代曲線1；但；但 此刻，轉(zhuǎn)速此刻，轉(zhuǎn)速 不能突變，不能突變， 負(fù)載轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩 不能突變；電動機運行不能突變；電動機運行 點從點從A變到變到B, ，電磁轉(zhuǎn)矩增大為電磁轉(zhuǎn)矩增大為 ； 系統(tǒng)開系統(tǒng)開 始升速的機械過渡過程。始升速的機械過渡過程。 , 0 nU B T A n A T , 0 , 0 dt dn TT AB 電力拖動系統(tǒng)的不穩(wěn)定運行電力拖動系統(tǒng)的不穩(wěn)定運行 (2)在升速的機械過渡過程中：在升速的機械過渡過程中： 負(fù)載轉(zhuǎn)矩始終為負(fù)載轉(zhuǎn)矩始終為 ，電動機運，電動

45、機運 行點沿曲線行點沿曲線1， A T Tn n dt dn TT AB )( 轉(zhuǎn)速上升得越來越快。直到系統(tǒng)轉(zhuǎn)速過高，毀壞電動機為止。轉(zhuǎn)速上升得越來越快。直到系統(tǒng)轉(zhuǎn)速過高，毀壞電動機為止。 該系統(tǒng)不能在原來交點該系統(tǒng)不能在原來交點A的附近繼續(xù)穩(wěn)定運行，屬不穩(wěn)定運行的附近繼續(xù)穩(wěn)定運行，屬不穩(wěn)定運行 穩(wěn)定運行的充分必要條件是穩(wěn)定運行的充分必要條件是: L TT L TT dn dT dn dT L (1) , (2)在在 處處 在交點所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速之上區(qū)域，應(yīng)保證在交點所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速之上區(qū)域，應(yīng)保證 ，使得，使得 當(dāng)系統(tǒng)高于交點處的速度時，系統(tǒng)作減速運行；當(dāng)系統(tǒng)高于交點處的速度時，系統(tǒng)作減速運行； 在

46、交點所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速之下區(qū)域，應(yīng)保證在交點所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速之下區(qū)域，應(yīng)保證 ，使得當(dāng)，使得當(dāng) 系統(tǒng)低于交點處的速度時，系統(tǒng)作升速運行。系統(tǒng)低于交點處的速度時，系統(tǒng)作升速運行。 L TT L TT 1. 電力拖動系統(tǒng)必須在電動機的機械特性與負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性電力拖動系統(tǒng)必須在電動機的機械特性與負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性 的交點上；的交點上； 2. 兩條曲線在交點處必須配合得好，才能保證系統(tǒng)穩(wěn)定運兩條曲線在交點處必須配合得好，才能保證系統(tǒng)穩(wěn)定運 行：行： 判別下列系統(tǒng)能否穩(wěn)定運行判別下列系統(tǒng)能否穩(wěn)定運行 本章要求：本章要求： 掌握磁路的基本概念及其電機磁路的特點掌握磁路的基本概念及其電機磁路的特點 掌握描述磁路的基本物理量掌

47、握描述磁路的基本物理量 掌握研究磁路的幾個基本定律掌握研究磁路的幾個基本定律 熟練掌握電磁感應(yīng)定律和電磁力定律熟練掌握電磁感應(yīng)定律和電磁力定律 掌握鐵磁材料的性質(zhì)及其磁化曲線掌握鐵磁材料的性質(zhì)及其磁化曲線 6、磁阻、磁阻Rm 1、電磁感應(yīng)定律、電磁感應(yīng)定律 1）運動電勢：導(dǎo)體在磁場中運動時，）運動電勢：導(dǎo)體在磁場中運動時， 導(dǎo)體中會感應(yīng)出電勢導(dǎo)體中會感應(yīng)出電勢e 。大?。骸４笮。弘妱蓦妱?e=Blv。B: 磁密；磁密； l：導(dǎo)體長度；：導(dǎo)體長度； v： 導(dǎo)體與磁場的相對速度。正方向：用右導(dǎo)體與磁場的相對速度。正方向：用右 手定則判斷手定則判斷 電勢電勢e正方向表示電位升高的方向，與正方向表示電

48、位升高的方向，與 U相反。如果同一元件上相反。如果同一元件上e和和U正方向相正方向相 同時，同時，e= -U。 飽和磁滯回線與換向磁化曲線上的各有關(guān)飽和磁滯回線與換向磁化曲線上的各有關(guān) 磁學(xué)量磁學(xué)量 海南風(fēng)光 第第15講講 直流電動機 第第9章章 直流電動機直流電動機 9.1 概述概述 9.2 工作原理工作原理 9.3 電樞電動勢及電壓平衡關(guān)系電樞電動勢及電壓平衡關(guān)系 9.4 電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩 9.5 機械特性機械特性 9.6 直流電動機的調(diào)速直流電動機的調(diào)速 9.7 直流電動機的使用和額定值直流電動機的使用和額定值 9.1 概述概述 與異步電動機相比，直流電動機的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使與異步電動機相比

49、，直流電動機的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使 用和維護不如異步機方便，而且要使用直流電源。用和維護不如異步機方便，而且要使用直流電源。 直流電機的優(yōu)點：直流電機的優(yōu)點： （1）調(diào)速性能好）調(diào)速性能好:調(diào)速范圍廣，易于平滑調(diào)節(jié)。調(diào)速范圍廣，易于平滑調(diào)節(jié)。 （2）起動、制動轉(zhuǎn)矩大，易于快速起動、停車。）起動、制動轉(zhuǎn)矩大，易于快速起動、停車。 （3）易于控制。）易于控制。 應(yīng)用：應(yīng)用： （1）軋鋼機、電氣機車、無軌電車、中大型龍門刨床等）軋鋼機、電氣機車、無軌電車、中大型龍門刨床等 調(diào)速范圍大的大型設(shè)備。調(diào)速范圍大的大型設(shè)備。 （2）用蓄電池做電源的地方，如汽車、拖拉機等。）用蓄電池做電源的地方，如汽車、拖拉機等。

50、（3）家庭：電動縫紉機、電動自行車、電動玩具）家庭：電動縫紉機、電動自行車、電動玩具 9.2 工作原理工作原理 一、一、 工作原理工作原理 U + N S 電刷電刷 換向片換向片 直流電源直流電源電刷電刷 換向器換向器線圈線圈 I I 注意：注意：換向片和電源固定聯(lián)接，線圈無論怎樣轉(zhuǎn)換向片和電源固定聯(lián)接，線圈無論怎樣轉(zhuǎn) 動，總是上半邊的電流向里，下半邊的電流向外。動，總是上半邊的電流向里，下半邊的電流向外。 電刷壓在換向片上。電刷壓在換向片上。 由左手定則，通電線圈在磁場的作用下，由左手定則，通電線圈在磁場的作用下， 使線圈逆時針旋轉(zhuǎn)。使線圈逆時針旋轉(zhuǎn)。 F F U + N S 電刷電刷 換向

51、片換向片 I I F FU + N S 電刷電刷 換向片換向片 I I E E 由右手定則，線圈在磁場中旋轉(zhuǎn)，將在線圈中由右手定則，線圈在磁場中旋轉(zhuǎn)，將在線圈中 產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，感應(yīng)電動勢的方向與電流的產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，感應(yīng)電動勢的方向與電流的 方向相反。方向相反。 直流發(fā)電機 用右手定則判用右手定則判 感應(yīng)電動勢感應(yīng)電動勢Ea的方向的方向 U + N S E E Ia 電樞繞組電樞繞組 電阻電阻Ra nKE E 感應(yīng)電動勢感應(yīng)電動勢 aa RIEU 輸出電壓輸出電壓 二、二、 直流電機的構(gòu)成直流電機的構(gòu)成 直流電機由定子、轉(zhuǎn)子和機座等部分構(gòu)成。直流電機由定子、轉(zhuǎn)子和機座等部分構(gòu)成。 機座機座

52、磁極磁極 勵磁勵磁 繞組繞組 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 勵磁式直流電動機結(jié)構(gòu)勵磁式直流電動機結(jié)構(gòu) 1. 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子（又稱電樞）（又稱電樞） 由鐵芯、繞組（線圈）、換向器組成。由鐵芯、繞組（線圈）、換向器組成。 2. 定子定子 定子的分類：定子的分類： 永磁式：由永久磁鐵做成。永磁式：由永久磁鐵做成。 勵磁式：磁極上繞線圈，然后在線圈中勵磁式：磁極上繞線圈，然后在線圈中 通過直流電，形成電磁鐵。通過直流電，形成電磁鐵。 勵磁的定義：勵磁的定義：磁極上的線圈通以直流電磁極上的線圈通以直流電 產(chǎn)生磁通，稱為勵磁。產(chǎn)生磁通，稱為勵磁。 根據(jù)勵磁線圈和轉(zhuǎn)子繞組的聯(lián)接關(guān)系，勵磁式的根據(jù)勵磁線圈和轉(zhuǎn)子繞組的聯(lián)接關(guān)系，勵磁式的

53、 直流電機又可細(xì)分為：直流電機又可細(xì)分為： 他勵電動機：他勵電動機：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的電源分開。勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的電源分開。 并勵電動機：并勵電動機：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞并聯(lián)到同一電源上。勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞并聯(lián)到同一電源上。 串勵電動機：串勵電動機：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞串聯(lián)接到同一電源上。勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞串聯(lián)接到同一電源上。 復(fù)勵電動機：復(fù)勵電動機：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的聯(lián)接有串有并，接在勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的聯(lián)接有串有并，接在 同一電源上。同一電源上。 M 他勵他勵 Uf If Ia U M 并勵并勵 U If M 串勵串勵 UM 復(fù)勵復(fù)勵 U 9.3 9.3 電樞電動勢及電壓平衡關(guān)系電樞電動

54、勢及電壓平衡關(guān)系 電樞通入電流后，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使電機在磁電樞通入電流后，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使電機在磁 場中轉(zhuǎn)動起來。通電線圈在磁場中轉(zhuǎn)動，又會在線場中轉(zhuǎn)動起來。通電線圈在磁場中轉(zhuǎn)動，又會在線 圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢（用圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢（用E表示）。表示）。 一、一、 電樞中的感應(yīng)電動勢電樞中的感應(yīng)電動勢 F FU + N S 電刷電刷 換向片換向片 I I E E 根據(jù)右手定則知，根據(jù)右手定則知，E和原通入的電流方向相反，和原通入的電流方向相反， 其大小為：其大小為： nKE E KE：與電機結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)：與電機結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù) n：電動機轉(zhuǎn)速：電動機轉(zhuǎn)速 ：磁通：磁通 單位：單位： （韋伯），（

55、韋伯），n（轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)/每分），每分），E（伏）（伏） F FU + N S 電刷電刷 換向片換向片 I I E E 二、二、 電樞繞組中電壓的平衡關(guān)系電樞繞組中電壓的平衡關(guān)系 因為因為E與通入的電流方向相反，所以叫反電勢。與通入的電流方向相反，所以叫反電勢。 aa RIEU U：外加電壓：外加電壓 Ra:繞組電阻繞組電阻 M Ra Ia E + + U 以上兩公式反映的概念：以上兩公式反映的概念： (1)電樞反電動勢的大小和磁通、轉(zhuǎn)速成正比，若想電樞反電動勢的大小和磁通、轉(zhuǎn)速成正比，若想 改變改變E，只能改變，只能改變 或或 n。 (2)若忽略繞組中的電阻若忽略繞組中的電阻Ra，則，則 ， 可見

56、，當(dāng)外加電壓一定時，電機轉(zhuǎn)速和磁通成反可見，當(dāng)外加電壓一定時，電機轉(zhuǎn)速和磁通成反 比，通過改變比，通過改變 可調(diào)速。可調(diào)速。 nKEU E nKE E 9.4 電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩 aT IKT KT：與線圈的結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)：與線圈的結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù) （與線圈大小，磁極的對數(shù)等有關(guān)）（與線圈大小，磁極的對數(shù)等有關(guān)） ：線圈所處位置的磁通：線圈所處位置的磁通 Ia：電樞繞組中的電流：電樞繞組中的電流 一、電磁轉(zhuǎn)矩一、電磁轉(zhuǎn)矩 單位：單位： （韋伯），（韋伯），Ia（安培），（安培），T（牛頓（牛頓 米）米） 由轉(zhuǎn)矩公式可知：由轉(zhuǎn)矩公式可知： (1)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的條件：必須有勵磁磁通和電樞電流。產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的條

57、件：必須有勵磁磁通和電樞電流。 (2)改變電機旋轉(zhuǎn)的方向：改變電樞電流的方向或者改變電機旋轉(zhuǎn)的方向：改變電樞電流的方向或者 改變磁通的方向。改變磁通的方向。 二、二、 轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系 電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩T為驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，在電機運行時，必須和外為驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，在電機運行時，必須和外 加負(fù)載和空載損耗的阻轉(zhuǎn)矩相平衡，即加負(fù)載和空載損耗的阻轉(zhuǎn)矩相平衡，即 0 TTT L TL： 負(fù)載轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩 T0 ：空載轉(zhuǎn)矩：空載轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)矩平衡過程：轉(zhuǎn)矩平衡過程：當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩（當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩（TL）發(fā)生變化時，）發(fā)生變化時， 通過電機轉(zhuǎn)速、電動勢、電樞電流的變化，電磁通過電機轉(zhuǎn)速、電動勢、電樞電流的變化，電磁 轉(zhuǎn)矩自

58、動調(diào)整，以實現(xiàn)新的平衡。轉(zhuǎn)矩自動調(diào)整，以實現(xiàn)新的平衡。 例：例： 設(shè)外加電樞電壓設(shè)外加電樞電壓 U 一定，一定，T=TL+ T0(平衡平衡)，這時，這時， 若若TL突然增加，則調(diào)整過程為：突然增加，則調(diào)整過程為： 與原平衡點相比，新的平衡點：與原平衡點相比，新的平衡點：Ia 、 P入 入 TL n E Ia T 最后達到新的平衡點。最后達到新的平衡點。 aT IKT aa RIEU 機械特性指的是電機的電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速間的關(guān)系，機械特性指的是電機的電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速間的關(guān)系， 下邊以他勵和串勵電機為例說明。下邊以他勵和串勵電機為例說明。 他勵電動機和并勵電動機的特性一樣。他勵電動機和并勵電動機的特性

59、一樣。 9.5 機械特性機械特性 一、一、 他勵電動機的機械特性他勵電動機的機械特性 即：即：T KK R n ET a 2 K U n E 0 nnn 0 其中其中， aT E aa IKT nKE RIEU T KK R K U n ET a E 2 M 他勵他勵 Uf If Ia U n0： 理想空載轉(zhuǎn)速理想空載轉(zhuǎn)速, ,即即T=0時的轉(zhuǎn)速。（實際工作時的轉(zhuǎn)速。（實際工作 時時, ,由于有空載損耗，電機的由于有空載損耗，電機的T不會為不會為0 0。）。） 當(dāng)當(dāng) T 時時n ，但由于他勵電動機的電樞電阻，但由于他勵電動機的電樞電阻Ra很小，很小， 所以在負(fù)載變化時，所以在負(fù)載變化時， 轉(zhuǎn)速

60、轉(zhuǎn)速 n 的變化不大的變化不大，屬硬機械，屬硬機械 特性。特性。 根據(jù)根據(jù) n-T 公式公式 畫出特性曲線畫出特性曲線 n0 nN TN T n n T KK R n ET a 2 K U n E 0 nnn 0 其中其中， 串勵的特點：勵磁線圈的電流和電樞線圈的電流相同。串勵的特點：勵磁線圈的電流和電樞線圈的電流相同。 二、二、 串勵電動機的機械特性串勵電動機的機械特性 設(shè)磁通和電流成正比，即設(shè)磁通和電流成正比，即 =K Ia ,則則 據(jù)此公式做出據(jù)此公式做出 T-n 曲線曲線 aa aTaT aEE RIEU IKKIKT nIKKnKE 2 n T E a E T KK R TKK UK