電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)教案

學(xué)期授課計(jì)劃說(shuō)明課時(shí)本已本本學(xué)期課時(shí)分配課講期本其中余程授教學(xué)講實(shí)測(cè)考機(jī)?。〞r(shí)缺計(jì)學(xué)學(xué)期）劃時(shí)周總授踐試核動(dòng)計(jì)學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)641864568考試264教學(xué)大綱名稱《電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)》教學(xué)大綱或版本選用教材主要參考書——自編《電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)》《電機(jī)與電力拖動(dòng)》（西安交通大學(xué)出名稱及版本版社）所需實(shí)驗(yàn)（實(shí)習(xí)）器電動(dòng)機(jī)實(shí)訓(xùn)裝置材及設(shè)備實(shí)驗(yàn)（習(xí)）場(chǎng)地電機(jī)實(shí)訓(xùn)室備注緒論0．1電機(jī)及電力拖動(dòng)系統(tǒng)概述一、電機(jī)《電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)》是把電機(jī)學(xué)和電力拖動(dòng)基礎(chǔ)兩門課程有機(jī)結(jié)合而成的一門課程。電機(jī)是以電磁感應(yīng)和電磁力定律為基本工作原理進(jìn)行電能的傳遞或機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的機(jī)械裝置。電能易于轉(zhuǎn)換、傳輸、分配和控制，是現(xiàn)代能源的主要形式。發(fā)電機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。而電能的生產(chǎn)集中在火力、水力、核能和風(fēng)力發(fā)電廠進(jìn)行。為了減少輸電中的能量損失，遠(yuǎn)距離輸電均采用高電壓形式：電廠發(fā)出的電能經(jīng)變壓器升壓，然后經(jīng)高壓輸電線路送達(dá)目的地后，再經(jīng)變壓器降壓供給用戶。電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能主要由電動(dòng)機(jī)完成。電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的方式稱為電力拖動(dòng)。由于電動(dòng)機(jī)的效率高、種類和規(guī)格多、具有各種良好的特性，電力拖動(dòng)易于操作和控制，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和遠(yuǎn)距離控制，因此，電力拖動(dòng)廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域。例如各種機(jī)床、軋制生產(chǎn)線、電力機(jī)車、風(fēng)機(jī)、水泵、電動(dòng)工具乃至家用電器等，數(shù)不勝數(shù)。為了能建立一個(gè)感性認(rèn)識(shí)，對(duì)電機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)單的分類如下：

電機(jī)的分類從能量轉(zhuǎn)換的角度分從旋轉(zhuǎn)與否的角度分從電能的性質(zhì)分控直流電電機(jī)機(jī)交流發(fā)電動(dòng)電變制旋轉(zhuǎn)電機(jī)（發(fā)電機(jī)靜止電機(jī)（變壓器）壓機(jī)機(jī)器電機(jī)電動(dòng)機(jī)）在電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中，大量應(yīng)用控制電機(jī)。控制電機(jī)是一種在自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)、隨動(dòng)系統(tǒng)、遠(yuǎn)距離測(cè)量及計(jì)算裝置中作為執(zhí)行元件、檢測(cè)元件的小型電機(jī)。這部分內(nèi)容將在另外的教材中涉及。在工業(yè)自動(dòng)化專業(yè)與電氣工程及自動(dòng)化專業(yè)中，電機(jī)與拖動(dòng)是一門十分重要的專業(yè)基礎(chǔ)課或技術(shù)基礎(chǔ)課，它在整個(gè)專業(yè)教學(xué)計(jì)劃中起著承前啟后的作用，是后續(xù)課程《自動(dòng)控制原理》、《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)》、《電力電子技術(shù)》等課程的重要基礎(chǔ)。主要研究電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的基本理論問(wèn)題，分析研究直流電機(jī)、變壓器、異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)、原理、基本電磁關(guān)系和運(yùn)行特性；并初步聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際，從生產(chǎn)機(jī)械工作的要求出，發(fā)重點(diǎn)介紹交運(yùn)行特性，為學(xué)習(xí)自動(dòng)控制系統(tǒng)等后續(xù)專業(yè)課打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。因此，課程既具有較強(qiáng)的基礎(chǔ)性，二、電力拖動(dòng)簡(jiǎn)單的電力拖動(dòng)系統(tǒng)由電源、電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、負(fù)載制裝置等部分組成，見圖和控制系統(tǒng)所需的電能；電動(dòng)機(jī)完成電能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)換；傳動(dòng)機(jī)于傳遞動(dòng)力，并實(shí)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)方式和運(yùn)轉(zhuǎn)速度的轉(zhuǎn)換，以滿足不同負(fù)載的要求；自動(dòng)控制裝置則控制電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)負(fù)載按照設(shè)定的工作方式運(yùn)行，完成規(guī)定的生產(chǎn)任務(wù)。直流拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)又帶有專業(yè)性。和自動(dòng)控1.1。電源提供電動(dòng)機(jī)構(gòu)用電源自動(dòng)控制裝置電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)負(fù)載圖1.1電力拖動(dòng)系統(tǒng)的組成0.2電氣控制電氣化、信息化時(shí)代，在性能、可靠性及容量等方面，對(duì)電機(jī)提出了更高的要求。交流變頻調(diào)速系統(tǒng)及變頻電機(jī)、大功率無(wú)刷直流電機(jī)、永磁同步無(wú)刷電機(jī)等得到了很大發(fā)展。同時(shí)，隨著新興行業(yè)的發(fā)展，微電機(jī)亦成為電機(jī)行業(yè)發(fā)展的亮點(diǎn)，重點(diǎn)產(chǎn)品。稀土永磁電機(jī)，無(wú)軸承新動(dòng)向。與此相適應(yīng)，電機(jī)拖動(dòng)也有了新的發(fā)展，對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)的要求，如要求提高加工的是我國(guó)電工電器行業(yè)(電機(jī))發(fā)展的電機(jī)也是電機(jī)技術(shù)發(fā)展的又提出更高精度和工作的速度，要求快速啟動(dòng)、制動(dòng)和逆轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)很寬范圍內(nèi)的調(diào)速及整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化等，這就需要有一整套自動(dòng)控制設(shè)備組成自動(dòng)化的電力拖動(dòng)系統(tǒng)。而這些高要求的拖動(dòng)系統(tǒng)隨著自動(dòng)控制理的論不斷發(fā)展，半導(dǎo)體器件和電力電子技采用，以及數(shù)控技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與采用，正在不斷地完善和提高。術(shù)的綜上所述，電力拖動(dòng)技術(shù)發(fā)展至今，它具有許多其他拖動(dòng)方式無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。它啟動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)和調(diào)速的控制簡(jiǎn)單、方便、快速且效率高；電動(dòng)機(jī)的類型多，且具有各種不同的運(yùn)行特性來(lái)滿足各種類型生產(chǎn)機(jī)械的要求；整個(gè)系統(tǒng)各參數(shù)的檢測(cè)和信號(hào)的變換與傳送方便，易于實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制。因此，電力拖動(dòng)已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)電氣的基礎(chǔ)。自動(dòng)化0.3本課程的性質(zhì)、任務(wù)和內(nèi)容《電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)》是電氣自動(dòng)化技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。它的主要任務(wù)是使學(xué)生掌握常用的交直流電機(jī)、變壓器、控制電機(jī)等的基本結(jié)構(gòu)與工作原理，電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行性能、分析計(jì)算，電機(jī)容量選擇及試驗(yàn)方法等，為學(xué)習(xí)《工廠電氣控制設(shè)備》、《自動(dòng)控制原理》、《交直流調(diào)速系統(tǒng)》等課程準(zhǔn)備必要的基礎(chǔ)知識(shí)?！峨姍C(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)》是分析和解決電機(jī)與電力拖動(dòng)系統(tǒng)的基本問(wèn)題，主要包括直流電機(jī)及拖動(dòng)、變壓器、異步電機(jī)及拖動(dòng)、同步電動(dòng)機(jī)、控制電機(jī)和電動(dòng)機(jī)容量的選擇等內(nèi)容。課程學(xué)完后學(xué)生應(yīng)達(dá)到下列要求：1．掌握常用交、直流電機(jī)及變壓器的基本理論（電磁關(guān)系、能量關(guān)系）。2．掌握控制電機(jī)的工作原理、主要性能及用途。3．掌握分析電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性及各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的基本理論。4．掌握電力拖動(dòng)系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法的基本原理和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。5．掌握選擇電動(dòng)機(jī)的原則和方法。6．掌握電機(jī)的基本試驗(yàn)方法及技能，并具有熟練的運(yùn)算能力。7．了解電機(jī)與電力拖動(dòng)今后的發(fā)展方向。0.4課程目標(biāo)《電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)》課程在于通過(guò)電機(jī)的理論、應(yīng)用、電氣控制方法、電氣控制系統(tǒng)的構(gòu)成和設(shè)計(jì)方法的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生成為一名電機(jī)及控制技術(shù)方面的應(yīng)用型技術(shù)人才。

一、特點(diǎn)：本課程的特點(diǎn)是理論性強(qiáng)、實(shí)踐性也強(qiáng)。分析電機(jī)與電力拖動(dòng)的工作原理要用電學(xué)、磁學(xué)和動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)理論，既要有時(shí)間概念，又要有空間概念，所以理論性較強(qiáng)；而用理論分析各種電機(jī)和電力拖動(dòng)的實(shí)際問(wèn)題時(shí)，必須結(jié)合電機(jī)的具體結(jié)構(gòu)、采用工程觀點(diǎn)和工程分析方法，除要掌握基本理論以外，還應(yīng)注意培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)操作技能和計(jì)算能力，所以實(shí)踐性也較強(qiáng)。因此，學(xué)習(xí)本門課程應(yīng)該特別注意理論聯(lián)系實(shí)際。第一章直流電機(jī)§1.1直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理直流電機(jī)是由靜止的定子部分和轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子部分構(gòu)成的，定、轉(zhuǎn)子間之有一定大小的間隙（以后稱為氣隙）。1—換向器；2—電刷裝置；3—機(jī)座；4—主磁極；5—換向極；6—端蓋；7—風(fēng)扇；8—電樞繞組；9—電樞鐵心1.定子部分：直流電機(jī)定子部分主要由主磁極、換向極、機(jī)座和電刷裝置等組成。（1）主磁極又稱主極。在一般大中型直流電機(jī)中，主磁極是一種電磁鐵。（2）換向極容量在1kw以上的直流電機(jī)，在相鄰兩主磁極之間要裝上換向極。換向極又稱附加極或間極，其作用為了改善直流電機(jī)的換向。（3）機(jī)座一般直流電機(jī)都用整體機(jī)座。所謂整體機(jī)座，就是一個(gè)機(jī)座同時(shí)起兩方面的作用：一方面起導(dǎo)磁的作用，一方面起機(jī)械支撐的作用。（4）電刷裝置電刷裝置是把直流電壓、直流電流引入或引出的裝置。2、轉(zhuǎn)子部分：直流電機(jī)轉(zhuǎn)子部分主要由電樞鐵心和電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇等組成。（1）電樞鐵心電樞鐵心作用有二，一個(gè)是作為主磁路的主要部分；另一個(gè)是嵌放電樞繞組。（2）電樞繞組它是直流電機(jī)的主要電路部分，是通過(guò)電流和感應(yīng)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)以實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。（3）換向器在直流發(fā)電機(jī)中，它的作用是將繞組內(nèi)的交變電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換為電刷端上的直流電動(dòng)勢(shì)；在直流電動(dòng)機(jī)中，它將電刷上所通過(guò)的直流電流轉(zhuǎn)換為繞組內(nèi)的交變電流。二、直流電機(jī)的基本工作原理1.直流發(fā)電機(jī)的工作原理直流發(fā)電機(jī)的模型與直流電動(dòng)機(jī)相同，不同的是電刷上不外加直流電壓，而是利用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電樞朝某一方向例如逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，如圖所abcd示。這時(shí)導(dǎo)體和分別切割N極和S極下的磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，電動(dòng)勢(shì)的方向用右手定則確定。圖3.2直流發(fā)電機(jī)的工作原理abbacd在圖示情況下，導(dǎo)體中電動(dòng)勢(shì)的方向由指向，導(dǎo)體中電動(dòng)dc勢(shì)的方向由指向，所以電刷A為正極性，電刷B為負(fù)極性。電樞cdcd旋轉(zhuǎn)1800時(shí)，導(dǎo)體轉(zhuǎn)至N極下，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向由指向，cdab電刷A與所連換向片接觸，仍為正極性；導(dǎo)體轉(zhuǎn)至S極下，感abab應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向變?yōu)橹赶?，電刷B與所連換向片接觸，仍為負(fù)極性?？梢?，直流發(fā)電機(jī)電樞線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向是交變的，而通過(guò)換向器和電刷的作用，在電刷A和B兩端輸出的電動(dòng)勢(shì)是方向不變的直流電動(dòng)勢(shì)。這種作用稱為整流作用。若在電刷A和B上負(fù)，載發(fā)電機(jī)就能向負(fù)載供給直流電能。這就是直流發(fā)電機(jī)的基本工作原理。同時(shí)應(yīng)該注意到，帶上負(fù)載以后，電樞導(dǎo)體成為載流導(dǎo)體，導(dǎo)體中的電流方向與電勢(shì)方向相同，利用左手定則，還可以判斷出由電磁力產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向與運(yùn)動(dòng)方向相反，起制動(dòng)作用。根據(jù)上述原理分析，可以看出直流發(fā)電機(jī)有如下特點(diǎn)：（1）直流發(fā)電機(jī)將輸入機(jī)械功率轉(zhuǎn)換成電功率輸出；（2）利用換向器和電刷，直流發(fā)電機(jī)將導(dǎo)體中的交變電勢(shì)和電流整流成直流輸出；（3）直流電動(dòng)機(jī)導(dǎo)體中的電流與運(yùn)動(dòng)電勢(shì)方向相同。（4）電磁轉(zhuǎn)矩起制動(dòng)作用。從以上分析可以看出：一臺(tái)直流電機(jī)原則上既可以作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，也可以作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，取決于外界不同的條件。將直流電源外加于電刷，輸入電能，電機(jī)能將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械旋轉(zhuǎn)，作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行；如用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)直流電機(jī)的電樞旋轉(zhuǎn)，輸入機(jī)械能，電機(jī)能將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為直流電能，從電刷上引出直流電動(dòng)勢(shì)，作發(fā)電機(jī)運(yùn)行。同一臺(tái)電機(jī)，既能作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，又能作發(fā)電機(jī)運(yùn)行的原理，在電機(jī)理論中稱為可逆原理。2.直流電動(dòng)機(jī)的工作原理圖1.1是一臺(tái)最簡(jiǎn)單的直流電動(dòng)機(jī)的模型，N和S是一對(duì)固定的磁極（一般是電磁鐵，也可以是永久磁鐵）。磁極之間有一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵質(zhì)圓柱體，稱為電樞鐵心。鐵心表面固定一用個(gè)絕緣導(dǎo)體構(gòu)abcd成的電樞線圈，線圈的兩端分別接到相互絕緣的兩個(gè)弧形銅片上，弧形銅片稱為換向片，它們的組合體稱為換向器。在換向器上放abcd置固定不動(dòng)而與換向片滑動(dòng)接觸的電刷A和B，線圈通過(guò)換向器和電刷接通外電路。電樞鐵心、電樞線圈和換向器構(gòu)成的整體稱為

電樞。此模型作為直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，將直流電源加于電刷A和B，例源正極加于電刷A，電源負(fù)極加于電刷B，則線圈abcd中流過(guò)ababcdc電流。在導(dǎo)體中，電流由流向，在導(dǎo)體中，電流由流向的作用。電磁力的方向用左手定則確定，可知這一對(duì)電磁力形成一個(gè)轉(zhuǎn)矩，稱為電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩的方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较?，使整個(gè)電樞逆時(shí)針cd流仍從電刷A流入，使中的電流變?yōu)橛勺饔茫優(yōu)殡姌芯€圈中的交變電流，這種將直流電流變?yōu)榻蛔冸娏鞯淖饔梅Q之為逆變。由于電樞線圈所處的磁極也是同時(shí)交變的，從而使電樞產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的方向恒定不變，確保直流電動(dòng)機(jī)朝確定的方向同時(shí)可以看到，一旦電樞旋轉(zhuǎn)，電樞導(dǎo)體就會(huì)切割磁力線，產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)電勢(shì)。在圖1.1()所示時(shí)刻，可以判斷出導(dǎo)體中的運(yùn)動(dòng)電勢(shì)ba的電流和電勢(shì)方向相反。圖1.1直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理實(shí)際的直流電動(dòng)機(jī)，電樞圓周上均勻地嵌放許多線圈，相應(yīng)地?fù)Q向器由許多換向片組成，使電樞線圈所產(chǎn)生總的電磁轉(zhuǎn)矩足夠大并且比較均勻，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也比較均勻。（3）利用換向器和電刷，直流電動(dòng)機(jī)將輸入的直流電流逆變成導(dǎo)體中的交變電流；3、直流電銘牌數(shù)據(jù)及主要系列是一臺(tái)機(jī)座號(hào)為5、電樞鐵心為短鐵心2座號(hào)表示直流電機(jī)電樞鐵心外直徑徑越大。樞鐵心長(zhǎng)度分為短鐵心和長(zhǎng)鐵心兩種，1表示短鐵心，2表示長(zhǎng)鐵心。的大小，共有1-9個(gè)機(jī)座號(hào)，機(jī)座號(hào)數(shù)越大，直；直流發(fā)電機(jī)的額定功電動(dòng)機(jī)軸上輸出的額定轉(zhuǎn)矩§1.3直流電機(jī)的電樞繞組電樞繞組是直流電機(jī)的一個(gè)重要部分，電機(jī)中機(jī)電能量的轉(zhuǎn)換就樞。電樞繞樞繞組而實(shí)現(xiàn)的，所以直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子也稱為電組是由許多個(gè)形狀完全一樣的單匝元件（當(dāng)然也可以是多匝元件）以一定規(guī)律排列和聯(lián)接起來(lái)的，用S表示元件數(shù)。1．繞組節(jié)距所謂節(jié)距，是指被聯(lián)接起來(lái)的兩個(gè)元件邊或換向片之間的距離，以所跨過(guò)的元件邊數(shù)或虛槽數(shù)或換向片數(shù)來(lái)表示。元件的上層邊用實(shí)（1）第一節(jié)距同一元件的兩個(gè)元件邊在電樞周圍上所跨的距離，用電樞表面相隔的槽數(shù)來(lái)表示，稱為第一節(jié)距y。一個(gè)磁極在電樞圓周上所跨的距1離稱為極距τ，當(dāng)用槽數(shù)表示時(shí)，極距的表達(dá)式為Z2p式中，P為磁極對(duì)數(shù)。為使每個(gè)元件的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，第一節(jié)距y應(yīng)盡量等于一個(gè)極1距τ，但τ不一定是整數(shù)，而y必須是整數(shù)，為此，一般取第一節(jié)距1Z整數(shù)y12p式中，ε為小于1的分?jǐn)?shù)。繞組稱為整距繞組；y的元件稱為1y的元件為整距元件，1短距繞組；y的元件稱為短距元件，繞組稱為長(zhǎng)距元件，其電磁1效果與y<ε的元件相近，但端接部分較長(zhǎng)，耗銅多，一般不用。1（2）第二節(jié)距第一個(gè)元件的下層邊與直接相連的第二個(gè)元件的上層邊之間在電樞圓周上的距離，用槽數(shù)表示，稱為第二節(jié)距y。2（3）合成節(jié)距直接相連的兩個(gè)元件的對(duì)應(yīng)邊在電樞圓周上的距離，用槽數(shù)表示，稱為合成節(jié)距y。（4）換向器節(jié)距每個(gè)元件的首、末兩端所接的兩片換向片在換向器圓周上所跨的距離，用換向片數(shù)表示，稱為換向器節(jié)距y。由下圖可見，換向器節(jié)k距y與合成節(jié)距y總是相等的，即k(a)單疊繞組(b)單波繞組2．單疊繞組的聯(lián)接方法和特點(diǎn)下面通過(guò)一個(gè)實(shí)例來(lái)說(shuō)明。設(shè)一臺(tái)直流發(fā)電機(jī)2P=4，Z=S=K=16，聯(lián)接成單疊右行繞組。（1）計(jì)算各節(jié)距第一節(jié)距y1Z1644y12p合成節(jié)距y和換向器節(jié)距yKyy1K第二節(jié)距y2yyy321所謂繞組展開圖是假想將電樞及換向器沿某一齒的中間切開，并展開成平面的聯(lián)接圖。作圖步驟如下。第一步，先畫16根等長(zhǎng)等距的實(shí)線，代表各槽上層元件邊，再畫16根等長(zhǎng)等距的虛線，代表各槽下層元件邊。讓虛線與實(shí)線靠近一些。實(shí)際上一根實(shí)線和一根虛線代表一個(gè)槽（指虛槽），依次把槽編上號(hào)碼。第二步，放置主磁極。讓每個(gè)磁極的寬度大約等于0.7,4個(gè)磁極均勻放置在電樞槽之上，并標(biāo)上N、S極性。假定N極的磁力線進(jìn)入紙面，極的磁力線從紙面穿出。S第三步，畫16個(gè)小方塊代表?yè)Q向片，并標(biāo)上號(hào)碼，為了作圖方便，使換向片寬度等于槽與槽之間的距離。為了能聯(lián)出形狀對(duì)稱的元件，換向片的編號(hào)應(yīng)與槽的編號(hào)有一定對(duì)應(yīng)關(guān)系（由第一節(jié)距來(lái)考慮）。第四步，聯(lián)繞組。為了便于聯(lián)接，將元件、槽和換向片按順序編號(hào)。編號(hào)時(shí)把元件號(hào)碼、元件上層邊所在槽的號(hào)碼以及元件上層邊相樣，即1號(hào)元件的上層邊放在1號(hào)槽內(nèi)并與1號(hào)換向片相聯(lián)接。這樣當(dāng)1號(hào)元件的上層邊放在1號(hào)槽（實(shí)線）并聯(lián)接的換向片號(hào)碼編得一與1號(hào)換向片相聯(lián)后，因?yàn)閥=4，則1號(hào)元件的下層邊應(yīng)放在第5號(hào)1yy1，所以1號(hào)元件的末端1y5槽（）的下層（虛線）；因1K1y2應(yīng)聯(lián)接在2號(hào)換向片上（）。一般應(yīng)使元件左右對(duì)稱，這樣11號(hào)換向片與2號(hào)換向片的分界線正好與元件的中心線相重合。然后將2號(hào)元件的上層邊放入2號(hào)槽的上層（1y2），下層邊放在62y6號(hào)槽的下層（），2號(hào)元件的上層邊聯(lián)在2號(hào)換向片上，下1層邊聯(lián)在3號(hào)換向片上。按此規(guī)律排列與聯(lián)接下去，一直把16個(gè)元件都聯(lián)起來(lái)為止。校核第2節(jié)距：第1元件放在第5槽的下層邊與放在第2槽第2元件y3的關(guān)系。其他元件也如此。的上層邊，它們之間滿足2第五步，確定每個(gè)元件邊里導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向。圖3.13中，所考慮的是發(fā)電機(jī)，箭頭表示電樞旋轉(zhuǎn)方向，即自右向左運(yùn)動(dòng)，根據(jù)右手定則就可判定各元件邊的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向，即在N極下的導(dǎo)體電動(dòng)勢(shì)是向下，在S極下是向上的。在圖示這一瞬間，1、5、9、13四個(gè)元件正好位于兩個(gè)主磁極的中間，該處氣隙磁密為零，所以不感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。第六步，放電刷。在直流電機(jī)里，電刷組數(shù)也就是刷桿的數(shù)目與主極的個(gè)數(shù)一樣多。對(duì)本例來(lái)說(shuō)，就是四組電刷A、B、A2、B2，11它們均勻地放在換向器表面圓周方向的位置。一個(gè)換每個(gè)電刷的寬度等于每一個(gè)換向片的寬度。放電刷的原則是，要求正、負(fù)電刷之間得到最大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，所短路的元件中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小，這兩個(gè)要求實(shí)際上是一致的。在圖1.3里，由于每個(gè)元件的幾何形狀對(duì)稱，如果把電刷的中心線對(duì)準(zhǔn)主極的中心線，就能滿足上述要求。圖1.2中，被電刷所短路的元件正好是1、5、9、13，這幾個(gè)元件中的電動(dòng)勢(shì)恰為零。實(shí)際運(yùn)行時(shí)，電刷是靜止不動(dòng)的，電樞在旋轉(zhuǎn)，但是，被電刷所短路的元件，永遠(yuǎn)都是處于兩個(gè)主磁極總結(jié)：對(duì)電樞繞組中的單疊繞組，有以下特點(diǎn)：（1）位于同一個(gè)磁極下的各元件串聯(lián)起來(lái)組成了一條支路，即支路ap。對(duì)數(shù)等于極對(duì)數(shù)，（2）當(dāng)元件的幾何形狀對(duì)稱，電刷放在換向器表面上的位置對(duì)準(zhǔn)主磁極中心線時(shí)，正、負(fù)電刷間感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為最大，被電刷所短路的元件里感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小。（3）電刷桿數(shù)等于極數(shù)?！?.5直流電機(jī)電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩一、直流電電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)機(jī)正負(fù)電刷之間的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，也就是電樞繞組一條并聯(lián)支路的電動(dòng)勢(shì)。電樞繞組元件邊內(nèi)的導(dǎo)通密度（尤其是機(jī)電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是指直流電體切割氣隙合成磁場(chǎng)，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，由于氣隙磁負(fù)載時(shí)氣隙合成磁通密度）在便起見，可把磁通密度看成均勻分布的，取一個(gè)極下氣隙磁通密度的平均值為B，從而可得一距范圍內(nèi)切割氣隙磁通密—個(gè)極下的分布不均勻，為分析推導(dǎo)方根導(dǎo)體在一個(gè)極av度產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的平均值e，其表達(dá)式為aveBlavav式中，B為一個(gè)極下氣隙磁通密度的平均值，稱為平均氣隙磁通密度；avl為電樞導(dǎo)體的有效長(zhǎng)度（槽內(nèi)部分）；為電樞表面的線速度。設(shè)電樞繞組總的導(dǎo)體數(shù)為N，則每一條并聯(lián)支路總的串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)為，因N/2a

而電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)ENeN2pnpNnCn2a2a6060aaave二、電樞繞組的電磁轉(zhuǎn)矩電樞繞組中流過(guò)電樞電流I時(shí)，元件的導(dǎo)體中流過(guò)支路電流i，aa成為載流導(dǎo)體，在磁場(chǎng)中受到電磁力的作用。電磁力f的方向按左手定則確定，如圖3.21所示。一根導(dǎo)體所受電磁力的大小為fBlixxa如果仍把氣隙合成磁場(chǎng)看成是均勻的示，則每根導(dǎo)體所受電磁力的平均值為fBli，氣隙磁通密度用平均值B表avaxaxa一根導(dǎo)體所受電磁力形成的電磁轉(zhuǎn)矩，其大小為DTfavav2式中，D為電樞外徑。由于不同極性磁極下的電樞導(dǎo)體中電流的方向不同，所以電樞所磁轉(zhuǎn)矩方向都是一致的，因而電樞繞組的電磁轉(zhuǎn)矩等總的導(dǎo)體數(shù)N，即有導(dǎo)體產(chǎn)生的電于一根導(dǎo)體電磁轉(zhuǎn)矩的平均值T:乘以電樞繞組avl12pDpNICITNTNBliNla2l2a22aavavaaTa電樞電動(dòng)勢(shì)ECn和電磁轉(zhuǎn)矩TCI是直流電機(jī)兩個(gè)重要aeTa的公式。對(duì)于同一臺(tái)直流電機(jī)，電動(dòng)勢(shì)常數(shù)C和轉(zhuǎn)短常數(shù)C之間具eT有確定的關(guān)系C60aC9.55Ce2aTe§1.9直流電機(jī)的換向一、直流電機(jī)的換向直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)，隨著電樞的轉(zhuǎn)動(dòng)，電樞繞組的元件從一條支路經(jīng)過(guò)電刷短路后進(jìn)入另一條支路，元件中的電流隨之改變方向的過(guò)程稱為換向過(guò)程，簡(jiǎn)稱換向。產(chǎn)生換向火花的原因有多種，最主要的是電磁原因。還有機(jī)械方面和化學(xué)方面的原因。1.機(jī)械原因產(chǎn)生換向火花的機(jī)械原因有很多，主要是換向器偏心、換向片間云母絕緣凸出、轉(zhuǎn)子平衡不良、電刷在刷握中松動(dòng)、電刷壓力過(guò)大或過(guò)小、電刷與換向器的接觸面研磨得不好因而接觸不良等等。為使電機(jī)能正常工作，應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行檢查、維護(hù)和保養(yǎng)。2.化學(xué)原因電機(jī)運(yùn)行時(shí)，由于空氣中氧氣、水蒸氣以及電流通過(guò)時(shí)熱和電化學(xué)的綜合作用，在換向器表面形一成層氧化亞銅薄膜，這層薄膜有較高的電阻值，能有效地限制換向元件中的附加換向電流i，有利于換k向。同時(shí)薄膜吸附的潮氣和石墨粉能起潤(rùn)滑作用，使電刷與換向器之間保持良好而穩(wěn)定的接觸。電機(jī)運(yùn)行時(shí)，由于電刷的摩擦作用，氧化亞銅薄膜經(jīng)常遭到破壞。但是在正常使用環(huán)境中，新的氧化亞銅薄膜又能不斷形，成對(duì)換向不會(huì)有影響。如果周圍環(huán)境氧氣稀薄、空氣干燥或者電刷壓力過(guò)大時(shí)，氧化亞銅薄膜難以生，成或者周圍環(huán)境中存在化學(xué)腐蝕性氣體能破壞氧化亞銅薄膜，都將使換向困難，火花變大。二、改善換向的方法改善換向的目的在于消除或削弱電刷下的火花。產(chǎn)生火花的原因

是多方面的，其中最主要的是電磁原因。消除或削弱電磁原因引起的電磁性火花的方法有：1.適用合適的電刷，增加電刷與換向片之間的接觸電阻2.裝設(shè)換向極3.裝補(bǔ)償繞組§1.8直流發(fā)電機(jī)根據(jù)勵(lì)磁方式的不同，直流發(fā)電機(jī)可分為他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)、并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)、串勵(lì)直流發(fā)電機(jī)和復(fù)勵(lì)直流發(fā)電機(jī)。勵(lì)磁方式不同，發(fā)電機(jī)的特性就不同。因?yàn)楸緯噪娏ν蟿?dòng)為主，重點(diǎn)講述電動(dòng)機(jī)的特性，因此本節(jié)只分析他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的原理和特性。一、直流發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的基本方程式圖1.15為一臺(tái)他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的示意圖。電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞繞組切割主磁通，產(chǎn)生電樞電動(dòng)勢(shì)E，如果外電路接有負(fù)載，則產(chǎn)生電a樞電流I，按發(fā)電機(jī)慣例，I的正方向與相同，如圖1.15所示。Eaaa1.電動(dòng)勢(shì)平衡方程式根據(jù)圖1.15中所示電樞回路各量正方向，用基爾霍夫電壓定律，可以列出電動(dòng)勢(shì)平衡方程式為UERIaaa上式表明，直流發(fā)電機(jī)的端電壓U等于電樞電動(dòng)勢(shì)E減去電樞回路內(nèi)a部的電阻壓降RI，所以電樞電動(dòng)勢(shì)E應(yīng)大于端電壓U。aaa2.轉(zhuǎn)矩平衡方程式

直流發(fā)電機(jī)以轉(zhuǎn)速n穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，作用在電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩有三個(gè)：一個(gè)是原動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩T，方向與n相同；一個(gè)是電磁轉(zhuǎn)矩T，1方向與n相反，為制動(dòng)性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩；還有一個(gè)由電機(jī)的機(jī)械損耗及鐵損耗引起的空載轉(zhuǎn)矩T，也是制動(dòng)性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩。因此，可以寫出穩(wěn)態(tài)0運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩平衡方程式為TTT103.功率平衡方程式將上式乘以發(fā)電機(jī)的機(jī)械角速度Ω，得TTT10可以寫成PPP01M式中，，為原動(dòng)機(jī)輸給發(fā)電機(jī)的機(jī)械功PT11率，即輸入功率；，發(fā)電機(jī)的電磁功率；PTM，發(fā)電機(jī)的空載損耗功率。0PT0圖3.22他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)電磁功率2PTpNIMnpNInEI2aa6060aaaa和直流電動(dòng)機(jī)一樣，直流發(fā)電機(jī)的電磁功率亦是既具有機(jī)械功率的性質(zhì)，又具有電功率的性質(zhì)，所以是機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的那一部分功率。直流發(fā)電機(jī)的空載損耗功率也是包括機(jī)械損耗，和鐵損耗Pmec兩部分。PFe上式表明：發(fā)電機(jī)輸入功率，其中一小部分供給空載損耗，P1P0大部分為電磁功率，是由機(jī)械功率轉(zhuǎn)換為電功率的。將式電動(dòng)勢(shì)平衡方程式兩邊乘以電樞電流I得aEIUIRIaa2aaa即PPPM2CuaPUI，為發(fā)電機(jī)輸出的功率；RaIa2，為電樞回路銅損PCua式中，2a耗。上式可以寫成如下形式PPPCua2M綜合以上功率關(guān)系，可得功率平衡方程式PPPPPPPFe1M02Cuamec為更清楚地表示直流發(fā)電機(jī)的功率關(guān)系，可用下圖所示的功率流程圖。他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的功率流程圖一般情況下，直流發(fā)電機(jī)的總損耗PPPPPCuaCufFemec直流發(fā)電機(jī)的效率PP2100%1100%PP2P1faaf，時(shí)，端電壓U與勵(lì)磁電流I之間的關(guān)系Uf(I)稱為0f0f空載特性。，n=常數(shù)時(shí)，，U0ae所以空載特性Uf(I)與電機(jī)的空載磁化特性f(I)相似，都是一0ff條飽和曲線。I比較小時(shí)，鐵心不飽和，特性近似為直線；I較大時(shí)，fff圖1.16他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的空載特性圖1.17他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的外特性2外特性，I之間的關(guān)系稱I時(shí)，端電壓U與負(fù)載電流()UfIfNnnNIf為外特性。他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的負(fù)載電流I（亦即電樞電流I）增大時(shí)，端電a壓有所下降。從電動(dòng)勢(shì)方程式分析可以得知，UERICnRIaaaaae使端電壓U下降的原因有兩個(gè)：一是當(dāng)增大時(shí)，電樞回路電阻上IIa壓降增大，引起端電壓下降；二是增大時(shí)，電樞磁動(dòng)勢(shì)增大，IRaIIaa電樞反應(yīng)的去磁作用使每極磁通Ф減小，減小，從而引起端電壓UEa下降。U是衡量發(fā)電機(jī)運(yùn)行性能的一個(gè)重要數(shù)據(jù)，一般他勵(lì)發(fā)電機(jī)的電壓變化率約為10%。3.調(diào)節(jié)特性，U=常數(shù)時(shí)，勵(lì)磁電流I與nnNf負(fù)載電流I之間的關(guān)系f(I)稱為If調(diào)節(jié)特性。調(diào)節(jié)特性是隨負(fù)載電流增大而上翹的。這是因?yàn)殡S著負(fù)載電流的增大，電壓有下降趨，為維持電壓圖3.27他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)特性不變，就必須增大勵(lì)磁電流，以補(bǔ)償電阻壓降和電樞反應(yīng)去磁作用的增加，由于電樞反應(yīng)的去磁作用與負(fù)載電流的關(guān)系是非線性的，所以調(diào)節(jié)特性也不是直線?！?.6直流電動(dòng)機(jī)一、直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的基本關(guān)系式圖1.20為并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的示意圖。接通直流電源時(shí)，勵(lì)磁繞組中流過(guò)勵(lì)磁電流I，建立主磁場(chǎng)，電樞繞組流過(guò)電樞電流I，一方fa面形成電樞磁動(dòng)勢(shì)F，通過(guò)電樞反應(yīng)使主磁場(chǎng)變?yōu)闅庀逗铣纱艌?chǎng)，另a一方面使電樞元件導(dǎo)體中流過(guò)支路電流i，與磁場(chǎng)作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩aT，使電樞朝T的方向以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)。電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞導(dǎo)體又切割氣隙合成磁場(chǎng)，產(chǎn)生電樞電動(dòng)勢(shì)E，在電動(dòng)機(jī)中，此電動(dòng)勢(shì)的方向a與電樞電流I的方向相反，稱為反電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，有a如下平衡關(guān)系，分別用方程式表示。1.電壓平衡方程式根據(jù)圖中用電動(dòng)機(jī)慣例所設(shè)各量的正方向，可以列出電壓平衡方程式和電流平衡方程式UERIaaIIIaaf式中，R為電樞回路電阻，其中包括電刷a和換向器之間的接觸電阻。此式表明，直流電機(jī)在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下的電樞電動(dòng)勢(shì)E總小于端電壓U。a2.轉(zhuǎn)矩平衡方程式圖3.33并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，作用在電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩有三個(gè)。一個(gè)是電磁轉(zhuǎn)矩T，方向與轉(zhuǎn)速n相同，為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩；一個(gè)是電動(dòng)機(jī)空載損耗轉(zhuǎn)矩T，0是電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行時(shí)的阻轉(zhuǎn)矩，方向總與轉(zhuǎn)速n相反，為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩；還有一個(gè)是軸上所帶生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩T，即電動(dòng)機(jī)軸上的輸出轉(zhuǎn)2矩，一般亦為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系式為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩等于總的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，即TTT203.功率平衡方程式電動(dòng)機(jī)輸入功率P為1PUIU(II)(ERI)IUI1afaaaafEIRIUIPpp2aaaafMcuacufPUI1PMPRI2，是電樞回路的Cua式中，；EI，為電磁功率；aaaaPUI，為勵(lì)磁繞組的銅損耗。銅損耗；Cuff電磁功率2nTPEIpNnIpNI60a2a60aMaaa式中，械角速度，n2/60，電動(dòng)機(jī)的機(jī)單位是rad/s。PEI可知，電磁功率可知，從上式中具有電功率性質(zhì)；從PTMaaM電磁功率又具有機(jī)械功率性質(zhì)，其實(shí)質(zhì)是因?yàn)殡姶殴β适菍儆陔妱?dòng)機(jī)由電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的那一部分功率。將轉(zhuǎn)矩平衡方程式兩邊乘以機(jī)械角速度，得TTT20可寫成PPpPpppsM202mfePT，軸上輸出的機(jī)械功率；PT，空載損耗，式中，包括機(jī)2200械損耗P和鐵損耗P。mecFe可以作出并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的功率流程圖，如下圖（a）所示。圖中PCuf為勵(lì)磁繞組的銅損耗，稱為勵(lì)磁損耗。并勵(lì)時(shí)，P由輸入功率供PCuf1給；他勵(lì)時(shí)，P由其他直流源供給，功率流程圖如圖（b）所示。Cuf并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的功率平衡方程式CufCuaFe直流電動(dòng)機(jī)功率流程圖并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性是指當(dāng)電動(dòng)機(jī)的端電壓，勵(lì)NII，電樞回路不串外加電阻時(shí)，轉(zhuǎn)速f率η分別與電樞電流aa當(dāng)、IIUUffNNnf(I)稱為轉(zhuǎn)速特性。a勢(shì)公式ECn代入電aeUERI，可得轉(zhuǎn)aaa速特性公式可見，如果忽略電樞反應(yīng)的影響，N保持不變，則I增加時(shí)，轉(zhuǎn)速圖3.35并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性a1.轉(zhuǎn)速特性2.轉(zhuǎn)矩特性3.效率特性nf(I)為一條稍an下降。但因R一般很小，所以轉(zhuǎn)速n下降不多，a稍向下傾斜的直線，如圖中的曲線1所示。如果考慮負(fù)載較重，I較a大時(shí)電樞反應(yīng)去磁作用的影響，則隨著I的增大，將減小，因而使a轉(zhuǎn)速特性出現(xiàn)上翹現(xiàn)象，如圖中的虛線所示。Tf(I)2.轉(zhuǎn)矩特性a當(dāng)、T與電樞電流()時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩I之間的關(guān)系fNNaUUIIfNTf(I)a稱為轉(zhuǎn)矩特性。由TCI可知，不考慮電樞反應(yīng)影響時(shí)，不變，T與成IaTaN正比，轉(zhuǎn)矩特性為過(guò)原點(diǎn)的直線。如果考慮電樞反應(yīng)的去磁作用，則當(dāng)I增大時(shí)，轉(zhuǎn)矩特性略為向下彎曲，如圖中的曲線2所示。af(I)a3.效率特性當(dāng)、II()時(shí)，效率η與電樞電流I的關(guān)系aUUffNNNf(I)稱為效率特性。a并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的效率PP1PPP1100%100%2100%P1FemecCua)P1(IUIaf式中，鐵損耗P，是電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)電樞鐵心切割氣隙磁場(chǎng)而引起的渦Fe流損耗與磁滯損耗之和，其大小決定于氣隙磁通密度與轉(zhuǎn)速；機(jī)械損耗P包括軸承及電刷的摩擦損耗和通風(fēng)損耗，其大小主要決定于轉(zhuǎn)mec速；勵(lì)磁繞組的銅損耗PUI，當(dāng)，不變，也不變。IPCufUUCufffN由此可出看，以上三種損耗都不隨電樞電流變化，亦即不隨負(fù)載變化的，通常將這三種損耗之和稱為不變損耗。電樞回路的銅損耗PRI2與電樞電流的平方成正比，亦即隨負(fù)載的變化明顯變化，故Cuaaa稱為可變損耗。I開始由零增大時(shí)，可變損耗增加緩慢，總損耗變化affad/dI0求得當(dāng)a時(shí)，電動(dòng)機(jī)的效率達(dá)到最高；再進(jìn)一步增大時(shí)，可變損耗在總損耗Ia中所占的比例變大了，可變損耗和總損耗都將明顯上升，使效率η反而略為下降。并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的效率特性如圖中的曲線3所示，一般電動(dòng)機(jī)在負(fù)載為額定值的75%左右時(shí)效率最高。第六章直流電機(jī)的電力拖動(dòng)§6.1電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式和負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性一、電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程圖2—1為一單軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，必須遵循下列基本的運(yùn)動(dòng)方程式。圖6—1單軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的方程式為TTJddtemL（6—1）式中，T為電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩(Nm)；T為負(fù)載轉(zhuǎn)矩(Nm)；emLJd/dt為慣性轉(zhuǎn)矩(或稱動(dòng)轉(zhuǎn)矩)，J為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可用下式表示Jm2GD4g2（6—2）式中，m、G分別為旋轉(zhuǎn)部分的質(zhì)量(kg)與重量(N)；、D分別為轉(zhuǎn)動(dòng)慣性半徑與直徑(m)；g為重力加速度,g9.18m/s2；J的單位為kgm2。在實(shí)際計(jì)算中常用式（6—1）的另一種形式。即將角速度2n/60(的單位為，rad/sn的單位為r/min)代入式（6—1）得運(yùn)動(dòng)方程式實(shí)用形式：TTGD2dn375dtemL（6—3）式中，GD2為飛輪矩(Nm2)，GD4gJ；系數(shù)375是具有加速度量綱2的系數(shù)。電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)可由運(yùn)動(dòng)方程式表示出來(lái)。分析式（6—3）可見dn（1）當(dāng)TT0，，則常值，電力拖動(dòng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定0dtnemL運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)；dn（2）當(dāng)TT0，，電力拖動(dòng)系統(tǒng)處于加速過(guò)渡過(guò)程狀態(tài)0dtemL中；dn(3)當(dāng)，，電力拖動(dòng)系統(tǒng)處于減速過(guò)渡過(guò)程狀TT00dtemL態(tài)中。2.運(yùn)動(dòng)方程式中轉(zhuǎn)矩的符號(hào)分析（1）拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩與規(guī)定正向相同取正，相反取負(fù)；負(fù)載轉(zhuǎn)矩TTemL與規(guī)定正向相同取負(fù)，相反取正。（2）負(fù)載轉(zhuǎn)矩的方向與設(shè)定的旋轉(zhuǎn)正方向相同時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩TLT前取負(fù)號(hào)，相反時(shí)則取正號(hào)。L二、負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性在運(yùn)動(dòng)方程式中，負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系Tf(n)稱為負(fù)TLnL載轉(zhuǎn)矩特性。負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小和多種因素有關(guān)。以車床主軸為例，TL當(dāng)車床切削工件時(shí)切削速度、切削量大小、工件直徑、工件材料及刀具類型等都有密切關(guān)系。大多數(shù)生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性可歸納為三種類型，恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性、恒功率負(fù)載特性和風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載特性。1.恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性所謂恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性，就是指負(fù)載轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)速n無(wú)關(guān)的TL特性，當(dāng)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，轉(zhuǎn)矩保持常值。恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性多數(shù)是反抗TL性的，也有位能性的。反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性的特點(diǎn)是，恒值轉(zhuǎn)矩總是與運(yùn)動(dòng)方向相TL反。根據(jù)第六章第一節(jié)中對(duì)正負(fù)符號(hào)的規(guī)定，當(dāng)正轉(zhuǎn)時(shí)為正，轉(zhuǎn)TnL矩為反向，應(yīng)取正號(hào)，即為（）；而反轉(zhuǎn)時(shí)為負(fù)，轉(zhuǎn)矩為TnTLLL正向，應(yīng)變?yōu)椋ǎ?；如圖6—2所示。顯然，反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特TL性應(yīng)在第一與第三象限內(nèi)。皮帶運(yùn)輸機(jī)、軋鋼機(jī)、機(jī)床的刀架平移和行走機(jī)構(gòu)等由摩擦力產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的機(jī)械，都是反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。不同，它由拖部件(如起重類型負(fù)載中的重物)造成。其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)矩具有固定的方向，改變。如圖6—3不論重物被提升(n為正)或下放(n為負(fù))，負(fù)載轉(zhuǎn)矩T始終為動(dòng)系統(tǒng)中TLL在第一與第四象限內(nèi)，表示恒值特性的直線是TL圖6—2反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性圖6—3位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性2、恒功率負(fù)載特性一些機(jī)床，如車床，在粗加工時(shí)，切削量大，切削阻力大，此時(shí)開低速；在精加工時(shí)，切削量小，切削力小，往往開高速。在不同轉(zhuǎn)速下，負(fù)載轉(zhuǎn)矩基本上與轉(zhuǎn)速成反比，切削功率基本不變，即2n0.105TnK（6PTT60LLLL—4）式中，為常數(shù)；為負(fù)載(切削)功率()。KPWL可見，負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速呈反比，切削功率基本不變，特性曲nTL線呈恒功率的性質(zhì)。恒功率負(fù)載特性如圖6—4所示。從圖中可以看出A點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的陰影面積與B點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的相等。圖2—4恒功率負(fù)載特性3風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載特性風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速大小有關(guān)，基本上與轉(zhuǎn)速的平方成正比（6TKn2L—5）式中，為比例常數(shù)。K風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載特性如圖6-5所示。屬于通風(fēng)機(jī)負(fù)載的生產(chǎn)機(jī)械有通風(fēng)機(jī)、水泵、油泵等，其中空氣、水、油等介質(zhì)對(duì)機(jī)器葉片的阻力基本上和轉(zhuǎn)速的平方成正比。圖6—5風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載特性圖6—6實(shí)際風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載特性實(shí)際生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性可能是以上幾種典型特性的綜合。例如，實(shí)際通風(fēng)機(jī)除了主要是通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性外，由于其軸承上還有一定的摩擦轉(zhuǎn)矩T，因而實(shí)際通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性為，如圖6TTKn200L—6所示。除了上述幾種類型的生產(chǎn)機(jī)械外，還有一些生產(chǎn)機(jī)械具有各自的負(fù)載特性，如帶曲柄連桿機(jī)構(gòu)的生產(chǎn)機(jī)械，它們的負(fù)載轉(zhuǎn)矩T隨轉(zhuǎn)角L而變化；而球磨機(jī)，碎石機(jī)等生產(chǎn)機(jī)械，其負(fù)載轉(zhuǎn)矩則隨時(shí)間作無(wú)規(guī)律的隨機(jī)變化等等。6.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩T之間的nem關(guān)系，即nf(T)，機(jī)械特性是電動(dòng)機(jī)機(jī)械性能的主要表現(xiàn)，它與em運(yùn)動(dòng)方程式相聯(lián)系，是分析電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、調(diào)速、制動(dòng)等問(wèn)題的重要工具。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程式可從電動(dòng)機(jī)的基本方程式導(dǎo)出。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電路原理如圖6-7所示。圖6—7他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電路原理根據(jù)圖6—7可以列出電動(dòng)機(jī)的基本方程式為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方程：ECnae電磁轉(zhuǎn)矩：TCIaemT電壓平衡方程式：UIREdaa電樞總電阻:磁通:RRRaef(i)f勵(lì)磁電流:iUffRf將E和T的表達(dá)式代入電壓平衡方程式中，可得機(jī)械特性方程式的aemUR(6-6)nCCC2TdemeeT在機(jī)械特性方程式(6—6)中，當(dāng)電源電壓U、電樞總電阻R、磁d通為常數(shù)時(shí),即可畫出他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,如圖6emnf(T)—8所示。圖6—8他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性由圖6—8中的機(jī)械特性曲線可見,轉(zhuǎn)速n隨電磁轉(zhuǎn)矩T的增大em而降低,是一條向下傾斜的直線。這說(shuō)明:電動(dòng)機(jī)加上負(fù)載，轉(zhuǎn)速會(huì)隨負(fù)載的增加而降低。下面討論機(jī)械特性上的兩個(gè)特殊點(diǎn)和機(jī)械特性直線的斜率。理想空載點(diǎn)A(0,n)0在方程式(6—6)中，當(dāng)T0時(shí)，稱為理想空載轉(zhuǎn)nU/Cnde0em速，即U(6—7)n0dCe由式(6—7)可見，調(diào)節(jié)電源電壓U或磁通，可以改變理想空載d轉(zhuǎn)速n的大小。必須指出，電動(dòng)機(jī)的實(shí)際空載轉(zhuǎn)速'比n略低，如圖n0006—8所示。這是因?yàn)?，電?dòng)機(jī)在實(shí)際的空載狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩，但電磁轉(zhuǎn)矩T不可能為零，必須克服空載阻力轉(zhuǎn)矩T，即T02em0,所以實(shí)際空載轉(zhuǎn)速n'為0TTem0URRCC2T(6—8)n'02TndCCCe000eTeT堵轉(zhuǎn)點(diǎn)或起動(dòng)點(diǎn)B(T，0)st在圖6—8中，機(jī)械特性直線與橫軸的交點(diǎn)B為堵轉(zhuǎn)點(diǎn)或起動(dòng)點(diǎn)。在堵轉(zhuǎn)點(diǎn),n0，因而E0,此時(shí)電樞電流稱為堵轉(zhuǎn)電流iU/Riadsta或起動(dòng)電流。與堵轉(zhuǎn)電流相對(duì)應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩T稱為堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩或起動(dòng)轉(zhuǎn)st矩。機(jī)械特性直線的斜率方程式(6—6)中，右邊第二項(xiàng)表示電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載后的轉(zhuǎn)速降，用n表示，則RTT(6—9)nCC2ememeTR式中，為機(jī)械特性直線的斜率，在同樣的理想空載轉(zhuǎn)速下,CC2eT越小，n越小，即轉(zhuǎn)速隨電磁轉(zhuǎn)矩的變化較小，稱此機(jī)械特性為硬特性。越大,n也越大，即轉(zhuǎn)速隨電磁轉(zhuǎn)矩的變化較大，稱此機(jī)械特性為軟特性。將公式(6—7)及式(6—9)代人式(6—6)，得機(jī)械特性方程式的簡(jiǎn)化式為(6—10)nnT0em當(dāng)他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的電源電壓UU、磁通、電樞回路中沒(méi)有dN附加電阻，即時(shí)，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性稱為固有機(jī)械特性。固有eUR(6—11)nTemNaCCCe2eNTN根據(jù)公式(6—11)可繪出他勵(lì)—9所示。其中額定運(yùn)行點(diǎn)。由于R較小，數(shù)值最大，所以特性的斜率最小，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性如圖6D點(diǎn)為aN直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性較硬。圖6—9他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特三、人為機(jī)械特性改變固有機(jī)械特性方程式中的電源電壓，氣隙磁通和電樞回Ud路串附加電阻這三個(gè)參數(shù)中的任意一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)參數(shù)，所得到Re的機(jī)械特性為人為機(jī)械特性。1、電樞回路串接電阻時(shí)的人為機(jī)械特性Re此時(shí)，，電樞串接電阻時(shí)的人為機(jī)械特UURRRRdNNaee性方程為URR(6—12)nTemNaeCCe2CeNTN與固有機(jī)械特性相比，電樞回路串接電阻R時(shí)的人為機(jī)械特性的e特點(diǎn)是:U1.理想空載點(diǎn)保持不變;n0NCeN2.斜率隨R的增大而增大，使轉(zhuǎn)速降n增大，特性變軟。圖6e—10所示是不同R時(shí)的一組人為機(jī)械特性，它是從理想空載點(diǎn)n發(fā)出e0的一組射線。3．對(duì)于相同的電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速n隨R的增大而減小。（在圖中標(biāo)e出對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速點(diǎn)）圖6—10不同R時(shí)的人為機(jī)械特性e2、改變電源電壓U時(shí)的人為機(jī)械特性d當(dāng)，電樞不串接電阻(R0)，改變電源電壓U時(shí)的人Ned為機(jī)械特性方程式為UR(6—13)nTdaCCC2emeNeTN根據(jù)式6—13可以畫出改變電源電壓U時(shí)的人為機(jī)械特性如圖6d—11所示。圖6—11改變電源電壓U時(shí)的人為機(jī)械特d性與固有機(jī)械特性相比，改變電源電壓U時(shí)的人為機(jī)械恃性的特d點(diǎn)是:1、理想空載轉(zhuǎn)速n隨電源電壓U的降低而成比例降低；0d2、斜率保持不變，特性的硬度不變。圖6—11所示的是不同電壓U時(shí)的一組人為機(jī)械特性，該特性為一組平行直線。d3.對(duì)于相同的電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速n隨U的減小而減小。d應(yīng)注意:由于受到絕緣強(qiáng)度的限制，電壓只能從額定值U向下調(diào)N節(jié)。3、改變磁通時(shí)的人為機(jī)械特性一般他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)在額定磁通下運(yùn)行時(shí)，電機(jī)已接近飽N和。改變磁通只能在額定磁通以下進(jìn)行調(diào)節(jié)。此時(shí)UU，電樞不串dN接電阻(R0)、減弱磁通時(shí)的人為機(jī)械特性方程式為eUR(6—14)nT2NaCCCeemeT根據(jù)式6—14可以畫出改變磁通時(shí)的人為機(jī)械特性如圖6—12圖6—12改變磁通時(shí)的人為機(jī)械特性與固有機(jī)械特性相比，減弱磁通時(shí)的人為機(jī)械特性的特點(diǎn)是:1.理想空載點(diǎn)隨磁通減弱而升高；nU/C0Ne2.斜率與磁通成反比，減弱磁通，使斜率增大，特性變軟。圖6—12所示為弱磁時(shí)的一組人為機(jī)械特性，該特性隨磁通的減弱，理想空載轉(zhuǎn)速升高、曲線斜率變大。n0顯然，在實(shí)際應(yīng)用中，同時(shí)改變兩個(gè)、甚至三個(gè)參數(shù)時(shí)，人為機(jī)械特性同樣可根據(jù)特性方程式得到?！?.5他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)一、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電動(dòng)機(jī)從接入電源開始轉(zhuǎn)動(dòng)，到達(dá)穩(wěn)定運(yùn)行的全部過(guò)程稱為起動(dòng)過(guò)程或起動(dòng)。電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)的瞬間，轉(zhuǎn)速為零，此時(shí)的電樞電流稱為起動(dòng)電流，用表示。對(duì)應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩稱為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，用表示。ITstst直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能指標(biāo):（1）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩足夠大)；(TTTststL（2）起動(dòng)電流不可太大，一般限制在一定的允許范圍之內(nèi)，Ist一般為(1.5～2)I；N（3）起動(dòng)時(shí)間短，符合生產(chǎn)機(jī)械的要求；（4）起動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、可靠、操作簡(jiǎn)便。直流電動(dòng)機(jī)常用的起動(dòng)方法有三種：1.直接起動(dòng)直接起動(dòng)就是將電動(dòng)機(jī)直接投入到額定電壓的電網(wǎng)上起動(dòng)。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，必須先保證有磁場(chǎng)，而后加電樞電壓，當(dāng)T大st于拖動(dòng)系統(tǒng)的總阻力轉(zhuǎn)矩時(shí)，電動(dòng)機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)并加速。隨著轉(zhuǎn)速升高，增大，使電樞電流下降,相應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩也減小,但只要電磁轉(zhuǎn)矩大于總阻力轉(zhuǎn)矩，n仍能增加，直到電磁轉(zhuǎn)矩降到與總阻力轉(zhuǎn)矩電機(jī)達(dá)到穩(wěn)定恒速運(yùn)行，起動(dòng)過(guò)程結(jié)束。優(yōu)點(diǎn):直接起動(dòng)不需要起動(dòng)設(shè)備，點(diǎn)是起動(dòng)電流大(由上例可知)。過(guò)大的起動(dòng)電流將引起電降，影響到其他用電設(shè)備的正常工作，對(duì)電機(jī)造成換向惡化、繞組發(fā)熱嚴(yán)重，同時(shí)很大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩將損壞拖動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，所Ist相等時(shí)，直接起動(dòng)的操作簡(jiǎn)單，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，但嚴(yán)重的缺網(wǎng)電壓的下自身會(huì)

以直接起動(dòng)只限用于容量很小的直流電動(dòng)機(jī)。一般直流電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)，都必須設(shè)法限制起動(dòng)電流。為了限制起動(dòng)電流，可以采用降低電源電壓和電樞回路串聯(lián)電阻的起動(dòng)方法。2.降壓起動(dòng)降壓起動(dòng),即起動(dòng)前將施加在電動(dòng)機(jī)電樞兩端的電壓降低，以限制起動(dòng)電流，為了獲得足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。起動(dòng)電流通常限制在(1.5～2)I，則起動(dòng)電壓應(yīng)為N(6—15)UIR(1.5~2)IRaststaN因此在起動(dòng)過(guò)程中，為保證有足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，需使I保持在st(1.5～2)I范圍內(nèi)，電源電壓必須不斷升高，直到電壓升至額定UNd電壓，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，起動(dòng)過(guò)程結(jié)束。降壓起動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是:在起動(dòng)過(guò)程中能量損耗小，起動(dòng)平穩(wěn)，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，但需要一套可調(diào)節(jié)電壓的直流電源，增加了設(shè)備投資。3.電樞回路串電阻起動(dòng)電樞回路串電阻起動(dòng)時(shí)，電源電壓為額定值且恒定不變，在電樞回路中串接起動(dòng)電阻，達(dá)到限制起動(dòng)電流的目的。電樞回路串電Rst阻起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流為U(6—16)IstNRRast在電樞回路串電阻起動(dòng)的過(guò)程中，應(yīng)相應(yīng)地將起動(dòng)電阻逐級(jí)切，除這種起動(dòng)方法稱為電樞串電阻分級(jí)起動(dòng)。因?yàn)樵谄饎?dòng)過(guò)程中，如果不切電除阻，隨著轉(zhuǎn)速的增加，電樞電勢(shì)E增大。使起動(dòng)電流下降，a相應(yīng)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也減小，轉(zhuǎn)速上升緩慢，使起動(dòng)過(guò)程時(shí)間延長(zhǎng)，且起動(dòng)后轉(zhuǎn)速較低。如果把起動(dòng)電阻一次全部切除，會(huì)引起過(guò)大的電流沖擊。圖6—13他勵(lì)直流電機(jī)串電阻分級(jí)起動(dòng)當(dāng)合上開關(guān)，電動(dòng)1機(jī)勵(lì)磁回路通電后，合上開關(guān)，其他接觸2QQ器觸點(diǎn)（，，）斷開，此時(shí)電樞和三段電阻R、R及Rst3KMKMKM123st1st2串聯(lián)接上額定電壓，起動(dòng)電流為UIst1NRRRRst3ast1st2由起動(dòng)電流產(chǎn)生起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，如圖6—14所示。圖6—14同時(shí)表ITst1st1示了他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)分三級(jí)起動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性。圖6—14他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電樞串電阻分級(jí)起動(dòng)的人為機(jī)械特性由圖6—14可見，由于，電動(dòng)機(jī)開始起動(dòng)，轉(zhuǎn)速上升，轉(zhuǎn)矩TTst1L下降，電機(jī)的工作點(diǎn)從A點(diǎn)沿特性AB上移，加速逐步變小。為了得到較大的加速，到B點(diǎn)KM閉合，電阻R被切除，B點(diǎn)的電流I為3st3st2切換電流。電阻R切除后，電機(jī)的機(jī)械特性變成直線CDn。電阻切st30除瞬間，由于機(jī)械慣性，轉(zhuǎn)速不能突變，電勢(shì)E也保持不變，因而電a流將隨R的切除而突增，轉(zhuǎn)矩也按比例增加，電機(jī)的工作點(diǎn)從B點(diǎn)st3過(guò)渡到特性CDn上的C點(diǎn)。如果電阻設(shè)計(jì)恰當(dāng)，可以保證C點(diǎn)的電流0與I相等，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩T保證電機(jī)又獲得較大的加速度。電機(jī)st1st1由C點(diǎn)加速到D點(diǎn)時(shí)，再閉合KM，切除R。運(yùn)行點(diǎn)由D點(diǎn)過(guò)渡到特2st2性EFn上的E點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)的電流又從I回升到I，轉(zhuǎn)矩由T增至T。0st2st1st2st1電機(jī)由E點(diǎn)加速到F點(diǎn)時(shí)，KM閉合，切除電阻R，運(yùn)行點(diǎn)由F點(diǎn)過(guò)1st1渡到固有特性上的G點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)的電流再一次從I回升到I，轉(zhuǎn)矩st2st1由T增至T，拖動(dòng)系統(tǒng)繼續(xù)加速到W點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行，起動(dòng)過(guò)程結(jié)束。st2st1必須指出，分級(jí)起動(dòng)時(shí)使每一級(jí)的I（或T）與I(或T)大st2st2st1st1小一致，可以使電機(jī)有較均勻的加速度，并能改善電動(dòng)機(jī)的換向，緩和轉(zhuǎn)矩對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與生產(chǎn)機(jī)械的有害沖擊。一般取起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，。相應(yīng)的起動(dòng)電流I、I也是額定電T(1.5~2)TT(1.1~1.3)Tst2st1NNst2st1流的相同倍數(shù)。電樞回路串電阻分級(jí)起動(dòng)能有效地限制起動(dòng)電流，起動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單及操作簡(jiǎn)便，廣泛應(yīng)用于各種中、小型直流電動(dòng)機(jī)。但在起動(dòng)過(guò)程中能量消耗大，不適用經(jīng)常起動(dòng)的大、中型直流電動(dòng)機(jī)。二、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)——反向電動(dòng)機(jī)運(yùn)行他勵(lì)直流電機(jī)作反向電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，必須改變電磁轉(zhuǎn)矩的方向。根據(jù)左手定則，電磁轉(zhuǎn)矩的方向由磁場(chǎng)方向和電樞電流的方向決定，所以，只要將磁通和電樞電流I中任意一個(gè)參數(shù)的方向改變，電磁a轉(zhuǎn)矩即改變方向。所以他勵(lì)直流電機(jī)作反向電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，其電磁轉(zhuǎn)矩方向改變，即T0，n0，T與n仍為同方向，T仍然是動(dòng)拖性ememem轉(zhuǎn)矩。在直流動(dòng)拖系統(tǒng)中，通常采用改變電樞電壓極性，即將電樞繞組反接，而保持勵(lì)磁繞組兩端的電壓極性不變的方法實(shí)現(xiàn)反向電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。但在電動(dòng)機(jī)容量很大時(shí)，對(duì)于反轉(zhuǎn)速度要求不高的場(chǎng)合，則因勵(lì)磁電路的電流和功率小，為了減小控制電器的容量，可采用改變勵(lì)磁繞組極性的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)。§6.6他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)

對(duì)于一個(gè)拖動(dòng)系統(tǒng)，制動(dòng)的目的是使電力拖動(dòng)系統(tǒng)停車(制停)，有時(shí)也為了限制拖動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速(制動(dòng)運(yùn)行)，以確保設(shè)備和人身安全。制動(dòng)的方法有自由停車、機(jī)械制動(dòng)、電氣制動(dòng)。自由停車是指切斷電源，系統(tǒng)就會(huì)在摩擦轉(zhuǎn)矩的作用下轉(zhuǎn)速逐漸降低，最后停車，這稱為自由停車。自由停車是最簡(jiǎn)單的制動(dòng)方法，但自由停車一般較慢，特別是空載自由停車，更需要較長(zhǎng)的時(shí)間。機(jī)械制動(dòng)就是靠機(jī)械裝置所產(chǎn)生的機(jī)械摩擦轉(zhuǎn)矩進(jìn)行制動(dòng)。這種制動(dòng)方法雖然可以加快制動(dòng)過(guò)程，但機(jī)械磨損嚴(yán)重，增加了維修工作量。電氣制動(dòng)是指通過(guò)電氣的方法進(jìn)行制動(dòng)，對(duì)需要頻繁快速起動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械，一般采用電氣制動(dòng)。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)屬于電氣制動(dòng)。這時(shí)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與被拖動(dòng)的負(fù)載轉(zhuǎn)向相反。電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩稱為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。制動(dòng)時(shí)，可以使能量回饋到電，網(wǎng)節(jié)約能源消耗。電氣制動(dòng)便于控制，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，比較經(jīng)濟(jì)。常用他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)方法有能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)、回饋制動(dòng)(再生制動(dòng))。下面分別討論三種電氣制動(dòng)的物理過(guò)程、特性及制動(dòng)電阻的計(jì)算等問(wèn)題。一、能耗制動(dòng)能耗制動(dòng)是把正在做電動(dòng)運(yùn)行的他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電樞從電網(wǎng)上切除，并接到一個(gè)外加的制動(dòng)電阻上構(gòu)成閉合回路。圖6—15為Rb他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)的電路原理圖。

（a）(b)圖6—15他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)的電路原理圖（a）能耗制動(dòng)的電路原理圖；(b)發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的參考方向?yàn)榱吮阌诒容^，在圖6—15(a)中標(biāo)出了電機(jī)在電動(dòng)狀態(tài)時(shí)各物理量的方向。制動(dòng)時(shí)，保持磁通不變，接觸器KM1常開觸點(diǎn)斷開，電樞切斷電源，同時(shí)常閉觸點(diǎn)閉合把電樞接到制動(dòng)電阻R上，電動(dòng)機(jī)b進(jìn)入制動(dòng)狀態(tài)，如圖6—15(b)所示。電動(dòng)機(jī)開始制動(dòng)瞬間，由于慣性，轉(zhuǎn)速n仍保持與原電動(dòng)狀態(tài)相同的方向和大小，因此電樞電勢(shì)E在此a瞬間的大小和方向也與電動(dòng)狀態(tài)時(shí)相同，此時(shí)E產(chǎn)生電流I，其I的aaa方向與E相同(I0)。能耗制動(dòng)時(shí)根據(jù)電勢(shì)平衡方程可得：aa(6—17)(6—18)0EI(RR)aaabEIaRRaab式中，電樞電流I為負(fù)值，其方向與電動(dòng)狀態(tài)時(shí)的正方向相反。由于a磁通保持不變，因此，電磁轉(zhuǎn)矩反向，與轉(zhuǎn)速方向相反，反抗由于慣性而繼續(xù)維持的運(yùn)動(dòng)、起制動(dòng)作用，使系統(tǒng)較快地減速。在制動(dòng)過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)把拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成電能并消耗在電樞回路的電阻上，因此為稱能耗起制動(dòng)。能耗制動(dòng)時(shí)的特點(diǎn)是:，，能耗制動(dòng)機(jī)械特性方dabURTRR(6—19)nbT2daCCC2CCememeeTeT由式(6—19)可見，為正時(shí)，為負(fù)，時(shí)，，所以能耗制nTn0T0emem動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性曲線是一條過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，如圖6—16所示。圖6—16能耗制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性曲線[例]一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)額定數(shù)據(jù)如下:U220V，I116A，NN，,，用這臺(tái)電動(dòng)機(jī)來(lái)拖動(dòng)升起P22kWR0.174n1500r/minNaN機(jī)構(gòu)。求:(1)在額定負(fù)載下進(jìn)行能耗制動(dòng)，欲使制動(dòng)電流等于2I，電樞N回路中應(yīng)串接多大制動(dòng)電阻?(2)在額定負(fù)載下進(jìn)行能耗制動(dòng)，如果電樞直接短接，制動(dòng)電流應(yīng)為多大?(3)當(dāng)電動(dòng)機(jī)軸上帶有一半額定負(fù)載時(shí)，要求在能耗制動(dòng)中以800r/min的穩(wěn)定低速下放重物，求電樞回路中應(yīng)串接多大制動(dòng)電阻?解:(1)根據(jù)直流電機(jī)電壓方程，額定負(fù)載時(shí)，電動(dòng)機(jī)UEIRaNaN的電勢(shì)EUIR2201160.174199.8(V)aNNa能耗制動(dòng)時(shí)，電樞電路中應(yīng)串入的制動(dòng)電阻0EI(RR)E(2I)(RR)aaabaNab199.8ER2IR21160.1740.687()abaN(2)如果電樞直接短接，即，則制動(dòng)電流R0bIEa10.11749.8688.5(A)Raa此電流約為額定電流的6倍，由此可見能耗制動(dòng)時(shí)，不許直接將電樞短接，必須接入一定數(shù)值的制動(dòng)電阻。(3)求穩(wěn)定能耗制動(dòng)運(yùn)行時(shí)的制動(dòng)電阻UEIRCnIRNaNaeNNNaCUIRa199.80.133NNn1500eNN因負(fù)載為額定負(fù)載的一半，則穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的電樞電流為，把已知條件代人直流電機(jī)能耗制動(dòng)時(shí)的電勢(shì)方程式，得I0.5IaN0EI(RR)Cn(0.5I)(RR)aaabeNNab00.133(800)(0.5I)(RR)NabR1.66()b二、反接制動(dòng)過(guò)程1.電壓反接制動(dòng)反接制動(dòng)就是將正向運(yùn)行的他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電源電壓突然反接，同時(shí)電樞回路串入制動(dòng)電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖6—17所示。Rb圖6—17他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)電路從圖6—17可見，當(dāng)接觸器KM接通，KM斷開時(shí)，電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定12運(yùn)行于電動(dòng)狀態(tài)。為使生產(chǎn)機(jī)械迅速停車或反轉(zhuǎn)時(shí)，突然斷開KM，1并同時(shí)接通KM，這時(shí)電樞電源反接，同時(shí)串入了制動(dòng)電阻R。在電2b樞反接瞬間，由于轉(zhuǎn)速n不能突變，電樞電勢(shì)E不變，但電源電壓Uad的方向改變，為負(fù)值，此時(shí)電勢(shì)方程和電樞電流為(6UEI(RR)Naaab—20)IUEa(6—21)NaRRab從式(6—21)可見：反接制動(dòng)時(shí)I為負(fù)值，說(shuō)明制動(dòng)時(shí)電樞電流與制a動(dòng)前相反，電磁轉(zhuǎn)矩也相反(負(fù)值)。由于制動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速未變，電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方向亦相反，起制動(dòng)作用。電機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)電樞被反接，故稱為反接制動(dòng)。拖動(dòng)系統(tǒng)在電磁轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的共同作用下，電機(jī)轉(zhuǎn)速迅速下降。反接制動(dòng)的電路特點(diǎn)是:UUd，。由此可得反接制RRRNab動(dòng)時(shí)他勵(lì)直流電機(jī)的機(jī)械特性方程式為TUembTURRR(6ndNaCCC2CCC2emeeTeeT—22)可畫出機(jī)械特性曲線，如圖6—18中BCED所示，是一條通過(guò)n點(diǎn),0位于象限Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的直線。圖6—18電樞電壓反接的機(jī)械特性如果制動(dòng)前電機(jī)運(yùn)行于電動(dòng)狀態(tài)，如圖6—18中的A點(diǎn)。在電樞電壓反接瞬間，由于轉(zhuǎn)速n不能突變，電動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)從A點(diǎn)跳變至電樞反接制動(dòng)機(jī)械特性的B點(diǎn)。此時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩反向（與負(fù)載轉(zhuǎn)矩同方向），在它們的共同作用下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速迅速降低，工作點(diǎn)從B點(diǎn)沿特性下降到C點(diǎn)，此時(shí)n0，但T0，機(jī)械特性為第Ⅱ象限的BCem段，為電樞電壓反接制動(dòng)過(guò)程的恃性曲線。如果制動(dòng)的目的是為了停車，則必須在轉(zhuǎn)速到零以前，及時(shí)切斷電源，否則系統(tǒng)有自行反轉(zhuǎn)的可能性。從電壓反接制動(dòng)的機(jī)械特性可看出，在整個(gè)電壓反向制動(dòng)過(guò)程中，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩都比較大，因此制動(dòng)效果好。從能量關(guān)系看，在反接制動(dòng)過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)一方面從電網(wǎng)吸取電能，另一方面將系統(tǒng)的動(dòng)能或位能轉(zhuǎn)換成電能，這些電能全部消耗在電樞回路的總電阻(RR)ab上，很不經(jīng)濟(jì)。圖6—19他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的倒拉反轉(zhuǎn)制動(dòng)電路圖電動(dòng)機(jī)提升重物時(shí)，接觸器KM常開觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在固1有機(jī)械特性的A點(diǎn)(電動(dòng)狀態(tài))，如圖6-20所示。圖6—20他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)速度反向的機(jī)械特性下放重物時(shí)，將接觸器常開觸點(diǎn)打開，此時(shí)電樞回路內(nèi)串入KM1了較大電阻，由于電機(jī)轉(zhuǎn)速不能突變，工作點(diǎn)從點(diǎn)跳至對(duì)應(yīng)的人RAb為機(jī)械特性點(diǎn)上，在點(diǎn)，由于，電機(jī)減速,工作點(diǎn)沿特性TTBBemL曲線下降至點(diǎn)。在點(diǎn)，但仍有，在負(fù)載重力轉(zhuǎn)矩的作,n0TTCCemL用下，電動(dòng)機(jī)接著反轉(zhuǎn)，重物被下放，此時(shí)，由于反向(負(fù)值)，nEa也反向(負(fù)值)，電樞電流為(6—23)(6—24)UEI(RR)NaaabIUENaRRaab式中，電樞電流為正值，說(shuō)明電磁轉(zhuǎn)矩保持原方向，與轉(zhuǎn)速方向相反，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在制動(dòng)狀態(tài)，由于n與n方向相反，即負(fù)載倒拉著電動(dòng)機(jī)0轉(zhuǎn)動(dòng)，因而稱為倒拉反轉(zhuǎn)制動(dòng)。這種反接制動(dòng)狀態(tài)是由位能性負(fù)載轉(zhuǎn)矩拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)而形成的。重物在下放的過(guò)程中，隨著電機(jī)反向加速，E增大，I與T也aaem相應(yīng)增大，直至點(diǎn)，，電動(dòng)機(jī)在點(diǎn)以此速度勻速下放重物。TTDDemL倒拉反轉(zhuǎn)制動(dòng)的特點(diǎn)是:UU，，其機(jī)械特性方程式RRRdNab為URTnRR(6—25)nbTdaCCC2CC2em0emeeTeT倒拉反轉(zhuǎn)制動(dòng)運(yùn)行時(shí)，由于電樞回路串入了大電阻，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)變?yōu)樨?fù)值，所以倒拉反轉(zhuǎn)制動(dòng)運(yùn)行的機(jī)械特性在第IV象限CD段。電動(dòng)機(jī)要進(jìn)入倒拉反轉(zhuǎn)制動(dòng)狀態(tài)必須滿足兩個(gè)條件:一是負(fù)載一定為位能性負(fù)載；二是電樞回路必須串入大電阻。倒拉反轉(zhuǎn)制動(dòng)的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系與反接制動(dòng)時(shí)相同，區(qū)別僅在于機(jī)械能的來(lái)源不同。倒拉反轉(zhuǎn)制動(dòng)運(yùn)行中的機(jī)械能來(lái)自負(fù)載的位能，因此制動(dòng)方式不能用于停車，只可以用于下放重物。三、回饋制動(dòng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，由于電源電壓大于電樞Ud電勢(shì)，電樞電流從電源流向電樞，電流與磁場(chǎng)作用產(chǎn)生拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩，EIaa電源向電動(dòng)機(jī)輸入的電功率UI0；回饋制動(dòng)是指，當(dāng)電源電壓小Udad于電樞電勢(shì)，迫使改變方向，電磁轉(zhuǎn)矩也隨之改變方向成為EEIaaa制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，此時(shí)由于與方向相反，從電樞流向電源。UI0，IIUdaada電動(dòng)機(jī)向電源回饋電功率，所以把這種制動(dòng)稱為回饋制動(dòng)。也就是說(shuō)，回饋制動(dòng)就是電動(dòng)機(jī)工作在發(fā)電機(jī)狀態(tài)。1.反接制動(dòng)時(shí)的回饋制動(dòng)電樞反接制動(dòng)，當(dāng)負(fù)載為位能性負(fù)載，在時(shí)，如不切除電n0源，電機(jī)便在電磁轉(zhuǎn)矩和位能性負(fù)載轉(zhuǎn)矩的作用下迅速反向加速；當(dāng)時(shí)，電機(jī)進(jìn)入反向回饋制動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)因?yàn)樨?fù)，，機(jī)nn0T0emn械特性位于第Ⅳ象限。反向回饋制動(dòng)狀態(tài)在高速下放重物的系統(tǒng)中應(yīng)用較多。2.電車下時(shí)坡的回饋制動(dòng)當(dāng)電動(dòng)車組車下時(shí)坡，雖然基本運(yùn)行阻力轉(zhuǎn)矩依然存在，但由電車重力所形成的坡道阻力為負(fù)值，并且坡道阻力轉(zhuǎn)矩絕對(duì)值大于基本阻力轉(zhuǎn)矩，則合成后的阻力轉(zhuǎn)矩與同方向T（為負(fù)值），在和nTbb電磁轉(zhuǎn)矩的共同作用下，電動(dòng)機(jī)做加速運(yùn)動(dòng)，工作點(diǎn)沿固有機(jī)械特性(與同方向)，反向(與反方In0aaad向)，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，這就是正向回饋制動(dòng)狀態(tài)。隨著轉(zhuǎn)速的繼續(xù)升高，起制動(dòng)作用的電磁轉(zhuǎn)矩在增大，當(dāng)TT時(shí)，電動(dòng)b這種制動(dòng)的特點(diǎn)是：電動(dòng)機(jī)的電源接線不變，但在正向回饋制動(dòng)時(shí)，由于起制動(dòng)作用的電磁轉(zhuǎn)矩是負(fù)值，所以，特性曲線位0在降低電壓的降速過(guò)程中，也會(huì)出現(xiàn)回饋制動(dòng)。當(dāng)突然降低電樞電壓，感應(yīng)電勢(shì)還來(lái)不及變化時(shí)，就會(huì)發(fā)生EU的情況，即出現(xiàn)a了回饋制動(dòng)狀態(tài)。圖6—21繪出了他勵(lì)電動(dòng)機(jī)降壓調(diào)速中的回饋制動(dòng)特性。當(dāng)電壓從U降到時(shí)，理想空載轉(zhuǎn)速由降到，機(jī)械特性向下UnnN10將產(chǎn)生回饋制動(dòng)，此時(shí)電流I將與正Aada故回饋制動(dòng)特性在ITa圖6—21降壓調(diào)速回饋制動(dòng)如果減速到時(shí)，不再降低電壓，則轉(zhuǎn)速將繼續(xù)降低，但轉(zhuǎn)速低n01于，則，電流且將恢復(fù)到正向電動(dòng)機(jī)狀態(tài)時(shí)的方向，電n01EUIada機(jī)恢復(fù)到電動(dòng)狀態(tài)下工作。如果想繼續(xù)保持回饋制動(dòng)狀態(tài)，必須不斷降低電壓，以實(shí)現(xiàn)在回饋制動(dòng)狀態(tài)下系統(tǒng)的減速?；仞佒苿?dòng)同樣會(huì)出現(xiàn)在他勵(lì)電動(dòng)機(jī)增加磁通的調(diào)速過(guò)程中。在回饋制動(dòng)過(guò)程中，電功率回饋給電網(wǎng)。因UIda此與能耗制動(dòng)及反接制動(dòng)相比，從電能消耗來(lái)看，回饋制動(dòng)是經(jīng)濟(jì)的。§6.7他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速絕大多數(shù)生產(chǎn)機(jī)械都有調(diào)速要求。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性為URnTdCCC2emeeT穩(wěn)態(tài)時(shí)，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T由負(fù)載T決定，故要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，可以改nemL變電壓、改變電樞回路總電阻R、改變磁通三種方法。Ud一、降低電源電壓調(diào)速降壓調(diào)速的原理可用圖6—22說(shuō)明。設(shè)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載T，L在額定電壓下運(yùn)UN6—22他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的降壓調(diào)速行于A點(diǎn)，轉(zhuǎn)速為n，如圖6—22中曲線1所示?，F(xiàn)將電源電壓降為U,A1忽略電磁慣性,電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性如圖6—22中曲線2所示。由于電機(jī)的轉(zhuǎn)速不能突變，由特性1變?yōu)樘匦?，轉(zhuǎn)速不變，于是，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)由A點(diǎn)變?yōu)镃點(diǎn)。在C點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩為T，TT，電動(dòng)CCL機(jī)將減速。隨著轉(zhuǎn)速的下降,反電動(dòng)勢(shì)E減小,電流增加,電磁轉(zhuǎn)矩亦a增大，減速過(guò)程沿特性2由C點(diǎn)至B點(diǎn),到達(dá)B點(diǎn)以后,TT電動(dòng)機(jī)BL進(jìn)入新的穩(wěn)態(tài)以轉(zhuǎn)速n運(yùn)行。B當(dāng)將電源電壓從U降為U，同理，電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定后，在轉(zhuǎn)速n下12D運(yùn)行。從圖6—22中可看出，當(dāng)逐步降低電源電壓時(shí)，穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速也依次降低。降壓調(diào)速可以得到較大的調(diào)速范圍，只要電源電壓連續(xù)可調(diào)，就可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的平滑調(diào)節(jié)，即無(wú)級(jí)調(diào)速。二、電樞回路串電阻調(diào)速電樞串電阻調(diào)速原理可用圖6—23來(lái)說(shuō)明。設(shè)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，運(yùn)行于點(diǎn)，當(dāng)電樞回路串入電阻，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性變?yōu)?。ARnBe10由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不能突變，于是，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)將由點(diǎn)變?yōu)锳C點(diǎn),C點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩為，顯然，電動(dòng)機(jī)將減速，在到達(dá)TTTCLC點(diǎn)以前，始終小于，故減速過(guò)程沿機(jī)械特性由點(diǎn)向點(diǎn)BTTnBCB0emL進(jìn)行，在點(diǎn)進(jìn)入新的穩(wěn)態(tài)，于是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由至。BTTnAnBBL圖6—23他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電樞串接電阻調(diào)速當(dāng)電樞回路串入電阻變?yōu)?，同理，電?dòng)機(jī)穩(wěn)定后，在轉(zhuǎn)速RRne1e2D下運(yùn)行。從圖6—23中可看出，當(dāng)電樞回路串入電阻變大時(shí)，穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速也依次降低。這種調(diào)速方法在低速時(shí)電能損耗較大。對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，調(diào)速前后穩(wěn)態(tài)電流不變，故從電網(wǎng)吸收的功率不變，降低轉(zhuǎn)速使輸出功率減小，說(shuō)明損耗增大。所以，串電阻調(diào)速在低速時(shí)電源提供的功率有較大部分轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮钃p耗，從而使系統(tǒng)效率降低。從機(jī)械特性還可看出，當(dāng)空載或輕載時(shí)，調(diào)速范圍很?。欢俣日{(diào)的越低，特性越軟，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性較差。此外，這種調(diào)速方法只能調(diào)級(jí)速，平滑性較差。這種調(diào)速方法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備不太復(fù)雜，操作比較簡(jiǎn)單。圖6—24他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)弱磁調(diào)速設(shè)電動(dòng)機(jī)帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載T，運(yùn)行于固有特性1上的A點(diǎn)。弱磁后，L機(jī)械特性變?yōu)橹本€BC，因轉(zhuǎn)速為C點(diǎn)。由于磁磁通減小，但由于電樞電流增加很多，使電磁到新的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)B點(diǎn)。使電機(jī)的轉(zhuǎn)速大于固于升速。不能突變，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)由A點(diǎn)變通減小，反電動(dòng)勢(shì)也減小，導(dǎo)致電樞電流增大。盡管轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)將加速，一直加速有特性的理想空載轉(zhuǎn)速，所以一般弱磁調(diào)速用弱磁調(diào)速是在勵(lì)磁回路中調(diào)節(jié)，因電壓較低，電流較小而較為方便，但調(diào)速范圍一般較小。直流調(diào)速一般在額定轉(zhuǎn)速以下用降壓調(diào)速，而在額定轉(zhuǎn)速以上用弱磁調(diào)速。第二章變壓器變壓器是通過(guò)磁路耦合作用傳輸交流電能和信號(hào)的變壓變流設(shè)備，廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)和電子線路之中。在輸電方面，可以利用變壓器提高輸電電壓。在輸送相同電能的情況下，這不僅可以減小輸電線的截面，節(jié)省材料，同時(shí)還可以減小線路損耗。因此交流輸電都是用變壓器將發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓提高后再輸送。在用電方面，為了保證安全和符合用電設(shè)備的電壓要求，還需要利用變壓器將電壓降低。在電子線路中，除常用的電源變壓器外，變壓器還用來(lái)耦合或隔離電路，傳遞信號(hào)，實(shí)現(xiàn)阻抗匹配等。另外還有用于電焊、電爐及整流用的專用變壓器、自耦變壓器、互感器等等。變壓器用途十分廣泛，種類也十分繁多。一個(gè)小容量的變壓器可能僅有幾伏安，而大容量的變壓器可達(dá)數(shù)十萬(wàn)伏安；電壓低的僅有幾伏，而高的可達(dá)數(shù)十萬(wàn)伏。雖然變壓器結(jié)構(gòu)各異，應(yīng)用場(chǎng)合不同，但基本原理是相同的?！?.1變壓器概述一、變壓器的工作原理圖2—1是一臺(tái)單相雙繞組變壓器的示意圖。它是由疊片組成的閉合鐵心和環(huán)繞在鐵心上的兩個(gè)（或多個(gè)）繞組（線圈）組成，兩個(gè)繞組匝數(shù)不同。其中一個(gè)繞組與電源相接，其電壓由電源電壓決定，接受電源電能，稱為一次繞組（又稱原邊繞組或初級(jí)繞組），其匝數(shù)用N表示；另一個(gè)繞組與負(fù)載相接、其電壓由變壓器繞組匝數(shù)決定，1并向負(fù)載提供電能，稱為二次繞組（又稱副邊繞組或次級(jí)繞組），其

圖2—1單相雙繞組變壓器結(jié)構(gòu)示意圖當(dāng)交流電壓u加到一次繞組上，交流電流便i流入一次繞組，一1112如圖2—2所示。圖2—2單相雙繞組變壓器的電路與磁路根據(jù)電磁感應(yīng)定律和右手螺旋定則，規(guī)定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和交變主磁通的正方向時(shí)有：一次側(cè)感應(yīng)電勢(shì)為二次側(cè)感應(yīng)電勢(shì)為d，dteN11d，dteN22式中：N和N分別為一、二次繞組匝數(shù)。各電量參考方向如圖2—212所示。若二次繞組與負(fù)載接通，則電動(dòng)勢(shì)e在二次側(cè)閉合電路內(nèi)引起電2流i，i在負(fù)載上的壓降即是變壓器二次側(cè)端電壓u。這樣，電源送222入一次側(cè)的電能，通過(guò)一、二次繞組磁耦合的聯(lián)系，使負(fù)載上獲ui11得了電能。當(dāng)然，二次側(cè)是另一種等級(jí)的電壓和電流。從而實(shí)現(xiàn)ui22了能量的傳輸。顯然，一、二次感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、之比等于一、二次繞組匝數(shù)N、1ee12N之比，即：2e1N1eN22為了表示變壓器的這種特性，引入變壓器變比K的概念。K的大小可由下式計(jì)算eN1eNK122由于，變壓器一、二次感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、與一、二次電壓、的eeuu1212大小非常接近，因此1?？梢姡?dāng)電源電壓確定時(shí)，u1KN/Nu/u212若改變?cè)褦?shù)比，則可以獲得不同數(shù)值的二次側(cè)電壓，以達(dá)到變N/N12壓的目的。顯然時(shí)、，此時(shí)變壓器為降壓變壓器，反之為升NN1K1uu122壓變壓器。這種利用一、二次繞組匝數(shù)比變動(dòng)而改變二次側(cè)電壓數(shù)值的原理，稱為變壓器的“變壓”原理。二、變壓器的基本結(jié)構(gòu)變壓器的種類繁多，結(jié)構(gòu)各有特點(diǎn)，但鐵心和繞組是組成變壓器的兩個(gè)主要部分。本節(jié)以油浸式電力變壓器為例，簡(jiǎn)要介紹變壓器的結(jié)構(gòu)。各主要部分功能及結(jié)構(gòu)分述如下：一、鐵心為了減少交變磁通在鐵心中引起的磁滯損耗和渦流損耗(合稱鐵耗)，低于數(shù)百赫茲運(yùn)行的變壓器鐵心是由厚0.30—0