本科电机学之直流电机

1、1会计学本科电机学之直流电机本科电机学之直流电机4 41 1 直流电动机的起动直流电动机的起动一、起动时遇到的主要问题是什么？一、起动时遇到的主要问题是什么？ 电动机接到规定的电源后电动机接到规定的电源后, ,转速从转速从0 0上升到上升到稳态转速稳态转速的过程称为启动过程。的过程称为启动过程。 起动时遇到的主要问题是：合闸时电流很大，可能达到（起动时遇到的主要问题是：合闸时电流很大，可能达到（1 10 02020）倍。）倍。 起动电流太大，会造成严重危害起动电流太大，会造成严重危害: (1): (1)引起电机换向困难；引起电机换向困难；(2)(2)导致电源电压下降，危害其它导致电源电压下降，

2、危害其它用电设备的安全。用电设备的安全。 所谓起动方法就是为了限制起动电流而采取的措施。所谓起动方法就是为了限制起动电流而采取的措施。 因为转矩与电流成正比，在限制电流的同时要注意维持一定的起动转矩。否则会使起动过程因为转矩与电流成正比，在限制电流的同时要注意维持一定的起动转矩。否则会使起动过程延缓甚至无法起动。延缓甚至无法起动。 起动电流大的原因是起动瞬间转速为起动电流大的原因是起动瞬间转速为0 0，电枢绕组中无反电势，整个电源电压全部靠电阻压，电枢绕组中无反电势，整个电源电压全部靠电阻压降来承担，导致电流过大。降来承担，导致电流过大。0n =0aeECn=F=aaaaUEUIRR-=二、直

3、流电动机的起动方法有哪些？二、直流电动机的起动方法有哪些？ 由最初启动电流的计算式可知，有两种方法可以限制起动电流由最初启动电流的计算式可知，有两种方法可以限制起动电流: (1): (1)电枢回路串电阻；电枢回路串电阻；(2)(2)降降低电枢电压。低电枢电压。 串电阻起动一般采用多级电阻起动器。串电阻起动一般采用多级电阻起动器。 由于电磁转矩与磁通量成正比，为了增大起动转矩，应当将励磁回路的电阻全部切掉或置于由于电磁转矩与磁通量成正比，为了增大起动转矩，应当将励磁回路的电阻全部切掉或置于最小值。为了限制最初起动电流，应当将电枢回路的起动变阻器置于最大值。最小值。为了限制最初起动电流，应当将电枢

4、回路的起动变阻器置于最大值。 随着起动过程的进行，反电势会逐渐增大，起动电流会减小，为了在整个起动过程中保持一随着起动过程的进行，反电势会逐渐增大，起动电流会减小，为了在整个起动过程中保持一定的起动转矩，必须逐级切除变阻器电阻，以保证起动电流在一定的范围内，不至于被限制得定的起动转矩，必须逐级切除变阻器电阻，以保证起动电流在一定的范围内，不至于被限制得太小。起动结束后，变阻器要全部切除。太小。起动结束后，变阻器要全部切除。 降低电枢电压起动：用专用直流降压设备降低电枢电压，以达到减小电流之目的。降低电枢电压起动：用专用直流降压设备降低电枢电压，以达到减小电流之目的。 串电阻起动设备简单、投资小

5、，但起动器上要消耗较大能量；降压起动投资大，但节能。串电阻起动设备简单、投资小，但起动器上要消耗较大能量；降压起动投资大，但节能。aastUIRR=+estastUCnIRR-F=+4 4-2-2 他励他励直流电动机工作特性直流电动机工作特性 一、什么是直流电动机的工作特性？一、什么是直流电动机的工作特性？fUfIfRUaIaE U=UN , If = IfN , 电枢回路不串电阻的情况下，输出功率电枢回路不串电阻的情况下，输出功率 P2 变化时，电机的转速变化时，电机的转速 n、转矩、转矩 T、效率、效率 h h 等随之变化的关系曲线称为直流电动机的工作特性。等随之变化的关系曲线称为直流电动

6、机的工作特性。二、转速特性二、转速特性 n = f ( P2 ) 是怎样的？是怎样的？ 由转速公式可知，由转速公式可知，P2 增大时，影响转速的因素有二：增大时，影响转速的因素有二： (1)(1)电阻压降增大，使转速下降；电阻压降增大，使转速下降；(2)(2)电枢反应的去磁作用使转速上升。电枢反应的去磁作用使转速上升。 一般来说，电阻压降的影响力更强，所以随着输出功率一般来说，电阻压降的影响力更强，所以随着输出功率 P2 2（相当于电枢电流）的增大，转（相当于电枢电流）的增大，转速呈下降趋势，速呈下降趋势，n = = f ( (P2 2) ) 是一条较为平缓的下降曲线（硬特性）。是一条较为平缓

7、的下降曲线（硬特性）。2saaeUUR InC-D-=Fn2P0nNnNPo二、转矩特性二、转矩特性 T = f ( P2 ) 是怎样的？是怎样的？ P2 变化时，转速变化时，转速 变化很小，故变化很小，故 T0 可以认为是常数。可以认为是常数。 如果完全不考虑如果完全不考虑 n 的变化，则的变化，则T = f ( P2 )是一条直线；考虑到是一条直线；考虑到n随着随着P2增大而有所下降，故增大而有所下降，故 T = f ( P2 )为一条略微上翘的曲线。为一条略微上翘的曲线。22220000609.552PPPTTTTTTnnp=+=+=+=+W三、效率特性三、效率特性 h h = f (

8、P2 ) 是怎样的？是怎样的？ P2 为零时，为零时，h h 0 0 ，随着，随着P2 的增大，的增大，h h 逐渐增大，当逐渐增大，当P2 达到一定值时，达到一定值时，h h 会达到最大值，此会达到最大值，此后继续增大后继续增大P2 , ,h h 会下降。会下降。22PPph=+2PhnT0T2T4-34-3 他励他励直流电动机直流电动机机械特性机械特性 一、什么是直流电动机的机械特性？一、什么是直流电动机的机械特性？ 电动机的电源电压电动机的电源电压 U = UN，励磁电流，励磁电流 If =If N，电枢回路电阻不变时，电动机转速，电枢回路电阻不变时，电动机转速 n与电磁与电磁转矩转矩

9、T 之间的关系曲线称为机械特性之间的关系曲线称为机械特性 n=f ( T ) 。 机械特性方程可以根据转速公式和转矩公式求得。机械特性方程可以根据转速公式和转矩公式求得。 不考虑磁通量不考虑磁通量 F F 的变化时，机械特性方程可以看成一条斜率的变化时，机械特性方程可以看成一条斜率b b 为负的直线。为负的直线。aaeUR InC-=FTaTCI=F02aaaeeeeTR IRUUnTnTCCCC Cb=-=-=-FFFFn0nNTNnTo二、什么是直流电动机的人为（人工）机械特性？二、什么是直流电动机的人为（人工）机械特性？ 改变机械特性方程中的三个量改变机械特性方程中的三个量U、Ra和和

10、F F 之一而其它量不变时，可以得到三种人为的机械之一而其它量不变时，可以得到三种人为的机械特性。特性。（1） 改变电枢电压的人为机械特性；改变电枢电压的人为机械特性；（2）电枢回路串电阻时的人为机械特性；）电枢回路串电阻时的人为机械特性；（3）减少每极磁通的人为机械特性。）减少每极磁通的人为机械特性。02aeeTRUnTnTCC Cb=FF=-02aeeTpRUnTnTCC CRb+=-=-FF02aeeTRUnTnTCC Cb=-=-FFnT0nNU1U2UonT0naR1apRR+2apRR+onT0n2F1FNFo4-44-4 串励串励直流电动机的直流电动机的机械特性机械特性 IUaI

11、aEn 串励电动机的励磁绕组与电枢绕组串联，励磁电流即为电枢电流。串励电动机的励磁绕组与电枢绕组串联，励磁电流即为电枢电流。 串励电动机励磁回路与电枢回路合并为一个回路，如果用串励电动机励磁回路与电枢回路合并为一个回路，如果用Ra表示该回路的总电阻（包括表示该回路的总电阻（包括串励绕组的电阻、电枢绕组的电阻等），则其变机械特性方程与他励电动机的一样。串励绕组的电阻、电枢绕组的电阻等），则其变机械特性方程与他励电动机的一样。 定性分析时，假定磁通与励磁电流成正比，可以进一步推导其机械特性方程。定性分析时，假定磁通与励磁电流成正比，可以进一步推导其机械特性方程。 当电压不变时，当电压不变时，n与与

12、T 成反比，成反比，T 变化时，变化时，n 变化很大。串励电动机有软特性。变化很大。串励电动机有软特性。 励磁电流随着转矩励磁电流随着转矩T增大而增大，当增大而增大，当T增大到一定程度时，磁路饱和，磁通增大到一定程度时，磁路饱和，磁通F几乎不变，机几乎不变，机械特性变为斜率很小的一次曲线（特性变硬）。械特性变为斜率很小的一次曲线（特性变硬）。 当负载转矩很小时，当负载转矩很小时，T也很小，也很小，n会达到危险的高值。所以串励电动机不允许空载或轻载会达到危险的高值。所以串励电动机不允许空载或轻载起动和运行。起动和运行。 在同样的起动电流下，串励电动机有更大的起动转矩，串励电动机起动性能好。在同样

13、的起动电流下，串励电动机有更大的起动转矩，串励电动机起动性能好。 在负载转矩增大时，串励电动机转速减少，输出功率基本不变。串励电动机过载能力强。在负载转矩增大时，串励电动机转速减少，输出功率基本不变。串励电动机过载能力强。02aeeTRUnTnTCC Cb=-=-FFaaTeeeTeTTRRCUUnTkTCkTC kkTC CCCC=-=-aIkF=2TaTTCICkF=F=TkTCF =nToNnNT4-54-5 复励复励直流电动机的直流电动机的机械特性机械特性 复励复励直流电动机既有直流电动机既有并励并励绕组又有绕组又有串励串励绕组。其机械特性介于绕组。其机械特性介于并励并励和和串励串励电

14、动机之间。电动机之间。 如果如果并励并励绕组起绕组起主导主导作用，则特性接近作用，则特性接近并励并励电动机。如果电动机。如果串励串励绕组起绕组起主导主导作用，则接近作用，则接近串串励励电动机。电动机。 复励电动机空载时，由于有并励绕组接通，所以空载转速不会太高。复励电动机空载时，由于有并励绕组接通，所以空载转速不会太高。cRUaIInaEfRfInTO4-64-6 负载负载的的机械特性机械特性 电动机拖动生产机械运转，构成一个电动机拖动生产机械运转，构成一个电力拖动系统电力拖动系统，其工作状况不仅取决于，其工作状况不仅取决于电动机电动机的的特性，同时也取决于作为特性，同时也取决于作为负载负载的

15、的生产机械生产机械的特性。的特性。 生产机械的负载生产机械的负载转矩转矩与转速之间的关系称为与转速之间的关系称为负载负载的的机械特性机械特性。由。由负载性质负载性质决定。决定。一、什么是负载的机械特性？一、什么是负载的机械特性？二、负载按机械特性如何分类？二、负载按机械特性如何分类？ 恒转矩负载恒转矩负载: (: (负载转矩大小为常量，与转速无关负载转矩大小为常量，与转速无关) ) (1) (1)反抗性恒转矩负载反抗性恒转矩负载 (2)(2)势能性恒转矩负载势能性恒转矩负载 泵类负载：转矩大小与转速平方成正比。泵类负载：转矩大小与转速平方成正比。 恒功率负载：负载转矩与转速成反比。恒功率负载：

16、负载转矩与转速成反比。nTOnTOnTOnTO4-74-7 电动机电动机稳定运行稳定运行的条件的条件 电动机拖动电动机拖动负载负载运行时，一般负载转矩运行时，一般负载转矩T2 T0 ，定性分析时忽略，定性分析时忽略T0 。 同轴相连时，可以认为电动机与负载的同轴相连时，可以认为电动机与负载的转速转速始终相等。始终相等。 当电动机电磁转矩当电动机电磁转矩T T2时，系统加速；反之系统减速。时，系统加速；反之系统减速。T T2 时，系统转速不变。电时，系统转速不变。电动机机械特性动机机械特性 n = f ( T )与负载机械特性与负载机械特性 n = f ( T2 ) 的交点便是工作点。的交点便是

17、工作点。一、电力拖动系统的工作点是如何确定的？一、电力拖动系统的工作点是如何确定的？二、如何判断工作点是否稳定？二、如何判断工作点是否稳定？ 转速不变并不意味着电动机在该点就能稳定运行。转速不变并不意味着电动机在该点就能稳定运行。 判断工作点是否稳定的方法为：判断工作点是否稳定的方法为： 给该点施加给该点施加干扰干扰，使，使转速转速变化，然后取消干扰，如果变化，然后取消干扰，如果转速能恢复，则该点为转速能恢复，则该点为稳定稳定点，反之为点，反之为不稳定不稳定点。点。 稳定运行的条件为稳定运行的条件为: (1) 电动机与负载两条机械特性有电动机与负载两条机械特性有交点交点； (2) 交点处交点处

18、 dT / dn dTz / dn。 nTO0nAnTO0nABCnTO0nA4-8 4-8 他励直流他励直流电动机电动机调速调速方法方法 一、直流电动机有哪些调速方法？一、直流电动机有哪些调速方法？ 电动机电动机拖动机械拖动机械负载负载运转时，电动机与负载就构成了一个运转时，电动机与负载就构成了一个拖动系统拖动系统。 要使得系统以一定的转速运行，要使得系统以一定的转速运行，电动机产生的电动机产生的动力转矩动力转矩必须和负载的必须和负载的阻力转矩阻力转矩相等相等。也就是说也就是说系统系统的的工作点工作点就是电动机机械特性和负载机械特性的就是电动机机械特性和负载机械特性的交点交点。 只要改变了这

19、一只要改变了这一交点交点（工作点工作点），也就改变了系统），也就改变了系统转速转速。 研究电动机调速时，总是研究电动机调速时，总是假定负载的机械特性不变假定负载的机械特性不变。要改变。要改变工作点工作点，只能，只能设法改变电设法改变电动机的机械特性动机的机械特性。 对应于对应于三种人为机械特性三种人为机械特性，他励直流电动机的，他励直流电动机的调速方法调速方法有三种有三种: （1）改变）改变电枢电压电枢电压 U； （2）改变）改变磁通磁通即改变即改变励磁电流励磁电流 ； （3）电枢串入）电枢串入电阻电阻Rp。02aepeTRnTnTCCRUCb+=-=-FFnToAAnzTBnB二、调压调速的

20、物理过程是怎样的？二、调压调速的物理过程是怎样的？ 降低电枢电压时，电动机机械特性平行下移。负载转矩不变时，降低电枢电压时，电动机机械特性平行下移。负载转矩不变时，交点交点下移，下移，转速转速降低。降低。 降压前：降压前： 工作点为工作点为 A1 , 转速为转速为 nA1 降压瞬间：降压瞬间：转速没来得及改变，转速没来得及改变， 还是还是nA1 , 但但工作点工作点突变到突变到 B1 。 降压过程中，电动机的机械特性向下平移，工作点由降压过程中，电动机的机械特性向下平移，工作点由 A1-B1-A2-B2-A3-B3-A4变化。最后稳定变化。最后稳定在在 A4 点点, 转速降为转速降为 nA4

21、。 优点优点：调速后，转速稳定性不变、无级、平滑、损耗小。便于计算机控制。：调速后，转速稳定性不变、无级、平滑、损耗小。便于计算机控制。 缺点缺点：需要专门设备，成本较高。（可控硅调压调速系统）：需要专门设备，成本较高。（可控硅调压调速系统） nTO0n11(,)AZAnT2A3A44(,)AZAnT1B2B3BZT三、改变励磁电流（弱磁增速）的物理过程是怎样的？三、改变励磁电流（弱磁增速）的物理过程是怎样的？ 减少励磁电流时，磁通减少励磁电流时，磁通减少，电动机机械特性方程中的减少，电动机机械特性方程中的 截距截距 n n0 0 和和 斜率斜率 b b 增大。负载增大。负载转矩不变时，转矩不

22、变时，交点交点上移，上移，转速转速增大。增大。 弱磁前：弱磁前： 工作点为工作点为 A1 , 转速为转速为 nA1 弱磁瞬间：弱磁瞬间：转速没来得及改变转速没来得及改变还是还是nA1， 但但工作点工作点变为变为B1点。点。 弱磁过程中，电动机机械特性向上移动，工作点由弱磁过程中，电动机机械特性向上移动，工作点由 A1-B1-A2-B2-A3-B3-A4变化。最后稳变化。最后稳定在定在 A4点点, 转速也上升到转速也上升到 nA4 。 优点优点：励磁回路电流小约为：励磁回路电流小约为(13)% IN , 损耗小，连续调速，易控制。损耗小，连续调速，易控制。 缺点缺点：只能上调，最高转速受机械强度

23、的限制，负载转矩大时调速范围小。：只能上调，最高转速受机械强度的限制，负载转矩大时调速范围小。 nT0n1A2A3A4A1B2B3BOzT四、电枢回路串电阻调速的物理过程是怎样的？四、电枢回路串电阻调速的物理过程是怎样的？ 给电枢回路串入电阻给电枢回路串入电阻 R Rp p时，电动机时，电动机机械特性机械特性的的斜率斜率 b b 增大，负载转矩不变时，增大，负载转矩不变时，交点下移交点下移，转速转速降低。降低。 串电阻前：工作点为串电阻前：工作点为 A1 , 转速为转速为 nA1 串电阻瞬间：串电阻瞬间：转速没来得及改变转速没来得及改变还是还是nA1 ， 但但工作点工作点突变为突变为B1点。点

24、。 调节电阻过程中，电动机机械特性向上移动，工作点由调节电阻过程中，电动机机械特性向上移动，工作点由 A1-B1-A2-B2-A3-B3-A4变化。变化。最后稳定在最后稳定在A4点，转速也变为点，转速也变为 nA4 。 优点优点：设备简单、操作方便。：设备简单、操作方便。 缺点缺点：只能降速：只能降速, 低速时变化率较大低速时变化率较大, 电枢电流较大电枢电流较大, 难连续调速难连续调速, 有损耗。有损耗。TO0n1A2A3A4A1B2B3Bn五、如何改变直流电动机的转向？五、如何改变直流电动机的转向？ 要改变电动机要改变电动机转向转向，就必须改变，就必须改变电磁转矩电磁转矩的方向。的方向。

25、根据直流电动机根据直流电动机电磁转矩电磁转矩的产生机理，单独改变的产生机理，单独改变磁通磁通方向（通过改变励磁绕组连接）或者单方向（通过改变励磁绕组连接）或者单独改变独改变电枢电流电枢电流的方向，均可以改变的方向，均可以改变电磁转矩电磁转矩的方向。故改变转向的方法：的方向。故改变转向的方法：（1）对）对并励并励(或或他励他励)电动机电动机：单独单独改变改变励磁绕组极性励磁绕组极性；或者；或者 单独单独改变改变电枢绕组极性电枢绕组极性。（2 2）对）对复励复励电动机：同时改变并励和串励绕组极性；或者电动机：同时改变并励和串励绕组极性；或者 单独单独改变改变电枢绕组极性电枢绕组极性。UaIInaE

26、fRfIF1F2F1A2AUaIInaEfRfIF1F2F1A2A1C2C4-94-9 直流直流电动机的电动机的制动制动 一、制动的目的是什么？一、制动的目的是什么？ 制动通俗讲就是制止或限制拖动系统的运动。制动通俗讲就是制止或限制拖动系统的运动。 制动的目的制动的目的: : (1) (1)使系统停止运转使系统停止运转；(2)(2)使系统使系统减速减速；(3) (3) 使系统限速运行。使系统限速运行。二、制动的方法有哪些？二、制动的方法有哪些？自由停转，断开电源，使动力转矩消失，系统减速直到停车。自由停转，断开电源，使动力转矩消失，系统减速直到停车。“抱闸抱闸”，有，有机械抱闸机械抱闸和和电磁

27、抱闸电磁抱闸（电磁制动器）。（电磁制动器）。电气制动：通过改变电动机接线，使其产生与转向相反的电气制动：通过改变电动机接线，使其产生与转向相反的电磁转矩电磁转矩, 达到制动目的。其特点是达到制动目的。其特点是制动转矩制动转矩大大, 操作控制方便。操作控制方便。直流电动机的直流电动机的电气制动电气制动类型有类型有能耗制动能耗制动、反接制动反接制动和和回馈制动回馈制动。二、什么是直流电动机的能耗制动？二、什么是直流电动机的能耗制动？+-LRKfRUABoCBTZTnTAnCn 以以他励电动机他励电动机驱动驱动势能性恒转矩负载势能性恒转矩负载为例进行分析。为例进行分析。 当开关当开关K合向电源合向电

28、源 U 时，拖动系统稳定运行于时，拖动系统稳定运行于A点。点。 当当K合向电阻合向电阻RL时，相当于将电枢电压降为时，相当于将电枢电压降为0，同时给电枢回路串入一个电阻，同时给电枢回路串入一个电阻RL。电动机的。电动机的机械特性截距机械特性截距n0 = 0，斜率，斜率 b b 增大。增大。 切换瞬间，转速未来得及改变，工作点突跳到切换瞬间，转速未来得及改变，工作点突跳到B点。点。B点为非平衡点，点为非平衡点，TB TZ，系统减速。，系统减速。 工作点从工作点从B 到到o 的过程，电动机转矩的过程，电动机转矩T为阻力转矩，电动机惯性动能转化为电能并消耗在电为阻力转矩，电动机惯性动能转化为电能并消

29、耗在电阻阻RL上，故称为上，故称为能耗制动过程能耗制动过程。 在接近在接近o点时，应该采用机械制动措施，使系统停转。否则越过点时，应该采用机械制动措施，使系统停转。否则越过o点后会电动机会反向起动。点后会电动机会反向起动。 反向起动后稳定运行在反向起动后稳定运行在C点，负载势能提供动力转矩，电机运行于发电制动状态，称为能耗点，负载势能提供动力转矩，电机运行于发电制动状态，称为能耗制动运行。制动运行。2aeeTLRnTCCRUCTb+=-F= -F+-LRKfRUABoCBTZTnTAnCn+-LRKfRU三、什么是直流电动机的电压反接制动？三、什么是直流电动机的电压反接制动？ 以以他励电动机他

30、励电动机驱动驱动反抗性恒转矩负载反抗性恒转矩负载为例进行分析。为例进行分析。 当开关当开关K合向电源合向电源U时，拖动系统稳定运行于时，拖动系统稳定运行于A点。点。 当当K合向电阻合向电阻RL时，相当于将电枢电压突变为时，相当于将电枢电压突变为U，同时给电枢回路串入一个电阻，同时给电枢回路串入一个电阻RL。电动。电动机的机械特性截距变为机的机械特性截距变为n0，斜率，斜率 b b 增大。增大。 切换瞬间，转速未来得及改变，工作点突跳到切换瞬间，转速未来得及改变，工作点突跳到B点。点。B点为非平衡点，点为非平衡点，TB TZ，系统减速。，系统减速。 工作点从工作点从B 到到C 的过程，电动机转矩

31、的过程，电动机转矩T为阻力转矩，称为为阻力转矩，称为反接制动过程反接制动过程。 在接近在接近C点时，应该采用机械制动措施，使系统停转。否则越过点时，应该采用机械制动措施，使系统停转。否则越过C点后会电动机会反向起动。点后会电动机会反向起动。 反向起动后稳定运行在反向起动后稳定运行在D点，电机运行于反向电动状态。点，电机运行于反向电动状态。+U-+KLRfRnTABCDo0n0n-ZTZT-+U-+KLRfR+U-+KLRfRnTABCDo0n0n-ZTZT-四、什么是直流电动机的电势反接制动？四、什么是直流电动机的电势反接制动？ 以以他励电动机他励电动机驱动驱动势能性恒转矩负载势能性恒转矩负载

32、为例进行分析。为例进行分析。 需要制动是给电枢回路串入较大的电阻。需要制动是给电枢回路串入较大的电阻。 电动机机械特性与负载机械特性的交点出现在第电动机机械特性与负载机械特性的交点出现在第4象限。这时电动机加正向电压，却反转。象限。这时电动机加正向电压，却反转。 这种运行方式实质上是势能性负载拉动电机这种运行方式实质上是势能性负载拉动电机反转发电反转发电，此时电势方向与正转时电势方向相反，此时电势方向与正转时电势方向相反，故称为，故称为电势反接制动电势反接制动。nTABCDo0nZTAnDn五、什么是直流电动机的正向回馈制动？五、什么是直流电动机的正向回馈制动？ 以以他励电动机他励电动机驱动驱

33、动势能性恒转矩负载势能性恒转矩负载为例进行分析。为例进行分析。 正常运行时，拖动系统稳定运行于正常运行时，拖动系统稳定运行于A点。点。 将电源电压突然降低较多，电动机的机械特性截距降低到将电源电压突然降低较多，电动机的机械特性截距降低到n01，斜率，斜率 b b 不变。不变。 切换瞬间，转速未来得及改变，工作点突跳到切换瞬间，转速未来得及改变，工作点突跳到B点。点。B点为非平衡点，点为非平衡点，TB U ，电流倒流。此过程中，电压仍为正向，转矩，电流倒流。此过程中，电压仍为正向，转矩T为阻力转矩为阻力转矩，称为，称为正向回馈制动正向回馈制动。 越过越过C点后，电机在较低电压下电动运行，最后稳定

34、运行在点后，电机在较低电压下电动运行，最后稳定运行在D点。点。 电力机车下坡时，也会出现电力机车下坡时，也会出现正向回馈制动过程正向回馈制动过程。ABCDTnoBTZT0n01n01n01n0nABConTZTBT六、什么是直流电动机的反向回馈制动？六、什么是直流电动机的反向回馈制动？ 以以他励电动机他励电动机驱动驱动势能性恒转矩负载势能性恒转矩负载为例进行分析。为例进行分析。 正常运行时，拖动系统稳定运行于正常运行时，拖动系统稳定运行于A点。点。 将电源电压反接并给电枢回路串入电阻，电动机的机械特性截距降低到将电源电压反接并给电枢回路串入电阻，电动机的机械特性截距降低到n0，斜率，斜率 b

35、b 增大。增大。 切换瞬间，转速未来得及改变，工作点突跳到切换瞬间，转速未来得及改变，工作点突跳到B点。点。B点为非平衡点，点为非平衡点，TB U ，电流倒流，由于电压已反接，转矩为阻力转矩，称为，电流倒流，由于电压已反接，转矩为阻力转矩，称为反向回馈制动反向回馈制动，最后稳定运行在，最后稳定运行在E点。点。nTABCDo0n0n-ZTZT-E4-10 直流电机的直流电机的换向换向 一、什么是直流电机的换向问题？一、什么是直流电机的换向问题？ 就一个具体的电枢元件来说，其电流总是不断变化的。或者说电枢旋转时，每个具体的就一个具体的电枢元件来说，其电流总是不断变化的。或者说电枢旋转时，每个具体的

36、电枢元件总是不断地从一个支路转换到另外一个支路。元件中电流的方向改变的过渡过程电枢元件总是不断地从一个支路转换到另外一个支路。元件中电流的方向改变的过渡过程称为称为换向过程换向过程。 一个元件换向过程所需的时间就称为一个元件换向过程所需的时间就称为换向周期换向周期，即一个换向片通过电刷所用的时间。换，即一个换向片通过电刷所用的时间。换向元件的电流从向元件的电流从 +ia 变到变到 -ia 所用的时间即为一个换向周期所用的时间即为一个换向周期 Th= 0.00050.02秒秒 换向问题十分复杂换向问题十分复杂,换向不良会在电刷与换向片之间产生火化。当火花大到一定程度时可换向不良会在电刷与换向片之

37、间产生火化。当火花大到一定程度时可能损坏换向器表面能损坏换向器表面, 从而使电机不能正常工作。从而使电机不能正常工作。 产生火花的原因除电磁原因外，还有电化学、电热等因素，至今尚无很成熟的理论。产生火花的原因除电磁原因外，还有电化学、电热等因素，至今尚无很成熟的理论。aiai2ai1 2aii aii 2ai1 2aiai2ai1 2aiii二、换向元件中有哪些电势？二、换向元件中有哪些电势？1电抗电势电抗电势 一般一般, 换向周期非常短暂换向周期非常短暂, 电流的变化会在绕组元件中产生自感和互感电势电流的变化会在绕组元件中产生自感和互感电势, 两者的合成两者的合成电势称为电抗电势电势称为电抗

38、电势,用表示。用表示。 电抗电势的性质总是阻碍线圈中电流的变化电抗电势的性质总是阻碍线圈中电流的变化, 亦即的方向必然与换向前的电流方向相同亦即的方向必然与换向前的电流方向相同。或者说电抗电势是阻碍换向的。或者说电抗电势是阻碍换向的。 电抗电势大小反比于换向周期电抗电势大小反比于换向周期2切割电势切割电势 （电枢反应电势）（电枢反应电势） 换向元件切割电枢反应磁场，从而产生的切割电势。其性质也是阻碍换向的。换向元件切割电枢反应磁场，从而产生的切割电势。其性质也是阻碍换向的。 电抗电势和切割电势大小均与电枢电流和转速成正比，大电流高速电机换向较为困难。电抗电势和切割电势大小均与电枢电流和转速成正

39、比，大电流高速电机换向较为困难。 aBx 0Bx三、改善换向的方法有哪些？三、改善换向的方法有哪些？ 装换向极装换向极：在换向元件处产生一个磁势以抵消该处的电枢反应磁势。再产生一个磁密，换：在换向元件处产生一个磁势以抵消该处的电枢反应磁势。再产生一个磁密，换向元件切割该磁密时产生一个能抵消电抗电势的电势。（换向极绕组一般与电枢绕组串联）向元件切割该磁密时产生一个能抵消电抗电势的电势。（换向极绕组一般与电枢绕组串联） 装补偿绕组装补偿绕组：产生抵消：产生抵消电枢反应磁势电枢反应磁势的磁势，与电枢绕组串联。的磁势，与电枢绕组串联。 移动电刷位置移动电刷位置直流电机例题直流电机例题 441 一台起重

40、机由他励直流电动机拖动，一台起重机由他励直流电动机拖动，N11kW,U440V,29.5ANNPI=730r/min,1.05NanR=W要求以要求以300r / min 的转速下放重物，可以采用哪几种方法实现？的转速下放重物，可以采用哪几种方法实现？ANnOBTnANnOBTnANnOBTn解：可采用三种方法实现。解：可采用三种方法实现。(1)电势反接制动即倒拉反转；电势反接制动即倒拉反转；(2)能耗制动运行；能耗制动运行；(3) 反向回馈制动。反向回馈制动。2407.0250VaNNaNEUR I=-=167.2705VaaNNnEEn= -额定运行时感应电势：额定运行时感应电势：下放重物

41、时感应电势：下放重物时感应电势：下放重物时电流：下放重物时电流：29.5AaNII=(1) 电势反接制动即倒拉反转时电枢回路应串入的电阻值：电势反接制动即倒拉反转时电枢回路应串入的电阻值：219.4676NapaNUERRI-=-=W(2) 能耗制动运行时电枢回路应串入的电阻值：能耗制动运行时电枢回路应串入的电阻值：024.5524apaNERRI-=-=W(3) 反向回馈制动时电枢电压反向回馈制动时电枢电压:+2=134.29V55NaaUI RE-=+46 直流并励电动机，直流并励电动机，NN7.5kW,110V,1500r/min,82.2ANNPUnI=0.1014 ,46.7afRR

42、=W=W原在额定情况下下运行，现电源电压突然下降到原在额定情况下下运行，现电源电压突然下降到100V，若负载转矩保持不变，试求：，若负载转矩保持不变，试求：（1）电压下降瞬间的电枢电流；（）电压下降瞬间的电枢电流；（2）稳定运行后的电枢电流；（）稳定运行后的电枢电流；（3）稳定运行后的转速。）稳定运行后的转速。（假定磁路不饱和，忽略电枢反应的影响）（假定磁路不饱和，忽略电枢反应的影响）解：解：2.3555ANffUIR=79.8445AaNNfIII=-=2 99.9038VaNNaaNEUR I=-=电压下降瞬间，转速仍为额定转速，即电压下降瞬间，转速仍为额定转速，即 1500r/minNn

43、n=磁通立即降为原来的磁通立即降为原来的100/110，感应电势也变为原来的，感应电势也变为原来的100/110，即，即10090.8216V110aaNEE=电枢电流为：电枢电流为：270.7929AaaaUEIR-=稳定后，转矩恢复平衡。电流变为原来的稳定后，转矩恢复平衡。电流变为原来的110/100，即，即11087.8290A100aaNII=2 89.0941VaaaEUR I =-=110 1471.5 r/min100aNaNEnnE=nTABC419 一台并励直流电动机，如果电源电压一台并励直流电动机，如果电源电压 U 和拖动的负载转矩和拖动的负载转矩Tz 都不变，若减小励磁电

44、流，都不变，若减小励磁电流，问电枢电流、转速、电动机的输入功率以及输出功率将会怎样变化？问电枢电流、转速、电动机的输入功率以及输出功率将会怎样变化？解：解：faTTIIC F=F2afeeTRUInTCC CF=-FF1faaIIPUIF2nPTW 4-54-5 复励复励直流电动机的直流电动机的机械特性机械特性 复励复励直流电动机既有直流电动机既有并励并励绕组又有绕组又有串励串励绕组。其机械特性介于绕组。其机械特性介于并励并励和和串励串励电动机之间。电动机之间。 如果如果并励并励绕组起绕组起主导主导作用，则特性接近作用，则特性接近并励并励电动机。如果电动机。如果串励串励绕组起绕组起主导主导作用

45、，则接近作用，则接近串串励励电动机。电动机。 复励电动机空载时，由于有并励绕组接通，所以空载转速不会太高。复励电动机空载时，由于有并励绕组接通，所以空载转速不会太高。cRUaIInaEfRfInTO4-8 4-8 他励直流他励直流电动机电动机调速调速方法方法 一、直流电动机有哪些调速方法？一、直流电动机有哪些调速方法？ 电动机电动机拖动机械拖动机械负载负载运转时，电动机与负载就构成了一个运转时，电动机与负载就构成了一个拖动系统拖动系统。 要使得系统以一定的转速运行，要使得系统以一定的转速运行，电动机产生的电动机产生的动力转矩动力转矩必须和负载的必须和负载的阻力转矩阻力转矩相等相等。也就是说也就

46、是说系统系统的的工作点工作点就是电动机机械特性和负载机械特性的就是电动机机械特性和负载机械特性的交点交点。 只要改变了这一只要改变了这一交点交点（工作点工作点），也就改变了系统），也就改变了系统转速转速。 研究电动机调速时，总是研究电动机调速时，总是假定负载的机械特性不变假定负载的机械特性不变。要改变。要改变工作点工作点，只能，只能设法改变电设法改变电动机的机械特性动机的机械特性。 对应于对应于三种人为机械特性三种人为机械特性，他励直流电动机的，他励直流电动机的调速方法调速方法有三种有三种: （1）改变）改变电枢电压电枢电压 U； （2）改变）改变磁通磁通即改变即改变励磁电流励磁电流 ； （3）电枢串入）电枢串入电阻电阻Rp。02aepeTRnTnTCCRUCb+=-=-FFnToAAnzTBnB二、调压调速的物理过程是怎样的？二、调压调速的物理过程是怎样的？ 降低电枢电压时，电动机机械特性平行下移。负载转矩不变时，降低电枢电压时，电