电机拖动第二章PPt

1、第五节第五节 感应电动势和电磁转矩的计算感应电动势和电磁转矩的计算一、感应电动势的计算一、感应电动势的计算602a60002yyy11dd22d26060460pntpnEe te ttpnpnNNpnN 一个匝数为一个匝数为 的元件中感应电动势的平均值为：的元件中感应电动势的平均值为：yNyddeNdtdt Ce=pZ/60a为一个常数，称为电动势常数为一个常数，称为电动势常数若不计饱和影响，有若不计饱和影响，有ffK I其中其中:Kf 为比例常数为比例常数为机械角速度为机械角速度fTfeafKCKCG260每条支路串联的元件数是每条支路串联的元件数是S/2a，支路电动势平均值，支路电动势平

2、均值460 2aypn SENae460 260aypn SpZENnCnaa 绕组的全部有效导体数为绕组的全部有效导体数为Z=2SNyeeaffaffECnC K I nG I 二、电磁转矩的计算二、电磁转矩的计算电枢绕组中有电枢电流流过时电枢绕组中有电枢电流流过时, ,在磁场内受电磁力在磁场内受电磁力的作用的作用, ,该力与电枢铁心半径之积称为电磁转矩。该力与电枢铁心半径之积称为电磁转矩。电枢表面任一点处载流导体上的电磁转矩为电枢表面任一点处载流导体上的电磁转矩为2aDeyxaTN Bli若元件数为若元件数为S，电枢表面，电枢表面dx段元件边数段元件边数2sdx/(D Da a),dx),

3、dx段电流产生的电磁转矩段电流产生的电磁转矩22()2yaememaxaasNDsdTTdxi lB dxDD242emaaTaZpZTpIICIaa其中 为电机的转矩常数，有apZCT2eTCC55. 9一个极距内导线电流产生的电磁转矩为一个极距内导线电流产生的电磁转矩为绕组的全部有效导体数为绕组的全部有效导体数为Z=2SNy；电枢总电流为；电枢总电流为Ia=2aia4emaxZdTI B ldxa00444emaxaxazzzTI B ldxIB ldxIaaa感应电动势性质感应电动势性质: : 发电机电源电势(与电枢电流同方向)； 电动机反电势(与电枢电流反方向)。电磁转矩性质电磁转矩性

4、质: : 发电机制动(与转速方向相反)； 电动机驱动(与转速方向相同)。电磁转矩也可以表示为电磁转矩也可以表示为eaffaTG I I其中Gaf=CT Kf eafafaaTIIGIE还可以得到下列关系还可以得到下列关系第六节第六节 直流电机的运行原理直流电机的运行原理一、直流电机的基本方程式一、直流电机的基本方程式（一）电动势平衡方程式（一）电动势平衡方程式uuutiLRiutiLRiiGufafffffaaaafafadddd对于并励电动机对于并励电动机Ff、Fa产生气隙磁场称为双边励磁。Ff、Fa互相垂直，故励磁回路与电枢回路互感为零。电枢绕组旋转时切割气隙磁场，有相对运动电枢绕组产生感

5、应电势。若电机稳态运行若电机稳态运行对于发电机对于发电机fffIRUUfffIRUUaaaIRUE对于电动机对于电动机faIIIfaIIIaaaIREUUEa, Ea是反电势，与Ia反向EaU, Ea为电源电势，不是反电势，与Ia同向（二）转矩平衡方程式（二）转矩平衡方程式对于电动机，对于电动机，稳态运行时稳态运行时e20ddTTTJt其中其中T2为负载制动转矩，为负载制动转矩，T0为空载损耗转矩为空载损耗转矩, ,e20TTT对于发电机，对于发电机，1e0ddTTTJt其中其中T1为原动机拖动转矩。为原动机拖动转矩。稳态运行时稳态运行时1e0TTTtJdd为惯性转矩。为惯性转矩。根据牛顿定律

6、，机械系统中任何瞬间转矩必须保持平衡。根据牛顿定律，机械系统中任何瞬间转矩必须保持平衡。发电机：发电机： 电动机：电动机： 电机效率：电机效率： ( (三三) )功率方程功率方程01pPPepPpppPPcCufCuae12cCufCuaepppPP1pPpPPe102%10012PP电枢铜耗电枢铜耗电刷接触损耗电刷接触损耗励磁损耗励磁损耗机械损耗机械损耗铁心损耗铁心损耗附加损耗附加损耗空载损耗空载损耗FepmecpaccIUp 2aaCuaRIp2ffCufRIp2ppppmecFe0可变可变损耗损耗不变不变损耗损耗pePeP二、直流电动机工作特性二、直流电动机工作特性直流电动机的工作特性指

7、端电压直流电动机的工作特性指端电压U=UN,电枢回电枢回路无外加电阻，励磁电流路无外加电阻，励磁电流If=IfN，电动机的转速，电动机的转速n、电磁转矩、电磁转矩Tem和效率和效率三者与输出功率三者与输出功率P P2 2之之间的关系。间的关系。实际中的工作特性表示为：实际中的工作特性表示为：n n、TemTem、=f(I=f(Ia a) )直流电动机的基本方程直流电动机的基本方程2aaacaaafffaeUEI RUEI RUI RECn 12260emTaemaaememFemecCuaCufcTCIPE ITTnPpppppP 二、直流电动机工作特性二、直流电动机工作特性（一）并励直流电动

8、机的工作特性（一）并励直流电动机的工作特性1. . 转速特性转速特性aaeeRUnICC忽略电枢反应的去磁作用，转速与电枢电流按忽略电枢反应的去磁作用，转速与电枢电流按线性关系变化。线性关系变化。当当U=UN , , If=IfN时，时，n=f(Ia)的关系曲线的关系曲线0annIn0：理想空载转速：理想空载转速实际的直流电机磁路总是设计实际的直流电机磁路总是设计得比较饱和，得比较饱和，F Fa a有去磁效应。有去磁效应。为保证电动机稳定运行，在设为保证电动机稳定运行，在设计电机时，权衡电枢回路中的计电机时，权衡电枢回路中的电阻压降和电枢反应去磁作用电阻压降和电枢反应去磁作用这两个因素，使并励

9、直流电动这两个因素，使并励直流电动机具有略为下降的特性。机具有略为下降的特性。若不计电枢反应，气隙磁通不变若不计电枢反应，气隙磁通不变当当U=UU=UN N ,I,If f=I=IfNfN时，时，T Temem=f(I=f(Ia a) )的关系曲线的关系曲线2. 2. 转矩特性转矩特性aTaTeICICTTTCCTem与与Ia成正比，为过原点的一条直线；实际成正比，为过原点的一条直线；实际电动机中，电枢反应的去磁作用。但一般情电动机中，电枢反应的去磁作用。但一般情况下，并励电动机的转矩特性仍然接近一条况下，并励电动机的转矩特性仍然接近一条直线。直线。3 3、效率特性、效率特性当当U=UN ,

10、,If=IfN，=f(Ia)的关系曲线的关系曲线2FemecCufaaac21af2 100%1100%()pppI RIUPPU II即不变损耗可变损耗时，效率即不变损耗可变损耗时，效率最大，此结论有普遍意义。最大，此结论有普遍意义。电机最大效率约在电机最大效率约在8080负载左右负载左右。2FemecCufaapppR I当（二）串励直流电动机的工作特性（二）串励直流电动机的工作特性电动势平衡方程式电动势平衡方程式eaafc()UCnIRR电动势公式电动势公式aeaaECnC I n转矩平衡方程式转矩平衡方程式e20TTT转矩公式转矩公式2eTaTaTCIC IRfc为串励绕组电阻为串励绕

11、组电阻aefTTfCC KCC K，Kf为主磁通与励磁电流比例系数为主磁通与励磁电流比例系数aaaeaaaaafcUI RRUnCC ICRRR转速特性转速特性当电枢电流为零时，电机转速趋于无穷当电枢电流为零时，电机转速趋于无穷大，所以串励电动机不允许在空载或轻大，所以串励电动机不允许在空载或轻载下运行。载下运行。2e200602PTTTTn转矩特性转矩特性效率特性与并励电动机相似效率特性与并励电动机相似电磁转矩以高于电流一次方的比例增加。它保证了在同样大小的起动电流下能得到比并励电动机更大的起动转矩。2eTaTfaeTaTaaTCIC K ITCIC II不计饱和时：磁路高度饱和时：（三）复

12、励直流电动机的工作特性（三）复励直流电动机的工作特性1 1）工作特性介于并励、串励之间；）工作特性介于并励、串励之间；2 2）积复励（差复励）既无空载飞速危险，又保持串励机启动转矩较大的优点；）积复励（差复励）既无空载飞速危险，又保持串励机启动转矩较大的优点；3 3）一般多用积复励（以转速特性为例）。以并励磁势为主）一般多用积复励（以转速特性为例）。以并励磁势为主特性接近并励；特性接近并励；以串励磁势为主以串励磁势为主特性接近串励。特性接近串励。1、并励2、积复励3、串励 例例2-12-1 一台他励直流电动机的额定数据为：一台他励直流电动机的额定数据为：V750NUkW1325NPA1930N

13、Imin/ r200Nn电枢绕组的电阻电枢绕组的电阻，电刷接触压降，电刷接触压降0161. 0aRV22 cU设电动机原来在额定转速和额定负载下运行，在负载的总制动转矩（包括损耗转矩）设电动机原来在额定转速和额定负载下运行，在负载的总制动转矩（包括损耗转矩）保持不变的情况下，试求保持不变的情况下，试求（1）在电枢回路中突然串入电阻）在电枢回路中突然串入电阻R=0.0743, ,求串入电阻最初瞬间和达到稳定时的求串入电阻最初瞬间和达到稳定时的电枢电流和转速分别是多少？电枢电流和转速分别是多少？（2）减少电动机的励磁电流，使磁通）减少电动机的励磁电流，使磁通 减少减少10%，当达到稳定时的电枢电流

14、和转，当达到稳定时的电枢电流和转速分别是多少？速分别是多少？解解aaac2(750 1930 0.0161 2)V717VEUI RUa1930AI aaac()2750 1930 (0.0161 0.0743)2 V574VEUIRRU （1）电枢回路中突然串入电阻）电枢回路中突然串入电阻R最初瞬间最初瞬间a717VE acaa27507172A343A0.0161 0.0743UEUIRR稳态时稳态时aa574(200)r/min160r/min717EnnE （2）磁通）磁通 减少为原来的减少为原来的0.9a(1930 / 0.9)A2145AI aaac2(75021450.01612

15、)V713VEUI RUaa7131200r / min221r / min7170.9EnnE 三、直流发电机的工作特性三、直流发电机的工作特性a)他励直流发电机他励直流发电机 b)b)并励直流发电机并励直流发电机 c)c)复励直流发电机复励直流发电机（一）空载运行（一）空载运行1、空载特性空载特性他励直流发电机被原动机拖动至他励直流发电机被原动机拖动至n=nN ，励磁绕组，励磁绕组端加上励磁电压端加上励磁电压Uf , ,调节励磁电流调节励磁电流If0 , ,使发电机空使发电机空载端电压载端电压U U0=(1.1=(1.11.3)U1.3)UN, ,再调节再调节R Rf使使I If降回到零降

16、回到零，得出空载特性曲线，得出空载特性曲线U0=f(I0)。此曲线分为上下两。此曲线分为上下两支，一般取其平均值（虚线）。支，一般取其平均值（虚线）。n n不同，空载曲线不同，一般用不同，空载曲线不同，一般用n nN N时的曲线；时的曲线；曲线反应电机的饱和程度，或磁通与磁势关系；若换个坐标曲线反应电机的饱和程度，或磁通与磁势关系；若换个坐标就是电机的磁化曲线就是电机的磁化曲线)(00fIf2 2 并励和复励直流发电机空载电压的建立并励和复励直流发电机空载电压的建立自励电压建立的三个条件：自励电压建立的三个条件：1）电机必须有剩磁；）电机必须有剩磁；2）励磁绕组并联到电枢的极性必须正确；）励磁

17、绕组并联到电枢的极性必须正确；3）励磁回路的总电阻小于该转速下的临界电）励磁回路的总电阻小于该转速下的临界电阻。阻。当发电机由原动机拖动至额定转速时，由于电机磁路中有一定剩当发电机由原动机拖动至额定转速时，由于电机磁路中有一定剩磁，发电机两端将产生一个不大的剩磁电压，在励磁绕组中产生磁，发电机两端将产生一个不大的剩磁电压，在励磁绕组中产生一个不大的励磁电流。如果励磁绕组接法正确，即励磁磁场方向一个不大的励磁电流。如果励磁绕组接法正确，即励磁磁场方向与电机剩磁方向相同，从而使电机主磁通和由它产生的端电压增与电机剩磁方向相同，从而使电机主磁通和由它产生的端电压增加。励磁电流进一步加大，如此反复作用

18、，电压就建立起来了。加。励磁电流进一步加大，如此反复作用，电压就建立起来了。fI0U10fIA20U31、空载特性曲线、空载特性曲线 2、励磁电阻线、励磁电阻线 3、临界电阻、临界电阻线线（二）负载运行（二）负载运行 无论他励、并励还是复励发电机，建立电压无论他励、并励还是复励发电机，建立电压以后，在以后，在 n = nN 的条件下，加上负载后，发的条件下，加上负载后，发电机的端电压都将发生变化。电机的端电压都将发生变化。一般情况下一般情况下端电压端电压都是下降都是下降。端电压下降的因。端电压下降的因素：素：1积复励发积复励发电机外特性；电机外特性；2他励发他励发电机外特性；电机外特性；3并励

19、发并励发电机外特性；电机外特性；电枢反应的去磁作用；电枢回路中电阻压降和电刷接触压降都增大。第七节第七节 直流电机的换向直流电机的换向 直流电机某一个元件经过电刷，从一条支路换到另一条支路直流电机某一个元件经过电刷，从一条支路换到另一条支路时，元件里的电流方向改变，即时，元件里的电流方向改变，即换向换向。换向问题很复杂，换向不。换向问题很复杂，换向不良会在电刷与换向片之间产生火花。当火花大到一定程度，可能良会在电刷与换向片之间产生火花。当火花大到一定程度，可能损坏电刷和换向器表面，使电机不能正常工作。产生火花的原因损坏电刷和换向器表面，使电机不能正常工作。产生火花的原因很多，除了电磁原因外，还

20、有机械的原因。换向过程还伴随着电很多，除了电磁原因外，还有机械的原因。换向过程还伴随着电化学和电热学等现象。化学和电热学等现象。一、一、换向的电磁现象换向的电磁现象换向元件从开始换向到换向结束所经历的时间称为换向周期换向周期T Tc c。在换向过程中，被电刷短接的绕组元件称为换换向元件向元件。自感电动势互感电动势电枢反应电动势电枢反应电动势aMLeeeeex电抗电动势 换向元件在换向过程中，由于电流的变化必然在换向元件中产生一些电换向元件在换向过程中，由于电流的变化必然在换向元件中产生一些电动势。动势。1、电抗电动势、电抗电动势换向元件中出现的由自感与互感作用所引起的感应电动势，称为电抗电动势

21、换向元件中出现的由自感与互感作用所引起的感应电动势，称为电抗电动势ex 。e ex x的方向与换向的方向与换向前的电流方向一致；前的电流方向一致；2、电枢反应电动势、电枢反应电动势由于电刷放置在磁极轴线下的换向器上，在几何中心线处，虽然主磁场的磁密由于电刷放置在磁极轴线下的换向器上，在几何中心线处，虽然主磁场的磁密等于零，可是电枢磁场的磁密等于零，可是电枢磁场的磁密Ba不为零。因此，换向元件切割电枢磁场产生一不为零。因此，换向元件切割电枢磁场产生一种电动势，称为电枢反应电动势种电动势，称为电枢反应电动势ea。它的方向也与换向前电流方向一致。它的方向也与换向前电流方向一致。cd2daaXLMXX

22、iieeeLLtT Lx为等效合成漏电感，包括自感和互感。lvBNeaya2ai直线换直线换向向aicTt0延迟延迟换向换向直线换向直线换向定义：是一种最基本的换向过程，换向元件里的换定义：是一种最基本的换向过程，换向元件里的换向电流随时间线性变化。向电流随时间线性变化。特点：电刷下不产生火花。特点：电刷下不产生火花。延迟换向延迟换向定义：电抗电动势和电枢反应电动势的作用是阻止定义：电抗电动势和电枢反应电动势的作用是阻止电流变化的，即阻碍换向的进行。电流变化的，即阻碍换向的进行。 特点：电刷与换向片之间出现火花。特点：电刷与换向片之间出现火花。二、改善二、改善换向的方法换向的方法改善换向的目的

23、：消除或削弱电刷下的火花。改善换向的目的：消除或削弱电刷下的火花。改善换向的方法：从产生火花的电磁原因出发，改善换向的方法：从产生火花的电磁原因出发，要有效地改善换向，就必须减小、甚至抵消换向要有效地改善换向，就必须减小、甚至抵消换向元件中的电抗电动势和电枢反应电动势。元件中的电抗电动势和电枢反应电动势。装设换向磁极装设换向磁极位于几何中性线处装换向磁极。位于几何中性线处装换向磁极。换向极磁势一方面抵消交轴换向极磁势一方面抵消交轴电枢反应磁势，使几何中性线处磁密为零，另一方面产生一个电势刚好与电抗电枢反应磁势，使几何中性线处磁密为零，另一方面产生一个电势刚好与电抗电势相抵消，使换向元件内的合成电势等于零，不出现火花。电势相抵消，使换向元件内的合成电势等于零，不出现火花。换向绕组必须与换向绕组必须与电枢绕组串联，在换向元件处产生换向磁动势抵消电枢反应磁动势。电枢绕组串联，在换向元件处产生换向磁动势抵消电枢反应磁动势。同时换向同时换向极磁路应处于不饱和状态，且极性不能错。极磁路应处于不饱和状态，且极性不能错。装设补偿绕组装设补偿绕组大型直流电机在主磁极极靴内安装补偿绕组，补偿绕组与电大型直流电机在主磁极极靴内安装补偿绕组