电机与拖动基础(现用)课件

电机与拖动基础(现用)电机与拖动基础(现用)电机与拖动基础(现用)电机与拖动课程前言一、本课程性质及其特点：1、本课程属于技术基础课2、基本概念多3、电磁力关系复杂（电流、电压、磁场、力矩关系）4、该课程以大学物理和电路理论为基础6/22/20212电机与拖动基础电机与拖动基础(现用)电机与拖动基础(现用)电机与拖动基础(电机与拖动课程前言一、本课程性质及其特点：1、本课程属于技术基础课2、基本概念多3、电磁力关系复杂（电流、电压、磁场、力矩关系）4、该课程以大学物理和电路理论为基础12/13/20222电机与拖动基础电机与拖动课程前言一、本课程性质及其特点：12/11/20二、参考书：1、王毓东编《电机学》上、下，浙江大学出版社2、顾绳谷编《电机及拖动基础》，机械工业出版社3、唐介编《电机与拖动》，高等教育出版社4、许建国编《电机与拖动基础》，高等教育出版社12/13/20223电机与拖动基础二、参考书：1、王毓东编《电机学》上、下，浙江大学出版社12三、本课程学习内容：变压器、直流机、异步机、同步机掌握内容：1）工作原理2）电磁力分析3）特性及应用12/13/20224电机与拖动基础三、本课程学习内容：12/11/20224电机与拖动基础四、电机的作用与功能：电机是实现机械能与电能相互转换的电磁机器电动机：电能机械能发电机：机械能电能变压器：U1交流电能变成U2交流电能12/13/20225电机与拖动基础四、电机的作用与功能：电机是实现机械能与电能相互转换的电磁机五、电机的分类：1、按电能形式分直流电机（发电机、电动机）交流电机（异步机、同步机）（发电机、电动机）12/13/20226电机与拖动基础五、电机的分类：1、按电能形式分12/11/20226电机与2、按能量转换形式分发电机（直流电机、交流电机）（异步机、同步机）电动机（直流电机、交流电机）（异步机、同步机）12/13/20227电机与拖动基础2、按能量转换形式分发电机（直流电机、交流电机）12/11/六、电机的作用：

1、进行能量转化、传输和分配电能一简单供电系统图12/13/20228电机与拖动基础六、电机的作用：

1、进行能量转化、传输和分配电能一简单供电2、驱动生产机械磁悬浮列车大型车床12/13/20229电机与拖动基础2、驱动生产机械磁悬浮列车3、控制各种自动设备盲人引路车爬行机器人12/13/202210电机与拖动基础3、控制各种自动设备12/11/202210电机与拖动基础七、电机的发展状况大型和超小型方向发展同步发电机定子各种微电机12/13/202211电机与拖动基础七、电机的发展状况大型和超小型方向发展12/11/20221电力拖动系统动力学1.1电力拖动系统的运动方程式电力拖动系统一般是由电动机、生产机械的传动机构、工作机构、控制设备和电源组成。电力拖动系统组成机械特性表明电动机内部转速和转矩之间的关系，生产机械的负载转矩特性表明负载的性能，要研究整个电力拖动系统，必须研究电动机和负载之间的运动规律——电力拖动系统的运动方程式。12/13/202212电机与拖动基础电力拖动系统动力学电力拖动系统一般是由电动机、生产1.单轴电力拖动系统电动机转轴与生产机械的工作机构直接相连，工作机构是电动机的负载。单轴电力拖动系统T为电动机的电磁转矩(Nm)，TL为电动机的负载转矩(Nm)，J为电动机轴上的总转动惯量(kgm2)，为电动机的角速度(rad/s),D为系统转动部分的回转直径(m),m为系统转动部分的质量(kg),12/13/202213电机与拖动基础1.单轴电力拖动系统单轴电力拖动系统T为电动机的电磁转矩是具有加速度量纲的系数，单位为m／min·s。动转矩系统处于加速；恒速或静止，稳定运转状态；系统减速为系统转动部分的回转半径(m),g=9.81m/s2为重力加速度,G为系统转动部分的重力(N),GD2为转动部分的飞轮矩(N·m2),12/13/202214电机与拖动基础是具有加速度量纲的系数，单位为m／min·s。动转矩系实际的电力拖动系统，大多数是电动机通过传动机构与工作机构相连的多轴电力拖动系统。研究多轴电力拖动系统时，需要对每根轴分别写出运动方程式并联立求解，最后得出电力拖动系统的运动规律，显然比较麻烦。12/13/202215电机与拖动基础实际的电力拖动系统，大多数是电动机通过传动等效是指拖动系统在折算前和折算后的功率及储存动能保持不变，即等效单轴系统应与实际的多轴系统具有相等的机械功率和动能。实用工程计算：采用筒化多轴电力拖动系统的分析计算，将负载转矩与系统飞轮矩折算到电动机轴上，变多轴系统为等效的单轴系统。多轴电力拖动系统的简化12/13/202216电机与拖动基础等效是指拖动系统在折算前和折算后的功率及储存1.2多轴电力拖动系统的简化计算1.2.1工作机构为转动情况时，转矩与飞轮矩的折算1.转矩的折算多轴电力拖动系统中:工作机构折算前的机械功率=工作机构折算后的机械功率f为工作机构转轴的角速度；Tf为工作机构的实际负载转矩；为电动机轴的角速度；TF为工作机构负载转矩折算到电动机轴上的折算值；为传动机构总的速比，写成一般形式为等于各级速比乘积；12/13/202217电机与拖动基础1.2多轴电力拖动系统的简化计算工作机构折算前的机械功率=工考虑传动机构的传动效率：式中为传动机构总效率，等于各级传动效率乘积，；传动机构转矩损耗：由于负载是由电动机拖动的，电磁转矩为拖动性转矩，T是由电动机负担。12/13/202218电机与拖动基础考虑传动机构的传动效率：式中为传动机构总效率，等于各级传2．飞轮矩的折算飞轮矩用于表征运动物体机械惯性的大小；工作机构转轴的飞轮矩为，动能为:折合到电动机轴上的飞轮矩为，折算后其动能为:折算的原则是折算前后该轴的动能不变，即化简后得到负载轴上飞轮矩的折算公式:旋转物体的动能为:12/13/202219电机与拖动基础2．飞轮矩的折算工作机构转轴的飞轮矩为，传动机构中还有转速为nb的轴，其轴上各部分的总飞轮矩实际值为,动能是:折合到电动机轴上以后的飞轮矩为，其动能为:根据折算前后该轴动能不变的原则有:飞轮矩折算时，其折算值为实际值除以速比的平方，(注意不同转速的轴其速比也不一样。)12/13/202220电机与拖动基础传动机构中还有转速为nb的轴，其轴上各部分的总飞轮矩实际写成一般形式为:一般地说，传动机构各轴以及工作机构转轴的转速要比电动机轴的转速低，飞轮矩的折算与转速比平方成反比；尽管可能有多根轴，但它们的飞轮矩折算到电动机轴上后数值不大，是系统总飞轮矩的次要部分(20-30%)；电动机转子本身的飞轮矩是系统总飞轮矩中的主要部分(70-80%)。从上面分析的结果可以得到整个电力拖动系统折算到电动机轴上的总飞轮矩为:12/13/202221电机与拖动基础写成一般形式为:一般地说，传动机构各轴以及工作机构转轴的转速一般地说，传动机构各轴以及工作机构转轴的转速要比电动机轴的转速低，飞轮矩的折算与转速比平方成反比；尽管可能有多根轴，但它们的飞轮矩折算到电动机轴上后数值不大，是系统总飞轮矩的次要部分(20-30%)；电动机转子本身的飞轮矩是系统总飞轮矩中的主要部分(70-80%)。12/13/202222电机与拖动基础一般地说，12/11/202222电机与拖动基础例题1－1(Pg4)已知飞轮矩GDa2=14.5N·m’，GDb2=18.8N·m’，GDf2=120N·m’，传动效率1=0.91,2=0.93,转矩Tf=85N·m，转速n=2450r／min，nb=810r／min，nf=150r／min，忽略电动机空载转矩，求：(1)折算到电动机轴上的系统总飞轮矩GD2；(2)折算到电动机轴上的负载转矩TF。12/13/202223电机与拖动基础例题1－1(Pg4)12/11/202223电机与拖动基础解:(1)系统总飞轮矩:(2)负载转矩:12/13/202224电机与拖动基础解:(2)负载转矩:12/11/202224电机与拖动基1.2.2工作机构为平移运动时，转矩与飞轮矩的折算有些生产机械，如桥式起重机的起重小车、龙门刨床等，它们的工作机构作平移运动。刨床电力拖动系统：电动机经多级齿轮变速后，用齿轮、齿条把旋转运动变成工作台的平移运动。切削时工件与工作台一起以速度V移刨床电力拖动示意图动，刨刀固定不动。作用在工件上的切削力为F，电动机的转速为n，传动机构效率为。12/13/202225电机与拖动基础1.2.2工作机构为平移运动时，转矩与飞轮矩的折算把这种多轴系统等效成单轴系统，须将切削力及平移运动部件的质量折算到电动机轴上的等效转矩TF及等效飞轮矩GDF2。1.转矩的折算工作机构为平移运动时，切削功率为:根据功率平衡关系则有:电动机轴上的等效转矩:传动机构的转矩损耗:12/13/202226电机与拖动基础把这种多轴系统等效成单轴系统，须将切削力及平移运动部件的质量2.飞轮矩的折算折算的原则：折算前后储存的动能相等。平移运动部件的动能:折算到电动机轴上的转动惯量中储存的动能:根据折算前后动能不变的原则有:12/13/202227电机与拖动基础2.飞轮矩的折算根据折算前后动能不变的原则有:12/11/例题:已知切削力F=10000N，工作台与工件运动速度v=0.7m/s，(Pg12)传动机构总效率=0.81，电动机转速n=1450r／min，电动机的飞轮矩GDD2=100Nm2，求：(l)切削时折算到电动机轴上的负载转矩；(2)估算系统的总飞轮矩；(3)不切削时，工作台及工件反向加速，电动机以dn/dt=500r/mins,恒加速度运行，计算此时系统的动转矩绝对值。12/13/202228电机与拖动基础例题:已知切削力F=10000N，工作台与工件运动速度v解：(1）切削时折算到电动机轴上的负载转矩计算切削功率为:折算后的负载转矩:(2)估算系统总的飞轮矩:(3)不切削时，工作台与工件反向加速，系统动转矩绝对值:12/13/202229电机与拖动基础解：(1）切削时折算到电动机轴上的负载转矩计算切削功率为:折1.2.3工作机构做提升和下放重物运动时，转矩与飞轮矩的折算工作机构运动为升降的电力拖动系统电动机通过传动机构（减速箱,速比为j）拖动一个卷筒，半径为R，转速为nf；缠在卷筒上的钢丝绳悬挂一重物，重力为G=mg，；重物提升时传动机构效率为，卷筒重物提升或下放的速度都为v。桥式起重机的提升机构、电梯、矿井卷扬机等，它们的工作机构都是作升降运动。升降运动属于直线运动并与重力有关。12/13/202230电机与拖动基础1.2.3工作机构做提升和下放重物运动时，转矩与飞轮矩的折算1.负载转矩折算(1）提升重物时负载转矩的折算:传动机构损耗的转矩:由摩擦产生，总是起阻碍运动的作用。提升重物时由电动机负担，下放重物时，卷筒上的负载转矩成为拖动转矩，由负载承担。(2)下放重物时负载转矩的折算2.飞轮矩的计算与平移运动相同。12/13/202231电机与拖动基础1.负载转矩折算(1）提升重物时负载转矩的折算:传动机构损耗例题(Pg8):已知减速箱的速比j=34，提升重物时效率=0.83，卷筒直径d=0.22m，空钩重量G0=470N，所吊重物重G=8820N，电动机的飞轮矩GDD2=10N·m2，当提升速度为v=0.4m/s，求：(1)电动机的转速(2)忽略空载转矩时电动机所带的负载转矩；(3)以v=0.4m/s下放该重物时，电动机的负载转矩。解:(l)电动机转速的计算卷筒的转速:电动机的转速:12/13/202232电机与拖动基础例题(Pg8):已知减速箱的速比j=34，提升重物时效率(3)以v=0.4m/s下放该重物时电动机负载转矩的计算传动机构损耗转矩:电动机的负载转矩为:(2)提升时电动机负载转矩的计算提升重物时负载实际转矩为:电动机的负载转矩为:12/13/202233电机与拖动基础(3)以v=0.4m/s下放该重物时电动机负载转矩的计算电动例题(Pg9):某起重机的电力拖动系统：电动机Pn=20kw，nN=950r/min，传动机构的速比j1=3，j2=3.5，j3=4，各级齿轮传递效率都是=0.95，各转轴上的飞轮矩:GDa2=123N·m2，GDb2=49N·m’，GDc2=40N·m’，Dd2=465N·m，卷筒直径d=0.6m，吊钩重G0=1962N，被吊重物G=49050N。忽略电动机空载转矩，忽略钢丝绳重量，忽略滑轮传递的损耗，求：12/13/202234电机与拖动基础例题(Pg9):某起重机的电力拖动系统：电动机Pn=2解：(1)以速度v=0.3m/s提升重物时负载（吊钩及重物）转矩:卷筒转速:电动机输出转矩:电动机转速:(1)以速度v=0.3m/s提升重物时，负载（重物及吊钩）转矩、卷筒转速、电动机输出转矩及电动机转速；(2)负载及系统的飞轮矩（折算到电动机轴上）；(3)以加速度a=0.1m/s2提升重物时，电动机输出的转矩。12/13/202235电机与拖动基础解：卷筒转速:电动机输出转矩:电动机转速:(1)以速度(2)负载及系统的飞轮矩的计算吊钩及重物飞轮矩:系统总的飞轮矩:12/13/202236电机与拖动基础(2)负载及系统的飞轮矩的计算系统总的飞轮矩:12/11/2(3)以加速度a=0.1m/s2提升重物时电动机输出转矩的计算电动机转速与重物提升速度的关系:电动机加速度与重物提升速度的关系:电动机输出转矩:12/13/202237电机与拖动基础(3)以加速度a=0.1m/s2提升重物时电动机输出转矩的计1.3负载的转矩特性与电力拖动系统稳定运行的条件电动机的电磁转矩与转速之间的关系称为机械特性。电动机的电磁转矩为驱动转矩，其正方向与电机的旋转方向一致；生产机械工作机构的负载转矩的正方向与电机的旋转方向相反。生产机械工作机构的负载转矩与转速之间的关系，称之为负载的转矩特性。12/13/202238电机与拖动基础1.3负载的转矩特性与电力拖动系统稳定运行的条件1.3.1负载的转矩特性1.恒转矩负载的转矩特性(1)反抗性恒转矩负载特点：工作机构的负载转矩与转速的方向始终相反，转矩特性位于I,III象限内,转矩的绝对值大小恒定不变，是阻碍运动的制动性转矩。皮带运输机、轧钢机等由摩擦力产生负载转矩的工作机构属于这类型。考虑传动机构损耗转矩后，折算到电动机轴上负载转矩特性，即关系曲线。12/13/202239电机与拖动基础1.3.1负载的转矩特性考虑传动机构损耗转矩实际特性折算后特性反抗性恒转矩负载的转矩特性I象限:III象限:阻碍运动的制动性转矩12/13/202240电机与拖动基础实际特性(2)位能性恒转矩负载特点:工作机构的负载转矩绝对值大小是恒定的，而且方向不变，转矩特性位于I,IV象限内；起重机提升下放重物就属于这个类型。我们分析的电力拖动系统都简化为单轴系统，只要知道电动机轴上的转矩与转速关系曲线。12/13/202241电机与拖动基础(2)位能性恒转矩负载12/11/202241电机与拖动基础实际特性折算后特性位能性恒转矩负载的转矩特性提升重物时：阻碍运动的制动性转矩,下放重物时：帮助运动的拖动性转矩12/13/202242电机与拖动基础实际特性2.泵类负载的转矩特性水泵、油泵、通风机和螺旋桨等，其转矩的大小与转速的平方成正比，即泵类负载的转矩特性12/13/202243电机与拖动基础2.泵类负载的转矩特性水泵、油泵、通风机和3.恒功率负载的转矩特性工作机构负载转矩与转速之积为常数，即电力牵引系统：汽车爬坡，低速大转矩；高速公路运行，高速小转矩。车床加工另件：粗加工时，较大进刀量和较低转速；精加工时，较小进刀量和较高转速。恒功率负载的转矩特性12/13/202244电机与拖动基础3.恒功率负载的转矩特性工作机构负载转矩与转速之积为常数，以上所述恒转矩负载、泵类负载及恒功率负载都是从各种实际负载中概括出来的典型的负载型式，实际的负载可能是以某种典型为主或某几种典型的结合。例如通风机，主要是泵类负载特性，但是轴承摩擦又是反抗性的恒转矩负载特性，只是运行时后者数值较小而已。又如起重机在提升和下放重物时，一般主要是位能性恒转矩负载。

我们分析电力拖动系统时；负载转矩特性作为已知量对待。12/13/202245电机与拖动基础以上所述恒转矩负载、泵类负载及恒功率负载都1.3.2电力拖动系统稳定运行的条件电力拖动系统是由电动机与负载两部分组成的，把电动机的机械特性与负载的转矩特性结合起来，就可以研究电力拖动系统的稳定运行问题。电力拖动系统的平衡状态左图：1.电动机的机械特性2.负载的转矩特性电力拖动系统的平衡工作点(稳定运行的必要条件)图中两条曲线的交点A满足此条件，称为平衡工作点。12/13/202246电机与拖动基础1.3.2电力拖动系统稳定运行的条件电力拖动系统的平衡状态实际运行的电力拖动系统，经常会出现一些干扰：电源电压波动;负载转矩波动;当负载电流较大时，电枢反应使得他励直流电动机的机械特性上翘。关键是：l

突然出现了干扰，系统是否能够稳定运行？l

干扰消失后，系统是否能够回到原来工作点继续稳定运行？这就是我们要讨论的电力拖动系统稳定运行的充分条件。

12/13/202247电机与拖动基础实际运行的电力拖动系统，经常会出现一些干扰：举例：他励直流电动机拖动一泵类负载运行不变；此刻，系统将改变原来的平衡状态，引起过渡过程：电磁过渡过程机械过渡过程相比较而言：机械惯性远远大于电磁惯性，电磁过渡过程很快就结束；而转速变化较慢，必须考虑机械过渡过程。电力拖动系统的稳定运行12/13/202248电机与拖动基础举例：他励直流电动机拖动一泵类负载运行不变；此刻，系统将改电力拖动系统的稳定运行分析步骤：忽略电磁过渡过程，曲线1’直接替代曲线1；但此刻，转速不能突变,负载转矩不能突变；电动机运行点从A变到B，电磁转矩变小为；,系统开始减速的机械过渡过程。(2)在减速的机械过渡过程中：对电动机来讲，,电动机运行点沿曲线1’下降；对泵类负载来讲，12/13/202249电机与拖动基础电力拖动系统的稳定运行分析步骤：对电动机来讲，电力拖动系统的稳定运行直到曲线1’与曲线2交于A’点为止，,电动机的运行点经历了的过程，系统减速过渡过程结束，到达新的平衡点。可见，虽然出现了电压干扰，但系统是能够稳定运行；那么，电压干扰消失后，系统是否能够回到原来工作点继续稳定运行？(3)电压干扰消失后，忽略电磁过渡过程，曲线1’直接恢复为曲线1；但此刻，转速不能突变，负载转矩不能突变；电动机运行点从A’变到C，电磁转矩加大为；12/13/202250电机与拖动基础电力拖动系统的稳定运行直到曲线1’与曲线2交于A’点为止，电力拖动系统的稳定运行,系统开始升速的机械过渡过程(4)在升速的机械过渡过程中：电动机,电动机运行点沿曲线1上升；同时，泵类负载；直到曲线1与曲线2交于A点为止,电动机的运行点经历了的过程，系统回到原工作点上稳定运行。12/13/202251电机与拖动基础电力拖动系统的稳定运行那么，是否所有的电动机机械特性与负载转矩特性上的交点都能稳定运行？

举例：当负载电流较大时，电枢反应可以使得他励直流电动机的机械特性上翘。左图：1与1’为他励直流电动机的机械特性2为恒转矩负载的转矩特性电力拖动系统的不稳定运行12/13/202252电机与拖动基础那么，是否所有的电动机机械特性与负载转矩特性上的交点都能稳定分析步骤：(1)忽略电磁过渡过程，曲线1’直接替代曲线1；但此刻，转速不能突变，负载转矩不能突变；电动机运行点从A变到B,，电磁转矩增大为；系统开始升速的机械过渡过程。电力拖动系统的不稳定运行(2)在升速的机械过渡过程中：负载转矩始终为，电动机运行点沿曲线1’，转速上升得越来越快。直到系统转速过高，毁坏电动机为止。该系统不能在原来交点A的附近继续稳定运行，属不稳定运行12/13/202253电机与拖动基础分析步骤：电力拖动系统的不稳定运行(2)在升速的机械过渡过稳定运行的充分必要条件是:(1) ,(2)在处 在交点所对应的转速之上区域，应保证，使得当系统高于交点处的速度时，系统作减速运行；

在交点所对应的转速之下区域，应保证，使得当系统低于交点处的速度时，系统作升速运行。电力拖动系统必须在电动机的机械特性与负载转矩特性的交点上；两条曲线在交点处必须配合得好，才能保证系统稳定运行：12/13/202254电机与拖动基础稳定运行的充分必要条件是:(1) ,判别下列系统能否稳定运行12/13/202255电机与拖动基础判别下列系统能否稳定运行12/11/202255电机与拖动第一章磁路（绪论）本章学习：磁路的基本概念和基本定律铁磁材料的磁性能12/13/202256电机与拖动基础第一章磁路（绪论）本章学习：12/11/202256电机磁路本章要求：掌握磁路的基本概念及其电机磁路的特点掌握描述磁路的基本物理量掌握研究磁路的几个基本定律熟练掌握电磁感应定律和电磁力定律掌握铁磁材料的性质及其磁化曲线12/13/202257电机与拖动基础磁路本章要求：12/11/202257第一节磁路的基本概念和基本定律一、磁路的基本概念磁路：磁通经过的路径。基本物理量：1、磁感应强度B（磁密）单位：Wb/m2;或T2、磁通单位：WB3、磁场强度H单位：A/m4、磁动势F=NI单位：A5、磁压降V=Hl单位：A线圈中有电流I，线圈周围就会产生磁场，磁场强弱取决于线圈匝数N和电流I的乘积IN，该乘积就叫磁动势F。12/13/202258电机与拖动基础第一节磁路的基本概念和基本定律一、磁路的基本概念12/变压器磁路12/13/202259电机与拖动基础变压器磁路12/11/202259电机与拖动基础5、磁导率表示物质导磁能力强弱的物理量=B/H单位：亨/米空气磁导率0=4×10-7H/m铁磁材料磁导率>>012/13/202260电机与拖动基础5、磁导率表示物质导磁能力强弱的物理量=B/H12/116、磁阻Rm磁阻Rm=L/(S)L:磁路长度；：磁导率；S：磁路截面积单位：1/亨12/13/202261电机与拖动基础6、磁阻Rm磁阻Rm=L/(S)12/11/20226二.磁路的基本定律1、安培环路定律（全电流定律）磁场强度H沿任意闭合回路l的线积分，等于该闭合回路所包围的全电流，即12/13/202262电机与拖动基础二.磁路的基本定律1、安培环路定律（全电流定律）12/2、磁路欧姆定律磁路中的磁通与磁势成正比，与磁阻成反比，即磁通=F/Rm12/13/202263电机与拖动基础2、磁路欧姆定律磁路中的磁通与磁势成正比，与磁阻成反比，即磁3、磁路的基尔霍夫第一定律

任何磁路中，流进节点的磁通代数和为零4、磁路的基尔霍夫第二定律在闭合磁回路中，磁路各段磁压降代数和等于作用于该磁路上的磁动势之和。12/13/202264电机与拖动基础3、磁路的基尔霍夫第一定律

任何磁路中，流进节点的三.基本电磁定律1、电磁感应定律1）运动电势：导体在磁场中运动时，导体中会感应出电势e。大小：电势e=Blv。B:磁密；l：导体长度；v：导体与磁场的相对速度。正方向：用右手定则判断电势e正方向表示电位升高的方向，与U相反。如果同一元件上e和U正方向相同时，e=-U。12/13/202265电机与拖动基础三.基本电磁定律1、电磁感应定律12/11/202262）变压器电势：线圈中的磁通变化时，线圈中会感应电势e：电势e正方向：e的正方向与正方向符合右手螺旋关系12/13/202266电机与拖动基础2）变压器电势：线圈中的磁通变化时，线圈中会感应电势e：电势2、电磁力定律一个通电流的导体，在磁场中要受到力的作用，这个力叫电磁力。电磁力f=Bli电磁力方向：左手定则判断12/13/202267电机与拖动基础2、电磁力定律一个通电流的导体，在磁场中要受到力的作用，这个第二节铁磁材料的磁性能一、高导磁性数据终端设备1、含义：在一个空间（外）磁场中，放入铁磁材料，该磁场会被大大加强。2、高导磁性原因12/13/202268电机与拖动基础第二节铁磁材料的磁性能一、高导磁性数据终二、铁磁材料的磁化过程和磁化曲线铁磁材料的磁化过程可分为四阶段：可逆磁化阶段、不可逆磁化阶段、可逆与不可逆磁化阶段、趋近饱和阶段磁场强度H与铁磁材料中B的关系曲线B=f(H)12/13/202269电机与拖动基础二、铁磁材料的磁化过程和磁化曲线铁磁材料的磁化过程可分为四阶12/13/202270电机与拖动基础12/11/202270电机与拖动基础三、铁磁材料的磁滞和剩磁现象铁磁材料中磁场B的变化落后于外磁场H的变化称为磁滞现象，从而在铁磁材料中产生了剩磁。饱和磁滞回线与换向磁化曲线上的各有关磁学量12/13/202271电机与拖动基础三、铁磁材料的磁滞和剩磁现象铁磁材料中磁场B的变化落后于外磁12/13/202272电机与拖动基础12/11/202272电机与拖动基础12/13/202273电机与拖动基础12/11/202273电机与拖动基础四、铁磁材料的磁损耗当铁磁材料处于变化磁场中，会产生涡流损耗和磁滞损耗。1、涡流损耗pFe=CFeD2f2B2CFe：系数D：厚度f:频率B：磁密2、磁滞损耗小磁铁来回翻转，摩擦耗能。ph=khfB212/13/202274电机与拖动基础四、铁磁材料的磁损耗当铁磁材料处于变化磁场中，会产生涡流损耗海南风光第15讲直流电动机12/13/202275电机与拖动基础海南风光第15讲12/11/202275电机与拖动基础第9章直流电动机9.1概述9.2工作原理9.3电枢电动势及电压平衡关系9.4电磁转矩9.5机械特性9.6直流电动机的调速9.7直流电动机的使用和额定值12/13/202276电机与拖动基础第9章直流电动机9.1概述12/11/202279.1概述与异步电动机相比，直流电动机的结构复杂，使用和维护不如异步机方便，而且要使用直流电源。直流电机的优点：（1）调速性能好:调速范围广，易于平滑调节。（2）起动、制动转矩大，易于快速起动、停车。（3）易于控制。应用：（1）轧钢机、电气机车、无轨电车、中大型龙门刨床等调速范围大的大型设备。（2）用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等。（3）家庭：电动缝纫机、电动自行车、电动玩具12/13/202277电机与拖动基础9.1概述与异步电动机相比，直流电动机的结构复杂，使用9.2工作原理一、工作原理U+–NS电刷换向片直流电源电刷换向器线圈II12/13/202278电机与拖动基础9.2工作原理一、工作原理U+–NS电刷换向片注意：换向片和电源固定联接，线圈无论怎样转动，总是上半边的电流向里，下半边的电流向外。电刷压在换向片上。由左手定则，通电线圈在磁场的作用下，使线圈逆时针旋转。FFU+–NS电刷换向片II12/13/202279电机与拖动基础注意：换向片和电源固定联接，线圈无论怎样转动，总是上半边的电FFU+–NS电刷换向片IIEE由右手定则，线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动势，感应电动势的方向与电流的方向相反。12/13/202280电机与拖动基础FFU+–NS电刷换向片IIEE由右手定则，线圈在磁场中旋转直流发电机用右手定则判感应电动势Ea的方向U+–NSEEIa电枢绕组电阻Ra感应电动势输出电压12/13/202281电机与拖动基础直流发电机用右手定则判U+–NSEEIa电枢绕组感应电动势输二、直流电机的构成直流电机由定子、转子和机座等部分构成。机座磁极励磁绕组转子励磁式直流电动机结构12/13/202282电机与拖动基础二、直流电机的构成直流电机由定子、转子和机座等部分构成1.转子（又称电枢）由铁芯、绕组（线圈）、换向器组成。2.定子定子的分类：永磁式：由永久磁铁做成。励磁式：磁极上绕线圈，然后在线圈中通过直流电，形成电磁铁。励磁的定义：磁极上的线圈通以直流电产生磁通，称为励磁。12/13/202283电机与拖动基础1.转子（又称电枢）2.定子定子的分类：永磁式：由永久磁根据励磁线圈和转子绕组的联接关系，励磁式的直流电机又可细分为：他励电动机：励磁线圈与转子电枢的电源分开。并励电动机：励磁线圈与转子电枢并联到同一电源上。串励电动机：励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。复励电动机：励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在同一电源上。M他励UfIfIaUM并励UIfM串励UM复励U12/13/202284电机与拖动基础根据励磁线圈和转子绕组的联接关系，励磁式的他励电动机：励磁线9.3电枢电动势及电压平衡关系电枢通入电流后，产生电磁转矩，使电机在磁场中转动起来。通电线圈在磁场中转动，又会在线圈中产生感应电动势（用E表示）。一、电枢中的感应电动势FFU+–NS电刷换向片IIEE12/13/202285电机与拖动基础9.3电枢电动势及电压平衡关系电枢通入电流后，产生电磁转矩根据右手定则知，E和原通入的电流方向相反，其大小为：KE：与电机结构有关的常数n：电动机转速：磁通单位：（韦伯），n（转/每分），E（伏）FFU+–NS电刷换向片IIEE12/13/202286电机与拖动基础根据右手定则知，E和原通入的电流方向相反，其大小为：KE：与二、电枢绕组中电压的平衡关系因为E与通入的电流方向相反，所以叫反电势。U：外加电压Ra:绕组电阻MRaIaE+–+–U以上两公式反映的概念：(1)电枢反电动势的大小和磁通、转速成正比，若想改变E，只能改变

或n。(2)若忽略绕组中的电阻Ra，则，可见，当外加电压一定时，电机转速和磁通成反比，通过改变

可调速。12/13/202287电机与拖动基础二、电枢绕组中电压的平衡关系因为E与通入的电流方向相反，9.4电磁转矩KT：与线圈的结构有关的常数（与线圈大小，磁极的对数等有关）：线圈所处位置的磁通Ia：电枢绕组中的电流一、电磁转矩单位：（韦伯），Ia（安培），T（牛顿米）由转矩公式可知：(1)产生转矩的条件：必须有励磁磁通和电枢电流。(2)改变电机旋转的方向：改变电枢电流的方向或者改变磁通的方向。12/13/202288电机与拖动基础9.4电磁转矩KT：与线圈的结构有关的常数：线圈所处位二、转矩平衡关系电磁转矩T为驱动转矩，在电机运行时，必须和外加负载和空载损耗的阻转矩相平衡，即TL：负载转矩T0

：空载转矩转矩平衡过程：当负载转矩（TL）发生变化时，通过电机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁转矩自动调整，以实现新的平衡。12/13/202289电机与拖动基础二、转矩平衡关系电磁转矩T为驱动转矩，在电机运行时，必例：设外加电枢电压U一定，T=TL+T0(平衡)，这时，若TL突然增加，则调整过程为：与原平衡点相比，新的平衡点：Ia、P入TL

nEIaT

最后达到新的平衡点。12/13/202290电机与拖动基础例：设外加电枢电压U一定，T=TL+T0(平衡)，这时机械特性指的是电机的电磁转矩和转速间的关系，下边以他励和串励电机为例说明。他励电动机和并励电动机的特性一样。9.5机械特性一、他励电动机的机械特性即：其中，M他励UfIfIaU12/13/202291电机与拖动基础机械特性指的是电机的电磁转矩和转速间的关系，下边以他励n0：理想空载转速,即T=0时的转速。（实际工作时,由于有空载损耗，电机的T不会为0。）当T时n，但由于他励电动机的电枢电阻Ra很小，所以在负载变化时，转速n的变化不大，属硬机械特性。根据n-T公式画出特性曲线n0nNTNTnn其中，12/13/202292电机与拖动基础n0：理想空载转速,即T=0时的转速。（实际工作时,由于有串励的特点：励磁线圈的电流和电枢线圈的电流相同。二、串励电动机的机械特性设磁通和电流成正比，即=KIa,则据此公式做出T-n曲线nTM串励UIa12/13/202293电机与拖动基础串励的特点：励磁线圈的电流和电枢线圈的电流相同。二、串励电(1)T=0时，在理想情况下，n。但实际上负载转矩不会为0，不会工作在T=0的状态，但空载时T很小，n很高。串励不允许空载运行，以防转速过高。串励特性：(2)随转矩的增大，n下降得很快，这种特性属软机械特性。nT12/13/202294电机与拖动基础(1)T=0时，在理想情况下，n。但实际上负串励特性：(2)恒功率负载（P一定时，T和n成反比），要选软特性电机拖动。如：电气机车等。直流电动机特性类型的选择:(1)恒转矩的生产机械(TL一定，和转速无关）要选硬特性的电动机，如：金属加工、起重机械等。12/13/202295电机与拖动基础(2)恒功率负载（P一定时，T和n成反比），直流电9.6直流电动机的调速与异步电动机相比，直流电动机结构复杂，价格高，维护不方便，但它的最大优点是调速性能好。下面以他励电动机为例说明直流电动机的调速方法。（1）调速均匀平滑，可以无级调速。（2）调速范围大，调速比可达200（他励式）以上（调速比等于最大转速和最小转速之比）。直流电动机调速的主要优点是：12/13/202296电机与拖动基础9.6直流电动机的调速与异步电动机相比，直流电动机由该式可知，n和有关，在U一定的情况下，改变可改变n。在励磁回路中串上电阻Rf，改变Rf大小调节励磁电流，从而改变的大小。一、改变磁通（调磁）1.原理其中，M他励UfIfIaU其中：=KIf12/13/202297电机与拖动基础由该式可知，n和有关，在U一定的情一、改变磁通（RfIfn，但在额定情况下，已接近饱和，If再加大，对影响不大，所以这种增加磁通的办法一般不用。RfIfn，减弱磁通是常用的调速方法。If的调节有两种情况：概念：改变磁通调速的方法—减小磁通，n只能上调。其中，12/13/202298电机与拖动基础RfIfn，但在额定情况下，2.特性的变化所以：磁通减小以后特性上移，而且斜率增加。，因为：（

减小）TLRf增加Tn其中，12/13/202299电机与拖动基础2.特性的变化所以：磁通减小以后特性上移，而且斜率增加。，因调速过程:U一定,则RfEIaTnIaE暂时T>TL其中，最后达到新的平衡T

=TL12/13/2022100电机与拖动基础调速过程:U一定,则RfEIaTn（1）调速平滑，可做到无级调速，但只能向上调，受机械本身强度所限，n不能太高。（2）调的是励磁电流（该电流比电枢电流小得多），调节控制方便。3.减小调速的特点：12/13/2022101电机与拖动基础（1）调速平滑，可做到无级调速，但只能向上调，3.减小调二、改变电枢电压调速由转速特性方程知：调电枢电压U，n0变化，斜率不变，所以调速特性是一组平行曲线。1.特性曲线nn0"n0'n0电压降低T其中，12/13/2022102电机与拖动基础二、改变电枢电压调速由转速特性方程知：1.特性曲线nn0"n2.改变电枢电压调速的特点（1）工作时电枢电压一定，电压调节时，不允许超过UN，，而nU，所以调速只能向下调。（2）可得到平滑、无级调速。（3）调速幅度较大。MUfIfIaU变压整流220V~整流调压220V~Uf=110V固定U=0~110V可调改变电枢电压调速方案举例：12/13/2022103电机与拖动基础2.改变电枢电压调速的特点（1）工作时电枢电压一定，电压调节例：已知他励电动机的PN=2.2KW,UN=220V,IaN=12.4ARa=0.5,nN=1500r/min。求：（1）TL=0.5TN时,n=?（2）=0.8N时,n=?解：（1）TL=0.5TN时12/13/2022104电机与拖动基础例：已知他励电动机的PN=2.2KW,UN=220V,（2）=0.8N时12/13/2022105电机与拖动基础（2）=0.8N时12/11/2022105电这种调速方法耗能较大，只用于小型直流机。串励电机也可用类似的方法调速。三、改变转子电阻调速在电枢中串入电阻，使n、n0不变，即电机的特性曲线变陡（斜率变大），在相同力矩下，nnn0RaRa+

RT其中，12/13/2022106电机与拖动基础这种调速方法耗能较大，只用于小型直流机。三、改变转子电阻调速9.7直流电动机的使用和额定值限制Iast的措施：（1）启动时在电枢回路串电阻。（2）启动时降低电枢电压。一、使用1.启动启动时,n=0Ea=0，若加入额定电压，则Iast太大会使换向器产生严重的火花，烧坏换向器。一般Iast限制在(2-2.5)IaN内。12/13/2022107电机与拖动基础9.7直流电动机的使用和额定值限制Iast的措施：一、使用(1)若电动机原本静止，由于励磁转矩T=KTIa，而0，电机将不能启动，因此，反电动势为零，电枢电流会很大，电枢绕组有被烧毁的危险。直流机在启动和工作时，励磁电路一定要接通，不能让它断开，而且启动时要满励磁。否则，磁路中只有很少的剩磁，可能产生以下事故：注意：12/13/2022108电机与拖动基础(1)若电动机原本静止，由于励磁转矩T=KTIa，（2）如果电动机在有载运行时磁路突然断开，则E，Ia，T和，可能不满足TL的要求，电动机必将减速或停转，使Ia更大，也很危险。（3）如果电机空载运行，可能造成飞车。EIaT>>

T0

n飞车12/13/2022109电机与拖动基础（2）如果电动机在有载运行时磁路突然断开，（3）如果电机空载措施：他励直流电动机一定要有失磁保护。一般在励磁绕组加失压继电器或欠流继电器。当失压或欠流时，自动切断电枢电源U。M他励UfIfIaU12/13/2022110电机与拖动基础措施：M他励UfIfIaU12/11/2022110电机与拖2.反转电动机的转动方向由电磁力矩的方向确定。（1）改变励磁电流的方向。（2）或改变电枢电流的方向。改变直流电机转向的方法：12/13/2022111电机与拖动基础2.反转电动机的转动方向由电磁力矩的方向确定。（1）改变励磁（1）反接制动3.制动制动的所采用的方法：反接制动、能耗制动、发电回馈制动MUUfIf+–R运行制动电阻R的作用是限制电源反接制动时电枢的电流过大。12/13/2022112电机与拖动基础（1）反接制动3.制动制动的所采用的方法：MUUfIf+–R（2）能耗制动—电枢断电后立即接入一个电阻。MUUfIf+–R运行制动K停车时，电枢从电源断开,接到电阻上，这时：由于惯性电枢仍保持原方向运动，感应电动势方向也不变，电动机变成发电机，电枢电流的方向与感应电动势相同，从而电磁转矩与转向相反，起制动作用。12/13/2022113电机与拖动基础（2）能耗制动—电枢断电后立即接入一个电阻。MUUfIf特殊情况下，例如汽车下坡时、吊车重物下降时，在重力的作用下nn0（n0理想空载转速），这时电动机变成发电机，电磁转矩成为阻转矩，从而限制电机转速过分升高。(3)发电回馈制动12/13/2022114电机与拖动基础特殊情况下，例如汽车下坡时、吊车重物下降时，在重力的作用下直流电机有四个出线端，电枢绕组、励磁绕组各两个，可通过标出的字符和绕组电阻的大小区别。4.连接（1）绕组的阻值范围电枢绕组的阻值在零点几欧姆到1~2欧姆。他励/并励电机的励磁绕组的阻值有几百欧姆。串励电机的励磁绕组的阻值与电枢绕组的相当。自学12/13/2022115电机与拖动基础直流电机有四个出线端，电枢绕组、励磁绕组4.连接（1）绕组的（2）绕组的符号S1T1B1C1H1BC1Q1S2T2B2C2H2BC2Q2电枢绕组他励绕组并励绕组串励绕组换向极绕组补偿绕组启动绕组始端绕组名称末端12/13/2022116电机与拖动基础（2）绕组的符号S1S2电枢绕组始端绕组名称末端12/11/二、额定值1.额定功率PN:电机轴上输出的机械功率。2.额定电压UN：额定工作情况下的电枢上加的直流电压。（例：110V，220V，440V）3.额定电流IN：额定电压下，轴上输出额定功率时的电流（并励应包括励磁电流和电枢电流）三者关系：PN=UNIN（：效率）12/13/2022117电机与拖动基础二、额定值1.额定功率PN:电机轴上输出的机械功率。2.注意：调速时对于没有调速要求的电机，最大转速不能超过1.2nN。4.额定转速nN：在PN，UN，IN时的转速。直流电机的转速等级一般在500r/min以上。特殊的直流电机转速可以做到很低（如：每分钟几转）或很高（每分钟3000转以上）。12/13/2022118电机与拖动基础注意：调速时对于没有调速要求的电机，最大转速4.额定转速nN直流电机的电枢电动势和电磁转矩Armatureelectromotiveforceandelectromagnetictorque12/13/2022119电机与拖动基础直流电机的电枢电动势和电磁转矩Armatureelectr电枢电动势

armatureelectromotiveforce产生:电枢旋转时,主磁场在电枢绕组中感应的电动势简称为电枢电动势.大小: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).12/13/2022120电机与拖动基础电枢电动势

armatureelectromotivef产生:电枢绕组中有电枢电流流过时,在磁场内受电磁力的作用,该力与电枢铁心半径之积称为电磁转矩.大小:性质: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

electromagnetictorque12/13/2022121电机与拖动基础产生:电枢绕组中有电枢电流流过时,在磁场内受电磁力的作用,该他励直流电动机的机械特性定义：在电动机的电枢电压、励磁电流、电枢回路电阻为恒值条件下，电机的转速与电磁转矩之间的关系：由电机的电路原理图可得机械特性的表达式：一、机械特性的表达式12/13/2022122电机与拖动基础他励直流电动机的机械特性定义：在电动机的电枢电压、励磁电流、他励直流电动机的机械特性机械特性的曲线：TemTNT0通常称大的机械特性为软特性，小的机械特性为硬特性。12/13/2022123电机与拖动基础他励直流电动机的机械特性机械特性的曲线：TemTNT0通常称他励直流电动机的机械特性二、固有机械特性和人为机械特性1、固有机械特性当时的机械特性称为固有机械特性：2、人为机械特性当改变或或得到的机械特性称为人为机械特性12/13/2022124电机与拖动基础他励直流电动机的机械特性二、固有机械特性和人为机械特性1、固他励直流电动机的机械特性1）电枢串电阻时的人为特性保持不变，只在电枢回路中串入电阻的人为特性：特点：（1）n0不变，β变大；（2）RS越大，特性越软。Tem12/13/2022125电机与拖动基础他励直流电动机的机械特性1）电枢串电阻时的人为特性他励直流电动机的机械特性2）降低电枢电压时的人为特性保持不变，只改变电枢电压的人为特性：特点：（1）n0随U变化；（2）U不同，曲线是一组平行线。Tem12/13/2022126电机与拖动基础他励直流电动机的机械特性2）降低电枢电压时的人为特性他励直流电动机的机械特性3）减弱励磁磁通时的人为特性保持不变，只改变励磁回路调节电阻的人为特性：特点：（1）弱磁，n0增大；（2）弱磁，β增大TK1TK2TemTK12/13/2022127电机与拖动基础他励直流电动机的机械特性3）减弱励磁磁通时的人为特性他励直流电动机的机械特性三、机械特性的求取求两点：1）理想空载点：

2）额定运行点：1、固有机械特性（已知：）12/13/2022128电机与拖动基础他励直流电动机的机械特性三、机械特性的求取求两点：1）理想空他励直流电动机的机械特性步骤：1）估算2）计算3）计算理想空载点：4）计算额定工作点：12/13/2022129电机与拖动基础他励直流电动机的机械特性步骤：1）估算2）计算3）计算理想空他励直流电动机的机械特性2、人为机械特性的求取在固有机械特性方程的基础上，根据人为特性所对应的参数或或变化，重新计算和，然后得（）、（）。12/13/2022130电机与拖动基础他励直流电动机的机械特性2、人为机械特性的求取在固有机械特性TemIT1I1T2I2TLILnn0abcdn1n2n3efghnN他励直流电动机三级电阻起动的机械特性12/13/2022131电机与拖动基础TemT1T2TLnn0abcdn1n2n3efghnN他励分级起动电阻的计算设对应转速n1、n2、n3时电势分别为Ea1、Ea2、Ea3，则有：b点c点d点e点f点g点12/13/2022132电机与拖动基础分级起动电阻的计算设对应转速n1、n2、n比较以上各式得：在已知起动电流比β和电枢电阻Ra前提下，各级起动总电阻为:12/13/2022133电机与拖动基础比较以上各式得：在已知起动电流比β和电枢电各级串联电阻的计算公式为：12/13/2022134电机与拖动基础各级串联电阻的计算公式为：12/11/2022134电机与拖计算各级起动电阻的步骤：（1）估算或查出电枢电阻Ra;（2）根据过载倍数选取最大转矩T1对应的最大电流I1；（3）选取起动级数m；（4）计算起动电流比：m取整数（5）计算转矩:，校验：如果不满足，应另选T1或m值并重新计算，直到满足该条件为止。（6）计算各级起动电阻。12/13/2022135电机与拖动基础计算各级起动电阻的步骤：（1）估算或查出电枢电阻Ra;（4）他励直流电动机的调速Speed-regulationofseparatelyexcitedmotor12/13/2022136电机与拖动基础他励直流电动机的调速Speed-regulationof他励直流电动机的调速电力拖动系统的调速:1)机械调速;2)电气调速他励电动机的转速公式：电气调速方法：1）调压调速；2）电枢回路串电阻调速；3）调磁调速。12/13/2022137电机与拖动基础他励直流电动机的调速电力拖动系统的调速:1)机械调速;他励直流电动机的调速调速指标：1、调速范围D：2、静差率（相对稳定性）δ%：指负载变化时，转速变化的程度，转速变化小，稳定性好。δ%越小，相对稳定性越好；δ%与机械特性硬度和n0有关。12/13/2022138电机与拖动基础他励直流电动机的调速调速指标：1、调速范围D：2、静差率（相他励直流电动机的调速D与δ%相互制约：δ越小，D越小，相对稳定性越好；在保证一定的δ指标的前提下，要扩大D，须减少Δn，即提高机械特性的硬度。12/13/2022139电机与拖动基础他励直流电动机的调速D与δ%相互制约：δ越小，D越小他励直流电动机的调速3、调速的平滑性：在一定的调速范围内，调速的级数越多，调速越平滑。相邻两级转速之比，为平滑系数：越接近1，平滑性越好，当时，称为无级调速，即转速可以连续调节。调速不连续时，级数有限，称为有级调速。4、调速的经济性：主要指调速的投资、运行效率及维修费用等。12/13/2022140电机与拖动基础他励直流电动机的调速3、调速的平滑性：越接近1，平滑性他励直流电动机的调速1、电枢回路串电阻调速nTemTLRan0nNA0A’Bn1Ra+Rs1n2Ra+RS2CRS1>RS2tt=0n1nNIaNianian12/13/2022141电机与拖动基础他励直流电动机的调速1、电枢回路串电阻调速nTemTLRan他励直流电动机的调速优点：电枢串电阻调速设备简单，操作方便。缺点：2）低速时特性曲线斜率大，静差率大，所以转速的相对稳定性差；3）轻载时调速范围小，额定负载时调速范围一般为D≦2；4）损耗大，效率低，不经济。对恒转矩负载，调速前、后因增通不变而使Tem和Ia不变，输入功率不变，输出功率却随转速的下降而下降，减少的部分被串联电阻消耗了。1）由于电阻只能分段调节，所以调速的平滑性差；12/13/2022142电机与拖动基础他励直流电动机的调速优点：电枢串电阻调速设备简单，操作方便。他励直流电动机的调速2、降低电压调速TemTLAA’BC降压调速过程与电枢串电阻调速过程相似，调速过程中转速和电枢电流（或转矩）随时间变化的曲线也相似。12/13/2022143电机与拖动基础他励直流电动机的调速2、降低电压调速TemTLAA’BC他励直流电动机的调速优点：1）电源电压能够平滑调节，可实现无级调速。2）调速前后的机械特性的斜率不变，硬度较高，负载变化时稳定性好。3）无论轻载还是负载，调速范围相同，一般可达D=2.5~12。4）电能损耗较小。缺点：需要一套电压可连续调节的直流电源。12/13/2022144电机与拖动基础他励直流电动机的调速优点：1）电源电压能够平滑调节，可实现无他励直流电动机的调速3、减弱磁通调速A’BTemTLACtt=0n12/13/2022145电机与拖动基础他励直流电动机的调速3、减弱磁通调速A’BTemTLACtt他励直流电动机的调速优点：由于在电流较小的励磁回路中进行调节，因而控制方便，能量损耗小，设备简单，调速平滑性好。弱磁升速后电枢电流增大，电动机的输入功率增大，但由于转速升高，输出功率也增大，电动机的效率基本不变，因此经济性是比较好。缺点：机械特性的斜率变大，特性变软；转速的升高受到电动机换向能力和机械强度的限制，升速范围不可能很大，一般D≤2；为了扩大调速范围，通常把降压和弱磁两种调速方法结合起来，在额定转速以上，采用弱磁调速，在额定转速以下采用降压调速。12/13/2022146电机与拖动基础他励直流电动机的调速优点：由于在电流较小的励他励直流电动机的调速调速方式与负载类型的配合容许输出：指电动机在某一转速下长期可靠工作时所能输出的最大转矩和功率。充分利用：指在一定的转速下电动机的实际输出转矩和功率达到它的容许值，即电枢电流达到额定值。当电动机调速时，在不同的转速下，电枢电流能否总保持为额定值，即电动机能否在不同转速下都得到充分利用，这个问题与调速方式和负载类型的配合有关。12/13/2022147电机与拖动基础他励直流电动机的调速调速方式与负载类型的配合容许输出：指电动他励直流电动机的调速以电机在不同转速都能得到充分利用为条件，他励直流电动机的调速可分为恒转矩调速和恒功率调速。电动机的容许输出功率与转速成正比，而容许输出转矩为恒值----恒转矩调速。电枢串电阻调速和降压调速时，磁通保持不变，若在不同转速下保持电流不变，即电机得到充分利用，容许输出转矩和功率分别为：12/13/2022148电机与拖动基础他励直流电动机的调速以电机在不同转速都能得到充他励直流电动机的调速电动机的容许输出转矩与转速成反比，而容许输出功率为恒值----恒功率调速。弱磁调速时，磁通是变化的，在不同转速下若保持电流不变，即电机得到充分利用，容许输出转矩和功率分别为：12/13/2022149电机与拖动基础他励直流电动机的调速电动机的容许输出转矩与转速成反比他励直流电动机的调速上述容许输出转矩和功率与转速的关系为：恒功率调速恒转矩调速

以为界，分两个区域：

为恒转矩调速区；

为恒功率调速区12/13/2022150电机与拖动基础他励直流电动机的调速上述容许输出转矩和功率与转速的关系为：恒他励直流电动机的调速1、恒转矩负载配恒转矩调速和均为常数,和均与转速成正比，只要选择电动机的与相等，在任何转速下均有：电机既满足了负载要求，又得到了充分利用。这是一种理想的配合，转速是从额定转速向下调，所以额定转速为系统的最高转速。12/13/2022151电机与拖动基础他励直流电动机的调速1、恒转矩负载配恒转矩调速和均他励直流电动机的调速2、恒功率负载配恒功率调速和均为常数，和均与成反比，只要选择与相等，在任何转速下均有：电机既满足了负载要求，又得到了充分利用。这是一种理想的配合，转速是从额定转速向上调，所以额定转速为系统的最低转速。12/13/2022152电机与拖动基础他励直流电动机的调速2、恒功率负载配恒功率调速和均他励直流电动机的调速3、恒转矩负载配恒功率调速负载转矩电动机容许输出转矩只有在最高转速时才有：电机得到了充分利用。在低于最高转速时：电机未被充分利用。12/13/2022153电机与拖动基础他励直流电动机的调速3、恒转矩负载配恒功率调速负载转矩电动机他励直流电动机的调速可以证明：

在最低转速时，电动机的实际输出功率（负载功率）只是电动机额定功率的

（D为调速范围）。显然，这种配合将造成电动机容量的浪费。12/13/2022154电机与拖动基础他励直流电动机的调速可以证明：在最低转速时，电动机他励直流电动机的调速4、恒功率负载配恒转矩调速负载转矩电动机容许输出转矩只有在最低转速时才有：电机得到了充分利用。在高于最低转速时：电机未被充分利用。12/13/2022155电机与拖动基础他励直流电动机的调速4、恒功率负载配恒转矩调速负载转矩电动机他励直流电动机的调速可以证明：

这种配合，电动机的实际输出功率（恒定的负载功率）只是电动机额定功率的

（D为调速范围）。显然