整套课件教程：电机应用技术任务驱动式教程

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1、电机应用技术任务驱动式教程学习情境1 直流电机的运行与维护任务1直流电机的基本特性任务2 他励直流电动机的拖动及其实现任务3 并励直流电动机的拖动及其实现下一页返回学习情境2 变压器的运行与维护任务1 单相变压器的认识与分析任务2 三相变压器的分析及其应用上一页下一页返回学习情境3 三相异步电动机的拆装与运行维护任务1 三相异步电动机的拆装任务2 三相笼型异步电动机的工作特性任务3 三相绕线式异步电动机的拖动特性任务4 三相异步电动机的拖动及其实现任务5 单相电阻启动异步电动机上一页下一页返回学习情境4 控制电机的运行与维护任务1 交流测速发电机的基本特性与运行维护任务2 直流伺服电动机的

2、基本特性与运行维护任务3 交流伺服电动机的基本特性与运行维护任务4 步进电动机的基本特性与运行维护任务5 力矩式自整角机的基本特性与运行维护任务6 控制式自整角机的基本特性与运行维护上一页返回学习情境1 直流电机的运行与维护任务1直流电机的基本特性任务2 他励直流电动机的拖动及其实现任务3 并励直流电动机的拖动及其实现任务1 直流电机的基本特性1. 1 直流电机的工作原理及其结构1. 1. 1电机的基本知识及发展概况 1.电机的概念在现代，电能是一广泛应用的能源。电能与其他能源相比，有突出的优点。首先电能的生产与转换比较经济，目前我国的公共电网就是由众多的火力发电厂与水力发电站并网运行组成的;

3、其次电能传输与分配比较容易。尤为突出的是，它可以远距离输送，可把某地生产的电能输送到几千公里之外的地区去;再者电能的使用与控制比较方便，且易于实现自动化。因此，在现代社会中，电能的应用已遍及各行各业中。下一页返回任务1 直流电机的基本特性在电能的生产、转换、传输、分配、使用与控制等方面，都必须通过能够进行能量(或信号)传递与变换的电磁机械装置，这些电磁机械装置被称为电机。通常所说的电机，是指那些利用电磁感应原理设计制造而成的、用于实现能量(或信号)传递与变换的电磁机械的统称。按电机的功能来分类，电机可分为: (1)发电机把机械能转变成电能。 (2)电动机把电能转变成机械能。 (3)变压器、变

4、频机、变流机、移相器等，是分别用于改变电压、频率、电流及相位的，即把一种类型的电能转变成另一种类型的电能。 (4)控制电机应用于各类自动控制系统中的控制元件。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性值得指出的是，从基本工作原理来看，发电机与电动机只是电机的两种不同的运行方式，从能量转换的观点来看，二者是可逆的。上述的各种电机中，有些是静止的，如变压器;有些是旋转的，如各种类型的发电机与电动机。按电流的类型及工作原理的某些差异，旋转电机又可分为直流电机、交流异步电机、交流同步电机及各种具有专门用途的控制电机等。下面把电机的主要类型归纳如下: (1)直流电机直流发电机直流电动机 (2)交

5、流电机同步电动机同步发电机三相异步电动机上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性单相异步电动机(3)变压器电力变压器其他变压器(4)控制电机直流、交流测速发电机直流、交流伺服电动机步进电动机旋转变压器上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性2.电机以及电力施动的发展概况始于19世纪60 70年代的第二次工业技术革命，是以电力的广泛应用为显著特点的。从此人类社会由蒸汽机时代步入了电气化时代。在法拉第电磁感应定律基础上，一系列电气发明相继出现。1866年，德国工程师西门子制成发电机;1870年比利时人格拉姆发明了电动机，电力开始成为取代蒸汽来拖动机器的新能源。随后，各

6、种用电设备相继出现。1882年法国学者德普勒发明了远距离送电的方法。同年，美国著名发明家爱迪生创建了美国第一个火力发电站，把输电线结成网络。从此电力作为一种新能源而广泛应用。那时，电机刚刚在工业上初步应用，各种电机初步定型，电机设计理论和电机设计计算初步建立。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性随着社会生产的发展和科技的进步，对电机一也提出了更高的要求，如:性能良好、运行可靠、单位容量的重量轻、体积小等，而且随着自动控制系统的发展要求，在旋转电机的理论基础上，又派生出多种精度高、响应快的控制电机，成为电机学科的一个独立分支。电机制造一也向着大型、巨型发展。中小型电机正向多用途、多品种

7、方向发展，向高效节能方向发展。各种响应快速、启停快速的特种电机在各种复杂的计算机控制系统和无人工厂中实现了比人的手脚更复杂而精巧的运动。古老的电机学已经和电力电子学、计算机、控制论结合起来，发展成了一门新的学科。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性在我国，电机制造业也发生了巨大的变化。我国的电机生产从1917年至今已有80多年的历史，经过改革开放20多年的发展，特别是近10年的发展，有了长足的进步，令世人瞩目。目前已经形成比较完整的产业体系，电机产品的品种、规格、性能和产量满足了我国国民经济发展的需要。而且一些产品已经达到或接近世界先进水平。近年来世界上电机行业专家纷纷预测，中国将会

8、成为世界电动机的生产制造基地。近年来我国已生产了不少大型直流电动机、异步电动机和同步电动机;在中小型电机和控制电机方面，亦自行设计和生产了不少新系列电机;对电机的新理论、新结构、新工艺、新材料、新运行方式和调试方法，进行了许多研究和试验工作，取得不少成果。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性 3.电力施动系统与电机发展过程一样，电力拖动技术一也有个不断发展的过程。电动机拖动生产机械的运转称为电力拖动(或称为电气传动)。电力拖动系统一般由控制设备、电动机、传动机构、生产机械和电源五部分组成。它们之间的关系如图1.1.1所示。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性电力拖动代替蒸汽

9、或水力拖动之初，电力拖动的方式是成组拖动，就是由一台电动机拖动一组生产机械，从电动机到各个生产机械的能量传递以及各个生产机械之间的能量分配完全用机械的方法，靠“天轴”以及机械传动系统来实现，车间里有大量的“天轴”、长皮带和皮带轮等。这种传动方式效率低下，生产率低下，灰尘大，劳动条件和卫生条件差，且容易出事故。另外，电动机发生故障，则成组拖动的所有生产机械都将停车，生产将可能停滞。显然这是一种落后的电力拖动方式。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性 20世纪20年代以来，生产机械上广泛采用一种“单电机拖动系统”，即一台生产机械用一台单独的电动机拖动。简化了机械结构，且易于实现生产设备运转

10、的全部自动化。但是，由于是一台电动机拖动具有多个工作机构的生产机械，需要负责能量传递的机械传动机构。所以，从20世纪30年代起，广泛采用了“多电动机拖动系统”，即每个工作机构由单独的电动机拖动，因而生产机械的机械结构可以大大简化，提高了机械机构的可靠性。随着生产的发展和科技水平的提高，对拖动系统提出了更高的要求，如:要求提高加工精度与工作速度，要求快速启动、制动及反转，实现在大范围内调速以及整个生产过程自动化等。这些，都必须要有自动控制设备，以组成自动化的电力拖动系统。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性最早的电力拖动控制系统是继电器一接触器自动控制系统，属于有触点断续控制系统。接着

11、，出现了发电机一电动机组，使得直流电动机得到了广泛的应用。并且在这个基础上，发展成为采用电力电子器件组成的自动化直流电力拖动系统，并且正向大容量方向发展;自动化元件已有成套标准控制单元，控制装置集成化、小型化、微型化，设备可靠性高，维护简便，许多设备都可做到自动运行，不需要监视和维护。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性但是，由于交流电动机较之直流电动机具有结构简单、价格便宜、维护方便、惯性小等一系列优点，而且单机容量可以做得很大，电压等级可以做得很高，可以实现高速拖动等，所以，人们一直在致力研究性能更高的交流调速系统。目前，随着电力电子器件的发展，交流调速系统已经得到广泛应用，性能

12、指标进一步提高，容量进一步增大，控制系统集成化程度进一步提高。交流电力拖动系统取代直流电力拖动系统已经是无可争议的事实了。我国的电力拖动系统取得的发展是有日共睹的，但是，与国外比较，还是有很大差距。主要体现在技术水平相对较低、拖动运行效率不高、成套技术不成熟等。目前，正在奋起直追，狠抓基础，开展一些关键技术的研究，以期尽快缩短和国外的差距，力争达到拖动系统的综合技术经济指标最佳。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性 4.电机及电力拖动系统的发展前景电气化、信息化时代，在性能、可靠性及容量等方面，对电机提出了更高的要求。交流变频调速系统及变频电机、大功率无刷直流电机、永磁同步无刷电机

13、等得到了很大发展。同时，随着新兴行业的发展，微电机亦成为电机行业发展的亮点，是我国电工电器行业(电机)发展的重点产品。稀土永磁电机，无轴承电机一也是电机技术发展的新动向。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性与此相适应，电机拖动一也有了新的发展，对拖动系统又提出更高的要求，如要求提高加工的精度和工作的速度，要求快速启动、制动和逆转，实现很宽范围内的调速及整个生产过程的自动化等，这就需要有一整套自动控制设备组成自动化的电力拖动系统。而这些高要求的拖动系统随着自动控制理论的不断发展，半导体器件和电力电子技术的采用，以及数控技术和计算机技术的发展与采用，正在不断地完善和提高。上一页下一页返回

14、任务1 直流电机的基本特性综上所述，电力拖动技术发展至今，它具有许多其他拖动方式无法比拟的优点。它启动、制动、反转和调速的控制简单、方便、快速且效率高;电动机的类型多，且具有各种不同的运行特性来满足各种类型生产机械的要求;整个系统各参数的检测和信号的变换与传送方便，易于实现最优控制。因此，电力拖动已成为国民经济电气自动化的基础。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性1 .1 .2 常用的电磁定律与公式一、全电流定律凡是电流均会在其周围产生磁场，这就是电流的磁效应，即所谓“电生磁”。例如电流通过一根直的导体，在导体周围产生的磁场用磁力线描述时，磁力线是以导体为轴线的同心圆，磁力线的方向

15、可根据电流的方向由右手螺旋定则确定，如图1. 1. 2所示。如果是电流通过导体绕成的线圈，产生的磁场的磁力线方向仍可用右手螺旋定则确定，这时，使弯曲的四指方向与电流方向一致，则大拇指的方向即为线圈内磁力线的方向，如图1. 1. 2所示。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性 1.磁感应强度B 磁场中任意一点的磁感应强度B的方向，即为过该点磁力线的切线方向，磁感应强度B的大小为通过该点与B垂直的单位面积上的磁力线的数目。磁感应强度B的单位为T，工程上常沿用Gso为单位，其换算关系为1T=104 Gso 2.磁通量少穿过某一截面S的磁感应强度B的通量，即穿过某截面S的磁力线的数目称为磁通量，

16、简称磁通少，并有上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性设磁场均匀，且磁场与截面垂直，上式可简化为磁通的单位为Wb，有时沿用Mx为单位，其换算关系为由上式可知，磁场均匀，且磁场与截面垂直时，磁感应强度的大小可以用下式表示上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性因此，磁感应强度又称为磁通密度。其单位与磁通和面积的单位相对应，即， 3.磁场强度H 磁场强度H是为建立电流与由其产生的磁场之间的数量关系而引入的物理量，其方向与B相同，其大小与B之间相差一个导磁介质的磁导率拜，即上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性磁导率拜是反映导磁介质导磁性能的物理量，磁导率拜越大的介质，其导磁性

17、能越好。磁导率的单位是H/m。真空中的磁导率，其他导磁介质的磁导率通常用拜。的倍数来表示，即式中 - 导磁介质的相对磁导率。铁磁性材料的相对磁导率 = 2 000一6 000，但不是常数，非铁磁性材料的相对磁导率 1，且为常数。磁场强度的单位A/ m，工程上常沿用A/cm为单位。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性 4.全电流定律磁场中沿任一闭合回路Z对磁场强度H的线积分等于该闭合回路所包围的所有导体电流的代数和。其数学表达式为这就是全电流定律，当导体电流的方向与积分路径的方向符合右手螺旋定则时为正，如图1. 1. 3中的和 ;反之则为负，如图1. 1. 3中的。上一页下

18、一页返回任务1 直流电机的基本特性二、磁路的欧姆定律磁力线流通的路径称为磁路。工程上将全电流定律用于磁路时，通常把磁力线分成若干段，使每一段的磁场强度H为常数，则线积分可用来代替，全电流定律可以表示为式中 :第k段的磁场强度; :第k段的磁路长度。对图1. 1. 4所示的磁路， , ,N为线圈匝数，I为线圈中的电流，则有上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性将和代入上式即得式中，分别为第1段、第2段磁路的磁阻;Rm1,Rm2 分别为第1段、第2段磁路的磁压降;上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性磁路的磁动势。一般情况下，磁路分为n段时，则有即称之为磁路的欧姆定

19、律。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性根据可知，各段磁路的磁阻与磁路的长度成正比，与磁路的截面积成反比，并与磁路的磁介质成反比。由于铁磁材料的磁导率比真空等非铁磁性材料大得多，因而Rm小得多。同时，由于铁磁性材料的磁导率不是常数，所以磁阻Rm ，也不是常数。分析磁路时，有时不用磁阻Rm，而是采用磁导m它们互为倒数关系，即上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性三、电磁感应定律磁场变化会在线圈中产生感应电动势，感应电动势的大小与线圈的匝数N和线圈所交链的磁通对时间的变化率，这是电磁通感应定律。当的、按惯例规定电动势的正方向与产生它的磁通的正方向之间符合右手螺旋定则时，感应电动

20、势的公式为式中线圈交链的总磁通。按照楞次定律确定的感应电动势的实际方向与按照惯例规定的感应电动势的正方向正好相反，所以感应电动势公式右边总加一负号。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性如果磁场恒定不变，导体或线圈与磁场的磁力线之间有相对切割运动时，在线圈中产生的电动势称为感应电动势，又称为速度电动势。若磁力线、导体与切割运动三者方向相互垂直，则由电磁感应定律可知:感应电动势的公式为式中B 磁场的磁感应强度; l 导体切割磁力线部分的有效长度; v 导体切割磁力线的线速度。感应电动势的方向可用右手定则确定，即将右手掌摊平，四指并拢，大拇指与四指垂直，让磁力线指向手掌心，大拇指指向

21、导体切割磁力线的运动方向，则4个手指的指向就是导体中感应电动势的方向，如图1. 1. 5所示。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性四、电磁力定律载流导体在磁场中会受到电磁力的作用。当磁场力和导体方向相互垂直时，载流导体所受的电磁力的公式为式中F载流导体所受的电磁力; B载流导体所在处的磁感应强度; 载流导体处在磁场中的有效长度; I载流导体中流过的电流。电磁力的方向可以由左手定则判定。如图1. 1. 6所示。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性综上所述，电磁作用原理基本上包括以下3个方面。 (1)有电流必定产生磁场，即电生磁。方向由右手螺旋定则确定，大小关系符合全电流定

22、律的公式。 (2)磁场变化会在导体或线圈中产生感应电动势，即“磁变生电”。变压器电动势的方向由楞次定律确定，大小关系符合电磁感应定律的基本公式。切割电动势的方向用右手定则确定，计算其大小的公式为。 (3)载流导体在磁场中要受到电磁力的作用，即“电磁生力”，电磁力的方向由左手定则确定，计算其大小的公式为。以上3个方面可以简单地概括为“电生磁，磁变生电，电磁生力”，这11个字是分析各种电机工作原理的共同的理论基础。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性1 .1 .3 直流电机的基本工作原理直流电动机和直流发电机通称为直流电机，二者是可逆的，若把直流电能转换为机械能量称为电动机，反

23、之称为发电机。直流电动机与交流异步电动机相比，具有较好的启动性能、在较宽的范围内达到平滑无级地调速，同时又比较经济;所以广泛地应用于轧钢机、电力机车、大型机床拖动系统以及玩具行业中。直流发电机主要是采用交流电机拖动用做直流电源，但随着电力电子技术的发展，晶闸管变流装置将逐步取代用做直流电源的直流发电机。电机是利用电磁作用原理进行能量转换的机械装置。直流电机能将直流电能转换为机械能，或将机械能换转为直流电能。将直流电能转换成机械能的装置称为直流电动机，将机械能转换为直流电能的装置称为直流发电机。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性直流电机的结构复杂、使用有色金属多、生产工艺复杂、价格昂贵

24、、运行可靠性差等缺点，限制了直流电机的广泛应用。随着近年电力电子学和微电子学的迅速发展，在很多领域内，直流电动机将逐步为交流调速电动机所取代，直流发电机则正在被电力电子器件整流装置所取代。但是直流电机的主要优点良好的启动性能和调速性能、较大的过载能力等，使得直流电机在许多场合仍继续发挥重要作用。如直流电动机常应用于那些对启动和调速性能要求较高的生产机械，如大型机床、电力机车、轧钢机、矿井卷扬机、船舶机械、造纸机和纺织机等。直流发电机作为直流电源，供给需要直流电能的场合，如化工中的电解、电镀等。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性图1. 1. 7是一台直流电机的最简单模型。N和S是一

25、对固定的磁极，可以是电磁铁，也可以是永久磁铁。磁极之间有一个可以转动的铁质圆柱体，称为电枢铁芯。铁芯表面固定一个用绝缘导体构成的电枢线圈abed，线圈的两端分别接到相互绝缘的两个半圆形铜片(换向片)上，它们组合在一起称为换向器，在每个半圆铜片上又分别放置一个固定不动而与之滑动接触的电刷A和B，线圈abed通过换向器和电刷接通外电路。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性一、直流电动机工作原理将外部直流电源加于电刷A(正极)和B(负极)上，则线圈abed中流过电流，在导体ab中，电流由a指向b，在导体cd中，电流由0指向d。导体ab和cd分别处于N, S极磁场中，受到电磁力的作用。用左

26、手定则可知导体ab和cd均受到电磁力的作用，且形成的转矩方向一致，这个转矩称为电磁转矩，为逆时针方向。这样，电枢就顺着逆时针方向旋转，如图1.1.7 (a)所示。当电枢旋转，导体cd转到N极下，ab转到S极下，如图1. 1. 7 (b)所示，由于电流仍从电刷A流入，使cd中的电流变为由d流向0，而ab中的电流由b流向a，从电刷B流出，用左手定则判别可知，电磁转矩的方向仍是逆时针方同。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性由此可见，加于直流电动机的直流电源，借助于换向器和电刷的作用，使直流电动机电枢线圈中流过的电流，方向是交变的，从而使电枢产生的电磁转矩的方向恒定不变，确保直流电动机朝

27、确定的方向连续旋转。这就是直流电动机的基本工作原理。实际的直流电动机，电枢圆周上均匀地嵌放许多线圈，相应的换向器由许多换向片组成，使电枢线圈所产生的总的电磁转矩足够大并且比较均匀，电动机的转速一也就比较均匀。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性二、直流发电机工作原理直流发电机的模型与直流电动机模型相同，不同的是用原动机(如汽轮机等)拖动电枢朝某一方向(例如逆时针方向)旋转，如图1.1.8 (a)所示。这时导体ab和cd分别切割N极和5极下的磁力线，感应产生电动势，电动势的方向用右乎定则确定。可知导体ab中电动势的方向由b指向a，导体cd中电动势的方向由d指向c，在一个串联回路中相互

28、叠加的，形成电刷A为电源正极，电刷B为电源负极。电枢转过后，导体cd与导体ab交换位置，但电刷的正负极性不变，如图1.1.8 (b)所示。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性可见，同直流电动机一样，直流发电机电枢线圈中的感应电动势的方向一也是交变的，而通过换向器和电刷的整流作用，在电刷A, B上输出的电动势是极性不变的直流电动势。在电刷A, B之间接上负载，发电机就能向负载供给直流电能。这就是直流发电机的基本工作原理。从以上分析可以看出:一台直流电机原则上可以作为电动机运行，一也可以作为发电机运行，取决于外界不同的条件。将直流电源加于电刷，输入电能，电机能将电能转换为机械能，拖动生产机

29、械旋转，作电动机运行;如用原动机拖动直流电机的电枢旋转，输入机械能，电机能将机械能转换为直流电能，从电刷上引出直流电动势，作发电机运行。同一台电机，既能作电动机运行，又能作发电机运行的原理，称为电机的可逆原理。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性1 .1 .4 直流电机的结构由直流电动机和发电机工作原理示意图可以看到，直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢

30、，由转轴、电枢铁芯、电枢绕组、换向器和风扇等组成。装配后的电机如图1. 1. 9所示。直流电机的纵向剖视图如图1. 1. 10所示。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性 1.定子 1)主磁极主磁极的作用是产生气隙磁场。主磁极由主磁极铁芯和励磁绕组两部分组成。铁芯一般用O.S一1. S tlltll厚的硅钢板冲片叠压铆紧而成，分为极身和极靴两部分，上面套励磁绕组的部分称为极身，下面扩宽的部分称为极靴，极靴宽于极身，既可以调整气隙中磁场的分布，又便于固定励磁绕组。励磁绕组用绝缘铜线绕制而成，套在主磁极铁芯上。整个主磁极用螺钉固定在机座上，如图1. 1. 11所示。上一页下一页返回任务

31、1 直流电机的基本特性2)换向极换向极的作用是改善换向，减小电机运行时电刷与换向器之间可能产生的换向火花，一般装在两个相邻主磁极之间，由换向极铁芯和换向极绕组组成，如1. 1. 12所示。换向极绕组用绝缘导线绕制而成，套在换向极铁芯上，换向极的数目与主磁极相等。 3)机座电机定子的外壳称为机座，见图1. 1. 10中的3。机座的作用有两个:一是用来固定主磁极、换向极和端盖，并起整个电机的支撑和固定作用;二是机座本身一也是磁路的一部分，借以构成磁极之间磁的通路，磁通通过的部分称为磁扼为保证机座具有足够的机械强度和良好的导磁性能，一般为铸钢件或由钢板焊接而成。上一页下一页返回任务1 直流电机

32、的基本特性 4)电刷装置电刷装置是用来引入或引出直流电压和直流电流的，如图1. 1. 13所示。电刷装置由电刷、刷握、刷杆和刷杆座等组成。电刷放在刷握内，用弹簧压紧，使电刷与换向器之间有良好的滑动接触，刷握固定在刷杆上，刷杆装在圆环形的刷杆座上，相互之间必须绝缘。刷杆座装在端盖或轴承内盖上，圆周位置可以调整，调好以后加以固定。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性2.转子(电枢) 1)电枢铁芯电枢铁芯是主磁路的主要部分，同时用以嵌放电枢绕组。一般电枢铁芯采用由0.5mm厚的硅钢片冲制而成的冲片叠压而成(冲片的形状如图1. 1. 14 ( a)所示，以降低电机运行时电枢铁芯中产生的涡流

33、损耗和磁滞损耗。叠成的铁芯固定在转轴或转子支架上。铁芯的外圆开有电枢槽，槽内嵌放电枢绕组。转子的结构如图1. 1. 14 (b)所示。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性2)电枢绕组电枢绕组的作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量变换的关键部件，所以叫电枢。它是由许多线圈(以下称元件)按一定规律连接而成，线圈采用高强度漆包线或玻璃丝包扁铜线绕成，不同线圈的线圈边分上下两层嵌放在电枢槽中，线圈与铁芯之间以及上、下两层线圈边之间都必须妥善绝缘。为防止离心力将线圈边甩出槽外，槽u用槽楔固定，如图1. 1. 15所示。线圈伸出槽外的端接部分用热固性无纬玻璃带进行绑扎。上一页下一

34、页返回任务1 直流电机的基本特性 3)换向器在直流电动机中，换向器配以电刷，能将外加直流电源转换为电枢线圈中的交变电流，使电磁转矩的方向恒定不变;在直流发电机中，换向器配以电刷，能将电枢线圈中感应产生的交变电动势转换为正、负电刷上引出的直流电动势。换向器是由许多换向片组成的圆柱体，换向片之间用云母片绝缘，换向片的紧固通常如图1. 1. 16所示，换向片的下部做成鸽尾形，两端用钢制V形套筒和V形云母环固定，再用螺母锁紧。4)转轴转轴起转子旋转的支撑作用，需有一定的机械强度和刚度，一般用圆钢加下而成。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性1. 1. 5 直流电机的铭牌数据及主要系列 1.铭

35、牌数据及主要系列铭牌钉在电机机座的外表面上，上面标明电机主要额定数据及电机产品数据，供使用者使用时参考。铭牌数据主要包括:电机型号、电机额定功率、额定电压、额定转速和励磁电流及励磁方式等，此外还有电机的出厂数据，如出厂编号、出厂日期等。电机的产品型号表示电机的结构和使用特点，国产电机的型号一般采用大写的汉语拼音字母和阿拉伯数字表示，其格式为:第一部分字符用大写的汉语拼音表示产品代号，第二个字符用阿拉伯数字表示设计序号，第三个字符是机座代号，用阿拉伯数字表示，第四个字符表示电枢铁芯长度代号，用阿拉伯数字表示。以Z3一95为例说明如下:上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性z直流;3第三

36、次改型设计;9机座号;5铁芯长度。第一部分字符的含义如下:Z系列:一般用途直流电动机;zJ系列:精密机床用直流电动机;zT系列:广调速直流电动机;ZQ系列:直流牵引电动机;ZH系列:船用直流电动机;ZA系列:防爆安全型直流电动机;zKJ系列:挖掘机用直流电动机;zzJ系列:冶金起重直流电动机)上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性 2.额定值电机制造厂按照国家标准，根据电机的设计和试验数据而规定的每台电机的主要性能指标称为电机的额定值。额定值一般标在电机的铭牌上或产品说明书上。直流电机的额定值主要有下列几项。 1)额定功率PN 额定功率是指电机按照规定的工作方式运行时所能提供的输出功率

37、。对电动机来说，额定功率是指转轴上输出的机械功率;对发电机来说，额定功率是指电枢输出的电功率。单位 kW(千瓦)。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性2)额定电压UN 额定电压是电机电枢绕组能够安全工作的最大外加电压或输出电压，单位为V(伏)。3)额定电流 IN 额定电流是电机按照规定的工作方式运行时，电枢绕组允许流过的最大电流，单位为A(安培)。 4)额定转速额定转速是指电机在额定电压、额定电流和输出额定功率的情况下运行时，电机的旋转速度，单位为r/min(转/分)。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性额定值一般标在电机的铭牌上，又称为铭牌数据。还有一些额定值，例如额定转

38、矩TN,额定效率nN等，不一定标在铭牌上，可查产品说明书或由铭牌上的数据计算得到。额定功率与额定电压和额定电流之间有如下关系: 直流电动机直流发电机上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性直流电机运行时，如果各个物理量均为额定值，就称电机工作在额定运行状态，亦称为满载运行。在额定运行状态下，电机利用充分，运行可靠，并具有良好的性能。如果电机的电枢电流小于额定电流，称为欠载运行;电机的电枢电流大于额定电流，称为过载运行。欠载运行，电机利用不充分，效率低;过载运行，易引起电机过热损坏。上一页返回下一页任务1 直流电机的基本特性1. 2 直流电机的电枢绕组简介电枢绕组是直流电机的核心部分。

39、电枢绕组放置在电机的转子上，当转子在电机磁场中转动时，不论是电动机还是发电机，绕组均产生感应电动势。当转子中有电流时将产生电枢磁通势，该磁通势与电机气隙磁场相互作用产生电磁转矩，从而实现机电能量的相互转换。按照连接规律的不同，电枢绕组分为单叠绕组、单波绕组、复叠绕组、复波绕组、蛀绕组等多种类型。本节先介绍元件的基本特点，再以单叠绕组和单波绕组为例阐述电枢绕组的构成原理和连接规律。下一页返回上一页任务1 直流电机的基本特性1. 2. 1直流电枢绕组基本知识一、电枢绕组元件元件:构成绕组的线圈称为绕组元件，分单匝和多匝两种。元件边:电枢绕组元件由绝缘漆包铜线绕制而成，每个元件有两个嵌放在电枢槽内、

40、能与磁场作用产生转矩或电动势的有效边，称为元件边。端接部分:元件的槽外部分亦即元件边以外的部分称为端接部分。为便于嵌线，每个元件的一个元件边嵌放在某一槽的上层，称为上层边，画图时以实线表示;另一个元件边则嵌放在另一槽的下层，称为下层边，画图时以虚线表示。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性元件的首末端:每一个元件均引出两根线与换向片相连，其中一根称为首端，另一根称为末端。每一个元件有两个元件边，每片换向片又总是接一个元件的上层边和另一个元件的下层边，所以元件数S总等于换向片数K,即S=K;而每个电枢槽分上下两层嵌放两个元件边，所以元件数S又等于槽数Z,即S=K=Z上一页下一页返回任

41、务1 直流电机的基本特性极距:相邻两个主磁极轴线沿电枢表面之间的距离，用:表示。式中D 电枢铁芯外直径; 直流电机磁极对数。叠绕组:指串联的两个元件总是后一个元件的端接部分紧叠在前一个元件端接部分，整个绕组成折叠式前进。波绕组:指把相隔约为一对极距的同极性磁场下的相应元件串联起来，像波浪式地前进。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性二、电枢绕组节距节距是用来表征电枢绕组元件本身和元件之间连接规律的数据。直流电机电枢绕组的节距有第一节距1、第二节距2 、合成节距和换向器节距k 四种，如图1. 2. 1所示。1.第一节距为1同一个元件的两个有效边在电枢表面跨过的距离，用槽数来表示。

42、一个磁极在电枢圆周上所跨的距离称为极距，用槽数表示时，极距的表达式为上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性为使每个元件的感应电动势最大，第一节距1 应等于一个极距，但往往不一定是整数，而1只能是整数，因此，一般取第一节距式中小于1的分数。1 = 的元件称为整距元件，由整距元件构成的绕组就称为整距绕组； 1 的元件，称为长距元件，相对应的绕组称为长距绕组。由于长距绕组的电磁效果与短距绕组相似，但端接部分较长，耗铜较多，因此一般不采用。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性 2.第二节距2 连至同一换向片上的两个元件中第一个元件的下层边与第二个元件的上层边间的距离。 3.合成节距连接

43、同一换向片上的两个元件对应边之间的距离。单叠绕组: = 1- 2 单波绕组: = 1+ 2 4.换向节距k 同一元件首末端连接的换向片之间的距离。由图1. 2. 1可见，换向节距k 与合成节距总是相等的，即k= 。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性1.2.2 单叠绕组单叠绕组的特点是相邻元件(线圈)相互叠压，合成节距与换向节距均为1，即： = k=1电机的绕组展开图是把放在铁芯槽里、构成绕组的所有元件取出来画在一张图里，其作用是展示元件相互间的电气连接关系。除元件外，展开图中还包括主磁极、换向片及电刷间的相对位置关系。在画展开图前应根据所给定的电机极对数D，槽数Z、元件数S和换

44、向片数K，计算出各节距值，然后根据计算值画出单叠绕组的展开图。下面通过一个具体的例子说明绕组展开图的画法。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性【例1J已知某直流电机的极对数p =2,槽数Z，元件数S及换向片数K为Z=S=K=16，试画出其右行单叠绕组展开图。【解】第一步:计算绕组各节距第二步:元件连接顺序表上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性第三步:绕组展开图绘制直流电机单叠绕组展开图的步骤如下。 (1)画16根等长等距的平行实线代表16个槽的上层，在实线旁画16根平行虚线代表16个槽的下层。一根实线和一根虚线合起来代表一个槽，按顺序编上槽号，如图1.2.2所示。 (2

45、)按节距连接一个元件。例如将1号元件的上层边放在1号槽的上层，其下层边应放在1 + 1 -1 +4 =5号槽的下层。由于一般情况下，元件是左右对称的，因此可把1号槽的上层(实线)和5号槽的下层(虚线)用左右对称的端接部分连成1号元件。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性注意首端和末端之间相隔一片换向片宽度(k =1)。为使图形规整起见，取换向片宽度等于一个槽距，从而画出与1号元件首端相连的1号换向片和与末端相连的2号换向片，并依次画出3至16号换向片。显然，元件号、上层边所在槽号和该元件首端所连换向片的编号相同。 (3)画1号元件的平行线，可以依次画出2至16号元件，从而将16个元件

46、通过16片换向片连成一个闭合的回路。 (4)画磁极。该电机有4个主磁极，在绕组展开图圆周上应该均匀分布，即相邻磁极中心线之间相隔4个槽。设某一瞬间，4个磁极中心分别对准3, 7,11 , 15槽，并让磁极宽度约为极距的0.6 0.7，画出4个磁极，如图1.2.2所示。依次标上极性N1、S1 、N2 、 S2，一般假设磁极在电枢绕组上面。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性 (5)画电刷。电刷组数一也就是刷杆数目等于极数。本电机中2D 为4，必须均匀分布在换向器表面圆周上，相互间隔16/4 =4片换向片。为使被电刷短路的元件中感应电动势最小、正负电刷之间引出的电动势最大，由图分析可以看出

47、:当元件左右对称时，电刷中心线应对准磁极中心线。图中设电刷宽度等于一片换向片的宽度。设此电机工作在电动机状态，并欲使电枢绕组向左移动，根据左手定则可知电枢绕组各元件中电流的方向应如图1.2.2所示，为此应将电刷A1 、A2 :并联起来作为电枢绕组的“+”端，接电源正极，将电刷B1、B2并联起来作为“一”端，接电源负极。如果工作在发电机状态，设电枢绕组的转向不变，则电枢绕组各元件中感应电动势的方向用右手定则确定可知，与电动机状态时电流方向相反，电刷的正负极性不变。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性保持图1.2.2中各元件的连接顺序不变，将此瞬间不与电刷接触的换向片省去不画，可以得到图

48、1.2.3所示的并联支路图。对照图1.2.3和图1.2.2，可以看出单叠绕组的连接规律是将同一磁极下的各个元件串联起来组成一条支路。所以，单叠绕组的并联支路对数总等于极对数D ,即=D 。单叠绕组的特点:(1)同一主磁极下的元件串联成一条支路，主磁极数与支路数相同。(2)电刷数等于主磁极数，电刷位置应使感应电动势最大，电刷间电动势等于并联支路电动势。(3)电枢电流等于各支路电流之和。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性1.2.3 单波绕组第一节距)!的确定原则与单叠绕组相同。合成节距)和换向节距k :D个元件串联后，其末尾应该落在起始换向片1前一片的位置，才能继续串联其余元件，为此

49、，换向器节距应满足以下关系:换向器节距合成节距上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性下面通过一个具体的例子说明绕组展开图的画法。【例2 】已知一台直流电机，Z=S=K=15, 2D =4，试画出单波绕组左行展开图。【解】第一步:计算绕组各节距第二步:元件连接顺序表上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性第三步:绕组展开图按图1.2.4中各元件的连接顺序，将此刻不与电刷接触的换向片省去不画，可以得此单波绕组的并联支路图，如图1.2.5所示。将并联支路图与展开图对照分析可知，单波绕组是将同一极性磁极下所有元件串联起来组成一条支路，由于磁极极性只有N和S两种，所以单波绕组的并联支

50、路数总是2，并联支路对数恒等于1,即=1 。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性单波绕组的特点: (1)同极下各元件串联起来组成一条支路，支路对数为1，与磁极对数无关。 (2)当元件的几何形状对称时，电刷在换向器表面上的位置对准主磁极中心线，支路电动势最大。 (3)电刷数等于磁极数。 (4)电枢电动势等于支路感应电动势。 (5)电枢电流等于两条支路电流之和。上一页返回下一页任务1 直流电机的基本特性 1. 3 直流电机的电枢反应直流电机工作中，主磁极产生主磁极磁动势，电枢电流产生电枢磁动势。电枢磁动势对主磁极磁动势的影响称为电枢反应。为研究电枢反应对直流电机特性的影响，首先要研究直流

51、电机的空载磁场。1. 3. 1 直流电机的空载磁场直流电机不带负载(即不输出功率)时的运行状态称为空载运行。空载运行时电枢电流为零或近似等于零，所以，空载磁场是指主磁极励磁磁势单独产生的励磁磁场，亦称主磁。一台四极直流电机空载磁场的分布示意图如图1.3.1所示，为方便起见，只画一半。当励磁绕组的串联匝数为Nf 时，流过电流If ，每极的励磁磁动势为:下一页返回上一页任务1 直流电机的基本特性一、主磁通和漏磁通图1. 3. 1表明，当励磁绕组通以励磁电流时，产生的磁通大部分由N极出来，经气隙进入电枢齿，通过电枢铁芯的磁扼(电枢磁扼)，到S极下的电枢齿，又通过气隙回到定子的S极，再经机座(定

52、子磁扼)形成闭合回路。这部分与励磁绕组和电枢绕组都交链的磁通称为主磁通，用0表示。主磁通经过的路径称为主磁路。显然，主磁路由主磁极、气隙、电枢齿、电枢磁扼和定子磁扼五部分组成。另有一部分磁通不通过气隙，直接经过相邻磁极或定子磁扼形成闭合回路，这部分仅与励磁绕组交链的磁通称为漏磁通，以0 表示。漏磁通路径主要为空气，磁阻很大，所以漏磁通的数量只有主磁通的20%左右。如图1.3.2 (c)所示。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性二、空载磁场气隙磁密分布曲线主磁极的励磁磁势主要消耗在气隙上，当近似地忽略主磁路中铁磁性材料的磁阻时，主磁极下气隙磁密的分布就取决于气隙8大小分布情况。一般情

53、况下，磁极极靴宽度约为极距:的75%左右，如图1.3.2 (a)所示。磁极中心及其附近，气隙较小且均匀不变，磁通密度较大且基本为常数，靠近两边极尖处，气隙逐渐变大，磁通密度减小，超出极尖以外，气隙明显增大，磁通密度显著减小，在磁极之间的几何中性线处，气隙磁通密度为零，因此，空载气隙磁通密度分布为一个平顶波，如图1.3.2 (b)所示。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性三、直流电机的空载磁化特性直流电机运行时，要求气隙磁场每个极下有一定数量的主磁通，叫每极磁通，当励磁绕组的匝数Nf一定时，每极磁通少的大小主要决定于励磁电流If 。空载时每极磁通与空载励磁电流If (或空载励磁磁势

54、的关系或称为电机的空载磁化特性。由于构成主磁路的五部分当中有四部分是铁磁性材料，铁磁材料磁化时的B一H曲线有饱和现象，磁阻是非线性的，所以空载磁化特性在较大时也出现饱和，如图1.3.3所示。为充分利用铁磁材料，又不至于使磁阻太大，电机的工作点一般选在磁化特性开始转弯、亦即磁路开始饱和的部分(图中A点附近)。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性1.3.2 直流电机的电枢反应及负载磁场一、直流电机的电枢反应直流电机空载时励磁磁势单独产生的气隙磁密分布为一平顶波，如图1.3.2(b)所示，负载时，电枢绕组流过电枢电流Ia ，产生电枢磁势Fa，与励磁磁势Ff 共同建立负载时的气隙合

55、成磁密，必然会使原来的气隙磁密的分布发生变化。通常把电枢磁势对气隙磁密分布的影响称为电枢反应。下面先分析电枢磁势单独作用时在电机气隙中产生的电枢磁场，再将电枢磁场与空载气隙磁场结合起来就可得到负载磁场，与空载气隙磁场相比较，可以了解电枢反应的影响。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性二、直流电机的电枢磁场图1.3.4表示一台两极直流电机电枢磁势单独作用产生的电枢磁场分布情况，圈中没有画出换向器，所以把电刷直接画在几何中性线处，以表示电刷是通过换向器与处在几何中性线上的元件边相接触的，由于电刷轴线上部所有元件构成一条支路，下部所有元件构成另一条支路，电枢元件边中电流的方向以电刷轴线为

56、分界。图中设上部元件边中电流为出来，下部元件边中电流是进去，由右手螺旋定则可知，电枢磁势的方向由左向右，电枢磁场轴线与电刷轴线相重合，在几何中性线上，亦即与磁极轴线相垂直。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性下面进一步分析电枢磁通势和电枢磁场气隙磁密的分布情况。如果假设图1.3.4所示电机电枢绕组只有一个整距元件，其轴线与磁极轴线相垂直，如图1.3.5所示。该元件有Nc 匝。元件中电流为ia，每个元件的磁通势为ia Nc 匝，由该元件建立的磁场的磁力线分布如图1.3.4所示，如果假想将此电机从几何中性线处(如图1.3.4电刷在几何中性线)展平，如图1.3.5所示。以图中磁力线路径为闭

57、合磁路，根据全电流定律可知，作用在这一闭合磁路的磁通势等于它所包围的全电流ia Nc ，当忽略铁磁性材料的磁阻，并认为电机的气隙均匀时，则每个气隙所消耗的磁通势为1/2 ia Nc ，一般取磁力线自电枢出，进定子时的磁通势为正，反之为负，这样可得一个整距绕组元件产生的磁通势的分布情况如图1.3.6所示。可以看出一个整距元件所产生的电枢磁通势在空间的分布为一个以两个极距2为周期、幅值为1 /2 ia Nc 的矩形波。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性当电枢绕组有许多整距元件均匀分布于电枢表面时，每一个元件产生的磁通势仍是幅值为1/2 ia Nc 的矩形波，把这许多个矩形波磁通势叠加起

58、来，可得电枢磁通势在空间的分布为一个以两个极距2 为周期的多级阶梯形波，为分析简便起见或者元件数目足够多时，可近似地认为电枢磁势空间分布为一个三角形波，三角形波磁势的最大值在几何中性线位置，磁极中心线处为零，如图1.3.6所示。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性如果忽略铁芯中的磁阻，认为电枢磁通势全都消耗在气隙上，则根据磁路的欧姆定律，可得电枢磁场磁通密度的表达式为式中 Fax 气隙中X处的磁势; Bax 气隙中X处的磁密。由上式可知，在磁极极靴下，气隙较小且变化不大，所以气隙磁密氏、与电枢磁势Fax 成正比，而在两磁极间的几何中性线附近，气隙较大，超过Fax 增加的程度，使 B

59、ax 反而减小，所以，电枢磁场磁密分布波形为马靴形，如图1.3.6中曲线3所示。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性三、负载时的气隙合成磁场负载时的气隙合成磁场，如图1.3.7所示。如果磁路不饱和或者不考虑磁路饱和现象时，可以利用叠加原理，将空载磁场的气隙磁密分布曲线1和电枢磁场的气隙磁密分布曲线3相加，即得负载时气隙合成磁场的磁密分布曲线，如图1.3.6中的曲线4所示。对照曲线1和4可见:电枢反应的影响使气隙磁场发生畸变，使半个磁极下的磁场加强，磁通增加，另半个极下的磁场减弱，磁通减少。由于增加和减少的磁通量相等，每极总磁通少维持不变。由于磁场发生畸变，使电枢表面磁密等于零的物

60、理中性线偏离了几何中性线，如图1. 3. 6所示。利用图1.3.6可以分析得知，对发电机，物理中性线顺着旋转方向(np的方向)偏离几何中性线;而对电动机，则是逆着旋转方向( nD 的方向)偏离几何中性线。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性考虑磁路饱和影响时，半个极下磁场相加，由于饱和程度增加，磁阻增大，气隙磁密的实际值低于不考虑饱和时的直接相加值;另半个极下磁场减弱，饱和程度降低，磁阻减小，气隙磁密的实际值略大于不考虑饱和时的直接相加值，实际的气隙合成磁场磁密分布曲线如图1.3.6中的曲线5所示。由于铁磁性材料的非线性，曲线5与曲线4相比较，减少的面积大于增加的面积，亦即半个极下减

61、少的磁通大于另半个极下增加的磁通，使每极总磁通有所减小。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性由以上分析可以得知电刷放在几何中性线上时电枢反应的影响为: (1)使气隙磁场发生畸变。半个极下磁场削弱，半个极下磁场加强。对发电机，是前极端(电枢进入端)的磁场削弱，后极端(电枢离开端)的磁场加强;对电动机，则与此相反。气隙磁场的畸变使物理中性线偏离几何中性线。对发电机，是顺旋转方向偏离;对电动机，是逆旋转方向偏离。 (2)磁路饱和时，有去磁作用。因为磁路饱和时，半个极下增加的磁通小于另半个极下减少的磁通，使每个极下总的磁通有所减小。上述均是电刷在几何中性线时的电枢反应，电刷不在几何中性线时的

62、电枢反应在这里就不再叙述了。上一页返回下一页任务1 直流电机的基本特性1. 4 直流电机的电枢电动势和电磁转矩直流电机运行时，其电枢中产生电磁转矩和感应电动势。当直流电机作为电动机运行时，电磁转矩为拖动转矩，通过电机轴带动负载，电枢感应电动势为反向电动势与电枢所加外电压相平衡;当其作为发电机运行时，电磁转矩为阻转矩，电枢感应电动势为正向电动势向外输出电压，供给直流负载。下一页返回上一页任务1 直流电机的基本特性1. 4. 1直流电机的电枢电动势电枢绕组中的感应电动势，简称电枢电动势。电枢电动势是指直流电机正、负电刷之间的感应电动势，一也就是每个支路里的感应电动势。每条支路所含的元件数是相等

63、的，而且每个支路里的元件都是分布在同极性磁极下的不同位置上。这样，先求出一根导体在一个极距范围内切割气隙磁通密度的平均感应电动势，再乘上一个支路里总的导体数，就是电枢电动势。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性1.一根导体在一个极距范围内切割气隙磁通密度的平均感应电动势一根导体在一个极距范围内切割气隙磁密产生的电动势的eaw ，其表达式为式中 Baw 一个极下气隙磁密的平均值，称平均磁通密度; l 电枢导体的有效长度(槽内部分); v 电枢表面的线速度。由于因而，一根导体感应电动势的平均值上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性2.电枢电动势设电枢绕组总的导体数为N，则每一条并联

64、支路总的串联导体数为，因而电枢绕组的感应电动势式中是一个常数，称为直流电机的电动势常数，电机制造好后仅与电机的结构有关。每极磁通的单位用Wb(韦伯)，转速单位用r/min时，电动势Ea 的单位为V。电枢电动势与气隙磁通和转速有关，改变转速和磁通均可改变电枢电动势的大小。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性1.4.2 直流电机的电磁转矩根据电磁力定律，当电枢绕组中有电枢电流流过时，在磁场内将受到电磁力的作用，该电磁力与电机电枢铁芯半径之积称为电磁转矩。1.一根导体的电磁转矩一根导体在磁场中受到的电磁力的大小可用下式计算一根导体的电磁转矩，其大小为式中D电枢外径。上一页下一页返回任

65、务1 直流电机的基本特性2.总的电磁转矩把上式带入得式中为直流电机的转矩常数，仅与电机的结构有关。磁通的单位用Wb ,电流的单位用A时，电磁转矩T的单位为Nm (牛米)。对已制成的电机，电磁转矩T与每极磁通和电枢电流Ia 成正比。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性3. Ce 与Ct 的关系即所以。上一页返回下一页任务1 直流电机的基本特性1. 5 直流电机的功率1. 5. 1 直流电机的励磁方式励磁绕组的供电方式称为励磁方式。按励磁方式的不同，直流电机可以分为以下4类。1.他励直流电机励磁绕组由其他直流电源供电，与电枢绕组之间没有电的联系，如图1. 5. 1(a)、1.5.

66、2 (a)所示。永磁直流电机也属于他励直流电机，因其励磁磁场与电枢电流无关。图1. 5. 1中电流正方向是以电动机为例设定的。 2.并励直流电机励磁绕组与电枢绕组并联。如图1.5.1 (b)、图1.5.2 (b)所示。励磁电压等于电枢绕组端电压。下一页返回上一页任务1 直流电机的基本特性 3.串励直流电机励磁绕组与电枢绕组串联，如图1.5.1 (c) , 1.5.2 (c)所示。励磁电流等于电枢电流，所以励磁绕组的导线粗而匝数较少。 4.复励直流电机每个主磁极上套有两套励磁磁绕组，一个与电枢绕组并联，称为并励绕组。一个与电枢绕组串联，称为串励绕组，如图1.5.1 (d) , 1.5.2

67、(d)所示。两个绕组产生的磁动势方向相同时称为积复励，两个磁势方向相反时称为差复励，通常采用积复励方式。直流电机的励磁方式不同，运行特性和适用场合也不同。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性1.5. 2直流发电机的基本方程式直流发电机的基本方程式包括:电压平衡方程、电磁转矩平衡方程、励磁特性公式和功率平衡方程。在列写直流电机的基本方程式之前，各有关物理量如电压、感应电动势、电流、转矩等，都应事先规定好它的正方向。发电机的各物理量的正方向标定是任意的，但一旦规定好它的正方向，就不要再改变。如果物理量的瞬时值方向与标定的正方向相同时取正号，否则取负号。如图1.5.3所示。上一页下一页返回

68、任务1 直流电机的基本特性1.电压平衡方程应用基尔霍夫定律可得如下电压平衡方程式式中 IuR 电枢电流在电枢回路串联的各绕组(包括电枢绕组、换向极绕组和补偿绕组等)总电阻上的压降; 2Ub正、负电刷与换向器表面的接触电阻压降。在稳态运行时对不同材料的电刷，Ub 有不同的数值。一般石墨电刷，是个常数。实际应用中，不单独考虑 2Ub 的作用，而是把它归人电枢回路总电阻中，电枢回路总电阻用Ra 表示，此时电压平衡方程式写成上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性 2.转矩平衡方程作用在直流发电机轴上的转矩有3个:原动机输入给发电机的拖动转矩T1 、电磁转矩孔Tem 、电机的机械摩擦以及铁损

69、耗引起的转矩一空载转矩T0 。电磁转矩与空载转矩均是制动性质的转矩，即与转速n的方向相反。根据图1.5.3所示稳态运行时转矩平衡方程为3.励磁特性公式直流发电机的励磁电流式中Rf 和Uf 分别是励磁绕组的总电阻和励磁绕组的励磁电压。每极气隙磁通，其中的值由磁化曲线决定。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性4.功率平衡方程将转矩平衡方程两边同乘以电枢轴机械角速度得出即说明直流发电机将原动机的机械能转换为电能供给直流负载。从能量关系上满足能量守恒定律。式中 P1原动机输入给发电机的机械功率; Pem 巾磁功率: D0 空载损耗，包括机械摩擦损耗和磁滞涡流损耗。上一页下一页返回任务1 直

70、流电机的基本特性机械摩擦损耗用 Dmec 表示，它包括电枢轴与轴承间的摩擦损耗、电刷与换向片间的损耗、电机旋转部分与空气间的摩擦损耗等，摩擦损耗与转速有关。磁滞涡流损耗也叫铁损耗，是硅钢片中磁滞与涡流引起的，其大小与磁密度大小和磁密度变化速率有关，铁损耗用DFe 表示。因此空载损耗D0 又可表示为上一页下一页返回 Pem称为电磁功率，是属于机械性质的功率。对的右边进行变化可得说明 Pem 一方面代表大多数为Ea ，的电源输出电流Ia 时所发出的电功率，一方面又代表转子以转速n旋转时克服电磁转矩所消耗的机械功率。又有式中 P2 直流发电机输出给负载的电功率; Pem 电枢回路绕组电阻及电刷与

71、换向器表面接触电阻上的电损耗，称为铜损耗。综合上述各式可得式中Pad 杂散损耗，是除上述各种损耗之外的附加损耗。上一页下一页返回任务任务1 直流电机的基本特性直流电机的基本特性1.5.3 直流电动机的基本方程式如图1.5.4所示，根据电动机的惯例，电动机的基本方程如下。1.电压平衡方程2.转矩平衡方程式中 T2 负载转矩; T0空载转矩。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性 3.励磁特性公式与直流发电机一样4.功率平衡方程将转矩平衡方程两边同乘以电枢轴机械角速度得出即又有综合上述各式可得式中 p1 直流电源输入的电功率; P2 电机输出的机械功率。上一页返回任务1 直流电机的基本特

72、性下一页任务1 直流电机的基本特性1. 6 他励直流电动机的机械特性1 .6. 1 机械特性表达式利用电动机拖动生产机械时，必须使电动机的工作特性满足生产机械提出的要求。在电动机的各类工作特性中首要的是机械特性。电动机的机械特性是指电动机的转速n与电磁转矩 Tem之间的关系，即曲线。机械特性是电动机性能的主要表现，它与运动方程相联系，在很大程度上决定了拖动系统稳定运行和过渡过程的性质及特点。必须指出，机械特性中的电磁转矩Tem，与电动机轴上的输出转矩T2是不同的，其间差一个空载转矩T0 。只是由于在一般情况下，空载转矩 T0与电磁转矩Tem 或负载转矩TL 相比较小，在一般工程计算中可以

73、略去T0 ，而粗略地认为电磁转矩Tem与轴上的输出转矩T2相等。下一页返回上一页任务1 直流电机的基本特性利用机械特性和负载特性可以确定系统的稳态转速，在一定近似条件下还可以利用机械特性和运动方程式分析电力拖动系统的动态运行情况，如转速、转矩及电流随时间的变化规律。可见，电动机的机械特性对分析电力拖动系统的运行是非常重要的。如图1. 6. 1是他励直流电动机电路的原理图。电枢回路和励磁回路分别由独立的电源供电。电枢回路(包括电枢绕组和电刷等)的内阻为ra，附加电阻为Rk，则电枢回路电阻总值为R。= ra + Rk 。励磁回路励磁绕组的内阻为rf，附加电阻RD，则电枢回路电阻总值为j= rf

74、 + RD 。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性如图1. 6. 1所示的电路，可以写出电枢回路的电压平衡方程式为将电枢电动势和电磁转矩带入上式有可得机械特性方程式为式中电磁转矩Tem =0时的转速，称为理想空载转速; 机械特性的斜率;上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性由公式可知，电磁转矩Tem 与电枢电流Ia成正比，所以只要励磁磁通保持不变，则机械特性方程式也可用转速特性代替，即由机械特性方程式可知，当U, ,R为常数时，他励直流电动机的机械特性是一条以为斜率向下倾斜的直线，如图1.6.2所示必须指出，电动机的实际空载转速比n0略低，如图1.6.2所示。这是因为

75、电动机空载转起来后，因为有空载转矩T0 存在，所以电磁转矩Tem不可能为零，必须等于T0,即电动机必须克服空载损耗转矩T0。此时电动机实际空载转速为上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性转速降 n 是理想空载转速与实际转速之差，转矩一定时，它与机械特性的斜率成正比，所以他励直流电动机的机械特性为一条向下倾斜的直线，而且斜率越大， n 就越大，机械特性越“软”;反之，特性越平坦，机械特性越“硬”。一般直流他励电动机，当没有电枢外接电阻时，机械特性都比较硬。机械特性分为固有机械特性和人为机械特性两种。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性1.6.2 固有机械特性当直流他励电动机端电

76、压U= UN ,磁通 =n,电枢回路附加电阻 Rk=0时的机械特性称为固有机械特性。此时的机械特性方程式为上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性1.6.3 人为机械特性在有些情况下，要根据需要将机械特性表达式中的U、Ra、少三个参数中，保持两个参数不变，人为地改变另一个参数，从而得到不同的机械特性，使机械特性满足不同的工作要求。这样获得的机械特性，称为人为机械特性。他励直流电动机的人为机械特性有以下3种。 1.电枢串接电阻时的人为机械特性如图1. 6. 1所示，电枢回路串接电阻Rk0，总电阻 Ra=ra+Rk电源电压U=UN ,磁通=N，此时的人为机械特性方程式变为其机械特性如图1

77、.6.3所示。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性与固有机械特性相比，电枢串接电阻时的人为机械特性具有以下一些特点。 (1)理想控制转速与固有特性时相同，且不随串接电阻Rk的变化而变化。 (2)随着串接电阻Rk的加大，特性的斜率加大，转速降落n加大，特性变软，稳定性变差。 (3)机械特性由与纵坐标轴交于一点(n = n0)但具有不同斜率的射线族所组成。 (4)串入的附加电阻Rk越大，电枢电流流过Rk所产生的损耗就越大。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性 2.改变电源电压时的人为机械特性此时电枢回路附加电阻Rk=0，磁通即=k。改变电源电压，一般是由额定电压向下改变。这时的人

78、为机械的特性方程式为其机械特性如图1.6.4所示。与固有机械特性相比，当电源电压降低时，特性斜率不变，转速降落n不变，机械特性由一组平行线所组成。其机械特性的特点为:但理想空载转速n0降低。由于Rk=0，因此其特性较串联电阻时硬。当T=常数时，降低电压，可使电动机转速n降低。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性3.改变电动机主磁通时的人为机械特性在励磁回路内串联电阻R0，并改变其大小，即能改变励磁电流，从而使磁通改变(见图1.6.1)。一般电动机在额定磁通下工作，磁路已接近饱和，所以改变电动机主磁通只能是减弱磁通。减弱磁通时，使附加电阻Rk=0;电源电压U=UN。此时的人为机械特性方

79、程式为为不同数值时的人为机械特性曲线，如图1.6.5所示。其特点为: (1)理想空载转速n0与磁通成反比，即当少下降时， n0上升。 (2)磁通下降，特性斜率刀上升，且与成反比，曲线变软。 (3)一般下降，n上升，但由于受机械强度的限制，磁通不能下降太多。上一页返回下一页任务1 直流电机的基本特性1. 7 DDSZ一1型电机实验装置交流及直流电源操作说明一、开启三相交流电源的步骤如下。实验中开启及关闭电源都在控制屏上操作。开启三相交流电源的步骤如下。 (1)开启电源前。要检查控制屏下面“直流电机电源”的“电枢电源”开关(右下方)及“励磁电源”开关(左下方)都须在关断的位置。控制屏左侧端面

80、上安装的调压器旋钮必须在零位，即必须将它向逆时针方向旋转到底。 (2)检查无误后开启“电源总开关”，“停止”按钮指示灯亮，表示实验装置的进线接到电源，但还不能输出电压。此时在电源输出端进行实验电路接线操作是安全的。下一页返回上一页任务1 直流电机的基本特性 (3)按下“启动”按钮，“启动”按钮指示灯亮，表示三相交流调压电源输出插孔U, V,W及N上已接电。实验电路所需的不同大小的交流电压，都可适当旋转调压器旋钮用导线从三相四线制插孔中取得。输出线电压为0450 V(可调)并由控制屏上方的三只交流电压表指示。当电压表下面左边的“指示切换”开关拨向“三相电网电压”时，它指示三相电网进线的线电压;当

81、“指示切换”开关拨向“三相调压电压”时，它指示三相四线制插孔U, V,W和N的输出端的线电压。 (4)实验中如果需要改接线路，必须按下“停止”按钮以切断交流电源，保证实验操作安全。实验完毕，还需关断“电源总开关”，并将控制屏左侧端面上安装的调压器旋钮调回到零位。将“直流机电源”的“电枢电源”开关及“励磁电源”开关拨回到关断位置。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性二、开启直流电机电源的操作 (1)直流电源是由交流电源变换而来，开启“直流电机电源”，必须先完成开启交流电源，即开启“电源总开关”并按下“启动”按钮。 (2)在此之后，接通“励磁电源”开关，可获得约为220 V , 0. 5

82、 A不可调的直流电压输出。接通“电枢电源”开关，40230 V , 3 A可调节的直流电压输出。励磁电源电压及电枢电源电压都可由控制屏下方的1只直流电压表指示。当该电压表下方的“指示切换”开关拨向“电枢电压”时，指示电枢电源电压，当将它拨向“励磁电压”时，指示励磁电源电压。但在电路上“励磁电源”与“电枢电源”，“直流机电源”与“交流三相调压电源”都是经过三相多绕组变压器隔离的，可独立使用。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性 (3)“电枢电源”是采用脉宽调制型开关式稳压电源，输入端接有滤波用的大电容，为了不使过大的充电电流损坏电源电路，采用了限流延时的保护电路。所以本电源在开机时，从电

83、枢电源开关合闸到直流电压输出有34s的延时，这是正常的。(4)电枢电源设有过压和过流指示告警保护电路。当输出电压出现过电压时，会自动切断输出，并告警指示。此时需要恢复输出，必须先将“电压调节”旋钮逆时针旋转调低电压到正常值(约240 V以下)，再按“过压复位”按钮，即能输出电压。当负载电流过大(即负载电阻过小)超过3 A时，一也会自动切断输出，并告警指示，此时需要恢复输出，只要调小负载电流(即调大负载电阻)即可。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性有时候在开机时出现过流告警，说明在开机时负载电流太大，需要降低负载电流，可在电枢电源输出端增大负载电阻或甚至暂时拔掉一根导线(空载)开机，待

84、直流输出电压正常后，再插回导线加正常负载(不可短路)工作。若在空载时开机仍发生过流告警，这是气温或湿度明显变化，造成光电藕合器TIL117漏电使过流保护起控点改变所致，一般经过空载开机(即开启交流电源后，再开启“电枢电源”开关)预热几十分钟，即可停止告警，恢复正常。所有这些操作到直流电压输出都有34s的延时。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性(5)在做直流电动机实验时，要注意开机时须先开“励磁电源”后开“电枢电源”;在关机时，则要先关“电枢电源”而后关“励磁电源”的次序。同时要注意在电枢电路中串联启动电阻以防止电源过流保护。具体操作要严格遵照实验指导书中有关内容的说明。上一页返回下

85、一页任务1 直流电机的基本特性1. 8 电机技术实验的基木要求和安全操作规程一、实验的基本要求电机及电气技术实验课的目的在于培养学生掌握基本的实验方法与操作技能。培养学生能根据实验目的，实验内容及实验设备来拟定实验线路，选择所需仪表，确定实验步骤，测取所需数据，进行分析研究，得出必要结论，从而完成实验报告。学生在整个实验过程中，必须集中精力，及时认真做好实验。现按实验过程对学生提出下列基本要求。下一页返回上一页任务1 直流电机的基本特性 1.实验前的准备实验前应复习教科书有关章节，认真研读实验指导书，了解实验目的、项目、方法与步骤，明确实验过程中应注意的问题(有些内容可到实验室对照实验预

86、习，如熟悉组件的编号，使用及其规定值等)，并按照实验项目准备记录抄表等。实验前应写好预习报告，经指导教师检查认为确实做好了实验前的准备，方可开始做实验。认真做好实验前的准备工作，对于培养学生独立工作能力，提高实验质量和保护实验设备都是很重要的。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性 2.实验的进行1)建立小组，合理分工每次实验都以小组为单位进行，每组由2一3人组成，实验进行中的接线、调节负载、保持电压或电流、记录数据等工作每人应有明确的分工，以保证实验操作协调，记录数据准确可靠。 2)选择组件和仪表实验前先熟悉该次实验所用的组件，记录电机铭牌和选择仪表量程，然后依次排列组件和仪表便于测

87、取数据。3)按图接线根据实验线路图及所选组件、仪表、按图接线，线路力求简单明了，一般接线原则是先接串联主回路，再接并联支路。为查找线路方便，每路可用相同颜色的导线。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性 4)启动电机，观察仪表在正式实验开始之前，先熟悉仪表刻度，并记下倍率，然后按一定规范启动电机，观察所有仪表是否正常(如指针正、反向是否超满量程等)。如果出现异常，应立即切断电源，并排除故障;如果一切正常，即可正式开始实验。 5)测取数据预习时对电机的试验方法及所测数据的大小做到心中有数。正式实验时，根据实验步骤逐次测取数据。6)认真负责，实验有始有终实验完毕，须将数据交指导教师审阅。经

88、指导教师认可后，才允许拆线并把实验所用的组件、导线及仪器等物品整理好。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性 3.实验报告实验报告是根据实测数据和在实验中观察和发现的问题，经过自己分析研究或分析讨论后写出的心得体会。实验报告要简明扼要、字迹清楚、图表整洁、结论明确。实验报告包括以下内容:(1)实验名称、专业班级、学号、姓名、实验日期、室温。(2)列出实验中所用组件的名称及编号，电机铭牌数据(PN, UN, IN,nN)等。(3)列出实验项目并绘出实验时所用的线路图，并注明仪表量程，电阻器阻值，电源端编号等。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性(4)数据的整理和计算。(5)按记录

89、及计算的数据用坐标纸画出曲线，图纸尺寸不小于8cm8cm,曲线要用曲线尺或曲线板连成光滑曲线，不在曲线上的点仍按实际数据标出。 (6)根据数据和曲线进行计算和分析，说明实验结果与理论是否符合，可对某些问题提出一些自己的见解并最后写出结论。实验报告应写在一定规格的报告纸上，保持整洁。(7每次实验每人独立完成一份报告，按时送交指导教师批阅。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性二、实验安全操作规程为了按时完成电机及电气技术实验，确保实验时人身安全与设备安全，要严格遵守如下规定的安全操作规程。 (1)实验时，人体不可接触带电线路。 (2)接线或拆线都必须在切断电源的情况下进行。 (3)学生独

90、立完成接线或改接线路后必须经指导教师检查和允许，并使组内其他同学引起注意后方可接通电源。实验中如发生事故，应立即切断电源，经查清问题和妥善处理故障后，才能继续进行实验。 (4)电机如直接启动则应先检查功率表及电流表的电流量程是否符合要求，有否短路回路存在，以免损坏仪表或电源。 (5)总电源或实验台控制屏上的电源接通应由实验指导人员来控制，其他人只能由指导人员允许后方可操作，不得自行合闸。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性任务实施一、实训内容 (1)了解DDO1电源控制屏中的电枢电源、励磁电源、校正直流测功机、变阻器、多量程直流电压表、电流表及直流电动机的使用方法。 (2)用伏安法测

91、直流电动机和直流发电机的电枢绕组的冷态电阻。二、实训设备及控制屏上挂件排列顺序 1.实训设备(表1) 2.控制屏上挂件排列顺序D31、D42、D51、D31、D44。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性三、操作步骤 1.由实验指导人员介绍实验要求由实验指导人员介绍DDSZ一1型电机及电气技术实验装置各面板布置及使用方法，讲解电机实验的基本要求，安全操作和注意事项。 2.用伏安法测电枢的直流电阻 (1)按图1接线，电阻R用D44上1 800 S2和180 S2串联共1 980 S2阻值并调至最大。A表选用D31上的直流安培表。开关S选用D51挂箱上的双刀双掷开关。上一页下一页返回

92、任务1 直流电机的基本特性(2)经检查无误后接通电枢电源，并调至220 V o调节R使电枢电流达到0. 2 A(如果电流太大，可能由于剩磁的作用使电机旋转，测量无法进行;如果此时电流太小，可能由于接触电阻产生较大的误差)，迅速测取电机电枢两端电压U和电流I。将电机转子分别旋转1/3和2/3周，同样测取U, I三组数据列于表2中。 (3)增大R使电流分别达到0. 15 A和0. 1 A，用同样方法测取六组数据列于表2中。取3次测量的平均值作为实际冷态电阻值上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性 (4)计算基准工作温度时的电枢电阻。由实验直接测得电枢绕组电阻值，此值为实际冷态电阻值。冷态

93、温度为室温。按下式换算到基准工作温度时的电枢绕组电阻值为式中 Raref换算到基准工作温度时电枢绕组电阻， Ra电枢绕组的实际冷态电阻， ;ref基准工作温度，对于E级绝缘为75 a 实际冷态时电枢绕组的温度，。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性 3.直流仪表、转速表和变阻器的选择直流仪表、转速表量程是根据电机的额定值和实验中可能达到的最大值来选择，变阻器根据实验要求来选用，并按电流的大小选择串联、并联或串并联的接法。 (1)电压量程的选择。如测量电动机两端为220 V的直流电压，选用直流电压表为1 000 V量程挡。 (2)电流量程的选择。因为直流并励电动机的额定电流为1. 2

94、A，测量电枢电流的电表A3可选用直流安培表的5 A量程挡;额定励磁电流小于0. 16 A，选用直流毫安表的200 mA量程挡。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性 (3)电机额定转速为1 600 r/min，转速表选用1 800 r/min量程挡。 (4)变阻器的选择。变阻器选用的原则是根据实验中所需的阻值和流过变阻器最大的电流来确定，电枢回路R1可选用D44挂件的1. 3 A的90 与90 串联电阻，磁场回路Rf1、可选用D44挂件的0. 41 A的900 与900 串联电阻。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性4.直流他励电动机的启动准备按图2接线。图中直流他励电动机M

95、用DJ15，其额定功率PN= 185 W ,额定电压UN = 220 V ,额定电流lN=1.2 A,额定转速n N = 1 600 r/min ,额定励磁电流Ifn 0. 16 A。校正直流测功机MG作为测功机使用，TG为测速发电机。直流电流表选用D31。Rf1用D44的1 800 阻值作为直流他励电动机励磁回路串接的电阻。Rf2选用D42的1 800 阻值的变阻器作为MG励磁回路串接的电阻。R1选用D44的180 阻值作为直流他励电动机的启动电阻，R2选用D42上的900 串900 加上900 并900 共2 250 阻值作为MG的负载电阻。接好线后，检查M , MG及TG之间是否用联轴器

96、直接联接好。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性5.他励直流电动机启动步骤(1)检查按图2的接线是否正确，电表的极性、量程选择是否正确，电动机励磁回路接线是否牢固。然后，将电动机电枢串联启动电阻R1、测功机MG的负载电阻R2及MG的磁场回路电阻Rf2调到阻值最大位置，M的磁场调节电阻Rf1调到最小位置，断开开关S，并确认断开控制屏下方右边的电枢电源开关，做好启动准备。 (2)开启控制屏上的钥匙开关，按下其上方的“启动”按钮，接通其下方左边的励磁电源开关，观察M及MG的励磁电流值，调节Rf2使Rf2等于校正值(100 mA)并保持不变，再接通控制屏右下方的电枢电源开关，使M启动。上一页

97、下一页返回任务1 直流电机的基本特性(3) M启动后观察转速表指针偏转方向，应为正向偏转，若不正确，可拨动转速表上正、反向开关来纠正。调节控制屏上电枢电源“电压调节”旋钮，使电动机电枢端电压为220 V 。减小启动电阻R1阻值，直至短接。(4)合上校正直流测功机MG的负载开关S,调节R2阻值，使MG的负载电流IF改变，即直流电动机M的输出转矩T2改变(调不同的IF值，查对应于If2=100 mA时的校正曲线T2 =f(IF)，可得到M不同的输出转矩T2值)。(5)调节他励电动机的转速。分别改变串入电动机M电枢回路的调节电阻R1和励磁回路的调节电阻RF1，观察转速变化情况。上一页下一页返回任

98、务1 直流电机的基本特性(6)改变电动机的转向。将电枢串联启动变阻器R1的阻值调回到最大值，先切断控制屏上的电枢电源开关，然后切断控制屏上的励磁电源开关，使他励电动机停机。在断电情况下，将电枢(或励磁绕组)的两端接线对调后，再按他励电动机的启动步骤启动电动机，并观察电动机的转向及转速表显示的转向。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性四、注意事项 (1)直流他励电动机启动时，须将励磁回路串联的电阻Rf1调至最小，先接通励磁电源，使励磁电流最大，同时必须将电枢串联启动电阻R1调至最大，然后方可接通电枢电源。使电动机正常启动。启动后，将启动电阻R1调至零，使电机正常工作。 (2)直流他励电

99、动机停机时，必须先切断电枢电源，然后断开励磁电源。同时必须将电枢串联的启动电阻R1调回到最大值，励磁回路串联的电阻Rf1调回到最小值。给下次启动做好准备。 (3)测量前注意仪表的量程、极性及其接法，是否符合要求。 (4)若要测量电动机的转矩T2，必须将校正直流测功机MG的励磁电流调整到校正值:100 mA，以便从校正曲线中查出电动机M的输出转矩。上一页下一页返回任务1 直流电机的基本特性五、报告(1)画出直流他励电动机电枢串电阻启动的接线图。说明电动机启动时，启动电阻R1和磁场调节电阻Rf1应调到什么位置?为什么?(2)在电动机轻载及额定负载时，增大电枢回路的调节电阻，电机的转速如何变化?增

100、大励磁回路的调节电阻，转速又如何变化?(3)用什么方法可以改变直流电动机的转向?(4)在他励直流电动机启动时，为什么要先加励磁电源后加电枢电源?(5)为什么要求直流他励电动机磁场回路的接线要牢固?启动时电枢回路必须串联启动变阻器?返回上一页任务2 他励直流电动机的拖动及其实现1. 9 他励直流电动机的启动电动机的启动是指电动机接通电源后，由静止状态加速到稳定运行状态的过程。电动机在启动瞬间(n =0)的电磁转矩称为启动转矩，启动瞬间的电枢电流称为启动电流，分别Tst和Ist，表示。启动转矩为如果他励直流电动机在额定电压下直接启动，由于启动瞬间转速n =0,电枢电动势Ea = 0，故启动电流

101、为返回下一页任务2 他励直流电动机的拖动及其实现启动时由于转速为零，电枢电动势为零，而且电枢电阻很小，所以启动电流将达到额定电流的10 20倍。过大的启动电流将引起电网电压下降、影响电网上其他用户的正常用电、使电动机的换向恶化;同时过大的冲击转矩会损坏电枢绕组和传动机构。一般直流电动机不允许直接启动。因此，对直流电动机启动，一般有如下要求: (1)要有足够大的启动转矩。 (2)启动电流要限制在一定的范围内。 (3)启动设备要简单、可靠。为了限制启动电流，他励直流电动机通常采用电枢回路串电阻或降低电枢电压启动。上一页下一页返回任务2 他励直流电动机的拖动及其实现一、电枢回路串电阻启动在电

102、动机启动前，应使励磁回路电阻为零，这样励磁电流If达到最大值，使磁通达到最大值。此时电枢回路串接启动电阻Rst，在额定电压下的启动电流为式中， Rst值应使Ist不大于允许值。对于普通直流电动机，一般要求Ist (1.52)IN。在启动电流产生的启动转矩作用下，电动机开始转动并逐渐加速，随着转速的升高，电枢电动势(反电动势)Ea逐渐增大，使电枢电流逐渐减小，电磁转矩一也随之减小，这样转速的上升就逐渐缓慢下来。为了缩短启动时间，保持电动机在启动过程中的加速度不变，就要求在启动过程中电枢电流维持不变，因此随着电动机转速的升高，应将启动电阻平滑地切除，最后使电动机转速达到运行值。上一页下一页返回

103、任务2 他励直流电动机的拖动及其实现实际上，平滑地切除电阻是不可能的，一般实际电阻回路中串入多级(通常是2 5级)电阻，在启动过程中逐级加以切除。启动电阻的级数越多，启动过程就越快且越平稳，但所需要的控制设备也越多，投资也越大。如图1. 9. 1、图1.9.2所示是采用三级电阻启动时电动机的电路原理图及其机械特性。启动开始时，接触器的触点S闭合，而S1, S2, S3断开，如图1. 9. 1所示，额定电压加在电枢回路的总电阻R3(R3+Rst1+Rst2+Rst3)上，启动电流为I1=UN/R3，此时启动电流I1和启动转矩T1均达到最大值(通常取额定值的2倍左右)。接人全部启动电阻时的人为

104、特性如图1. 9. 2中的曲线1所示。启动瞬间对应于a点，因为启动转矩T1大于负载转矩TL，所以电动机开始加速，电动势Ea逐渐增大，电枢电流和电磁转矩逐渐减小，工作点沿曲线1箭头方向移动。上一页下一页返回任务2 他励直流电动机的拖动及其实现当转速升到n1 ,电流降至I2、转矩减至T2(图中b点)时，触点S3闭合，切除Rst3。I2称为切换电流，一般取I2=(1. 11. 2) IN，或T2=(1. 11. 2 )T2切除Rst3后，电枢回路电阻减小为R2=R a +RstI+Rst2，与之对应的认为特性1.9.2中的曲线2。在切除电阻瞬间，由于机械惯性，转速不能突变，所以电动机的工作点有h点

105、沿水平方向跃变到曲线2上的c点。选择适当的各级启动电阻，可使c点的电流仍为I1，这样电动机又处在最大转矩T1下进行加速，工作点沿曲线2箭头方向移动。当到达d点时，转速升至n2 ,电流又降到I2，转矩一也降至T2，此时触点S2闭合，将Rst2切除，电枢回路电阻变为R1 =Ra +Rst1，工作点由d点平移到特性曲线3上的。点。点的电流和转矩仍为最大值，电动机又处在最大转矩T1下加速，工作点在曲线3上移动。当转速升至n3时，即在f点切除最后一级电阻Rst1后，电动机将过渡到固有机械特性上，并加速到h点处于稳定运行，启动过程结束。上一页下一页返回任务2 他励直流电动机的拖动及其实现二、降压启动

106、当直流电源电压可调时，可以采用降压方法启动。启动时，以较低的电源电压启动电动机，启动电流便随着电压的降低而正比减小。随着电动机转速的上升，反电动势逐渐增大，再逐渐提高电源电压，使启动电流和启动转矩保持在一定的数值上，从而保证电动机按照需要的加速度升速。可调压的直流电源，在过去多采用直流的发电机一电动机组，即每一台电动机专门由一台直流发电机供电。当调节发电机的励磁电流时，便可改变发电机的输出电压，从而改变加在电动机电枢两端的电压。近年来，随着晶闸管技术的发展，直流发电机正在被晶闸管整流电源所取代。降压启动虽然需要专用电源，设备投资较大，但它启动平稳，启动过程中能量损耗小，因而得到了广泛应用。返回

107、上一页下一页任务2 他励直流电动机的拖动及其实现 1. 10 他励直流电动机的制动一、制动与电动的区别电动机的工作状态按拖动性能可分为电动及制动两大类。当电动机在外加电源的作用下，产生与系统运动方向一致的转矩，并通过传动机构拖动生产机械工作时，即为电动工作状态。在电动工作状态下，电动机的电磁转矩Tem方向与转速n的方向相同，为拖动性质的转矩，电动机把由电网取得的电能变成机械能输出。返回上一页下一页任务2 他励直流电动机的拖动及其实现通常情况下，电动机都是工作在电动状态下。在某些情况下，也需要电动机工作在制动状态下。制动是指电动机从某一稳定的转速开始减速到停止或限制位能负载的下降速度时的一

108、种运转过程。在制动工作状态下，电动机的电磁转矩Tem方向与转速n的方向相反，为制动性质的转矩，电动机把系统的机械能变成为电能输出。由此可见，制动工作状态的实质是，电动机成为发电动机，消耗机械能。电力拖动系统之所以需要工作在制动状态，是生产机械提出的要求，主要有以下3种情况。上一页下一页返回任务2 他励直流电动机的拖动及其实现(1)生产机械为加快启动和制动过程，提高生产效率。 (2)当生产机械在高速工作过程中时，根据需要迅速降为低速或者迅速由正转变为反转。(3)有些位能负载为获得稳定的下放速度。因此，制动工作状态在生产实际中有着很重要的意义。下面我们将结合电力拖动系统拖动位能负载时的一些基本工

109、作情况，重点介绍电动机工作在制动状态下的相关情况。上一页下一页返回任务2 他励直流电动机的拖动及其实现二、电动机的制动工作状态分析他励直流电动机的制动有能耗制动、反接制动、回馈制动3种方式，下面分别进行介绍。 (一)能耗制动直流他励电动机原来处于正向电动状态下运行，工作情况示于图1.10.1(a)。若突然将电枢电源断掉，转而加到制动电阻Rk上，见图1.10.1 (b)，由于机械惯性而转速n不变，从而电动势Ea亦不变。在电枢回路中靠Ea产生电枢电流I，其方向与电动状态时相反，那么电动机转矩T亦与电动时的转矩方向相反，一也与转速n方向相反，即T起制动作用，使系统减速，系统的动能转变为电能消

110、耗与电枢回路的电阻上，即处于能耗制动状态。上一页下一页返回任务2 他励直流电动机的拖动及其实现系统处于能耗制动状态时，电路的电压平衡方程式为式中 ra电枢回路总电阻; Rk制动电阻。所以电枢电流从上式可以看出，电枢电流Ia方向与原来方向相反，大小决定于制动电阻Rk的大小，Rk由工艺要求而定。由此电枢电流所产生的电动机电磁转矩Tem其方向一也与原来的电动状态相反，即上一页下一页返回任务2 他励直流电动机的拖动及其实现电动状态下，电动机的电磁转矩Tem为如图1.10.1所示向上的方向，与转速n的方向相同，是拖动性质的转矩;而在能耗制动状态下，转矩的作用方向是向下的，与转速n的方向相反，是制

111、动性质的转矩，如图1.10.1 (b)所示。此制动转矩同时与转速方向相反的负载转矩共同作用，而使系统处于减速状态。系统工作于制动状态时，其机械特性方程式为式中T为负值。因为电动机从电源上拉下，U=0，所以n0=0。因此，能耗制动的机械特性为通过坐标原点的直线，其斜率刀决定于电阻Ra, Ra =ra +Rk,改变Rk就可以改变制动强度，如图1. 10. 1 ( c)所示。上一页下一页返回任务2 他励直流电动机的拖动及其实现电动机原来为正向电动，工作在第一象限的A点。若突然将电枢电源断掉，转而投到制动电阻Rk上，进行能耗制动时，转速n来不及变化，其工作点水平移到能耗制动时的机械特性上的B点

112、。在制动状态的作用下，沿其特性减速到零为止，这是在阻力负载的情况下。如果是位能负载，到n =0, T=0时，并不能停车，而是有重物拖着电动机反方向加速，转速为负，转矩为正，沿BO的延长线变化，而进入第四象限，直到负载特性与电动机机械特性交于C点时，T=TL为止。这时系统以nc稳速下放。上一页下一页返回任务2 他励直流电动机的拖动及其实现能耗制动过程中电动机与电网隔开，所以不需要从电网输入电功率，而拖动系统产生制动转矩的电功率完全由拖动系统动能转换而来，即完全消耗系统本身的动能，能耗制动的名称就是由此而来。这种制动方法的特点是比较经济，简单;在零速时没有转矩，可以准确停车。这种制动过程中与电

113、源隔离，当电源断电时一也可以通过保护线路换接到制动状态进行安全停车，所以在不反转以及要求准确停车的拖动系统中多采用能耗制动。能耗制动方法的缺点是其制动转矩随转速降低而减小，因而拖长了制动时间。上一页下一页返回任务2 他励直流电动机的拖动及其实现(二)反接制动对位能负载而言，反接制动有两种情况:一是转速反相的反接制动，一是电压反接的反接制动。 1.转速反向的反接制动当电动机按某一方向接线(如正向)工作时，负载转矩TL .电动机转矩T及转速n的方向为正向电动状态，如图1. 10. 2 ( a)所示，这时的机械特性如图1. 10. 2 ( c)所示。逐渐增加制动电阻Rk电动机转速不断下降。由特性

114、1上的nc降到特性2上的nD，以致降到特性3上的nE,电动机停转。如再增大Rk使电动机的启动转矩Tstm，系统原来处于正向电动状态，T, n, TL各物理量的方向如图所示。为达到提升空笼的目的，电动机转矩T应与提升方向(转速n方向)相同，如图1. 10. 4 ( a)电动机为正向接线，产生正向转矩。正向转矩与负载转矩几共同作用使系统正向加速。随着转速n的增高，反电动势Ea加大，电枢电流Ia降低，电动机的转矩T亦降低。上一页下一页返回任务2 他励直流电动机的拖动及其实现在图1. 10. 4 ( c)上沿着第一象限所示的正向电动机械特性向上变化，到转速n =n0时，电势Ea与外加电源电压II相

115、平衡，电枢电流1., = 0，转矩T=0,即图上所示的B点(0，n0)到B点时虽然电动机转矩T为零，但还有负载转矩TL的作用，仍使系统继续加速。当转速n超过n0时，电动势Ea大于电网电压U,电流反向，从而转矩T亦反向，如图1. 10. 4(b)所示，这时转矩T与转速n方向相反，n为正，T为负，起制动作用。上一页下一页返回任务2 他励直流电动机的拖动及其实现从机械特性上来看，原来系统工作于电动状态时，机械特性位于第一象限。进入回馈制动后，机械特性位于第二象限，因为由电动到回馈制动的过程中，电动机接线未变，参数也没改变，所以机械特性为n =n0-T孔不过当进入回馈制动以后，T本身变为负值。所以

116、n n0，如图1. 10. 4 ( c)所示，BC即为提升空笼时的回馈制动机械特性。机械特性斜率仍决定于值。负载转矩TL为负，仍为恒转矩负载，其负载特性位于第二象限，如图1. 10. 4 ( c)所示。当电动机进入回馈制动状态后，随着转速的升高，电动势Ea增高，反向电流增加，与之对应的反向转矩(制动转矩)亦增加。直到负载特性与电动机机械特性交于一点C,电动机转矩与负载转矩平衡，系统以稳定转速nc提升空笼。上一页下一页返回任务2 他励直流电动机的拖动及其实现由图1. 10.4 (b)，可以写出电枢回路的电压平衡方程式上式两端同乘以电流Ia ，可得其功率平衡方程式式中Eala机械功率转换成的电磁

117、功率，W; UIa 电动机向电网回馈的电功率，W; 电枢回路消耗的电功率，W。从以上可以看出，回馈制动时，由于位能负载的作用，使电动机的转速超过理想空载转速，从而使系统把机械能变为电能，其中一部分消耗在电枢回路的电阻上，另一部分电能回馈到电网去。同时，再生发电制动的名称一也是由此而来。上一页下一页返回任务2 他励直流电动机的拖动及其实现2.下放重物如图1. 10. 5 ( a)所示，货笼中有重物，重物连同货笼总质量仍为m, mm0。因为要下放重物，转速n为负;电动机转矩应与下放方向(转速n方向)相同，该转矩T为负，所以电动机要反向接线;负载转矩TL为正。各物理量的方向如图1. 10. 5

118、 ( a)所示。当下放重物时，由于电动机转矩T与负载转矩TL方向相同，二者的共同作用使系统反向加速，使电动机工作在反向电动状态。同理，随着转速n的增高，反电动势Ea加大。电枢电流Ia降低，电动机的转矩亦降低。在图1.10.5(b)上，机械特性沿着第三象限所示的反向变化。到n=-n0时，电动势E与外加电源电压U相平衡，电枢电流I=0，转矩T=0,即图1.10.5(b)上所示的F点(0，n0)。上一页下一页返回任务2 他励直流电动机的拖动及其实现到F点时，虽然电动机转矩T为零，但还有负载转矩TL的作用，仍使系统继续反向加速。但转矩T亦改变方向，如图1.10.5(b)所示。这时转矩T与转速n方向

119、相反，电动机转矩起制动作用，机械特性位于第四象限。因为由反向电动到回馈制动的过程中，电动机接线未变，参数一也没变，所以机械特性方程式为n=n0-T。式中n0为负，T为正，由上式可见，这时|n| I n0 I，如图1. 10. 5 ( c)所示的FG段。电动机进入回馈制动状态后，随着转速的升高，电势Ea增加。电枢电流增加，与之对应的电动机转矩(制动转矩)增加，负载特性与机械特性交于一点G，电动机转矩与负载转矩相平衡，系统以稳定速度n G下放重物。上一页下一页返回任务2 他励直流电动机的拖动及其实现同理，可以写出这时电枢回路的电压平衡方程式，可得功率平衡方程式同反接制动的公式。因此，下放重物和

120、提升空笼这两种回馈制动时的能量关系相同，已们都是系统把机械能转换为电能，其中一部分消耗在电枢回路电阻上，其余部分电能回馈到电网中，而且转速n高于理想空载转速n0。 3.电动机由高速向低速变速上面的情况都是由于位能负载的作用，使电动机的转速超过理想空载转速，从而使电动机进入回馈(再生发电)制动状态。但是在生产实际中，当电动机由高速向低速变速的过程中，在新的理想空载转速低于运转着的转速时一也要产生回馈(再生发电)制动过程。下面介绍这种情况。上一页下一页返回任务2 他励直流电动机的拖动及其实现图1. 10. 6画出了直流他励电动机降压时的机械特性。在电枢电压为U1时，对应于机械特性1，在电枢电压

121、为U2时，对应于机械特性2。开始时，系统稳定的工作在A点。突然将电枢电压U1降到U2 ,由于机械惯性，转速来不及变化，电动势Ea亦来不及变化，从特性1上的A点水平移到特性2上的B点。这时，nB n02 , EB=CenBU2。那么，电枢电流反向，电动机转矩T亦反向，由正变为负，而转速仍为正。转矩T与转速n方向相反，起制动作用，因而出现了回馈制动状态，该状态的机械特性的第二象限，如图1. 10. 6中的BC段。在T与TL的共同作用下，系统减速，电动机从B点过渡到D点，稳定工作在D点，电动机速度由nA降到n D。根据同样的原理，当突然将电枢电U2降到U3时，电动机速度由np降到nG。回馈制动把能

122、量送回电网，是经济的制动手段，但是由于只能在n n0时才有制动作用，所以应用范围受到限制。返回上一页下一页任务2 他励直流电动机的拖动及其实现1. 11 直流电动机的调速为了使产生机械以最合理的高速进行工作，从而提高生产率和保证产品具有较高的质量，大量的生产机械(如各种机床，轧钢机、造纸机、纺织机械等)要求在不同的情况下以不同的速度工作。这就需求采用一定的方法来改变生产机械的工作速度，以满足生产的需要，这种方法通常称为调速。调速是速度调节的简称，是指在某一不变的负载条件下，人为地改变电路的参数，而得到不同的速度。调速与因负载变化而引起的转速变化是不同的。调速是主动的，它需要人为的改变电气

123、参数，因而转换机械特性。负载变化时的转速变化则不是自动进行的，是被动的，且这时电气参数未变。返回上一页下一页任务2 他励直流电动机的拖动及其实现调速可用机械方法、电气方法或机械电气配合的方法。在用机械方法调速的设备上，速度的调节是用改变传动机构的速度比来实现，但机械变速机构较复杂。用电气方法调速，电动机在一定负载情况下可获得多种转速，电动机可与工作机构同轴，或其间只用一套变速机构，机械上较简单，但电气上可能较复杂;在机械电气配合的调速设备上，用电动机获得几种转速，配合用几套(一般用3套左右)机械变速机构来调速。究竟用何种方案，以及机械电气如何配合，要全面考虑，有时要进行各种方案的技术经济比

124、较，才能决定。本节只讨论直流他励电动机的调速方法及其优缺点。上一页下一页返回任务2 他励直流电动机的拖动及其实现一、调速指标在选择和评价某种调速系统时，应考虑下列指标:调速范围、调速的相对稳定性(静差度)、调速的平滑性、调速的经济性。 1.调速范围调速范围是指在一定的负载转矩下，电动机可能运行的最大转速nmax与最小转速n min之比，即由上式可见，要扩大调速范围，必须设法尽可能地提高n max与降低nmin。电动机的nmax受其机械强度、换向等方面的限制，一般在额定转速以上，高的范围是不大的。而降低n min受低速运行时的相对稳定性的限制。上一页下一页返回任务2 他励直流电动机的

125、拖动及其实现近代机械设备制造的趋势是力图简化机械结构，减少齿轮变速机构，从而要求拖动系统能具有较大的调速范围。不同生产机械要求的调速范围是不同的，例如车床20 D=120，龙门刨床lOD=40，机床的进给机构SD=200，轧钢机3D=120，造纸机3D=20等。电力拖动系统的调速范围，一般是机械调速和电气调速配合起来实现的。那么，系统的调速范围就应该是机械调速范围与电气调速范围的乘积。在这里，主要研究电气调速范围。在决定调速范围时，需要使用计算负载转矩下的最高和最低转速，但一般计算负载转矩大致等于额定转矩，所以可取额定转矩下的最高和最低速度的比值作为调速范围。上一页下一页返回任务2 他励直

126、流电动机的拖动及其实现 2.静差率(相对稳定性转速的相对稳定性是指负载变化时转速变化的程度。转速变化小，其相对稳定性好。转速的相对稳定性用静差率8%表示。当电动机在其一机械特性上运行时，由理想空载增加到额定负载，电动机的转速降n = n。一n、与理想空载转速n)之比，就称为转差率，用百分数表示为由上式可以看出，在n0相同时，斜率愈大，静差度愈大，调速的相对稳定性愈差;在斜率相同的条件下，n0愈低，静差度愈大，调速的相对稳定性愈差。显然，电动机的机械特性愈硬，则静差度愈小，相对稳定性就愈高。上一页下一页返回任务2 他励直流电动机的拖动及其实现静差度的概念和机械特性的硬度很相似，但又有不同

127、之处。两条互相平行的机械特性，硬度相同，但静差率不同。例如高转速时机械特性的静差度与低转速时机械特性的静差度相比较，在硬度相等的条件下，前者较小。同样硬度的特性，转速愈低，静差率愈大，愈难满足生产机械对静差率的要求。生产机械调速时，为保持一定的稳定程度，要求静差度小于某一允许值。不同的生产机械，其允许的静差度是不同的，例如普通车床可允许30%，有些设备上允许50%，而精度高的造纸机则要求0.1% 。上一页下一页返回任务2 他励直流电动机的拖动及其实现 3.调速的平滑性调速的平滑性是指在一定的调速范围内，相邻两级速度变化的程度，称为平滑系数，用表示，即值越接近1，则平滑性越好，当=1时，称

128、为无级调速，其转速可以连续调节。调速不连续时，级数有线，称为有级调速。 4.调速的经济性主要指调速设备的投资、运行效率及维修费用等。上一页下一页返回任务2 他励直流电动机的拖动及其实现二、调速方法由直流他励电动机的机械特性方程式可以看出，改变串入电枢回路的电阻Rk、外加电枢两端的电压1l及主磁通，都可以得到不同的人为机械特性，从而在负载不变时可以改变电动机的转速，以达到调速的目的。因此直流电动机有以下3种调速方法。上一页下一页返回任务2 他励直流电动机的拖动及其实现 1.电枢回路串接电阻调速由人为机械特性的特点可知，电枢回路串接电阻，不能改变理想空载转速n0，只能改变机械特性的硬度。所串

129、的附加电阻愈大，特性愈软，在一定负载转矩TL下，转速一也就愈低，如图1. 11. 1所示。这种调速方法，其调节区间只能是电动机的额定转速向下调节。其机械特性的硬度随外串电阻的增加而减小;当负载较小时，低速时的机械特性很软，负载的微小变化将引起转速的较大波动。在额定负载时，其调速范围一般是2: 1左右。然而当为轻负载时，调速范围很小，在极端情况下，即理想空载时，则失去调速性能。这种调速方法是属于恒转矩调速性质，因为在调速范围内，其长时间输出额定转矩不变。上一页下一页返回任务2 他励直流电动机的拖动及其实现采用改变直流电动机电枢电路外串电阻的调速方法时，因为励磁电流不变，允许的电动机连续长期

130、工作电枢电流不变，所以输出转矩也不变，其连续长期允许的最大电磁转矩和转速的关系如图1. 11. 1所示。在图中，每条特性上的A,B, C, D点的转矩，是连续长期工作时依发热条件允许的最大电磁转矩。这个转矩其实就是电动机铭牌上的额定电磁转矩TN，采用这种调速方法，在调速时额定电磁转矩不变，是恒定的，故称为恒转矩调速。应当注意，在图1. 11. 1中，如果电动机连续长期工作在大于TN的转矩下，依照发热条件其温升将超过允许值，所以在大于TN转矩下连续长期工作是不允许的。上一页下一页返回任务2 他励直流电动机的拖动及其实现又如采用改变电动机电枢两端的电压调速方法时，其允许的电枢电流和磁通也都未

131、改变，因而允许的连续长期输出转矩一也是不变的。所以这类调速方法一也是属于恒转矩调速，如图1. 11. 2所示。电枢回路串电阻调速的优点是设备简单，操作方便。但其缺点存在以下几点。 (1)由于电阻只能分段调节，所以调速的平滑性差。由于调速是有级的，调速的平滑性很差。虽然理论上可以细分很多为级数，甚至做到“无级”，但由于电枢电路电流较大，实际上能够引出的抽头要受到接触器和继电器数量限制，不能过多。如果过多时，装置复杂，不仅初投资过大，维护一也不方便。一般只用少数的调速级数。上一页下一页返回任务2 他励直流电动机的拖动及其实现 (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。 (

132、3)轻载时调速范围小，额定负载时调速范围一般为D2。 (4)如果负载转矩保持不变，则调速前和调速后因磁通不变而使电动机的Tem和Ia,不变，输入功率(PI = UNIa)一也不变，但输出功率却随转速的下降而减小，减小的部分被串联的电阻消耗掉了，所以损耗较大，效率较低。而且转速越低，所串电阻越大，损耗越大，效率越低，所以这种调速方法是不太经济的。因此，电枢串电阻调速多用于对调速平滑性能要求不高，低速工作时间不长，电动机容量不大，采用其他调速方法又不值得的生产机械上，如起重机、电车等。上一页下一页返回任务2 他励直流电动机的拖动及其实现 2.降低电源电压调速由直流他励电动机的机械特性方程式可

133、以看出，升高电源电压U可以提高电动机的转速，降低电源电压U便可以减少电动机的转速。由于电动机正常工作时已是工作在额定状态下，所以改变电源电压通常都是向下调，即降低加在电动机电枢两端的电源电压，进行降压调速。由人为机械特性可知，当降低电枢电压时，理想空载转速降低，但其机械特性斜率不变，如图1.6.4所示。它的调速方向是从额定转速向下调的。这种调速方法是属于恒转矩调速，适于恒转矩负载的生产机械。上一页下一页返回任务2 他励直流电动机的拖动及其实现不过公用电源电压通常总是固定不变的，为了能改变电压来调速，必须使用独立可调的直流电源，目前用得最多的可调直流电源是晶闸管整流装置，如图1. 11. 3

134、所示。图中，调节触发器的控制电压，以改变触发器所发出的触发脉冲的相位，即改变了整流器的整流电压，从而改变了电动机的电枢电压，进而达到调速的目的。采用降低电枢电压调速方法的特点是调节的平滑性较高，因为改变整流器的整流电压是依靠改变触发器脉冲的相移，故能连续变化，一也就是端电压可以连续平滑调节，因此可以得到任何所需要的转速。另一特点是它的理想空载转速随外加电压的平滑调节而改变。由于转速降落不随速度变化而改变，故特性的硬度大，调速的范围一也相对大得多。上一页下一页返回任务2 他励直流电动机的拖动及其实现这种调速方法还有一个特点，就是可以靠调节电枢两端电压来启动电动机而不用另外添加启动设备，这就是

135、前节所说的靠改变电枢电压的启动方法。例如电枢静止，反电动势为零;当开始启动时，加给电动机的电压应以不产生超过电动机最大允许电流为限。待电动机转动以后，随着转速升高，其反电动势一也升高，再让外加电压一也随之升高。这样如果能够控制得好，可以保持启动过程电枢电流为最大允许值，并几乎不变和变化极小，从而获得恒加速启动过程。这种调速方法的主要缺点是由于需要独立可调的直流电源，因而使用设备较只有直流电动机的调速方法来说要复杂，初投资一也相对大些。但由于这种调速方法的调速平滑，特性硬度大、调速范围宽等特点，就使这种调速方法具备良好的应用基础，在冶金、机床、矿井提升以及造纸机等方面得到广泛应用。上一页下一页

136、返回任务2 他励直流电动机的拖动及其实现 3.改变电动机主磁通的调速方法改变主磁通的调速方法，一般是指向额定磁通以下改变。因为电动机正常工作时，磁路已经接近饱和，即使励磁电流增加很大，但主磁通也不能显著地再增加很多。所以一般所说的改变主磁通的调速方法，都是指往额定磁通以下的改变。而通常改变磁通的方法都是增加励磁电路电路，减小励磁电流，从而减小电动机的主磁通。由人为机械特性的特点可知，在电枢电压为额定电压UN及电枢回路不串接附加电阻(Ra -ra)的条件下，当减弱磁通时，其理想空载转速升高，而且斜率加大。在一般的情况下，即负载转矩不是过大的时候，减弱磁通使转速升高。它的调速方向是由额定转速向

137、上调。上一页下一页返回任务2 他励直流电动机的拖动及其实现普通的非调磁直流他励电动机，所能允许的减弱磁通提高转速的范围是有限的。专门作为调磁使用的电动机，调速范围可达34倍。限制电动机弱磁升速范围的原因有机械方面的，一也有电方面的。例如，机械强度的限制、整流条件的恶化、电枢反应等。普通非调磁电动机额定转速较高(1 500 r/min左右)，在弱磁升速就要受到机械强度的限制。同时在减弱磁通后，电枢反应增加，影响电动机的工作稳定性。可调磁电动机的设计是在允许最高转速的情况下，降低额定转速以增加调速范围。所以在同一功率和相同最高转速的条件下，调速范围愈大，额定转速愈低，因此额定转矩一也大，相应

138、的电动机尺寸就愈大，因此价格一也就愈高。上一页下一页返回任务2 他励直流电动机的拖动及其实现采用弱磁调速方法，当减弱励磁磁通时，虽然电动机的理想空载转速升高、特性的硬度相对差些，但其调速的平滑性好。因为励磁电路功率小，调节方便，容易实现多级平滑调节。其调速范围，普通直流电动机大约为1: 1. 5。如果要求调速范围增大时，则应用特殊结构的调电动机，它的机械强度和换向条件都有改进，适于高转速工作，一般调速范围可达1:2, 1:3或1:4。因为电动机发热所允许的电枢电流不变，所以电动机的转矩随磁通的减小而减小，故这种调速方法是恒功率调节，适于恒功率性质的负载。这种调速方法是改变励磁电流，所以损

139、耗功率极小，经济效果较高。又由于控制比较容易，可以平滑调速，因而在生产中可到了广泛应用。上一页下一页返回任务2 他励直流电动机的拖动及其实现弱磁调速的特点:机械特性的斜率变大，特性变软;转速的升高受到电机换向能力和机械强度的限制，因此升速范围不可能很大，一般D2为了扩大调速范围，常常把降压和弱磁两种调速方法结合起来。在额定转速以下采用降压调速，在额定转速以上采用弱磁调速。上一页下一页返回任务2 他励直流电动机的拖动及其实现任务实施一、实训内容(1)电动及回馈制动状态下的机械特性。(2)电动及反接制动状态下的机械特性。(3)能耗制动状态下的机械特性。二、实训设备1.实训设备(表1)上一页下

140、一页返回任务2 他励直流电动机的拖动及其实现 2.屏上挂件排列顺序 D51、D31、D42、D41、D31、D44。按图1接线，图中M用编号为DJ15的直流并励电动机(接成他励方式)，MG用编号为DJ23的校正直流测功机，直流电压表V1， V2的量程为1 000 V ,直流电流表A1, A3的量程为200 mA , A2 , A4的量程为5 A。 R1选用D44上的1 800加上180串联共1 980 阻值，R3选用D42上的900并联900 S2共450阻值，R:选用D42上的1 800 加上D41上的180共1 980阻值，Ra选用D42上的1 800 加上D41上的4个90串联共2 1

141、60。开关S1、 S2选用D51上的双刀双掷开关。上一页下一页返回任务2 他励直流电动机的拖动及其实现3.R2=0时电动及回馈制动状态下的机械特性(1)R1阻值置最小位置，R2、 R3及R4阻值置最大位置，转速表置正向1800r/min量程。开关S1、s2选用D51挂箱上的对应开关，并将S2合向1电源端，S2合向2短接端(见图1) 。 (2)开机时需检查控制屏下方左、右两边的“励磁电源”开关及“电枢电源”开关都须在断开的位置，然后按次序先开启控制屏上的“电源总开关”，再按下“启动”按钮，随后接通“励磁电源”开关，最后检查R2阻值确在最大位置时接通“电枢电源”开关，使他励直流电动机M启动运转。

142、调节“电枢电源”电压为220 V ;调节R2阻值至零位置，调节R3阻值，使电流表A3为100 mA 。上一页下一页返回任务2 他励直流电动机的拖动及其实现 (3)调节电动机M的磁场调节电阻R阻值和电机MG的负载电阻Ra阻值(先调节D42上1 800 S2阻值，调至最小后应用导线短接)，使电动机M的n =nN=-1 600 r/min, IN =If +Ia=1. 2 A。此时他励直流电动机的励磁电流If为额定励磁电流IfN。保持U=UN = 220 V , If =IfN，校正直流测功机的励磁电流为校正值100 mA 。增大R4阻值，直至空载(将开关S2拨至中间位置)，测取电动机M在额定负载

143、至空载范围的n、Ia，数据。共取89组数据记录于表2中。 (4)在确定S2处于中间位置的情况下，把R4调至零值位置(其中D42上1 800 阻值调至零值后用导线短接)，再减小R3阻值，使MG的空载电压与电枢电源电压值接近相等(在开关S2两端测)，并且极性相同，把开关S2合向1端。上一页下一页返回任务2 他励直流电动机的拖动及其实现 (5)保持电枢电源电压U=UN = 220 V , lf=IfN，调节R3阻值，使阻值增加，电动机转速升高，当A2表的电流值为0A时，此时电动机转速为理想空载转速(此时转速表量程应打向正向3 600 r/min挡)，继续增加R3阻值，使电动机进入第二象限回馈制动状

144、态运行直至转速约为1 900 r/min，测取M的n、 la。共取10组数据记录于表3中。) (6)停机(先关断“电枢电源”开关，再关断“励磁电源”开关，并将开关s2合向到2端)。上一页下一页返回任务2 他励直流电动机的拖动及其实现 4. R2 = 400时的电动运行及反接制动状态下的机械特性 (1)在确保断电条件下，用万用表将R2调定在400 。 (2)转速表n置正向1 800 r/min量程，S1合向1端，S2合向中间位置，把电机MG电枢的两个插头对调，R1调至最小值，R3调至最大。R4置最大值。(3)先接通“励磁电源”，再接通“电枢电源”，使电动机M启动运转，在S2两端测量测功机MG的

145、空载电压是否和“电枢电源”的电压极性相反，若极性相反，检查R4阻值确在最大位置时可把S2合向1端。上一页下一页返回任务2 他励直流电动机的拖动及其实现 (4)保持电动机的“电枢电源”电压UI = UN = 220 V , If = IfN不变，逐渐减小R4阻值(先减小D44上1 800阻值，调至零值后用导线短接)，使电机减速直至为零。把转速表的正、反开关打在反向位置，继续减小R4阻值，使电动机进入“反向”旋转，转速在反方向上逐渐上升，此时电动机工作于电势反接制动状态运行，直至电动机M的Ia=IaN，测取电动机在一、四象限的n、Ia。中共取12组数据记录于表4中。(5)停机(必须记住先关断“电

146、枢电源”而后关断“励磁电源”的次序，并随手将S2合向到2端)。上一页下一页返回任务2 他励直流电动机的拖动及其实现 5.能耗制动状态下的机械特性 (1)图1中，s1合向2短接端，R1置最大位置，R3置最小值位置，R2调定180阻值，s2合向1端。 (2)先接通“励磁电源”，再接通“电枢电源”，使校正直流测功机MG启动运转，调节“电枢电源”电压为220 V ,调节R1使电动机M的If=IfN，先减少R4阻值使电机M的能耗制动电流Ia = 0. 8IaN，然后逐次增加R4阻值，其间测取M的Ia、n共取89组数据记录于表5中。(3)把R2调定在90 阻值，重复上述实验操作步骤(2), (3)，测取

147、M的Ia、n共取57组数据记录于表6中。上一页下一页返回任务2 他励直流电动机的拖动及其实现三、实验报告根据实验数据，绘制他励直流电动机运行在第一、第二、第四象限的电动和制动状态及能耗制动状态下的机械特性n =f ( la)(用同一坐标纸绘出)。四、思考题 (1)回馈制动实验中，如何判别电动机运行在理想空载点? (2)直流电动机从第一象限运行到第二象限转子旋转方向不变，试问电磁转矩的方向是否一也不变?为什么? (3)直流电动机从第一象限运行到第四象限，其转向反了，而电磁转矩方向不变，为什么?作为负载的MG，从第一象限到第四象限其电磁转矩方向是否改变?为什么?返回上一页下一页任务3 并

148、励直流电动机的拖动及其实现任务实施一、实训内容1.工作特性和机械特性保持U=UN和U= IfN不变，测取n、T2 、n=f(Ia)、n=f(T2) 。2.调速特性1)改变电枢电压调速保持U=UN, If=IfN=常数，T2=常数，测取n=f(Ua)。2)改变励磁电流调速保持U= UN , T2=常数，测取n=f(If) 。3.观察能耗制动过程返回下一页任务3 并励直流电动机的拖动及其实现二、实训设备1.实训设备(表1) 2.屏上挂件排列顺序 D31、D42、D51、D31、D44。 3.并励电动机的工作特性和机械特性 (1)按图1接线。校正直流测功机MG按他励发电机连接，在此作为直流电动机M的

149、负载，用于测量电动机的转矩和输出功率。Rf1选用D44的900阻值，按分压法接线。Rf2选用D42的900串联900共1800 阻值。R1用D44的180阻值R2选用D42的900串联900再加900并联900共2 250 阻值。上一页下一页返回任务3 并励直流电动机的拖动及其实现 (2)将直流并励电动机M的磁场调节电阻Rf1调至最小值，电枢串联启动电阻R1调至最大值，接通控制屏下边右方的电枢电源开关使其启动，其旋转方向应符合转速表正向旋转的要求。 (3) M启动正常后，将其电枢串联电阻R1调至零，调节电枢电源的电压为220 V ,调节校正直流测功机的励磁电流If2为校正值(100mA，再调

150、节其负载电阻R2和电动机的磁场调节电阻Rf1，使电动机达到额定值:U=UN, I=IN,n =nN。此时M的励磁电流If.即为额定励磁电流IfN。 (4)保持U=UN, If=IfN，If2为校正值不变的条件下，逐次减小电动机负载。测取电动机电枢输入电流la，转速n和校正电机的负载电流IF(由校正曲线查出电动机输出对应转矩T2)，共取数据910组，记录于表2中。上一页下一页返回任务3 并励直流电动机的拖动及其实现 4.调速特性1)电枢绕组串电阻调速 (1)直流电动机M运行后，将电阻R1调至零，If2调至校正值，再调节负载电阻R2、电枢电压及磁场电阻Rf1，使M的U=UN, Ia=0.5IN,

151、 If=IfN，记下此时MG的IF值。(2)保持此时的IF值(即T2值)和If=IfN不变，逐次增加R1的阻值，降低电枢两端的电压Ua，使R1从零调至最大值，每次测取电动机的端电压Ua，转速n和电枢电流Ia。 (3)共取数据89组，记录于表3中。上一页下一页返回任务3 并励直流电动机的拖动及其实现 2)改变励磁电流的调速 (1)直流电动机运行后，将M的电枢串联电阻R1和磁场调节电阻Rf1调至零，将MG的磁场调节电阻If2调至校正值，再调节M的电枢电源调压旋钮和MG的负载，使电动机M的U= UN , Ia =0.5IN，记下此时的IF值。 (2)保持此时MG的IF值(T2值)和M的U =UN不

152、变，逐次增加磁场电阻阻值:直至n =1. 3nN，每次测取电动机的n , If和Ia。共取78组记录于表4中。上一页下一页返回任务3 并励直流电动机的拖动及其实现 5.能耗制动 (1)按图2接线，其中R1选用D44上90串90共180阻值，Rf1选用D44上的900串900共1 800 阻值，RL选用D42上900串900再加上900 并900共2 250阻值。(2)把M的电枢串联启动电阻R1调至最大，磁场调节电阻Rf调至最小位置。S1合向1端位置，然后合上控制屏下方右边的电枢电源开关，使电动机启动。(3)运转正常后，将开关S1合向中间位置，使电枢开路。由于电枢开路，电机处于自由停机，记录停

153、机时间。(4)将R1调回最大位置，重复启动电动机，待运转正常后，把S1合向RL端，记录停机时间。(5)选择RL不同的阻值，观察对停机时间的影响(注意调节R1及RL不宜太小的阻值，以免产生太大的电流，损坏电机)。上一页下一页返回任务3 并励直流电动机的拖动及其实现三、报告 (1)由表2计算出P2和n，并给出n , T2、n =f( la)及n =f( T2)的特性曲线。电动机输出功率:P1 = 0. 105 nT2式中输出转矩T2的单位为Nm(由If2及IF值从校正曲线T2 =f ( I F)查得)，转速n的单位为r/min电动机输入功率:P1=UI输入电流:电动机效率:由工作特性求出转速变

154、化率:上一页下一页返回任务3 并励直流电动机的拖动及其实现 (2)绘出并励电动机调速特性曲线n =f ( U a)和n=f( If)。分析在恒转矩负载时两种调速的电枢电流变化规律以及两种调速方法的优缺点。(3)能耗制动时间与制动电阻L的阻值有什么关系?为什么?该制动方法有什么缺点了。上一页下一页返回任务3 并励直流电动机的拖动及其实现四、思考题(1)并励电动机的速率特性n =f(Ia)为什么是略微下降?是否会出现上翘现象?为什么?上翘的速率特性对电动机运行有何影响?(2)当电动机的负载转矩和励磁电流不变时，减小电枢端电压，为什么会引起电动机转速降低?(3)当电动机的负载转矩和电枢端电压不变

155、时，减小励磁电流会引起转速的升高，为什么?(4)并励电动机在负载运行中，当磁场回路断线时是否一定会出现“飞车”为什么?返回上一页下一页任务3 并励直流电动机的拖动及其实现 1. 12 直流电动机的常见故障处理及其维护直流电动机有较好的控制特性，但在结构、价格、维护方面都不如交流电动机。然而由于交流电动机的调速控制问题一直没有很好的解决方案，而直流电动机具有调速性能好、启动容易、能够载重启动等优点，所以目前直流电动机的应用仍然很广泛，主要应用于冶金、机械、印刷、车床、电镀等行业。直流电动机结构较复杂，由于有换向装置，在运行中出现的故障一也较多，给维护、检修工作带来许多困难。直流电动机的检修项目

156、有哪些?直流电动机的检修周期与异步电动机相同。下面介绍其小修、中修和大修的项目内容。返回上一页下一页任务3 并励直流电动机的拖动及其实现 1.小修项目 (1)吹风清扫，清除电动机内部灰尘和绕组表面上的污垢。 (2)处理换向器的局部缺陷，如清理云母沟内脏物和炭粉，检查和处理升高片的松动和断裂故障，以及各部绑扎情况等。(3)清理刷架和集电环上刷粉，更换和检查电刷和弹簧，调整刷压，清理出线盒。(4)轴承进行清洗和加油。(5)检查和处理绕组表面的缺陷，如过热痕迹、损伤等。(6)紧固所有固定螺钉。上一页下一页返回任务3 并励直流电动机的拖动及其实现2.中修项目(1)包含小修全部项目。(2)清扫或清洗

157、线圈，并进行干燥和喷漆处理。(3)更换或修补局部线圈绝缘。(4)加固或改进各绑扎线。(5)解体电动机，处理松动的线圈、槽楔和绝缘垫片等。(6)清洗、换油和更换滚动轴承，刮研滑动轴承的新瓦面等。()更换全部电刷和刷架。(8)换向器局部修理，如车削、打磨和抛光等。(9)更换有缺陷的机械零部件。(10)做检查试验。上一页下一页返回任务3 并励直流电动机的拖动及其实现3.大修项目(1)包含中修全部项目。(2)电动机解体、清扫、清洗，并进行干燥处理。(3)更换全部线圈，并浸漆、干燥和安装好。(4)车削换向器或将换向器放在机身上进行刷镀处理。(5)更换全部电刷，改进和调整电刷装置。(6)重新铸瓦、刮瓦面

158、，然后安装和调整好。(7)车令子找动平衡。上一页下一页返回任务3 并励直流电动机的拖动及其实现(8)查找电动机故障并及时处理。其常见故障和处理方法:补焊断裂的转子支架;补偿绕组的槽绝缘、槽楔或导条窜出，需要重新打人，并用绝缘片塞紧，最后用环氧树脂胶密封;处理升高片断裂和开焊故障;处理换向器片间松动故障，一般是采用加热换向器后，扭紧拉紧螺栓;处理刷架和整个支架的松动位移;处理瓦座移动。(9)改造某些部件，如改造通风系统，改进升高片形式为束捆式等。(10)修理或制造换向器备件，并安装和调试好。上一页下一页返回任务3 并励直流电动机的拖动及其实现 (11)处理换向器表面烧伤故障和测试工作，一般有

159、以下项目:测电刷中性线;用大电流测片间电阻;测刷距、研磨电刷、调整刷座;测试换向极(补极)、主极与转子间的气隙;测试各种绕组的绝缘电阻;清理换向器表面，下刻云母;做1.3UN的超压试验。直流电动机最常见的故障是绝缘电阻低。其原因大都是绝缘表面沉落上刷粉、灰尘和油污，使表面绝缘电阻下降;另外是电动机长期停用受潮所致。真正由于绝缘老化而造成绝缘电阻低的机会较少。直流电动机转子绕组绝缘电阻低的机会比定子磁极绕组要多。这是因为电刷粉尘容易侵入换向器升高片根部和靠近换向器端的转子绕组绝缘缝隙内。上一页下一页返回任务3 并励直流电动机的拖动及其实现采用电压适用于电动机电压等级的兆欧表检测绝缘电阻，当

160、测出电动机绝缘电阻偏低时，应对电动机绕组绝缘表面清理，使其绝缘电阻上升。为此，首先要用干燥、清洁的压缩空气吹拂电动机绝缘表面。在吹拂时，要注意勿使粉尘进入换向器的3。锥面缝隙内，否则会造成换向器片间短路，扩大事故范围。另外要注意使被吹拂的粉尘在电动机内部不重新污染，所以要使被吹拂掉的灰尘经最短的路径排出电动机内膛。然后，再用干净的自布擦拭线圈表面、换向器表面以及刷架等绝缘表面。上一页返回图1.1.1 电力报动系统的构成返回图1.1.2 中流力一向与磁力线力一向的关系返回图1.1.3 全电流宗律返回图1. 1.4 磁路示意图返回图1. 1. 5 右平定则返回图1.1.6 左平定则返回图1 .1.

161、 7(a) 直流中动机工作原理示意图返回下一页图1 .1. 7(b) 直流中动机工作原理示意图返回上一页图1. 1. 8(a) 直流发电机工作原理示意图返回图1. 1. 8(b) 直流发电机工作原理示意图返回图1.1.9 直流电机装配结构图1一换向器一换向器;2-电刷装置电刷装置;3-机座机座;4一主磁极一主磁极;5一换一换向极向极; 6-端盖端盖;7一风扇一风扇;8-电枢绕组电枢绕组;9-电枢铁芯电枢铁芯返回图1.1.10 直流电机纵向剖视图1一换向器一换向器;2-电刷装置电刷装置;3-机座机座;4一主磁极一主磁极;5一换一换向极向极; 6-端盖端盖;7一风扇一风扇;8-电枢绕组电枢绕组;9

162、-电枢铁芯电枢铁芯返回图1. 1. 11 主磁极的结构1一主磁极一主磁极;2-励磁绕组励磁绕组;3一机座一机座返回图1.1.12 换向极1换向极铁芯；换向极铁芯；2换向极绕组换向极绕组返回图1.1.13 电刷装置1一刷握一刷握;2一电刷一电刷;3-压紧弹簧压紧弹簧;4-刷辫刷辫返回图1. 1. 14(a) 转子结构图(a)冲片的形状冲片的形状返回图1. 1. 14(b) 转子结构图(b)转子的结构图转子的结构图1一转轴一转轴;2一风扇一风扇;3-电枢绕组电枢绕组;4-镀锌钢丝镀锌钢丝 ; 5-电枢绕组电枢绕组;6一换向器一换向器;7-电枢铁芯电枢铁芯返回图1.1.15 电枢槽的结构1-槽楔槽楔

163、;2一线圈绝缘一线圈绝缘;3一巾枢份体一巾枢份体;4-层间绝缘层间绝缘;5一槽绝缘一槽绝缘;6-槽底绝缘槽底绝缘返回图1.1.16 换向器结构1一换向片一换向片;2-连接部分连接部分返回图1 .2.1 电枢绕组节距示意图(a)单叠绕组单叠绕组;(b)单波绕组单波绕组返回图1.2.2 单叠绕组展开图 (z=s=h=16， 2n=4)返回图1.2.3单叠绕组并联支路图返回图1.2.4 单波绕组展开图 (z=s=k=15，2D=4)返回图1.2.5 单波绕组并联支路图返回图1. 3.1 直流电机空载磁场分布图返回图1.3.2(a) 空载气隙磁捅密度分布曲线(a)磁极极靴宽度磁极极靴宽度;返回图1.3

164、.2(b) 空载气隙磁捅密度分布曲线(b) 空载气隙磁捅密度分布空载气隙磁捅密度分布;返回图1.3.2(c) 空载气隙磁捅密度分布曲线(c) 主磁通与漏磁通主磁通与漏磁通返回图1.3.3 直流电机铁芯空载磁化曲线返回图1.3.4 电刷在几何中性线处的中枢磁场返回图1.3.5 绕组元件的磁通势返回图1.3.6 直流电机中枢反应磁密分布返回图1.3.7负载时的气隙合成磁场返回图1.5. 1(a) 直流电动机的励磁方式(a)他励电动机他励电动机;返回下一页图1.5. 1(b) 直流电动机的励磁方式(b)并励电动机并励电动机返回上一页下一页图1.5. 1(c) 直流电动机的励磁方式(c)串励电动机串

165、励电动机返回上一页下一页图1.5. 1(d) 直流电动机的励磁方式(d)复励电动机复励电动机返回上一页图1.5.2(a) 直流发电机的励磁方式返回下一页图1.5.2(b) 直流发电机的励磁方式返回上一页下一页图1.5.2(c) 直流发电机的励磁方式返回上一页下一页图1.5.2(d) 直流发电机的励磁方式返回上一页图1.5.3 直流发电机惯例返回图1.5.4 直流电动机惯例返回图1. 6. 1 他励直流电动机中路原理图返回图1.6.2 他励直流电动机的机械特性返回图1.6.3 直流他励电动机的固有机械特性及电枢串枢电阻时的人为机械特性1固有机械特性固有机械特性;2, 3一电枢串联电一电枢串

166、联电阻为阻为Rk1.及及Rk2时的人为机械特性时的人为机械特性返回图1.6.4 直流他励电动机改变电源电压时的人为机械特性1U=UN时时;2 , 3U = U1及及U2 时时返回图1. 6.5 减弱磁通的人为机械特性曲线1-=N时时;2、3-=1.及及2时时返回表1 实训设备返回图1 测电枢绕组直流电阳接线图返回表2返回图2 直流他励电动机接线图返回图1. 9. 1他励直流电动机三级电阳启动原理图返回图1.9.2他励直流电动机三级电阻启动机械特性图返回图1 .10.1（a）直流他励电动机能耗制动示意图(a)正向电动状态正向电动状态;返回下一页图1 .10.1（b）直流他励电动机能耗制动示意图(

167、b)能耗制动状杰能耗制动状杰;(c)机械特征机械特征返回上一页下一页图1 .10.1（c）直流他励电动机能耗制动示意图(c)机械特征机械特征返回上一页图1. 10. 2（a）直流他励电动机转速反向的反接制动示意图(a)正向电动状杰正向电动状杰; 返回下一页图1. 10. 2（b）直流他励电动机转速反向的反接制动示意图(b)转速反向的反接制动状杰转速反向的反接制动状杰返回上一页下一页图1. 10. 2（c）直流他励电动机转速反向的反接制动示意图(c)机械特州机械特州返回上一页图1. 10. 3（a）他励直流电动机电压反接的反接制动示意图(a)正向电动状杰正向电动状杰;返回下一页图1.

168、 10. 3（b）他励直流电动机电压反接的反接制动示意图(b)电压反接的反接制电压反接的反接制l动状杰动状杰;返回上一页下一页图1. 10. 3（c）他励直流电动机电压反接的反接制动示意图(c)机械特州机械特州返回上一页图1. 10.4 （a）直流他励电动机回馈制动示意图(a)正向电动状态正向电动状态;返回下一页图1. 10.4 （b）直流他励电动机回馈制动示意图(b)回馈制动状杰回馈制动状杰;返回上一页下一页图1. 10.4 （c）直流他励电动机回馈制动示意图(c)机械特性机械特性返回上一页图1. 10.5（a）直流他励电动机回馈制动示意图(a)反向电动状态反向电动状态;返回

169、下一页图1. 10.5（b）直流他励电动机回馈制动示意图(b)回馈制动状态回馈制动状态;返回上一页下一页图1. 10.5（c）直流他励电动机回馈制动示意图(c)机械特性机械特性返回上一页图1. 10. 6 直流他励电动机降速过程的回馈制动特性返回图1 .11 .1 电枢串电阻恒转矩调速返回图1. 11. 2 改变电源电压恒转矩调速返回图1. 11. 3晶闸管整流装置供电的直流调速系统返回表1 实训设备返回图1 他励直流电动机机械特性测定的实验接线图返回表2返回表3返回表4返回表5返回表6返回表1 实训设备返回图1 直流并励电动机接线图返回表2返回表3返回表4返回图2 并励电动机能耗制动

170、接线图返回学习情境2 变压器的运行与维护任务1 单相变压器的认识与分析任务2 三相变压器的分析及其应用下一页返回任务1 单相变压器的认识与分析2. 1 变压器的应用、变压器的分类及变压器的额定值变压器是电力系统中的重要电气设备，它是电力输配电系统的核心装置，同时一也是电气控制系统中不可缺少的元器件。变压器是一种静止的电机，它利用电磁感应原理将一种电压、电流的交流电能转换成同频率的另一种电压、电流的电能。换句话说，变压器就是实现电能在不同等级之间进行转换。下一页返回任务1 单相变压器的认识与分析2.1.1变压器的应用与分类作为电能传输或信号传输的装置，变压器在电力系统和自动化控制系统中得到了

171、广泛的应用，在国民经济的其他部门，作为特种电源或满足特殊的需要，变压器一也发挥着重要的作用。它的种类很多，容量小的只有几伏安，大的可达到数十万千伏安;电压低的只有几伏，高的可达几十万伏。变压器的种类很多，可按其用途、结构、相数、冷却方式等不同来进行分类。 (1)按用途分类，可分为电力变压器(主要用在输配电系统中，又分为升压变压器、降压变压器、联络变压器和厂用变压器)、仪用互感器(电压互感器和电流互感器)、特种变压器(如调压变压器、试验变压器、电炉变压器、整流变压器、申焊变压器等)上一页下一页返回任务1 单相变压器的认识与分析(2)按绕组数目分类，可分为双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器

172、和自藕变压器。(3)按铁芯结构分类，有芯式变压器和壳式变压器。(4)按相数分类，有单相变压器、三相变压器和多相变压器。(5)按冷却介质和冷却方式分类，可分为油浸式变压器(包括油浸自冷式、油浸风冷式、油浸强迫油循环式)、干式变压器、充气式变压器。(6)电力变压器按容量大小通常分为小型变压器(容量为10 630 kVA) ,中型变压器(容量为8006 300 kVA )、大型变压器(容量为8 00063 000 kVA)和特大型变压器(容量在90 000 kVA及以上)。不管如何进行分类，其工作原理及性能都是一样的。上一页下一页返回任务1 单相变压器的认识与分析2.1.2变压器的额定值(铭牌数据

173、) 按照国家标准规定，标注在铭牌上的，代表变压器在规定使用环境和运行条件下的主要技术数据，称为变压器的额定值(或称为铭牌数据)，主要有以下几个。 (1)额定容量:是指变压器在正常运行时的视在功率，通常以s、来表示，单位为伏安(vA)或千伏安(kvA)。对于一般的变压器，原、副边的额定容量都设计成相等。 (2)额定电压:在正常运行时，规定加在原边绕组上的电压，称为原边的额定电压，以UN来表示;当副边绕组开路(即空载)，原边绕组加额定电压时，副边绕组的测量电压，即为副边额定电压，以Uz、来表示。在三相变压器中，额定电压系指线电压，单位为伏(V)或千伏(kV)。上一页下一页返回任务1 单相变压器的

174、认识与分析(3)额定电流:是指根据额定容量和额定电压计算出来的电流值。原、副边的额定电流分别用、来表示，单位为安(A)。 (4)额定频率:我国以及大多数国家都规定介 = 50 Hz o额定容量、额定电压和额定电流之间的关系为单相变压器:三相变压器:此外，变压器的铭牌上还一般会标注效率、温升、绝缘等级等。返回上一页下一页任务1 单相变压器的认识与分析2. 2 单相变压器基木结构及工作原理2. 2. 1变压器的工作原理下面以单相双绕组变压器为例分析其工作原理。在一个闭合的铁芯上缠绕两个绕组，其匝数既可以相同，一也可以不同，但一般是不同的。如图2. 2. 1所示，两个绕组之间只有磁的藕合，而

175、没有电的联系。返回上一页下一页任务1 单相变压器的认识与分析与电源相连的绕组，接受交流电能，通常称为原边绕组(初级绕组、原边绕组)，以A, X标注其出线端;与负载相连的绕组，送出交流电能，通常称为副边绕组(次级绕组、副边绕组)，以a, x标注其出线端。与原边绕组相关的物理量均以下角标“1”来表示，与副边绕组相关的物理量均以下标“2”来表示。例如原边的匝数、电压、电动势、电流分别以、、、来表示;副边的匝数、电压、电动势、电流分别以、u2 , e2 , i2来表示。对一台降压变压器而言，原边绕组即为高压绕组，副边绕组则是低压绕组;与此相反，升压变压器的高压绕组指的是副边绕组。上一页

176、下一页返回任务1 单相变压器的认识与分析当原边绕组接通电源，便会在铁芯中产生与电源电压同频率的交变磁通。忽略漏磁，该磁通便同时与原、副边绕组相交链，藕合系数 = 1，这样的变压器称为理想变压器。根据电磁感应定律，在原、副边绕组便会感应出电动势，分别为于是可得电动势比上一页下一页返回任务1 单相变压器的认识与分析若磁通、电动势均按正弦规律变化，k称为变压器的变比，也称为匝比，通常用有效值之间的比值来表示，即当副边绕组开路(即空载)时，如忽略绕组压降(仅占的0. 01%不到)则有不计铁芯中由磁通交变所引起的损耗，根据能量守恒原理，可得由此可以看出上式表明，理想变压器的原、副边绕组的视在

177、功率相等，变压器的视在功率称为变压器的容量。上一页下一页返回任务1 单相变压器的认识与分析2. 2. 2变压器的结构变压器的主要结构部件有:铁芯和绕组两个基本部分组成的器身，以及放置器身且盛满变压器油的油箱。此外，还有一些为确保变压器运行安全的辅助器件)图2. 2. 2为一台油浸式电力变压器外形图。上一页下一页返回任务1 单相变压器的认识与分析1.铁芯铁芯是构成变压器磁路的主要部分。为了减小交变磁通在铁芯中引起的损耗，铁芯通常用厚度为0. 3一0.5 mm、表面具有绝缘膜的硅钢片叠装而成，分为铁芯柱和铁扼两部分。图2.2.3 (a), (b)所示的变压器，从外面看，线圈包围铁芯柱，称

178、为芯式结构;图2. 2. 4所示的变压器，从外面看，铁芯柱包围线圈，则称为壳式结构。小容量变压器多采用壳式结构。交变磁通在铁芯中引起涡流损耗和磁滞损耗，为使铁芯的温度不致太高，在大容量的变压器的铁芯中往往设置油道，而铁芯则浸在变压器油中，当油从油道中流过时，可将铁芯中产生的热量带走。上一页下一页返回任务1 单相变压器的认识与分析 2.绕组绕组是构成变压器电路的主要部分。原、副边绕组一般用铜或铝的绝缘导线缠绕在铁芯柱上。高压绕组电压高，绝缘要求高，如果高压绕组在内，离变压器铁芯近，则应加强绝缘，提高了变压器的成本造价。因此，为了绝缘方便，低压绕组紧靠着铁芯，高压绕组则套装在低压绕组的外面。两个

179、绕组之间留有油道，既可以起绝缘作用，又可以使油把热量带走。在单相变压器中，高、低压绕组均分为两部分，分别缠绕在两个铁芯柱上，两部分既可以串联又可以并联。三相变压器属于同一相的高、低压绕组全部缠绕在同一铁芯柱上。只有绕组和铁芯的变压器称为干式变压器。大容量变压器的器身放在盛有绝缘油的油箱中，这样的变压器称为油浸式变压器。上一页下一页返回任务1 单相变压器的认识与分析 3.油箱和冷却装置油浸变压器的器身浸在充满变压器的邮箱里。变压器油既是绝缘介质，又是冷却介质，它通过受热后的对流，将铁芯和绕组的热量带到箱壁及冷却装置，再散发到周围空气中。油箱的结构与变压器的容量、发热情况密切相关。变压器的容

180、量越大，发热问题就越严重。在小容量变压器中采用平板式油箱;容量稍大的变压器采用排管式油箱，在油箱侧壁上焊接许多冷却用的管子，以增大油箱散热面积。当装设排管不能满足散热需要时，则先将排管做成散热器，再把散热器按照在油箱上，这种油箱称为散热器油箱。此外，大型变压器还采用强迫油循环冷却等方式，以增强冷却效果。强迫油循环的冷却装置称为冷却器，不强迫油循环的冷却装置称为散热器。上一页下一页返回任务1 单相变压器的认识与分析 4.绝缘套管变压器套管是将绕组的高、低压引线引到箱外的绝缘装置，它是引线对地(外壳)的绝缘，又担负着固定引线的作用。套管大多装于箱盖上，中间穿有导电杆，套管下端伸进油箱与绕组引线

181、相连，套管上部露出箱外，与外电路连接。低压引线一般用纯瓷套管，高压引线一般用充油式或电容式套管。 5.保护装置 1)储油柜储油柜是一种油保护装置，水平地安装在变压器油箱盖上，用弯曲连管与油箱连通，柜内油面高度随变压器油的热胀冷缩而变动。储油柜的作用是保证变压器油箱内充满油，减少油和空气的接触面积，从而降低变压器油受潮和老化的速度。上一页下一页返回任务1 单相变压器的认识与分析 2)吸湿器通过吸湿器可使大气与储油柜连通。当变压器油因热胀冷缩而使油面高度发生变化时，气体将通过吸湿器进出。吸湿器内装有硅胶或活性氧化铝，用以吸收进入储油柜中空气的水分。 3)安全气道安全气道装于油箱顶部，如图2

182、. 2. 2所示。它是一个长钢圆筒，上端口装有一定厚度的玻璃板或酚醛纸板，下端口与油箱连通。它的作用是当变压器内部因发生故障引起压力骤增时，让油气流冲破玻璃或酚醛纸板，以免造成箱壁爆裂。4)净油器净油器是利用油的自然循环，使油通过吸附剂进行过滤，以改善运行中变压器油的性能上一页下一页返回任务1 单相变压器的认识与分析 5)气体继电器气体继电器装在储油柜和油箱的连通管中间，如图2. 2. 2所示。当变压器内部发生故障(如绝缘击穿、匝间短路、铁芯事故等)产生气体或油箱漏油使油面降低时，气体继电器动作，发出信号以便运行人员及时处理，若事故严重，可使断路器自动跳闸，对变压器起保护作用。此外，变压

183、器还有调压分解开关盒测温及温度监控装置等。上一页下一页返回任务1 单相变压器的认识与分析近年来，为了使变压器的运行更加安全、可靠，维护更加简单，油浸式变压器采用了密封式结构，使变压器油和周围空气完全隔绝，日前主要密封形式有空气密封型、充氮密封型和全充油密封型。全充油密封型变压器与普通油浸式变压器相比，取消了储油柜，当绝缘油体积发生变化时，由波纹油箱壁或膨胀式散热器的弹性形变作补偿，解决了变压器油的膨胀问题。由于全密封变压器的内部的内部与大气隔绝，防止和减缓油的劣化和绝缘受潮，增强了运行可靠性，可做到正常运行免维护。另外，变压器中装有压力释放阀，当变压器内部发生故障，油被气化，油箱内压力增大

184、到一定值时，压力释放阀迅速开启，将油箱内压力释放，防止变压器油箱爆裂，进而起到保护变压器的作用。返回上一页下一页任务1 单相变压器的认识与分析变压器的原边绕组接在电网上，副边绕组开路时的运行状态，称为空载运行。此时，，变压器内部的物理过程比较简单，先从变压器这样一个最简单的情况来研究其电磁过程。2. 3. 1空载运行时的物理状况变压器的各电磁量都是交流量，为分析和计算方便，必须规定出其正方向。图2. 3. 1所示变压器各量的正方向是遵循惯例，按下面所述的相应中磁规律来规定的返回上一页下一页任务1 单相变压器的认识与分析 (1) , ; 的正方向规定由首端指向末端; 的正方向规定从末端

185、指向首端。 (2) 、 :其正方向与产生它们的电流符合右手螺旋定则。因此，判定磁通的正方向时必须注意绕组的绕向。 (3) 、和e2 、 :正方向与产生它们的磁通符合右手螺旋定则，即符合定磁感应定律(4) 、 :正方向与相应的电势方向一致。上一页下一页返回任务1 单相变压器的认识与分析变压器空载时各量的正方向规定与上述类似，如图2.3.2所示。变压器在空载运行时，原边绕组接人电压为的电网后，便会有空载电流i。流过，进而产生空载交变磁势，建立空载磁场。磁场由两部分磁通组成:因为铁芯磁导率比油或空气的磁导率大得多，绝大部分磁通存在于铁芯中，这部分磁通同时与原边、副边绕组相交链，称为主磁

186、通 ;少量的磁通只与原边绕组相交链，称为原边侧漏磁通。由于主磁通同时与原边、副边绕组相交链，因此从原边侧到副边侧的能量传递主要是依靠主磁通的媒介而实现的。上一页下一页返回任务1 单相变压器的认识与分析选择图2. 3. 2所示的正方向，根据基尔霍夫第二定律(KVL)及电磁感应定律，可得如果各物理量均按正弦规律变化，便可用如下的相量形式来表示上一页下一页返回任务1 单相变压器的认识与分析 1.感应电动势首先研究主磁通所产生的感应电动势。由于漏磁通远小于主磁通，故，空载时的原边绕组压降一也很小。忽略这两者(它们之和只有的0. 2%左右)的影响时，可认为。可见当是正弦波时，和，也

187、按正弦规律变化。设则的有效值分别为上一页下一页返回任务1 单相变压器的认识与分析相应的相量表达式为由上式可以看出，和在相位上都滞后于产生它们的磁通。还可以得到 k称为变压器的变比。可见只要选择适当的原边、副边绕组匝数，就可以产生所需要的电压，考虑到，有上一页下一页返回任务1 单相变压器的认识与分析其次研究漏磁通所产生的感应电动势。变压器在空载运行时，存在少量的与原边绕组相交链的漏磁链，它也是随时间交变的，因而也会在原边绕组中感应产生漏电动势。下面对其进行分析。原边绕组的漏磁链:式中原边绕组的漏电感。上一页下一页返回任务1 单相变压器的认识与分析由于漏磁通的路径大

188、部分在磁导率比较小的空气或油中，它一般不会饱和，可以认为漏磁通与空载电流i。成正比，所以是一常数。于是可得漏磁通产生的感应电动势为当按正弦规律变化时式中原边绕组的漏电抗。上一页下一页返回任务1 单相变压器的认识与分析 2.空载电流变压器的空载电流i。一方面建立磁场，另一方面要补偿空载运行时变压器的损耗。前者仅起磁化作用，称为励磁电流或磁化电流，是i。中的无功分量，以表示;后者是有功分量，以表示。因此，。一般来说，为简化起见，常忽略，将看成励磁电流，即。由于变压器的铁芯材料是铁磁物质，有磁饱和现象存在，其饱和程度对的大小、波形都有一定的影响。上一页下一页返回任务1

189、单相变压器的认识与分析 (1)当铁芯未饱和时，磁通与励磁电流之间按线性关系变化，如图2. 3. 3所示。在这种情况下，如果磁通随时间正弦变化，则励磁电流也是正弦波。并且它们在时间上同相位。 (2)当铁芯饱和时，铁磁材料的磁化曲线便是一条成饱和特性的曲线，励磁电流和磁通之间便失去了线性关系。当磁通为正弦波时，励磁电流则是一个尖顶波，如图2.3.4 (a)所示，采用谐波分析方法，可将分解成基波和一系列高次谐波。由于励磁电流关于横轴对称，故只存在奇次谐波: 在工程上，通常用一个等效的正弦波代替尖顶波，该等效正弦波的幅值为且等效的正弦波与基波具有相同的频率和相位。上一页下一页返回任务1 单相变

190、压器的认识与分析2. 3. 2 空载运行时的电动势平衡方程式、相量图以及等效电路 1.电动势平衡方程式为简单起见，上面的分析有时是在忽略漏磁通和原边绕组电阻的情况下进行的。然而，它们都是客观存在的，考虑到其影响，有相应的瞬时值表达式为式中 -原边侧的漏阻抗。上一页下一页返回任务1 单相变压器的认识与分析 2.相量图及等效电路根据变压器空载运行时的实际物理情况，可以把原边绕组等效为一个电阻、一个空心线圈和一个实心线圈串联组成，如图2. 3. 5所示。电阻即为绕组内阻，空心线圈所产生的磁通为原边绕组的漏磁通，实心线圈产生的磁通为铁芯中的主磁通。这样就可以把实际的原边绕组与3个理想元件相等效，

191、便于作进一步分析。空载电流流过实心线圈时，便会产生主磁通该磁通在同时与原边、副边绕组相交链的同时，也会在铁芯中产生磁滞损耗和涡流损耗。所以，I。由产生磁通的无功分量，和用以补偿铁芯损耗的有功分量共同组成，即上一页下一页返回任务1 单相变压器的认识与分析为了弄清这三者之间的相位关系，可进一步把实心线圈等效为一个电阻与一个线圈相并联的形式。其中，流过电阻，所消耗的功率与铁芯的损耗相等效，流过，则产生主磁通。如图2. 3. 6所示。这样等效完全不改变变压器空载运行时的实际情况。由此便可得出这3个电流量之间的相位关系如图2. 3. 7所示。上一页下一页返回任务1 单相变压器的认

192、识与分析从图2.3.7可以看出，I。在相位上超前，一个角，这是由于磁通流过铁芯时产生铁耗引起的。故可以把这一角度称为铁耗角。把言，和，并联支路经过串并联等效变换，便可等效为一个R川的电阻和X 、的电感相串联的形式，考虑到于是有通过以上的分析，便可以得到变压器在空载运行时的等效电路如图2. 3. 8所示变压器空载运行时的相量图如图2. 3. 9所示在绘制相量图时，可以选择为参考相量，、在相位上滞后，超前一个铁耗角，可进一步得到返回上一页下一页任务1 单相变压器的认识与分析2. 4单相变压器的负载运行原边绕组接通额定电压，副边绕组接上负载时，称为变压器的负载运行。其工

193、作原理图如图2. 4. 1所示。2. 4. 1负载运行时的物理状况副边接上了负载后，在感应电动势的作用下，副边绕组便会有电流产生，进而产生磁动势该磁动势也作用在主磁路上，企图改变空载运行时所建立起来的主磁通。正是由于的出现，变压器负载运行时内部的物理情况与空载运行时有所不同。但是，一般变压器是很小的，即便是在额定运行时，也只占到的2%6%，故仍可忽略。所以有返回上一页下一页任务1 单相变压器的认识与分析所以只要原边绕组所加电压不变，就可以认为变压器由空载到负载时保持不变，这在工程上是完全允许的。由可知，基本保持不变，这就是变压器恒磁通原理。即无论变压器工作在空

194、载状态还是负载状态，其主磁通近似保持不变。正是由于这一原理，负载与空载时，产生主磁通的总磁动势应该相同。即上式表明变压器从空载到负载，副边绕组中便会有电流产生，与此同时，原边绕组中必定产生一个电流增量来抵消对主磁通的影响，以保持恒磁通关系，这样才能把电能从原边绕组传递到副边绕组。上一页下一页返回任务1 单相变压器的认识与分析2. 4. 2负载运行时的基本方程式1.磁动势平衡方程式由前面的讨论可知，变压器在负载运行时的磁动势平衡方程式为对其进行整理就可得出电流关系式上式表明负载运行时，原边绕组中的电流可以看成是由两部分组成，一部分为产生主磁通的励磁分量 ,一部分为抵消副边绕组磁动势作用的

195、负载分量上一页下一页返回任务1 单相变压器的认识与分析 2.电动势平衡方程式变压器在负载运行时，除了原边、副边绕组共同产生主磁通，外，还会分别产生只与自身绕组相交链的、少量漏磁通、，它们又分别会在原边、副边绕组中感应产生漏电动势、 ;另外，绕组本身一也会存在电阻压降。于是在各量所选参考方向如图2. 14所示的情况下，根据基尔霍夫第二定律(KVL)，可得原边、副边绕组电动势平衡方程式为上一页下一页返回任务1 单相变压器的认识与分析2. 4. 3 绕组折算、等效电路及相量图利用变压器负载运行时的磁动势、电动势平衡方程式以及原、副边之间的电压比关系，可以计算出变压器在稳态运行时的各

196、个电磁量。但是对于既有电路又有磁路的变压器而言，用方程组计算十分烦琐，为此我们希望有一个能正确反映变压器内部电磁关系的单纯电路来代替实际的变压器，用电路的理论对其进行分析和计算，这种电路称为等效电路。可以采用绕组归算的方法来得到变压器的等效电路。上一页下一页返回任务1 单相变压器的认识与分析即可以把原边绕组归算到副边绕组，一也可以把副边绕组折算到原边绕组。下面就以副边绕组折算为例来说明其步骤。所谓的副边绕组折算，就是用一个与原边绕组具有相同匝数的绕组，去代替实际的、匝数为的副边绕组。折算的日的，仅仅是为了简化分析和计算，折算前后的变压器应该具有相同的电磁过程、能量传递关系。副边绕组是通

197、过其电流所产生的磁动势去影响原边绕组的，因此，折算前后的副边绕组磁动势应该保持不变。这样将有相同的电流和功率从原边绕组进入变压器，并有同样的功率传递到副边绕组，最后输送给负载。如果设定折算后的各量用原来的符号加“”表示，则折算规律如下。上一页下一页返回任务1 单相变压器的认识与分析1.电流折算根据折算前后的磁动势保持不变，有考虑到，有2.电压折算根据折算前后的副边绕组从原边绕组得到的视在功率不变，有即上一页下一页返回任务1 单相变压器的认识与分析3.阻抗折算根据折算前后副边绕组的铜耗和无功功率保持不变的原则，有即根据以上的折算规律，变压器的基本方程式可归纳为上一页下一页返回任务1 单

198、相变压器的认识与分析图2. 4. 2所示的等效电路为变压器在负载运行时的“T”形等效电路。当变压器在额定点附近运行时，励磁支路上的电流，远小于原边电流，励磁支路便可以提到原边支路的前面，这种电路称为变压器的“t”形等效电路，如图2. 4. 3所示。在此基础上，可进一步简化为近似等效电路，如图2. 4. 4所示。上一页下一页返回任务1 单相变压器的认识与分析选择为参考相量，根据基本方程式可以画出变压器负载运行时的相量图，假定所带负载为感性负载。滞后一个角度，再画出，主磁通超前感应电动势，励磁电流超前一个铁耗角，再根据公式即可得到原边电流，最后由公式求得电压。相量

199、图如图2. 4. 5所示。返回上一页下一页任务1 单相变压器的认识与分析2. 5变压器的参数测定在对变压器进行分析和计算时，所用到的参数可以通过空载试验和短路试验来求取。2. 5. 1 空载试验通过空载试验可以测定:变比 K；空载损耗D0 ;励磁数Rm 、xM。理论上空载试验既可以在高压侧进行，一也可以在低压侧进行，但为了安全起见，一般是在低压侧进行。单相变压器空载试验接线图如图2. 5. 1所示。假定试验对象为一台升压变压器，则原边绕组为低压侧。在原边绕组施加额定电压UIN，分别测取I0, D0, U20。返回上一页下一页任务1 单相变压器的认识与分析空载运行时，I。比较小，所以绕

200、组铜耗也比较小，但所施加的电压为额定电压，根据UIN E1 = 4. 4fN1m可知，主磁通m为额定值，而铁耗的大小取决于磁场的强弱，故空载时所测功率D0可认为近似等于铁芯中的铁耗DFe即r1Rm。又因为主磁通远大于漏磁通，有x1 xm，其等效电路如图2.5.2所示。空载时所测阻抗可近似等效为励磁阻抗，即上一页下一页返回任务1 单相变压器的认识与分析对三相变压器而言，公式中的各量都要采用相值，即一相的损耗、相电压和相电流。所测励磁阻抗是否需要归算，视要求而定。例如一台降压变压器，副边绕组属于低压侧，试验在副边绕组进行，测的参数便属于副边绕组参数，如要求得到归算到原边绕组的参数，便须在计算值

201、的基础上乘以变比的平方。需要指出的是，励磁阻抗Z m，与铁芯的饱和程度有关，电压超过额定值越多，饱和程度越高Zm越小常用的励磁阻抗为对应于额定中压下所测的Zm。上一页下一页返回任务1 单相变压器的认识与分析2. 5. 2短路试验通过短路试验可以测定:短路参数rk、xk、;额定铜耗DCuN。短路试验时，副边绕组处于短路状态。理论上短路试验即可以在高压侧进行，一也可以在低压侧进行，但为了安全起见，一般是在高压侧进行。短路试验接线图如图2.5.3所示。下面以降压变压器为例来说明其试验步骤。原边绕组为高压侧，故在原边绕组加压。开始时电压必须很低，直到原边、副边绕组电流达到额定值。此时测得Uk, r

202、k, xk上一页下一页返回任务1 单相变压器的认识与分析由于短路试验所施加电压很低，Uk仅为U1N的4%10%，根据U1N E1=4. 4fN1m可知，可知m很小，铁耗一也很小，铁芯的饱和程度低，故Zm就很大，励磁支路可认为处于开路状态，从电源所吸收的功率也可以认为是全部消耗在络组中阻卜此时.等效中路如图2.5.4所示可以由以下公式求取短路参数上一页下一页返回任务1 单相变压器的认识与分析绕组电阻与温度有关，根据国家标准，对于绝缘等级为A, B, E的油浸式变压器，在试验温度下所测得电阻值需折算到75。折算规律如下式所示当绕组为铜线时，上式中，T = 234. 5;为铝线时，T = 22

203、8 短路试验中，把绕组电流达到额定值时，加在原边绕组两端的电压称为短路电压或阻抗电压，Uk =I1NZk75；所测得Zk称为短路阻抗。它们一般用标么值来表示。标么值的概念见下一节。返回上一页下一页任务1 单相变压器的认识与分析 2. 6 标么值在变压器的分析和计算中，有时会采用标么值来表示某一物理量的大小。所谓的标么值是指某一物理量的实际值与所选基值之间的比值。即标么值=实际值/基值基值一般选择为额定值。对变压器而言，其标么值及基值的选择如下。(1)电压:(2)电流:(3)阻抗: 可见，基准值如何选取，首先要看该物理量属于哪一侧，一般选择所属侧相应的额定值作为其基准值。返回上一页下一页

204、任务1 单相变压器的认识与分析用标么值来描述某一物理量具有以下优点。 (1)可以直观地看出变压器的运行状况。比如一台变压器，已知其原边所加电压U1=110V,电流I1=10A。对此，除了其实际工作电压和电流，我们看不出其他任何东西。如果我们知道价U1*=1, I1*=10.5，便可以十分清楚地知道原边所加的电压为额定值，而电流只达到额定电流的50%，处于带半载的工作状态。 (2)可以根据标么值判定变压器的性能是否正常。无论变压器容量的大小，其空载电流的标么值叮一般为2%5%，短路阻抗的标么值Z订一般为4%-10%。如果已知一台变压器的叮=25%，初步可以判断该变压器已经出现了不正常的工作状态

205、。上一页下一页返回任务1 单相变压器的认识与分析 (3)绕组折算前后，物理量的标么值保持不变。为此，我们就没有必要知道到底是从哪一侧往另外一侧归算。以副边绕组电压归算为例这是由于在归算前，U2属于副边参数，其基值应该选副边电压的额定值UzN，归算到原边以后，U2已属于原边参数，其值增大为原来的k倍，但此时应该选择原边绕组额定电压U1N作为其基值，U1N = kU2N。归算值与基值同时增为原来的k倍，故归算前后标么值不变。 (4)采用标么值后，可以使计算变得简单。返回上一页下一页任务1 单相变压器的认识与分析2. 7 变压器的运行特性变压器的运行特性包含两个方面:(1)外特性。即原边绕组

206、施加额定电压，负载的功率因数保持不变时，副边绕组端电压随负载电流的变化规律U2 =f (I2) 。(2)效率特性。2. 7. 1外特性由于原边绕组所加电压始终为额定值，主磁通m保持不变，副边绕组的感应电动势一也保持不变。当副边电流发生变化时，副边漏阻抗压I泽一也会发生变化，从而导致副边端电压随之变化。将其变化规律用曲线描述出来，就是变压器的外特性曲线。变压器在纯电阻或感性负载时，外特性曲线呈下降趋势，而在容性负载时可能出现上翘的情况。返回上一页下一页任务1 单相变压器的认识与分析纯电阻时，端电压变化比较小，感性或容性成分增加时，端电压变化量会加大。在变压器分析过程中，通常用电压调整率

207、来衡量端电压变化的程度。电压调整率指的是在原边绕组施加额定电压，负载功率因数一定，变压器从空载到负载时，端电压之差(U20-U2)与副边额定电压IIZ、之比的百分值。即下面通过对变压器负载运行时简化电路的相量图(如图2. 7. 1所示)的分析，以感性负载为例，对电压调整率作进一步的阐述。由图2. 7. 1可以看出上一页下一页返回任务1 单相变压器的认识与分析在一般情况下，项数值往往可以忽略，因此于是有由图2. 7. 1所示的几何关系可以看出故式中负载系数，当所带负载为额定负载时，=1。上一页下一页返回任务1 单相变压器的认识与分析对三相变压器而言，在计算电压调整率U%时，电压电流分

208、别用相电压、相电流的额定值来代替。从该式还可以看出，当所带负载呈容性时，cos2 0，如果rkcos2 + xksin2 0时，外特性便会呈上翘的特性。在一定程度上，电压调整率可以反映出变压器的供电品质，是衡量变压器性能的一个非常重要的指标。不同性质的负载的U2=f(I2)曲线如图2. 7. 2所示。上一页下一页返回任务1 单相变压器的认识与分析2. 7. 2效率特性变压器的效率指的是输出的有功功率与输入的有功功率之比，即首先认为变压器负载运行时，副边端电压的变化可以忽略。则三相变压器的输出功率与上式具有相同的形式，只不过需要把式中变压器的容量用代替。上一页下一页返回任务1 单相变压器的

209、认识与分析下面对变压器的损耗加以分析。在负载运行时，变压器存在两种损耗，铁耗与铜耗，变压器的铁耗与原边绕组所施加的电压有关，在其不变的前提下，铁耗为一常数，通常称为不变损耗，由于变压器原边绕组所加电压为额定电压，其铁耗可认为与空载试验时所测的空载损耗相等;变压器的铜耗为原边、副边绕组电阻上所消耗的功率，由变压器负载运行时的简化等效电路可知式中DCu 短路试验时所测的额定铜耗。由上式可以看出，变压器的铜耗随负载的变化而变化，故可称之为可变损耗。可得上一页下一页返回任务1 单相变压器的认识与分析变压器的效率特性曲线如图2.7.3所示。从该特性曲线可以看出，在某一负载时效率最高。我们可以根据高

210、等数学的理论，从着手求得效率最高时的nm 经求解，可得效率最高的条件为: 。即当不变损耗(铁耗)等于可变损耗(铜耗)时，变压器具有最高效率。考虑到变压器的实际情况，一般并不在额定状态下运行，在设计变压器时，常常让变压器在V-W。上一页下一页返回任务2 三相变压器的分析及其应用 1)Y/y连接组图2. 9. 3一图2. 9. 8给出了所有Y/v连接组的接线图和相量图。由此可见，当原边、副边绕组采用相同的连接方式时，连接组标号均为偶数，并且，原边、副边绕组感应电动势的相序一致，标号的改变并不会影响到相序。 2) Y/d连接组图2. 9. 9一图2. 9. 14给出了所有Y/d连接组的接线图

211、和相量图。当原边、副边绕组采用不同的连接方式时，连接组标号均为奇数。上一页下一页返回任务2 三相变压器的分析及其应用2.由三相变压器的连接组确定接线图这可以看成是上一过程的逆过程。其步骤如下:首先根据连接组所示的连接方法，初步画出原边、副边绕组的连线方式，并且按照常规，定义原边绕组的出线端标志及相电动势、线电动势，在此基础上，画出原边绕组相量图;然后把U点当做u点，根据连接组标号，在相量图中画出副边绕组的线电动势、相电动势;最后根据原边、副边线电动势的相位关系，确定副边绕组的出线端标志、同名端。上一页下一页返回任务2 三相变压器的分析及其应用下面以Y/y一2及Y/d一3为例来说明如何根据三

212、相变压器的连接组确定其接线图。 1)Y/y一2 (1)初步画出原边、副边绕组的连线方式，定义原边绕组的出现U标志及相电动势、线电动势，如图2. 9. 15所示。 (2)根据连接组标号，在相量图中画出副边绕组的线电动势、相电动势，如图2. 9. 16所示。(3)根据原边、副边线电动势的相位关系，确定副边绕组的出线端标志、同名端。上一页下一页返回任务2 三相变压器的分析及其应用 2)Y/y一3(1)初步画出原边、副边绕组的连线方式，定义原边绕组的出线端标志及相电动势、线电动势，如图2. 9. 17所示。 (2)根据连接组标号，在相量图中画出副边绕组的线电动势、相电动势，如图2. 9. 18所示。

213、(3)根据原边、副边线电动势的相位关系，确定副边绕组的出线端标志、同名端。返回上一页下一页任务2 三相变压器的分析及其应用2. 10 其他用途的变压器2. 10. 1 自藕变压器自藕变压器也有单相和多相之分，但与普通双绕组变压器的区别在于:只有一个绕组，副边绕组是原边绕组的一部分，因此，原边、副边绕组之间不但有磁的藕合.环有巾的联系下面就以单相自藕变压器为例夹对其讲行分析一、工作原理图2. 10. 1所示为一台单相降压自藕变压器的工作原理图。副边绕组N2为原边绕组N1的一部分，并且与铁芯中的磁通m，同时交链。与普通变压器一样，根据电磁感应定律可知，绕组的感应电动势与匝数成正比，所以原边

214、、副边绕组的感应电动势分别为返回上一页下一页任务2 三相变压器的分析及其应用变压器的电压比为在忽略漏阻抗压降时，有自藕变压器与普通变压器有着相同的磁动势平衡方程式，即如果忽略影响不大的励磁电流，上式可以变成即上式说明与反相，并且I2 I1。上一页下一页返回任务2 三相变压器的分析及其应用由于原边、副边绕组为同一绕组，存在电的联系，在副边绕组的抽头处可以看成是电路的一个节点。因此根据基尔霍夫第二定律(KVL)可得其相量图如图2. 10. 2所示。从图中可以看出，公共绕组部分的电流I,:与原边、副边电流的大小关系为l12 =I2一I1。即上式两边同乘以U2，就可得到自藕变压器的输出功

215、率为上一页下一页返回任务2 三相变压器的分析及其应用普通变压器是以磁场为媒介，通过电磁感应作用来进行能量传输的。自藕变压器的原边、副边绕组既然有了电的联系，它的能量传输方式也必然有着与普通变压器的不同之处。从上式可以看出，自藕变压器的输出功率由两部分组成，一部分为U2I1，由于I1是原边电流，在它流经只属于原边部分的绕组之后，直接流到副边，传输到负载中去，故U2I1称为传导功率;另一部分为U2I12,显然要受到负载电流和原边电流的影响，这三者要满足U2I2= U2I1 + U2I12所示的关系，所以I12可以看成是由于电磁感应作用而产生的电流，这一部分功率一也相应地称为电磁功率。另外，自藕

216、变压器也通常设计成原边、副边容量相等，即上一页下一页返回任务2 三相变压器的分析及其应用二、优缺点 (1)通过以上的分析可以看出，在自藕变压器从原边传递到副边的能量中，一部分是由于电磁感应作用，另一部分是由于直接传导作用。而对普通变压器而言，输出功率只有电磁功率。所以，在同样容量的前提下，自藕变压器所用材料要比普通变压器少、体积小、质量轻，效率一也要高一些。从而可以降低成本，提高经济效益。但当电压比k较大时，经济效益就不明显，一般自藕变压器电压比k设计为k=1.25-2。(2)由于副边绕组为原边绕组的一部分，两绕组之间存在着电的联系，低压侧容易受到高压侧过电压的影响。所以绝缘和过电压保护要加

217、强。(3)由于只有一个绕组，漏电抗较普通变压器要小，因此，短路阻抗小，短路电流就大，要加强保护。上一页下一页返回任务2 三相变压器的分析及其应用2. 10 其他用途的变压器2. 10. 2仪用互感器仪用互感器是配电系统中供测量和保护用的设备，分为电流互感器和电压互感器两类。它们的工作原理和变压器相似，是把高电压设备和母线的运行电压、大电流即设备和母线的负荷或短路电流按规定比例变成测量仪表、继电保护及控制设备的低电压和小电流。一、电压互感器电压互感器又称仪表变压器，也称PT或TV，其工作原理、结构和接线方式都与普通变压器相同。其接线图如图2. 10. 3所示。电压互感器原边绕组并接于被测量线

218、路。副边接有电压表，相当于一个副边开路的变压器。电压互感器按其绝缘结构形式，可分为干式、浇注式、充气式、油浸式等几种;根据相数可分为单相和三相;根据绕组数可分为双绕组和三绕组。上一页下一页返回任务2 三相变压器的分析及其应用电压互感器的特点是: (1)与普通变压器相比，容量较小，类似一台小容量变压器。 (2)副边负荷比较恒定，所接测量仪表和继电器的电压线圈阻抗很大，因此，在正常运行时，电压互感器接近于空载状态。电压互感器的原、副边绕组额定电压之比，称为电压互感器的额定电压比。即k =UIN/U2N，其中原边绕组额定电压U1N是电网的额定电压，且已标准化，如10 kV , 35 kV , 1

219、10 kV , 220 kV等，副边电压 U2N，则统一定为100(或100/ )V，所以k也就相应地实现了标准化。为安全起见，副边绕组必须有一点可靠接地，并且副边绕组绝对不能短路。上一页下一页返回任务2 三相变压器的分析及其应用二、电流互感器电流互感器也是按电磁感应原理制成的，也称CT或TA。其原边绕组串接于被测线路中，副边绕组与测量仪表或继电器的电流线圈串联，副边绕组的电流按一定的变比反应原边电路的电流。其接线图如图2. 10. 4所示。与电压互感器的情况相似，电流互感器的副边绕组也必须有一点接地。由于作为电流互感器负载的电流表或继电器的电流线圈阻抗都很小，所以，电流互感器在正常运行时

220、接近于短路状态。电流互感器的种类很多，根据安装地点可分为户内式和户外式;根据安装方式可分为穿墙式、支持式和套管式;根据绝缘结构可分为干式、浇注式和油浸式;根据原边绕组的结构形式可分为单匝式和多匝式等。上一页下一页返回任务2 三相变压器的分析及其应用电流互感器的特点是:(1)原边绕组串联在被测线路中，并且匝数很少，因此，原边绕组中的电流完全取决于被测电路的负荷电流，而与副边电流无关;(2)电流互感器副边绕组所接电流表或继电器的电流线圈阻抗都很小，所以正常情况下，电流互感器在近似于短路状态下运行。电流互感器原边、副边额定电流之比，称为电流互感器的额定互感比:k=I1N/ I2N，因为原边绕

221、组额定电流I1N已标准化，副边绕组额定电流 I2N 统一为5(或1、 0.5) A，所以电流互感器额定互感比也标准化了。为安全起见，电流互感器副边绕组在运行中绝对不允许开路，为此，在电流互感器的副边回路中不允许装设熔断器，而且当需要将正在运行中的电流互感器副边回路中仪表设备断开或退出时，必须将电流互感器的副边短接，保证不致断路。上一页下一页返回任务2 三相变压器的分析及其应用任务实施一、实训内容1. 测定变比2.空载实验测取空载特性 3.短路实验测取短路特性4.纯电阻负载实验保持的条件下，测取U2 =f (12 )上一页下一页返回任务2 三相变压器的分析及其应用二、实训方法1.实训设备(

222、表1)2.屏上排列顺序D33、D32、DJ12、D34一3、D51、D423. 测定变比实验线路如图1所示，被测变压器选用DJ12三相三线圈芯式变压器，额定容量PN=152/152/152 VA，IN=220/63.6/55 V，h=0. 4/1. 38/1. 6 A，Y/Y接法。实验时只用高、低压两组线圈，低压线圈接电源，高压线圈开路。将三相交流电源调到输出电压为零的位置。开启控制屏上钥匙开关，按下“启动”按钮，电源接通后，调节外施电压U =0. 5UN=27. 5 V测取高、低线圈的线电压UAB ,UBC、UCA、Uab、Ubc、Uca，记录于表2中。上一页下一页返回任务2 三相变压器

223、的分析及其应用计算变比k平均变比4.空载实验(1)将控制屏左侧三相交流电源的调压旋钮逆时针旋转到底使输出电压为按下“停止”按钮，在断电的条件下，按图2接线。变压器低压线圈接电源，高压线圈开路。 (2)按下“启动”按钮接通三相交流电源，调节电压，使变压器的空载电压U0L=1. 2 UN。(3)逐次降低电源电压，在(1.2 0.2) UN范围内，测取变压器三相线电压、线电流和功率。上一页下一页返回任务2 三相变压器的分析及其应用(4)测取数据时，其中U0=UN的点必测，且在其附近多测几组。共取数据89组记录于表3中) 5.短路买验(1)将控制屏左侧的调压旋钮逆时针方向旋转到底使三相交流电源的输出

224、电压为零值。按下“停止”按钮，在断电的条件下，按图3接线。变压器高压线圈接电源，低压线圈直接短路。(2)按下“启动”按钮，接通三相交流电源，缓慢增大电源电压，使变压器的短路电流IKL=l.lIN(3)逐次降低电源电压，在1.10.3IN的范围内，测取变压器的三相输入电压、电流及功率。上一页下一页返回任务2 三相变压器的分析及其应用 (4)测取数据时，其中IKL=IN点必测，共取数据56组。记录于表4中。实验时记下周围环境温度()，作为线圈的实际温度。 6.纯电阻负载实验 (1)将控制屏左侧的调压旋钮逆时针方向旋转到底使三相交流电源的输出电压为零，按下“停止”按钮，按图4接线。变压器低压线圈接

225、电源，高压线圈经开关S接负载电阻RL， RL选用D42的1 800 变阻器共3只，开关S选用D51挂件。将负载电阻RL阻值调至最大，打开开关S。 (2)按下“启动”按钮接通电源，调节交流电压，使变压器的输入电压U1=UN。上一页下一页返回任务2 三相变压器的分析及其应用(3)在保持U1=U1N不变的条件下，合上开关S，逐次增加负载电流，从空载到额定负载范围内，测取三相变压器输出线电压和相电流。(4)测取数据时，其中I2=0和I2=IN两点必测。共取数据78组记录于表5中。三、注意事项在三相变压器实验中，应注意电压表、电流表和功率表的合理布置。做短路实验时操作要快，否则线圈发热会引起电阻变化

226、。四、实验报告1.计算变压器的变比根据实验数据，计算各线电压之比，然后取其平均值作为变压器的变比。上一页下一页返回任务2 三相变压器的分析及其应用2.根据空载实验数据作空载特性曲线并计算激磁参数(1)绘出空载特性曲线表3中。上一页下一页返回任务2 三相变压器的分析及其应用 (2)计算激磁参数。从空载特性曲线查出对应于IOL = II、时的IOL和p。值，并由下式求取激磁参数。式中变压器空载相电压，相电流，三相空载功率。上一页下一页返回任务2 三相变压器的分析及其应用3.绘出短路特性曲线和计算短路参数(1)绘出短路特性曲线式中式中Uk、 Ik 、pk短路时的相电压、相电流、三相短路功

227、率。上一页下一页返回任务2 三相变压器的分析及其应用 (2)计算短路参数。从短路特性曲线查出对应于人L =I、时的认L和pk值，并由下式算出实验环境温度e时的短路参数折算到低压方上一页下一页返回任务2 三相变压器的分析及其应用算到基准工作温度下的短路参数rk75 和Zk75 ，计算短路电压百分计算Ik = IN时的短路损耗PkN = 上一页下一页返回任务2 三相变压器的分析及其应用 4.根据空载和短路实验测定的参数，画出被试变压器的“T”形等效电路要分离一次侧和二次侧电阻，可用万用表测出每相绕组的直流电阻，然后取其平均值。设R1为一次绕组的直流电阻折算到二次侧的数值，R2为二次绕组的直流

228、电阻。rk已折算到二次侧应有联立方程组求解可得r1及r2。一次侧和二次侧的漏阻抗无法用实验方法分离通常取上一页下一页返回任务2 三相变压器的分析及其应用5.变压器的电压变化率(1)根据实验数据绘出cos2 = 1时的特性曲线U2=f( I2)，由特性曲线计算出I2 = I2N时的电压变化率(2)根据实验求出的参数，算出I2=IN, cos2 =1时的电压变化率上一页下一页返回任务2 三相变压器的分析及其应用 6.绘出被试变压器的效率特性曲线(1)用间接法算出在cos 2= 0. 8时，不同负载电流时变压器效率，记录于表6中。式中 PN变压器的额定容量; PkN变压器IkL = IN时的短

229、路损耗; P0变压器的U0L = UN时的空载损耗。(2)计算被测变压器 = max时的负载系数m。上一页下一页返回任务2 三相变压器的分析及其应用学习小结能根据工作任务，顺利与其他组员共同完成活动过程。检查与评价通过实验能够掌握变压器的基本工作原理及结构;掌握单相变压器的空载运行;掌握单相变压器的负载运行;了解变压器参数的测定、标么值的定义及优缺点;了解变压器的运行特性及其他用途的变压器;掌握三相变压器连接组别的判定;掌握小型变压器的线圈绕制、故障维护与检修。正确使用仪表，操作规范，能正确分析测试数据;安全文明工作，具有良好的职业操守;具有良好的团队合作精神，热心帮助小组其他成员。返回上

230、一页下一页任务2 三相变压器的分析及其应用 2. 11 配电变压器常见故障分析1.异常响声 (1)音响较大而嘈杂时，可能是变压器铁芯的问题。例如，夹件或压紧铁芯的螺钉松动时，仪表的指示一般正常，绝缘油的颜色、温度与油位也无大变化，这时应停止变压器的运行，进行检查。(2)音响中夹有水的沸腾声，发出“咕噜咕噜”的气泡逸出声，可能是绕组有较严重的故障，使其附近的零件严重发热使油气化。分接开关的接触不良而局部点有严重过热或变压器匝间短路，都会发出这种声音。此时，应立即停止变压器运行，进行检修。 (3)音响中夹有爆炸声，既大又不均匀时，可能是变压器的器身绝缘有击穿现象。这时，应将变压器停止运行，进行检

231、修。返回上一页下一页任务2 三相变压器的分析及其应用 (4)音响中夹有放电的“吱吱”声时，可能是变压器器身或套管发生表面局部放电。如果是套管的问题，在气候恶劣或夜间时，还可见到电晕辉光或蓝色、紫色的小火花，此时，应清理套管表面的脏污，再涂上硅油或硅脂等涂料。此时，要停下变压器，检查铁芯接地与各带电部位对地的距离是否符合要求。(5)音响中夹有连续的、有规律的撞击或摩擦声时，可能是变压器某些部件因铁芯振动而造成机械接触，或者是因为静电放电引起的异常响声，而各种测量表计指示和温度均无反应，这类响声虽然异常，但对运行无大危害，不必立即停止运行，可在计划检修时予以排除。上一页下一页返回任务2 三相变

232、压器的分析及其应用 2.温度异常变压器在负荷和散热条件、环境温度都不变的情况下，较原来同条件时的温度高，并有不断升高的趋势，一也是变压器温度异常升高，与超极限温度升高同样是变压器故障象征。引起温度异常升高的原因有:(1)变压器匝间、层间、股间短路;(2)变压器铁芯局部短路;(3)因漏磁或涡流引起油箱、箱盖等发热;(4)长期过负荷运行，事故过负荷;(5)散热条件恶化等。上一页下一页返回任务2 三相变压器的分析及其应用运行时发现变压器温度异常，应先查明原因后，再采取相应的措施予以排除，把温度降下来，如果是变压器内部故障引起的，应停止运行，进行检修。3.喷油爆炸喷油爆炸的原因是变压器内部的故

233、障短路电流和高温电弧使变压器油迅速老化，而继电保护装置又未能及时切断电源，使故障较长时间持续存在，使箱体内部压力持续增长，高压的油气从防爆管或箱体其他强度薄弱之处喷出形成事故。上一页下一页返回任务2 三相变压器的分析及其应用(1)绝缘损坏:匝间短路等局部过热使绝缘损坏;变压器进水使绝缘受潮损坏;雷击等过电压使绝缘损坏等是导致内部短路的基本因素。(2)断线产生电弧:线组导线焊接不良、引线连接松动等因素在大电流冲击下可能造成断线，断点处产生高温电弧使油气化促使内部压力增高。 (3)调压分接开关故障:配电变压器高压绕组的调压段线圈是经分接开关连接在一起的，分接开关触头串接在高压绕组回路中，和绕组一

234、起通过负荷电流和短路电流，如分接开关动静触头发热，跳火起弧，使调压段线圈短路。上一页下一页返回任务2 三相变压器的分析及其应用 4.严重漏油变压器运行中渗漏油现象比较普遍，油位在规定的范围内，仍可继续运行或安排计划检修。但是变压器油渗漏严重，或连续从破损处不断外溢，以至于油位计已见不到油位，此时应立即将变压器停止运行，补漏和加油。变压器油的油面过低，使套管引线和分接开关暴露于空气中，绝缘水平将大大降低，因此易引起击穿放电。引起变压器漏油的原因有:焊缝开裂或密封件失效;运行中受到振动;外力冲撞;油箱锈蚀严重而破损等。上一页下一页返回任务2 三相变压器的分析及其应用 5.套管闪络变压器套管积

235、垢，在大雾或小雨时造成污闪，使变压器高压侧单相接地或相间短路。变压器套管因外力冲撞或机械应力、热应力而破损一也是引起闪络的因素。变压器箱盖上落有异物，如大风将树枝吹落在箱盖时引起套管放电或相间短路。以上对变压器的声音、温度、油位、外观及其他现象对配电变压器故障的判断，只能作为现场直观的初步判断。因为，变压器的内部故障不仅是单一方面的直观反映，它涉及诸多因素，有时甚至会出现假象。必要时必须进行变压器特性试验及综合分析，才能准确可靠地找出故障原因，判明事故性质，提出较完备的合理的处理方法。上一页返回图2. 2.1 单相双绕组变压器原理图返回图2.2.2 油浸式变压器外形图返回1一放油阀门一放油阀门

236、;2-绕组绕组;3-铁芯铁芯;4一油箱一油箱;5一分接开关一分接开关;6一低一低压套管压套管;7-高压套管高压套管;8一气体继电器一气体继电器;9-安全气道安全气道 ; 10一油一油表表;11-储油柜储油柜;12 -吸湿器吸湿器;13-湿度计湿度计图2. 2. 3 芯式结构变压器返回(a)单相芯式变压器单相芯式变压器;(b)三相芯式变压器三相芯式变压器 1铁轭铁轭;2铁芯柱铁芯柱图2. 2. 4 壳式结构的变压器返回图2. 3.1 变压器工作原理示意图返回图2. 3. 2 变压器空载运行原理图返回图2.3.3 铁芯未饱和时励磁中流和磁捅波形返回图2. 3. 4(a) 当磁路饱和时励磁中流和磁捅

237、波形图(a)磁捅为正弦波，励磁电流为尖顶波磁捅为正弦波，励磁电流为尖顶波;返回下一页图2. 3. 4(b) 当磁路饱和时励磁中流和磁捅波形图(b)励磁电流为正弦波，磁捅为平顶波励磁电流为正弦波，磁捅为平顶波返回上一页图2.3.5 空载时原功绕组等效图返回图2. 3. 6 空载时中流分析等效图返回图2. 3. 7 励磁中流相量图返回图2.3.8 变压器空载时的等效中路图返回图2.3.9 变压器空载运行时的相量图返回图2. 4.1 变压器负载运行原理图返回图2. 4. 2 变压器的T”形等效中路返回图2. 4. 3 变压器的“ r”形等效中路返回图2.4.4 变压器的近似T形等效中路返回图2. 4

238、. 5 变压器负载运行时的相量图返回图2.5.1 空载试验接线图返回图2. 5. 2 空载试验等效中路图返回图2. 5. 3 短路试验接线图返回图2. 5. 4 短路试验等效中路图返回图2. 7. 1 变压器负载运行时简化等效中路的相量图返回图2.7.2 变压器在不同负载时的端电压变化率返回图2. 7. 3 变压器的效率特性返回表1 实训设备返回图1 空载实验接线图返回表2返回图2 短路实验接线图返回表3返回图3 负载实验接线图返回表4返回表5返回图2. 8.1 三相组式变压器返回图2. 8. 2 三相芯式变压器的铁芯结构返回表2. 9. 1 三相变压器首末端标识返回图2. 9.1 车接组I

239、/I12(a)接线图;(b)相带图返回图2.9.2 连接组I/I6(a) 接线图: (b) 相量图返回图2. 9. 3 Y/y12连接组(a) 接线图; (b) 相量图返回下一页图2. 9. 4 Y/y2连接组(a) 接线图; (b) 相量图上一页下一页返回图2. 9. 5 Y/y4连接组(a) 接线图; (b) 相量图上一页下一页返回图2. 9. 6 Y/y6连接组(a) 接线图; (b) 相量图上一页下一页返回图2. 9. 7 Y/y8连接组(a) 接线图; (b) 相量图上一页下一页返回图2. 9. 8 Y/y10连接组(a) 接线图; (b) 相量图上一页返回图2. 9. 9

240、Y/d1连接组(a) 接线图; (b) 相量图下一页返回图2. 9. 10 Y/d3连接组(a) 接线图; (b) 相量图上一页下一页返回图2. 9. 11 Y/d5连接组(a) 接线图; (b) 相量图上一页下一页返回图2. 9. 12 Y/d7连接组(a) 接线图; (b) 相量图上一页下一页返回图2. 9. 13 Y/d9连接组(a) 接线图; (b) 相量图上一页下一页返回图2. 9. 14 Y/d11连接组(a) 接线图; (b) 相量图上一页返回图2. 9. 15 疼接组Y/y2及原边绕组相量图(a) 接线图; (b) 相量图返回图2. 9. 16 连接组Y/y2(a) 接

241、线图; (b) 相量图返回图2. 9. 17 疼接组Y/d3及原边绕组相量图(a) 接线图; (b) 相量图返回图2. 9. 18 连接组Y/d3(a) 接线图; (b) 相量图返回图2. 10. 1 单相自藕变压器工作原理图返回图2. 10. 2 单相自藕变压器电流的相量图返回图2. 10. 3 电压互感器接线图返回图2. 10. 4 电流户感器接线图返回表1 实训设备返回图1 三相变压器变比实验接线图返回表2返回图2 三相变压器空载实验接线图返回表3返回图3 三相变压器短路实验接线图返回表4返回图4 三相变压器负载实验接线图返回表5返回表6返回学习情境3三相异步电动机的拆装与运行维护任务1

242、三相异步电动机的拆装任务2 三相笼型异步电动机的工作特性任务3 三相绕线式异步电动机的拖动特性任务4 三相异步电动机的拖动及其实现任务5 单相电阻启动异步电动机任务1 三相异步电动机的拆装3. 1 三相异步电动机的结构与工作原理在生产实际中，应用最多的是三相异步电动机，机床、起重机、锻压机、鼓风机、水泵，大多数生产机械都用它来驱动。三相异步电动机结构简单、运行可靠、坚固耐用、使用方便。3.1.1 三相异步电动机的结构三相异步电动机又称三相感应电动机，俗称马达，它由两个基本部分组成:定子和转子，其结构如图3.1.1所示。下一页返回任务1 三相异步电动机的拆装1.定子定子主要由机座、定子铁

243、芯、定子绕组等组成。定子铁芯是电动机磁路的一部分，它由互相绝缘的硅钢片叠成圆筒形，装在机座内壁上。在定子铁芯的内圆周表面均匀冲有槽孔，用以嵌放定子绕组，见图3. 1. 2。定子绕组是用绝缘铜线或铝线绕制而成，对称三相定子绕组U1 U2 , V1 V2 , W1 W2按一定规律嵌放在槽中，其6个接线端都引到机座外的接线盒中，以便将其作星形或三角形联结，如图3. 1. 3所示。上一页下一页返回任务1 三相异步电动机的拆装 2.转子转子主要由转轴、转子铁芯和转子绕组等组成。转轴上压装着由硅钢片叠成的圆柱形转子铁芯，转子铁芯也是电动机磁路的一部分，在转子铁芯的外圆周表面均匀冲有槽孔，槽内嵌放转子绕组

244、。按转子绕组结构不同，转子分为笼型转子和绕线形转子两种。笼型转子电动机构造简单、价格低廉、工作可靠、维修方便。绕线形转子电动机构造比较复杂，成本较高，但它具有较好的启动和调速性能，一般用在有特殊需要的场合，如起重、运输、提升等设备。这里主要讨论笼型转子电动机。笼型转子的结构如图3. 1. 4所示。在转子铁芯的槽内放置铜条，铜条的两端用铜环短接。由铜条和铜环所构成的转子绕组，其形状与笼子相似，因此称作为笼型电动机。上一页下一页返回任务1 三相异步电动机的拆装3.1.2 旋转磁场在静止的三相定子绕组中通入三相正弦交流电，它将在电动机中产生旋转磁场。三相异步电动机定子绕组是由空间相隔120。的

245、3个绕组组成的，将这3个绕组按要求连接成星形或三角形后接入三相电源，如图3. 1. 5所示，绕组内通入三相电流，电流的参考方向如图中箭头所示，电流的波形如图3. 1. 6所示。三相绕组通入三相电流后所生旋转磁场可以通过3. 1. 7来说明。上一页下一页返回任务1 三相异步电动机的拆装在t=0时，定子各绕组中电流的方向如图3.1.7 (a)所示，电流iu=0, iv为负值，即iv的实际方向与正方向相反， iv从V2端流入(用符号表示电流流入，从V1端流出(用符号表示电流流出)。电流iw为正，即自W1流入，从W2流出。绕组中通入电流后，应用右手螺旋定则，可以知道在3个绕组中通电后瞬间所产生的

246、合成磁场形成一对磁极，磁极的位置为上端S极下端N极。在t=t1时，从三相电流波形图上可以看出，电流iu为正，iv, iw均为负。电流iu从U1端流入，从U2端流出。电流iv从V2端流入，V1端流出。电流iw从w2端流入，w1端流出。这时三相绕组的电流所产生的合成磁场仍形成一对磁极，如图3.1.7 (b)所示。但是这时一对磁极在空间的位置与t=0那个时刻不同了，从t=0到t=t1这段时间内磁场在电动机里转了一个角度。上一页下一页返回任务1 三相异步电动机的拆装当t = t2时，iu=0, iv为正，i w为负，此时3个电流所产生的磁场仍是一对磁极，但是它在电动机里的位置又转过了一个角度，如图

247、3. 1. 7 ( e)所示。按同样的道理，可以画出t = t3 , t = t4等各时刻定子三相绕组电流产生的合成磁场的情况，如图3.1.7 (d)、(e、(f)所示。当三相电流变化一个周期时，三相电流所产生的合成磁场在电动机里也正好转了一圈。因此，电流不断地变伙.巾动机甲的N、S极的位署就不断旋转.即产牛了旋转磁场。三相异步电动机定子绕组按图3. 1. 5所示情况通电，产生的旋转磁场是逆时针方向旋转。如果将三相电动机定子绕组接至电源的三根导线中的任意两根对调，此时三相绕组通入电流后产生的旋转磁场的旋转方向就会改变，变为顺时针方向旋转。上一页下一页返回任务1 三相异步电动机的拆装3.1

248、.3 三相异步电动机的基本原理当三相异步电动机的定子绕组接入三相对称交流电时，在定子空间中产生旋转磁场。假定旋转磁场以同步转速n。按顺时针方向旋转，则转子与旋转磁场之间就发生了相对运动，旋转磁场将切割转子导体。也可以认为磁场静止不动，则转子相对于磁场作逆时针切割磁力线的旋转运动。转子导体作切割磁力线运动就要产生感应电动势和感应电流。根据右手定则可以判定，转子上半部导体的感应电流的方向是穿出纸面的，下半部导体的感应电流的方向是进人纸面的。于是转子在磁场中要受到磁场力的作用。根据左手定则可以判定，转子上半部分导体所受磁场力方向向右;下半部分导体所受磁场力方向向左。这两个力对于转轴形成一电磁转矩

249、，使转子随着旋转磁场的转向，以转速n旋转，见图3. 1. 8所示。上一页下一页返回任务1 三相异步电动机的拆装不难看出，转子的转速n将始终低于旋转磁场的转速n0 ，这是因为如果转子的转速一旦达到了旋转磁场的转速n0时，转子导体与旋转磁场之间就没有相对运动，转子将不切割磁力线，其电磁转矩也将为零，此时转子的转速必将降低下来。于是转子和旋转磁场之间又有了相对运动，又可以产生电磁转矩，使转子继续旋转。由此可见，转子总是以n n0的转速，与旋转磁场沿同一方向旋转，因此，这种电动机称为异步电动机。显然，旋转磁场的转速与转子转速的差值(n0 -n)是异步电动机运行的必要条件。此差值与同步转速之比，称为

250、转差率，用s表示，即 (3.1)上一页下一页返回任务1 三相异步电动机的拆装转差率是分析电动机运行情况的一个重要参数。在电动机启动瞬间，n =0,s=1;随着n的上升，s不断下降;当电动机在额定负载下运行，电动机的额定转速nN接近同步转速n0，它的额定转差率sN、很小，一般为1% 8%。式(3. 1)也可以写为 (3.2)式中 f电源频率; D旋转磁场磁极对数。通过以上分析可知，异步电动机的转动方向与旋转磁场的转动方向是一致的，如果旋转磁场的方向变了，转子的转动方向也要随着改变，而旋转磁场的旋转方向又由三相电源的相序决定。因此，要改变电动机的转动方向，只需改变三相电源的相序，把接到定子绕

251、组首端上的任意两根电源线对调即可。上一页下一页返回任务1 三相异步电动机的拆装3.1.4 三相异步电机的拆卸对电机进行定期保养、维护和检修时，首先需要将其拆装。如果拆装方法不当，就会造成部分部件损坏，引发新的故障。因此，正确拆装电机是确保维修质量的前提。在学习维修电机时，应优先学会正确的拆装技术。1.拆却前的准备(1)切断电源，拆开电机与电源连接线，并做好与电源线相对应的标记，以免恢复时搞错相序，并把电源线的线头做绝缘处理。(2)备齐拆卸工具，特别是拉具、套筒等专用工具。(3)熟悉被拆电机的结构特点及拆装要领。(4)测量并记录联轴器或皮带轮与轴台间的距离。上一页下一页返回任务1 三相异步

252、电动机的拆装(5)标记电源线在接线盒中的相序、电机的出轴方向及引出线在机座上的出口方向。2.拆却步骤借助图3. 1. 9所示，简述拆卸步骤如下。 (1)卸皮带轮或联轴器，拆电机尾部风扇罩。 (2)卸下定位键或螺丝，并拆下风扇。 (3)旋下前后端盖紧固螺钉，并拆下前轴承外盖。 (4)用术板垫在转轴前端，将转子连同后端盖一起用锤子从止口中敲出。 (5)抽出转子。 (6)将术方伸进定子铁芯顶住前端盖，再用锤子敲击术方卸下前端盖，最后拆卸前后轴承及轴承内盖。上一页下一页返回任务1 三相异步电动机的拆装 3.主要部件的拆却方法 (1)皮带轮(或联轴器)的拆卸:先在皮带轮(或联轴器)的轴伸端(联轴端)做

253、好尺寸标记，然后旋松皮带轮上的固定螺丝或敲去定位销，给皮带轮(或联轴器)的内孔和转轴结合处加入煤油，稍等渗透后，使锈蚀的部分松动，再用拉具将皮带轮(或联轴器)缓慢拉出，如图3.1.10所示。若拉不出，可用喷灯急火在皮带轮外侧轴套四周加热，加热时需用石棉或湿布把轴包好，并向轴上不断浇冷水，以免使其随同外套膨胀，影响皮带轮的拉出。注意:加热温度不能过高，时间不能过长，以防变形。上一页下一页返回任务1 三相异步电动机的拆装 (2)轴承的拆卸:轴承的拆卸可采取以下3种方法。用拉具进行拆卸:拆卸时拉具钩爪一定要抓牢轴承内圈，以免损坏轴承，如图3. 1. 11所示。用铜棒拆卸:将铜棒对准轴承内圈，用锤子

254、敲打铜棒，如图3.1.12所示。用此方法时要注意轮流敲打轴承内圈的相对两侧，不可敲打一边，用力一也不要过猛，直到把轴承敲出为止。在拆卸端盖内孔轴承时，可采用如图3. 1. 13所示的方法，将端盖止口面向上平稳放置，在轴承外圈的下面垫上术板，但不能顶住轴承，然后用一根直径略小于轴承外沿的铜棒或其他金属管抵住轴承外圈，从上往下用锤子敲打，使轴承从下方脱出。上一页下一页返回任务1 三相异步电动机的拆装铁板夹住拆卸:用两块厚铁板夹住轴承内圈，铁板的两端用可靠支撑物架起，使转子悬空，如图3. 1. 14所示，然后在轴上端面垫上厚木板并用锤子敲打，使轴承脱出。 (3)抽出转子:在抽出转子之前，应在转子

255、下面气隙和绕组端部垫上厚纸板，以免抽出转子时碰坏铁芯和绕组。对于小型电机的转子可直接用手取出，一手握住转轴，把转子拉出一些，随后另一手托住转子铁芯渐渐往外移，如图3. 1. 15所示。在拆卸较大的电机时，可两人一起操作，每人抬住转轴的一端，渐渐地把转子往外移，若铁芯较长，有一端不好出力时，可在轴上套一节金属管，当做假轴，方便出力如图3. 1.16所示对大型的电机必须用起重设备吊出。如图3. 1. 17所示。上一页下一页返回任务1 三相异步电动机的拆装 (二)单相异步电机的拆卸由于单相异步电机结构较三相异步电机简单，且质量轻、体积小，通常只要会拆卸三相电机的，就会拆卸单相电机。只有带启动开关

256、的单相电机在拆卸时，相对要复杂一些，因此在拆卸时，注意不要碰坏启动开关。(三)异步电机的装配1.装配前的准备先备齐装配工具，将可洗的各零部件用汽油冲洗，并用棉布擦拭干净，再彻底清扫定、转子内部表面的尘垢。接着检查槽楔、绑扎带等是否松动，有无高出定子铁芯内表面的地方，并相应做好处理。2.装配步骤按拆卸时的逆顺序进行，并注意将各部件按拆卸时所做的标记复位。上一页下一页返回任务1 三相异步电动机的拆装 3.主要邵件的装配方法(1)轴承的装配:分冷套法和热套法，冷套法是先将轴颈部分揩擦干净，把经过清洗好的轴承套在轴上，用一段钢管，其内径略大于轴颈直径，外径又略小于轴承内圈的外径，套入轴颈，再用手锤敲

257、打钢管端头，将轴承敲进。一也可用硬质木棒或金属棒顶住轴承内圈敲打，为避免轴承歪扭，应在轴承内圈的圆周上均匀敲打，使轴承平衡地行进，见图3. 1. 18所示。热套法为将轴承放入80100变压器油中30 40 min后，趁热取出迅速套入轴颈中。见图3.1.19所示。上一页下一页返回任务1 三相异步电动机的拆装注意:安装轴承时，标号必须向外，以便下次更换时查对轴承型号。另外，在安装好的轴承中要按其总容量的1/32/3容积加注润滑油，转速高的按小值加注，转速低的按大值加注。轴承如损坏应立即更换。如轴承磨损严重，外圈与内圈间隙过大，造成轴承过度松动，转子下垂并摩擦铁芯，轴承滚动体破碎或滚动体与滚槽有

258、斑痕出现，保持架有斑痕或被磨坏等，都应进行更换新轴承。更换的轴承应与损坏的轴承型号相符。(2)轴承的识别及选用:当损坏的轴承型号无法识别，看不懂轴承型号及代号的意义时，都会给更换带来一定的困难。学会识别轴承型号及代号，对选用轴承是十分必要的。电机的轴承一般分为滚动轴承和滑动轴承两类。滚动轴承装配结构简单，维修方便，主要用于中、小型电机:滑动轴承多用于大型电机上一页下一页返回任务1 三相异步电动机的拆装下面简单介绍中、小型电动机常用的滚动轴承型号及轴承代号的意义。按国家标准，滚动轴承代号采用汉语拼音字母和阿拉伯数字表示，一般是以一组数字表示轴承的结构、类型和内径尺寸。规定用7位数字表示:

259、右起第一、二位数字表示轴承内径; 右起第三位数字表示轴承直径系列; 右起第四位数字表示轴承类型代号; 右起第五、六位数字表示轴承的结构特点; 右起第七位数字表示轴承的宽度或高度系列。上一页下一页返回任务1 三相异步电动机的拆装超过7位数字的，就从左看起，左起第一位数字表示轴承游隙，左起第二位表示轴承精度等级，如G(普通)、E(高级)、D(精密级)、C(超精密级)。而通常滚动轴承的代号是用4位数字表示，其4位数字的意义见表3.1.1。注意:标注代号时最左边的“0”规定不写。表3. 1. 2表3. 1. 5列出常用电机滚动轴承的型号。上一页下一页返回任务1 三相异步电动机的拆装其他型号轴

260、承可参阅有关技术手册。(3)轴承润滑脂的识别及选择:对滚动轴承润滑脂的选择，主要考虑轴承的运转条件，如使用环境(潮湿或干燥)、工作温度和电机转速等。当环境温度较高时，应使用耐水性强的润滑脂，转速愈高，应选用锥人度愈大(稠度较稀)的润滑脂。以免高速时润滑脂内产生很大的摩擦损耗，使轴承温升增高和电机效率降低。负载越大时，应选择锥人度越小的润滑脂。电机中常用润滑脂的品种、型号及适用场合见表3. 1. 6。 (4)后端盖的装配:将轴伸端朝下垂直放置，在其端面上垫上木板，后端盖套在后轴承上，用木褪敲打，见图3. 1. 20所示。把后端盖敲进去后，装轴承外盖。紧固内外轴承盖的螺栓时注意要对称地逐步拧紧，不

261、能先拧紧一个，再拧紧另一个。上一页下一页返回任务1 三相异步电动机的拆装 (5)前端盖的装配:将前轴承内盖与前轴承按规定加够润滑油后，一起套入转轴，然后，在前内轴承盖的螺孔与前端盖对应的两个对称孔中穿人铜丝拉住内盖，待前端盖固定就位后，再从铜丝上穿人前外轴承盖，拉紧对齐。接着给未穿铜丝的孔中先拧进螺栓，带上丝日后，抽出铜丝，最后给这两个螺孔拧人螺栓，依次对称逐步拧紧。也可用一个比轴承盖螺栓更长的无头螺丝(吊紧螺丝)，先拧进前内轴承盖，再将前端盖和前外轴承盖相应的孔套在这个无头长螺丝上，使内外轴承盖和端盖的对应孔始终拉紧对齐。待端盖到位后，先拧紧其余两个轴承盖螺栓，再用第三个轴承盖螺栓换下开始

262、时用以定位的无头长螺丝(吊紧螺丝)，如图3. 1. 21所示。上一页下一页返回任务1 三相异步电动机的拆装任务实施一、实训内容(1)由实验指导人员讲解电机安全操作的基本规程和注意事项。(2)讲解三相异步电动机的拆装工艺流程。二、实训设备铸铝型三相异步电动机、大十字改锥、钳子。上一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性3. 2 三相异步电动机的空载运三相异步电动机的定子和转子之间只有磁的藕合，没有电的直接联系，它是靠电磁感应作用，将能量从定子传递到转子的。这一点和变压器完全相似。三相异步电动机的定子绕组相当于变压器的一次绕组，转子绕组则相当于变压器的二次绕组。因此，分析变压器内部电磁关系

263、的3种基本方法(电压方程式、等效电路和相量图)也同样适用于异步电动机。下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性3. 2. 1空载运行时的电磁关系三相异步电动机定子绕组接在对称的三相电源上，的运行，称为空载运行。1.主、漏磁通的分布为便于分析，根据磁通经过的路径和性质的不同，转子轴上不带机械负载时异步电动机的磁通可分为主磁通和漏磁通两大类。 1)主磁通0当三相异步电动机定子绕组通入三相对称交流电时，将产生旋转磁动势，该磁动势产生的磁通绝大部分穿过气隙，并同时交链于定、转子绕组，这部分磁通称为主磁通，用0表示。其路径为:定子铁芯气隙转子铁芯气隙定子铁芯，构成闭合磁路，如图3. 2. 1 (

264、 a)所示。上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性主磁通同时交链定、转子绕组并在其中分别产生感应电动势。转子绕组为三相或多相短路绕组，在电动势的作用下，转子绕组中有电流通过。转子电流与定子磁场相互作用产生电磁转矩，实现异步电动机的机电能量转换，因此，主磁通起了转换能量的媒介作用。 2)漏磁通除主磁通外的磁通称作漏磁通，它包括定子绕组的槽部漏磁通和端部漏磁通，如图3. 2. 1所示，以及由高次谐波磁动势所产生的高次谐波磁通，前两项漏磁通只交链于定子绕组，而不交链于转子绕组。而高次谐波磁通实际上穿过气隙，同时交链于定、转子绕组。上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特

265、性由于高次谐波磁通对转子不产生有效转矩，另外它在定子绕组中感应电动势又很小，且其频率和定子前两项漏磁通在定子绕组中的感应电动势频率又相同，它也具有漏磁通的性质，所以就把它当做漏磁通来处理，故又称作谐波漏磁通。由于漏磁通沿磁阻很大的空气隙形成闭合回路，因此它比主磁通小很多。漏磁通仅在定子绕组上产生漏电动势，因此不能起能量转换的媒介作用，只起电抗压降的作用。上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性 2.空载电流和空载磁动势异步电动机空载运行时的定子电流称为空载电流，用表示。当异步电动机空载运行时，定子三相绕组有空载电流通过，三相空载电流将产生一个旋转磁动势，称为空载磁动势F0。

266、异步电动机空载运行时，由于轴上不带机械负载，其转速很高，接近同步转速，即nn1，转差率s很小。此时定子旋转磁场与转子之间的相对速度几乎为零，于是转子感应电动势E2=0，转子电流I2 0，转子磁动势F2 0。上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性空载电流由两部分组成:一是专门用来产生主磁通0的无功分量电流;另一是专门用来供给铁芯损耗的有功分量电流。由于无功分量电流远远大于有功分量电流，故空载电流基本上为一无功性质的电流。3.电磁关系上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性3. 2. 2 空载运行时的电压平衡方程1.主、漏磁通感应的电动势主磁通在定子绕组中感应的电

267、动势为 (3.3) 和变压器一样，定子漏磁通在定子绕组中感应的漏磁电动势可用漏抗压降的形式表示，即 (3.4)式中X1定子漏电抗，它是对应于定子漏磁通的电抗。上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性 2.空载时电压平衡方程式与等效电路设定子绕组上外加电压为，相电流为，主磁通在定子绕组中感应的电动势为，定子漏磁通在定子每相绕组中感应的电动势为，定子每相电阻为R1，类似于变压器空载时的一次侧，根据基尔霍夫第二定律，可列出电动机空载时每相的定子电压方程式为（3.5）式中Z1定子绕组的漏阻抗，与分析变压器时相似，可写出 (3.6)式中励磁阻抗，其中Rm为励磁电阻，是反映铁损

268、耗的等效电阻，Xm为励磁电抗，与主磁通相对应。由式(3. 5)和式(3.6),即可画出异步电动机空载时的等效电路，如图3. 2. 2所示。返回上一页下一页任务2 三相笼型异步电动机的工作特性3. 3三相异步电动机的负载运行所谓负载运行是指异步电动机的定子外施对称三相电压，转子带上机械负载时的运行状态。3. 3. 1 负载运行时的电磁关系异步电动机空载运行时，转子转速接近同步转速，转子电流I2 0，转子磁动势F2 0。当异步电动机带上机械负载时，转子转速下降，定子旋转磁场切割转子绕组的相对速度增大，转子感应电动势和转子电流增大。此时，定子三相电流合成产生基波旋转磁动势F1，转子对称的多相

269、(或三相)电流合成产生基波旋转磁动势F2，这两个旋转磁动势共同作用于气隙中，两者同速、同向旋转，处于相对静止状态，因此形成合成磁动势，电动机就在这个合成磁动势作用下产生交链于定子绕组、转子绕组的主磁通，并分别在定子绕组、转子绕组中感应电动势。返回上一页下一页任务2 三相笼型异步电动机的工作特性同时定、转子磁动势分别产生只交链于本侧的漏磁通，感应出相应的漏磁电动势。其电磁关系如下:上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性3. 3. 2 转子绕组各电磁量转子不转时，气隙旋转磁场以同步转速n1切割转子绕组，当转子以转速n旋转后，旋转磁场就以(n1-n的相对速度切割转子绕组，因此，当

270、转子转速n变化时，转子绕组各电磁量也将随之变化。1.转子感应电动势的频率感应电动势的频率正比于导体与磁场的相对切割速度，故转子电动势的频率为 (3.7)式中 f1电网频率，为一定值。故转子绕组感应电动势的频率f2与转差率s成正比。上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性当转子不转(如启动瞬间)时，n=0, s=1，则f2=f1 ,即转子不转时转子感应电动势频率与定子感应电动势频率相等;当转子接近同步转速(如空载运行)时，n n1, s 0，则f20。异步电动机在额定情况运行时，转差率很小，通常在0. 010. 06，若电网频率为50 Hz，则转子感应电动势频率仅在0. 53 H

271、z，所以异步电动机在正常运行时，转子绕组感应电动势的频率很低。2.转子绕组的感应电动势由分析可知，转子旋转时的转子绕组感应电动势E2s为 (3.8)若转子不转，其感应电动势频率f2 =f1，故此时感应电动势E2为 (3.9)上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性把式(3. 7)和式(3. 9)代人式(3. 8 )，得 (3.10) 当电源电压U1一定时，0就一定，故E2为常数，则 E2ss一定时，应电动势也与转差率成正比当转子不转时，转差率s=1，主磁通切割转子的相对速度最快，此时转子电动势最大。当转速增加时，转差率将随之减小。因正常运行时转差率很小，故转子绕组感应电动势一也

272、就很小。上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性3.转子绕组的漏阻抗由于电抗与频率成正比，故转子旋转时的转子绕组漏电抗X2s为 (3.11)式中X2转子不转时的漏电抗; L2转子绕组的漏电感。显然，X2是个常数，故转子旋转时的转子绕组漏电抗也正比于转差率s。同样，在转子不转(如启动瞬间)时,s=1，转子绕组漏电抗最大。当转子转动时，它随转子转速的升高而减小。上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性转子绕组每相漏阻抗为 (3.12)式中 R2转子绕组电阻。4.转子绕组的电流异步电动机的转子绕组正常运行时处于短接状态，其端电压U2 = 0，所以，转子绕组电动势平衡方程为

273、 (3.13)其电路如图3. 3. 1所示，转子每相电流为 (3.14)上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性其有效值为（3.15）上式说明，转子绕组电流I2也与转差率有关。当s=0时，I2=0;当转子转速降低时，转差率s增大，转子电流一也随之增大。5.转子绕组功率因数（3.16）式(3.16)说明，转子回路功率因数一也与转差率s有关。当s=0时cos2 = 1;当s增加时， cos2则减小。上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性 6.转子旋转磁动势异步电动机的转子为多相(或三相)绕组，它通过多相(或三相)电流，也将产生旋转磁动势。它的转向与转子电流相序一

274、致，可以证明，转子电流相序与定子旋转磁动势方向一致，由此可知，转子旋转磁动势转向与定子旋转磁动势转向一致。7.转子磁动势相对于转子的转速为 (3.17)即转子磁动势的转速也与转差率成正比。转子磁动热相对于定子的转速为 (3.18)上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性由此可见，无论转子转速怎样变化，定、转子磁动势总是以同速、同向在空间旋转，两者在空间始终保持相对静止，如图3.3.2所示。综上所述，转子各电磁量除R2外，其余各量均与转差率s有关，因此说转差率是异步电动机的一个重要参数。转子各电磁量随转差率变化的情况如图3. 3. 3所示。上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电

275、动机的工作特性3. 3. 3 磁动势平衡方程异步电动机负载运行时，定子电流产生定子磁动势F1，转子电流产生转子磁动势F2。这两个磁动势在空间同速、同向旋转，相对静止。F1与F2的合成磁动势即为励磁磁动势F0，则有 F1+F2=F (3.19)式(3. 19 )即为磁动势平衡方程式，可改写成 F1=F0+(-F2)=F0+F1L (3.20)式中Fi=-F2 定子负载分量磁动势。上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性可见定子旋转磁动势包含两个分量:一个是励磁磁动势F0，它用来产生气隙磁通0;另一个是负载分量磁动势F1L，它是用来平衡转子旋转磁动势F2,也即用来抵消转子旋转磁动

276、势对主磁通的影响。根据旋转磁动势幅值和相应电流的关系，经过整理可得 (3.21)式中ki异步电动机的电流变比。返回上一页下一页任务2 三相笼型异步电动机的工作特性3. 3. 4 电动势平衡方程在定子电路中，主电动势、漏磁电动势、定子绕组电阻压降与外加电源电压相平衡，此时定子电流为。在转子电路中，由于转子为短路绕组，故主电动势、漏磁电动势。和转子绕组电阻压降相平衡。因此，可写出负载时定子、转子的电动势平衡方程式为 (3.22)式中，，转子不动时的转子绕组感应电动势，两者之比用ke来表示，称为电动势变比，即 (3.23)返回上一页下一页任务2 三相笼型异步电动机的工作特性

277、3. 4 三相异步电动机的等效电路和相量图三相异步电动机与变压器一样，定、转子绕组之间只有磁的藕合而无电的直接联系。在分析异步电动机运行及计算时，也采用与变压器相似的等效电路方法，即把定子、转子之间的电磁关系用等效电路形式来表示，以便于分析和计算。根据电动势平衡方程式可画出如图3. 4. 1所示的三相异步电动机旋转时定子、转子电路图，类似于变压器，要作出异步电动机的等效电路，必须首先进行折算。尽管异步电动机与变压器有很多相似之处，但由于异步电动机是旋转电机，其定子、转子频率不相等，因此就比变压器多了一个频率折算的问题。另外，异步电动机定子、转子绕组的相数、绕组系数和匝数不一定相同，因此在绕组

278、折算时应给予考虑。返回上一页下一页任务2 三相笼型异步电动机的工作特性3. 4. 1 折算 1.频率折算频率折算就是要寻求一个等效的转子电路来代替实际旋转的转子系统，而该等效的转子电路应与定子电路有相同的频率。由以前分析可知，只有当转子静止时，车令子电路才与定子电路有相同的频率。所以频率折算的实质就是把旋转的转子等效成静止的转子。当然在等效过程中，要保持电机的电磁效应不变，因此折算的原则有两条:一是保持转子电路对定子电路的影响不变，而这一影响是通过转子磁动势F2来实现的，所以进行频率折算时，应保持转子磁动势F2不变，要达到这一点，只要使被等效静止的转子电流大小和相位与原转子旋转时的电流大小

279、和相位一样即可;二是被等效的转子电路功率和损耗与原转子旋转时一样。上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性由式(3. 14 )可知，转子旋转时的转子电流为 (3.24)将上式分子、分母同除以s，可得 (3.25)比较式(3. 24 )和式(3. 25)可见，频率折算方法只要把原转子电路中的 R2变换为，即在原转子旋转的电路中串入一个的附加电阻即可，如图3.4.2所示。上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性由此可知，变换后的转子电路中多了一个附加电阻。实际旋转的转子在转轴上有机械功率输出并且转子还会产生机械损耗。而经频率折算后，因转子等效为静止状态，转子就不再

280、有机械功率输出及机械损耗了，但在电路中多了一个附加电阻。根据能量守恒及总功率不变原则，该电阻所消耗的功率就应等于转轴上的机械功率和转子的机械损耗之和，这部分功率称为总机械功率，附加电阻称为模拟机械功率的等效电阻。由图3. 4. 2可知，频率折算后的异步电动机转子电路和一个二次侧接有可变电阻的变压器二次电路相似，因此从等效电路角度，可把看做是异步电动机的“负载电阻”，把转子电流在该电阻上的电压降看成是转子回路的端电压，即，这样转子回路电动势平衡方程就可写成 (3.26)上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性 2.转子绕组折算转子绕组的折算就是用一个和定子绕组具有相同相数m

281、1 ,匝数N1及绕组系数kw1的等效转子绕组来取代相数m2 ,匝数N2及绕组系数kw2的实际转子绕组。1)电流的折算根据折算前、后转子磁动势不变的原则，可得折算后的转子电流为 (3.27)式中为电流变比。上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性2)电动势的折算根据折算前、后传递到转子侧的视在功率不变的原则，可得折算后的转子电动势为 (3.28) 式中为电动势变比。上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性3)阻抗的折算根据折算前、后转子铜损耗不变的原则，可得 (3.29)折算后的转子电阻为 (3.30)同理，根据磁场储能不变，可得折算后的转子电抗为 (3.31)上

282、两式中，keki为阻抗变比。上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性3. 4. 2 等效电路1.折算后的基本方程组经过频率和绕组折算后，异步电动机的基本方程组为 (3.32)上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性2. T”形等效电路根据基本方程式，可画出异步电动机的“T形等效电路，如图3. 4. 3所示。由等效电路分析可知:当转子不转(如堵转)时，n=0,s=1，则附加电阻，总机械功率为零，此时异步电动机处于短路运行状态，定子、转子电流均很大;当转子趋于同步转速旋转，nn1 ,s 0，则附加电阻，等效电路近乎开路，转子电流很小，总机械功率一也很小，相当于异步电动

283、机空载运行。上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性 3.简化等效电路 T形等效电路为串、并联混联电路，计算比较麻烦，因此实际应用时常需进行简化。考虑异步电动机励磁阻抗较小，励磁电流又较大，而定子漏抗又比变压器的大，若像变压器一样，简单地把励磁支路移至电路首端就会产生较大误差，尤其是对于小容量电动机。因此，为了减小误差，需引人一个修正系数C1，经推导，修正系数对40 KW及以上容量的异步电动机可取C1 = 1简化等效电路如图 3. 4. 4所示上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性3. 4. 3 相量图按式(3. 32)或图3. 4. 3可画出相应的异步电动机

284、相量图，如图3.4.5所示。其作图方法和步骤与变压器完全一样，这里不再叙述。从相量图可以看出，定子电流总是滞后于电源电压，因为要建立和维持气隙中的主磁通和定子、转子漏磁通，需从电源吸收一定的感性无功功率，即异步电动机的功率因数总是滞后的。还可看出，当电动机轴上所带机械负载增加时，转速n降低，转差率s增大，使得增大，随之增大，电动机从电源吸收更多的电功率，从而实现由电能到机械能的转换。上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性综上分析可得如下结论:(1)运行时的异步电动机与一台二次侧接有纯电阻负载的变压器相似。当s =1时，相当于一台二次侧短路的变压器;当s=0时，相当于一

285、台二次侧开路的变压器。(2)异步电动机可看做是一台广义的变压器，不仅可以变换电压、电流和相位，而且可以变换频率和相数，更重要的是可以进行机电能量转换。等效电路中，附加电阻是模拟总机械功率的等效电阻，当转子堵转时，S = I，附加电阻为0，此时无机械功率输出;而当转子旋转且转轴上带有机械负载时，s不等于1 ,附加电阻不为0，此时有机械功率输出。上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性 (3)机械负载变化在等效电路中是由来体现的。当转子轴上机械负载增大时，转速减慢，转差率增大，因此转子电流增大，以产生较大的电磁转矩与负载转矩平衡。按磁动势平衡关系，定子电流也将增大，电动机便从电源吸收

286、更多的电功率来供给电动机本身的损耗和轴上输出的机械功率，从而达到功率平衡。(4)异步电动机与变压器有相同的等效电路形式，但参数相差较大，可参阅有关的书籍。(5)异步电动机的定子电流总是滞后于定子电压，即功率因数总是滞后的，因异步电动机需从电网吸收大量感性无功功率来激励主、漏磁场。返回上一页下一页3. 5三相异步电动机的功率平衡、转矩平衡关系3. 5. 1 功率平衡 1.功率平衡异步电动机运行时，定子从电网吸收电功率，转子向拖动的机械负载输出机械功率。电动机在实现机电能量转换的过程中，必然会产生各种损耗。根据能量守恒定律，输出功率应等于输入功率减去总损耗。由电网供给电动机的功率称为输入功率，其

287、计算公式为 (3.33) 定子电流流过定子绕组时，电流I1在定子绕组电阻R1上的功率损耗称为定子铜损耗，其计算式为 (3.34)返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性上一页下一页任务2 三相笼型异步电动机的工作特性旋转磁场在定子铁芯中还将产生铁损耗(因转子频率很低，一般为13 Hz，故转子铁损耗很小，可以忽略不计)，其值可看做励磁电流I0在励磁电阻上所消耗的功率 (3.35)因此从输入功率P1中扣除定子铜损耗和定子铁损耗，剩余的功率便是由气隙磁场通过电磁感应关系由定子传递到转子侧的电磁功率Pem，即 (3.36)由等效电路可得 (3.37)上一页下一页返回转子电流流过转子绕组时，电流

288、I2在转子绕组电阻R2上的功率损耗称为转子铜损耗，其计算式为 (3.38)传递到转子的电磁功率扣除转子铜损耗为电动机的总机械功率PMEC即 (3.39)由等效电路可知，它就是转子电流消耗在附加电阻上的电功率，即 (3.40)由式(3. 37)和式(3. 38)可得 (3.41)上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性由式(3. 37)和式(3. 40)可得 (3.42)由式(3. 41)和式(3. 42)可知，一小部分sPem转变为转子铜损耗，由定子经空气隙传递到转子侧的电磁功率有其余绝大部分(1-s)Pem ,转变为总机械功率。电动机运行时，还会产生轴承及风阻等摩擦所引起的机

289、械损耗Pmec，另外还有由于定、转子开槽和谐波磁场引起的附加损耗Pad。电动机的附加损耗很小，一般在大型异步电动机中， Pad约为电机额定功率的0. 5 %;而在小型异步电动机中，满载时， Pad可达1%3%或更大些。上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性总机械功率pMEC扣去机械损耗pmec和附加损耗pad，才是电动机转轴上输出的机械功率，即 (3.43)可见异步电动机运行时，从电源输入电功率p1到转轴上输出功率p 的全过程为 (3.44) 式中P-电动机的总损耗。异步电动机的功率流程如图3. 5. 1所示。上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性3. 5.

290、2 转矩平衡我们由动力学可以知道，旋转体的机械功率等于作用在旋转体上的转矩与其机械角速度的乘积，。将式(3. 43)的两边同除以转子机械角速度便得到稳态时异步电动机的转矩平衡方程式即 (3.45)式中Tem电动机电磁转矩，为驱动性质转矩; T2电动机轴上输出的机械负载转矩，为制动性质转矩; T0对应于机械损耗和附加损耗的转矩，称为空载转矩，它也为制动性质转矩。上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性式(3. 45)说明，电磁转矩Tem与输出机械转矩T2和空载转矩T0相平衡。从式(3. 42 )可推得 (3.46)式中1 同步机械角速度。由此可知，电磁转矩从转子方面看，它等

291、于总机械功率除以转子机械角速度;从定子方面看，它又等于电磁功率除以同步机械角速度。在计算中，若功率单位为W，机械角速度单位为rad/s，则转矩单位为Nm。返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性上一页下一页任务2 三相笼型异步电动机的工作特性3. 6 三相异步电动机的工作特性3. 6. 1 三相异步电动机的工作特性异步电动机的工作特性是指在额定电压和额定频率运行时，电动机的转速n、输出转矩T2、定子电流I1、功率因数cos2、效率 ,与输出功率P2之间的关系曲线。工作特性可以通过电动机直接加负载试验得到，一也可利用等效电路计算得出。图3. 6. 1为三相异步电动机的工作特性曲线。下面分别加

292、以说明。返回上一页下一页任务2 三相笼型异步电动机的工作特性1.转速特性n =f ( p2)由可得 (3.47) 空载时，输出功率P2 = 0，转子电流很小，I20，所以PcU2 0, n n1。负载时，随着P2的增加，转子电流也增大，因为PcU2与I2的平方成正比，而pem则近似地与形成正比，因此，随着负载的增大，s也增大，转速n则降低。额定运行时，转差率很小，一般sN=0.010.06，相应的转速nN=(1-s)n1=(0.99 -0.94)n1，与同步转速n1接近，故转速特性n =f ( p2)是一条稍向下倾斜的曲线。上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性2.转矩特性

293、T2 =f ( p2)异步电动机的输出转矩 (3.48) 空载时，输出功率p2 = 0，转子电流很小， I20 ， T2 0;负载时，随着输出功率的增加，转速略有下降，故由式(3. 48)可知， T2上升速度略快于输出功率的上升速度，故转矩特性T2 =f ( p2)为一条过零点稍向上翘的曲线。由于从空载到满载，转速变化很小，故T2 =f ( p2)可近似看成为一条直线。上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性 3.定子电流特性I1 =f( p2)由磁动势平衡方程式可知，当空载时，，故。负载时，随着输出功率的增加，转子电流增大，于是定子电流的负载分量一也随之增大，所以定子电流

294、随着输出功率的增大而增大。 4.定子功率因数特性三相异步电动机运行时需要从电网吸收感性无功功率来建立磁场，所以异步电动机的功率因数总是滞后的。上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性空载时，定子电流主要是无功励磁电流，因此功率因数很低，通常不超过0. 2。负载运行时，随着负载的增加，功率因数逐渐上升，在额定负载附近，功率因数最高。当超过额定负载后，由于转差率迅速增大，转子漏抗迅速增大，则增大较快，故转子功率因数cos2下降，于是转子电流无功分量增大，相应的定子无功分量电流一也增大，因此定子功率因数cos1反而下降，如图3. 6. 1所示。上一页下一页返回任务2 三相笼型异

295、步电动机的工作特性5.效率特性n =f ( p2)根据公式 (3.49) 可知，电动机空载时，输出功率p2= 0，效率=0。带负载运行时，随着输出功率的增加，效率也在增加。在正常运行范围内因主磁通和转速变化很小，故铁损耗和机械损耗可认为是不变损耗。而定子、转子铜损耗和附加损耗随负载而变，称为可变损耗。当负载增大到使可变损耗等于不变损耗时，效率达最高。若负载继续增大，则与电流平方成正比的定子、转子铜损耗增加很快，故效率反而下降，如图3. 6. 1所示。一般在(0. 71. 0) PN范围内效率最高。异步电动机的额定效率通常在74% 94% ,电动机容量越大，其额定效率越高。由于额定负载附近的功率

296、因数及效率均较高，因此电动机应运行在额定负载附近。若电动机长期欠载运行，效率及功率因数均低，很不经济。所以在选用电动机时，应注意其容量与负载要相匹配。上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性任务实施一、实训内容(1)测定电机的转差率。(2)测量定子绕组的冷态电阻。(3)判定定子绕组的首末端。(4)空载实验。(5)短路实验。(6)负载实验。二、实训设备1.实训设备(表1)上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性2.屏上挂件排列顺序D33、D32、D34一3、D31、D42、D513.用日光灯法测定转差率日光灯是一种闪光灯，当接到50 Hz电源上时，灯光每秒闪亮100次

297、，人的视觉暂留时间约为0. 1 s左右，故用肉眼观察时日光灯是一直发亮的，我们就利用日光灯这一特性来测量电机的转差率。(1)异步电机选用编号为DJ16的三相鼠笼异步电动机UN = 220 V ,接法)极数2P =4。直接与测速发电机同轴连接，在DJ16和测速发电机联轴器上用黑胶布包一圈，再用四张自纸条(宽度约为3毫米)，均匀地贴在黑胶布上。上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性(2)由于电机的同步转速为，而日光灯闪亮为100次/秒，即日光灯闪亮一次，电机转动1/4圈。由于电机轴上均匀贴有四张自纸条，故电机以同步转速转动时，肉眼观察图案是静止不动的(这个可以用直流电动机DJ15

298、, DJ23和三相同步电机DJ18来验证)。(3)按下启动按钮，接通交流电源。打开控制屏上日光灯开关，调节控制屏左侧调压器升高电动机电压，观察电动机转向，如转向不对应停机调整相序。转向正确后，升压至220 V，使电机启动运转，记录此时电机转速。(4)因三相异步电机转速总是低于同步转速，故灯光每闪亮一次图案逆电机旋转方向落后一个角度，用肉眼观察图案逆电机旋转方向缓慢移动。上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性 (5)按住控制屏报警记录仪“复位”键，手松开之后开始观察图案后移的个数计数时间可定得短一些(一般取30s) 。将观察到的数据记录于表2中。(6)停机。将调压器调至零位，关断

299、电源开关。车令差率式中t计数时间，s; Nts内图案转过的圈数; f电源频率，50 Hz; P电机的极对数。 (7)将计算出的转差率与实际观测到的转速算出的转差率比较。上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性4.测量定子绕组的冷态直流电阻将电机在室内放置一段时间，用温度计测量电机绕组端部或铁芯的温度。当所测温度与冷却介质温度之差不超过2 K时，即为实际冷态。记录此时的温度和测量定子绕组的直流电阻，此阻值即为冷态直流电阻。1)伏安法测量线路图为图1。直流电源用主控屏上电枢电源，可先调到50 V输出电压。开关S1、 S2选用D51挂箱，R用D42挂箱上1 800可调电阻。上一页下

300、一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性量程的选择:测量时通过的测量电流应小于额定电流的20%，约小于60 mA，因而直流电流表的量程用200 mA挡。三相鼠笼式异步电动机定子一相绕组的电阻约为50 ，因而当流过的电流为60 mA时二端电压约为3 V，所以直流电压表量程用20 V挡。按图1接线。把R调至最大位置，合上开关S1调节直流电源及R阻值使试验电流不超过电机额定电流的20，以防因试验电流过大而引起绕组的温度上升，读取电流值，再接通开关S2读取电压值。读完后，先打开开关S2 ，再打开开关S1 。调节R使A表分别为50 mA , 40mA , 30 mA测取三次，取其平均值，测量定子三

301、相绕组的电阻值，记录于表3中。上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性注意事项:(1)在测量时，电动机的转子须静止不动。(2)测量通电时间不应超过1 min 。2)电桥法用单臂电桥测量电阻时，应先将刻度盘旋到电桥大致平衡的位置。然后按下电池按钮，接通电源，等电桥中的电源达到稳定后，方可按下检流计按钮接入检流计。测量完毕，应先断开检流计，再断开电源，以免检流计受到冲击。数据记录于表4中。电桥法测定绕组直流电阻准确度及灵敏度高，并有直接读数的优点。上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性 5.判定定子绕组的首末端先用万用表测出各相绕组的两个线端，将其中的任意两相绕组串联

302、，如图2所示。将控制屏左侧调压器旋钮调至零位，开启钥匙开关，按下“启动”按钮，接通交流电源。调节调压旋钮，并在绕组端施以单相低电压U = 80100 V，注意电流不应超过额定值，测出第三相绕组的电压，如测得的电压值有一定读数，表示两相绕组的末端与首端相连，如图2 (a)所示。反之，如测得电压近似为零，则两相绕组的末端与末端(或首端与首端)相连，如图2 (b)所示。用同样方法测出第三相绕组的首末端。上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性 6.空载买验(1)按图3接线。电机绕组为接法(UN=220 V)，直接与测速发电机同轴连接，不连接校正直流测功机DJ23 。(2)把交流调压器调

303、至电压最小位置，接通电源，逐渐升高电压，使电机启动旋转，观察电机旋转方向。并使电机旋转方向为正转(如转向不符合要求需调整相序时，必须切断电源)。(3)保持电动机在额定电压下空载运行数分钟，使机械损耗达到稳定后再进行试验。(4)调节电压由1. 2倍额定电压开始逐渐降低电压，直至电流或功率显著增大为止。在这范围内读取空载电压、空载电流、空载功率。上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性(5)在测取空载实验数据时，在额定电压附近多测几点，共取数据79组记录于表5中。 7.短路买验(1)测量接线图同图3。用制动工具把三相电机堵住。制动工具可用DDOS上的圆盘固定在电机轴上，螺杆装在圆盘上

304、。(2)调压器退至零，按下启动按钮，接通交流电源。调节控制屏左侧调压器旋钮使之逐渐升压至短路电流到1. 2倍额定电流，再逐渐降压至0. 3倍额定电流为止。(3)在这范围内读取短路电压、短路电流、短路功率。(4)共取数据56组，记录于表6中)上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性 8.负载实验(1)测量接线图同图3。同轴连接负载电机。图中凡用D42上1 800 阻值，RL用D42上1 800 阻值加上900 并联900 共2 250 阻值。(2)按下启动按钮，接通交流电源，调节调压器使之逐渐升压至额定电压并保持不变。(3)合上校正过的直流电机的励磁电源，调节励磁电流至校正值(10

305、0 mA)并保持不变。(4)合上开关S,调节负载电阻RL(注:先调节1 800 电阻，调至零值后用导线短接再调节450 电阻)，使异步电动机的定子电流逐渐上升，直至电流上升到1. 25倍额定电流)上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性 (5)从这负载开始，逐渐减小负载直至空载(即断开开关S)，在这范围内读取异步电动机的定子电流、输入功率、转速、校正直流测功机的负载电流IF等数据。(6)共取数据89组，记录于表7中。上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性三、报告1.计算基准工作温度时的相电阻由实验直接测得每相电阻值，此值为实际冷态电阻值。冷态温度为室温。按下式换

306、算到基准工作温度时的定子绕组相电阻为式中:r1ref换算到基准工作温度时定子绕组的相电阻，; r1C定子绕组的实际冷态相电阻， ; ref基准工作温度，对于E级绝缘为75; C实际冷态时定子绕组的温度，;上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性2.作空载特性曲线I0L、p0、3.作短路特性曲线IKL、PK=f(UKl)4.由空载、短路实验数据求异步电机的等效电路参数由短路实验数据求短路参数短路阻抗:短路电阻:短路电抗: 上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性式中，一电动机堵转时的相电压、相电流、三相短路功率(接法)。转子电阻的折合值: 。式中:r1C是没有折合到

307、75时实际值。定、转子漏抗: 上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性2)由空载试验数据求激磁回路参数空载阻抗空载电阻空载电抗式中电动机空载时的相电压、相电流、三相空载功率(接法)。上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性激磁电抗激磁电阻式中pFe额定电压时的铁耗，由图4确定。5.作工作特性曲线P1、I1、s 、由负载试验数据计算工作特性，填入表8中。上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性计算公式为式中I1定子绕组相电流，A; U1定子绕组相电压，V; S转差率; 效率。上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性6.由损耗分析法求额定负

308、载时的效率电动机的损耗有铁耗: PFe机械损耗: Pmec 定子铜耗:转子铜耗:杂散损耗Pad取为额定负载时输入功率的0.5%。式中Pem电磁功率，W;铁耗和机械损耗之和为:上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性为了分离铁耗和机械损耗，作曲线，如图4。延长曲线的直线部分与纵轴相交于K点，K点的纵坐标即为电动机的机械损耗Pmec ，过K点作平行于横轴的直线，可得不同电压的铁耗pFe。电机的总损耗于是求得额定负载时的效率为式中，P1、 S、I1由工作特性曲线上对应于P2为额定功率PN时查得。上一页下一页返回任务2 三相笼型异步电动机的工作特性四、思考题1.由空载、短路实验数据

309、求取异步电机的等效电路参数时，有哪些因素会引起误差？2.从短路实验数据我们可以得出哪些结论?3.由直接负载法测得的电机效率和用损耗分析法求得的电机效率各有哪些因素会引起误差？返回上一页任务3 三相绕线式异步电动机的拖动特性3. 7 三相异步电动机的机械特性3. 7. 1 三相异步电动机机械特性的三种表达式三相异步电动机的机械特性一也是指电动机的转速n与电磁转矩Tem，之间的关系，即n =f (Tem)。因为异步电动机的转速n与转差率s之间存在着一定的关系，所以异步电动机的机械特性通常一也用T em=f(s)的形式表示。三相异步电动机的电磁转矩有三种表达式，分别为物理表达式、参数表达式和实用表

310、达式，现分别介绍如下。返回下一页任务3 三相绕线式异步电动机的拖动特性1.物理表达式由式(3. 46)和电磁功率表达式以及转子电动势公式，可推得 (3.50)式中转矩常数，对于已制成的电动机，CT为一常数。式(3. 50)表明，异步电动机的电磁转矩是由主磁通0与转子电流的有功分量相互作用产生的，在形式上与直流电动机的转矩表达式相似，它是电磁力定律在异步电动机中的具体体现。上一页下一页返回任务3 三相绕线式异步电动机的拖动特性物理表达式虽然反映了异步电动机电磁转矩产生的物理本质，但并没有直接反映出电磁转矩与电动机参数之间的关系，更没有明显地表示电磁转矩与转速之间的关系，因此，分析或计算

311、异步电动机的机械特性时，一般不采用物理表达式，而是采用下面介绍的参数表达式。2.参数表达式异步电动机的电磁转矩为 (3.51)根据简化等效电路得到 (3.52)上一页下一页返回任务3 三相绕线式异步电动机的拖动特性将式(3. 52)代人式(3. 51)中，可以得到异步电动机机械特性的参数表达式 (3.53) 在式(3. 53)中，定子相数m1 、磁极对数D、定子相电压U1、电源频率f1、定子每相绕组电阻R1和漏抗X1、折算到定子侧的转子电阻R2 和漏抗X2 等都是不随转差率s变化的常量。当电动机的转差率s(或转速n) 变化时，可由式(3. 53)算出相应的电磁转矩Tem，因而可以作出图3.

312、7. 1所示的机械特性曲线。上一页下一页返回任务3 三相绕线式异步电动机的拖动特性当同步转速n1为正时，机械特性曲线跨第一、二、四象限。在第一象限时，0 n n1，0sn1 , s 0, n为正值，Tem为负值，电机处于发电机运行状态;在第四象限时，n1, n为负值， Tem为正值，电机处于电磁制动运行状态。在机械特性曲线上，转矩有两个最大值，在发电状态。最大转矩Tm和对应的转差率sm (3. 53)求导数，并令，求得一个出现在电动状态，另一个出现(称为临界转差率)可以通过对式 (3.54) (3.55)上一页下一页返回任务3 三相绕线式异步电动机的拖动特性式中，“+”号对应电动状

313、态;“一”号对应发电状态。通常，故式(3. 54)、式(3. 55)可以近似为 (3.56) (3.57)由式(3. 56) , (3. 57)可以得出:(1) Tm与U12成正比，而sm与U1无关。(2) sm与R2成正比，而Tm与R2无关。3) Tm和sm都近似地与(X1 +X2)成反比。以上三点结论对研究电动机的人为机械特性是非常有用的。上一页下一页返回任务3 三相绕线式异步电动机的拖动特性最大电磁转矩对电动机来说具有重要意义。电动机运行时，若负载转矩短时突然增大，且大于最大电磁转矩，则电动机将因为承载不了而停转。为了保证电动机不会因短时过载而停转，一般电动机都具有一定的过载能力。

314、显然，最大电磁转矩愈大，电动机短时过载能力愈强，因此把最大电磁转矩与额定转矩之比称为电动机的过载能力，用T表示，即 (3.58) T是表征电动机运行性能的重要参数，它反映了电动机短时过载能力的大小，一般电动机的过载能力T = 1. 62. 2，起重、冶金机械专用电动机的T =2. 22. g。上一页下一页返回任务3 三相绕线式异步电动机的拖动特性除了最大转矩Tm以外，机械特性曲线(图3. 7. 1)上还反映了异步电动机的另一个重要参数，即启动转矩Tst，它是异步电动机接至电源开始启动瞬间的电磁转矩。将s=1 (n=0时)代人式(3. 53)得启动转矩为由式(3. 59)可以得出:(1) Ts

315、t与U12成正比。(2)电抗参数(X1+X2)愈大， Tst愈小。(3)在一定范围内增大凡时， Tst增大。由于Sm随X2 正比增大，而Tm与X2无关，所以绕线转子异步电动机可以在转子回路串入适当的电阻Rst，使sm=1 ，如图3. 7. 2所示。这时启动转矩Tst = Tm 上一页下一页返回任务3 三相绕线式异步电动机的拖动特性可见，绕线转子异步电动机可以通过转子回路串电阻的方法增大启动转矩，改善启动性能。对于笼型异步电动机，无法在转子回路中串电阻，启动转矩大小只能在设计时考虑，在额定电压下，其Tst是一个恒值。Tst与TN之比称为启动转矩倍数，用kst表示，即 (3.60) kst是

316、表征笼型异步电动机性能的另一个重要参数，它反映了电动机启动能力的大小。显然，只有当启动转矩大于负载转矩，即 kst TL时，电动机才能启动起来。一般笼型异步电动机的 kst=1.02. 0，起重和冶金机械专用的笼型异步电动机的 kst=2. 84. 0。上一页下一页返回任务3 三相绕线式异步电动机的拖动特性 3.实用表达式机械特性的参数表达式清楚地表示了转矩与转差率和电动机参数之间的关系，用它分析各种参数对机械特性的影响是很方便的。但是，针对电力拖动系统中的具体电动机而言，其参数是未知的，欲求得其机械特性的参数表达式显然是困难的。因此希望能够利用电动机的技术数据和铭牌数据求得电动机的机械特性

317、，即机械特性的实用表达式。在忽略R1的条件下，用电磁转矩公式(3. 53)除以最大转矩公式(3. 57 ) ,并考虑到临界转差率公式(3. 56 )，化简后可得电动机机械特性的实用表达式 (3.61)上一页下一页返回任务3 三相绕线式异步电动机的拖动特性式(3. 61)中的Tm和sm ，可由电动机额定数据方便地求得，因此式(3. 61)在工程计算中是非常实用的机械特性表达式。如果考虑即 ,则可以得到机械特性的线性表达式 (3.62) 下面介绍Tm和sm 的求法。已知电动机的额定功率PN、额定转速nN、过载能力T，则额定转矩为式中，PN的单位为kW ; nN的单位为r/min。最大转矩为上

318、一页下一页返回任务3 三相绕线式异步电动机的拖动特性额定转差率为忽略空载转矩，当s=sN时，Tem=TN，代人式(3. 61)可得将Tm=TTN代人上式可得 (3.63)上一页下一页返回任务3 三相绕线式异步电动机的拖动特性求出了Tm和sm后，式(3. 61)便成为已知的机械特性方程式。只要给定一系列的值，便可求出相应的Tem值，即可画出机械特性曲线。上述异步电动机机械特性的三种表达式，虽然都能用来表征电动机的运行性能，但其应用场合各有不同。一般来说，物理表达式适用于对电动机的运行作定性分析;参数表达式适用于分析各种参数变化对电动机运行性能的影响;实用表达式适用于电动机机械特性的工程计算

319、。上一页下一页返回任务3 三相绕线式异步电动机的拖动特性3. 7. 2 三相异步电动机的固有机械特性和人为机械特性1.固有机械特性三相异步电动机的固有机械特性是指电动机在额定电压和额定频率下，按规定的接线方式接线，定子和转子电路不外接电阻或电抗时的机械特性。当电机处于电动机运行状态时，其固有机械特性如图3. 7. 3所示。下面对固有机械特性上的几个特殊点进行说明。1)启动点A电动机接通电源开始启动瞬间，其工作点位于A点，此时:n=0, s=1, Tem =Tst，定子电流I1=Ist=(47)IN (IN为额定电流)。上一页下一页返回任务3 三相绕线式异步电动机的拖动特性 2)最大转矩点B

320、点是机械特性曲线中线性段(D一B)与非线性段(B一A)的分界点，此时:s = sm, Tem =Tm 。通常情况下，电动机在线性段上工作是稳定的，而在非线性段上工作是不稳定的，所以B点也是电动机稳定运行的临界点，临界转差率sm,也是由此而得名。3)额定运行点C电动机额定运行时，工作点位于C点，此时:n=nN，s=sN，Tem=TN，I1=IN额定运行时转差率很小，一般sN= 0. 010. 06，所以电动机的额定转速nN略小于同步转速n1 ,这一也说明了固有特性的线性段为硬特性。上一页下一页返回任务3 三相绕线式异步电动机的拖动特性 4)同步转速点DD点是电动机的理想空载点，即转子转速达到了

321、同步转速。此时:n=n1,s=0，Tem=0,转子电流I2=0，显然，如果没有外界转矩的作用，异步电动机本身不可能达到同步转速点。 2.人为机械特性三相异步电动机的人为机械特性是指人为地改变电源参数或电动机参数而得到的机械特性。由电磁转矩的参数表达式可知，可以改变的电源参数有:电压U1和频率f1;可以改变的电动机参数有:极对数D、定子电路参数R1和X1、转子电路参数R2和X2等。所以，三相异步电动机的人为机械特性种类很多，这里介绍两种常见的人为特性。上一页下一页返回任务3 三相绕线式异步电动机的拖动特性 1) 降低定子电压时的人为特性由前面的分析可知，当定子电压U1降低时，Tem(包括Tst

322、，和Tm)与U12成正比减小，s m和n1与U1无关而保持不变，所以可得U1下降后的人为机械特性如图3. 7. 4所示。由图3. 7. 4可见，降低电压后的人为机械特性，其线性段的斜率变大，即特性变软。Tst和Tm均按U12关系减小，即电动机的启动转矩倍数和过载能力均显著下降。如果电动机在额定负载下运行， U1降低后将导致转速下降，转差率增大，转子电流将因转子电动势的增大而增大，从而引起定子电流增大，导致电动机过载。长期欠压过载运行，必然使电动机过热，电动机的使用寿命缩短。另外电压下降过多，可能出现最大转矩小于负载转矩，这时电动机将停转。上一页下一页返回任务3 三相绕线式异步电动机的拖动特性

323、 2)车令子电路串接对称电阻时的人为机械特性在绕线转子异步电动机的转子三相电路中，可以串接三相对称电阻Rs，如图3.7.5 (a)所示，由前面的分析可知，此时n1, Tm不变，而sm，则随外接电阻的增大而增大。其人为机械特性如图3.7.5 (b)所示。由图3.7.5 (b)可见，在一定范围内增加转子电阻，可以增大电动机的启动转矩。当所串接的电阻使其sm=1时，对应的启动转矩将达到最大转矩，如果再增大转子电阻，启动转矩反而会减小。另外，转子串接对称电阻后，其机械特性曲线线性段的斜率增大，特性变软。上一页下一页返回任务3 三相绕线式异步电动机的拖动特性任务实施一、实训内容(1)测定三相线绕式

324、转子异步电动机在RS = 0时，电动运行状态和再生发电制动状态下的机械特性。(2)测定三相线绕转子异步电动机在RS =36时，测定电动状态与反接制动状态下的机械特性。(3) RS =36 ，定子绕组加直流励磁电流I1 = 0. 36 A及I2 = 0. 6 A时，分别测定能耗制动状态下的机械特性。二、实训设备1.实训设备(表1)2.屏上挂件排列顺序D33、D32、D34一3、D51、D31、D44、D42、D41、D31。上一页下一页返回任务3 三相绕线式异步电动机的拖动特性3. RS =0时的反转性状态下机械特性、电动状态机械特性及再生发电制动状态下机械特性(1)按图1接线，图中M用编号为

325、DJ17的三相线绕式异步电动机，UN=220 V，Y接法。MG用编号为DJ23的校正直流测功机。S1、S2、S3选用D51挂箱上的对应开关，并将S1合向左边1端，S2合在左边短接端(即线绕式电机转子短路)，S3合在2位置。R1选用D44的180阻值加上D42上4只900串联再加两只900几并联共4 230阻值，R2选用D44上1 800阻值，Rs选用D41上三组45 可调电阻(每组为90与90并联)，并用万用表调定在36阻值，R3暂不接。直流电表A2、A4的量程为5 A , A3量程为200 mA , V2的量程为1 000 V ,交流电表V1的量程为300 V , A1量程为3 A。转速表n

326、置正向1 800 r/min量程。上一页下一页返回任务3 三相绕线式异步电动机的拖动特性 (2)确定S1合在左边1端，S2合在左边短接端，S3合在2位置，M的定子绕组接成星形的情况下。把R1, R2阻值置最大位置，将控制屏左侧三相调压器旋钮向逆时针方向旋到底，即把输出电压调到零。 (3)检查控制屏下方“直流电机电源”的“励磁电源”开关及“电枢电源”开关都须在断开位置。接通三相调压“电源总开关”，按下“启动”按钮，旋转调压器旋钮使三相交流电压慢慢升高，观察电机转向是否符合要求。若符合要求则升高到U = 110 V，并在以后实验中保持不变。接通“励磁电源”，调节R2阻值，使校正直流测功机的励磁电

327、流为校正值100 mA并保持不变。上一页下一页返回任务3 三相绕线式异步电动机的拖动特性 (4)接通控制屏右下方的“电枢电源”开关，在开关S3的2端测量校正直流测功机的输出电压的极性，先使其极性与S3开关1端的电枢电源相反。在R1阻值为最大的条件下将S3合向1位置。(5)调节“电枢电源”输出电压或R1阻值，使电动机M的转速下降，直至n为零。把转速表置反向位置，并把R1的D42上4个900几串联电阻调至零后用导线短接，继续减小R1阻值或调高电枢电压使电机反向运转。直至n =-1 300 r/min为止。然后增大电阻R1或者减小校正直流测功机的电枢电压使电机从反转运行状态进人堵转，然后进人电动运

328、行状态，在该范围内测取电机MG的Ua、 la,、n及电动机M的交流电流表A1的I1值，将数据记录于表2对应的表格中。上一页下一页返回任务3 三相绕线式异步电动机的拖动特性当电动机接近空载而转速不能调高时，将S3合向2位置，调换MG电枢极性(在开关S3的两端换)使其与“电枢电源”同极性。调节“电枢电源”电压值使其与MG电压值接近相等，将S3合至1端。减小R1阻值直至短路位置(注:D42上6只900 阻值调至短路后应用导线短接)。升高“电枢电源”电压或增大S3阻值(减小电机MG的励磁电流)使电动机M的转速超过同步转速n。而进人回馈制动状态，在1 700 r/minn0范围内测取电机MG的Ua、

329、 la、n及电动机M的定子电流I1值。将数据记录于表2对应的表格中。(6)停机(先将S3合至2端，关断“电枢电源”再关断“励磁电源”，将调压器调至零位，按下“停止”按钮)。上一页下一页返回任务3 三相绕线式异步电动机的拖动特性 4. RS =36 时的反转性状态下机械特性、电动状态机械特性及发电制动状态下的机械特性将开关S2合向右端，绕线式异步电动机转子每相串入36 电阻。重复3中的试验步骤。记录对应的数据于表3中。 5.能耗制动状态下的机械特性(l)确认在“停机”状态下。把开关s1合向右边2端，s2合向右端(Rs仍保持36 不变)，S3合向左边2端，R1用D44上180 阻值并调至最大，R

330、2用D42上1 800 阻值并调至最大，R3用D42上900 与900 并联再加上900 与900 并联共900 阻值，并调至最大。上一页下一页返回任务3 三相绕线式异步电动机的拖动特性 (2)开启“励磁电源”，调节R2阻值，使A3表If=100 mA，开启“电枢电源”，调节电枢电源的输出电压U= 220 V，再调节R3使电动机M的定子绕组流过I =0. 6, IN=0. 36 A并保持不变。(3)在R1阻值为最大的条件下，把开关S3合向右边1端，减小R1阻值，使电机MG启动运转后转速约为1 600 r/thin,增大R1阻值或减小电枢电源电压(但要保持A4表的电流I不变)使电机转速下降，直

331、至转速/约为50 r/min，其间测取电机MG的Ua、Ia及n值，共取1011组数据记录于表4中。(4)停机。同3 (6) (5)调节R3阻值，使电机M的定子绕组流过的励磁电流1 =lN=0. 6 A。重复上述操作步骤，测取电机MG的Ua、Ia及n值，共取1011组数据记录于表5中。上一页下一页返回任务3 三相绕线式异步电动机的拖动特性 6.绘制电机M - MG机组的空载损耗曲线P0 =f(n)时开关S1、S2调置中间位置，开启“励磁电源”，调节P2阻值，使A3表If=100 mA，检查R1阻值在最大位置时开启“电枢电源”，使电机MG启动运转，减小R1阻值及调高“电枢电源”输出电压，使电机转

332、速约为1 700 r/thin，逐次增大R1阻值或减小“电枢电源”输出电压，使电机转速下降直至n = 100 r/thin,在其间测量电机MG的Ua0、Ia0及n值，将数据记录于表6中。三、注意事项调节串联的可调电阻时，要根据电流值的大小而相应选择调节不同电流值的电阻，防止个别电阻器过流而引起烧坏。上一页下一页返回任务3 三相绕线式异步电动机的拖动特性四、报告(1)根据实验数据绘制各种运行状态下的机械特性。计算公式:式中T一受试异步电动机M的输出转矩，Nm Ua测功机MG的电枢端电压，V; Ia测功机MG的电枢电流，A; Ra测功机MG的电枢电阻，可由实验室提供; p0对应某转速n时的某空

333、载损耗，W注:上式计算的T值为电机在U=110 V时的T值，实际的转矩值应折算为额定电压时的异步电机转矩。(2)绘制电机M-MG机组的空载损耗曲线P0 =f(n)。返回上一页任务4 三相异步电动机的拖动及其实现 3. 8 三相异步电动机的启动三相异步电动机的启动是指三相异步电动机接通电源后由静止状态加速到稳定运行状态的过程。对电动机的启动性能要求如下。(1)启动电流要小，以减小对电网的冲击。(2)启动转矩要大，以加速启动过程，缩短启动时间。一、三相笼型异步电动机的启动三相笼型异步电动机有两种启动方法:直接启动和降压启动。1.直接启动直接启动就是将电动机定子绕组直接接到额定电压的交流电源上启动

334、电机，故又称全压启动。这种启动方法最简单，不需要复杂的启动设备，但是它的启动性能恰好与所要求的相反，即启动电流大，而启动转矩不大。直接启动适用于小容量电动机启动(7. 5 kW以下)，如图3. 8. 1所示。返回下一页任务4 三相异步电动机的拖动及其实现 2.降压启动降压启动的目的是限制启动电流。启动时通过启动设备使加到电机定子绕组上的电压小于额定电压，待电机转速上升到稳定值后，再使定子绕组承受额定电压，保证电机在额定电压下稳定工作。常见的降压启动方法有Y一降压启动和自藕变压器降压启动。1)Y一降压启动Y一降压启动只适用于正常运行时定子绕组为三角形连接、负载较轻的电动机。启动接线原理图如图3.

335、 8. 2所示。启动时Y接;运行时接。经过分析可得:电动机Y接时的启动电流是接时的1/3,电动机Y接时的启动转矩也是接时的1 /3 。上一页下一页返回任务4 三相异步电动机的拖动及其实现Y一降压启动特点:启动设备简单，操作方便，但仅适用于角形连接的电动机。启动转矩一也减小，Y一降压启动多用于空载或轻载启动。 2)自藕变压器降压启动在电动机启动时，把自藕变压器投人运行，将自藕变压器降压后的电压加至电动机上，电动机降压启动。等到电动机启动完成后，再切除自藕变压器，电动机全压运行。启动自藕变压器降压启动原理图如图3. 8. 3所示。经过分析可得:电动机通过自藕变压器降压启动时的启动电流比直接启动

336、时减小的倍数是自藕变压器降压倍数的平方，同理，电动机通过自藕变压器降压启动时的启动转矩比直接启动时减小的倍数也是自藕变压器降压倍数的平方。自藕变压器一般有3个降压分接头，可根据实际需要供用户选用。上一页下一页返回任务4 三相异步电动机的拖动及其实现3. 9三相异步电动机的制动二、三相绕线型异步电动机的启动1.转子回路串电阻启动三相绕线型异步电动机的启动方法是在转子回路串电阻启动。在转子回路中串联适当的电阻，既能限制启动电流，又能增大启动转矩。为了有较大的启动转矩、使启动过程平滑，应在转子回路中串入多级对称电阻，并随着转速的升高，逐渐切除启动电阻，如图3. 8. 4所示。这种方法一也称为电阻

337、分级启动的方法。启动过程从电动机由a点开始启动，经hc d e f g h，完成启动过程，如图3. 8. 5所示。T1称为最大加速转矩，一般取T 1= ( 0. 70. 85 ) Tm , T2称为切换转矩，一般取T2(1.11. 2)TL，其中TL为负载转矩。上一页下一页返回任务4 三相异步电动机的拖动及其实现 2.转子串频敏变阻器启动转子串频敏变阻器启动如图3. 8. 6所示。频敏变阻器是一铁损很大的三相电抗器。启动时，S2断开，转子串入频敏变阻器，S1闭合，电机通电开始启动。启动时，转子电流频率等于定子电流频率，频敏变阻器铁损大，反映铁损耗的等效电阻也大，相当于转子回路串入一个较大电阻

338、。随着转速的上升，转子电流频率逐渐减小，铁损一也减少，等效电阻一也逐渐减小，相当于逐渐切除转子电阻，启动结束后， S2闭合，切除频敏变阻器，转子电路直接短路。上一页下一页返回任务4 三相异步电动机的拖动及其实现三相异步电动机的制动是指电动机产生的电磁转矩的方向与其旋转方向相反，正好阻碍着电动机的运转，使电动机减速或停转。三相异步电动机的制动方法与直流电动机一样，一也分为能耗制动、反接制动和回馈制动3种。一、能耗制动三相异步电动机的能耗制动原理图如图3. 9. 1所示。在电动机运行过程中，需要制动时，断开S1电动机脱离交流电网，同时闭合S2，在定子绕组中通入盲流励磁电流。上一页下一页返回任

339、务4 三相异步电动机的拖动及其实现直流励磁电流产生一个恒定的磁场，因惯性继续旋转的转子切割恒定磁场，导体中感应电动势和电流。感应电流与磁场作用产生的电磁转矩为制动性质，转速迅速下降，当转速为零时，感应电动势和电流为零，制动过程结束。制动过程中，转子的动能转变为电能消耗在转子回路电阻上，称为能耗制动，能耗制动示意图如图3. 9. 2所示。对于笼型异步电动机，可以增大直流励磁电流来增大初始制动转矩，对于绕线型异步电动机，可以增大转子回路电阻来增大初始制动转矩。能耗制动广泛用于要求平稳准确停车的场合，也广泛应用于矿井提升及起重运输机械等场合，用来限制重物下降的速度。上一页下一页返回任务4 三相异

340、步电动机的拖动及其实现二、反接制动三相异步电动机的反接制动可分为电源两相反接的反接制动和倒拉反转的反接制动两种。1.电源两相反接的反接制动电动机电源两相反接的反接制动原理图如图3. 9. 3所示，机械特性如图3.9.4所示。机械特性由曲线1变为曲线2，工作点由A B C , n = 0，制动过程结束。绕线式电动机在定子两相反接同时，可在转子回路串联制动电阻来限制制动电流和增大制动转矩，如图3. 9. 4曲线3所示。上一页下一页返回任务4 三相异步电动机的拖动及其实现 2.倒拉反转的反接制动电动机倒拉反转的反接制动原理图如图3.9.5所示，机械特性如图3.9.6所示。适用于绕线式异步电动机带

341、位能性负载下放重物时，以获得稳定的下放速度。在制动时转子回路串联适当大电阻。电机工作点由A B C, n =0，制动过程开始，电机反转，直到D点，在第四象限才是制动状态。上一页下一页返回任务4 三相异步电动机的拖动及其实现三、回馈制动三相异步电动机的回馈制动就是借助于外力使电动机的转子转速超过其同步转速，转子输入的机械能转换成电能回馈给电网。1.下放重物时的回馈制动下放重物时的回馈制动机械特性如图3.9.7所示。在下放开始时，电机仍处于电动状态，工作点沿机械特性曲线在第三象限变化，直到电动机的转速等于同步转速。然而在位能负载转矩作用下，转速将继续升高并超过同步转速，机械特性进人第四象限，电

342、磁转矩改变方向成为制动转矩，因而限制了转速继续升高，直到保持稳定运行状态，匀速下放重物。在这个过程中，电动机将机械能变为电能回馈送给电网，称为回馈制动。上一页下一页返回任务4 三相异步电动机的拖动及其实现回馈制动状态实际上就是将轴上的机械能转变成电能并回馈到电网的异步发电机状态。为了限制下放速度，转子回路串入的电阻值不应太大，或不串电阻。2.变极或变频调速过程中的回馈制动变极或变频调速过程中的回馈制动的机械特性如图3. 9. 8所示。电动机的机械特性为曲线1，运行于A点。当电动机采用变极(增加极数)或变频(降低频率)进行调速时，机械特性变为2，同步转速变低了，电机工作点由A点变到B点，电磁

343、转矩为负，转速大于同步转速，电动机处于回馈制动状态。回馈制动经济性能好，但只有特定状态时才能实现制动，且只能限制转速，不能制动停车。返回上一页下一页任务4 三相异步电动机的拖动及其实现我们前面已经讲过，异步电动机的转速公式为下式可知，异步电动机有下列3种基本调速方法:(1)改变定子极对数调速(变极调速)。(2)改变电源频率调速(变频调速)。(3)改变转差率调速。返回上一页下一页任务4 三相异步电动机的拖动及其实现 3. 10 三相异步电动机的调速一、变极调速1.变极原理变极调速只用于笼型电动机。以4极变2极为例进行分析。电动机的U相两个线圈，顺向串联，定子绕组产生4极磁场(2D =4)，如

344、图3. 10. 1所示，其绕组的顺串展开图如图3. 10. 2所示。当将绕组采用反向串联和反向并联后，定子绕组产生2极磁场(2D =2，如图3. 10. 3和图3. 10. 4所示。由以上分析可见，变极原理就是使定子每相的一半绕组中的电流改变方向，就可改变极对数。上一页下一页返回任务4 三相异步电动机的拖动及其实现 2.三种常用变极接线方式有3种常用变极接线方式，Y一反并YY，Y一反串Y，一YY。注意:当改变定子绕组接线时，必须同时改变定子绕组的相序，以保证电机车令向不变。3.变极调速时容许偷出容许输出是指保持电流为额定值条件下，调速前、后电动机轴上输出的功率和转矩。 1)Y一YY连接方式

345、Y一YY后，极数减少一半，转速增大一倍，保持每一绕组电流为额定值不变，经过分析可知，则输出功率增大一倍，输出转矩不变。上一页下一页返回任务4 三相异步电动机的拖动及其实现可见，Y一YY连接方式时，电动机的转速增大一倍，容许输出功率增大一倍，而容许输出转矩保持不变，所以这种变极调速属于恒转矩调速，它适用于恒转矩负载。 2)一YY连接方式Y后，极数减少一半，转速增大一倍，保持每一绕组电流为额定值不变，经过分析可知，则输出功率是原来的1. 15倍，输出转矩是原来的0. 58倍。可见，一YY连接方式时，电动机的转速增大一倍，容许输出功率近似不变，而容许输出转矩近似减少一半，所以这种变极调速属于恒功率

346、调速，它适用于恒功率负载。上一页下一页返回任务4 三相异步电动机的拖动及其实现 4.变极调速时的机械特性Y一YY连接方式时的机械特性如图3. 10. 5所示。一YY连接方式时的机械特性如图3. 10. 6所示。变极调速时，转速成倍变化，调速的平滑性较差，但具有较硬的机械特性，稳定性好，既可用于恒功率负载又可用于恒转矩负载，所以对于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、通风机、升降机等都采用多速电动机拖动。上一页下一页返回任务4 三相异步电动机的拖动及其实现二、变频调速当电动机转差率变化不大时，电动机的转速基本与电源频率正比，连续调节电源频率，可以平滑地改变电动机的转速。但是单一调节电

347、源频率，将导致电动机运行性能的恶化。因此，为了使电动机能保持较好的运行性能，要求在调节电源频率的同时，改变定子电压。所以要实现异步电动机的变频调速，必须具备能够同时改变电压和频率的交流供电电源。随着电力电子技术发展，已出现了各种性能良好、工作可靠的变频调速电源装置，其外形图如图3. 10. 7和图3. 10. 8所示。所以日前变频调速得到了广泛的应用。变频器本身价格较贵，但它可以在较大范围内实现较平滑的无级调速，且具有硬的机械特性，是一种较理想的调速方法。上一页下一页返回任务4 三相异步电动机的拖动及其实现变频调速的特点:(1)机械特性基本平行，属硬特性，调速范围宽，转速稳定性好。(2)

348、运行时转差率小，转差功率损耗小，效率高。(3)可以连续调节，能实现无级调速。优点是具有良好的调速性能，缺点是需一套性能优良变频电源，它广泛应用在冶金、化工、机械制造业、采矿业等。上一页下一页返回任务4 三相异步电动机的拖动及其实现三、变转差率调速1.绕线转子电动机的转子串接电阻调速绕线电动机的转子回路串接对称电阻时的机械特性如图3. 10. 9所示从机械特性看，转子串电阻时，同步速和最大转矩不变，但临界转差率增大。当驱动恒转矩负载时，电动机的转速随转子串联电阻的增大而减小。2.绕线转子电动机的串级调速绕线转子电动机的串级调速原理图如图3. 10. 10所示。在绕线转子电动机的转子回路串接一

349、个与转子电动势同频率的附加电动势。通过改变附加电动势的幅值和相位，也可实现调速，这就是串级调速。上一页下一页返回任务4 三相异步电动机的拖动及其实现 3.调压调速改变电动机的电压时，机械特性如图3. 10. 11所示。调压调速既非恒转矩调速，一也非恒功率调速，它最适用于转矩随转速降低而减小的负载，如风机类负载，也可用于恒转矩负载，最不适用恒功率负载。任务实施三相异步电动机启动与调速的实现一、实训内容(1)直接启动。(2)星形三角形(Y一)换接启动。(3)自藕变压器启动。(4)线绕式异步电动机转子绕组串入可变电阻器启动。(5)线绕式异步电动机转子绕组串入可变电阻器调速。上一页下一页返回任务4

350、三相异步电动机的拖动及其实现二、实训设备1.实验设备(表1)2.屏上挂件排列顺序D33、D32、D51、D31、D43 3.三相鼠笼式异步电机直接启动试验(1)按图1接线。电机绕组为接法。异步电动机直接与测速发电机同轴连接，不连接校正直流测功机DJ23 0电流表用D32上的指针表。(2)把交流调压器退到零位，开启钥匙开关，按下“启动”按钮，接通三相交流电源。(3)调节调压器，使输出电压达电机额定电压220 V，使电机启动旋转，(如电机旋转方向不符合要求需调整相序时，必须按下“停止”按钮，切断三相交流电源)。上一页下一页返回任务4 三相异步电动机的拖动及其实现 (4)再按下“停止”按钮，断开

351、三相交流电源，待电动机停止旋转后，按下“启动”按钮，接通三相交流电源，使电机全压启动，观察电机启动瞬间电流值(按指针式电流表偏转的最大位置所对应的读数值定性计量)。(5)安装DDOS步骤。断开电源开关，将调压器调至零位，除去圆盘上的堵转手柄，然后用细线穿过圆盘的小孔，在圆盘外的细线上应打一小结卡住。将细线在圆盘外凹槽内绕13圈，留有一定的长度便于和弹簧秤相连。用内六角扳手将圆盘固定在电机左侧的连接轴上，将测功支架装在与实验操作人员面对着导轨的另一侧，用偏心螺丝固定，最后用细线将弹簧秤与测功支架相连即可。上一页下一页返回任务4 三相异步电动机的拖动及其实现 (6)合上开关，调节调压器，使电机电

352、流为23倍额定电流，读取电压值Uk ,电流值Ik，转矩值Tk(圆盘半径乘以弹簧秤力)，试验时通电时间不应超过10 S，以免绕组过热。对应于额定电压时的启动电流Ist和启动转矩Tst按下式计算式中Ik启动试验时的电流值，A; Tk启动试验时的转矩值，Nm。并将计算结果填入表2中。上一页下一页返回任务4 三相异步电动机的拖动及其实现 4.星形三角形(Y一)启动(1)按图2接线。线接好后把调压器退到零位。(2)三刀双掷开关合向右边(Y接法)。合上电源开关，逐渐调节调压器使升压至电机额定电压220 V，使电机旋转，然后断开电源开关，待电机停转。(3)合上电源开关，观察启动瞬间电流，然后把S合向左边，

353、使电机()正常运行，整个启动过程结束。观察启动瞬间电流表的显示值以与其他启动方法作定性比较。上一页下一页返回任务4 三相异步电动机的拖动及其实现 5.自藕变压器启动或用控制屏上调压器。1)用D43上的自藕调压器(1)按图3接线。电机绕组为接法(DJ16或DJ24) 。 (2)三相调压器退到零位，开关S合向左边。自藕变压器选用D43挂箱。(3)合上电源开关，调节调压器使输出电压达电机额定电压220 V，断开电源开关，待电机停转。(4)开关S合向右边，合上电源开关，使电机由自藕变压器降压启动(自藕变压器抽头输出电压分别为电源电压的40%、60%和80%)并经一定时间再把S合向左边，使电机按额定电

354、压正常运行，整个启动过程结束。观察启动瞬间电流以作定性的比较。上一页下一页返回任务4 三相异步电动机的拖动及其实现用控制屏上的调压器(1)按照图4接线。电机选用DJ16三相鼠笼式异步电动机。(2)将控制屏左侧调压旋钮逆时针旋转到底，使输出电压为零。开关S合向S右边。 (3)按下“启动”按钮，接通交流电源，缓慢旋转控制屏左侧的调压旋钮，使三相调压输出端输出电压分别达到额定电压值的40% , 60% , 80%进行启动，观察每次启动瞬间电流以作定性的比较。上一页下一页返回任务4 三相异步电动机的拖动及其实现6.线绕式异步电动机转子绕组串入可变电阻器启动电机定子绕组Y形接法:(1)按图5接线。电

355、机为DJ17线绕式异步电动机。(2)转子每相串入的电阻可用DJ17一1启动与调速电阻箱。(3)调压器退到零位，为了便于安装DDO5，把电动机放在一合适的位置且不与测速发电机相连，然后按照安装DDO5的步骤安装好。(4)接通交流电源，调节输出电压(观察电机转向应符合要求)，在定子电压为180 V，转子绕组分别串入不同电阻值时，测取定子电流和转矩。(5)试验时通电时间不应超过10s以免绕组过热。数据记入表3中。上一页下一页返回任务4 三相异步电动机的拖动及其实现 7.线绕式异步电动机转子绕组串入可变电阻器调速(1)实验线路图同图4。同轴连接校正直流电机MG作为线绕式异步电动机M的负载，MG的实验

356、电路参考图5接线。电路接好后，将M的转子附加电阻调至最大。(2)合上电源开关，电机空载启动，保持调压器的输出电压为电机额定电压220 V，转子附加电阻调至零。(3)合上励磁电源开关，调节校正直流测功机的励磁电流If为校正值(100 mA)，再调节校正直流测功机负载电流，使电动机输出功率接近额定功率并保持这输出转矩T2不变，改变转子附加电阻(每相附加电阻分别为0、2 , 5 , 15 )，测相应的转速记录于表4中。上一页下一页返回任务4 三相异步电动机的拖动及其实现三、报告(1)比较异步电动机不同启动方法的优缺点。(2)由启动试验数据求下述3种情况下的启动电流和启动转矩:外施额定电压UN。(直

357、接法启动)外施电压为 (Y一启动)外施电压为Uk/KA，式中KA为启动用自藕变压器的变比。(自藕变压器启动)。(3)线绕式异步电动机转子绕组串入电阻对启动电流和启动转矩的响。(4)线绕式异步电动机转子绕组串入电阻对电机转速的影响。上一页下一页返回任务4 三相异步电动机的拖动及其实现四、思考题1.启动电流和外施电压成正比，启动转矩和外施电压的平方成正比在什么情况下才能成立?2.启动时的实际情况和上述假定是否相符，不相符的主要因素是什么?上一页返回任务5 单相电阻启动异步电动机任务描述单相电阻启动异步电动机运行特性的实现任务目标掌握单相电阻启动异步电动机的几种运行特性任务实施一、实训内容(1)

358、测量定子主、副绕组的实际冷态电阻。(2)空载试验。(3)短路试验。(4)负载试验。下一页返回任务5 单相电阻启动异步电动机二、实训设备1.实训设备(表1)2.屏上挂件排列顺序D33、D32、D34一3、D31、D42。3.分别测量定子主、副绕组的实际冷态电阻测量方法见三相交流绕组电阻测定，记录室温。数据记录于表2中。 4.空载实验(1)按图1接线。单相电阻启动异步电动机M选用D J21，直接与测速发电机同轴连接，不连接校正直流测功机DJ23 0注:由于单相电阻启动异步电动机启动电流较大，所以做此实验时应把控制屏门后扭子开关打在“关”位置。切断过流保护，以防误操作。上一页下一页返回任务5 单相

359、电阻启动异步电动机 (2)调节调压器让M降压空载启动，在额定电压下空载运转使机械损耗达稳定(10 min)。(3)从1. 1倍额定电压开始逐步降低至可能达到的最低电压值即功率和电流出现回升为止。(4)其间测取数据79组，记录每组的电压U0 ,电流I0、功率P0于表3中。 5.短路买验(1)把功率表的电流线圈短接，按照安装步骤安装好DDO5 。(2)合上电源开关，缓慢升高电压，使电流约为2倍额定电流，逐步降低电压至短路电流接近额定电流为止，测取短路电压Uk、短路电流Ik及短路力矩Tk。上一页下一页返回任务5 单相电阻启动异步电动机(3)测量每组读数时，通电持续时间不得超过5s，共取数据56组，

360、记录于表4中。转子绕组等值电阻的测定:将M的副绕组脱开，主绕组加低电压使绕组中的电流等于额定值，测取电压Uk0电流Ik0及功率Pk0。将其记录于表5中。 6.负载实验(1)电动机M和校正过的直流电机MG同轴连接(MG作为发电机接线，参照实验学习情境1中任务1任务实施中的图2)，其中磁场调节电阻R2选用D42上的900串900共1 800阻值，负载电阻R2选用D42上1 800 加上900 并联900共2 250电阻值。上一页下一页返回任务5 单相电阻启动异步电动机 (2)空载启动M,调节和保持交流电源电压为电动机M的额定电压220 V ,保持校正直流电机MG的励磁电流If为校正值。(3)调

361、节MG的负载电流IF大小，在电动机M的1. 10. 25倍额定功率范围内，测取M的定子电流I1输入功率P1、直流电机MG的负载电流IF(查对应车令矩T2)及转速n。(4)共测取数据78组，记录于表6中。上一页下一页返回任务5 单相电阻启动异步电动机三、报告(1)由实验数据计算出电机参数由空载实验数据计算参数z0, x0,CoS0空载阻抗:式中U0对应于额定电压值时的空载实验电压，V I0对应于额定电压时的空载实验电流，A;空载电抗:式中0空载实验对应于额定电压时电压和电流的相位差可由求得0。上一页下一页返回任务5 单相电阻启动异步电动机由短路实验数据计算r2、X1、 X1 、Xm短路阻抗

362、:转子绕组等效电阻:式中r1定子主绕组电阻。定、转子漏抗:式中实验电压Uk0和电流Ik0的相位差。可由式求得励磁电抗几几式中 X1 定子漏抗， X2 转子漏抗，上一页下一页返回任务5 单相电阻启动异步电动机(2)由负载实验数据，绘制电机工作特性曲线P1、I1 、n 、(3)算出电动机的启动技术数据。四、思考题由电机参数计算出电机工作特性和实测数据是否有差异?是由哪些因素造成？上一页下一页返回任务5 单相电阻启动异步电动机学习小结能根据工作任务，顺利与其他组员共同完成活动过程。检查与评价通过实验能够掌握基本工作原理与结构;掌握空载运行;掌握负载运行及等效电路和相量图;掌握功率和电磁转矩

363、的计算;掌握三相异步电动机的电力拖动;安全文明工作，具有良好的职业操守;具有良好的n队合作精神，热心帮助小组其他成员。上一页返回图3.1.1 三相异步中动机的结构1一轴;2一轴承;3一广子铁芯;4-广子外壳;5一转子铁芯 6一转子份体;7-端环;8一冷却风扇;9-MJI.座;10-定子绕组;11一轴承壳返回图3. 1. 2 三相异步中动机的定子返回图3. 1. 3 定子绕组的接线方式返回图3. 1. 4 笼型转子(a)笼型绕组;(b)转子外形返回图3. 1. 5 定子绕组返回图3. 1. 6 定子绕组的三相电流返回图3. 1. 7 三相电流产生的旋转磁场返回图3. 1. 8 三相异步电动机工作

364、原理返回图3. 1. 9 电机拆卸步骤返回图3. 1. 10 拆卸皮带轮(a)皮带轮的位置标法;(b)用拉具拆卸皮带轮返回图3. 1. 11 用拉具拆卸轴承返回图3.1.12 敲打拆卸轴承返回图3. 1. 13 拆卸端盖内孔轴承返回图3.1.14 铁板架住拆卸轴承返回图3. 1. 15 小型电机转子的拆卸返回图3. 1. 16 中型电机转子的拆卸返回图3.1.17用起重设备吊出转子1钢公绳;2衬华(纸板或纱头);3转子铁芯可搁置在宗子铁芯上，但切勿碰到绕组;4重心;5绳子不要吊在铁阵风道单;6支架返回图3.1.18 冷套法安装轴承返回图3.1.19 热套法安装轴承 (a)用油加热轴承;(b)热

365、套轴承1轴承不能放在槽底;2火炉;3轴承应吊在槽中返回表3.1.1 滚动轴承代号的竟义返回表3. 1. 2 Z2系列直流电机用轴承型号( GB/T 272-1993 )下一页返回表3.1.3 Y系列(IP44)异步电机滚动轴承型号(GB/T 272-1993 )上一页下一页返回表3. 1. 4 Y系列(IP23)异朱电机滚动轴承型号上一页下一页返回表3.1.5 J2, JO2, JQ2和JQO2系列笼型异步电机滚动轴承型号( GB/T 272-1993 )返回上一页下一页表3.1.5 J2, JO2, JQ2和JQO2系列笼型异步电机滚动轴承型号( GB/T 272-1993 )返回上一

366、页下一页续表表3.1.5 J2, JO2, JQ2和JQO2系列笼型异步电机滚动轴承型号( GB/T 272-1993 )返回上一页续表表3. 1. 6 轴承润滑脂的品种、型号及适用场合返回下一页表3. 1. 6 轴承润滑脂的品种、型号及适用场合返回续表上一页下一页表3. 1. 6 轴承润滑脂的品种、型号及适用场合返回续表上一页图3. 1. 20 后端盖的装配返回图3. 1. 21 轴承内外端盖的固定返回图3. 2.1 主磁通与漏磁通(a)主磁捅和槽漏磁通;(b)端部漏磁通返回图3. 2. 2异步电动机空载时的等效中路返回图3. 3. 1 异步电动机转子绕组一相中路返回图3. 3. 2 定

367、、转子磁动势的转速关系返回图3. 3. 3 转子各中磁量与转差率的关系返回图3. 4.1 三相异步中动机旋转时定子、转子中路图返回图3.4.2 频率折算后三相异步电动机的定子、转子中路图返回图3.4.3 异步电动机的T”形等效中路返回图3.4.4 异步电动机简化等效电路返回图3.4.5 三相异步电动机相量图返回图3.5.1 异步电动机功率流程图返回图3. 6. 1 三相异步电动机的工作特性返回表1 实训设备返回表2返回图1 三相交流绕组电阻测定返回表3返回表4返回图2(a) 三相交流绕组首末端测定返回图2(b) 三相交流绕组首末端测定返回图3 三相鼠笼式异步电动机试验接线图返回表5返回表6返回

368、表7返回图4 电机中铁耗和机械耗返回表8返回图3 .7.1 三相异步电动机的机械特性返回图3.7.2 绕线式中动机转子串电阻使Tst = Tm返回图3.7.3 三相异步电动机的固有机械特性返回图3.7.4 异步电动机降压时的人为特性返回图3.7.5 绕线转子异步电动机转子中路串接对称电阻(a)电路图;(b)机械特性返回表1 实训设备返回图1 三相线绕转子异步电动机机械特性的接线图返回表2返回表3返回表4返回表5返回表6返回图3. 8.1 直接启动返回图3. 8. 2 Y一降压启动原理图返回图3.8.3 自藕变压器降压启动原理图返回图3. 8. 4 三相绕线型异步电动机转子回路串电阻启动返回图

369、3. 8. 5 电阻分级启动示意图返回图3. 8. 6 转子串频敏变阻器启动返回图3. 9.1 三相异步电动机的能耗制动原理图返回图3. 9. 2 能耗制动示意图返回图3. 9. 3 电动机电源两相反接的反接制动原理图返回图3. 9. 4两相反接的反接制动的机械特性返回图3. 9. 5 电动机倒拉反转的反接制动原理图返回图3. 9. 6 电动机倒拉反转的反接制动时的机械特性返回图3.9.7 下放重物时的回馈制动机械特性返回图3.9.8变极或变频调球讨程中的回馈制动的机械特性返回图3. 10.1 电动机的定子绕组示意图返回图3. 10. 2 顺串展开图返回图3. 10. 3 电动机的定子绕组示

370、意图返回图3. 10. 4 反串和反并展开图返回图3. 10. 5 YYY连接方式时的机械特性返回图3. 10. 6 一YY连接方式时的机械特性返回图3. 10. 7 变频调速中源装置外形图返回图3. 10. 8 变频调速电源装置外形图返回图3. 10. 9 绕线电动机的转子回路串接对称电阻时的机械特性返回图3. 10. 10 绕线转子电动机的串级调速原理图返回图3. 10. 11 改变电动机的电压时的机械特性返回表1 实训设备返回图1 异步电动机直接启动返回表2返回图2 三相鼠笼式异步电机星形三角形启动返回图3 三相鼠笼式异步电动机自藕变压器法启动返回图4 使用控制屏上的自藕调压器启动返回

371、图5 线绕式异步电机转子绕组串电阻启动返回表3返回表4返回表1 实训设备返回表2返回图1 单相电阻启动异步电动机接线图返回表3返回表4返回表5返回表6返回学习情境4 控制电机的运行与维护任务1 交流测速发电机的基本特性与运行维护任务2 直流伺服电动机的基本特性与运行维护任务3 交流伺服电动机的基本特性与运行维护任务4 步进电动机的基本特性与运行维护任务5 力矩式自整角机的基本特性与运行维护任务6 控制式自整角机的基本特性与运行维护任务1 交流测速发电机的基本特性与运行维护4. 1 测速发电机测速发电机是一种检测转速的信号元件，它将输入的机械转速变换成电压信号输出，这就要求发电机的输出电压与转

372、速成正比关系，其输出电压可用式( 4. 1)表示 U=Kn (4.1)式中 K比例常数。由式(4. 1)可知，测速发电机的输出电压正比于转子的转速或者转角对时间的微分，因此在计算装置中一也可以把它作为微分或积分元件。在自动控制系统和计算装置中，测速发电机主要用做测速元件、阻尼元件(或校正元件)、解算元件和角加速信号元件。下一页返回任务1 交流测速发电机的基本特性与运行维护自动控制系统对测速发电机的要求是:测速发电机的输出电压与转速保持严格的线性关系，且不随外界条件(如温度等)的改变而发生变化;电机的转动惯量要小，以保证反应迅速;电机的灵敏度要高，即测速发电机的输出电压对转速的变化反应灵敏，一也

373、就是要求测速发电机的输出特性斜率要大。测速发电机有直流测速发电机和交流测速发电机两大类。其中直流测速发电机又分为永磁式和电磁式两种，国产型号分别为CY和CD;交流测速发电机又分为同步和异步两种，国产型号分别为CG(感应子式)、CK(空心杯转子)、CL(笼型转子)。近年来还出现了采用新原理、新结构研制成的霍尔效应测速发电机。下面仅就常用的直流测速发电机和交流异步测速发电机作简要介绍。上一页下一页返回任务1 交流测速发电机的基本特性与运行维护4.1.1直流测速发电机1.工作原理直流测速发电机的结构和普通小型直流发电机相同，按励磁方式可分为他励式和永磁式两种。直流测速发电机的工作原理和一般直流发电

374、机没有区别，其原理如图4.1.1所示。在恒定磁场中，电枢以转速n旋转时，电枢上的导体切割空载主磁通0，于是就在电刷间产生空载感应电动势E0，且 (4.2)式中D极对数; N电枢绕组总导体数; a电枢绕组的并联支路对数。上一页下一页返回任务1 交流测速发电机的基本特性与运行维护在空载时，即电枢电流Ia =0.,，直流测速发电机的输出电压就是空载感应电动势，即U0 = E0，因而输出电压与转速成正比。有负载时，因电枢电流Ia0若不计电枢反应的影响，直流测速发电机的输出电压应为 (4.3)式中 Ra电枢回路的总电阻，它包括电枢绕组电阻和电刷接触电阻。有负载时电枢电流为 (4.4)式中 Rz测速发

375、电机负载电阻。将上面的3个公式联立求解，并整理可得 (4.5) 在理想情况下， Ra、 Rz和0均为常数，直流测速发电机的输出电压U与转速n仍呈线性关系。对于不同的负载电阻，测速发电机输出特性的斜率一也有所不同，它随负载电阻的减小而降低，如图4. 1. 2所示。上一页下一页返回任务1 交流测速发电机的基本特性与运行维护 2.主要误差直流测速发电机输出电压U与转速n呈线性关系的条件是0 、 Ra 、 Rz保持不变。实际上，直流测速发电机在运行时，以下一些因素会引起这些量发生变化:(1)周围环境温度的变化，特别是励磁绕组长期通电发热而引起的励磁绕组电阻的变化将引起励磁电流及磁通0的变化，从而造成

376、线性误差。(2)直流测速发电机有负载时电枢反应的去磁作用使测速发电机气隙磁通减小，引起线性误差。上一页下一页返回任务1 交流测速发电机的基本特性与运行维护 (3)因为电枢电路总电阻中包括电刷与换向器的接触电阻，而这种接触电阻是随负载电流变化而变化的，当发电机转速较低时，相应的电枢电流较小，而接触电阻较大，这时测速发电机虽然有输入信号(转速)，但输出电压却很小，所以在输出特性上容易引起线性误差。为了减小由温度变化而引起的磁通变化，一方面，在实际使用时可在励磁回路中串联一个电阻值较大的附加电阻。附加电阻可用温度系数较低的康铜材料绕制而成。这样，当励磁绕组温度升高时，它的电阻值虽有增加，但励磁回路

377、的总电阻值却变化甚微。另一方面，设计时可使发电机磁路处于较饱和状态，这样，即使由电阻值变化引起的励磁电流变化可能较大，发电机的气隙磁通变化也非常小。为了减小电枢反应的去磁作用，在设计时可在定子磁极上安装补偿绕组，并选取较小的线负荷及适当加大发电机气隙，在使用时尽可能采用大的负载电阻并选用适当的电刷，以减小电刷接触压降。上一页下一页返回任务1 交流测速发电机的基本特性与运行维护4.1.2令流异步测速发电机1.工作原理在自动控制系统中，目前应用的交流测速发电机主要是空心杯形转子异步测速发电机，其结构和杯形转子伺服电动机相似，转子是一个薄壁非磁性杯(杯厚为0. 20. 3 mm，通常用高电阻率的硅

378、锰青铜或铝锌青铜制成。定子的两相绕组在空间位置上严格保持900电角度，其中一相作为励磁绕组，外施稳频稳压的交流电源励磁;另一相作为输出绕组，其两端的电压即为测速发电机的输出电压U2，如图4. 1. 3所示。当电机的励磁绕组外施电压U1时，便有电流I1流过绕组，在电机气隙中沿励磁绕组轴线(d轴)产生一频率为f的脉动磁通1。上一页下一页返回任务1 交流测速发电机的基本特性与运行维护转子不动时，d轴的脉振磁通只能在空心杯转子中感应出变压器电动势，由于转子是闭合的，这一变压器电动势将产生转子电流，此电流所产生的磁通与励磁绕组产生的磁通在同一轴线上，阻碍1的变化，所以合成磁通仍为沿d轴的磁通d。而输

379、出绕组的轴线和励磁绕组轴线空间位置相差900电角度，它与d轴磁通没有藕合关系，故不产生感应电动势，输出电压为零。转子转动后，转子绕组中除了感应有变压器电动势外，同时因转子导体切割磁通d ，而在转子绕组中感应一旋转电动势Era，其有效值为 (4.6)式中C比例常数。上一页下一页返回任务1 交流测速发电机的基本特性与运行维护由于d按频率f交变，所以Era也按频率f交变。在Era的作用下，转子将产生电流Ira。由Ira所产生的磁通a也是交变的， a的大小与Ira也就是与Era的大小成正比，即 (4.7)式中K一比例常数。a的轴线与输出绕组轴线(轴)重合，由于a作用在轴，因而在定子的输出绕组中感应

380、出变压器电动势，其频率仍为f，而有效值为 (4.8)式中N2Kw2输出绕组的有效匝数，对特定的电机，其值为常数。考虑到，而，故输出电动势E2可写成 (4.9)式中C1比例常数。上一页下一页返回任务1 交流测速发电机的基本特性与运行维护通过此式可看出，输出绕组中所感应产生的电动势E2与转速n成正比，由这个电动势产生输出电压U2。若转子转动方向相反，则转子中的旋转电动势Era ,电流Ira及其所产生的磁通a的相位均随之相反，因而输出电压的相位一也相反。这样，异步测速发电机就能将转速信号转变成电压信号输出，实现测速的目的。 2.主要误差自动控制系统对异步测速发电机的要求是:(1)输出电压与

381、转速成严格的线性关系。(2)输出电压与励磁电压(即电源电压)同相。(3)车令速为零时，没有输出电压，即所谓剩余电压为零。实际上，测速发电机的定子绕组和转子杯的参数都会在不同程度上受温度变化、工艺等方面的影响，在输出线性度、相位、剩余电压等方面产生误差。上一页下一页返回任务1 交流测速发电机的基本特性与运行维护任务实施一、实验内容(1)测定交流测速发电机的剩余电压。(2)测定交流测速发电机带纯电阻负载时的输出特性n=f ( U2)。(3)测定交流测速发电机带纯电容负载时的输出特性n=f ( U2)。二、实验方法1.实验设备(表1)2.控制屏上挂件顺序D32、D51、D42、D46。上一页下一

382、页返回任务1 交流测速发电机的基本特性与运行维护 3.测空载时的偷出特性和n =0时的剩余电压按图1接线，其中R1及Rf1分别选用D42上900的电阻，ZL是纯电阻负载时，选用D42上900和900串联共1 800 阻值并用万用表调至相应阻伯即可，当为容性负载时选用D46上的电容组合。开关S选D51上的开关，电压表v1、v2选用D32的交流表。打开开关S, TG的励磁绕组经调压器接交流电源，调节调压器保持输出U1 = U1N= 110 V，原动机DJ15启动前，交流测速发电机TG转子不旋转，即n =0时，这时测定输出电压U2为一个很小数值U2=Ur，此值即为剩余电压。一也可用示波器观察剩余电压

383、波形。当交流测速发电机转子位置在一周内变化时，剩余电压最大值与最小值之差即为乘日余电压的波动值。在测定剩余电压时，输出绕组为开路。上一页下一页返回任务1 交流测速发电机的基本特性与运行维护调节电枢电源电压至220 V ,将R1调至最小，调节Rf1使转速为2 100 r/min左右，调节Rf1, R1及电枢电源电压使每降300 r/min时记录对应的输出电压，直至转速为零。将数据填入表2中。 4.带负载时的偷出特性n =f ( U2)1)带纯电阻负载开关S闭合，测量和调速步骤与3相同。保持U1 = U1N= 110 V ，当ZL=R = 1 500 时，测量各转速下对应的输出电压U2，共测取

384、56组数据，记录于表3中。保持U1 = U1N ，当ZL = R = 750 时，测量各转速下对应的输出电压U2 ，共测取56组数据，记录于表4中。保持U1 = U1N ，当ZL = R = 300 时，测量各转速下对应的输出电压U2 ，共测取56组数据，记录于表5中。上一页下一页返回任务1 交流测速发电机的基本特性与运行维护2)带纯电容负载带电容负载时，电容选用D46挂件上的电容。A, X; B, Y并联，调节K1、K2的通断及旋钮的位置即可得到相应的电容值。其两端的电容值是D46所选电容值的两倍，即只要选择0. 5 F, 1 F, 1. 5 F即可。注意当转速n =0时，开关S应当断

385、开。保持U1 = U1N ，当ZL为C= 1F时，测量各转速下对应的输出电压U2 ，共测取56组数据，记录于表6中。上一页下一页返回任务1 交流测速发电机的基本特性与运行维护保持U1 = U1N ，当ZL为C= 2F时，测n =f ( U2)，共测取56组数据，记录于表7中。保持U1 = U1N ，当ZL为C= 3F时，测n =f ( U2) ，共测取56组数据，记录于表8中。交流测速发电机线性误差的测定交流测速发电机线性误差是指电机在额定频率、额定激磁电压下，电机在最大线性工作转速范围内，以补偿点转速时的输出电压为基准电压，输出电压之差对最大理想输出电压之比测定线性误差时，电机应安装在规定

386、的温升实验散热板上，在额定励磁条件下，将其输出绕组开路。使电机驱动至补偿点转速nCD，待电机及数字电压表稳定后，在最大线性工作转速范围内，用数字电压表分别测量正、负转向56个转速点的输出电压，测得线性输出特性U2 =f() 。上一页下一页返回任务1 交流测速发电机的基本特性与运行维护为交流测速发电机的相对速度，即式中 n实际转速，r/min ; nc同步转速，r/min; 实际输出特性与线性输出特性的最大偏差，V。为了便于衡量实际输出特性的线性度，一般取实际输出特性的最大相对转速max的这一点与坐标原点的连线来作为线性输出特性。线性误差 u按式(4. 10)计算 (4.10)交流测速发电

387、机正、反转的线性误差均应符合标准规定。上一页下一页返回任务1 交流测速发电机的基本特性与运行维护三、实验报告(1)记录实验所用设备，并抄录被测试交流测速发电机铭牌数据。(2)在同一坐标纸上绘出不同性质负载时的输出特性曲线n =f ( U2) ，并进行分析比较。(3)根据实验结果求出U1 = U1N 、转速n =0时，交流测速发电机的剩余电压值Ur 。(4)分析交流测速发电机的线性误差。上一页返回任务2 直流伺服电动机的基本特性与运行维护4. 2 伺服电动机伺服电动机把输入的信号电压变为转轴的角位移或角速度输出，转轴的转向与转速随信号电压的方向和大小而改变，并且能带动一定大小的负载，在自动控

388、制系统中作为执行元件，故伺服电动机又称为执行电动机。伺服电动机的种类多，用途广。例如在雷达天线系统中，雷达天线是由交流伺服电动机拖动的，当天线发出去的无线电波遇到日标时，就会被反射回来送给雷达接收机;雷达接收机将日标的方位和距离确定后，向交流伺服电动机送出电信号，交流伺服电动机按照该电信号拖动雷达天线跟踪日标转动。下一页返回任务2 直流伺服电动机的基本特性与运行维护根据实际应用，自动控制系统对伺服电动机的基本要求有如下几点。(1)可控性好。有控制电压信号时，电动机在转向和转速上应能做出正确的反应;控制电压信号消失时，电动机应能可靠停转，即无“自转”现象。(2)响应快。电动机转速的高低和方向应

389、能随控制电压信号改变而快速变化，即要求机电时间常数小和灵敏度高。(3)具有线性的机械特性和线性的调节特性，调速范围大，转速稳定。伺服电动机可分为直流伺服电动机和交流伺服电动机两大类。上一页下一页返回任务2 直流伺服电动机的基本特性与运行维护4. 2. 1 直流伺服电动机 1.结构和分类直流伺服电动机分传统型和低惯量型两大类。传统型直流伺服电动机就是微型的他励直流电动机，一也是由定子、转子(电枢)、电刷和换向器四大部分组成的，按定子磁极的种类可分为永磁式和电磁式两种。永磁式电动机的磁极是永久磁铁;电磁式电动机的磁极是电磁铁，磁极外面套着励磁绕组。以上两种传统式电机的转子(电枢)铁芯均由硅钢片冲

390、制叠压而成，在转子冲片的外圆周上开有均匀分布的齿和槽，在转子槽中放置电枢绕组，并经换向器、电刷与外电路相连。上一页下一页返回任务2 直流伺服电动机的基本特性与运行维护低惯量型直流伺服电动机的明显特点是转子轻，转动惯量小，快速响应好。按照电枢形式的不同，低惯量直流伺服电动机分为盘形电枢直流伺服电动机、空心杯电枢永磁式直流伺服电动机及无槽电枢直流伺服电动机。盘形电枢直流伺服电动机的结构如图4. 2. 1所示。它的定子是由永久磁钢和前后磁扼组成的，转轴上装有圆盘。电机的气隙位于圆盘的两侧，圆盘上有电枢绕组，绕组可分为印制绕组和绕线盘式绕组两种形式。印制绕组是采用与制造印制电路板相类似的工艺制成的

391、，可以是单片双面，也可以是多片重叠。绕线盘式绕组则是先绕成单个线圈，然后将绕好的全部线圈沿径向圆周排列起来，再用环氧树脂浇注成圆盘形。盘形电枢上电枢绕组中的电流沿径向流过圆盘表面，并与轴向磁通相互作用而产生转矩。上一页下一页返回任务2 直流伺服电动机的基本特性与运行维护空心杯电枢永磁式直流伺服电动机的结构如图4. 2. 2所示，它由一个外定子和一个内定子构成定子磁路。通常外定子由两个半圆形的永久磁铁组成，而内定子则由圆柱形的软磁材料制成，仅作为磁路的一部分，以减小磁路磁阻。空心杯电枢是一个用非磁性材料制成的空心杯形圆筒，直接装在电机轴上。在电枢表面可采用印制绕组，亦可采用沿圆周轴向排成空心

392、杯状并用环氧树脂固化成型的电枢绕组。当电枢绕组流过一定的电流时，空心杯电枢能在内、外定子间的气隙中旋转，并带动电机转轴旋转。上一页下一页返回任务2 直流伺服电动机的基本特性与运行维护无槽电枢直流伺服电动机的结构如图4. 2. 3所示。电枢铁芯为光滑圆柱体，其上不开槽，电枢绕组直接排列在铁芯表面，再用环氧树脂把它与电枢铁芯粘成一个整体，定转子间气隙大。定子磁极可以采用永久磁铁做成，也可以采用电磁式结构。这种电动机的转动惯量和电枢电感都比杯形或圆盘形电枢大，因而动态性能较差。 2.控制方式直流伺服电动机的控制方式有两种:一种是电枢控制，一种是磁场控制。上一页下一页返回任务2 直流伺服电动机的

393、基本特性与运行维护当励磁电压恒定，负载转矩也一定时，升高电枢电压，电动机的转速随之升高;反之，减小电枢电压，电动机的转速就降低。若电枢电压为零，则电动机停转。改变电枢电压极性，电动机的旋转方向一也随之改变。这种把电枢电压作为控制信号即采用改变电枢电压控制转速的方法称为电枢控制。把励磁绕组电压作为控制信号，即改变励磁绕组电压控制转速的方法称为磁极控制或磁场控制。电枢控制较磁场控制具有较多的优点，因此自动控制系统中大多采用电枢控制,而磁场控制只用于小功率电动机中。永磁式直流伺服电动机由永磁磁极励磁, 采用电枢控制方式。上一页下一页返回任务2 直流伺服电动机的基本特性与运行维护3.运行特性电枢控

394、制时，直流伺服电动机的原理如图4. 2. 4所示。为了分析简便，先作假设:电机磁路不饱和，即认为电机的磁化曲线为一直线;电枢反应的去磁作用忽略不计;电机电刷位于几何中性线，电动机的每相气隙磁通少保持恒定。这样，直流伺服电动机电枢回路的电压平衡方程式为 (4.11)式中Ra电动机电枢回路的总电阻(包括电刷接触电阻)。当磁通恒定时，电枢绕组的感应电动势与转速成正比，即有 (4.12)电动机的电磁转矩为 (4.13)上一页下一页返回任务2 直流伺服电动机的基本特性与运行维护将上面3个公式联立求解，即可得出直流伺服电动机的转速与转矩的关系公式，即 (4.14)由转速公式便可得到直流伺服电动机的机械

395、特性和调节特性。(1)机械特性是指控制电压恒定时，电动机的转速与电磁转矩的关系，即Ua =常数时，转速n与转矩T之间的关系n=f(T)。电枢控制时直流伺服电动机的机械特性如图4. 2. 5所示。从图中可以看出，机械特性是线性的，这些特性曲线与纵轴的交点为电动机的理想空载转速，即n0= Ua /( Ce )，它相当于无损耗时的空载转速。上一页下一页返回任务2 直流伺服电动机的基本特性与运行维护特性曲线的斜率表示伺服电动机机械特性的硬度，即电动机的转速随转矩变化而变化的程度，斜率大，硬度软。由转速公式或机械特性都可以看出，随着控制电压增大，电动机的机械特性曲线平行地向转速和转矩增加的方向移动，

396、但是它的斜率保持不变，所以电枢控制时直流伺服电动机的机械特性是一组平行的直线。 (2)调节特性是指电磁转矩恒定时，电动机的转速随控制电压变化的关系，即T=常数时，n=f (Ua)。由转速公式便可画出直流伺服电动机的调节特性，如图4. 2. 6所示，它们一也是一组平行的直线。这些调节特性曲线与横轴的交点表示在一定负载转矩时电动机的始动电压。若负载转矩一定，电动机的控制电压大于相对应的始动电压，则电动机就转动起来并达到某一转速;反之，控制电压小于相对应的始动电压，则电动机的最大电磁转矩小于负载转矩，它就不能启动。上一页下一页返回任务2 直流伺服电动机的基本特性与运行维护因此，在调节特性曲线上，从

397、坐标原点到始动电压点的这一段横坐标所表示的范围称为在某一电磁转矩时伺服电动机的失灵区。显然失灵区的大小与电磁转矩的大小成正比。由以上分析可知，电枢控制直流伺服电动机的机械特性和调节特性都是一组平行的直线，这是直流伺服电动机突出的优点。但上述结论是在理想假设的条件下得到的，实际直流伺服电动机的特性曲线是一组接近直线的曲线。直流伺服电动机的优点除了机械性能是线性的之外，还包括速度调节范围宽而且平滑，启动转矩大，无自转现象，反应也相当灵敏，与同容量的交流伺服电动机相比，体积和重量可减少到1/21/4。其缺点是由于存在换向器和电刷的滑动接触，常因接触不良而影响运行的稳定性，电刷火花会产生干扰。上一页

398、下一页返回任务2 直流伺服电动机的基本特性与运行维护任务实施一、实验项目(1)测直流伺服电动机的电枢电阻。(2)测直流伺服电动机的机械特性T =f(n)。(3)测直流伺服电动机的调节特性n=f(Ua)(4)测定空载始动电压和检查空载转速的不稳定性。(5)测量直流伺服电动机的机电时间常数。二、实验方法1.实验设备(表1)2.屏上挂件排列顺序D31、D42、D51、D31、D42。上一页下一页返回任务2 直流伺服电动机的基本特性与运行维护3.用伏安法测直流伺服电动机电枢的直流电阻(1)按图1接线，电阻R用D42上900和900串联共1 800阻值，电流表选用D31量程选用5 A挡，开关S选用D

399、51。 (2)经检查无误后接通电枢电源，并调至220 V，合上开关S,调节R使电枢电流达到0. 2 A，迅速测取电机电枢两端电压1l和电流I，再将电机轴分别旋转1 /3周和2/3周。同样测取U、 I，记录于表2中，取3次的平均值作为实际冷态电阻。上一页下一页返回任务2 直流伺服电动机的基本特性与运行维护(3)计算基准工作温度时的电枢电阻。由实验直接测得电枢绕组电阻值，此值为实际冷态电阻值，冷态温度为室温，按下式换算到基准工作温度时的电枢绕组电阻值。 (4.15)式中Raref 换算到基准工作温度时电枢绕组电阻， Ra 电枢绕组的实际冷态电阻，; ref 基准工作温度，对于E级绝缘为75 a

400、实际冷态时电枢绕组温度，。上一页下一页返回任务2 直流伺服电动机的基本特性与运行维护 4.测取直流伺服电动机的机械特性(1)按图2接线，图中Rf1 , Rf2选用D42上1 800 阻值，R1选用D41上6只90 串联共540 阻值，R2选用D44上180 阻值采用分压器接法，RL选用D42上1 800 加上900 并联900 共2 250 阻值，开关S1、S2选用D51, A,、A2选用两只D31上200 mA挡，A2, A4选用D31上安培表。 (2)把Rf1调至最小， RL 、 R2 、RL调至最大,开关S1、S2打开，先接通励磁电源，再接通电枢电源并调至220，电机运行后把R1调至

401、最小。上一页下一页返回任务2 直流伺服电动机的基本特性与运行维护 (3)合上开关S1调节校正直流测功机DJ23励磁电流If2= 100 mA校正值不变(如果是D J25则取lf2= 50 mA。逐渐减小RL阻值(注:先调1 800 阻值，调到最小后用导线短接，再调节450 的电阻部分)，并增大Rf1阻值，使n = nN=1 600 r/min , Ia = IN = 0. 8 A , U = UN = 220 V，此时电机励磁电流为额定励磁电流。(4)保持此额定励磁电流不变，逐渐增加RL阻值，从额定负载到空载(断开开关S1)，测取其机械特性n =f(T)，其中T可由IF从校正曲线查出，记录n

402、、Ia、 IF共78组于表3中。上一页下一页返回任务2 直流伺服电动机的基本特性与运行维护 (5)调节电枢电压为U=16o v,调节Rf1 ，保持电动机励磁电流的额定电流If = IfN减小RL阻值，使Ia = 0.8A，再增大RL阻值，一直到空载，其间记录78组于表4中)。 (6)调节电枢电压为U = 110 V，保持If =IfN不变，减小RL阻值，使Ia =0.8A，再增大RL阻值，一直到空载，其间记录78组于表5中。上一页下一页返回任务2 直流伺服电动机的基本特性与运行维护 5.测取直流伺服电动机的调节特性(1)按4中(1) , (2) , (3)步骤启动电动机，保持If = If

403、N , If2= 100 mA不变。调节RL使电动机输出转矩为额定输出转矩时的IF值并保持不变，即保持校正直流电机输出电流为额定输出转矩时的电流值(额定输出转矩调节直流伺服电动机电枢电压(注:单方向调节控制屏上旋钮)测取直流伺服电动机的调节特性n=f(U)，直到n = 200 r/min左右，记录78组数据记录于表6中。 (2)保持电动机输出转矩T=O.5TN,重复以上实验，记录78组数据记录于表7中。上一页下一页返回任务2 直流伺服电动机的基本特性与运行维护 (3)保持电动机输出转矩T=0(即校正直流测功机与直流伺服电动机脱开，直流伺服电动机直接与测速发电机同轴连接)，调节直流伺服电动机

404、电枢电压。当电枢电压调至最小后合上开关S2,减小分压电阻R2，直至n = 0 r/min，其间取7一8组数据记录于表8中。 6.测定空载始动电压和检查空载转速的不稳定性(1)空载始动电压。按5 (3)步骤启动电机，把电枢电压调至最大后，合上开关S2，逐渐减小R2直至n =0 r/min，再慢慢增大分压电阻R2，即使电枢电压从零缓慢上升，直至转速开始连续转动，此时的电压即为空载始动电压。(2)正、反向各作3次，取其平均值作为该电机始动电压，将数据记录于表9中。上一页下一页返回任务2 直流伺服电动机的基本特性与运行维护(3)正(反)转空载转速的不对称性。注:正(反)转空载转速的不对称性应3%7.

405、测量直流伺服电动机的机电时间常数按图2中右半边接线，直流伺服电动机加额定励磁电流，用记忆示波器拍摄直流伺服电动机空载启动时的电流过渡过程，从而求得电动机的机电时间常数。上一页下一页返回任务2 直流伺服电动机的基本特性与运行维护三、实验报告(1)由实验数据求得电机参数:Raref、 Ke、KTRaref直流伺服电动机的电枢电阻。 (4.16) Ke电势常数。 (4.17) KT转矩常数。(2)由实验数据作出直流伺服电动机的3条机械特性和3条调节特性曲线。(3)求该直流伺服电动机的传递函数。上一页下一页返回任务2 直流伺服电动机的基本特性与运行维护四、思考题1.转矩常数KT的计算现采用而没

406、有采用公式来求取，这是为什么。用这两种方法所得之值是否相同，有差别时其原因是什么?2.若直流伺服电动机正(反)转速有差别，试分析其原因?上一页返回任务3 交流伺服电动机的基本特性与运行维护4. 2. 2 交流伺服电动机 1.基本结构交流伺服电动机在结构上为两相异步电动机，其定子上有空间相差900电角度的两相分布绕组，它们可以有相同或不同的匝数。定子绕组的一相作为励磁绕组，运行时接到电压为Uf的交流电源上，另一相作为控制绕组，输入控制信号电压Uk。电压Uf和Uk同频率，一般为50 Hz或400 Hz。常用的转子结构有两种形式:高电阻笼型转子和非磁性空心杯转子。高电阻笼型转子的结构和普通笼型感

407、应电动机一样，但是为了减小转子的转动惯量，常将转子做成细而长的形状。笼型转子的导条和端环可以采用高电阻率的材料(如黄铜、青铜等)制造，一也可采用铸铝转子。下一页返回任务3 交流伺服电动机的基本特性与运行维护目前我国生产的SL系列两相交流伺服电动机就采用铸铝转子。由于转子回路的电阻增大，使得交流伺服电动机的特性曲线变软，这主要是为了消除自转现象。非磁性空心杯转子的结构如图4. 2. 7所示。电动机中除了有和一般感应电动机一样的定子外，还有一个内定子。内定子是由硅钢片叠压而成的圆柱体，通常内定子上无绕组，只是代替笼形转子铁芯作为磁路的一部分，作用是减少主磁通磁路的磁阻。在内外定子之间有一个细长的、

408、装在转轴上的空心杯形转子，杯形转子通常用非磁性材料铝或铜制成，壁很薄，一般只有0. 20.8mm，因而具有较大的转子电阻和很小的转动惯量。杯形转子可以在内外定子间的气隙中自由旋转，电动机依靠杯形转子内感应的涡流与气隙磁场作用而产生电磁转矩。上一页下一页返回任务3 交流伺服电动机的基本特性与运行维护可见，杯形转子交流伺服电动机的优点为转动惯量小，摩擦转矩小，因此快速响应好;另外，由于转子上无齿槽，所以运行平稳，无抖动，噪声小。其缺点是由于这种结构的电动机的气隙较大，励磁电流也较大，致使电动机的功率因数较低，效率一也较低，它的体积和容量要比同容量的笼型伺服电动机大得多。目前我国生产的这种伺服电

409、动机的型号为SK，这种伺服电动机主要用于要求低噪声及低速平稳运行的某些系统中。上一页下一页返回任务3 交流伺服电动机的基本特性与运行维护2.工作原理图4. 2. 8所示为两相交流伺服电动机的原理图。两相绕组轴线位置在空间相差900电角度，当两相绕组分别加以交流电压以后，就会在气隙中产生旋转磁场。当转子导体切割旋转磁场的磁力线时，便会感应电动势，产生电流，转子电流与气隙磁场相互作用产生电磁转矩，使转子随旋转磁场的方向而旋转。若控制绕组无控制信号，只有励磁绕组中有励磁电流，则气隙中形成的是单相脉振磁动势。单相脉振磁动势可以分解为正、负序两个圆形旋转磁动势，它们大小相等，转速相同，转向相反，单

410、相脉振磁动势所建立的正序旋转磁场对转子起拖动作用，产生拖动转矩T+;负序旋转磁场对转子起制动作用，产生制动转矩T_。上一页下一页返回任务3 交流伺服电动机的基本特性与运行维护当电动机处于静止时，转差率S=1, T+ =T_，合成转矩T=0，伺服电动机转子不会转动。一旦控制绕组有信号电压，一般情况下，两相绕组上所加的电压、流人的电流以及由电流产生的磁动势是不对称的，则电动机内部便建立起椭圆形旋转磁场。一个椭圆形旋转磁场同样可以分解为两个速度相等、转向相反的圆形旋转磁场，但它们大小不等(与原椭圆旋转磁场转向相同的正序磁场大，与原转向相反的负序磁场小)，因此转子上两个电磁转矩一也大小不等，方向相反

411、，合成转矩不为零，这样转子就不再保持静止状态，而随着正转磁场的方向转动起来。上一页下一页返回任务3 交流伺服电动机的基本特性与运行维护两相交流伺服电动机在转子转动后，当控制信号消失，即控制电压等于零时，按照自动控制系统对伺服电动机的要求，伺服电动机应立即停转。但是此时定子中的磁场完全由励磁绕组产生，电动机内部建立的是单相脉振磁场，根据单相异步电动机的工作原理，电动机将继续旋转，这种现象称之为“自转”。“自转”现象在自动控制系统中是不允许存在的，解决的办法是增大转子电阻。下面分析转子电阻的大小对伺服电动机单相运行的机械特性曲线的影响及产生自转的原因。上一页下一页返回任务3 交流伺服电动机的基

412、本特性与运行维护当转子电阻为r时，此时转子电阻较小，临界转差率Sm=0.4。图4.2.9所示为单相供电且Sm= 0. 4时的机械特性曲线。从图中可以看出，在电动机工作的转差率范围内，即0s1时，合成转矩T绝大部分都是正的。因此，如果伺服电动机突然切去控制电压信号，那么只要阻转矩小于单相运行时的最大电磁转矩，电动机将在转矩T作用下继续旋转，这样就产生了自转现象。当转子电阻增大到使临界转差率大于1的程度时，合成转矩曲线与横轴相交仅有一点(s =1)，如图4. 2. 10所示。从图中可见，在电动机运行范围内，0s1时，合成转矩均为负值，即为制动转矩，因而当控制电压Uk等于零为单相运行时，电动机就立

413、刻产生制动转矩，与负载转矩一起促使电动机迅速停转，这样就不会产生自转现象。上一页下一页返回任务3 交流伺服电动机的基本特性与运行维护在这种情况下，停转时间甚至比两相绕组电压同时取消还要快些。从图中还可以看出，当电动机在0s11范围内运行时，合成转矩T是负的，表示产生制动转矩，阻止电动机转动。而当电动机转向相反，在1 s1 1，可以完全消除自转现象。前面讲到的转子的两种特殊结构形式正是为了满足这种要求。上一页下一页返回任务3 交流伺服电动机的基本特性与运行维护 3.控制方式交流伺服电动机运行时，控制绕组上所加的控制电压Uk是变化的，一般来说，得到的是椭圆形旋转磁场，并由此产生电磁转矩而使电动

414、机旋转。若改变控制电压的大小或改变它与励磁电压之间的相位角，则能使电动机气隙中旋转磁场的椭圆度发生变化，从而影响到电磁转矩。当负载转矩一定时，可以通过调节控制电压的大小或相位差来达到改变电动机转速的日的。因此，交流伺服电动机的控制方式有以下3种。 1)幅值控制这种控制方式通过调节控制电压的大小来改变电动机的转速，而控制电压Uk与励磁电压Uf之间的相位角保持900电角度，通常Uk滞后于Uf 。当控制电压Uk =0时，电动机停转，即n =0。上一页下一页返回任务3 交流伺服电动机的基本特性与运行维护 2)相位控制这种控制方式通过调节控制电压的相位(即调节控制电压与励磁电压之间的相位角)来改变电动

415、机的转速，而控制电压的幅值保持不变，当 =0时，电动机停转。这种控制方式较少采用。3)幅值一相位控制(电容移相控制) 这种控制方式将励磁绕组串联电容C后接到稳压电源上，其接线图如图4. 2. 11所示，这时励磁绕组上仍外施励磁电压(参看图4. 2. 11),控制绕组仍外施控制电压Uk ，而Uk的相位始终与U1的相位同相。上一页下一页返回任务3 交流伺服电动机的基本特性与运行维护当调节控制电压Uk的幅值来改变电动机的转速时，由于转子绕组与励磁绕组的藕合作用(相当于变压器的二次绕组与一次绕组)，使励磁绕组的电流If一也发生变化，致使励磁绕组的电压Uf及电容C上的电压Uf也随之改变，即电压Uk与U

416、f的大小及它们之间的相位角户也都随之改变，所以这是一种幅值和相位的复合控制方式。若控制电压Uk =0,电动机就停转。这种控制方式是利用串联电容器来分相的，它不需要复杂的移相装置，所以设备简单，成本较低，成为最常用的一种控制方式。图4. 2. 12为幅值一相位控制电压相量图。上一页下一页返回任务3 交流伺服电动机的基本特性与运行维护任务实施一、实验项目(1)用实验方法配堵转圆形磁场。(2)测交流伺服电动机幅值控制时的机械特性和调节特性。(3)测交流伺服电动机幅值一相位控制时的机械特性。(4)观察自转现象。二、实验方法1.实验设备(表1)2.屏上挂件排列顺序D57、D33、D32、D41。上一页

417、下一页返回任务3 交流伺服电动机的基本特性与运行维护 3.幅值控制1)实测交流伺服电动机=1(即队UC= UN = 220 V)时的机械特性用光电计测转速之前，先在黑色转盘上贴上一条自色的胶布或纸条。(1)关断三相交流电源，按图1接线。图中T1 、T2选用D57挂件，V1、V2选用D33挂件。(2)启动三相交流电源，调节调压器，使Uf=220 V，再调节单相调压器T2使Uc=UN=220 V。 (3)调节棘轮机构，逐次增大力矩TT=(F10-F2) x3，将弹簧秤读数及电机转速记录于表2中。上一页下一页返回任务3 交流伺服电动机的基本特性与运行维护2)实测交流伺服电动机 = 0. 75(即

418、Uc = 0. 75 UN=165 V)时的机械特性(1)保持Uf=220 V不变，调节单相调压器T2使Uc = 0. 75 , UN=165 V (2)重复上述步骤，将所测数据记录于表3中。 3)实测交流伺服电动机的调节特性(1)调节三相调压器使Uf=220 V ，松开棘轮机构，即电机空载。逐次调节单相调压器T2。使控制电压Uc从220 V逐次减小直到0 V。(2)将每次所测的控制电压Uc与电动机转速n记录于表4中。上一页下一页返回任务3 交流伺服电动机的基本特性与运行维护 4.幅值一相位控制1)用实验方法使电机堵转时的旋转磁场为圆形磁场(1)关断三相交流电源，按图2接线。图中T1、T2、

419、 C选用D57挂件。A1、A2表选用D32上1 A挡。V1、V2、V3选用D33上300 V挡。R1、R2选用D41挂件上90 并联90 共45 阻值并用万用表调定在5 阻值。示波器两探头地线应接图中N线，X踪和Y踪幅值量程一致，并设在叠加状态。(2)合上三相交流电源，调节三相调压器使U1 = 127V,再调节单相调压器T2使UC=U1=127V,调节棘轮机构使电机堵转。(3)调节可变电容C，观察A1和A2表，使If=IC，此时观察示波器轨迹应为圆形旋转磁场。并且此时Uf应等于UC。上一页下一页返回任务3 交流伺服电动机的基本特性与运行维护 2)实测交流伺服电机U1 = 127V, =1(即

420、UC=UN=127V)时的机械特性。(1)调节单相调压器T2使UC=UN=127V 。松开棘轮机构，再调节棘轮机构手柄逐次增大力矩。(2)记录电机从空载至堵转时，10 N弹簧秤和2 N弹簧秤读数及电机转速于表5中。 3)实测交流伺服电机U1 = 127V, =1(即UC=0.75UN= = 165 V)时的机械特性。(1)调节三相交流电源和单相调压器使UC = 0. 75UN = 165 V ,重复上面实验，将数据记录于表6中。上一页下一页返回任务3 交流伺服电动机的基本特性与运行维护 5.观察交流伺服电动机“自转”现象(1)接线图同2一样，调节调压器使U1=127 V , UC = 220

421、 V，再将UC开路，观察电机有无“自转”现象。(2)接线图同2一样，调节调压器使U1=127 V , UC = 220 V，再将UC调到0V，观察电机有无“自转”现象。五、实验报告(1)作交流伺服电动机幅值控制时的机械特性和调节特性。(2)作交流伺服电动机幅值一相位控制时的机械特性。(3)分析实验数据及实验过程中发生的现象。上一页下一页返回任务3 交流伺服电动机的基本特性与运行维护六、思考题1.分析无“自转”现象的原因?怎样消除“自转”现象?2.幅值一相位控制时的交流伺服电动机，在什么条件下电机气隙磁场为圆形磁场?其理想空载转速是多大?上一页返回任务4 步进电动机的基本特性与运行维护4.

422、3 步进电动机在自动控制系统中，常常需要把数字信号转换为角位移。步进电动机就是一种用电脉冲信号进行控制，将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的控制电机。它通过专用电源把电脉冲按一定顺序供给定子各相控制绕组，在气隙中产生类似于旋转磁场的脉冲磁场。输入一个脉冲信号，电动机就转动一个角度或前进一步，因此，步进电动机又称为脉冲电动机。步进电动机的角位移量或线位移量与电脉冲数成正比，它的转速或线速度与电脉冲频率成正比。在负载能力范围内，这些关系不因电源电压、负载大小、环境条件的波动而变化。通过改变脉冲频率的高低，可以在很大范围内实现步进电动机的调速，并能快速启动、制动和反转。下一页返回任务4 步进电动

423、机的基本特性与运行维护随着电子技术和计算技术的迅速发展，步进电动机的应用日益广泛，目前在经济型数控机床、绘图机、自动记录仪表和数模变换装置上都使用了步进电动机。从零件的加工过程看，工作机械对步进电动机的基本要求如下。(1)调速范围宽，应尽量提高最高转速以提高劳动生产率。(2)动态性能好，能迅速启动、正反转和停转。(3)加工精度较高，即要求一个脉冲对应的位移量小，并要精确、均匀，这就要求步进电动机步距小，步距精度高，不丢步或越步。上一页下一页返回任务4 步进电动机的基本特性与运行维护 (4)输出转矩大，可直接带动负载。步进电动机的种类繁多，按相数可分为单相、两相、三相及多相步进电动机，按其运

424、动方式分为旋转运动型、直线运动型和平面运动型。通常使用的旋转型步进电动机又可分为反应式、永磁式和感应式。其中反应式步进电动机是我国目前应用最I一泛的一种，它具有调速范围大，动态性能好，能快速启动、制动和反转等优点。永磁式和感应式步进电动机的基本原理与反应式步进电动机相似，因此本节以反应式步进电动机为例，简单分析步进电动机的基本原理与运行性能。上一页下一页返回任务4 步进电动机的基本特性与运行维护4. 3. 1步进电动机的工作原理图4. 3. 1是一个三相反应式步进电动机的工作原理图，其定子、转子铁芯均由硅钢片叠压而成。定子上均匀分布6个磁极，磁极上装有线圈，相对两个极上的线圈串联起来组成3

425、个独立的绕组，称为三相绕组。转子是4个均匀分布的齿，齿宽等于定子主磁极端面的有效宽度，转子上没有绕组，本身亦无磁性。当A相绕组通电且B相、C相绕组都不通电时，由于磁通具有力图走磁阻最小路径的特点，因而转子齿1和齿3的轴线与定子A极轴线对齐(负载转矩为零时)，如图4.3.1 (a)所示。当A相断电且B相通电时，转子便逆时针方向转过300，使转子齿2和齿4的轴线与定子B极轴线对齐，如图4. 3. 1 (b )所示。上一页下一页返回任务4 步进电动机的基本特性与运行维护当B相断电且C相通电时，转子再转过300，使转子齿1和齿3的轴线与定子C极轴线对齐，如图4.3.1 (c)所示。如此循环往复，按A

426、-B-C-A的顺序不断接通和断开控制绕组，气隙中将产生脉冲式的旋转磁场，转子就一步一步地按逆时针方向转动。步进电动机的转速取决于定子绕组与电源接通、断开的频率，即输入的电脉冲频率，步进电动机的转向则取决于定子绕组轮流通电的顺序。若步进电动机的通电顺序改为A-C-B-A，则电动机为顺时针方向旋转。定子绕组与电源的接通或断开一般由数字逻辑电路或计算机软件来控制。上述通电过程中，定子绕组每改变一次通电方式，步进电动机就走一步，称其为一拍。上一页下一页返回任务4 步进电动机的基本特性与运行维护上述通电方式也称为三相单三拍。其中，“单”是指每次只有一相定子绕组通电，“三拍”是指每经过3次切换，定子绕

427、组通电状态为一个循环，再下一拍通电时就重复第一拍通电方式。步进电动机每拍转子所转过的角位移称为步距角，可见，三相单三拍通电方式时，步距角是300。三相步进电动机除了单三拍通电方式外，还可工作在三相单、双六拍通电方式。三相单、双六拍时电动机运行情况如图4. 3. 2所示。这种方式的通电顺序为A-AB-B-BC-C-CA-A，或者通电顺序为A-AC-C-CB-B-BA-A。按前一种顺序通电，即先接通A相定子绕组，接着使A, B两相定子绕组同时通电;然后断开A相，使B相绕组单独通电;再同时接通B, C两相定子绕组;接着C相单独通电，然后C,A两相定子绕组同时通电，并依次循环进行。这种工作方式下，定子

428、三相绕组需经过6次换接才能完成一个循环，故称为“六拍”。上一页下一页返回任务4 步进电动机的基本特性与运行维护“单、双六拍”是单相绕组与两相绕组交替接通的通电方式。拍数不同使这种通电方式的步距角也与单三拍的不同。当A相定子绕组通电时，和单三拍运行的情况相同，转子齿1和齿3的轴线与定子A极轴线对齐，如图4.3.2 (a)所示。当A, B两相定子绕组同时通电时，转子的位置应兼顾到A, B两对极所形成的两路磁通，在气隙中所遇到的磁阻同样程度地达到最小。这时相邻两个A, B磁极与转子齿相作用的磁拉力大小相等且方向相反，使转子处于平衡状态。这样，当A相通电转到A, B两相同时通电时，转子只能逆时针转过

429、150，如图4.3.2 (b)所示。当断开A相定子绕组而使B相定子绕组单独通电时，转子将继续沿逆时针方向转过一个角度，直至使转子齿2和齿4的轴线与定子B极轴线对齐为止，如图4.3.2 (c)所示，这时转子又转过150。若继续按BC-C-CA-A的顺序通电，那么步进电动机就按逆时针方向连续转动。上一页下一页返回任务4 步进电动机的基本特性与运行维护如果通电顺序改为A-AC-C-CB-B-BA-A时，电动机将按顺时针方向转动。在单三拍运行方式时，每经过一拍，转子转过的步距角为300。采用单、双六拍通电方式后，当由A相定子绕组单独通电转到B相定子绕组单独通电时，中间还要经过A和B两相绕组同时通电

430、这一状态，一也就是说要经过二拍，转子才转过300。所以，在单、双六拍运行方式时，三相步进电动机的步距角为150,是单三拍运行时的一半。上一页下一页返回任务4 步进电动机的基本特性与运行维护在实际工作中还经常采用三相双三拍的运行方式，也就是按AB-BC-CA-AB的通电方式或AC-CB-BA-AC的通电方式供电。这种通电方式与单三拍运行时一样，每一循环也是换接3次，总共有3种通电状态，但不同的是，每次换接时都同时有两相定子绕组接通。三相双三拍的运行方式比三相单三拍的好，因为单三拍在切换时出现的一相定子绕组断电而另一相定子绕组开始通电的状态容易造成失步，而且由于单一定子绕组通电吸引转子，也易使

431、转子在平衡位置附近产生振荡。而双三拍运行时，每个通电状态均为两相定子绕组同时通电，通电方式改变时保证其中一相电流不变(另两相切换)，使运行可靠、稳定。双三拍运行时，每一通电状态的转子位置和磁通路径与三相六拍相应的两相绕组同时接通时相同，如图4.3.2 (b)所示。可以看出，这时转子每步转过的角度与单三拍时相同，也是300。上一页下一页返回任务4 步进电动机的基本特性与运行维护上述简单的三相反应式步进电动机的步距角太大，即每一步转过的角度太大，如用于精度要求较高的数控机床等控制系统，会严重影响到加工工件的精度。这种结构只在分析原理时采用，实际使用的步进电动机都是小步距角的。图4. 3. 3所

432、示的结构是最常见的一种小步距角的三相反应式步进电动机。在图4. 3. 3中，三相反应式步进电动机定子上有6个极，极上有定子绕组，沿直径相对的两个极的线圈串联，构成一相控制的绕组，共有A, B, C三相。转子圆周上均匀分布若干个小齿，定子每个磁极端面上一也有若干个小齿。上一页下一页返回任务4 步进电动机的基本特性与运行维护根据步进电动机工作的要求，定子、转子的齿宽、齿距必须相等，定子、转子齿数要适当配合，即要求在A相一对极下，定子、转子齿一一对齐时，下一相(B相)所在一对极下的定子、转子齿错开一齿距(约的1 /m, ( m为相数)，即为t/m, ;再下一相(C相)的一对极下定子、转子齿错开2

433、t/m,，依次类推。一转子齿数zr= 40，相数m= 3，一相绕组通电时，在气隙圆周上形成的磁极数2D= 2，以三相单三拍运行为例，每一齿距的空间角为 (4.18)每一极距的空间角为 (4.19)每一极距所占的齿数为 (4.20)上一页下一页返回任务4 步进电动机的基本特性与运行维护由于每一极距所占的齿数不是整数，因此当A极下的定、转子齿对齐时，B极的定子齿和转子齿必然错开1/3齿距，即为30，如图4. 3. 4所示。由图4. 3. 4可以看出，若断开A相定子绕组而接通B相定子绕组，则步进电动机中产生沿B极轴线方向的磁场，因磁通力图走磁阻最小路径闭合，就使转子受到同步转矩的作用而转动，转

434、子按逆时针方向转过1/3齿距(30)，直到B极下的定子齿与转子齿对齐。相应的A极和C极下的定子齿又分别和转子齿相错1/3齿距。按此顺序连续不断通电，转子便连续不断地转动。若采用三相单、双六拍通电方式运行，即按A-AB-B-BC-C-CA-A顺序循环通电，同样，步距角一也要减少一半，即每一脉冲时转子仅转动1.50。上一页下一页返回任务4 步进电动机的基本特性与运行维护由上面分析可知，步进电动机的转子每转过一个齿距，相当于在空间转过3600/zr，则每一拍转过的角度只是齿距角的1/N (N为运行拍数)，因此，步距角为 (4.21) 如果脉冲频率很高，步进电动机定子绕组中送人的是连续脉冲，各相绕

435、组不断地轮流通电，这时，步进电动机不是一步一步地转动，而是连续不断地转动，它的转速与脉冲频率成正比。由s=3600/ (zrN) 可知，每输入一个脉冲，转子转过的角度是整个圆周角的I(zrN)，也就是转过I(zrN)转，因此每分钟转子所转过的圆周数，即转速为 (4.22)式中 n转速，r/min。上一页下一页返回任务4 步进电动机的基本特性与运行维护以上讨论的步进电动机都是三相的，也有其他多相步进电动机。步进电动机的相数和转子齿数越多，则步距角s就越小。在一定的脉冲频率下，步距角越小，转速一也越低。但是相数越多，电源就越复杂，成本一也较高，因此，目前步进电动机一般最多六相，也有个别更多相的

436、。4. 3. 2步进电动机的运行特性下面主要通过静态和步进两种运行状态来分析反应式步进电动机的运行特性。 1.静态运行状态步进电动机通电方式保持稳定的状态称为静态运行状态。静态运行状态下步进电动机的转矩与转角特性简称矩角特性T=f()，这是步进电动机的基本特性。上一页下一页返回任务4 步进电动机的基本特性与运行维护步进电动机的转矩就是同步转矩(即电磁转矩)，转角就是通电相的定、转子齿中心线间用电角度表示的夹角，如图4. 3. 5所示。当步进电动机通电相(一相通电时)的定、转子齿对齐时，=o,电机转子上无切向磁拉力作用，转矩T等于零，如图4.3.5 (a)所示。若转子齿相对于定子齿向右错开一个

437、角度，这时出现了切向磁拉力，产生转矩T，转矩方向与偏转方向相反，规定为负，如图4.3.5 (b)所示。显然，在 90。时，由于磁阻显著增大，进入转子齿顶的磁通量急剧减少，切向磁拉力以及转矩减少，直到=l800时，转子齿处于两个定子齿正中，因此，两个定子齿对转子齿的磁拉力互相抵消，如图4.3.5 (c)所示，此时，转矩T又为零。如果再增大，则转子齿将受到另一个定子齿的作用，出现相反的转矩，如图4.3.5 (d)所示。由此可见，转矩T随转角作周期变化，变化周期是一个齿距，即2电弧度。上一页下一页返回任务4 步进电动机的基本特性与运行维护 T =f()的形状比较复杂，它与定、转子冲片齿的形状以及饱

438、和程度有关。实践证明，反应式步进电动机的矩角特性接近正弦曲线，如图4. 3. 6所示(图中只画出从-到+的范围)。若电动机空载，在静态运行时，转子必然有一个稳定平衡位置。从上面分析看出，这个稳定平衡位置在 =0处，即通电相定、转子齿对齐位置。因为当转子处于这个位置时，如有外力使转子齿偏离这个位置，只要偏离角。0 1800，除去外力，转子能自动地重新回到原来位置。当= 时，虽然两个定子齿对转子一个齿的磁拉力互相抵消，但是只要转子向任一方向稍偏离，磁拉力就失去平衡，稳定性被破坏，所以e= 这个位置是不稳定的，两个不稳定点之间的区域构成静稳定区，如图4. 3. 6所示。上一页下一页返回任务4 步进

439、电动机的基本特性与运行维护矩角特性上，电磁转矩的最大值称为最大静态转矩Tm，它表示步进电动机承受负载的能力，是步进电动机最主要的性能指标之一。2.步进运行状态步进电动机的步进运行状态与控制脉冲的频率有关。当步进电动机在极低的频率下运行时，后一个脉冲到来之前转子已完成一步，并且运动已基本停止，这时电动机的运行状态由一个个单步运行状态所组成。步进电动机的单步运行状态为一振荡过程。步进电动机空载，A相通电时，转子齿1和齿3的轴线与定子A极轴线对齐。A相断电，B相通电时，转子将按逆时针方向转动，在转子齿2和齿4转到对准定子B极轴线的瞬间，电动机的磁阻转矩为零。但由于转子惯性的影响，它将继续向逆时针方

440、向转动。上一页下一页返回任务4 步进电动机的基本特性与运行维护当转子齿2和齿4的轴线越过B极轴线位置后，就受到反向转矩的作用而减速直到停转，但此时转子仍受到反向转矩的作用，于是开始沿顺时针方向转动。当转子齿2和齿4的轴线再次对齐B极轴线时，又会因转子惯性的影响同样继续沿顺时针方向转动，如此来回振荡。由于摩擦等阻尼力矩的影响，最终将使齿2和齿4的轴线停止在B极轴线位置。可见，当电脉冲由A相切换到B相绕组时，转子将转过一个步距角，但整个过程是一个振荡过程。一般来说，这一振荡是不断衰减的，如图4. 3. 7所示。阻尼作用越大，衰减得越快。上一页下一页返回任务4 步进电动机的基本特性与运行维护当

441、通电脉冲的频率增高时，脉冲周期缩短，因而可能出现在一个周期内转子振荡还未衰减完，下一个脉冲就来到的情况。这种运行状态表现的特性主要有以下两个方面。 1)动稳定区动稳定区是指步进电动机从一种通电状态切换到另一种通电状态时，不致引起失步的区域。如步进电动机空载，且在A相通电状态下，其矩角特性如图4.3.8 (a)中曲线A所示，转子位于稳定平衡点OA处。加一脉冲，则A相断电，B相通电，矩角特性变为曲线B。曲线A与曲线B之间相隔一个步距角 s，转子新的稳定平衡位置为OB。新的稳定平衡位置为OB。只要改变通电状态，转子位置处于BB间，转子就能向OB点运动，而达到新的稳定平衡。上一页下一页返回任务4 步

442、进电动机的基本特性与运行维护区间BB为步进电动机空载状态下的动稳定区，如图4.3.8 (a)所示。可见，步距角越小，即相数增加或拍数增加，则动稳定区越接近静稳定区，步进电动机运行越稳定，如图4.3.8 (b)所示。2)最大负载转矩Tst图4. 3. 9所示为步进电动机的矩角特性。图中相邻两个矩角特性的交点所对应的电磁转矩用Tst表示。当步进电动机所带负载转矩Tz1 1时的自转现象和转子电阻关系返回图4. 2. 11 幅值相位控制接线图返回图4. 2. 12 幅值相位控制电压相量图返回表1 实验设备返回图1 交流伺服电动机幅值控制接线图返回表2返回表3返回表4返回图2 交流伺服电动机幅值一相位控

443、制接线图返回表5返回表6返回图4. 3.1 三相单三拍运行时反应式步进电动机工作原理返回图4.3.2 单、双六拍运行时的三相反应式步进电动机返回图4.3.3 小步距角的三相反应式步进电动机返回图4.3.4 小步距角的三相反应式步进电动机的展开图返回图4. 3. 5 定、转子间的作用力返回图4. 3. 6 反应式步进电动机的矩角特性返回图4.3.7 步进电动机的转子振荡讨程返回图4.3.8 三相步进电动机的动稳定区返回图4.3.9 步进电动机的最大负载转矩返回图4. 3. 10 步进电动机的驱动电源返回图4. 3. 11 步进电动机控制箱返回表1 实验设备返回图1 步进电机实验接线图返回表2 返回表3返回表4返回表5 返回表6返回表7返回图4. 4.1 力矩式自整角机的基本结构(a)转子凸极结构转子凸极结构;(b)宗子凸极结构宗子凸极结构;(c)宗转子隐极结构宗转子隐极结构返回图4. 4. 2 力矩式自整角机的工作原理返回表1 实验设备返回图1 测定力矩式自整角机零位误差接线图返回表2 返回图2 力矩式自整角机实验接线图返回表3返回表4返回表5返回图3 测定力矩式自整角机阻尼时间接线图返回图4. 4. 3 控制式自整角机的工作原理返回表1返回图1 控制式自整角机实验接线图返回图2 测定控制式自整角机零位电压接线图返回表2 返回

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