电机拖动基础(现用)ppt课件

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1、病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程电机与拖动基础电机与拖动基础8/30/20241电机与拖动基础病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程电机与拖机与拖动课程前言程前言一、本一、本课程性程性质及其特点：及其特点： 1、本、本课程属于技程属于技术基基础课2、基本概念多、基本概念多 3、电磁力关系复磁力关系复杂（电流、流、电压、磁、磁场、力矩关系）力矩关系）4、该课程以大学物理和程以大学物理和电路理路理论为基基础8/30/20242电机与拖动基础病原体侵入

2、机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程二、参考二、参考书：1、王毓东编电机学上、下，浙江大学出版社2、顾绳谷编电机及拖动基础，机械工业出版社3、唐介编电机与拖动，高等教育出版社4、许建国编电机与拖动基础，高等教育出版社8/30/20243电机与拖动基础病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程三、本三、本课程学程学习内容：内容：变压器、直流机、异步机、同步机器、直流机、异步机、同步机掌握内容：掌握内容：1）工作原理）工作原理2）电磁力分析磁力分析3）特性及）特性及应

3、用用8/30/20244电机与拖动基础病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程四、四、电机的作用与功能：机的作用与功能：电机是机是实现机械能与机械能与电能相互能相互转换的的电磁机器磁机器电动机：机：电能机械能能机械能发电机：机械能机：机械能电能能变压器：器：U1交流交流电能能变成成U2交流交流电能能8/30/20245电机与拖动基础病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程五、五、电机的分机的分类：1、按、按电能形式分能形式分直流直流电机机（发电机机、电动机

4、机）交流交流电机机（异步机异步机、同步机同步机）（发电机机、电动机机）8/30/20246电机与拖动基础病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2、按能量、按能量转换形式分形式分发电机机（直流直流电机机、交流交流电机机） （异步机异步机、同步机同步机）电动机机（直流直流电机机、交流交流电机机） （异步机异步机、同步机同步机）8/30/20247电机与拖动基础病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程六、六、电机的作用：机的作用：1、进行能量行能量转化、化、传

5、输和分配和分配电能能一一简单供供电系系统图8/30/20248电机与拖动基础病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2、驱动生生产机械机械 磁磁悬浮列浮列车 大型大型车床床8/30/20249电机与拖动基础病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3、控制各种自、控制各种自动设备盲人引路盲人引路车爬行机器人爬行机器人8/30/202410电机与拖动基础病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过

6、程七、七、电机的机的发展状况展状况大型和超小型方向大型和超小型方向发展展同步同步发电机定子机定子各种微各种微电机机8/30/202411电机与拖动基础电力拖动系统动力学电力拖动系统动力学1.11.1电力拖动系统的运动方程式电力拖动系统的运动方程式 电电力力拖拖动动系系统统一一般般是是由由电电动动机机、生生产产机机械械的的传传动动机机构构、工工作作机机构构、控控制设备和电源组成。制设备和电源组成。电力拖动系统组成电力拖动系统组成 机机械械特特性性表表明明电电动动机机内内部部转转速速和和转转矩矩之之间间的的关关系系，生生产产机机械械的的负负载载转转矩矩特特性性表表明明负负载载的的性性能能，要要研研

7、究究整整个个电电力力拖拖动动系系统统，必必须须研研究究电电动动机机和和负负载载之间的运动规律之间的运动规律电力拖动系统的运动方程式。电力拖动系统的运动方程式。8/30/202412电机与拖动基础1. .单轴电力拖动系统单轴电力拖动系统 电动机转轴与生产机械的工作机构直电动机转轴与生产机械的工作机构直接相连，工作机构是电动机的负载。接相连，工作机构是电动机的负载。 单轴电力拖动系统单轴电力拖动系统T 为电动机的电磁转矩为电动机的电磁转矩(N m)，TL 为电动机的负载转矩为电动机的负载转矩(N m)，J 为电动机轴上的总转动惯量为电动机轴上的总转动惯量(kg m2)， 为电动机的角速度为电动机的

8、角速度(rad/s),D 为系统转动部分的回转直径为系统转动部分的回转直径(m), m为系统转动部分的质量为系统转动部分的质量(kg), 8/30/202413电机与拖动基础是具有加速度量纲的系数，单位为是具有加速度量纲的系数，单位为mmins。动转矩动转矩系统处于加速；系统处于加速；恒速或静止，稳定运转状态；恒速或静止，稳定运转状态；系统减速系统减速 为系统转动部分的回转半径为系统转动部分的回转半径(m),g=9.81m/s2为重力加速度为重力加速度,G 为为系系统统转转动动部部分分的的重重力力(N), GD2 为为转转动动部部分分的的飞飞轮轮矩矩(Nm2),8/30/202414电机与拖动

9、基础实实际际的的电电力力拖拖动动系系统统，大大多多数数是是电电动动机机通通过过传传动动机机构构与与工工作作机机构相连的多轴电力拖动系统。构相连的多轴电力拖动系统。研研究究多多轴轴电电力力拖拖动动系系统统时时，需需要要对对每每根根轴轴分分别别写写出出运运动动方方程程式式并联立求解，最后得出电力拖动系统的运动规律，显然比较麻烦。并联立求解，最后得出电力拖动系统的运动规律，显然比较麻烦。8/30/202415电机与拖动基础等效是指拖动系统在折算前和折算后的功率等效是指拖动系统在折算前和折算后的功率及储存动能保持不变，即等效单轴系统应与实际及储存动能保持不变，即等效单轴系统应与实际的多轴系统具有相等的

10、机械功率和动能。的多轴系统具有相等的机械功率和动能。实实用用工工程程计计算算：采采用用筒筒化化多多轴轴电电力力拖拖动动系系统统的的分分析析计计算算，将将负负载载转转矩矩与与系系统统飞飞轮轮矩矩折折算算到到电电动动机机轴轴上上，变变多多轴轴系系统统为为等等效效的的单单轴轴系统。系统。多轴电力拖动系统的简化多轴电力拖动系统的简化8/30/202416电机与拖动基础1.2多轴电力拖动系统的简化计算多轴电力拖动系统的简化计算1.2.1工作机构为转动情况时，转矩与飞轮矩的折算工作机构为转动情况时，转矩与飞轮矩的折算1.转矩的折算转矩的折算多轴电力拖动系统中多轴电力拖动系统中:工作机构折算前的机械功率工作

11、机构折算前的机械功率=工作机构折算后的机械功率工作机构折算后的机械功率 f为工作机构转轴的角速度；为工作机构转轴的角速度；Tf为工作机构的实际负载转矩；为工作机构的实际负载转矩； 为电动机轴的角速度；为电动机轴的角速度；TF为工作机构负载转矩折算到电动为工作机构负载转矩折算到电动机轴上的折算值；机轴上的折算值；为为传传动动机机构构总总的的速速比比，写写成成一一般般形形式式为为等等于于各各级级速速比比乘积；乘积；8/30/202417电机与拖动基础考虑传动机构的传动效率：考虑传动机构的传动效率：式式 中中 为为 传传 动动 机机 构构 总总 效效 率率 ， 等等 于于 各各 级级 传传 动动 效

12、效 率率 乘乘 积积 ， ；传动机构转矩损耗：传动机构转矩损耗：由于负载是由电动机拖动的，电磁转矩为拖动性转矩，由于负载是由电动机拖动的，电磁转矩为拖动性转矩， T是由电动机负担。是由电动机负担。8/30/202418电机与拖动基础2飞轮矩的折算飞轮矩的折算飞轮矩用于表征运动物体机械惯性的大小；飞轮矩用于表征运动物体机械惯性的大小；工作机构转轴的飞轮矩为工作机构转轴的飞轮矩为，动能为动能为:折合到电动机轴上的飞轮矩为折合到电动机轴上的飞轮矩为，折算后其动能为，折算后其动能为:折折算算的的原原则则是是折折算算前前后后该该轴轴的的动能不变，即动能不变，即化简后得到负载轴上飞轮矩的折算公式化简后得到

13、负载轴上飞轮矩的折算公式:旋转物体的动能为旋转物体的动能为:8/30/202419电机与拖动基础传传动动机机构构中中还还有有转转速速为为nb 的的轴轴，其其轴轴上上各各部部分分的的总总飞飞轮轮矩实际值为矩实际值为,动能是动能是:折折合合到到电电动动机机轴轴上上以以后后的的飞飞轮矩为轮矩为，其动能为，其动能为:根据折算前后该轴动能不变的原则有根据折算前后该轴动能不变的原则有:飞飞轮轮矩矩折折算算时时，其其折折算算值值为为实实际际值值除除以以速速比比的的平平方方，(注注意意不不同同转转速的轴其速比也不一样。速的轴其速比也不一样。)8/30/202420电机与拖动基础写成一般形式为写成一般形式为:一

14、一般般地地说说，传传动动机机构构各各轴轴以以及及工工作作机机构构转转轴轴的的转转速速要要比比电电动动机机轴轴的的转转速速低低，飞飞轮轮矩矩的的折折算算与与转转速速比比平平方方成成反反比比；尽尽管管可可能能有有多多根根轴轴，但但它它们们的的飞飞轮轮矩矩折折算算到到电电动动机机轴轴上上后后数数值值不不大大，是是系系统统总总飞飞轮轮矩矩的的次次要要部部分分(20-30%)；电电动动机机转转子子本本身身的的飞飞轮轮矩矩是是系系统统总总飞飞轮轮矩矩中中的的主主要要部部分分(70-80%)。从上面分析的结果可以得到整个电力拖动系统折算到电动机轴从上面分析的结果可以得到整个电力拖动系统折算到电动机轴上的总飞

15、轮矩为上的总飞轮矩为:8/30/202421电机与拖动基础一般地说，一般地说，传传动动机机构构各各轴轴以以及及工工作作机机构构转转轴轴的的转转速速要要比比电电动动机机轴轴的的转转速速低低，飞轮矩的折算与转速比平方成反比；飞轮矩的折算与转速比平方成反比；尽尽管管可可能能有有多多根根轴轴，但但它它们们的的飞飞轮轮矩矩折折算算到到电电动动机机轴轴上上后后数数值值不大，是系统总飞轮矩的次要部分不大，是系统总飞轮矩的次要部分(20-30%)；电电动动机机转转子子本本身身的的飞飞轮轮矩矩是是系系统统总总飞飞轮轮矩矩中中的的主主要要部部分分(70-80%)。8/30/202422电机与拖动基础例题例题11(

16、Pg4)已知飞轮矩已知飞轮矩GDa2=14.5Nm，GDb2=18.8Nm，GDf2=120Nm，传，传动效率动效率 1=0.91, 2=0.93,转矩转矩Tf =85Nm，转速，转速n =2450rmin，nb =810rmin，nf=150rmin，忽略电动机空载转矩，忽略电动机空载转矩，求：求：(1)折算到电动机轴上的系统总飞轮矩折算到电动机轴上的系统总飞轮矩GD2；(2)折算到电动机轴上的负载转矩折算到电动机轴上的负载转矩TF。8/30/202423电机与拖动基础解解:(1)系统总飞轮矩系统总飞轮矩:(2)负载转矩负载转矩:8/30/202424电机与拖动基础1.2.21.2.2工作机

17、构为平移运动时，转矩与飞轮矩的折算工作机构为平移运动时，转矩与飞轮矩的折算有有些些生生产产机机械械，如如桥桥式式起起重重机机的的起起重重小小车车、龙龙门门刨刨床床等等，它们的工作机构作平移运动。它们的工作机构作平移运动。刨刨床床电电力力拖拖动动系系统统：电电动动机机经经多多级级齿齿轮轮变变速速后后，用用齿齿轮轮、齿齿条条把把旋旋转转运运动动变变成成工工作作台台的的平平移移运运动动。切切削削时时工工件件与与工工作作台台一一起起以以速速度度 V移移刨床电力拖动示意图刨床电力拖动示意图动，刨刀固定不动。作用在工件上的切削力为动，刨刀固定不动。作用在工件上的切削力为F，电动机，电动机的转速为的转速为n

18、，传动机构效率为，传动机构效率为 。8/30/202425电机与拖动基础把把这这种种多多轴轴系系统统等等效效成成单单轴轴系系统统，须须将将切切削削力力及及平平移移运运动动部部件件的的质质量量折折算算到到电电动动机机轴轴上上的的等等效效转转矩矩TF 及及等等效效飞飞轮轮矩矩GDF2。1.转矩的折算转矩的折算工作机构为平移运动时，切削功率为工作机构为平移运动时，切削功率为:根据功率平衡关系则有根据功率平衡关系则有:电动机轴上的等效转矩电动机轴上的等效转矩:传动机构的转矩损耗传动机构的转矩损耗:8/30/202426电机与拖动基础2.飞轮矩的折算飞轮矩的折算折算的原则：折算前后储存的动能相等。折算的

19、原则：折算前后储存的动能相等。平移运动部件的动能平移运动部件的动能:折算到电动机轴上的转动惯量中储存的动能折算到电动机轴上的转动惯量中储存的动能:根据折算前后动能不变的原则有根据折算前后动能不变的原则有:8/30/202427电机与拖动基础例例题题:已已知知切切削削力力F=10000N，工工作作台台与与工工件件运运动动速速度度v=0.7m/s，(Pg12)传传动动机机构构总总效效率率 =0.81，电电动动机机转转速速n =1450rmin，电动机的飞轮矩电动机的飞轮矩 GDD2 =100Nm2，求：，求：(l)切削时折算到电动机轴上的负载转矩；切削时折算到电动机轴上的负载转矩；(2)估算系统的

20、总飞轮矩；估算系统的总飞轮矩；(3)不切削时，工作台及工件反向加速，电动机以不切削时，工作台及工件反向加速，电动机以dn/dt =500r/min s,恒加速度运行，计算此时系统的动转矩绝对值。恒加速度运行，计算此时系统的动转矩绝对值。8/30/202428电机与拖动基础解解：(1）切切削削时时折折算算到到电电动动机机轴轴上上的的负负载载转转矩矩计计算算切切削削功率为功率为:折折算算后后的的负负载载转转矩矩:(2)估算系统总的飞轮矩估算系统总的飞轮矩:(3)不切削时，工作台与工件反向加速，系统动转矩绝对不切削时，工作台与工件反向加速，系统动转矩绝对值值:8/30/202429电机与拖动基础1.

21、2.31.2.3工工作作机机构构做做提提升升和和下下放放重重物物运运动动时时，转转矩矩与与飞飞轮矩的折算轮矩的折算工作机构运动为升工作机构运动为升降的电力拖动系统降的电力拖动系统 电电动动机机通通过过传传动动机机构构（减减速速箱箱,速速比比为为j）拖拖动动一一个个卷卷筒筒，半半径径为为R，转转速速为为nf；缠缠在在卷卷筒筒上上的的钢钢丝丝绳绳悬悬挂挂一一重重物物，重重力力为为G=mg，；重重物物提提升升时时传传动动机机构构效效率率为为 ，卷卷筒筒重物提升或下放的速度都为重物提升或下放的速度都为v。桥式起重机的提升机构、电梯、桥式起重机的提升机构、电梯、矿井卷扬机等，它们的工作机构都矿井卷扬机等

22、，它们的工作机构都是作升降运动。升降运动属于直线是作升降运动。升降运动属于直线运动并与重力有关。运动并与重力有关。8/30/202430电机与拖动基础1.1.负载转矩折算负载转矩折算(1）提升重物时负载转矩的折算）提升重物时负载转矩的折算:传动机构损耗的转矩传动机构损耗的转矩:由由摩摩擦擦产产生生，总总是是起起阻阻碍碍运运动动的的作作用用。提提升升重重物物时时由由电电动动机机负负担担，下放重物时，卷筒上的负载转矩成为拖动转矩，由负载承担。下放重物时，卷筒上的负载转矩成为拖动转矩，由负载承担。(2)下放重物时负载转矩的折算下放重物时负载转矩的折算2.飞轮矩的计算与平移运动相同。飞轮矩的计算与平移

23、运动相同。8/30/202431电机与拖动基础例例题题(Pg8):已已知知减减速速箱箱的的速速比比j=34，提提升升重重物物时时效效率率 =0.83，卷卷筒筒直直径径d=0.22m，空空钩钩重重量量G0=470N，所所吊吊重重物物重重G=8820N，电电动机的飞轮矩动机的飞轮矩GDD2=10Nm2，当提，当提升升速度为速度为v=0.4m/s，求：，求：(1)电动机的转速电动机的转速(2)忽略空载转矩时电动机所带的负载转矩；忽略空载转矩时电动机所带的负载转矩；(3)以以v=0.4m/s下放该重物时，电动机的负载转矩。下放该重物时，电动机的负载转矩。解解:(l)电动机转速的计算电动机转速的计算卷筒

24、的转速卷筒的转速:电动机的转速电动机的转速:8/30/202432电机与拖动基础(3)以以v=0.4m/s下放该重物时电动机负载转矩的计算下放该重物时电动机负载转矩的计算传动机构损耗转矩传动机构损耗转矩:电动机的负载转矩为电动机的负载转矩为:(2)(2)提升时电动机负载转矩的计算提升时电动机负载转矩的计算提升重物时负载实际转矩为提升重物时负载实际转矩为: :电动机的负载转矩为电动机的负载转矩为:8/30/202433电机与拖动基础例题例题(Pg9):某起重机的电力拖动系统：电动机某起重机的电力拖动系统：电动机Pn=20kw，nN=950r/min，传动机构的速比，传动机构的速比j1=3，j2=

25、3.5，j3=4，各级齿轮传递效，各级齿轮传递效率都是率都是=0.95，各转轴上的飞轮矩，各转轴上的飞轮矩:GDa2=123Nm2，GDb2=49Nm，GDc2=40Nm，Dd2=465Nm，卷筒直径，卷筒直径d =0.6m，吊钩重吊钩重G0 =1962N，被吊重物被吊重物G =49050N。忽略电动机空载转矩，忽略电动机空载转矩，忽略钢丝绳重量，忽忽略钢丝绳重量，忽略滑轮传递的损耗，略滑轮传递的损耗，求：求：8/30/202434电机与拖动基础解：解：(1)以速度以速度v=0.3m/s提升重物时负载（吊钩及重物）转矩提升重物时负载（吊钩及重物）转矩:卷筒转速卷筒转速:电动机输出转矩电动机输出

26、转矩:电动机转速电动机转速:(1)以速度以速度v=0.3m/s提升重物时，负载（重物及吊钩）转矩、卷筒提升重物时，负载（重物及吊钩）转矩、卷筒转速、电动机输出转矩及电动机转速；转速、电动机输出转矩及电动机转速；(2)负载及系统的飞轮矩（折算到电动机轴上）；负载及系统的飞轮矩（折算到电动机轴上）；(3)以加速度以加速度a=0.1m/s2提升重物时，电动机输出的转矩。提升重物时，电动机输出的转矩。8/30/202435电机与拖动基础(2)负载及系统的飞轮矩的计算负载及系统的飞轮矩的计算吊钩及重物飞轮矩吊钩及重物飞轮矩:系统总的飞轮矩系统总的飞轮矩:8/30/202436电机与拖动基础(3)以加速度

27、以加速度a=0.1m/s2提升重物时电动机输出转矩的计算提升重物时电动机输出转矩的计算电动机转速与重物提升速度的关系电动机转速与重物提升速度的关系:电动机加速度与重物提升速度的关系电动机加速度与重物提升速度的关系:电动机输出转矩电动机输出转矩:8/30/202437电机与拖动基础1.3负载的转矩特性与电力拖动系统稳定运行的负载的转矩特性与电力拖动系统稳定运行的条件条件电动机的电磁转矩与转速之间的关系称为机械特性。电动机的电磁转矩与转速之间的关系称为机械特性。电电动动机机的的电电磁磁转转矩矩为为驱驱动动转转矩矩，其其正正方方向向与与电电机机的的旋旋转方向一致；转方向一致；生生产产机机械械工工作作

28、机机构构的的负负载载转转矩矩的的正正方方向向与与电电机机的的旋旋转转方向相反。方向相反。生产机械工作机构的负载转矩与转速之间的关系，称生产机械工作机构的负载转矩与转速之间的关系，称之为负载的转矩特性。之为负载的转矩特性。8/30/202438电机与拖动基础1.3.1负载的转矩特性负载的转矩特性1.恒转矩负载的转矩特性恒转矩负载的转矩特性(1)反抗性恒转矩负载反抗性恒转矩负载特特点点：工工作作机机构构的的负负载载转转矩矩与与转转速速的的方方向向始始终终相相反反，转转矩矩特特性性位位于于I,III象象限限内内,转转矩矩的的绝绝对对值值大大小小恒恒定定不不变变，是是阻阻碍运动的碍运动的制动性转矩制动

29、性转矩。皮皮带带运运输输机机、轧轧钢钢机机等等由由摩摩擦擦力力产产生生负负载载转转矩矩的的工工作作机机构属于这类型。构属于这类型。考虑传动机构损耗转矩考虑传动机构损耗转矩后，折算到电动机轴上负载后，折算到电动机轴上负载转矩特性，即转矩特性，即关系曲线关系曲线。8/30/202439电机与拖动基础实际特性实际特性折算后特性折算后特性反抗性恒转矩负载的转矩特性反抗性恒转矩负载的转矩特性I象限象限:III象限象限:阻碍运动的制动性转矩阻碍运动的制动性转矩8/30/202440电机与拖动基础(2)位能性恒转矩负载位能性恒转矩负载特特点点:工工作作机机构构的的负负载载转转矩矩绝绝对对值值大大小小是是恒恒

30、定定的的，而而且且方方向向不不变变，转转矩矩特特性性位位于于I,IV象象限限内内；起起重重机机提提升升下下放放重重物物就属于这个类型。就属于这个类型。我我们们分分析析的的电电力力拖拖动动系系统统都都简简化化为为单单轴轴系系统统，只只要要知知道道电动机轴上的转矩与转速电动机轴上的转矩与转速关系曲线。关系曲线。8/30/202441电机与拖动基础实际特性实际特性折算后特性折算后特性位能性恒转矩负载的转矩特性位能性恒转矩负载的转矩特性提升重物时：提升重物时：阻碍运动的制动性转矩阻碍运动的制动性转矩,下放重物时：下放重物时：帮助运动的拖动性转矩帮助运动的拖动性转矩8/30/202442电机与拖动基础2

31、.泵类负载的转矩特性泵类负载的转矩特性水泵、油泵、通风机和水泵、油泵、通风机和螺旋桨等，其转矩的大小与螺旋桨等，其转矩的大小与转速的平方成正比，即转速的平方成正比，即泵类负载的转矩特性泵类负载的转矩特性8/30/202443电机与拖动基础3.恒功率负载的转矩特性恒功率负载的转矩特性工作机构负载转矩与转速之积为常数，即工作机构负载转矩与转速之积为常数，即电力牵引系统：电力牵引系统：汽汽车车爬爬坡坡，低低速速大大转转矩矩；高高速速公公路运行，高速小转矩。路运行，高速小转矩。车床加工另件：车床加工另件：粗粗加加工工时时，较较大大进进刀刀量量和和较较低低转转速速；精精加加工工时时，较较小小进进刀刀量量

32、和和较较高转速。高转速。恒功率负载的转矩特性恒功率负载的转矩特性8/30/202444电机与拖动基础以以上上所所述述恒恒转转矩矩负负载载、泵泵类类负负载载及及恒恒功功率率负负载载都都是是从从各各种种实实际际负负载载中中概概括括出出来来的的典典型型的的负负载载型型式式，实实际际的的负负载载可可能能是以某种典型为主或某几种典型的结合。是以某种典型为主或某几种典型的结合。例例如如通通风风机机，主主要要是是泵泵类类负负载载特特性性，但但是是轴轴承承摩摩擦擦又又是是反抗性的恒转矩负载特性，只是运行时后者数值较小而已。反抗性的恒转矩负载特性，只是运行时后者数值较小而已。又又如如起起重重机机在在提提升升和和

33、下下放放重重物物时时，一一般般主主要要是是位位能能性性恒恒转矩负载。转矩负载。我我们们分分析析电电力力拖拖动动系系统统时时；负负载载转转矩矩特特性性作作为为已已知知量量对对待。待。8/30/202445电机与拖动基础1.3.2电力拖动系统稳定运行的条件电力拖动系统稳定运行的条件 电电力力拖拖动动系系统统是是由由电电动动机机与与负负载载两两部部分分组组成成的的，把把电电动动机机的的机机械械特特性性与与负负载载的的转转矩矩特特性性结结合合起起来来，就就可可以以研研究究电电力力拖动系统的稳定运行问题。拖动系统的稳定运行问题。 电力拖动系统的平衡状态电力拖动系统的平衡状态左图：左图：1.电动机的机械特

34、性电动机的机械特性2.负载的转矩特性负载的转矩特性电电力力拖拖动动系系统统的的平平衡衡工工作作点点(稳稳定定运运行的必要条件行的必要条件)图中两条曲线的交点图中两条曲线的交点A A满足此条件，满足此条件，称为平衡工作点。称为平衡工作点。 8/30/202446电机与拖动基础实实际际运运行行的的电电力力拖拖动动系系统统，经经常常会会出出现现一一些些干干扰扰：电电源源电电压压波波动动;负负载载转转矩矩波波动动;当当负负载载电电流流较较大大时时，电电枢枢反反应应使使得得他他励励直流电动机的机械特性上翘。直流电动机的机械特性上翘。关键是：关键是：l l突然出现了干扰，系统是否能够稳定运行？突然出现了干

35、扰，系统是否能够稳定运行？l l干干扰扰消消失失后后，系系统统是是否否能能够够回回到到原原来来工工作作点点继继续续稳稳定定运运行行？这就是我们要讨论的电力拖动系统稳定运行的充分条件。这就是我们要讨论的电力拖动系统稳定运行的充分条件。8/30/202447电机与拖动基础举例：他励直流电动机拖动一泵类负载运行举例：他励直流电动机拖动一泵类负载运行不变；不变；此此刻刻，系系统统将将改改变变原原来来的的平平衡衡状状态，引起过渡过程：态，引起过渡过程：电磁过渡过程电磁过渡过程机械过渡过程机械过渡过程相比较而言：相比较而言：机械惯性远远大于电磁惯性，电磁过渡过程很快就结束；机械惯性远远大于电磁惯性，电磁过

36、渡过程很快就结束；而转速变化较慢，必须考虑机械过渡过程。而转速变化较慢，必须考虑机械过渡过程。电力拖动系统的稳定运行电力拖动系统的稳定运行8/30/202448电机与拖动基础电力拖动系统的稳定运行电力拖动系统的稳定运行分析步骤：分析步骤：(1)忽忽略略电电磁磁过过渡渡过过程程，曲曲线线1直直接接替替代代曲曲线线1；但但此此刻刻，转转速速 不不能能突突变变,负负载载转转矩矩 不不能能突突变变；电电动动机机运运行行点点从从A变变到到B，电磁转矩变小为电磁转矩变小为；,系系统统开开始始减减速速的的机机械过渡过程。械过渡过程。(2)在减速的机械过渡过程中：在减速的机械过渡过程中：对电动机来讲，对电动机

37、来讲，,电动机运行点沿曲线电动机运行点沿曲线1下降；下降；对泵类负载来讲，对泵类负载来讲，8/30/202449电机与拖动基础电力拖动系统的稳定运行电力拖动系统的稳定运行直到曲线直到曲线1与曲线与曲线2交于交于A点为止，点为止，,电动机的运行点经历电动机的运行点经历了了的过程，系统减速过的过程，系统减速过渡过程结束，到达新的平衡点。渡过程结束，到达新的平衡点。 可可见见，虽虽然然出出现现了了电电压压干干扰扰，但但系系统统是是能能够够稳稳定定运运行行；那那么么，电电压压干干扰扰消消失失后后，系系统统是是否否能能够够回回到到原来工作点继续稳定运行？原来工作点继续稳定运行？(3)电压干扰消失后，电压

38、干扰消失后，忽略电磁过渡过程，曲线忽略电磁过渡过程，曲线1直接恢复为直接恢复为曲线曲线1；但此刻，转速；但此刻，转速不能突变，不能突变，负载转矩负载转矩不能突变；不能突变；电动机运行点从电动机运行点从A变到变到C，电磁转矩加大为，电磁转矩加大为；8/30/202450电机与拖动基础电力拖动系统的稳定运行电力拖动系统的稳定运行,系统开始升速的机械过渡过程系统开始升速的机械过渡过程(4)在升速的机械过渡过程中：在升速的机械过渡过程中：电动机电动机,电动机运行点沿电动机运行点沿曲线曲线1上升；同时，泵类负载上升；同时，泵类负载；直到曲线直到曲线1与与曲线曲线2交于交于A点为止点为止,电动机的运行点经

39、历了电动机的运行点经历了的过程，系统回到原工作点上稳定运行。的过程，系统回到原工作点上稳定运行。8/30/202451电机与拖动基础那那么么，是是否否所所有有的的电电动动机机机机械械特特性性与与负负载载转转矩矩特特性性上上的的交交点点都能稳定运行？都能稳定运行？举举例例：当当负负载载电电流流较较大大时时，电电枢枢反反应应可可以以使使得得他他励励直直流流电电动动机的机械特性上翘。机的机械特性上翘。左图：左图：1与与1 为为他他励励直直流流电电动动机机的的机机械械特性特性2为恒转矩负载的转矩特性为恒转矩负载的转矩特性电力拖动系统的不稳定运行电力拖动系统的不稳定运行8/30/202452电机与拖动基

40、础分析步骤：分析步骤：(1)忽忽略略电电磁磁过过渡渡过过程程，曲曲线线1直直接接替替代代曲曲线线1；但但此此刻刻，转转速速不不能能突突变变，负负载载转转矩矩不不能能突突变变；电电动动机机运运行行点点从从A变变到到B,，电电磁磁转转矩矩增增大大为为；系系统开始升速的机械过渡过程。统开始升速的机械过渡过程。电力拖动系统的不稳定运行电力拖动系统的不稳定运行(2)在升速的机械过渡过程中：在升速的机械过渡过程中：负载转矩始终为负载转矩始终为，电动机运，电动机运行点沿曲线行点沿曲线1，转速上升得越来越快。直到系统转速过高，毁坏电动机为止。转速上升得越来越快。直到系统转速过高，毁坏电动机为止。该系统不能在原

41、来交点该系统不能在原来交点A的附近继续稳定运行，属不稳定运行的附近继续稳定运行，属不稳定运行8/30/202453电机与拖动基础稳定运行的充分必要条件是稳定运行的充分必要条件是:(1),(2)在在处处在在交交点点所所对对应应的的转转速速之之上上区区域域，应应保保证证，使使得得当系统高于交点处的速度时，系统作减速运行；当系统高于交点处的速度时，系统作减速运行；在在交交点点所所对对应应的的转转速速之之下下区区域域，应应保保证证，使使得得当当系统低于交点处的速度时，系统作升速运行。系统低于交点处的速度时，系统作升速运行。1.电电力力拖拖动动系系统统必必须须在在电电动动机机的的机机械械特特性性与与负负

42、载载转转矩矩特特性性的交点上；的交点上；2.两两条条曲曲线线在在交交点点处处必必须须配配合合得得好好，才才能能保保证证系系统统稳稳定定运运行：行：8/30/202454电机与拖动基础判别下列系统能否稳定运行判别下列系统能否稳定运行8/30/202455电机与拖动基础第一章第一章 磁路（绪论）磁路（绪论）本章学习：本章学习：磁路的基本概念和基本定律磁路的基本概念和基本定律铁磁材料的磁性能铁磁材料的磁性能8/30/202456电机与拖动基础磁磁 路路本章要求：本章要求：掌握磁路的基本概念及其掌握磁路的基本概念及其电机磁路的特点机磁路的特点掌握描述磁路的基本物理量掌握描述磁路的基本物理量掌握研究磁路

43、的几个基本定律掌握研究磁路的几个基本定律熟熟练掌握掌握电磁感磁感应定律和定律和电磁力定律磁力定律掌握掌握铁磁材料的性磁材料的性质及其磁化曲及其磁化曲线8/30/202457电机与拖动基础第一节第一节 磁路的基本概念和基本定律磁路的基本概念和基本定律 一、磁路的基本概念一、磁路的基本概念一、磁路的基本概念一、磁路的基本概念 磁路：磁通磁路：磁通磁路：磁通磁路：磁通 经过经过的路径。的路径。的路径。的路径。 基本物理量：基本物理量：基本物理量：基本物理量： 1 1、磁感、磁感、磁感、磁感应强应强度度度度B B（磁密）（磁密）（磁密）（磁密）单单位：位：位：位：Wb/mWb/m2 2; ;或或或或T

44、 T 2 2、磁通、磁通、磁通、磁通 单单位：位：位：位：WBWBWBWB 3 3、磁、磁、磁、磁场强场强度度度度H H单单位：位：位：位：A/mA/m 4 4、磁、磁、磁、磁动势动势F=NI F=NI 单单位：位：位：位：A A 5 5、磁、磁、磁、磁压压降降降降V=HV=Hl l 单单位：位：位：位：A A 线线圈中有圈中有圈中有圈中有电电流流流流I I，线线圈周圈周圈周圈周围围就会就会就会就会产产生磁生磁生磁生磁场场，磁，磁，磁，磁场强场强弱取决弱取决弱取决弱取决于于于于线线圈匝数圈匝数圈匝数圈匝数N N和和和和电电流流流流I I的乘的乘的乘的乘积积ININ，该该乘乘乘乘积积就叫磁就叫磁

45、就叫磁就叫磁动势动势F F。8/30/202458电机与拖动基础变压器磁路变压器磁路8/30/202459电机与拖动基础5、磁、磁导率率 表示物表示物质导磁能力磁能力强弱的物理量弱的物理量 =B/H单位：亨位：亨/米米空气磁空气磁导率率 0=4 10-7H/m铁磁材料磁磁材料磁导率率 08/30/202460电机与拖动基础6、磁阻、磁阻Rm磁阻磁阻Rm=L/ ( S)L:磁路磁路长度；度； ：磁：磁导率；率；S：磁路截面：磁路截面积单位：位：1/亨亨8/30/202461电机与拖动基础二二 . 磁路的基本定律磁路的基本定律1、安培、安培环路定律（全路定律（全电流定律）流定律）磁磁场强度度H沿任

46、意沿任意闭合回路合回路l的的线积分，等于分，等于该闭合回路所包合回路所包围的全的全电流，即流，即8/30/202462电机与拖动基础2、磁路欧姆定律、磁路欧姆定律磁路中的磁通与磁磁路中的磁通与磁势成正比，与磁阻成成正比，与磁阻成反比，即磁通反比，即磁通 =F/Rm8/30/202463电机与拖动基础3、磁路的基、磁路的基尔霍夫第一定律霍夫第一定律 任何磁路中，流任何磁路中，流进节点的磁通代数和点的磁通代数和为零零4、磁路的基、磁路的基尔霍夫第二定律霍夫第二定律 在在闭合磁回路中，磁路各段磁合磁回路中，磁路各段磁压降代数和等降代数和等于作用于于作用于该磁路上的磁磁路上的磁动势之和之和。8/30/

47、202464电机与拖动基础三三 . 基本基本电磁定律磁定律1、电磁感应定律、电磁感应定律1）运）运动电势：导体在磁体在磁场中运中运动时，导体中会感体中会感应出出电势e 。大小：。大小：电势e=Blv。B: 磁密；磁密； l：导体体长度；度； v：导体与磁体与磁场的相的相对速度。正方向：用右速度。正方向：用右手定手定则判断判断电势e正方向表示正方向表示电位升高的方向，与位升高的方向，与U相反。如果同一元件上相反。如果同一元件上e和和U正方向相正方向相同同时，e= -U。8/30/202465电机与拖动基础2）变压器器电势：线圈中的磁通圈中的磁通变化化时，线圈中会感圈中会感应电势e：电势e正方向：

48、正方向：e 的正方的正方向与向与 正方向符合右手螺旋关系正方向符合右手螺旋关系8/30/202466电机与拖动基础2、电磁力定律磁力定律一个通一个通一个通一个通电电流的流的流的流的导导体，在磁体，在磁体，在磁体，在磁场场中要受到力的作中要受到力的作中要受到力的作中要受到力的作用，用，用，用，这这个力叫个力叫个力叫个力叫电电磁力。磁力。磁力。磁力。电电磁力磁力磁力磁力f=Blif=Bli电电磁力方向：左手定磁力方向：左手定磁力方向：左手定磁力方向：左手定则则判断判断判断判断8/30/202467电机与拖动基础第二节第二节 铁铁 磁磁 材材 料料 的的 磁磁 性性 能能一、高一、高导磁性磁性数据终

49、端设备数据终端设备1 1、含含含含义义：在在在在一一一一个个个个空空空空间间（外外外外）磁磁磁磁场场中中中中，放放放放入入入入铁铁磁材料，磁材料，磁材料，磁材料，该该磁磁磁磁场场会被大大加会被大大加会被大大加会被大大加强强。2 2、高、高、高、高导导磁性原因磁性原因磁性原因磁性原因 8/30/202468电机与拖动基础二、二、铁磁材料的磁化磁材料的磁化过程和磁化曲程和磁化曲线 铁铁磁材料的磁化磁材料的磁化磁材料的磁化磁材料的磁化过过程可分程可分程可分程可分为为四四四四阶阶段段段段： 可逆磁化可逆磁化可逆磁化可逆磁化阶阶段、不可逆磁化段、不可逆磁化段、不可逆磁化段、不可逆磁化阶阶段、可逆与不可逆

50、磁化段、可逆与不可逆磁化段、可逆与不可逆磁化段、可逆与不可逆磁化阶阶段、段、段、段、趋趋近近近近饱饱和和和和阶阶段段段段 磁磁磁磁场强场强度度度度H H与与与与铁铁磁材料中磁材料中磁材料中磁材料中B B的关系曲的关系曲的关系曲的关系曲线线 B=f(H) B=f(H)8/30/202469电机与拖动基础8/30/202470电机与拖动基础三、三、铁磁材料的磁滞和剩磁磁材料的磁滞和剩磁现象象铁磁材料中磁磁材料中磁场B的的变化落后于外磁化落后于外磁场H的的变化称化称为磁滞磁滞现象，从而在象，从而在铁磁材料中磁材料中产生了剩磁。生了剩磁。饱和磁滞回线与换向磁化曲线上的各有关饱和磁滞回线与换向磁化曲线上

51、的各有关磁学量磁学量 8/30/202471电机与拖动基础8/30/202472电机与拖动基础8/30/202473电机与拖动基础四、四、铁磁材料的磁磁材料的磁损耗耗当当当当铁铁磁材料磁材料磁材料磁材料处处于于于于变变化磁化磁化磁化磁场场中，会中，会中，会中，会产产生生生生涡涡流流流流损损耗和磁滞耗和磁滞耗和磁滞耗和磁滞损损耗。耗。耗。耗。1 1、涡涡流流流流损损耗耗耗耗p pFeFe=C =C FeFeD D2 2f f2 2B B2 2 C C FeFe ：系数：系数：系数：系数 D D：厚度：厚度：厚度：厚度 f: f: 频频率率率率 B B：磁密：磁密：磁密：磁密2 2、磁滞、磁滞、磁

52、滞、磁滞损损耗小磁耗小磁耗小磁耗小磁铁铁来回翻来回翻来回翻来回翻转转，摩擦耗能。，摩擦耗能。，摩擦耗能。，摩擦耗能。 p ph h=k =k h hfBfB2 28/30/202474电机与拖动基础海南风光第第15讲讲直流电动机 8/30/202475电机与拖动基础第第9章章直流电动机直流电动机9.1概述概述9.2工作原理工作原理9.3电枢电动势及电压平衡关系电枢电动势及电压平衡关系9.4电磁转矩电磁转矩9.5机械特性机械特性9.6直流电动机的调速直流电动机的调速9.7直流电动机的使用和额定值直流电动机的使用和额定值8/30/202476电机与拖动基础9.1概述概述与异步电动机相比，直流电动机

53、的结构复杂，使与异步电动机相比，直流电动机的结构复杂，使用和维护不如异步机方便，而且要使用直流电源。用和维护不如异步机方便，而且要使用直流电源。直流电机的优点：直流电机的优点：（1）调速性能好）调速性能好:调速范围广，易于平滑调节。调速范围广，易于平滑调节。（2）起动、制动转矩大，易于快速起动、停车。）起动、制动转矩大，易于快速起动、停车。（3）易于控制。）易于控制。应用：应用：（1）轧钢机、电气机车、无轨电车、中大型龙门刨床等调）轧钢机、电气机车、无轨电车、中大型龙门刨床等调速范围大的大型设备。速范围大的大型设备。（2）用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等。）用蓄电池做电源的地方，如汽车、

54、拖拉机等。（3）家庭：电动缝纫机、电动自行车、电动玩具）家庭：电动缝纫机、电动自行车、电动玩具8/30/202477电机与拖动基础9.2工作原理工作原理一、一、工作原理工作原理U+NS电刷电刷换向片换向片直流电源直流电源电刷电刷换向器换向器线圈线圈II8/30/202478电机与拖动基础注意：注意：换向片和电源固定联接，线圈无论怎样转换向片和电源固定联接，线圈无论怎样转动，总是上半边的电流向里，下半边的电流向外。动，总是上半边的电流向里，下半边的电流向外。电刷压在换向片上。电刷压在换向片上。由左手定则，通电线圈在磁场的作用下，由左手定则，通电线圈在磁场的作用下，使线圈逆时针旋转。使线圈逆时针旋

55、转。FFU+NS电刷电刷换向片换向片II8/30/202479电机与拖动基础FFU+NS电刷电刷换向片换向片IIEE由右手定则，线圈在磁场中旋转，将在线圈中由右手定则，线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动势，感应电动势的方向与电流的产生感应电动势，感应电动势的方向与电流的方向相反。方向相反。8/30/202480电机与拖动基础直流发电机用右手定则判用右手定则判感应电动势感应电动势Ea的方向的方向U+NSEEIa电枢绕组电枢绕组电阻电阻Ra感应电动势感应电动势输出电压输出电压8/30/202481电机与拖动基础二、二、直流电机的构成直流电机的构成直流电机由定子、转子和机座等部分构成。直流电机

56、由定子、转子和机座等部分构成。机座机座磁极磁极励磁励磁绕组绕组转子转子励磁式直流电动机结构励磁式直流电动机结构8/30/202482电机与拖动基础1.转子转子（又称电枢）（又称电枢）由铁芯、绕组（线圈）、换向器组成。由铁芯、绕组（线圈）、换向器组成。2.定子定子定子的分类：定子的分类：永磁式：由永久磁铁做成。永磁式：由永久磁铁做成。励磁式：磁极上绕线圈，然后在线圈中励磁式：磁极上绕线圈，然后在线圈中通过直流电，形成电磁铁。通过直流电，形成电磁铁。励磁的定义：励磁的定义：磁极上的线圈通以直流电磁极上的线圈通以直流电产生磁通，称为励磁。产生磁通，称为励磁。8/30/202483电机与拖动基础根据励

57、磁线圈和转子绕组的联接关系，励磁式的根据励磁线圈和转子绕组的联接关系，励磁式的直流电机又可细分为：直流电机又可细分为：他励电动机：他励电动机：励磁线圈与转子电枢的电源分开。励磁线圈与转子电枢的电源分开。并励电动机：并励电动机：励磁线圈与转子电枢并联到同一电源上。励磁线圈与转子电枢并联到同一电源上。串励电动机：串励电动机：励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。复励电动机：复励电动机：励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在同一电源上。同一电源上。M他励他励UfIfIaUM并励并励UIfM串励串励UM复励复励U8/30/20

58、2484电机与拖动基础9.3 9.3 电枢电动势及电压平衡关系电枢电动势及电压平衡关系电枢通入电流后，产生电磁转矩，使电机在磁电枢通入电流后，产生电磁转矩，使电机在磁场中转动起来。通电线圈在磁场中转动，又会在线场中转动起来。通电线圈在磁场中转动，又会在线圈中产生感应电动势（用圈中产生感应电动势（用E表示）。表示）。一、一、 电枢中的感应电动势电枢中的感应电动势FFU+NS电刷电刷换向片换向片IIEE8/30/202485电机与拖动基础根据右手定则知，根据右手定则知，E和原通入的电流方向相反，和原通入的电流方向相反，其大小为：其大小为：KE：与电机结构有关的常数：与电机结构有关的常数n：电动机转

59、速：电动机转速 ：磁通：磁通单位：单位： （韦伯），（韦伯），n（转（转/每分），每分），E（伏）（伏）FFU+NS电刷电刷换向片换向片IIEE8/30/202486电机与拖动基础二、二、电枢绕组中电压的平衡关系电枢绕组中电压的平衡关系因为因为E与通入的电流方向相反，所以叫反电势。与通入的电流方向相反，所以叫反电势。U：外加电压：外加电压Ra:绕组电阻绕组电阻MRaIaE+U以上两公式反映的概念：以上两公式反映的概念：(1)电枢反电动势的大小和磁通、转速成正比，若想电枢反电动势的大小和磁通、转速成正比，若想改变改变E，只能改变，只能改变 或或n。(2)若忽略绕组中的电阻若忽略绕组中的电阻Ra，

60、则，则，可见，当外加电压一定时，电机转速和磁通成反可见，当外加电压一定时，电机转速和磁通成反比，通过改变比，通过改变 可调速。可调速。8/30/202487电机与拖动基础9.4电磁转矩电磁转矩KT：与线圈的结构有关的常数：与线圈的结构有关的常数（与线圈大小，磁极的对数等有关）（与线圈大小，磁极的对数等有关） ：线圈所处位置的磁通：线圈所处位置的磁通Ia：电枢绕组中的电流：电枢绕组中的电流一、电磁转矩一、电磁转矩单位：单位： （韦伯），（韦伯），Ia（安培），（安培），T（牛顿（牛顿 米）米）由转矩公式可知：由转矩公式可知：(1)产生转矩的条件：必须有励磁磁通和电枢电流。产生转矩的条件：必须有励

61、磁磁通和电枢电流。(2)改变电机旋转的方向：改变电枢电流的方向或者改变电机旋转的方向：改变电枢电流的方向或者改变磁通的方向。改变磁通的方向。8/30/202488电机与拖动基础二、二、转矩平衡关系转矩平衡关系电磁转矩电磁转矩T为驱动转矩，在电机运行时，必须和外为驱动转矩，在电机运行时，必须和外加负载和空载损耗的阻转矩相平衡，即加负载和空载损耗的阻转矩相平衡，即TL：负载转矩负载转矩T0 ：空载转矩：空载转矩转矩平衡过程：转矩平衡过程：当负载转矩（当负载转矩（TL）发生变化时，）发生变化时，通过电机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁通过电机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁转矩自动调整，以实现新

62、的平衡。转矩自动调整，以实现新的平衡。8/30/202489电机与拖动基础例：例：设外加电枢电压设外加电枢电压U 一定，一定，T=TL+ T0(平衡平衡)，这时，这时，若若TL突然增加，则调整过程为：突然增加，则调整过程为：与原平衡点相比，新的平衡点：与原平衡点相比，新的平衡点：Ia 、P入入 TL n E Ia T 最后达到新的平衡点。最后达到新的平衡点。8/30/202490电机与拖动基础机械特性指的是电机的电磁转矩和转速间的关系，机械特性指的是电机的电磁转矩和转速间的关系，下边以他励和串励电机为例说明。下边以他励和串励电机为例说明。他励电动机和并励电动机的特性一样。他励电动机和并励电动机

63、的特性一样。9.5机械特性机械特性一、一、他励电动机的机械特性他励电动机的机械特性即：即：其中其中，M他励他励UfIfIaU8/30/202491电机与拖动基础n0： 理想空载转速理想空载转速, ,即即T=0时的转速。（实际工作时的转速。（实际工作时时, ,由于有空载损耗，电机的由于有空载损耗，电机的T不会为不会为0 0。）。）当当 T 时时n ，但由于他励电动机的电枢电阻，但由于他励电动机的电枢电阻Ra很小，很小，所以在负载变化时，所以在负载变化时， 转速转速 n 的变化不大的变化不大，属硬机械，属硬机械特性。特性。根据根据 n-T 公式公式画出特性曲线画出特性曲线n0nNTNTn n其中其

64、中，8/30/202492电机与拖动基础串励的特点：励磁线圈的电流和电枢线圈的电流相同。串励的特点：励磁线圈的电流和电枢线圈的电流相同。二、二、串励电动机的机械特性串励电动机的机械特性设磁通和电流成正比，即设磁通和电流成正比，即 =K Ia ,则则据此公式做出据此公式做出 T-n 曲线曲线nTM串励串励UIa8/30/202493电机与拖动基础(1) (1) T=0时，在理想情况下，时，在理想情况下，n。但。但实际上负实际上负 载转矩不会为载转矩不会为 0 0，不会工作在，不会工作在 T=0的状态，的状态， 但空载时但空载时 T 很小，很小，n 很高。串励不允许空载很高。串励不允许空载 运行，

65、以防转速过高。运行，以防转速过高。串励特性：串励特性：(2) (2) 随转矩的增大，随转矩的增大，n 下降得很快，这种特性属下降得很快，这种特性属 软机械特性。软机械特性。nT8/30/202494电机与拖动基础(2) (2) 恒功率负载（恒功率负载（P 一定时，一定时，T 和和 n 成反比），成反比）， 要选软特性电机拖动。如：电气机车等。要选软特性电机拖动。如：电气机车等。直流电动机特性类型的选择直流电动机特性类型的选择: :(1) (1) 恒转矩的生产机械恒转矩的生产机械( (TL一定，和转速无关）要一定，和转速无关）要 选硬特性的电动机，如：选硬特性的电动机，如： 金属加工、起重机金属

66、加工、起重机 械等。械等。8/30/202495电机与拖动基础9.6直流电动机的调速直流电动机的调速 与异步电动机相比，直流电动机结构复杂，价与异步电动机相比，直流电动机结构复杂，价格高，维护不方便，但它的最大优点是调速性能好。格高，维护不方便，但它的最大优点是调速性能好。下面以他励电动机为例说明直流电动机的调速方法。下面以他励电动机为例说明直流电动机的调速方法。（1 1）调速均匀平滑，可以无级调速。）调速均匀平滑，可以无级调速。（2 2）调速范围大，调速比可达）调速范围大，调速比可达200 200 （他励式）以上（他励式）以上 （调速比等于最大转速和最小转速之比）。（调速比等于最大转速和最小

67、转速之比）。直流电动机调速的主要优点是：直流电动机调速的主要优点是：8/30/202496电机与拖动基础由该式可知，由该式可知，n 和和 有关，在有关，在 U 一定的情一定的情况下，改变况下，改变 可改变可改变 n 。在励磁回路中串。在励磁回路中串上电阻上电阻Rf，改变，改变Rf大小调节励磁电流，从而大小调节励磁电流，从而改变改变 的大小。的大小。一、改变磁通（调磁）一、改变磁通（调磁）1.原理原理其中其中，M他励他励UfIfIaU其中：其中： =K If8/30/202497电机与拖动基础 Rf If n ，但在额定情况下，但在额定情况下， 已接已接 近饱和，近饱和，If 再加大，对再加大，

68、对 影响不大，所以这种增加影响不大，所以这种增加 磁通的办法一般不用。磁通的办法一般不用。 Rf If n ，减弱磁通是常用的调速方减弱磁通是常用的调速方 法。法。If的调节有两种情况：的调节有两种情况：概念：概念：改变磁通调速的方法改变磁通调速的方法 减小磁通，减小磁通，n只能上调。只能上调。其中其中，8/30/202498电机与拖动基础2.2.特性的变化特性的变化所以：磁通减小以后特性上移，而且斜率增加。所以：磁通减小以后特性上移，而且斜率增加。，因为：因为：（ 减减小小）TLRf增增加加Tn 其中其中，8/30/202499电机与拖动基础调速过程调速过程: : U一定一定, ,则则Rf

69、E E Ia T n Ia E 暂时暂时T TL其中其中，最后达到新的平衡最后达到新的平衡T =TL8/30/2024100电机与拖动基础（1 1）调速平滑，可做到无级调速，但只能向上调，）调速平滑，可做到无级调速，但只能向上调， 受机械本身强度所限，受机械本身强度所限，n不能太高。不能太高。（2 2）调的是励磁电流（该电流比电枢电流小得多），）调的是励磁电流（该电流比电枢电流小得多）， 调节控制方便。调节控制方便。3.减小减小 调速的特点：调速的特点：8/30/2024101电机与拖动基础二、改变电枢电压调速二、改变电枢电压调速由转速特性方程知：由转速特性方程知：调电枢电压调电枢电压U，n0

70、变化，斜率不变，变化，斜率不变，所以调速特性是一所以调速特性是一组平行曲线。组平行曲线。1.特性曲线特性曲线nn0n0n0电电压压降降低低T其中其中，8/30/2024102电机与拖动基础2.2.改变电枢电压调速的特点改变电枢电压调速的特点（1 1）工作时电枢电压一定，电压调节时，不允许超）工作时电枢电压一定，电压调节时，不允许超 过过UN，而，而 n U，所以调速只能向下调所以调速只能向下调。（2 2）可得到平滑、无级调速。）可得到平滑、无级调速。（3 3）调速幅度较大。）调速幅度较大。MUfIfIaU变变压压整整流流220V整整流流调调压压220VUf=110V固定固定U=0110V可调可

71、调改变电枢电压调速方案举例：改变电枢电压调速方案举例：8/30/2024103电机与拖动基础例：例：已知他励电动机的已知他励电动机的PN=2.2KW,UN=220V,IaN=12.4A Ra=0.5 ,nN=1500r/min。求：求：（1）TL=0.5TN 时时,n=?（2） =0.8 N 时时,n=?解：（解：（1）TL=0.5TN 时时8/30/2024104电机与拖动基础（2） =0.8 N 时时8/30/2024105电机与拖动基础这种调速方法耗能较大，只用于小型直流机。这种调速方法耗能较大，只用于小型直流机。串励电机也可用类似的方法调速。串励电机也可用类似的方法调速。三、改变转子电

72、阻调速三、改变转子电阻调速在电枢中串入电阻，在电枢中串入电阻，使使 n 、n0不变，即不变，即电机的特性曲线变陡电机的特性曲线变陡（斜率变大），在相（斜率变大），在相同力矩下，同力矩下，n nn0RaRa + RT其中其中，8/30/2024106电机与拖动基础9.7直流电动机的使用和额定值直流电动机的使用和额定值限制限制Iast的措施：的措施：（1）启动时在电枢回路串电阻。）启动时在电枢回路串电阻。（2）启动时降低电枢电压。）启动时降低电枢电压。一、使用一、使用1.启动启动启动时启动时,n=0Ea=0，若加入额定电压，则，若加入额定电压，则Iast太大会使换向器产生严重的火花，烧坏换太大会使

73、换向器产生严重的火花，烧坏换向器。一般向器。一般Iast限制在限制在(2-2.5)IaN 内。内。8/30/2024107电机与拖动基础(1)若电动机原本静止，由于励磁转矩若电动机原本静止，由于励磁转矩T = KT Ia，而而 0，电机将不能启动，因此，反电动势电机将不能启动，因此，反电动势为零，电枢电流会很大，电枢绕组有被烧毁为零，电枢电流会很大，电枢绕组有被烧毁的危险。的危险。直流机在启动和工作时，励磁电路一定要接通，直流机在启动和工作时，励磁电路一定要接通，不能让它断开，而且启动时要满励磁。否则，磁不能让它断开，而且启动时要满励磁。否则，磁路中只有很少的剩磁，可能产生以下事故：路中只有很

74、少的剩磁，可能产生以下事故：注意：注意：8/30/2024108电机与拖动基础（2）如果电动机在有载运行时磁路突然断开，）如果电动机在有载运行时磁路突然断开，则则E ，Ia ，T 和和 ，可能不满可能不满足足TL的要求，电动机必将减速或停转，使的要求，电动机必将减速或停转，使Ia更大，也很危险。更大，也很危险。（3）如果电机空载运行，可能造成飞车。）如果电机空载运行，可能造成飞车。 E Ia T T0 n 飞车飞车8/30/2024109电机与拖动基础措施：措施：他励直流电动机一定要有他励直流电动机一定要有失磁保护失磁保护。一般在励磁绕组加失压继电器或欠一般在励磁绕组加失压继电器或欠流继电器。

75、当失压或欠流时，自动流继电器。当失压或欠流时，自动切断电枢电源切断电枢电源U U。M他励他励UfIfIaU8/30/2024110电机与拖动基础2.2.反转反转电动机的转动方向由电磁力矩的方向确定。电动机的转动方向由电磁力矩的方向确定。（1 1）改变励磁电流的方向。）改变励磁电流的方向。（2 2）或改变电枢电流的方向。）或改变电枢电流的方向。改变直流电机转向的方法：改变直流电机转向的方法：8/30/2024111电机与拖动基础（1 1）反接制动）反接制动3.3.制动制动制动的所采用的方法：制动的所采用的方法： 反接制动、能耗制动、发电回馈制动反接制动、能耗制动、发电回馈制动MUUfIf+R运行

76、运行制动制动电阻电阻R 的作用的作用是限制电源反是限制电源反接制动时电枢接制动时电枢的电流过大。的电流过大。8/30/2024112电机与拖动基础（2 2）能耗制动）能耗制动 电枢断电后立即接入一个电阻。电枢断电后立即接入一个电阻。MUUfIf+R运行运行制动制动K停车时，电枢从停车时，电枢从电源断开电源断开,接到电接到电阻上，这时：由阻上，这时：由于惯性电枢仍保于惯性电枢仍保持原方向运动，持原方向运动，感应电动势方向感应电动势方向也不变，电动机也不变，电动机变成发电机，电枢电流的方向与感应电动势相变成发电机，电枢电流的方向与感应电动势相同，从而电磁转矩与转向相反，起制动作用。同，从而电磁转矩

77、与转向相反，起制动作用。8/30/2024113电机与拖动基础特殊情况下，例如汽车下坡时、吊车重物下降时，特殊情况下，例如汽车下坡时、吊车重物下降时， 在重力的作用下在重力的作用下 n n0（ n0理想空载转速），这理想空载转速），这时电动机变成发电机，电磁转矩成为阻转矩，从时电动机变成发电机，电磁转矩成为阻转矩，从而限制电机转速过分升高。而限制电机转速过分升高。(3) (3) 发电回馈制动发电回馈制动8/30/2024114电机与拖动基础直流电机有四个出线端，电枢绕组、励磁绕组直流电机有四个出线端，电枢绕组、励磁绕组各两个，可通过标出的字符和绕组电阻的大小各两个，可通过标出的字符和绕组电阻的

78、大小区别。区别。4.4.连接连接（1）绕组的阻值范围）绕组的阻值范围电枢绕组电枢绕组的阻值在的阻值在零点几欧姆到零点几欧姆到12欧姆欧姆。他励他励/并励电机的励磁绕组并励电机的励磁绕组的阻值有的阻值有几百欧姆几百欧姆。串励电机的励磁绕组串励电机的励磁绕组的阻值的阻值与电枢绕组的相当与电枢绕组的相当。自学自学8/30/2024115电机与拖动基础（2）绕组的符号）绕组的符号S1T1B1C1H1BC1Q1S2T2B2C2H2BC2Q2电枢绕组电枢绕组他励绕组他励绕组并励绕组并励绕组串励绕组串励绕组换向极绕组换向极绕组补偿绕组补偿绕组启动绕组启动绕组始端始端绕组名称绕组名称末端末端8/30/2024

79、116电机与拖动基础二、额定值二、额定值1.额定功率额定功率PN:电机轴上输出的机械功率。电机轴上输出的机械功率。2.额定电压额定电压UN：额定工作情况下的电枢上加的额定工作情况下的电枢上加的直流电压。（例：直流电压。（例：110V，220V，440V）3.额定电流额定电流IN ：额定电压下，轴上输出额定功率额定电压下，轴上输出额定功率时的电流（并励应包括励磁电流和电枢电流）时的电流（并励应包括励磁电流和电枢电流）三者关系：三者关系：PN=UNIN （ ：效率）：效率）8/30/2024117电机与拖动基础注意：注意：调速时对于没有调速要求的电机，最大转速调速时对于没有调速要求的电机，最大转速

80、 不能超过不能超过 1.2nN 。4.4.额定转速额定转速nN ：在在PN，UN，IN 时的转速。直流电时的转速。直流电 机的转速等级一般在机的转速等级一般在 500 500r/min以上。特殊的直以上。特殊的直流电机转速可以做到很低（如：每分钟几转）或流电机转速可以做到很低（如：每分钟几转）或很高（每分钟很高（每分钟30003000转以上）。转以上）。8/30/2024118电机与拖动基础直流电机的电枢电动势和电磁转矩Armature electromotive force and electromagnetic torque 8/30/2024119电机与拖动基础电枢电动势armature

81、 electromotive force产生产生:电枢旋转时,主磁场在电枢绕组中 感应的电动势简称为电枢电动势.大小:性质性质: :发电机:电源电势(与电枢电流同方向); 电动机:反电势(与电枢电流反方向).8/30/2024120电机与拖动基础产生产生:电枢绕组中有电枢电流流过时,在磁场内受电磁力的作用,该力与电枢铁心半径之积称为电磁转矩.大小:性质性质: :发电机:制动(与转速方向相反); 电动机:驱动(与转速方向相同).电磁转矩electromagnetic torque8/30/2024121电机与拖动基础他励直流电动机的机械特性定义：在电动机的电枢电压、励磁电流、电枢 回路电阻为恒值

82、条件下，电机的转速与 电磁转矩之间的关系：由电机的电路原理图可得机械特性的表达式由电机的电路原理图可得机械特性的表达式：一、机械特性的表达式8/30/2024122电机与拖动基础他励直流电动机的机械特性机械特性的曲线：TemTNT0通常称 大的机械特性为软特性， 小 的机械特性为硬特性。8/30/2024123电机与拖动基础他励直流电动机的机械特性二、固有机械特性和人为机械特性1、固有机械特性当时的机械特性称为固有机械特性：2、人为机械特性当改变或或得到的机械特性称为人为机械特性8/30/2024124电机与拖动基础他励直流电动机的机械特性1）电枢串电阻时的人为特性保持不变，只在电枢回路中串入

83、电阻的人为特性：特点：（特点：（1 1）n n0 0不变，不变，变大；变大； （2 2）R RS S越大，特性越软。越大，特性越软。Tem8/30/2024125电机与拖动基础他励直流电动机的机械特性2）降低电枢电压时的人为特性保持不变，只改变电枢电压的人为特性：特点：（特点：（1 1）n n0 0 随随 U U 变化；变化； （2 2）U U 不同，曲线是一组不同，曲线是一组 平行线。平行线。Tem8/30/2024126电机与拖动基础他励直流电动机的机械特性3）减弱励磁磁通时的人为特性保持不变，只改变励磁回路调节电阻的人为特性：特点：（特点：（1 1）弱磁，）弱磁，n n0 0 增大；增大

84、； （2 2）弱磁，）弱磁，增大增大TK1TK2TemTK8/30/2024127电机与拖动基础他励直流电动机的机械特性三、机械特性的求取求两点：求两点：1 1）理想空载点：）理想空载点： 2 2）额定运行点：）额定运行点：1 1、固有机械特性、固有机械特性（已知：）8/30/2024128电机与拖动基础他励直流电动机的机械特性步骤：1）估算2）计算3）计算理想空载点：4）计算额定工作点：8/30/2024129电机与拖动基础他励直流电动机的机械特性2、人为机械特性的求取在固有机械特性方程 的基础上，根据人为特性所对应的参数 或 或 变化，重新计算 和 ，然后得（ ）、（ ）。8/30/202

85、4130电机与拖动基础TemIT1I1T2I2TLILnn0abcdn1n2n3efghnN他励直流电动机三级电阻起动的机械特性8/30/2024131电机与拖动基础分级起动电阻的计算设对应转速n1、n2、n3时电势分别为Ea1、Ea2、Ea3，则有：b点c点d点e点f点g点8/30/2024132电机与拖动基础比较以上各式得比较以上各式得：在已知起动电流比和电枢电阻Ra前提下，各级起动总电阻为:8/30/2024133电机与拖动基础各级串联电阻的计算公式为各级串联电阻的计算公式为：8/30/2024134电机与拖动基础计算各级起动电阻的步骤：（1）估算或查出电枢电阻Ra;（2）根据过载倍数选

86、取最大转矩T1对应的最大电流I1；（3）选取起动级数m；（4）计算起动电流比：m取整数（5）计算转矩:，校验：如果不满足，应另选T1或m值并重新计算，直到满足该条件为止。（6）计算各级起动电阻。8/30/2024135电机与拖动基础他励直流电动机的调速Speed-regulation of separately excited motor8/30/2024136电机与拖动基础他励直流电动机的调速电力拖动系统的调速电力拖动系统的调速: 1)机械调速机械调速; 2)电气电气调速调速他励电动机的转速公式：电气调速方法：电气调速方法：1 1）调压调速；）调压调速； 2 2）电枢回路串电阻调速；）电枢回

87、路串电阻调速； 3 3）调磁调速）调磁调速。8/30/2024137电机与拖动基础他励直流电动机的调速调速指标调速指标：1、调速范围、调速范围D：2、静差率（相对稳定性）、静差率（相对稳定性）%：指负载变化时，转速变化的程度，转速变化小，稳定性好。%越小，相对稳定性越好；%与机械特性硬度和n0有关。8/30/2024138电机与拖动基础他励直流电动机的调速D与%相互制约： 越小，越小，D D越小，相对稳定性越好；越小，相对稳定性越好；在保证一定的在保证一定的指标的前提下，要扩大指标的前提下，要扩大D D，须减少，须减少nn，即提高机械特性的硬度。，即提高机械特性的硬度。8/30/2024139

88、电机与拖动基础他励直流电动机的调速3、调速的平滑性、调速的平滑性： 在一定的调速范围内，调速的级数越多，调在一定的调速范围内，调速的级数越多，调速越平滑。相邻两级转速之比，为平滑系数速越平滑。相邻两级转速之比，为平滑系数 ： 越接近1，平滑性越好，当 时，称为无级调速，即转速可以连续调节。调速不连续时，级数有限，称为有级调速。4、调速的经济性、调速的经济性：主要指调速的投资、运行主要指调速的投资、运行效率及维修费用等。效率及维修费用等。8/30/2024140电机与拖动基础他励直流电动机的调速1、电枢回路串电阻调速、电枢回路串电阻调速nTemTLRan0nNA0ABn1Ra+Rs1n2Ra+R

89、S2CRS1RS2tt=0n1nNIaNianian8/30/2024141电机与拖动基础他励直流电动机的调速优点：电枢串电阻调速设备简单，操作方便。缺点： 2）低速时特性曲线斜率大，静差率大，所以转速的相对稳定性差； 3）轻载时调速范围小，额定负载时调速范围一般为D2； 4）损耗大，效率低，不经济。对恒转矩负载，调速前、后因增通不变而使Tem和Ia不变，输入功率不变，输出功率却随转速的下降而下降，减少的部分被串联电阻消耗了。 1）由于电阻只能分段调节，所以调速的平滑性差；8/30/2024142电机与拖动基础他励直流电动机的调速2、降低电压调速、降低电压调速TemTLAABC降压调速过程与电

90、枢串电阻调速过程相似，调速过程中转速和电枢电流（或转矩）随时间变化的曲线也相似。8/30/2024143电机与拖动基础他励直流电动机的调速优点优点：1）电源电压能够平滑调节，可实现无电源电压能够平滑调节，可实现无级调速。级调速。2）调速前后的机械特性的斜率不变，硬调速前后的机械特性的斜率不变，硬度较高，负载变化时稳定性好度较高，负载变化时稳定性好。3）无论轻载还是负载，调速范围相同，无论轻载还是负载，调速范围相同，一般可达一般可达D=2.512。4）电能损耗较小电能损耗较小。缺点缺点：需要一套电压可连续调节的直流电源需要一套电压可连续调节的直流电源。8/30/2024144电机与拖动基础他励直

91、流电动机的调速3、减弱磁通调速、减弱磁通调速ABTemTLACtt=0n8/30/2024145电机与拖动基础他励直流电动机的调速优点：由于在电流较小的励磁回路中进行调节，因而控制方便，能量损耗小，设备简单，调速平滑性好。弱磁升速后电枢电流增大，电动机的输入功率增大，但由于转速升高，输出功率也增大，电动机的效率基本不变，因此经济性是比较好。缺点：机械特性的斜率变大，特性变软；转速的升高受到电动机换向能力和机械强度的限制，升速范围不可能很大，一般D2； 为了扩大调速范围，通常把降压和弱磁两种调速方法结合起来，在额定转速以上，采用弱磁调速，在额定转速以下采用降压 调速。8/30/2024146电机

92、与拖动基础他励直流电动机的调速调速方式与负载类型的配合容许输出：指电动机在某一转速下长期可靠工作时所能输出的最大转矩和功率。充分利用：指在一定的转速下电动机的实际输出转矩和功率达到它的容许值，即电枢电流达到额定值。当电动机调速时，在不同的转速下，电枢电流能否总保持为额定值，即电动机能否在不同转速下都得到充分利用，这个问题与调速方式和负载类型的配合有关。8/30/2024147电机与拖动基础他励直流电动机的调速以电机在不同转速都能得到充分利用为条件，他以电机在不同转速都能得到充分利用为条件，他励直流电动机的调速可分为励直流电动机的调速可分为恒转矩调速恒转矩调速和和恒功率调速恒功率调速。 电动机的

93、容许输出功率与转速成正比，而容许输出转矩为恒值-恒转矩调速。电枢串电阻调速和降压调速时，磁通保持不变，若在不同转速下保持电流不变，即电机得到充分利用，容许输出转矩和功率分别为：8/30/2024148电机与拖动基础他励直流电动机的调速 电动机的容许输出转矩与转速成反比，而容许输出功率为恒值-恒功率调速。弱磁调速时，磁通是变化的，在不同转速下若保持电流不变，即电机得到充分利用，容许输出转矩和功率分别为：8/30/2024149电机与拖动基础他励直流电动机的调速上述容许输出转矩和功率与转速的关系上述容许输出转矩和功率与转速的关系为：为：恒功率调速恒功率调速恒转矩调速恒转矩调速以以为界，为界，分两个

94、区域分两个区域：为恒转为恒转矩调速区矩调速区；为恒功率调速区8/30/2024150电机与拖动基础他励直流电动机的调速1、恒转矩负载配恒转矩调速、恒转矩负载配恒转矩调速 和和 均为常数均为常数, , 和和 均与转速均与转速 成正成正比，只要选择电动机比，只要选择电动机的的 与与 相等，在任相等，在任何转速下均有：何转速下均有：电机既满足了负载要求，电机既满足了负载要求，又得到了充分利用。又得到了充分利用。这是一种理想的配合，转速这是一种理想的配合，转速是从额定转速向下调，所以是从额定转速向下调，所以额定转速为系统的最高转速额定转速为系统的最高转速。8/30/2024151电机与拖动基础他励直流

95、电动机的调速2、恒功率负载配恒功率调速、恒功率负载配恒功率调速 和和 均为常数，均为常数， 和和 均与均与 成反比，只成反比，只要选择要选择 与与 相等，相等，在任何转速下均有：在任何转速下均有：电机既满足了负载要求，电机既满足了负载要求，又得到了充分利用。又得到了充分利用。这是一种理想的配合，转速这是一种理想的配合，转速是从额定转速向上调，所以是从额定转速向上调，所以额定转速为系统的最低转速额定转速为系统的最低转速。8/30/2024152电机与拖动基础他励直流电动机的调速3、恒转矩负载配恒功率调速、恒转矩负载配恒功率调速负载转矩负载转矩电动机容许输出转矩电动机容许输出转矩只有在最高转速时才

96、有只有在最高转速时才有：电机得到了充分利用。电机得到了充分利用。在低于最高转速时：在低于最高转速时：电机未被充分利用。电机未被充分利用。8/30/2024153电机与拖动基础他励直流电动机的调速可以证明可以证明： 在最低转速时，电动机的实际输出功率（负载功率）在最低转速时，电动机的实际输出功率（负载功率）只是电动机额定功率的只是电动机额定功率的 （D为调速范围）为调速范围）。显然，这种配合将造成电动机容量的浪费。显然，这种配合将造成电动机容量的浪费。8/30/2024154电机与拖动基础他励直流电动机的调速4、恒功率负载配恒转矩调速、恒功率负载配恒转矩调速负载转矩负载转矩电动机容许输出转矩电动

97、机容许输出转矩只有在最低转速时才有：只有在最低转速时才有：电机得到了充分利用。电机得到了充分利用。在高于最低转速时：在高于最低转速时：电机未被充分利用。电机未被充分利用。8/30/2024155电机与拖动基础他励直流电动机的调速可以证明可以证明： 这种配合，电动机的实际输出功率（恒定的负载功这种配合，电动机的实际输出功率（恒定的负载功率）只是电动机额定功率的率）只是电动机额定功率的 （D为调速范围）为调速范围）。显然，这种配合将造成电动机容量的浪费。显然，这种配合将造成电动机容量的浪费。8/30/2024156电机与拖动基础他励直流电动机的调速5、风机型负载与两种调速方式的配合、风机型负载与两

98、种调速方式的配合由于负载转矩随转速的升高而增大，为了使电动机在最由于负载转矩随转速的升高而增大，为了使电动机在最高转速时（所需的转矩最大）能满足负载的需要，应使高转速时（所需的转矩最大）能满足负载的需要，应使只有在最高转速时，电只有在最高转速时，电动机才被充分利用。恒动机才被充分利用。恒转矩调速方式所造成的转矩调速方式所造成的电动机容量浪费比恒功电动机容量浪费比恒功率调速方式小一些。率调速方式小一些。8/30/2024157电机与拖动基础他励直流电动机的调速根据以上五种情况分析可得：1）电枢串电阻调速和降压调速方式属于恒转矩调速，适用于恒转矩负载。2）弱磁调速属于恒功率调速方式，适用于恒功率负

99、载。3）对于泵与风机类负载，三种调速方式都不十分合适，但采用电枢串电阻和降压调速比弱磁调速合适一些。8/30/2024158电机与拖动基础他励直流电动机的制动一、能耗制动TemBRB制动制动IaB+U-电动电动IanTemM+EaIfTLTemnn0RaA0CBRa+RB8/30/2024159电机与拖动基础他励直流电动机的制动二、反接制动1、电压反接制动IfTemBRB制动制动IaB+U-电动电动IanTemM+EaSnTemTLn0RaA0-TLEBRa+RBCD-n08/30/2024160电机与拖动基础他励直流电动机的制动二、反接制动2、倒拉反转反接制动+UIa+Ea-+UIaEa+R

100、BTemnTLaTemnTLbnTemTLn0A0 TBTKCDB8/30/2024161电机与拖动基础他励直流电动机的制动三、回馈制动回馈制动状态下稳定运行有以下两种情况：1、电压反接制动带位能性负载进入第四象限；2、当电车下坡时，运行转速可能超过理想空载转速，进入第二象限。回馈制动状态下瞬态过程有以下两种情况：1、降压调速过程中；2、弱磁状态下增磁调速过程中。8/30/2024162电机与拖动基础他励直流电动机的制动三、回馈制动TemTLnn01AnAU10U2n02nCBCU218/30/2024163电机与拖动基础直流发电机与直流电动机的区别能量关系能量关系:机械能转变成电能 电能转变

101、成机械能电枢电势电枢电势: :电源电势电源电势反电势反电势电磁转矩电磁转矩: :制动制动驱动驱动电势平电势平衡方程衡方程: :8/30/2024164电机与拖动基础直流发电机与直流电动机的区别转矩平转矩平衡方程衡方程：功率平功率平衡方程衡方程：特性特性：空载特性空载特性：外特性：外特性：调整特性：调整特性：转速特性转速特性：转矩特性转矩特性：效率特性效率特性：8/30/2024165电机与拖动基础单相变压器的空载运行Empty Running of Single Transformer8/30/2024166电机与拖动基础单相变压器的空载运行一、电磁现象8/30/2024167电机与拖动基础单

102、相变压器的空载运行各量的电磁关系：8/30/2024168电机与拖动基础单相变压器的空载运行主、漏磁通的区别：1 1）性质上：）性质上： 与与 成非线性关系，成非线性关系， 与与 成线性关系；成线性关系；2 2）数量上：）数量上： 占占99%99%以上，以上， 仅占仅占1%1%以下；以下；3 3）作用上：）作用上： 起传递能量的作用，起传递能量的作用， 起漏抗压降作用。起漏抗压降作用。8/30/2024169电机与拖动基础单相变压器的空载运行二、空载电流：1 1）作用和组成）作用和组成一方面：用来励磁，建立磁场一方面：用来励磁，建立磁场-无功分量二无功分量二方面：供变压器空载损耗方面：供变压器

103、空载损耗-有功分量有功分量2 2）性质和大小）性质和大小性质：主要是感性无功性质性质：主要是感性无功性质-也称励磁电流；也称励磁电流；大小：与电源电压和频率、线圈匝数、磁路材质大小：与电源电压和频率、线圈匝数、磁路材质及几何尺寸有关，用空载电流百分数及几何尺寸有关，用空载电流百分数I I0 0% %来表示。来表示。8/30/2024170电机与拖动基础单相变压器的空载运行3)3)空载电流波形空载电流波形磁路饱和时，磁路饱和时，正弦，正弦，尖顶，尖顶，正弦，正弦，平顶平顶。8/30/2024171电机与拖动基础单相变压器的空载运行三、感应电动势8/30/2024172电机与拖动基础单相变压器的空

104、载运行为一次侧漏抗，反映漏磁通的作用为一次侧漏抗，反映漏磁通的作用。对一切电抗对一切电抗返回12页8/30/2024173电机与拖动基础单相变压器的空载运行四、空载损耗经验公式：空载损耗约占额定容量的（空载损耗约占额定容量的（0.20.2 1 1）% %，随容，随容量的增大而减小。为减少空载损耗，改进设计量的增大而减小。为减少空载损耗，改进设计结构的方向是采用优质铁磁材料：优质硅钢片、结构的方向是采用优质铁磁材料：优质硅钢片、激光化硅钢片或应用非晶态合金。激光化硅钢片或应用非晶态合金。包括：铜损耗 铁损耗。8/30/2024174电机与拖动基础单相变压器的空载运行五、电磁关系：1、电势方程：、

105、电势方程：忽略漏阻抗压降后有效值忽略漏阻抗压降后有效值：故：故：可知：影响主磁通大小的因素是电源电压、电可知：影响主磁通大小的因素是电源电压、电源频率和一次侧线圈的匝数，与铁芯的材质和源频率和一次侧线圈的匝数，与铁芯的材质和几何尺寸无关。几何尺寸无关。8/30/2024175电机与拖动基础单相变压器的空载运行2、变比、变比定义：变比为一、二次线圈主电势之比。定义：变比为一、二次线圈主电势之比。或对三相变压器，变比指一、二次侧对三相变压器，变比指一、二次侧相相电势之比电势之比Y，D接线接线D，Y接线接线8/30/2024176电机与拖动基础单相变压器的空载运行3、等效电路、等效电路连接第8页令：

106、其中其中：-励磁阻抗-励磁电阻，对应铁损耗的等效电阻；-励磁电抗，对应主磁通的电抗。一次侧的电势方程为一次侧的电势方程为：8/30/2024177电机与拖动基础单相变压器的空载运行等效电路为：由于主磁通路径铁心为非线性磁路，故励磁阻抗、励磁电阻和励电抗均不为常数，大小随磁路的饱和而减小。8/30/2024178电机与拖动基础单相变压器的空载运行4、相量图空载时的基本方程为空载时的基本方程为8/30/2024179电机与拖动基础单相变压器的空载运行小结:（1）一次侧主电动势与漏阻抗压降总是与外施电压平衡,若忽略漏阻抗压降，则一次主电势的大小由外施电压决定.（2）主磁通大小由电源电压、电源频率和一

107、次线圈匝数决定，与磁路所用的材质及几何尺寸基本无关。（3）空载电流大小与主磁通、线圈匝数及磁路的磁阻有关，铁心所用材料的导磁性能越好，空载电流越小。（4）电抗是交变磁通所感应的电动势与产生该磁通的电流的比值，线性磁路中，电抗为常数，非线性电路中，电抗的大小随磁路的饱和而减小。8/30/2024180电机与拖动基础变压器参数测定一、空载实验目的目的：通过测量空载电流和一、二次电压及空载通过测量空载电流和一、二次电压及空载功率来计算变压器的变比、空载电流百分数、铁损和功率来计算变压器的变比、空载电流百分数、铁损和励磁阻抗励磁阻抗。接线图接线图：axAXWAVV8/30/2024181电机与拖动基础

108、变压器参数测定一、空载实验要求及分析要求及分析 ：1 1）低压侧加电压，高压侧开路）低压侧加电压，高压侧开路；2 2）忽略）忽略 和和 ，则：，则：8/30/2024182电机与拖动基础变压器参数测定一、空载实验3 3）空载电流和空载功率必须是额定电压时的值，）空载电流和空载功率必须是额定电压时的值，并以此求取励磁参数；并以此求取励磁参数；4 4）若要得到高压侧参数）若要得到高压侧参数 ，须折算；，须折算；5 5）对三相变压器，各公式中的电压、电流和功）对三相变压器，各公式中的电压、电流和功率均为相值；率均为相值；6 6）由于空载时功率因数很低，为减小误差，应）由于空载时功率因数很低，为减小误

109、差，应采用低功率因数表测量空载功率。采用低功率因数表测量空载功率。8/30/2024183电机与拖动基础变压器参数测定二、短路实验目的目的：通过测量短路电流、短路电压及短路功率通过测量短路电流、短路电压及短路功率来计算变压器的短路电压百分数、铜损和短路阻抗来计算变压器的短路电压百分数、铜损和短路阻抗。接线图接线图：WAVaxAX8/30/2024184电机与拖动基础变压器参数测定二、短路实验1 1）高压侧加电压，低压侧短路）高压侧加电压，低压侧短路；2 2）忽略）忽略 和铁损和铁损 ，则：，则：对对T型等效电路型等效电路：要求及分析要求及分析 ：8/30/2024185电机与拖动基础变压器参数

110、测定二、短路实验3 3）温度折算；）温度折算；4 4）若要得到高压侧参数）若要得到高压侧参数 ，须折算；，须折算；5 5）对三相变压器，各公式中的电压、电流和功）对三相变压器，各公式中的电压、电流和功率均为相值；率均为相值；三、短路电压（阻抗电压）：短路实验时使短路电流为额定电流时一次所加的电压短路实验时使短路电流为额定电流时一次所加的电压称为短路电压。记作：称为短路电压。记作：8/30/2024186电机与拖动基础变压器参数测定三、短路电压 短路电压为额定电流在阻抗上的压降，故短路电压为额定电流在阻抗上的压降，故也称阻抗电压。也称阻抗电压。短路电压通常以百分值表示，即：短路电压通常以百分值表

111、示，即：短路电压（阻抗电压）短路电压（阻抗电压）：无功分量（电抗电压）无功分量（电抗电压）：有功分量（电阻电压）有功分量（电阻电压）：8/30/2024187电机与拖动基础变压器参数测定三、短路电压短路电压是变压器的重要参数，它的大小直接反映了短路阻抗的大小，而短路阻抗直接影响变压器的运行性能。从正常运行角度，希望它小些，这样可从正常运行角度，希望它小些，这样可使副边电压随负载波动小些；从限制短路电使副边电压随负载波动小些；从限制短路电流角度，希望它大些。流角度，希望它大些。8/30/2024188电机与拖动基础标么值per-unit value定义:基准值的选取：以各自量的额定值为基准值实际

112、值基准值实际值基准值Z，r，xZN单相值单相额定值P，Q，SSN三相值三相额定值相值额定相值一次侧量一次侧量额定值线值额定线值二次侧量二次侧量额定值8/30/2024189电机与拖动基础标么值per-unit value优点：1）额定值的标么值为1。2）折算前、后标么值相等（不需折算）。3）线值标么值和相值标么值相等。4）单相的标么值和三相的标么值相等。6）电压等级差别大，但标么值表示的参数变化范围不大。5）百分值=标么值100（%）8/30/2024190电机与拖动基础标么值per-unit value例例：8）物理意义不同的量，标么值相等。7）标么值表示的电压和电流，能反映设备运行情况。8

113、/30/2024191电机与拖动基础标么值per-unit value缺点：1）标么值无单位，物理概念模糊。2）物理意义不同的量，标么值相等。8/30/2024192电机与拖动基础变压器的运行特性operating characteristic of transformer电压变化率电压变化率voltage rate-of-change定义定义：变压器在变压器在U1N、fN下，副边空载电压下，副边空载电压U20与负载与负载后在某一功率因数下副边端电压后在某一功率因数下副边端电压U2之差，与副边额定之差，与副边额定电压电压U2N的比值的比值。即即：表达式表达式：电压变化率的大小与负载大小、性质及

114、变压器的电压变化率的大小与负载大小、性质及变压器的参数有关参数有关。8/30/2024193电机与拖动基础变压器的运行特性 operating characteristic of transformer外特性：变压器在变压器在U U1N1N、f fN N下，负载功率因数一下，负载功率因数一定时，定时，U U2 2=f=f（I I2 2）。U2I2U20调压方式：1）有载调压2）无励磁调压。8/30/2024194电机与拖动基础变压器的运行特性operating characteristic of transformer损耗和效率损耗和效率loss and efficiency损耗损耗效率效率变

115、压器的效率与负载的大小、性质及铜损和铁损有关。8/30/2024195电机与拖动基础变压器的运行特性operating characteristic of transformer最大效率最大效率：当 时，即 时有最大效率。也就是当变压器的也就是当变压器的铜损耗等于铁损耗铜损耗等于铁损耗时有最时有最大效率，最大效率和最大效率时的负载分别为：大效率，最大效率和最大效率时的负载分别为：8/30/2024196电机与拖动基础第第8章章交流电动机交流电动机8.1三相异步电动机的结构与工作原理三相异步电动机的结构与工作原理8.2三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性8.3三相异步电动机的使用三相

116、异步电动机的使用8/30/2024197电机与拖动基础交流电动机交流电动机电动机电动机直流电动机直流电动机鼠笼式鼠笼式绕线式绕线式异步机异步机同步机同步机他励、异励、串励、复励他励、异励、串励、复励鼠笼式异步交流电动机授课内容：鼠笼式异步交流电动机授课内容：基本结构、工作原理、基本结构、工作原理、机械特性、控制方法机械特性、控制方法电动机的分类电动机的分类8/30/2024198电机与拖动基础8.1三相异步电动机的结构与工作原理三相异步电动机的结构与工作原理磁铁磁铁闭合闭合线圈线圈e方向用方向用右手定则右手定则确定确定f方向用方向用左手定则左手定则确定确定磁场旋转磁场旋转8/30/202419

117、9电机与拖动基础磁极旋转磁极旋转导线切割磁力线产生感应电动势导线切割磁力线产生感应电动势导线长导线长磁感应强度磁感应强度切割速度切割速度（右手定则）（右手定则）闭合导线产生电流闭合导线产生电流 i（左手定则）（左手定则）通电导线在磁场中受力通电导线在磁场中受力8/30/2024200电机与拖动基础1.线圈跟着磁铁转线圈跟着磁铁转两者转动方向一致两者转动方向一致结论：结论：2.线圈比磁场转得慢线圈比磁场转得慢异步异步8/30/2024201电机与拖动基础三相异步机的结构三相异步机的结构YBZXAC转子转子定子定子定子绕组定子绕组（三相）（三相）机机座座转子：在旋转磁场作用下，转子：在旋转磁场作用

118、下，产生感应电动势或产生感应电动势或电流。电流。三相定子绕组：产生旋转三相定子绕组：产生旋转磁场。磁场。线绕式线绕式鼠笼式鼠笼式鼠笼转子鼠笼转子8/30/2024202电机与拖动基础旋转磁场的产生旋转磁场的产生AYCBZ异步机中异步机中,旋转磁场代替了旋转磁极旋转磁场代替了旋转磁极()电流出电流出( )电流入电流入X8/30/2024203电机与拖动基础AXYCBZAXBYCZ合成磁场方向：合成磁场方向：向下向下8/30/2024204电机与拖动基础XBZAYCAXYCBZAXYCBZ同理分析，可得同理分析，可得其它电流角度下其它电流角度下的磁场方向：的磁场方向：8/30/2024205电机与

119、拖动基础旋转方向旋转方向：取决于三相电流的相序。：取决于三相电流的相序。改变电机的旋转方向：换接其中两相。改变电机的旋转方向：换接其中两相。旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向8/30/2024206电机与拖动基础旋转磁场的旋转磁场的转速转速大小大小一个电流周期，旋转磁场在空间转过一个电流周期，旋转磁场在空间转过360电流频率为电流频率为fHz，则磁场，则磁场1/f秒旋转秒旋转1圈，每秒旋圈，每秒旋转转f圈。每分钟旋转：圈。每分钟旋转：n1称为同步转速称为同步转速8/30/2024207电机与拖动基础极对数（极对数（P）的概念）的概念AXBYCZ此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为此种

120、接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。即：即：AXYCBZ8/30/2024208电机与拖动基础极对数（极对数（P）的改变）的改变CYABCXYZAXBZ将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。形将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。形成的磁场则是两对磁极。成的磁场则是两对磁极。AXBYCZ8/30/2024209电机与拖动基础极对数极对数CYABCXYZAXBZ8/30/2024210电机与拖动基础极对数和转速的关系极对数和转速的关系8/30/2024211电机与拖动基础三相异步电动机的同步转速三相异步电动机的同步转速极对数极对数每个电流周期每个电流周期磁场转过的空间角度磁场转过

121、的空间角度同步转速同步转速8/30/2024212电机与拖动基础电动机转速和旋转磁场同步转速的关系电动机转速和旋转磁场同步转速的关系电动机转速（额定转速）电动机转速（额定转速）:电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但但异步异步电动机电动机无转距无转距转子与旋转磁场间没有相对运动转子与旋转磁场间没有相对运动无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电流无转子电流提示提示：如果如果8/30/2024213电机与拖动基础转差率转差率的概念：的概念：异步电机运行中异步电机运行中:转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即：

122、转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即：电动机起动瞬间电动机起动瞬间:（转差率最大）（转差率最大）8/30/2024214电机与拖动基础转子感生电流的频率：转子感生电流的频率：8/30/2024215电机与拖动基础例例1：三相异步电动机：三相异步电动机p=3，电源，电源f1=50Hz，电机额定，电机额定转速转速n=960r/min。求：转差率求：转差率s，转子电动势的频率，转子电动势的频率f2同步转速：同步转速：转差率：转差率：8/30/2024216电机与拖动基础一、三相异步电动机的一、三相异步电动机的“电磁电磁”关系关系8.2三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性定子电路

123、定子电路i2R1R2i1u1e1e2：主磁通产：主磁通产生的感应电动势。生的感应电动势。e1e2、转子电路转子电路设：设：则：则：定子边：定子边：8/30/2024217电机与拖动基础i2R1R2i1u1e1e28/30/2024218电机与拖动基础：转子感应电动势的频率：转子感应电动势的频率：转子线圈匝数：转子线圈匝数取决于转子和旋转磁场的相对速度取决于转子和旋转磁场的相对速度同理可得：同理可得：i2R1R2i1u1e1e28/30/2024219电机与拖动基础i2R1R2i1u1e1e2转子电流转子电流8/30/2024220电机与拖动基础转子功率因数转子功率因数8/30/2024221电

124、机与拖动基础例例2：三相异步电动机，：三相异步电动机，p=2，n=1440r/min，转子，转子R2=0.02 ，X20=0.08 ，E20=20V，f1=50Hz。启动时启动时I2（st）额定转速下的额定转速下的I2（N）s=18/30/2024222电机与拖动基础电磁转矩电磁转矩 T：转子中各载流导体在旋转磁场的作用下转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到电磁力所形成的转距之总和。受到电磁力所形成的转距之总和。常数常数每极磁通每极磁通转子电流转子电流转子电路的转子电路的转矩公式的推导转矩公式的推导（牛顿（牛顿 米）米）8/30/2024223电机与拖动基础得到得到转矩公式转矩公式将其中参

125、数代入：将其中参数代入：8/30/2024224电机与拖动基础二、二、三相电动机的机械特性三相电动机的机械特性根据转矩公式根据转矩公式10n1Tn得特性曲线：得特性曲线：启动时启动时n=0最大转速最大转速n=n1时时8/30/2024225电机与拖动基础三个重要转矩三个重要转矩n1Tn额定转矩额定转矩：电机在额定电压下，以额电机在额定电压下，以额定转速定转速运行，输出额运行，输出额定功率定功率时，电机转轴时，电机转轴上输出的转矩。上输出的转矩。(1)（牛顿（牛顿米）米）nN8/30/2024226电机与拖动基础如果如果电机将会电机将会因带不动负载而停转。因带不动负载而停转。最大转矩最大转矩：(

126、2)电机带动最大负载的能力。电机带动最大负载的能力。求解求解10smTm8/30/2024227电机与拖动基础过载系数：过载系数：三相异步机三相异步机工作时，一定令负载转矩工作时，一定令负载转矩，否则，否则电机将停转。致使电机将停转。致使注意：注意：（1）三相异步机的）三相异步机的和电压的平方成正比，所和电压的平方成正比，所以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化。以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化。（2）电机严重过热电机严重过热8/30/2024228电机与拖动基础起动转矩起动转矩：(3)电机起动时的转矩。电机起动时的转矩。n1Tn其中其中则则体现了电动机带载起动的能力。若体现

127、了电动机带载起动的能力。若电机能电机能起动，否则将起动不了。起动，否则将起动不了。8/30/2024229电机与拖动基础n1TnTmTst机械特性曲线机械特性曲线TL启动：启动： TstTL(负载转矩负载转矩)，电机启动，电机启动转速转速n ，转矩，转矩T cc点：转矩达最大点：转矩达最大Tm，转速，转速n继续继续 ，T ，沿，沿cb走走bb点：点：T=TL，转速，转速n不再上升，稳定运行不再上升，稳定运行若若TL ，暂时，暂时TTL,n s I2 T n 电动机的自适应负载能力电动机的自适应负载能力电动机的电磁转矩可以随负电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，这种载的变化而自动调整，这

128、种能力称为自适应负载能力。能力称为自适应负载能力。常用特常用特性段性段s=0s=18/30/2024230电机与拖动基础例例3（7-7）：三相异步电动机，额定功率）：三相异步电动机，额定功率PN=10kW，额定转速额定转速nN=1450r/min，启动能力启动能力Tst/TN=1.2，过载过载系数系数 =1.8。（牛顿（牛顿米）米）（1）额定转矩）额定转矩TN（2）启动转矩）启动转矩Tst（3）最大转矩）最大转矩Tm#（4）用）用Y 方法起动时的方法起动时的Tst8/30/2024231电机与拖动基础机械特性和电路参数的关系机械特性和电路参数的关系和电压的关系和电压的关系结论：结论： 8/30

129、/2024232电机与拖动基础和转子电阻的关系和转子电阻的关系R2的的改变改变：鼠笼式电机转子导条的金属材料不同，线绕式电鼠笼式电机转子导条的金属材料不同，线绕式电机外接电阻不同。机外接电阻不同。结论：结论： 8/30/2024233电机与拖动基础机械特性的软硬机械特性的软硬硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。软特性：负载增加转速下降较快，但起动转矩大，起软特性：负载增加转速下降较快，但起动转矩大，起动特性好。动特性好。 硬特性硬特性（R2小）小）软特性软特性（R2大）大）不同场合应选用不同的电机。如金属切削，选硬特性不同场合应选用不同的

130、电机。如金属切削，选硬特性电机；重载起动则选软特性电机。电机；重载起动则选软特性电机。8/30/2024234电机与拖动基础一、三相异步机铭牌与技术数据一、三相异步机铭牌与技术数据1.型号型号Y132M4磁极数磁极数(极对数极对数p=2)同步转速同步转速1500转转/分分转差率转差率8.3三相异步电动机的使用三相异步电动机的使用2.转速转速:电机轴上的转速（电机轴上的转速（n)。如：如：n=1440转转/分分8/30/2024235电机与拖动基础3.联接方式联接方式：Y/ 接法接法Y接法：接法： 接法：接法：AB CZX YA B CZX YABCXYZAZBYXCABCXYZ接线盒：接线盒：

131、8/30/2024236电机与拖动基础4.额定电压：额定电压：定子绕组在定子绕组在指定接法指定接法下应加的下应加的线电压线电压.说明：一般规定电动机的运行电压不能高于或低于额说明：一般规定电动机的运行电压不能高于或低于额定值的定值的5。线线电电压压AZBYXC线线电电压压ABCXYZ例：例：380/220Y/ 是指：线电压为是指：线电压为380V时采用时采用Y接法；接法；当线电压为当线电压为220V时采用时采用 接法。接法。8/30/2024237电机与拖动基础5.额定电流：额定电流：定子绕组在定子绕组在指定接法指定接法下的下的线电流。线电流。如：如：表示三角接法下，电机的线电流为表示三角接法

132、下，电机的线电流为11.2A，相电流，相电流为为6.48A；星形接法时线、相电流均为；星形接法时线、相电流均为6.48A。6.额定功率：额定功率：额定功率指电机在额定运行时轴上输出的额定功率指电机在额定运行时轴上输出的功率功率（），不等于从电源吸收的功率（），不等于从电源吸收的功率（）。两者的）。两者的关系为：关系为：其中其中鼠笼电机鼠笼电机 =72938/30/2024238电机与拖动基础额定负载时一般为额定负载时一般为0.70.9，空载时功率因数很空载时功率因数很低约为低约为0.20.3。额定负载时，功率因数最大。额定负载时，功率因数最大。注意：实用中应选择合适容量的电机，注意：实用中应选

133、择合适容量的电机，防止防止“大马大马”拉拉“小车小车”的现象。的现象。7.功率因数功率因数(cos 1)：P2PN此外还有此外还有绝缘等级绝缘等级等参数，不一等参数，不一一介绍。一介绍。cos 18/30/2024239电机与拖动基础二、二、三相异步机的起动三相异步机的起动起动电流起动电流：中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的57倍。倍。定子电流定子电流原因：起动时原因：起动时，转子导条切割磁力线速度很大。，转子导条切割磁力线速度很大。转子感应电势转子感应电势转子电流转子电流大电流使电网电压降低大电流使电网电压降低影响其他负载工作影响其他负载工作频繁起动时造

134、成热量积累频繁起动时造成热量积累电机过热电机过热影响：影响：8/30/2024240电机与拖动基础三相异步机的起动方法：三相异步机的起动方法：（1）直接起动。二三十千瓦以下的异步电动机一般直接起动。二三十千瓦以下的异步电动机一般采用直接起动。采用直接起动。（2）降压起动。降压起动。Y 起动起动自耦降压起动自耦降压起动（3）转子串电阻起动。）转子串电阻起动。以下介绍以下介绍Y 起动。起动。8/30/2024241电机与拖动基础Y 起动：起动： 正常正常运行运行AZBYXC 起动起动ABCXYZ设：电机每相阻抗为设：电机每相阻抗为8/30/2024242电机与拖动基础AZBYXC正常正常运行运行U

135、PABCXYZ起动起动UP（2）Y 起动应注意的问题：起动应注意的问题：（1）仅适用于正常接法为三角形接法的电机。）仅适用于正常接法为三角形接法的电机。所以降压起动适合于空载或轻载起动的场合所以降压起动适合于空载或轻载起动的场合Y 起动起动。8/30/2024243电机与拖动基础例例4:三相异步电动机，电源电压三相异步电动机，电源电压=380V，三相定子三相定子绕组绕组 接法运行，额定电流接法运行，额定电流IN=20A，启动电流启动电流Ist/IN=7，求：求：（1） 接法时的启动电流接法时的启动电流Ist （2）若启动时改为若启动时改为Y接法，求接法，求IstY（1）Ist =7IN=7 2

136、0=140A解：解：（2）IstY=Ist /3=140/3=47A8/30/2024244电机与拖动基础方法：方法：和电源相接的任意两相互换，就可实现反转。和电源相接的任意两相互换，就可实现反转。三、三相异步电动机的正、反转三、三相异步电动机的正、反转正转正转反转反转A B CM3电电源源ABCM3电电源源8/30/2024245电机与拖动基础制动方法：制动方法：1.抱闸抱闸：加机械抱闸加机械抱闸四、四、三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动反接制动时，定子旋转磁场与转子的相对转速很大。反接制动时，定子旋转磁场与转子的相对转速很大。为限制电流，在制动时要在定子或转子中串电阻。为限制电流，在

137、制动时要在定子或转子中串电阻。即切割磁力线的速度很大，造成即切割磁力线的速度很大，造成，引起，引起。注意：注意：3.能耗制动能耗制动4.发电反馈制动发电反馈制动2.反接制动反接制动：停车时，将电动机接电源的意两相反接，停车时，将电动机接电源的意两相反接，使电动机由原来的旋转方向反过来，以达使电动机由原来的旋转方向反过来，以达制动的目的；制动的目的；8/30/2024246电机与拖动基础五、三相异步电动机的调速五、三相异步电动机的调速1.改变极对数改变极对数有级调速。有级调速。2.改变转差率改变转差率无级调速无级调速调速方法：调速方法：8/30/2024247电机与拖动基础3.改变电源频率改变电

138、源频率(变频调速变频调速)无级调速无级调速变频电源变频电源可变可变此种调速方法发展很快，且调速性能较好。其主此种调速方法发展很快，且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源（常由整流器、逆变器等组要环节是研制变频电源（常由整流器、逆变器等组成）。成）。8/30/2024248电机与拖动基础电磁转矩和转矩特性电磁转矩和转矩特性electromagnetic torque and torque characteristic8/30/2024249电机与拖动基础功率平衡关系8/30/2024250电机与拖动基础输入功率定子铜损定子铁损电磁功率转子铜损机械功率输出功率8/30/2024251电机与拖动基

139、础两个重要关系式两个重要关系式可见，从气隙传递到转子的电磁功率分为两部分，一小部分变为转子铜损耗，绝大部分转变为总机械功率。转差率越大，转子铜损耗就越多，电机效率越低。因此正常运行时电机的转差率均很小。8/30/2024252电机与拖动基础转矩平衡关系在式的两边同时除以机械角速度得：即即：或或电磁转矩电磁转矩8/30/2024253电机与拖动基础三相异步电动机电磁转矩的三种表达方式1、物理表达式2、参数表达式3、实用表达式8/30/2024254电机与拖动基础物理表达式表明：三相异步电动机的电磁转矩是由主磁通与转子电流的有功分量相互作用产生的。8/30/2024255电机与拖动基础参数表达式：

140、说明：电磁转矩与电源参数（、f）、结构参数（r、x、m、p）和运行参数（s）有关。8/30/2024256电机与拖动基础临界转差率临界转差率 sm 和最大电磁转矩和最大电磁转矩Tmax8/30/2024257电机与拖动基础由两个表达式可见当其它参数一定时：1 1、最大电磁转矩与电源电压平方成正比；、最大电磁转矩与电源电压平方成正比； 临界转差率与电源电压无关临界转差率与电源电压无关。3 3、频率越高，最大电磁转矩和临界转差率越小；频率越高，最大电磁转矩和临界转差率越小； 漏抗越大，最大电磁转矩和临界转差率越小漏抗越大，最大电磁转矩和临界转差率越小；2 2、转子回路电阻越大，临界转差率越大；转子

141、回路电阻越大，临界转差率越大； 最大电磁转矩与转子电阻无关最大电磁转矩与转子电阻无关。4、过载能力、过载能力8/30/2024258电机与拖动基础起动转矩Tst和起动转矩倍数Kst当其它参数一定时当其它参数一定时:1、起动转矩与电源电压平方成正比；2、频率越高，起动转矩越小； 漏抗越大，起动转矩越小；3、绕线式电动机，转子回路电阻越大，起动转矩先增后减。4、起动转矩倍数8/30/2024259电机与拖动基础实用表达式已知电机的额定功率、额定转速、过载能力忽略空载转矩，有将将Tm和和sm代入即可得到机械特性方程式代入即可得到机械特性方程式8/30/2024260电机与拖动基础三相异步电动机的电力

142、拖动Electric power driving of three phase asynchronous motor 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性Torque-speed characteristic of three phase asynchronous motor 8/30/2024261电机与拖动基础三相异步电动机电磁转矩的三种表达方式一、物理表达式二、参数表达式三、实用表达式8/30/2024262电机与拖动基础物理表达式表明：三相异步电动机的电磁转矩是由主磁通与转子电流的有功分量相互作用产生的。8/30/2024263电机与拖动基础参数表达式：说明：电磁转矩与电源

143、参数（、f）、结构参数（r、x、m、p）和运行参数（s）有关。8/30/2024264电机与拖动基础临界转差率临界转差率 sm 和最大电磁转矩和最大电磁转矩Tm过载能力过载能力8/30/2024265电机与拖动基础当其它参数一定时：1 1、最大电磁转矩与电源电压平方成正比；、最大电磁转矩与电源电压平方成正比； 临界转差率与电源电压无关临界转差率与电源电压无关。3 3、频率越高，最大电磁转矩和临界转差率越小；频率越高，最大电磁转矩和临界转差率越小； 漏抗越大，最大电磁转矩和临界转差率越小漏抗越大，最大电磁转矩和临界转差率越小；2 2、转子回路电阻越大，临界转差率越大；转子回路电阻越大，临界转差率

144、越大； 最大电磁转矩与转子电阻无关最大电磁转矩与转子电阻无关。由两个表达式可见8/30/2024266电机与拖动基础起动转矩Tst和起动转矩倍数Kst结论结论：当其它参数一定时1、起动转矩与电源电压平方成正比；2、频率越高，起动转矩越小； 漏抗越大，起动转矩越小；3、绕线式电动机，转子回路电阻越大，起动转矩先增后减。4、起动转矩倍数8/30/2024267电机与拖动基础实用表达式已知电机的额定功率、额定转速、过载能力忽略空载转矩，有将将Tm和和sm代入即可得到机械特性方程式代入即可得到机械特性方程式8/30/2024268电机与拖动基础三相异步电动机的固有机械特性sn0nNsNnmsm10TN

145、TstTmaxTemABCD8/30/2024269电机与拖动基础三相异步电动机降压时的人为机械特性snsm10TLUN0TstTmaxTemn1A0.8UN0.64Tst0.64Tmax8/30/2024270电机与拖动基础转子回路串电阻时的机械特性r2+Rs3Tst2sm2r2+Rs2Tst1sm1r2+Rs110TstTmTemsn0n1smr28/30/2024271电机与拖动基础定子串接电抗器时的机械特性10TmTemsmsn0n1Tmxstsm8/30/2024272电机与拖动基础同步发电机电枢反应同步发电机电枢反应Armature reaction of synchronous

146、generator8/30/2024273电机与拖动基础电枢反应的概念电枢反应: 电枢磁通势的基波在气隙中使气隙磁通的大小及位置均发生变化, 这种影响称为电枢反应.8/30/2024274电机与拖动基础励磁磁势和电枢磁势的区别基波波形大小位置转速励磁磁势正弦波恒定，由励磁电流决定由转子位置决定由原动机的转速决定电枢反应磁势正弦波恒定，由电枢电流决定由电流瞬时值决定由电流的f和P决定8/30/2024275电机与拖动基础准备工作 三个角 四个轴 8/30/2024276电机与拖动基础内功率因数角内功率因数角=00 时轴+90+900 0FFad轴轴q轴轴A轴轴A AX X Z ZB BCYFfN

147、S交轴电枢反应8/30/2024277电机与拖动基础 内功率因数角内功率因数角=900时轴d轴q轴A轴A AX XZ ZB BCYFfNS直轴去磁电枢反应直轴去磁电枢反应Fa8/30/2024278电机与拖动基础内功率因数角内功率因数角=-900时轴d轴q轴A轴A AX XZ ZB BCYFfNS直轴助磁电枢反应直轴助磁电枢反应Fa8/30/2024279电机与拖动基础内功率因数角内功率因数角00900 时轴d轴q轴A轴A AX XZ ZB BCYFfNS既有交轴又有直轴去磁电枢反应+90+900 0Fa8/30/2024280电机与拖动基础当角为不同值的电枢反应 位置位置夹角夹角记作记作电枢

148、反电枢反应性质应性质对电机的影响对电机的影响=负载性质负载性质n(f)n(f)U U=0=00 0q q轴轴+90+900 0交轴交轴波形波形畸变畸变下降下降不变不变R R=90=900 0d d轴轴+90+900 0直、去直、去削弱削弱不变不变下降下降L L=-90=-900 0d d轴轴+90+900 0直、助直、助增强增强不变不变上升上升C C0 00 090900 0d d、q q轴轴+90+900 0交、直去交、直去削弱削弱下降下降下降下降 R R、L L-90-900 000cos滞后滞后发PQ感性3、欠励磁：1，Tst大，大，启动迅速，稳定运行范围大。启动迅速，稳定运行范围大。交

149、流伺服电动机的机械特性曲线交流伺服电动机的机械特性曲线(U1=const )nTU20.8 U20.6 U20.4 U2Tn8/30/2024357电机与拖动基础交流伺服电机的输出功率一般为交流伺服电机的输出功率一般为0.1-100W，电，电源频率分源频率分50Hz、400Hz等多种。它的应用很广泛，等多种。它的应用很广泛，如用在自动控制、温度自动记录等系统中。如用在自动控制、温度自动记录等系统中。应用应用8/30/2024358电机与拖动基础10.3.2直流伺服电动机直流伺服电动机结构：结构：与直流电动机基本相同。为减小转动惯量做与直流电动机基本相同。为减小转动惯量做得细长一些。得细长一些。

150、工作原理：工作原理：与直流电动机相同。与直流电动机相同。供电方式：供电方式：他励。励磁绕组和电枢由两个独立电他励。励磁绕组和电枢由两个独立电源供电：源供电：MU1IfIaU2放放大大器器UU1为励磁电压，为励磁电压，U2为电枢电压。为电枢电压。8/30/2024359电机与拖动基础由机械特性可知：由机械特性可知：(1)U1（即磁通（即磁通 ）不变时，一定的负载下，）不变时，一定的负载下，U2 ,n 。(2)U2=0时，电机立即停转。时，电机立即停转。反转：反转：电枢电压的极性改变，电机反转。电枢电压的极性改变，电机反转。直流伺服电机的机械特直流伺服电机的机械特性公式与他励直流电机性公式与他励直流电机一样：一样：机械特性曲线机械特性曲线U20.8U20.6U20.4U2nT8/30/2024360电机与拖动基础 直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬。经常直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬。经常用在功率稍大的系统中，它的输出功率一般为用在功率稍大的系统中，它的输出功率一般为1-600W。它的用途很多，如随动系统中的位置控。它的用途很多，如随动系统中的位置控制等。制等。应用：应用：8/30/2024361电机与拖动基础