1、直流电动机全册直流电动机全册 精品完整课件精品完整课件1 第第 0 0 篇篇 绪论绪论 0 0- -1 1 电机学电机学概述概述 一、一、电机的概念电机的概念 顾名思义顾名思义电机电机就是与就是与电能电能和和机械能机械能有关的一种有关的一种装置装置或者或者机器机器。 定义：电机是以定义：电机是以电磁感应理论电磁感应理论为原理，能实现为原理，能实现机电能量转换机电能量转换或者或者 电能自身形式转换电能自身形式转换的装置或者机器。的装置或者机器。 近代出现了众多主要用来实现近代出现了众多主要用来实现讯号变换讯号变换或者或者传递传递的电机，主的电机，主 要用于要用于控制系统控制系统中，称为中，称为控
2、制电机控制电机。 二、二、电机分类电机分类 按按用途用途分类：分类：发电机发电机电动机电动机变压器变压器移相机移相机控制电机控制电机等等 按按电流电流分类：分类：直流电机直流电机交流电机交流电机（同步同步异步异步变压器变压器等）等） 三、三、电机的作用电机的作用 电磁理论电磁理论转化为生产力，一个直接的产品就是转化为生产力，一个直接的产品就是电机电机。 电机的普遍使用，使得电机的普遍使用，使得人类文明人类文明与与电机产品电机产品紧密地结合在一起。紧密地结合在一起。 电机是整个电机是整个电力系统电力系统的的支柱设备支柱设备。 几乎举不出来一种与电机无关的职业。几乎举不出来一种与电机无关的职业。
3、四、四、电机学电机学 电机学电机学是研究电机基本理论的学问，包括：是研究电机基本理论的学问，包括：工作原理工作原理结构结构 性能性能分析方法分析方法操作操作实验方法实验方法等。等。 电机学包含的内容虽然较多，但其贯穿始终的电机学包含的内容虽然较多，但其贯穿始终的主线主线是是电磁感应电磁感应 原理原理。 电机的结构虽然复杂，但均可归结为三个部分：电机的结构虽然复杂，但均可归结为三个部分：电路电路部分部分 磁路磁路部分部分机械机械部分。部分。 电机学学习环节：电机学学习环节：听课听课复习复习作业作业实验实验 勤于思考、善于推理、理论联系实际勤于思考、善于推理、理论联系实际。 0 0- - 电机学电
4、机学之理论基础之理论基础电磁感应电磁感应原理原理 多年前，人们从多年前，人们从电磁现象电磁现象出发，总结出系统的出发，总结出系统的电磁理论电磁理论 一个最直接的产品就是一个最直接的产品就是电机电机。电磁感应理论是研究电场、磁场。电磁感应理论是研究电场、磁场 、机械运动之间关系的学问。、机械运动之间关系的学问。 电机中总是存在电机中总是存在磁场电流作用力磁场电流作用力。 一、一、如何产生如何产生磁场磁场 电流电流周围存在周围存在磁场磁场（电磁场）（电磁场） 永久磁铁永久磁铁可以产生可以产生磁场磁场。 电机学中把获取磁场的方法称为电机学中把获取磁场的方法称为励磁方式励磁方式。 电流产生磁场规律的精
5、确描述：电流产生磁场规律的精确描述：安培全电流定律安培全电流定律 在环绕着载流导体的任意一个磁通闭合回路中，磁场强度沿着在环绕着载流导体的任意一个磁通闭合回路中，磁场强度沿着 该回路的线积分，等于该闭合回路所包围电流的总和。该回路的线积分，等于该闭合回路所包围电流的总和。 HdlI 1 I 2 I 3 I H 磁路磁路的概念：的概念：在电机和变压器中在电机和变压器中，常把线圈套装在铁心上常把线圈套装在铁心上。线圈通电时线圈通电时， 线圈周围空间线圈周围空间（包括铁心内外包括铁心内外）将形成磁场将形成磁场。由于铁心的导磁性能比空由于铁心的导磁性能比空 气高出许多倍气高出许多倍，所以大部分磁通将在
6、铁心中通过所以大部分磁通将在铁心中通过，称为称为主磁通主磁通。围绕载围绕载 流线圈流线圈、在部分铁心和铁心周围的空间在部分铁心和铁心周围的空间，还存在少量分散的磁通还存在少量分散的磁通，称为称为 漏磁通漏磁通。其路径分别构成其路径分别构成主磁路主磁路和和漏磁路漏磁路。 主磁通 漏磁通 磁路计算磁路计算 NI 2 l 1 l 1 H 2 H 1 12 2n n H lH lH lNI B S B H 11 11 111 111 m Bl FH llR S B特斯拉（T）,高斯，1T=10000Gs F安匝，H安/米 空气磁导率 6 0 1.257 10/ 亨 米亨 米 (磁路的欧姆定律) 12n
7、 FFFFNI(磁路的基尔霍夫定律) 材料的磁化曲线 B-H线 H B 1 B 1 H 二、二、如何产生电（电流或者电势）如何产生电（电流或者电势） 变化的磁场变化的磁场产生产生电势电势 磁场磁场本身本身时变时变（变压器原理）（变压器原理） 切割磁力线切割磁力线运动运动（发电机原理发电机原理） 精确描述：精确描述：法拉第定律法拉第定律 N dd eN dtdt e 某线圈中的某线圈中的磁链磁链发生变化时，将在该发生变化时，将在该 线圈中产生一线圈中产生一感应电势感应电势。该感应电势。该感应电势 的数值，与磁链的的数值，与磁链的变化率变化率成正比；该成正比；该 感应电势的感应电势的方向方向，将倾
8、向于产生一个，将倾向于产生一个 电流来电流来阻止线圈中磁链的变化阻止线圈中磁链的变化。 三、如何产生力三、如何产生力 磁场磁场对处于其中的对处于其中的电流电流具有具有力力的作用。的作用。 精确描述：精确描述：毕萨拉电磁力定律毕萨拉电磁力定律 特例：特例：磁场与导体垂直磁场与导体垂直的情况的情况 当某一导体（线圈）在磁场中当某一导体（线圈）在磁场中切割磁力线切割磁力线时，则在导体中将会时，则在导体中将会 产生产生感应电势感应电势。 eBlv N S e v 方向：用方向：用右手手掌定则右手手掌定则判断。判断。 N S I FBIl F 五、五、电机原理动画演示电机原理动画演示 四、四、电机学之理
9、论基础电机学之理论基础 发电机：发电机：磁磁（场）（场）力力（线圈运动）（线圈运动）电电（电势电流）（电势电流） 电动机：电动机：电电（载流导体）（载流导体）磁磁（场）（场）力力（线圈运动）（线圈运动） 变压器：变压器：电电（载流线圈）（载流线圈）磁场磁场电电（载流线圈）（载流线圈） 发电原理动画演示发电原理动画演示 电动原理动画演示电动原理动画演示 六、六、电机损耗电机损耗 电机中的损耗主要包括：铁心中的损耗（电机中的损耗主要包括：铁心中的损耗（铁耗铁耗），铜线中），铜线中 的损耗（的损耗（铜耗铜耗），），机械损耗机械损耗，杂散损耗杂散损耗等。其中等。其中铁耗铁耗产生产生 机理比较复杂。现简
10、介如下。机理比较复杂。现简介如下。 1. 磁滞损耗磁滞损耗 铁磁铁磁物质包括物质包括铁镍钴铁镍钴及其合金。同样的激励电流在及其合金。同样的激励电流在铁磁铁磁介介 质中产生的质中产生的磁感应强度磁感应强度比在非磁性介质中产生的磁感应强比在非磁性介质中产生的磁感应强 度大得多，磁场会显著增强。度大得多，磁场会显著增强。 磁畴磁畴：天然的磁化小区。铁磁物质的磁化：天然的磁化小区。铁磁物质的磁化。 H B Bf H f H O b H B r B c H O ab c d e f H B r B c HO H B r B c H O 磁化曲线磁化曲线,磁滞回线磁滞回线,硬磁材料硬磁材料,软磁材料软磁材
11、料 磁滞损耗磁滞损耗 铁磁物质处于铁磁物质处于交变磁场交变磁场中时中时,材料被反复磁化材料被反复磁化,磁畴磁畴相互摩擦相互摩擦,消消 耗能量耗能量,造成损耗造成损耗,这种损耗称为这种损耗称为磁滞损耗磁滞损耗。体积为。体积为V的铁磁物质的铁磁物质 置于交变频率为置于交变频率为 f 的磁场中时，磁滞损耗为的磁场中时，磁滞损耗为(n=1.62.3)： n hhm pC fB V 涡流损耗涡流损耗 穿过铁磁物质的穿过铁磁物质的磁场交变磁场交变时，铁心中将产生感应电势，并在铁时，铁心中将产生感应电势，并在铁 心中引起心中引起环流环流，这些环流围绕磁通作涡旋状流动，称为，这些环流围绕磁通作涡旋状流动，称为
12、涡流涡流。 由此引起的损耗称为由此引起的损耗称为涡流损耗。涡流损耗。 222 eem pCf B V B 图图 铁心中的磁场变化时会产生铁心中的磁场变化时会产生涡流涡流 附：附：电磁量的单位（电磁量的单位（SI） 基本单位：基本单位：安培（安培（A）：真空中两根相距：真空中两根相距1m的无限长圆导线的无限长圆导线(截截 面积可忽略面积可忽略)，通过一定的恒定电流，若两导线每米的作用力为，通过一定的恒定电流，若两导线每米的作用力为 2*10-7牛顿，则这一恒定电流定义为牛顿，则这一恒定电流定义为1A。 1m 1m 7 2 10N 1A 1A 12 2 I I F r 电流的作用力公式（安培定律）
13、电流的作用力公式（安培定律） 7 7 0 2 2 2 102 40/1 Nm A Nm A 导出单位：导出单位：库仑库仑（C 电量单位）电量单位） 11CqItA s 导出单位：导出单位：伏特伏特（V 电压单位）电压单位） 1A的电流通过一定长度的导线，产生的电流通过一定长度的导线，产生1W的功率消耗时，该的功率消耗时，该 导线两端之间的电位差定义为导线两端之间的电位差定义为1V 1/1VU I A P W 导出单位：导出单位：法拉法拉（F 电容单位）电容单位） 电容器充电容器充1库仑库仑电量，电容的两极板间能产生电量，电容的两极板间能产生1V的电位差的的电位差的 电容值称为电容值称为1F 1
14、/1FC U V q C 导出单位：欧姆（电阻单位）导出单位：欧姆（电阻单位） 导体两端加导体两端加1V电位差，产生电位差，产生1A电流时，导体阻值为电流时，导体阻值为1欧姆欧姆 11/VA U R I 导出单位：导出单位：韦伯韦伯（磁通量单位）（磁通量单位） 在一匝线圈的电路中，将在一匝线圈的电路中，将1V的电动势在的电动势在1s钟内均匀地降为钟内均匀地降为0 时所产生的磁通量定义为时所产生的磁通量定义为1Wb 11WbstVE 导出单位：导出单位：特斯拉特斯拉（磁通密度单位）（磁通密度单位） 垂直于磁感应线的垂直于磁感应线的1平方米平方米面积上通过面积上通过1Wb的的磁通量磁通量时，定时，
15、定 义磁通密度为义磁通密度为1T. 2 1/1BT S Wb m 导出单位：导出单位：亨利亨利（电感单位）（电感单位） 回路中流过回路中流过1A电流时产生电流时产生1Wb磁链的电感称为磁链的电感称为1H 1/1H I ALWb 导出单位：导出单位：安安/米米（磁场强度单位）（磁场强度单位） 磁感应强度与介质磁导率的比值，定义为磁场强度。磁感应强度与介质磁导率的比值，定义为磁场强度。 2 BV s mVAA H msmmm 4-6 负载负载的的机械特性机械特性 电动机拖动生产机械运转，构成一个电动机拖动生产机械运转，构成一个电力拖动系统电力拖动系统，其工作状况不，其工作状况不 仅取决于仅取决于电
16、动机电动机的特性，同时也取决于作为的特性，同时也取决于作为负载负载的的生产机械生产机械的特性。生的特性。生 产机械的负载产机械的负载转矩转矩与转速之间的关系称为与转速之间的关系称为负载负载的的机械特性机械特性。由。由负载性质负载性质 决定。决定。 一、一、恒转矩恒转矩负载负载 (1)反抗性反抗性恒转矩负载恒转矩负载: (负载转矩的大小为负载转矩的大小为常量常量，与转速无关，与转速无关) 转矩方向总是和转速方向相反，永远是阻转矩。 (2)势能性势能性恒转矩负载恒转矩负载：转矩方向不随转速方向改变。如重力型负载。 二、二、泵类泵类负载负载 转矩的大小与转速平方成正比。例如：泵，风机等例如：泵，风机
17、等 三、三、恒功率恒功率负载负载 负载转矩基本上与转速反比。例如：车床进刀。功率基本不变。 n TO n TO n T O n T O 4-7 电动机电动机稳定运行稳定运行的条件的条件 最简单的电力拖动系统就是最简单的电力拖动系统就是电动机电动机与与生产机械轴对轴生产机械轴对轴直接相连。实直接相连。实 际情况复杂得多，但可以简化为简单情况来分析。电动机际情况复杂得多，但可以简化为简单情况来分析。电动机负载负载运行时，运行时， 一般负载转矩一般负载转矩T2T0，故在拖动分析时忽略，故在拖动分析时忽略T0。同轴相连时，电动机与。同轴相连时，电动机与 负载的负载的转速转速始终相等。始终相等。 当电动
18、机转矩当电动机转矩T T2时时,系统加速系统加速;反之反之,系统减速。系统减速。T=T2时，系统转速稳时，系统转速稳 定。也就是说在电动机的机械特性与负载的机械特性的定。也就是说在电动机的机械特性与负载的机械特性的交点交点处转速将不变。处转速将不变。 转速不变并不意味着电动机在该点就能稳定运行。转速不变并不意味着电动机在该点就能稳定运行。 判断工作点是否稳定的方法为：判断工作点是否稳定的方法为： 给该点施加给该点施加干扰干扰，使，使转速转速变化，然后取变化，然后取 消干扰，如果转速能恢复，则该点为消干扰，如果转速能恢复，则该点为稳定稳定点，反之为点，反之为不稳定不稳定点。点。 稳定运行的条件为
19、稳定运行的条件为: (1)电动机与负载两条机械特性有电动机与负载两条机械特性有交点交点； (2)交点处交点处 dT/dn dTz/dn。 n T O 0 n A n T O 0 n A B C n T O 0 n A 4-8 他励直流电动机他励直流电动机调速调速方法方法 电动机电动机拖动机械拖动机械负载负载运转时，电动机与负载就构成了一个运转时，电动机与负载就构成了一个 拖动系统拖动系统。 要使得系统要使得系统稳定稳定运行，运行，电动机电动机和和负载负载的的机械特性机械特性就必须同就必须同 时得到满足。也就是说时得到满足。也就是说系统系统的的工作点工作点就是电动机和负载机械就是电动机和负载机械
20、 特性的特性的交点交点。 只要改变了这一只要改变了这一交点交点（工作点工作点），也就改变了系统），也就改变了系统转速转速。 研究电动机调速时，总是假定研究电动机调速时，总是假定负载的机械特性负载的机械特性不变。要改变不变。要改变 工作点工作点，只能设法改变，只能设法改变电动机电动机的的机械特性机械特性。 O n T A z T n T B z T A A n B n O A n 0 2 a eeT RU n CC C nTT 他励直流电动机的他励直流电动机的机械特性机械特性 n T O 0 n N T N n n T O 0 n 4 3 2 1 减减 小小 磁磁 通通 n TO 0 n 1 U
21、 2 U 3 U 4 U 降降 低低 电电 压压 n T O 0 n a R 1ap RR 2ap RR 3ap RR 增增 加加 电电 阻阻 固有固有 机械机械 特性特性 固有机械特性固有机械特性 人为机械特性人为机械特性 改变电枢电压改变电枢电压 改变磁通（励磁电流）改变磁通（励磁电流） 电枢回路串入电阻电枢回路串入电阻 4-8 他励直流电动机他励直流电动机调速调速方法方法 0 2 a eeT RU n CC C nTT 对应于对应于三种人为机械特性三种人为机械特性，他励直流电动机的，他励直流电动机的调速方法调速方法有三种有三种: （1）改变）改变电枢电压电枢电压U； （2）改变）改变磁通
22、磁通即改变即改变励磁电流励磁电流； （3）电枢串入）电枢串入电阻电阻Rp。 一、改变电枢电压调速一、改变电枢电压调速 降低电枢电压时，电动机机械特性降低电枢电压时，电动机机械特性 平行下移。负载不变时，交点也下移，平行下移。负载不变时，交点也下移， 速度也随之改变。速度也随之改变。 调速过程分析调速过程分析： 降压前：降压前： 工作点为工作点为 A1 , 转速为转速为 nA1 降压瞬间：降压瞬间：转速没来得及改变转速没来得及改变还是还是 nA1 , 但但工作点工作点变为变为B1. 降压过程中，电动机机械特性向下平降压过程中，电动机机械特性向下平 移，工作点由移，工作点由 A1-B1-A2-B2
23、-A3-B3-A4变变 化。最后稳定在化。最后稳定在A4点点, 转速变为转速变为nA4 。 n T O 0 n 11 (,) AZ A nT 2 A 3 A 44 (,) AZ A nT 1 B 2 B 3 B 举例：一直流他励电动机（不计饱和）举例：一直流他励电动机（不计饱和） 86A N I 20V2 N U 3000r/min N n 负载和励磁情况不变，将电枢电压降为负载和励磁情况不变，将电枢电压降为215V,215V,求求 （1 1）电源电压下降瞬间的电枢电流，转速。）电源电压下降瞬间的电枢电流，转速。 （2 2）稳定后的电枢电流和转速。）稳定后的电枢电流和转速。 0.1 a R 解
24、答：解答： 优点优点：调速后，转速稳定性不变、无级、平滑、损耗小。便于计算机控制。：调速后，转速稳定性不变、无级、平滑、损耗小。便于计算机控制。 缺点缺点：需要专门设备，成本较高。：需要专门设备，成本较高。（可控硅调压调速系统）（可控硅调压调速系统） Z T 解：设原额定工作点为解：设原额定工作点为A, ,电源电压下降瞬间工作点为电源电压下降瞬间工作点为B, ,稳定后工作点为稳定后工作点为C。 (1) (1) 在电源电压下降的瞬间，转速没来得及改变，仍然为额定转速。在电源电压下降的瞬间，转速没来得及改变，仍然为额定转速。 n T O 0 n A C B 3000r/min BN nn 2200
25、.1 86211.4V BeBB eNNaNNaN ECn CnEUR I 215211.4 36 0. A 1 BB B a UE I R (2) 稳定后，稳定后，C点与点与A点的转矩相同。由于：点的转矩相同。由于： = cTcATA TCITCI 所以所以 86A cA II 215=86 0.1 206.4V ccac EUR I 206.4 30002929 211 r/mi 4 n . c cN aN E nn E 问题问题1 对于对于他励直流电动机电动机他励直流电动机电动机，采取降压调速时，调速前与调速后，采取降压调速时，调速前与调速后 A 转速与电压成正比转速与电压成正比; B
26、转速差与电压差成正比转速差与电压差成正比 假设调速过程中电机磁路未饱和。假设调速过程中电机磁路未饱和。 Z T 二、二、改变励磁电流调速改变励磁电流调速（弱磁增速弱磁增速） 减少励磁电流时，磁通减少励磁电流时，磁通减少，电动机减少，电动机 机械特性机械特性n0点和点和斜率斜率增大。负载不变时，增大。负载不变时， 交点交点也上移，速度也随之改变。也上移，速度也随之改变。 优点优点：励磁回路电流：励磁回路电流 小约为小约为(13)%IN , 损耗损耗 小，连续调速，易控制。小，连续调速，易控制。 缺点缺点：只能上调，最高只能上调，最高 转速受机械强度的限制，负转速受机械强度的限制，负 载转矩大时调
27、速范围小。载转矩大时调速范围小。 n T 0 n 1 A 2 A 3 A 4 A 1 B 2 B 3 B O 调速过程分析调速过程分析： 弱磁前：弱磁前： 工作点为工作点为 A1 , 转速为转速为 nA1 弱磁瞬间：弱磁瞬间：转速没来得及改变转速没来得及改变还是还是nA1， 但但工作点工作点变为变为B点。点。 弱磁过程中，电动机机械特性向上移动，弱磁过程中，电动机机械特性向上移动， 工作点由工作点由 A1-B1-A2-B2-A3-B3-A4变化。最变化。最 后稳定在后稳定在A4点点,转速也变为转速也变为nA4 。 举例：一直流他励电动机举例：一直流他励电动机 86A N I 20V2 N U
28、3000r/min N n 负载和电压不变，将磁通降为原来的负载和电压不变，将磁通降为原来的80%,80%,求求 （1 1）弱磁瞬间的电枢电流，转速。）弱磁瞬间的电枢电流，转速。 （2 2）稳定后的电枢电流和转速。）稳定后的电枢电流和转速。 0.1 a R 解答：解答： z T 解：设原额定工作点为解：设原额定工作点为A，弱磁瞬间工作点为，弱磁瞬间工作点为B, , 稳定后工作点为稳定后工作点为C。 (1) (1) 在弱磁瞬间，转速没来得及改变，仍然为额定转速。在弱磁瞬间，转速没来得及改变，仍然为额定转速。 n T O 0 n A C B 3000r/min BN nn 0.80.80.8()
29、0.8(2200)16.169 28. V BeBB eNNaNNaN ECn CnEUR I 220 A 169.2 508 0.1 BB B a UE I R (2) 稳定后，稳定后，C点与点与A点的转矩相同。由于：点的转矩相同。由于： cTCcTAA TCICI 所以所以 1 A 0. 10 8 7.5 cA II 220107.5 0.1 209.V5=2 ccac EUR I 209.251 30003712 211.40.8 r/min cA cN aNC E nn E L T 三、三、电枢回路串入调节电阻调速电枢回路串入调节电阻调速 给电枢回路串入电阻给电枢回路串入电阻Rp时，电
30、动机时，电动机机械机械 特性特性的的斜率斜率增大，与负载机械特性的增大，与负载机械特性的交点交点 也会改变，达到调速目的。也会改变，达到调速目的。 优点优点：设备简单、操作方便。：设备简单、操作方便。 缺点缺点：只能降速：只能降速,低速时变化低速时变化 率较大率较大,电枢电流较大电枢电流较大,难连续难连续 调速调速,有损耗。有损耗。 T O 0 n 1 A 2 A 3 A 4 A 1 B 2 B 3 B 调速过程分析调速过程分析： 串电阻前：串电阻前： 工作点为工作点为 A1 , 转速为转速为 nA1 串电阻瞬间：串电阻瞬间：转速没来得及改变转速没来得及改变还是还是 nA1 ， 但但工作点工作
31、点变为变为B点。点。 调节电阻过程中，电动机机械特性向上调节电阻过程中，电动机机械特性向上 移动，工作点由移动，工作点由 A1-B1-A2-B2-A3-B3-A4变变 化。最后稳定在化。最后稳定在A4点，转速也变为点，转速也变为 nA4 。 。 举例：一直流他励电动机举例：一直流他励电动机 86A N I 20V2 N U 3000r/min N n 负载不变，给电枢回路串入负载不变，给电枢回路串入0.9 欧姆的欧姆的, ,求求 （1 1）串电阻瞬间的电枢电流，转速。）串电阻瞬间的电枢电流，转速。 （2 2）稳定后的电枢电流和转速。）稳定后的电枢电流和转速。 0.1 a R 解答：解答： 解：
32、设原额定工作点为解：设原额定工作点为A，串电阻瞬间工作点为，串电阻瞬间工作点为B, , 稳定后工作点为稳定后工作点为C。 (1) (1) 在串电阻瞬间，转速没来得及改变，仍然为额定转速。在串电阻瞬间，转速没来得及改变，仍然为额定转速。 n T O 0 n A C B 3000r/min BN nn 2200.1 86211.4V BeBB eNNaNNaN ECn CnEUR I 220211.4 8.6 0.19 A 0. BB B ap UE I RR (2) 稳定后，稳定后，C点与点与A点的转矩相同。由于：点的转矩相同。由于： cTcTA TCICI 所以所以 86A cA II 220
33、=1V86134 ccac EUR I 134 30001902 211. r/min 4 c cN aN E nn E L T 四、四、并励电动机改变电枢电压调速并励电动机改变电枢电压调速 降低降低电枢电压电枢电压时，并励电动机的时，并励电动机的励励 磁电流磁电流也按比例（不计饱和）下降。也按比例（不计饱和）下降。 这样，这样，n0 将保持不变，将保持不变， 增大，机械特增大，机械特 性下移。负载不变时，交点也下移，性下移。负载不变时，交点也下移， 速度也随之下降。速度也随之下降。 在分析计算在分析计算并励电动机并励电动机降压调速问降压调速问 题时，一定要考虑由于电压下降所引题时，一定要考虑
34、由于电压下降所引 起的起的磁通磁通下降。下降。 n T O 0 n 1 A 2 A 3 A 4 A 1 B 2 B 3 B 0 2 a eeT RU n CC C nTT U a I I n a E f R f I 举例：一直流并励电动机举例：一直流并励电动机 86A N I 20V2 N U 3000r/min N n 负载不变，将电源电压降为负载不变，将电源电压降为215V, ,求求 （1 1）降压瞬间的电枢电流，转速。）降压瞬间的电枢电流，转速。 （2 2）稳定后的电枢电流和转速。）稳定后的电枢电流和转速。 0.1 a R 解答：解答： 解：设原额定工作点为解：设原额定工作点为A A，电
35、源电压下降瞬间工作点为，电源电压下降瞬间工作点为B, B, 稳定后工作点为稳定后工作点为C C。 (1) (1) 在电源电压下降的瞬间，转速没来得及改变，仍然为额定转速。在电源电压下降的瞬间，转速没来得及改变，仍然为额定转速。 n T O 0 n A C B 3000r/min BN nn 215 0.977 220 0.97 (7 0.977 2200.1 ) ()V86206.6 BeBB eNNaN NaN ECn CnE UR I 215206.6 84 0. A 1 BB B a UE I R (2) 稳定后，稳定后，C点与点与A点的转矩相同。由于：点的转矩相同。由于： = cTcc
36、ATAA TCITCI 所以所以 8 A8 A cA C II 215=88 0.1 206.2V ccac EUR I 206.2220 30002994 211.4215 r/min cA cN aNC E nn E 四、四、改变电动机转向的方法改变电动机转向的方法 要改变电动机要改变电动机转向转向，就必须改变，就必须改变电磁转矩电磁转矩的方向。的方向。 根据直流电动机根据直流电动机电磁转矩电磁转矩的产生机理，单独改变的产生机理，单独改变磁通磁通方向（通过改变方向（通过改变 励磁绕组连接）或者单独改变励磁绕组连接）或者单独改变电枢电流电枢电流的方向，均可以改变的方向，均可以改变电磁转矩电磁
37、转矩的的 方向。故改变转向的方法：方向。故改变转向的方法： 对于对于并励电动机并励电动机(或者他励或者他励)： （1）单独单独将将励磁绕组励磁绕组两端两端对调对调。或者。或者 （2）单独单独将将电枢绕组电枢绕组两端两端对调对调。 Ta TCI U a I I n a E f R f I 1 F 2 F 1 A 2 A 问题问题2 2 对于并励直流电动机，如对于并励直流电动机，如 直接改变电源极性，则转向：直接改变电源极性，则转向： A 会改变；会改变；B 不会改变不会改变 问题问题3 对于对于串励电动机串励电动机，如何改变其转向？，如何改变其转向？ A 单独单独将将串励绕组串励绕组两端两端对调
38、对调 ; B 单独单独将将电枢绕组电枢绕组两端两端对调；对调； C 直接改变直接改变电源电源极性。极性。 U a I I n a E 1 C 2 C 1 A 2 A 问题问题4 对于复励对于复励电动机电动机，如何改变其转向？，如何改变其转向？ A 单独单独将将串励绕组串励绕组两端两端对调对调 ; B 单独单独将将并励并励两端两端对调；对调； C 单独单独将将电枢绕组电枢绕组两端两端对调对调；D 直接改变直接改变电源电源极性极性; E 分别分别将将串励绕组串励绕组两端和两端和并励绕组并励绕组两端两端对调。对调。 U a I I n a E 1 C2 C 1 A 2 A 1 F 2 F 改变直流电
39、动机改变直流电动机转向转向的方法：的方法： 1）同时同时改变改变所有励磁绕组所有励磁绕组的极性的极性; 2） 单独单独改变改变电枢绕组电枢绕组的极性的极性。 直流电动机调速直流电动机调速 小小 结结 1. 理解并掌握直流电动机的理解并掌握直流电动机的机械特性机械特性公式：公式： 0 2 a eeT RU n CC C nTT 2. 理解掌握三种理解掌握三种调速方法调速方法，并学会用来分析解决，并学会用来分析解决实际问题实际问题。 3. 比较三种调速方法的优缺点比较三种调速方法的优缺点 调速方法 优点 缺点 改变电枢电压 转速稳定性好、无级、转速稳定性好、无级、 平滑、损耗小平滑、损耗小 需要专
40、门设备，成本较高需要专门设备，成本较高 改变磁通 损耗小，连续调速，损耗小，连续调速， 易控制。易控制。 只能上调，负载转矩大时调速范围小。只能上调，负载转矩大时调速范围小。 电枢串电阻 设备简单、操作方便设备简单、操作方便 只能降速只能降速, 难连续调速难连续调速,电阻上有损耗电阻上有损耗 4 4 改变直流电动机改变直流电动机转向转向的方法：的方法： 1 1）同时同时改变改变所有励磁绕组所有励磁绕组的极性的极性; ; 2 2） 单独单独改变改变电枢绕组电枢绕组的极性的极性。 4-9 直流电动机的直流电动机的制动制动 制动问题：在生产过程中，经常需要采取一些措施使电动机尽快制动问题：在生产过程
41、中，经常需要采取一些措施使电动机尽快停转停转， 或者从某高速降到某或者从某高速降到某低速运转低速运转，或者限制位能性负载在某一转速下稳定运，或者限制位能性负载在某一转速下稳定运 转，这就是电动机的制动问题。转，这就是电动机的制动问题。 实现制动有两种方法，实现制动有两种方法，机械制动机械制动和和电磁制电磁制 动动。 电磁制动是使电机在制动时使电机产生与其旋转方向相反的电磁制动是使电机在制动时使电机产生与其旋转方向相反的电磁电磁转矩转矩, , 其特点是其特点是制动转矩制动转矩大大, ,操作控制方便。直流电动机的操作控制方便。直流电动机的电磁制动电磁制动类型有类型有能耗能耗 制动制动、反接制动反接
42、制动和和回馈制动回馈制动。 一、能耗制动一、能耗制动 U f R K L R （1）能耗制动过程）能耗制动过程B-O n T O 0 n A B Z T Z T 电机：电机：他励直流电动机他励直流电动机； 负载：负载：反抗性恒转矩负载反抗性恒转矩负载 制动时电机处于发电状态，转制动时电机处于发电状态，转 子动能转化为电能消耗在制动电子动能转化为电能消耗在制动电 阻上。所以称为能耗制动。阻上。所以称为能耗制动。 2 aL eeT RRU CC C nTT 制动电阻越小，制动开始时产生的制动电阻越小，制动开始时产生的 制动转矩就越大。制动转矩就越大。 高速时能耗制动作用较大，低速时应配合机械制动装
43、置使系统停掉。高速时能耗制动作用较大，低速时应配合机械制动装置使系统停掉。 （2）能耗制动运行）能耗制动运行O-C 电机：电机：他励他励；负载：；负载：势能性恒转矩负载势能性恒转矩负载 采用采用能耗制动能耗制动时，工作点从时，工作点从ABO,BO 是能耗制动过程，到了是能耗制动过程，到了O点后，如不采取其他点后，如不采取其他 制动措施，则系统会在负载转矩的作用下反转，制动措施，则系统会在负载转矩的作用下反转， 工作点沿着能耗制动曲线到达工作点沿着能耗制动曲线到达C后才稳定运行。后才稳定运行。 在在C点，电磁转矩为负，与转速方向相反是制点，电磁转矩为负，与转速方向相反是制 动转矩。在动转矩。在C
44、点的运行方式称为能耗制动运行。点的运行方式称为能耗制动运行。 n T O 0 n A B Z T C c n 二、反接制动二、反接制动 U f R K L R 他励电动机拖动反抗性恒他励电动机拖动反抗性恒 转矩负载运行。转矩负载运行。 通过反接闸刀把电源突然通过反接闸刀把电源突然 反接，同时在电枢支路串入反接，同时在电枢支路串入 限流电阻限流电阻R。 0 2 aL eeT RRU n CC nT C T 如图所示，工作点如图所示，工作点ABC,在在C点时，点时，n=0。这时应将电源切掉。在。这时应将电源切掉。在BC 的过程中转速为正，电磁转矩为负，起的过程中转速为正，电磁转矩为负，起制动制动作
45、用。作用。 如果在如果在C点时，电动机的转矩大于负载转矩点时，电动机的转矩大于负载转矩(绝对值绝对值)而没有切除电源，则电而没有切除电源，则电 动机在电磁转矩作用下将反向起动，作为反转的电动机运行。如图中的动机在电磁转矩作用下将反向起动，作为反转的电动机运行。如图中的D点。点。 对于频繁正反转的电力拖动系统，常采用这种先反接制动停车，再反向起对于频繁正反转的电力拖动系统，常采用这种先反接制动停车，再反向起 动的运行方式，达到迅速制动并反转的目的。对于要求准确停车的系统，采动的运行方式，达到迅速制动并反转的目的。对于要求准确停车的系统，采 用能耗制动较为方便。用能耗制动较为方便。 n T O 0
46、 n A B Z T Z T C 0 n D n T O 0 n A B Z T Z T C 0 n E D (2)电势反接制动（倒拉反转运行）电势反接制动（倒拉反转运行） 他励电动机拖动位能性恒转矩负载运行。电枢支路突然传入较大的电阻，他励电动机拖动位能性恒转矩负载运行。电枢支路突然传入较大的电阻， 则工作点则工作点ABCD，D点位于第点位于第iv象限，转速为负，电磁转矩为正，属象限，转速为负，电磁转矩为正，属 于制动运行。在于制动运行。在C点后，负载转矩大于电磁转矩，转速反向，感应电势也点后，负载转矩大于电磁转矩，转速反向，感应电势也 反向，所以称为电势反接制动。这种运行方式通常用在起重设
47、备低速下放反向，所以称为电势反接制动。这种运行方式通常用在起重设备低速下放 物体的场合。电动机的电磁转矩起制动作用，限制了重物的下放速度。物体的场合。电动机的电磁转矩起制动作用，限制了重物的下放速度。 n T O 0 n A B Z T D D n C 三、回馈制动三、回馈制动 (1)正向回馈制动正向回馈制动 他励直流电动机通过降低电压来减速时，若电压下降幅度较大，会使得工他励直流电动机通过降低电压来减速时，若电压下降幅度较大，会使得工 作点经过第作点经过第II象限，如图中的象限，如图中的BC段，转速为正而电磁转矩为负，电动机运段，转速为正而电磁转矩为负，电动机运 行于制动状态。在这一过程中，由于电源电压下降，使得行于制动状态。在这一过程中，由于电源电压下降，使得EaU,电流方向改电流方向改 变，电能从电动机回馈到电源。变，电能从电动机回馈到电源。 在电力机车下坡时，由于重力作用使得电动机转速高于原来的空载转速，在电力机车下坡时，由于重力作用使得电动机转速高于原来的空载转速， Ea增大，超过增大，超过U以后，电流也会反向，进入正向回馈制动状态。以后，电流也会反向，进入正向回馈制动状态。 (2)反向回馈制动反向回馈制动 他励电动机拖动势能性恒转矩负载运行。他励电动机拖动势能性恒转矩负载运行。 反接电源电压并给电枢支路
