直流电机工作原理.ppt

若导体切割磁力线，导体中会产生感应电动势直流直流电机电机的基本工作原理的基本工作原理(3)(3)电流磁效应：电流磁效应：通电的导体周围会产生磁场通电的导体周围会产生磁场•磁场的方向用磁场的方向用右手螺旋右手螺旋定则确定：定则确定： 直流电机基本工作原理直流电机基本工作原理AB直流电机物理模型直流电机物理模型 直流电机的物理模型直流电机的物理模型如图所示如图所示 线圈在磁场中旋转，线圈在磁场中旋转，线圈的两条边分别与两个线圈的两条边分别与两个彼此绝缘而且与线圈同轴彼此绝缘而且与线圈同轴旋转的铜片旋转的铜片连接，铜片上连接，铜片上又各压着一个又各压着一个固定不动的固定不动的电刷电刷电刷电刷换换向向片片直流发电机原理直流发电机原理IaEaT1T1. 原动机提供机械转矩原动机提供机械转矩T1，带动线圈逆时针旋转，当换向片，带动线圈逆时针旋转，当换向片A接电刷接电刷A’，换向片，换向片B接电刷接电刷B’时时线圈感应电动势线圈感应电动势：：A为高电位，为高电位，B为低电位；为低电位；电流电流：由：由A流出，由流出，由B流入；流入；电磁转矩电磁转矩：方向顺时针；：方向顺时针；2. 原动机提供机械转矩原动机提供机械转矩T1，带动线圈逆时针旋转，当换向片，带动线圈逆时针旋转，当换向片A接电刷接电刷B’，换向片，换向片B接电刷接电刷A’时时线圈感应电动势线圈感应电动势：：B为高电位，为高电位，A为低电位；为低电位；电流电流：由：由B流出，由流出，由A流入；流入；电磁转矩电磁转矩：方向顺时针；：方向顺时针；BA结论结论：线圈内部电流：线圈内部电流 I 交变交变，，感应电动势感应电动势 Ea交变交变，但，但电刷电刷电动势方向不变电动势方向不变，电磁转矩，电磁转矩T方向与方向与T1相反相反。

直流电动机原理直流电动机原理IaEaT1. 电源正接换向片电源正接换向片A，电源负接换向片，电源负接换向片B电流电流：由：由A流进，由流进，由B流出；流出；电磁转矩电磁转矩：方向逆时针；：方向逆时针；线圈感应电动势线圈感应电动势：：A为高电位，为高电位，B为低电位为低电位2. 线圈逆时针旋转线圈逆时针旋转——电源正接换向片电源正接换向片B，电源负接换向片，电源负接换向片A电流电流：由：由B流进，由流进，由A流出；流出；电磁转矩电磁转矩：方向逆时针；：方向逆时针；线圈感应电动势线圈感应电动势：：B为高电位，为高电位，A为低电位为低电位AB结论结论：线圈内部电流：线圈内部电流 Ia交变交变，，感应电动势感应电动势 Ea交变交变，且与电，且与电流方向相反，电磁转矩流方向相反，电磁转矩T方向方向不变不变发电机发电机①①右手定则判定电流方向右手定则判定电流方向②②左手定则判定转矩方向左手定则判定转矩方向 电动机电动机①①左手定则判定左手定则判定T方向方向②②右手定则判定感应电动势右手定则判定感应电动势 方向方向电动机和发电机都有电磁转矩电动机和发电机都有电磁转矩T与与n方向相反，方向相反， E与与Ia方向相同方向相同 吸收输入机械功率，输出电功率。

吸收输入机械功率，输出电功率 空载阻转矩 NS S n· ○TT0T 1电磁转矩原动机T与与n方向相同方向相同输出机械功率输出机械功率S□ ×N n· ○T 2· ○TT0负载电枢电势的性质电枢电势的性质直流发电机的工作原理图直流电动机的工作原理图直流发电机：电源电势(与电枢电流同方向)直流电动机：反电势(与电枢电流反方向) 电磁转矩的性质电磁转矩的性质直流发电机的工作原理图直流电动机的工作原理图发电机——制动转矩(与转速方向相反)电动机——驱动转矩(与转速方向相同) 主磁极主磁极换向磁极换向磁极电刷装置电刷装置机座机座端盖端盖磁极铁心磁极铁心励磁绕组励磁绕组电刷电刷刷握刷握绝缘支架绝缘支架压紧力调整装置压紧力调整装置转子转子定子定子直直流流电电机机（产生励（产生励（产生励（产生励 磁磁场）磁磁场）磁磁场）磁磁场）（产生电动势，流过电（产生电动势，流过电（产生电动势，流过电（产生电动势，流过电 流，产生电磁转矩）流，产生电磁转矩）流，产生电磁转矩）流，产生电磁转矩）转转 轴轴电枢铁心电枢铁心电枢绕组电枢绕组换换 向向 器器1、结构直流电机直流电机永磁直流电动机永磁直流电动机直流电机整体结构图直流电机整体结构图励磁绕组和串换向极励磁绕组和串换向极励磁绕组和串换向极励磁绕组和串换向极后的电枢绕组出线后的电枢绕组出线后的电枢绕组出线后的电枢绕组出线定子机座定子机座定子机座定子机座换向极铁心换向极铁心换向极铁心换向极铁心换向极绕组换向极绕组换向极绕组换向极绕组主主主主磁极铁磁极铁磁极铁磁极铁心心心心主主主主磁极绕组磁极绕组磁极绕组磁极绕组（励磁绕组）（励磁绕组）（励磁绕组）（励磁绕组）换向极绕组与励换向极绕组与励换向极绕组与励换向极绕组与励磁的串联接线磁的串联接线磁的串联接线磁的串联接线直流电机定子直流电机定子 轴轴轴轴端盖端盖端盖端盖电枢铁心电枢铁心电枢铁心电枢铁心电枢绕组电枢绕组电枢绕组电枢绕组和槽碶和槽碶和槽碶和槽碶电枢绕组电枢绕组电枢绕组电枢绕组端部端部端部端部换向器换向器换向器换向器轴承轴承轴承轴承直流电机的转子直流电机的转子 换向器换向器电枢铁心电枢铁心 电枢绕组电枢绕组电枢铁心冲片电枢铁心冲片 (0.5mm厚厚) （硅钢片）（硅钢片）涂绝缘漆冲涂绝缘漆冲片叠压而成片叠压而成轴向通风孔轴向通风孔直流电枢的铁心模型直流电枢的铁心模型 2. 主磁极主磁极 在在 主磁极铁心主磁极铁心 上固定上固定 励磁绕组励磁绕组，产生磁场并使电枢表，产生磁场并使电枢表面的气隙磁密按一定形状在空间分布。

主磁极铁心是由面的气隙磁密按一定形状在空间分布主磁极铁心是由1~1.5mm的的 低碳钢板低碳钢板 叠成极身极身极靴极靴机座机座主磁极主磁极励磁绕组励磁绕组3. 换向极换向极 一般用于一般用于1kW以上的直流电机中，位置在以上的直流电机中，位置在两主极之间两主极之间，，帮助电枢换向并消除或减弱电枢反应换向极铁心用帮助电枢换向并消除或减弱电枢反应换向极铁心用整块钢整块钢或或钢板绝缘后叠装钢板绝缘后叠装而成，换向绕组一般由粗的扁铜线绕成，而成，换向绕组一般由粗的扁铜线绕成，且且与电枢绕组相串联与电枢绕组相串联主主极极换换向向极极4. 电刷装置电刷装置电刷：由电刷：由 石墨石墨 做成的导电块；做成的导电块；刷握（刷盒）；刷握（刷盒）；刷杆支臂；刷杆支臂；刷辫：将电动势或电流引出或刷辫：将电动势或电流引出或引入电机，由细铜丝编成引入电机，由细铜丝编成  1. 1. 铭牌数据铭牌数据  根据国家标准，直流电机的额定数据有：根据国家标准，直流电机的额定数据有：  ⒈⒈额定功率额定功率 P PN N              指电机在铭牌规定的额定状态下运行时，电指电机在铭牌规定的额定状态下运行时，电机的输出功率，以机的输出功率，以 "W" "W" 为量纲单位。

若大于为量纲单位若大于 1kW 1kW 或或 1MW 1MW 时时, ,则用则用 kW kW 或或 MW MW 表示 ★★对于直流发电机，对于直流发电机，P PN N是指发电机带额定负载时，电刷输出是指发电机带额定负载时，电刷输出的功率，它等于额定电压和额定电流的乘积的功率，它等于额定电压和额定电流的乘积P PN N＝＝U UN NI IN N ★★对于直流电动机，对于直流电动机，P PN N是指电动机带额定负载时，转轴上输是指电动机带额定负载时，转轴上输出的机械功率，所以公式中还应有效率出的机械功率，所以公式中还应有效率ηηN N存在P PN N＝＝U UN NI IN NηηN N (η (ηN N额定效率）额定效率）电机的铭牌电机的铭牌⒉⒉额定电压额定电压 U UN N          指额定状态下电枢出线端的电压，以指额定状态下电枢出线端的电压，以 “ “V” V” 为为量纲单位量纲单位⒊⒊额定电流额定电流 I IN N          指电机在额定电压、额定功率时的电枢电流值，指电机在额定电压、额定功率时的电枢电流值，以以 “ “A” A” 为量纲单位为量纲单位。

⒋⒋额定转速额定转速 n nN N            指额定状态下运行时转子的转速，以指额定状态下运行时转子的转速，以r/minr/min为为量纲单位量纲单位⒌⒌额定励磁电流额定励磁电流 I If f            指电机在额定状态时的励磁电流值指电机在额定状态时的励磁电流值 电机的铭牌电机的铭牌额定条件下电机额定条件下电机所能提供的功率所能提供的功率指电刷间输出的指电刷间输出的额定电功率额定电功率发电机发电机指轴上输出指轴上输出的机械功率的机械功率电动机电动机发电机：是指输出额定电压；发电机：是指输出额定电压；电动机：是指输入额定电压电动机：是指输入额定电压在额定工况下，电机在额定工况下，电机出线端的平均电压出线端的平均电压在额定电压下，运行于在额定电压下，运行于额定功率时对应的电流额定功率时对应的电流在额定电压、额定电流下，运在额定电压、额定电流下，运行于额定功率时对应的转速行于额定功率时对应的转速电机的铭牌电机的铭牌对应于额定电压、额定电流、额对应于额定电压、额定电流、额定转速及额定功率时的励磁电流定转速及额定功率时的励磁电流指直流电机的励磁线圈指直流电机的励磁线圈与电枢线圈的连接方式与电枢线圈的连接方式励磁方式 此外，电机铭牌上还标有其它数据，如励磁电压、出厂日期、此外，电机铭牌上还标有其它数据，如励磁电压、出厂日期、出厂编号等。

出厂编号等●●电动机轴上输出的额定转矩用电动机轴上输出的额定转矩用T TN N表示，其大小等于输出的额表示，其大小等于输出的额定机械功率除以转子额定角速度，定机械功率除以转子额定角速度，即即T TN N= P= PN N /Ω/ΩN N=P=PN N/(2πn/(2πnN N/60)=9.55 P/60)=9.55 PN N/ n/ nN N※※实际运行时，电机不可能总是工作在额定运行状态，如果运实际运行时，电机不可能总是工作在额定运行状态，如果运行时电机的负载小于额定容量，称为行时电机的负载小于额定容量，称为欠载运行欠载运行；而电机的负载；而电机的负载超过额定容量，称为超过额定容量，称为过载运行过载运行长期的欠载或过载都不好长期的欠载或过载都不好电机的铭牌电机的铭牌例题例题1-11-1：： 一台直流电动机其额定功率一台直流电动机其额定功率P PN N=160kW=160kW，，额定电压额定电压U UN N=220V=220V，，额定效率额定效率ηηN N=90%=90%，，额定转速额定转速n nN N=1500r/min=1500r/min，求该，求该电动机额电动机额定运行状态时的输入功率、额定电流及额定转矩各是多少定运行状态时的输入功率、额定电流及额定转矩各是多少？？电机的铭牌电机的铭牌解：解：额定输入功率额定输入功率 P P1 1= P= PN N/ η/ ηN N=160/0.9=177.8kW=160/0.9=177.8kW 额定电流额定电流 I IN N= P= PN N/ U/ UN N η ηN N=160*10=160*103 3/220*0.9=808.1A/220*0.9=808.1A 额定转矩额定转矩 T TN N= 9.55 P= 9.55 PN N/ / n nN N=9.55*160* 10=9.55*160* 103 3 /1500=1018.7N• m/1500=1018.7N• m国产直流电机产品的型号：国产直流电机产品的型号： 电机产品的型号一般用大写印刷体的汉语拼音字母和阿电机产品的型号一般用大写印刷体的汉语拼音字母和阿拉伯数字表示。

其中拉伯数字表示其中汉语拼音字母是根据电机的全名称选汉语拼音字母是根据电机的全名称选择有代表意义的汉字，再从该字的拼音中得到择有代表意义的汉字，再从该字的拼音中得到，例如，，例如， Z ZA A—112/2—1—112/2—1其中，其中，Z—Z—直流电动机；直流电动机； A—A—设计系列号；设计系列号； 112—112—中心高中心高112mm 2—112mm 2—极数；极数； 1—11—1号铁心号铁心•Z2Z2系列是一般用途的中、小型直流电机，包括发电机和电系列是一般用途的中、小型直流电机，包括发电机和电动机及调压发电机动机及调压发电机•Z Z和和ZFZF系列是一般用途的大、中型直流电机系列系列是一般用途的大、中型直流电机系列Z Z是直流是直流电动机系列；电动机系列；ZFZF是直流发电机系列是直流发电机系列•ZQZQ系列是电力机车、工矿电机车和蓄电池供电电车用的直系列是电力机车、工矿电机车和蓄电池供电电车用的直流牵引电动机流牵引电动机•ZHZH系列是船舶上各种辅助机械用的船用直流电动机系列是船舶上各种辅助机械用的船用直流电动机。

•ZUZU系列是用于龙门刨床的直流电动机系列是用于龙门刨床的直流电动机（（3 3）额定电压）额定电压 （（V V）：在额定工作情况）：在额定工作情况时，电机出线端的平均电压值，直流电机一时，电机出线端的平均电压值，直流电机一般不是很高般不是很高发电机：输出端额定电压发电机：输出端额定电压电动机：输入端额定电压电动机：输入端额定电压（（4 4）额定电流）额定电流 （（A A）：额定情况下的电枢）：额定情况下的电枢电流发电机：发电机：电动机：电动机：（（5 5）额定转速）额定转速 （（r/minr/min））（（6 6））励磁方式励磁方式和额定励磁电流和额定励磁电流 （（A A））他励、并励、串励、复励他励、并励、串励、复励（（7 7）定额：分为连续、短时、间歇三种定额工作方式，）定额：分为连续、短时、间歇三种定额工作方式，未标注时即为连续定额工作方式，表示电机在额定情况未标注时即为连续定额工作方式，表示电机在额定情况下连续运行时，温升不致超过允许值下连续运行时，温升不致超过允许值8 8）绕组温升或绝缘等级：绝缘等级越高，其允许温）绕组温升或绝缘等级：绝缘等级越高，其允许温升就高。

升就高直流发电机直流发电机☞☞ 直流发电机通常按励磁方法分为：他励、并励、直流发电机通常按励磁方法分为：他励、并励、 串励和复励串励和复励☞☞ 其余三种其余三种 发电机的发电机的 励磁绕组中的励磁绕组中的 励磁电流均为励磁电流均为 电枢电流或电枢电流或 电枢电流的电枢电流的 一部分一部分————故故 称自励发电机称自励发电机直流电动机按定子励磁绕组的励磁方式分为四类：直流电动机按定子励磁绕组的励磁方式分为四类：1 1、、他励电动机他励电动机：励磁绕组：励磁绕组 由外加电源单独供电，由外加电源单独供电， 励磁电流的大小与电枢励磁电流的大小与电枢 两端电压或电枢电流的两端电压或电枢电流的 大小无关大小无关2 2、、并励电动机并励电动机：励磁绕组与电枢绕组并联连接，：励磁绕组与电枢绕组并联连接， 由外部电源一起供电由外部电源一起供电3 3、、串励电动机串励电动机：励磁绕组与电枢绕组串联连接，：励磁绕组与电枢绕组串联连接， 由外部电源一起供电由外部电源一起供电。

4 4、、复励电动机复励电动机：励磁绕组分为两部分，一部分与电：励磁绕组分为两部分，一部分与电 枢绕组并联连接，另一部分与电枢绕组串联连接枢绕组并联连接，另一部分与电枢绕组串联连接l直流电动机具有良好的起动性能和调速性能，广泛应用于对起动和调速性能要求高的场合l直流电动机按励磁方式可分为：他励、并励、串励和复励四种直流发电机稳态运行的基本方程直流发电机稳态运行的基本方程发发电电机机惯惯例例发电机外特性比较发电机外特性比较他励他励并励并励过复励过复励IN平复励平复励欠复励欠复励差复励差复励OI U UN 他励直流发电机的运行特性他励直流发电机的运行特性 直流发电机基本方程式中的四个变量直流发电机基本方程式中的四个变量U、、Ia(负载负载电流电流)、、If、、n，固定其中两个，就可以得到发电机的一，固定其中两个，就可以得到发电机的一个运行特性一般情况下，可以固定个运行特性一般情况下，可以固定n为额定恒值为额定恒值直流电动机的工作特性直流电动机的工作特性1 1、转速特性、转速特性 直流电动机的工作特性是指其端电压直流电动机的工作特性是指其端电压 U=UN、电枢回路、电枢回路无外串电阻、励磁电流无外串电阻、励磁电流 If=IfN时，电动机转速时，电动机转速 n、电磁转矩、电磁转矩 Te和效率和效率η三者与输出功率三者与输出功率 P2或电流或电流 I2之间的关系。

之间的关系电枢电流分别满足电枢回路方程和电磁转矩物理表达式：电枢电流分别满足电枢回路方程和电磁转矩物理表达式： 电动机稳态运行时，转轴保持力矩平衡，即电动机稳态运行时，转轴保持力矩平衡，即T=TL，若，若TL大小不变，则大小不变，则T为恒值，在磁通不变时，电枢电流为恒值，在磁通不变时，电枢电流 Ia 即为即为恒值因此，恒值因此，电动机的稳态电枢电流是由电动机的稳态电枢电流是由TL和和Φ的大小决定的大小决定的的根据他励直流电动机稳态运行方程式可得：根据他励直流电动机稳态运行方程式可得：当当TL增大时，增大时，T增大，转速增大，转速n降低串励和复励直流电动机串励和复励直流电动机 介绍串励和复励直流电动机的特点介绍串励和复励直流电动机的特点串励电动机稳态运行方程式：串励电动机稳态运行方程式： 1. 电流问题电流问题 (1) 电枢电流电枢电流 Ia 、励磁电流、励磁电流 If 和电源电流和电源电流 I 相同2) 励磁电流大，励磁绕组的导线粗，匝数少，励磁电流大，励磁绕组的导线粗，匝数少，Rf较小串励电动机串励电动机 与并励直流电动机相比，串励电动机具有如下优点：与并励直流电动机相比，串励电动机具有如下优点：a. 相同的相同的ΔT，串励电动机电枢电流变化量，串励电动机电枢电流变化量ΔIa小小，即负载转，即负载转矩变化时，电源供给的电流可以保持相对稳定的数值，波动矩变化时，电源供给的电流可以保持相对稳定的数值，波动较小。

较小b. 对应允许的最大电枢电流对应允许的最大电枢电流 Iamax=(1.5~2.0)IaN，可以产生较，可以产生较大的电磁转矩，因此，串励电动机大的电磁转矩，因此，串励电动机具有较大的起动转矩和过具有较大的起动转矩和过载能力载能力2. 电磁转矩问题电磁转矩问题 (1) 电枢电流电枢电流 Ia 较小时，磁路未饱和，较小时，磁路未饱和，ΦΦ∝∝Ia，，T∝∝Ia2(2) 电枢电流电枢电流 Ia 较大时，磁路饱和，较大时，磁路饱和，ΦΦ=常数，常数，T∝∝Ia3. 转速问题转速问题 (1) T=0时，时，Ia=If=I=0，，n0=U/(CEΦ)很大，约为很大，约为(5~6)nN(2) T较小时，磁路未饱和，较小时，磁路未饱和，T↑→Ia↑→Φ↑→n↓迅速下降迅速下降(3) T较大时，磁路饱和，磁通增加较大时，磁路饱和，磁通增加缓慢甚至不再增加，因而随转矩的缓慢甚至不再增加，因而随转矩的增加转速下降得缓慢，与他励直流增加转速下降得缓慢，与他励直流电动机类似电动机类似Tn04. 应用问题应用问题 (1) 适用于适用于负载转矩在较大范围内变化和要求有较大起动转负载转矩在较大范围内变化和要求有较大起动转矩及过载能力的生产机械矩及过载能力的生产机械，如起重机、电气机车等起重运输，如起重机、电气机车等起重运输设备；设备；(2) 串励电动机串励电动机不允许在空载和轻载下运行不允许在空载和轻载下运行，不应采用诸如，不应采用诸如皮带轮等传动方式，以免皮带滑脱造成电动机空载。

为安全皮带轮等传动方式，以免皮带滑脱造成电动机空载为安全起见，电动机与它所拖动的生产机械应采用直接耦合起见，电动机与它所拖动的生产机械应采用直接耦合 复励直流电动机复励直流电动机他励他励串励串励复励复励1. 机械特性介于并励电动机械特性介于并励电动机和串励电动机之间机和串励电动机之间2. 兼有并励和串励电动机兼有并励和串励电动机的优点，即由于有并励绕的优点，即由于有并励绕组，它可以在空载和轻载组，它可以在空载和轻载下运行，由于有串励绕组，下运行，由于有串励绕组，它的起动转矩和过载能力它的起动转矩和过载能力大 他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性 描述他励直流电动机描述他励直流电动机电磁转矩电磁转矩 和和转速转速 之之间的关系是研究电动机起动、调速、运行间的关系是研究电动机起动、调速、运行时的有效形式时的有效形式机械特性的一般表达式机械特性的一般表达式机械特性的斜率机械特性的斜率理想空载转速理想空载转速固有机械特性固有机械特性　　　　当电枢两端加当电枢两端加额定电压额定电压、气隙每极、气隙每极磁通量磁通量为额定值为额定值、电枢回路、电枢回路不串电阻不串电阻 时的机械特性称时的机械特性称为电动机的为电动机的固有固有 机械特性。

机械特性固有机械特性的特点：固有机械特性的特点：考虑电枢反应时考虑电枢反应时１、是一条下斜直线，斜率为１、是一条下斜直线，斜率为 ，其值很，其值很小，习惯上称为小，习惯上称为硬特性硬特性当斜率 很大时称为很大时称为软特软特性性2 2、、理想空载转速点理想空载转速点：：3 3、、额定转速点额定转速点：： ，额定转速降为，，额定转速降为， ，一般地说，约为，一般地说，约为 ，这是硬特性的数量体，这是硬特性的数量体现6 6、、固有机械特性位于三个象限之内，在第固有机械特性位于三个象限之内，在第ⅠⅠ象限象限为正向电动运行，其它两个象限都为制动运行其为正向电动运行，其它两个象限都为制动运行其中，第中，第ⅡⅡ象限为象限为发电状态发电状态，第，第ⅣⅣ象限为象限为起重机下放起重机下放重物状态重物状态5 5、、起动点起动点：： ，电磁转距，电磁转距 称为起称为起动转距，电枢电流动转距，电枢电流 称为起动电称为起动电流。

直接起动时，起动电流很大，会影响换向，流直接起动时，起动电流很大，会影响换向，因此，因此，直流电机（除微型）一般不允许直接起动直流电机（除微型）一般不允许直接起动【【例题例题】】一台他励直流电动机额定功率一台他励直流电动机额定功率 PN=96kW，额定电，额定电压压UN=440V，额定电流，额定电流IN=250A，额定转速，额定转速nN=500r/min，电，电枢回路总电阻枢回路总电阻Ra=0.078Ω求：(1) 理想空载转速理想空载转速n0；；(2) 固固有特性的斜率有特性的斜率β 解：解：(1)电动机额定状态时电动机额定状态时理想空载转速为理想空载转速为(2) 固有机械特性斜率固有机械特性斜率【【例题例题】】一台他励直流电动机额定功率一台他励直流电动机额定功率 PN=22kW，额定电，额定电压压UN=220V，额定电流，额定电流IN=115A，额定转速，额定转速nN=1500r/min，，电枢回路总电阻电枢回路总电阻Ra=0.1Ω，忽略空载转矩，忽略空载转矩T0，电动机拖动恒，电动机拖动恒转矩负载转矩负载TL=0.85TN运行，求稳定运行时电动机的转速、电运行，求稳定运行时电动机的转速、电枢电流及电动势。

枢电流及电动势解法一解法一：电动机稳态运行：电动机稳态运行电动机带恒转矩负载，磁通恒定，则电枢电流电动机带恒转矩负载，磁通恒定，则电枢电流电枢电动势电枢电动势电动机转速电动机转速解法二解法二：求解电动机的：求解电动机的CEΦΦN理想空载转速理想空载转速电动机带额定负载时的转速降落电动机带额定负载时的转速降落电动机转速电动机转速负载为负载为TL=0.85TN时的转速降落时的转速降落人为机械特性人为机械特性•他励直流电动机的参数如他励直流电动机的参数如电压电压、、励磁电流励磁电流、、电枢电枢回路电阻回路电阻 大小等改变后，其机械特性称为人为机大小等改变后，其机械特性称为人为机械特性1. 电枢回路串电阻的人为机械特性电枢回路串电阻的人为机械特性nTn0RaRa+R1Ra+R2R2>R1特点特点：：(1) 理想空载转速理想空载转速 n0不变；不变；(2) R越大，斜率越大，斜率 ββ 越大，硬度越越大，硬度越小，称为特性曲线变软小，称为特性曲线变软2. 降低电枢电压的人为机械特性降低电枢电压的人为机械特性特点特点：：(1) 斜率斜率 ββ不变，硬度不变，仍不变，硬度不变，仍为硬特性；为硬特性； (2) 理想空载转速理想空载转速 n0 随电压成比随电压成比例下降。

例下降nTn0UNU1U2U2

求：求：(1) 固有特性；固有特性；(2) 固有特性固有特性的斜率的斜率 解：解：(1)忽略忽略T0，则额定电磁转矩为，则额定电磁转矩为理想空载转速为理想空载转速为(2) 电枢回路总电阻电枢回路总电阻固有特性斜率固有特性斜率【【例题例题】】一台他励直流电动机的铭牌数据为：额定功率一台他励直流电动机的铭牌数据为：额定功率 PN=50kW，额定电压，额定电压UaN=220V，额定电流，额定电流IaN=250A，额定，额定转速转速nN=1150r/min试计算其固有机械特性试计算其固有机械特性解：解：(1) 估算额定电枢电动势，根据额定容量知道，这台电估算额定电枢电动势，根据额定容量知道，这台电动机属于中等容量电机，则取动机属于中等容量电机，则取(2) 计算计算CEΦN(3) 计算额定理想空载转速计算额定理想空载转速(4) 计算额定电磁转矩计算额定电磁转矩于是可得固有机械特性上的两点于是可得固有机械特性上的两点(1208.8，，0)和和(1150，，434.5) 例：一台他励直流电动机的铭牌数据为：例：一台他励直流电动机的铭牌数据为： 试计算其固有机械特性试计算其固有机械特性。

直流电机的换向直流电机的换向一、直流电机换向的定义一、直流电机换向的定义•换向是指旋转着的换向是指旋转着的电枢绕组元件电枢绕组元件 从从一条支路一条支路进入进入另一条支路另一条支路 时，在被电刷短接的过程中，元件内时，在被电刷短接的过程中，元件内电流方向所发生的变化电流方向所发生的变化•元件从开始换向到换向结束所用的时间称为元件从开始换向到换向结束所用的时间称为换向换向周期周期 ，通常为，通常为1—2ms的时间，甚至更短的时间，甚至更短单叠绕组单叠绕组二、换向问题的重要性二、换向问题的重要性•换向过程复杂，它不仅是换向过程复杂，它不仅是电磁电磁 的变化过程，同时的变化过程，同时还受到还受到机械机械、、化学化学、、电离电离等各种因素的影响；等各种因素的影响；•电流换向时，通常在换向结束时瞬间出现电流换向时，通常在换向结束时瞬间出现火花火花，，换向不良时将会出现强烈的火花，引起换向器表换向不良时将会出现强烈的火花，引起换向器表面和电刷的损坏，从而使电机不能继续运行面和电刷的损坏，从而使电机不能继续运行三、火花产生的原因三、火花产生的原因•主要是主要是电磁原因电磁原因：在换向过程中，电流的变化会：在换向过程中，电流的变化会使元件本身产生使元件本身产生自感电动势自感电动势；同时换向的元件间；同时换向的元件间有有互感电动势互感电动势；换向元件切割磁力线产生；换向元件切割磁力线产生切割电切割电动势动势；等等。

等等•若若合成电动势不为零合成电动势不为零，则换向快结束时需要将多，则换向快结束时需要将多余的能量释放，因此会出现火花余的能量释放，因此会出现火花四、改善换向的措施四、改善换向的措施•在主极之间加在主极之间加换向极（或主极上加装补偿绕换向极（或主极上加装补偿绕组）组）•换向极换向极磁通势磁通势 与与电枢磁通势电枢磁通势 方向方向相反相反，且数，且数值上略大于电枢反应磁通势值上略大于电枢反应磁通势•这样，换向极磁通势可以这样，换向极磁通势可以抵消抵消 电枢反应磁通电枢反应磁通势势，剩余的磁通势在换向元件里产生感应电，剩余的磁通势在换向元件里产生感应电动势，动势，抵消抵消 换向元件由于换向产生的换向元件由于换向产生的电动势电动势，，就可以消除电刷下的火花就可以消除电刷下的火花(5)电枢导条中的电流是交变的；电枢导条中的电流是交变的；(6)电机的磁场在大小和空间分布上是不变的，而主磁极与电机的磁场在大小和空间分布上是不变的，而主磁极与磁场无相对运动，因此主磁极中的磁通是不变的；磁场无相对运动，因此主磁极中的磁通是不变的；(7)电机的磁场在大小和空间分布上虽然不变，但电枢旋转电机的磁场在大小和空间分布上虽然不变，但电枢旋转与磁场有相对运动，因此电枢铁心中的磁通交变。

与磁场有相对运动，因此电枢铁心中的磁通交变他励直流电动机运行他励直流电动机运行他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动 除微型直流电机，一般直流电机除微型直流电机，一般直流电机都不允许直接起动都不允许直接起动电动机电动机拖动负载起动的一般条件：拖动负载起动的一般条件： 起动时一般要求：起动时一般要求：1、起动转矩较大及起动、起动转矩较大及起动后转速不致过高，避免过大的机械冲击；后转速不致过高，避免过大的机械冲击；2、电、电流冲击不要太大，以免对电源或电机本身造成流冲击不要太大，以免对电源或电机本身造成损害；损害；3、起动过程中损耗的能量少；、起动过程中损耗的能量少；4、设备、设备简单，易于控制简单，易于控制电枢回路串电阻起动电枢回路串电阻起动电枢回路串电阻起动的特点：电枢回路串电阻起动的特点：•电路构成简单；电路构成简单；•起动过程电阻会消耗能量，不适用于经常起动的起动过程电阻会消耗能量，不适用于经常起动的大中型直流电机大中型直流电机降电压起动降电压起动降电压起动的特点降电压起动的特点:•起动时没有附加损耗，可以将电压连续调节；起动时没有附加损耗，可以将电压连续调节；•要求电源可以连续调节，电路结构较复杂。

但目要求电源可以连续调节，电路结构较复杂但目前直流电机的电源都为可调电源，一般都是降电前直流电机的电源都为可调电源，一般都是降电压起动多于串电阻起动压起动多于串电阻起动【【例题例题8.9】】Z2-71他励直流电动机额定数据为：他励直流电动机额定数据为：PN=17kW，，UN=220V，，IN=90A，，nN=1500r/min，，Ra=0.147Ω，，计算计算：：(1) 直接起动时的起动电流；直接起动时的起动电流；(2) 拖动额定负载起动，若采拖动额定负载起动，若采用电枢回路串电阻启动，应串入多大电阻；若降压启动，电用电枢回路串电阻启动，应串入多大电阻；若降压启动，电压应降至多少？压应降至多少？(以顺利起动为条件以顺利起动为条件)解解：：(1)直接起动电流直接起动电流(2)若要顺利起动，则令若要顺利起动，则令IS=2IN，则，则TS=2TN，电枢回路串电阻，电枢回路串电阻降电压起动电源电压降电压起动电源电压他励直流电动机的调速方法他励直流电动机的调速方法•通过改变传动机构速比的调速方法为通过改变传动机构速比的调速方法为机械调速机械调速，通过，通过改变电动机参数而改变系统运行转速的调速方法为改变电动机参数而改变系统运行转速的调速方法为电电气调速气调速。

•由他励直流电动机的机械特性可以看出：可以通过三由他励直流电动机的机械特性可以看出：可以通过三种方法对电机进行种方法对电机进行电气调速电气调速——电枢回路串电阻调速电枢回路串电阻调速电枢回路串电阻调速电枢回路串电阻调速、、降电压调速降电压调速降电压调速降电压调速、、减弱磁通调速减弱磁通调速减弱磁通调速减弱磁通调速一、电枢回路串电阻调速一、电枢回路串电阻调速固有机械特性固有机械特性基速基速从基速向下调速；从基速向下调速；机械特性会变软；机械特性会变软；有级调速有级调速二、降电压调速二、降电压调速从基速向下调；从基速向下调；机械特性硬度不机械特性硬度不变；无级调速变；无级调速三、弱磁调速三、弱磁调速从基速向上调速；从基速向上调速；机械特性会变软；机械特性会变软；无级调速无级调速【【例题例题】】一台他励电动机，一台他励电动机， PN=4kW，，UaN=160V，，IaN=34.4A，，nN=1450r/min，用它拖动通风机负载在额定状态，用它拖动通风机负载在额定状态运行现采用改变电枢电路电阻调速试问要使转速降低至运行现采用改变电枢电路电阻调速试问要使转速降低至1200r/min，需在电枢电路串联多大的电阻，需在电枢电路串联多大的电阻Rr？？解：忽略空载损耗解：忽略空载损耗P0，则额定运行时电枢电动势，则额定运行时电枢电动势电枢回路总电阻电枢回路总电阻 通风机负载转矩与转速平方成正比，在磁通不变的情况通风机负载转矩与转速平方成正比，在磁通不变的情况下，电枢电流与电磁转矩成正比，则转速为下，电枢电流与电磁转矩成正比，则转速为1200r/min时的时的电枢电流为：电枢电流为：根据调速点处电枢回路方程根据调速点处电枢回路方程得外串电阻为得外串电阻为【【例题例题】】一台他励电动机，一台他励电动机， PN=4kW，，UaN=160V，，IaN=34.4A，，nN=1450r/min，用它拖动恒转矩负载运行，负载，用它拖动恒转矩负载运行，负载转矩为电动机的额定值。

现采用改变电枢电压调速，试问要转矩为电动机的额定值现采用改变电枢电压调速，试问要使转速降低至使转速降低至1000r/min，电枢电压应降为多少？，电枢电压应降为多少？解：忽略空载损耗解：忽略空载损耗P0，则额定运行时电枢电动势，则额定运行时电枢电动势电枢回路总电阻电枢回路总电阻 电动机拖动额定恒转矩负载，因此各调速点电枢电流都电动机拖动额定恒转矩负载，因此各调速点电枢电流都为额定电流，则转速为为额定电流，则转速为1000r/min时，根据电枢回路方程：时，根据电枢回路方程：【【例题例题】】一台他励电动机，一台他励电动机， PN=22kW，，UaN=220V，，IaN=115A，，nN=1500r/min，，Ra=0.1Ω，，忽略空载转矩忽略空载转矩T0，电，电动机带额定恒转矩负载运行，要求把转速降到动机带额定恒转矩负载运行，要求把转速降到1000r/min，，计算计算：：(1)采用电枢串电阻调速需串入的电阻值；采用电枢串电阻调速需串入的电阻值；(2)采用降采用降低电源电压调速需要把电源电压降到多少？低电源电压调速需要把电源电压降到多少？(3) 上述两种调上述两种调速情况下，电动机的输入功率与输出功率速情况下，电动机的输入功率与输出功率(输入功率不计励输入功率不计励磁回路的功率磁回路的功率)。

解：解：(1)电动机额定状态运行电动机额定状态运行(2) 采用降低电源电压调速，电枢电压为采用降低电源电压调速，电枢电压为(3) 电枢回路串电阻调速，输入功率电枢回路串电阻调速，输入功率忽略空载转矩，输出功率忽略空载转矩，输出功率电枢回路串电阻调速，所串电阻电枢回路串电阻调速，所串电阻降低电源电压调速，输入功率降低电源电压调速，输入功率输出功率与电枢回路串电阻调速相同输出功率与电枢回路串电阻调速相同【【例题例题】】一台他励直流电动机额定功率一台他励直流电动机额定功率PN=7.5kW，，UN=220V，，IN=41A，，nN=1500r/min，，Ra=0.376Ω，拖动恒转，拖动恒转矩负载运行，矩负载运行，TL=TN，把电源电压降到，把电源电压降到150V，问，问：：(1) 电源电源电压降低了但电动机转速还来不及变化的瞬间，电动机的电电压降低了但电动机转速还来不及变化的瞬间，电动机的电枢电流及电磁转矩各是多大？电力拖动系统的动转矩是多大枢电流及电磁转矩各是多大？电力拖动系统的动转矩是多大？？(2) 稳定运行转速是多少？稳定运行转速是多少？解解：：(1)电动机额定状态运行电动机额定状态运行在电源电压降低瞬间电枢电流在电源电压降低瞬间电枢电流则电磁转矩为则电磁转矩为额定电磁转矩为额定电磁转矩为动转矩为动转矩为(2) 电动机稳定运行转速为电动机稳定运行转速为调速的性能指标调速的性能指标1 1 调速范围调速范围调速范围调速范围D D电动机在额定负载下，电动机在额定负载下，电动机在额定负载下，电动机在额定负载下，最大转最大转最大转最大转速速速速 n nmaxmax 与最小转速与最小转速与最小转速与最小转速 n nminmin 之比，之比，之比，之比，对负载很轻的生产机械，对负载很轻的生产机械，对负载很轻的生产机械，对负载很轻的生产机械，可用实际负载下的最高与最低可用实际负载下的最高与最低可用实际负载下的最高与最低可用实际负载下的最高与最低转速来计算转速来计算转速来计算转速来计算调速的性能指标调速的性能指标1 1 调速范围调速范围调速范围调速范围D D不同生产机械要求的调速范围不同生产机械要求的调速范围生产机械类型生产机械类型生产机械类型生产机械类型调速范围调速范围调速范围调速范围车床车床车床车床20--12020--120龙门刨床龙门刨床龙门刨床龙门刨床10--4010--40机床的进给机构机床的进给机构机床的进给机构机床的进给机构5--2005--200轧钢机轧钢机轧钢机轧钢机3--1203--120造纸机造纸机造纸机造纸机3--203--20调速的性能指标调速的性能指标2 2 静差率静差率静差率静差率δ δ相对稳定性的程度用静差率相对稳定性的程度用静差率相对稳定性的程度用静差率相对稳定性的程度用静差率 δ δ来表示，是电动机在同一条机来表示，是电动机在同一条机来表示，是电动机在同一条机来表示，是电动机在同一条机械特性上额定负载时转速降落械特性上额定负载时转速降落械特性上额定负载时转速降落械特性上额定负载时转速降落ΔnΔn与该机械特性的理想空载与该机械特性的理想空载与该机械特性的理想空载与该机械特性的理想空载转速转速转速转速N N0 0之之之之比。

表明负载变化引比表明负载变化引比表明负载变化引比表明负载变化引起转速变化的大小程度，静差起转速变化的大小程度，静差起转速变化的大小程度，静差起转速变化的大小程度，静差率与调速范围是互相联系的两率与调速范围是互相联系的两率与调速范围是互相联系的两率与调速范围是互相联系的两项指标，项指标，项指标，项指标，系统可能达到最低速系统可能达到最低速系统可能达到最低速系统可能达到最低速 n nminmin 决决决决定于低速特性的静差率定于低速特性的静差率定于低速特性的静差率定于低速特性的静差率调速范围调速范围调速范围调速范围 D D 与低速静差率与低速静差率与低速静差率与低速静差率 δ δ 间的关系间的关系间的关系间的关系0TeNTen0an0bab∆ nNa ∆ nNb nO不同转速下的静差率Ø静差率与机械特性硬度的区别 然而静差率和机然而静差率和机然而静差率和机然而静差率和机械特性硬度又是有区械特性硬度又是有区械特性硬度又是有区械特性硬度又是有区别的一般调压调速别的一般调压调速别的一般调压调速别的一般调压调速系统在不同转速下的系统在不同转速下的系统在不同转速下的系统在不同转速下的机械特性是互相平行机械特性是互相平行机械特性是互相平行机械特性是互相平行的的的的 。

对于同样硬度的对于同样硬度的对于同样硬度的对于同样硬度的特性，理想空载转速特性，理想空载转速特性，理想空载转速特性，理想空载转速越低时，静差率越大，越低时，静差率越大，越低时，静差率越大，越低时，静差率越大，转速的相对稳定度也转速的相对稳定度也转速的相对稳定度也转速的相对稳定度也就越差调速的性能指标调速的性能指标–例如：在例如：在例如：在例如：在1000r/min1000r/min时降落时降落时降落时降落10r/min10r/min，，，，只占只占只占只占1%1%；在；在；在；在100r/min100r/min时同样降落时同样降落时同样降落时同样降落10r/min10r/min，，，，就占就占就占就占10%10%；如果在只有；如果在只有；如果在只有；如果在只有10r/min10r/min时，再降落时，再降落时，再降落时，再降落10r/min10r/min，，，，就占就占就占就占100%100%，这时电动机已经停止转动，转，这时电动机已经停止转动，转，这时电动机已经停止转动，转，这时电动机已经停止转动，转速全部降落完了速全部降落完了速全部降落完了速全部降落完了 因此，调速范围和静差率这两项指标因此，调速范围和静差率这两项指标并不是彼此孤立的，必须同时提才有意义。

并不是彼此孤立的，必须同时提才有意义调速系统的静差率指标应以最低速时所能调速系统的静差率指标应以最低速时所能达到的数值为准达到的数值为准Ø静差率与机械特性硬度的区别静差率与机械特性硬度的区别调速的性能指标调速的性能指标调速的性能指标调速的性能指标 设：电机额定转速设：电机额定转速nN为最高转速，转速降落为为最高转速，转速降落为 nN，，则按则按照上面分析的结果，该系统的静差率应该是最低速时的静照上面分析的结果，该系统的静差率应该是最低速时的静差率，即差率，即Ø调速范围、静差率和额定速降之间的关系 表示调压调速系统的调速范围、静差率和表示调压调速系统的调速范围、静差率和额定速降之间所应满足的关系对于同一额定速降之间所应满足的关系对于同一个调速系统，个调速系统，  nN 值一定，由式可见，如值一定，由式可见，如果对静差率要求越严，即要求果对静差率要求越严，即要求 s 值越小时，值越小时，系统能够允许的调速范围也越小系统能够允许的调速范围也越小 调速的性能指标调速的性能指标结论 一个调速系统的调速范围，是指在最低一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足所需静差率的转速可调范围。

速时还能满足所需静差率的转速可调范围例例题题3-1 某某直直流流调调速速系系统统电电动动机机额额定定转转速速为为，，额额定定速速降降  nN = 115r/min，，当当要要求求静静差差率率s≤30%时时，，允允许许多多大大的的调调速速范范围围？？如如果果要要求求静静差差率率s≤ 20%，，则则调调速速范范围围是是多多少少？？如如果果希希望望调调速速范范围围达达到到10，，所所能能满满足足的的静静差率是多少？差率是多少？调速的性能指标调速的性能指标解解 要求s≤ 30%时，调速范围为 若要求s≤ 20%，则调速范围只有若调速范围达到10，则静差率只能是调速的性能指标调速的性能指标调速的性能指标调速的性能指标3 3 调速的平滑性调速的平滑性调速的平滑性调速的平滑性调速的级数愈多则认为调速愈平滑，用平滑系数调速的级数愈多则认为调速愈平滑，用平滑系数调速的级数愈多则认为调速愈平滑，用平滑系数调速的级数愈多则认为调速愈平滑，用平滑系数 φ φ，，，，即相邻两级转速后线速度之比来衡量即相邻两级转速后线速度之比来衡量即相邻两级转速后线速度之比来衡量即相邻两级转速后线速度之比来衡量j￿ j￿ j￿ j￿ = 1 = 1 = 1 = 1 时称为无级调速，此时转速连续可调。

时称为无级调速，此时转速连续可调时称为无级调速，此时转速连续可调时称为无级调速，此时转速连续可调调速的性能指标调速的性能指标4 4 调速时的容许输出调速时的容许输出调速时的容许输出调速时的容许输出调调调调速速速速运运运运行行行行中中中中在在在在额额额额定定定定电电电电流流流流状状状状态态态态下下下下，，，，电电电电动动动动机机机机轴轴轴轴上上上上输输输输出出出出转转转转矩矩矩矩与与与与输输输输出出出出功功功功率1 1）恒转矩调速方式）恒转矩调速方式）恒转矩调速方式）恒转矩调速方式2 2）恒功率调速方式）恒功率调速方式）恒功率调速方式）恒功率调速方式调速的性能指标调速的性能指标4 4 调速时的容许输出调速时的容许输出调速时的容许输出调速时的容许输出3 3）恒转矩调速的配合）恒转矩调速的配合）恒转矩调速的配合）恒转矩调速的配合恒转矩负载时恒转矩负载时恒转矩负载时恒转矩负载时，按，按，按，按 电动机在电动机在电动机在电动机在D D范围内任何范围内任何范围内任何范围内任何n n下都可带额定负载下都可带额定负载下都可带额定负载下都可带额定负载恒功率负载时恒功率负载时恒功率负载时恒功率负载时仍须按仍须按仍须按仍须按D D的的的的D D范围内任何范围内任何范围内任何范围内任何n n下实际需要输出功率下实际需要输出功率下实际需要输出功率下实际需要输出功率 若选择调压调速，电动机须按若选择调压调速，电动机须按若选择调压调速，电动机须按若选择调压调速，电动机须按 选择。

选择 选择电动机，造成浪费，选择电动机，造成浪费，选择电动机，造成浪费，选择电动机，造成浪费，调速的性能指标调速的性能指标4 4 调速时的容许输出调速时的容许输出调速时的容许输出调速时的容许输出4 4）恒功率调速的配合）恒功率调速的配合）恒功率调速的配合）恒功率调速的配合电动机在电动机在电动机在电动机在D D范围内任何范围内任何范围内任何范围内任何n n下都可带额定负载下都可带额定负载下都可带额定负载下都可带额定负载恒转矩负载时恒转矩负载时恒转矩负载时恒转矩负载时，按，按，按，按 恒功率负载时恒功率负载时恒功率负载时恒功率负载时电动机工作在电动机工作在电动机工作在电动机工作在n nminmin时，电动机的功率比负载大时，电动机的功率比负载大时，电动机的功率比负载大时，电动机的功率比负载大D D倍调速的性能指标调速的性能指标5 5 调速的经济性调速的经济性调速的经济性调速的经济性1) 设备投资设备投资2) 运行费用运行费用运行费用决定于调速过程的损耗，用效率运行费用决定于调速过程的损耗，用效率h h来说明来说明调速的性能指标调速的性能指标调速方法调速方法调速方法调速方法电枢串电阻电枢串电阻电枢串电阻电枢串电阻改变电枢电压改变电枢电压改变电枢电压改变电枢电压弱磁弱磁弱磁弱磁调速方向调速方向调速方向调速方向基速基速基速基速以下以下以下以下基速以下基速以下基速以下基速以下基速以上基速以上基速以上基速以上静差率静差率静差率静差率大大大大小小小小较小较小较小较小调速范围调速范围调速范围调速范围小小小小较大较大较大较大(4~8)(4~8)较小较小较小较小(1.2~4)(1.2~4)调速平滑性调速平滑性调速平滑性调速平滑性差差差差好好好好好好好好适应负载类型适应负载类型适应负载类型适应负载类型恒恒恒恒转矩负载转矩负载转矩负载转矩负载恒转矩负载恒转矩负载恒转矩负载恒转矩负载恒功率负载恒功率负载恒功率负载恒功率负载设备投资设备投资设备投资设备投资少少少少多多多多较小较小较小较小电能损耗电能损耗电能损耗电能损耗大大大大小小小小小小小小调速性能比较调速性能比较调速性能比较调速性能比较一、调速方式一、调速方式•“调速方式调速方式”问题讨论一种具体的调速方法是否问题讨论一种具体的调速方法是否与负载相与负载相匹配匹配匹配匹配 的问题，以便在调速过程中，电动的问题，以便在调速过程中，电动机都能得到机都能得到充分的应用充分的应用充分的应用充分的应用。

电动机在长期运行的条件下，电电动机在长期运行的条件下，电枢电流规定的上限值就是电枢额定电枢电流规定的上限值就是电枢额定电流充分利用电动机，就是让它工作流充分利用电动机，就是让它工作在电枢电流为额定值的情况下在电枢电流为额定值的情况下恒转矩调速方式恒转矩调速方式•在某种调速方法中，保持在某种调速方法中，保持电枢电流为额定值不变电枢电流为额定值不变电枢电流为额定值不变电枢电流为额定值不变，，若电动机电磁转矩恒定不变，则称这种调速方法若电动机电磁转矩恒定不变，则称这种调速方法属于恒转矩调速方式属于恒转矩调速方式•电枢回路串电阻电枢回路串电阻和和降电压的调速降电压的调速方法属于恒转矩方法属于恒转矩的调速方式的调速方式•恒转矩调速方式与恒转矩调速方式与恒转矩负载恒转矩负载相匹配电枢回路串电阻调速电枢回路串电阻调速固有机械特性固有机械特性降电压调速降电压调速恒功率调速方式：恒功率调速方式：•在某种调速方法中，保持在某种调速方法中，保持电枢电流为额定值不变电枢电流为额定值不变电枢电流为额定值不变电枢电流为额定值不变，，若电动机电磁功率恒定不变，则称这种调速方法若电动机电磁功率恒定不变，则称这种调速方法属于恒功率调速方式。

属于恒功率调速方式•弱磁升速弱磁升速属于恒功率调速方式属于恒功率调速方式•恒功率调速方式与恒功率调速方式与恒功率负载恒功率负载相匹配弱磁升速弱磁升速匹配问题：匹配问题：•恒功率调速方式与恒功率负载相匹配；恒功率调速方式与恒功率负载相匹配；•恒转矩调速方式与恒转矩负载相匹配恒转矩调速方式与恒转矩负载相匹配•泵类负载无论采用哪种调速方法都不能达到泵类负载无论采用哪种调速方法都不能达到匹配【【例题例题】】某台某台Z2-71他励电动机，他励电动机， PN=17kW，，UaN=220V，，IaN=90A，，nN=1500r/min，，Ra=0.147Ω该电动机在额定电压电动机在额定电压额定磁通时，拖动某负载运行时的转速额定磁通时，拖动某负载运行时的转速1550r/min，当负载，当负载要求向下调速，最低转速要求向下调速，最低转速nmin=600r/min，现采用降压调速方，现采用降压调速方法，请计算下面两种情况下调速时电枢电流的变化范围法，请计算下面两种情况下调速时电枢电流的变化范围：：(1)该负载为恒转矩负载；该负载为恒转矩负载；(2)该负载为恒功率负载该负载为恒功率负载解：解：(1)电动机额定状态运行电动机额定状态运行带恒转矩负载，磁通不变，电枢电流不变，则当转速为带恒转矩负载，磁通不变，电枢电流不变，则当转速为600r/min时，电枢电流时，电枢电流 Ia=43.61A(2) 带恒功率负载，转速为带恒功率负载，转速为1550r/min时，电枢电流时，电枢电流带恒转矩负载，转速为带恒转矩负载，转速为1550r/min时，电枢电流为时，电枢电流为转速为转速为nmin=600r/min时，设电枢电流为时，设电枢电流为Ia2，有，有二、调速范围和静差率二、调速范围和静差率•调速范围是指电动机在调速范围是指电动机在额定负载转矩额定负载转矩 调速时，其调速时，其最高转速与最低转速之比，用最高转速与最低转速之比，用D表示。

表示注意注意注意注意：最高转速受电动机的换向及机械强度限制，：最高转速受电动机的换向及机械强度限制，最低转速受生产机械对转速相对稳定性要求（即静最低转速受生产机械对转速相对稳定性要求（即静差率要求）的限制差率要求）的限制静差率静差率 或称或称转速变化率转速变化率，是指电动机由，是指电动机由理想空载到额定负载时转速的变化率理想空载到额定负载时转速的变化率注意注意注意注意：静差率越小，转速的相对稳定性越好，负载波动时，：静差率越小，转速的相对稳定性越好，负载波动时，转速变化也越小转速变化也越小1) 静差率与机械特性的硬度有关硬度越大，静差率越小，静差率与机械特性的硬度有关硬度越大，静差率越小，稳定性越好；硬度越小，静差率越大，稳定性越差；稳定性越好；硬度越小，静差率越大，稳定性越差；(2) 静差率与理想空载转速静差率与理想空载转速n0有关，有关，n0越大，静差率越小，稳越大，静差率越小，稳定性越好；定性越好；n0越小，静差率越大，稳定性越差越小，静差率越大，稳定性越差调速范围和静差率之间的关系：调速范围和静差率之间的关系：对于降低电压调速，对于降低电压调速，有：有：对于串电阻调速，有：对于串电阻调速，有：结论：结论： 静差率与调速范围指标相互制约。

实际调速中，应在满静差率与调速范围指标相互制约实际调速中，应在满足调速静差率要求的前提下，提高调速范围足调速静差率要求的前提下，提高调速范围【【例题例题】】某台他励电动机，某台他励电动机， PN=60kW，，UaN=220V，，IaN=305A，，nN=1000r/min，，Ra=0.04Ω求下列情况下电动机求下列情况下电动机的调速范围的调速范围：：(1)静差率静差率δ≤30%，电枢串电阻调速；，电枢串电阻调速；(2)静差静差率率δ≤20%，电枢串电阻调速；，电枢串电阻调速；(3)静差率静差率δ≤20%，降低电源，降低电源电压调速电压调速解：解：(1)电动机额定状态运行电动机额定状态运行理想空载转速理想空载转速静差率静差率δ≤30%，电枢串电阻调速，则有，电枢串电阻调速，则有得最低转速得最低转速调速范围调速范围(2) 静差率静差率δ≤20%，电枢串电阻调速，最低转速，电枢串电阻调速，最低转速(3) 静差率静差率δ≤20%，降低电源电压调速，额定转速降落，降低电源电压调速，额定转速降落最低转速对应的最低理想空载转速最低转速对应的最低理想空载转速最低转速最低转速调速范围调速范围调速范围调速范围【【例题例题】】Z2-62他励电动机，他励电动机， PN=13kW，，UaN=220V，，IN=68.7A，，nN=1500r/min，，Ra=0.224Ω，电枢串电阻调速，，电枢串电阻调速，要求要求δ=30%。

求求：：(1)电动机带额定负载转矩时的最低转速；电动机带额定负载转矩时的最低转速；(2)调速范围；调速范围；(3)电枢需串入的电阻最大值；电枢需串入的电阻最大值；(4) 运行在最运行在最低速带额定负载转矩时，电动机的输入功率、输出功率低速带额定负载转矩时，电动机的输入功率、输出功率(忽忽略略T0)及外串电阻上的损耗及外串电阻上的损耗解：解：(1)电动机额定状态运行电动机额定状态运行理想空载转速理想空载转速满足静差率要求的最低转速为满足静差率要求的最低转速为(2)调速范围为调速范围为(3)电枢回路所串电阻为电枢回路所串电阻为(4)电动机的输入功率电动机的输入功率电动机的输出功率电动机的输出功率(两种计算方法两种计算方法)外串电阻上的功率损耗外串电阻上的功率损耗【【例题例题】】上题中的电动机上题中的电动机，降低电源电压调速，要求，降低电源电压调速，要求δ=30%求求：：(1)电动机带额定负载转矩时的最低转速；电动机带额定负载转矩时的最低转速；(2)调速范围；调速范围；(3)电源电压需要调到的最低值；电源电压需要调到的最低值；(4) 运行在最低速带额定负运行在最低速带额定负载转矩时，电动机的输入功率、输出功率载转矩时，电动机的输入功率、输出功率(忽略空载损耗忽略空载损耗)。

解：解：(1)由上题可知由上题可知CEΦN=0.1364，，n0=1612.9r/min，则额定，则额定转速降落转速降落最低转速对应的最低理想空载转速为最低转速对应的最低理想空载转速为最低转速为最低转速为(2)调速范围为调速范围为(3)电源电压最低值为电源电压最低值为(4)电动机的输入功率为电动机的输入功率为电动机的输出功率为电动机的输出功率为调速的平滑性调速的平滑性•无级调速的平滑性最好；无级调速的平滑性最好；•有级调速的平滑性用平滑系数表示：相临两极转有级调速的平滑性用平滑系数表示：相临两极转速中，高一级转速与低一级转速之比速中，高一级转速与低一级转速之比四、调速的经济性四、调速的经济性•调速的经济性主要考虑调速的经济性主要考虑调速设备的初投资调速设备的初投资、、调速调速时电能的损耗时电能的损耗、、运行时的维修费用运行时的维修费用等电能的损等电能的损耗除了要考虑电动机本身的损耗外，还要考虑电耗除了要考虑电动机本身的损耗外，还要考虑电源的效率初投资应该考虑电动机和电源两方面源的效率初投资应该考虑电动机和电源两方面三种调速方法调速性能的比较三种调速方法调速性能的比较少少较少较少多多电能损耗电能损耗较多较多多多少少设备初投资设备初投资无级调速无级调速无级调速无级调速有级调速有级调速调速平滑性调速平滑性恒功率恒功率恒转矩恒转矩恒转矩恒转矩负载能力负载能力较好较好好好差差一定调速范一定调速范围内转速的围内转速的稳定性稳定性1.2~2;3~4(与与 无关无关)约约10~12约约2 调速范围调速范围向上调向上调向下调向下调向下调向下调调速方向调速方向减弱磁通减弱磁通降电压降电压电枢串电阻电枢串电阻调速方法调速方法他励直流电动机的他励直流电动机的电动与制动运行电动与制动运行 本节具体分析他励直流电动机在各个象本节具体分析他励直流电动机在各个象限内不同的运行状态。

分析的方法是利用电限内不同的运行状态分析的方法是利用电枢回路方程及其机械特性枢回路方程及其机械特性p 他励直流电动机他励直流电动机 拖动各种类型的负载运行时，拖动各种类型的负载运行时，若改变其电源电压、磁通及电枢回路所串电阻，若改变其电源电压、磁通及电枢回路所串电阻，工作点工作点 就会分布在就会分布在四个象限四个象限 之内p 在在 n-T 二维坐标系中，若二维坐标系中，若 T 与与 n 同方向同方向（同（同正同负），则电动机运行在正同负），则电动机运行在电动状态电动状态若 T与与 n反方向反方向，则电动机运行在，则电动机运行在制动状态制动状态二二. 能耗制动能耗制动UaR2R1EaIaUaR2R1EaIa电动电动制动制动1. 能耗制动电路图能耗制动电路图 电动机在电动运行时，将电枢与电动机在电动运行时，将电枢与电源断开，串联一个制动电阻电源断开，串联一个制动电阻R22. 能耗制动电枢回路方程及机械特性能耗制动电枢回路方程及机械特性3. 能耗制动功率流向能耗制动功率流向负载机械能负载机械能→电枢绕组电枢绕组→电能电能→电枢回路总电阻热能电枢回路总电阻热能4. 能耗制动停车能耗制动停车——电动机迅速停机电动机迅速停机电动电动→能耗制动：能耗制动：(1) 机械特性机械特性①①→②②，转速不能突变，转速不能突变工作点工作点a→b；；(2) Tb与与n反向，起制动作用。

反向，起制动作用T与与TL共同作用，共同作用，n沿机械特性减速，直沿机械特性减速，直到到n=0，，T=0，电动机停车；，电动机停车；(3) 能耗制动停车过程为能耗制动停车过程为b→0nTTLn0ab0Tb①①②②5. 能耗制动运行能耗制动运行——带位能性恒转矩负载下放重物带位能性恒转矩负载下放重物电动电动→能耗制动：能耗制动：(1) 机械特性机械特性①①→②②，转速不能突变，转速不能突变工作点工作点a→b；；(2) Tb与与n反向，起制动作用反向，起制动作用T与与TL共同作用，共同作用，n减速，减速，n=0，，T=0；；(3) T=0，，TL>0，电动机反向加速，，电动机反向加速，T上升，直到上升，直到T=TL电动机稳速运行电动机稳速运行在在c点4) c点为能耗制动运行点点为能耗制动运行点nTTLn0ab0Tb①①②②c【【例题例题】】一台他励电动机，一台他励电动机，PN=22kW，，UaN=440V，，IaN=65.3A，，nN=600r/min，，Iamax=2IaN，，T0忽略不计试求：忽略不计试求：(1) 拖动拖动TL=0.8TN的反抗性恒转矩负载，采用能耗制动实现的反抗性恒转矩负载，采用能耗制动实现迅速停机，电枢电路至少应串联多大的制动电阻？迅速停机，电枢电路至少应串联多大的制动电阻？ (2) 拖动拖动TL=0.8TN的位能性恒转矩负载，采用能耗制动以的位能性恒转矩负载，采用能耗制动以300r/min的的速度下放重物，电枢电路应串联多大的制动电阻？速度下放重物，电枢电路应串联多大的制动电阻？ 解解：：(1) 忽略空载损耗忽略空载损耗P0，则额定运行时的电枢电动势，则额定运行时的电枢电动势电枢回路总电阻电枢回路总电阻电机拖动电机拖动TL=0.8TN恒转矩负载，由于磁通不变，则电枢电流恒转矩负载，由于磁通不变，则电枢电流Ia=0.8IaN，则电动运行点电枢电动势为，则电动运行点电枢电动势为电动机能耗制动瞬间，转速不能突变，电枢电流最大值为电动机能耗制动瞬间，转速不能突变，电枢电流最大值为Iamax=2IaN，则外串电阻为，则外串电阻为nTTLn0ab0Tb①①②②(2) 下放位能性恒转矩负载下放位能性恒转矩负载TL=0.8TN，则，则Ia=0.8IaN，则外串，则外串电阻为电阻为nTTLn0ab0Tb①①②②c三三. 反接制动反接制动1. 电枢电压反向的反接制动电枢电压反向的反接制动——迅速停机迅速停机(1) 电枢电压反向的反接制动电路图电枢电压反向的反接制动电路图IaIa+-Ua正常电动运行时，正常电动运行时，Z闭合，闭合，F断开；当在电动运行时，将断开；当在电动运行时，将Z断断开，开，F闭合，则进入电压反向的反接制动。

闭合，则进入电压反向的反接制动(2) 电枢回路方程及机械特性电枢回路方程及机械特性(3) 功率流向功率流向负载机械能负载机械能→电枢绕组电枢绕组→电能电能电源电源→电枢绕组电枢绕组→电能电能电枢回路总电阻热能电枢回路总电阻热能若若n=0时，不通过外力使转轴静止则时，不通过外力使转轴静止则：：a. 反抗性恒转矩负载反抗性恒转矩负载∣ ∣TL∣ ∣<∣ ∣Tc∣ ∣时，电动机反向加速到时，电动机反向加速到d点稳点稳定运行；定运行；b. 位能性恒转矩负载，电动机反向加速到位能性恒转矩负载，电动机反向加速到e点4) 反接制动停车过程反接制动停车过程nTTLn0ab0Tb①①②②c-n0TLde电动电动→反接制动：反接制动：a. 机械特性机械特性①①→②②，转速不能，转速不能突变工作点突变工作点a→b；；b. Tb与与n反向，起制动作用反向，起制动作用T与与TL共同作用，共同作用，n减速直到减速直到n=0，即，即b→c为停车过程为停车过程2. 电动势反向反接制动电动势反向反接制动(倒拉反转倒拉反转)——下放重物下放重物(1) 电动势反向反接制动电路图电动势反向反接制动电路图当在电动运行提升重物时，电枢回路里串入大电阻，使电动当在电动运行提升重物时，电枢回路里串入大电阻，使电动势反向势反向(转速转速n反向反向)，重物下放。

重物下放RIaIa正常电动正常电动反接制动反接制动(2) 电枢回路方程及机械特性电枢回路方程及机械特性(3) 功率流向功率流向负载机械能负载机械能→电枢绕组电枢绕组→电能电能电源电源→电枢绕组电枢绕组→电能电能电枢回路总电阻热能电枢回路总电阻热能(4) 反接制动运行反接制动运行——下放重物下放重物nTTLn0ab0Tb①①②②d电动电动→反接制动：反接制动：a. 机械特性机械特性①①→②②，转速不能，转速不能突变工作点突变工作点a→b；；b. Tbn0，因而，因而 E>Ua，电机处于发电状态。

电机处于发电状态1. 正向回馈制动正向回馈制动(1) 电车下坡过程的正向回馈制动运行电车下坡过程的正向回馈制动运行nTTLn0ab0-TL上坡上坡下坡下坡TLTvTLTv下坡时，下坡时，TL反向，电动机转速沿机械特性加速，直到反向，电动机转速沿机械特性加速，直到T也反也反向且与向且与TL相等，即在相等，即在b点稳定运行点稳定运行(2) 调速过程的正向回馈制动过程调速过程的正向回馈制动过程降低电源电压调速降低电源电压调速：工作：工作点由点由a→b→c→d，其中，其中b→c中，转速中，转速n>n02，处于，处于正向回馈制动过程正向回馈制动过程nTU1U2U2n0，处于正向回馈，处于正向回馈制动过程制动过程2. 反向回馈制动反向回馈制动——利用电源反接下放重物利用电源反接下放重物反接制动带位能性恒转矩负反接制动带位能性恒转矩负载时，工作点由载时，工作点由a→b→c→e→f，转速最终稳，转速最终稳定在定在f点其中 e→f 中，转速中，转速n>n0，处于反向回馈制动。

处于反向回馈制动nTTLn0ab0Tb①①②②c-n0ef【【例题例题】】一台他励电动机，一台他励电动机，PN=22kW，，UaN=440V，，IaN=65.3A，，nN=600r/min，，T0忽略不计试求：不考虑最大忽略不计试求：不考虑最大电枢电流，采用反向回馈制动，使电动机以电枢电流，采用反向回馈制动，使电动机以1000r/min下放重下放重物时的制动电阻物时的制动电阻解解：：(1) 忽略空载损耗忽略空载损耗P0，则额定运行时的电枢电动势，则额定运行时的电枢电动势电枢回路总电阻电枢回路总电阻采用反向回馈制动，则转速为采用反向回馈制动，则转速为-1000r/min时，外串电阻为：时，外串电阻为：nTTLn0ab0Tb①①②②c-n0ef运运动状状态与机械特性象限分析：与机械特性象限分析：反接制动反接制动 电动电动 制动到制动到0 0不断电不断电 能耗制动能耗制动 稳定停车稳定停车 0 0 T T n T T L L T T b b -T-T L L 位能负载位能负载反接制动反接制动 反接制动反接制动 位能负载位能负载 能耗制动能耗制动 位能负载位能负载 回馈制动回馈制动 反抗负载反抗负载 反向电动反向电动 （（3 3）他励直流电动机制动的分类）他励直流电动机制动的分类磁场反向磁场反向转速反向转速反向•1）能耗制动）能耗制动 •2）回馈制动）回馈制动•3）反接制动）反接制动 他励直流电动机的能耗制动电动状态电动状态能耗制动状态能耗制动状态（（1 1）能耗制动状态分析：）能耗制动状态分析：( (电动机作用电动机作用：将动能转变为电能，并消：将动能转变为电能，并消耗在电阻上）耗在电阻上）（（2 2）能耗制动时的机械特性：）能耗制动时的机械特性：T n TL -Tb 0 Ra+Rb Ra n,TL T G 位能负载 能耗制动 稳定运行点 反抗负载 制动到0停车 (假定正向仍按电动方向假定正向仍按电动方向) （（3 3）能耗制动的特点）能耗制动的特点•1）制动减速平稳可靠；•2）控制电路简单；￿•3）便于实现准确停车，因转速为零时制动转矩也为零；￿•4）制动过程与电源隔离，当电源断电时，可通过保护电路换接到制动状态进行安全停车；￿•5）制动转矩随转矩下降而减小，制动效果比反接制动差，为克服此缺点，可采用分级能耗制动。

他励直流电动机回馈(再生)制动(1)(1)回馈制动状态分析：回馈制动状态分析：电动机作用：将动能转变为电能，向电网馈送电动机作用：将动能转变为电能，向电网馈送(2)回馈制动的三种情况回馈制动的三种情况n n0 回馈回馈 电动电动 T 0 TL n T TL G 1）下放位能负载时的回馈制动运行）下放位能负载时的回馈制动运行稳定运行点稳定运行点2）电车下坡的回馈制动运行）电车下坡的回馈制动运行n n0 回馈回馈 电动电动 TL1 0 TL2 稳定运行点稳定运行点Tem1TL1TL2Tem23）降）降压调速速时的回的回馈制制动n n02 T 0 n01 n1 n2 TL -Tb n>n0 回馈 n,T反号反号 制动 制动初转矩＝制动初转矩＝Tb+TL 最终稳定运行在电动状态最终稳定运行在电动状态 他励直流电动机的反接制动(1)(1)电源反接制动：电源反接制动：反接制反接制动过程分析（位能性程分析（位能性负载））注：遍历四个象限，经历多种状态注：遍历四个象限，经历多种状态T n0TL -Tb 0 反接制动 -n0 n反向电动 正向电动回馈制动 ADCBEF(2)(2)倒拉反接制动：倒拉反接制动：应用场合：控制位能负载的下降速度应用场合：控制位能负载的下降速度倒拉反接制倒拉反接制动分析：分析：。