电机原理及拖动彭鸿才

国家规划教材电机原理及拖动本课程的性质、任务及学习方法1、性质：在工业电气自动化专业中，《电机原理及拖动》是一门十分重要的专业基础课或称技术基础课。2、任务：我们所从事的专业决定了我们是从使用的角度来研究电机的。因此，我们着重分析各种电机的工作原理和运行特性，而对电机设计和制造工艺涉及得不多。但对电机的结构还要有一定深度的了解。3、学习方法：要注意它既有基础理论的学习，又有结合工程实际综合应用的性质。要逐渐地培养学员的工程观点，掌握工程问题的处理方法。电机原理及拖动目

录

第一章

直流电机原理

第二章

第三章电力拖动系统的动力学基础直流电动机的电力拖动

第四章

变压器

第五章

三相异步电动机原理

第六章

三相异步电动机的电力拖动

第七章

同步电动机

第八章

控制电机

第九章

电力拖动系统中电动机的选择电机原理及拖动第一章直流电机原理直流电机的用途、结构及工作原理一、直流电机的用途直流电动机的用途:在工业生产中,利用电动机的轴上转矩拖动生产机械,对产品进行加工.直流发电机的用途:作为电源设备二、直流电机的结构线圈隙中有较好的分布波形.极掌电机原理及拖动极身磁轭1.静止部分(1)主磁极:由极身和极掌组成,固定在磁轭(机座)上.在磁极上套入激磁绕组(线圈).主磁极总是偶数,且N极和S极相间出现.极掌对激磁绕组起支撑作用,且使磁通在气换向极:它位于相邻两主磁极之间,构造与主磁极相似,其 作用是为了消除在运行过程中换向器产生的火花.机座:一般把厚钢板弯成圆筒形,然后再焊成机座,也可采 用铸钢件.其作用一方面是作为各磁极间的磁路,故 又称为磁轭,另一方面机座作为电机的机械支架,主 磁极和换向极就固定在磁轭上.端盖:附有轴承的端盖安装在机座上以支持电枢,它可以 保持电枢表面和极掌表面相隔一个气隙,使电枢可 以自由旋转.电刷装置:电刷是由石墨做成的导电块,将它套入刷握内,用弹簧以一定压力将电刷压在换向器的表面上.在电枢旋转时可以保持电刷固定不动.电刷的作用是使电枢绕组和外电路接通,同时通过换向器进行电流的换向.电机原理及拖动2.转动部分电枢铁心:电枢铁心由0.5毫米厚且冲有齿和槽的硅钢

片迭成.铁心钢片沿轴向迭装,以降低电枢铁 心在磁场中旋转时所产生的磁滞和涡流损 耗,从而提高电机的效率.电枢铁心一方面作 为电机磁路的一部分,另一方面便于将电枢 绕组安装在电枢铁心的槽内,起着固定电枢 绕组的作用.电枢绕组:电枢绕组是电机产生感应电势和电磁转矩以实现机电能量转换的重要部件.绕组是由绝缘的圆形或矩形铜线绕成,嵌放于电枢铁心的槽中.必须采用层间绝缘和绕组与铁心槽避之间的槽绝缘.电机原理及拖动(3)换向器:其作用是使电枢绕组的绕组元件中的电流进行方向的交换,起着电流换向作用.电枢绕组元件的引线就焊在换向片上.气隙在极掌和电枢之间有一空气隙.气隙是电机的重要组成部分,它的大小和形状对电机性能有很大的影响.其他部分转轴和轴承:转子必须有转轴,以便电机和生产机械 或原动机进行联接传递转矩和功率.中小型电机一 般采用滚动轴承,大容量电机,采用支架式滑动轴承.(2).通风装置:作用是冷却电机.电机原理及拖动为了说明方便,作下列规定:(1)N导体和S导体:在N极下的导体称为N导体;在S极下的导体称为S导体.:导体中电势(电流)的方向进入三、直流电机的基本工作原理

1.直流发电机的基本工作原理(2)符号

和符号纸面时用表示;导体中电势(电流)的方向由纸面出来时用

表示.

b2SabNSban

nb1

b2电机原理及拖动b1N基本原理:t电机原理及拖动0由于导体切割了磁力线,因而在导体内将产生感应电动势.根据右手定则,N导体中电势方向为;而S导体中电势方向为;即二者方向相反.N导体和S导体在交换(a和b位置),但是,b

1和b2极性是恒定的,即b1恒为正,b2恒为负,故在电刷两端输出脉动的直流电压.综上所述:线圈中的交变电势已变成刷间直流电压.通过换向器使电刷b1仅能接通S导体,而S导体的电势方向恒为故电刷b1的极性恒为正;同理电刷b2的极性恒为负.e2.直流电动机的基本工作原理SanbN电机原理及拖动a、b导体中电流方向如左所示，由左手定则可知S导体和N导体受力均为逆时针方向,因而使电枢逆时针方向旋转.通过换向器的作用，使与电源负极相接的电刷仅能接通S导体，故S导体中的电流方向恒为流出纸面，而与电源正极相接电刷仅能接通N导体，电流流入纸面。故电机恒逆转。1.2直流电机的空载磁场发电机:由主磁极产生的气隙磁通与电枢绕组切割而产生电势.电动机:电枢电流与气隙磁通相互作用而产生电磁转矩.分析电机磁场是分析电机运行状态的必要步骤.空载磁场:电枢无电流时的磁场.它是电机中最基本的磁场.一、电机的磁化曲线主磁通(通过气隙进入电枢)激磁磁势所产生的磁通漏磁通(不经过电枢)漏磁通不能在电枢中产生电势也不产生电磁转矩,但它存在却增加了磁极和磁轭的饱和程度.

主磁通是实现机电能量转换所必需的.电机原理及拖动主磁通Φ所经磁路:两个气隙、两个电枢齿、一个电枢轭、两个主磁极铁心和一个主磁极轭等五段。由磁路中的欧姆定律：wf

If

=

ΣФRmΦ1wf

——一个主磁极上激磁绕组的匝数；

If

——激磁绕组中的激磁电流；

Rm

——该段的磁组；Ф——磁通量说明:当I较小时磁路的磁阻为气隙磁阻且为常数,故If与Φ是线性的

If较大时铁心饱和,磁阻加大Φ增加变慢If与Φ为非线性关系.电机的饱和程度对电机的性能有很大的影响.If电机原理及拖动02是指穿过气隙进入电枢表面或由电枢表面出来的磁通。因而气隙磁密实际上是指电枢表面的磁通密度。气隙磁密=主磁极作用产生部分+电枢磁势作用部分主磁极磁势单独作用（电枢电流为零时）：气隙在极掌下大致二、主磁极磁势产生的气隙磁密在空间的分布气隙磁密的概念：是均匀的。但在极

尖以外时，主磁通所经气隙加大，磁密减小，并在两主磁极中间的几何中线上下降为零。δτB电机原理及拖动δ1.3直流电机的电枢绕组一、概述电机的电枢绕组是电机的主要组成部件。电机必须通过电枢绕组与气隙磁场相互作用才能实现能量转换。绕组类型：（1）单迭绕组；（2）复迭绕组；（3）单波绕组；（4）复波绕组；（5）混合绕组。其中，单迭和单波绕组是最基本的直流电枢绕组，是了解其他绕组的基础。二、单迭绕组1有关技术名词（1）极轴线：它是将主磁极平分为左右两部分的直线。电机原理及拖动（2）极距：它是相邻两主磁极极轴线之间的距离，在相邻主磁极之间，与上述距离大小相等的距离，也叫极距。NN极轴线nN

S.N

Snτ极距（3）几何中线：是在相邻两极轴线之间并且与这两极轴线等距离的直线，两相邻主磁极以几何中线为轴作位置上的对称分布。以n—n表示。电机原理及拖动2.单迭绕组元件单迭绕组由迭绕组元件按一定规律排列联接而成.绕组元件实际上是一个线圈,可以是多匝,也可以的单匝的.ma1a2VN

S绕组元件结构原理:a1b1及a2b2部分称为元件边,用后端匝a1ma2及前端匝b1nb2将元件边联结起来,使两元件边中电势在元件中迭加.端线c1d1及c2d2

称为引线,d1为元件的首端,d2为末端.元件的首端和末端分别焊接在不同的换向上.a1b1称为第一元件边,右边a2b2称为第二元件边.nd2b1电机原理及拖动b2c1d11

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11

12 13

14 15

16ττττn3.单迭绕组展开图15

16

1N1N2S

1S

2A1B

12

3 4_

5

6

7

8

9

10

11

12_13

14A2

B

2++_+电机原理及拖动图中四个方框代表四个主磁极,相同极性的两个电刷均用导线并联后引往出线端.四个电刷均安放在相应的四个主磁极的极轴线处的换向片上,电刷宽度等于一个换向片宽.电枢铁心槽数、元件数以及换向片数均相等且为16。元件的第一元件边嵌在槽的上层——上层边；而元件的第二元件边总是嵌在槽的下层——下层边。上层边用实线表示，下层边用虚线表示。以元件上层边所在槽的号码作为该元件的号码。1

2

3

4

5

6

7

8 9

10

11

12

13

14

15

16

1号码上打“.”的,表示被电刷短路的元件.当元件的两元件边的距离恰是一个极距时,由于电刷放在极轴线处的换向片上,故被电刷短接的元件的两个元件边正处在两相邻几何中线上.元件.联接次序表.：电机原理及拖动.

.

.4.绕组电路分析:元件2、3、4电势方向相同组成一个支路，元件6、7、8电势方向相同组成一个支路，但方向与2、3、4组成支路电势相反。元件10、11、12与2、3、4支路电势方向相同故将电刷A1、A2接在一起；14、15、16与6、7、8支路电势方向相同故将B

1、B

2接在一起，引出正、负两个电极。并联支路图:A2⌒⌒2

⌒3⌒

⌒4⌒⌒5⌒A1B

1每个主磁极下的元件串联成一条支路,共有四条并联支路a=b=p,输出电a

a

,流I=2ai

a为并联支路数、ia为去路电流；p为主磁极对数；b为电刷对数。⌒⌒+

++8

7⌒⌒

⌒⌒

⌒⌒6⌒1⌒0⌒11⌒⌒12⌒1615⌒⌒

⌒⌒

⌒1⌒4⌒⌒19⌒13⌒__B

2_电机原理及拖动电枢反应:电枢磁动势对主磁极所建立的气隙磁场的影响。电枢磁动势不仅与电枢电流大小有关，它还受电刷位置的影响。一、电枢磁动势与电枢磁场二极直流电机电刷在几何中性线上时的电枢磁场分布图。几点说明：N1.4

直流电机的电枢反应因电刷接触的换向片与几何中性线处的导体相连,故把电刷画在几何中性线处的导体上.绕组只画一层,都在电枢表面上.电流方向以电刷为分界线.电枢磁场以电刷为极轴线,电刷

处磁势最强,主磁极的极轴线处

电枢磁势为零.电枢磁势与主磁极磁势正交,称交轴电枢磁势.⊙⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊕⊕⊙

SN⊙电机原理及拖动把电枢圆周从电刷处切开展成直线并以主磁极轴线与电枢表面的交点为空间坐标的起点,这点的电枢磁动势为零.电枢磁动势沿空间的分布:电枢线负荷---电枢圆周表面单位长度上的安培导体数.nNSFax⊙⊙⊙⊙

⊕⊕⊕⊕

x

x

x

xA=应用全电流定律,有ΣHl=2Ax认为总磁势全部降在两段气隙上2Fax=2Ax 即

Fax=Ax磁密

Bax=μ0Hax=■0Fax

/δN

iaπD0xnx电机原理及拖动Bax二、电刷位于几何中性线上时的电枢反应此时电枢磁动势刚好与主磁极磁动势正交，故称这n⊕N

⊕⊕⊙⊙⊙

⊙⊙⊙

⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊙nnm⊙ ⊙

S物几发电机

理

何

电动机电枢反应为交轴电枢反应。电机合成磁场B

δx=B

0x+Bax正方向规定：磁力线进入转子为负,出来为正.所以,主磁极磁通密度在N极下为负,在S极下为正.可知:磁场波形发生了畸变.发电机:前极尖增磁,后极尖去磁.电动机:前极尖去磁,后极尖增磁.如不考虑磁路饱和,则增去磁量相等总磁通量不变.(3)物理中线移到m-mnn中中电机原理及拖动线线B

0xBaxB

δx

m

n当磁路饱和时因磁势和磁通密度之间不再成线性关系在磁场相加的区域磁密下降.所以交轴电枢反应总有一些去磁作用.三、电机上偏离几何中性线时的电枢反应电枢磁势分为两部分：交轴磁势和顺轴磁势。_Fa=Faq+Fad当发电机顺旋转方向移动电刷或电动机逆移时顺轴电势Fad去磁，反之顺轴电势助磁。右图为发电机电刷顺移或电动机电刷逆移后的电枢反应。⊙⊙⊕⊙⊙⊙⊙⊙⊕⊕⊕⊕⊕⊕FadFa⊙NSCDAnfBFaq

⊕

nd电机原理及拖动1.5直流电机的电枢电动势与电磁转矩一、直流电机的电枢电动势电枢电势是指电机正常工作时电枢绕组切割气隙磁通产生的刷间电动势。刷间电动势等于其中一条支路的电动势。推导过程:设绕组为整距元件,电刷在几何中线上.如电枢绕组总导体数为N,并联电路数为2a则绕组每条支路的导体数为N/(2a).如每根导体的平均电动势eav,则支路电动势即刷间电动势,电机原理及拖动2a一根导体的平均电动势为eav=BavlVBav---为一个极下的平均磁密,Bav=

N

Ea

=

eav

Ф

τl导体切割磁场的速度v用每分钟转速表示有V=2pτn/60所以,Ea

=(N/2a)

2pФn/60

=(pN/60a)

Фn

=Ce

Фn这是一个十分重要的公式,式中Ce=pN/(60a)为电动势常数,是一个决定于电机结构的参数.※电枢电动势与每极磁通成正比,与转速正比.B---wb(韦伯)

n---

r/min

(每分钟.转)Ea---

V(伏特)电机原理及拖动二、直流电机的电磁转矩电磁转矩：电枢导体在磁场中受力所形成的总转矩。先求每根导体平均受力fav

=Bavιiaι---导体有效长度ia---导体电流每根导体平均转矩为D---电枢直径电枢总转矩为Ia为电枢电流ia=Ia

/(2a)单位为A(安培);CT=pN/(2πa)是与电机结构有关的常数,称为转矩常数.单位Nm,CT

=9.55CeTav

=

D

Bavιia2T=

N

π2Pτ2

ФιτIaι2apN=

2πa

ФIa

=CTФIa电机原理及拖动1.6直流发电机U

EaIaIfUfG他励GUIa并励一、直流发电机的分类他励直流发电机:励磁电流由另外的 独立直流电源供给.自励直流发电机:它用自已发出的电 给自已的励磁绕组励磁.并励发电机：它的励磁绕组跨接在电枢两端,与电枢并联.串励发电机励磁绕组与电枢串联,励磁电流就是电枢电流.复励发电机:既有并励绕组又有串励绕组.励磁消耗的功率一般只占直流发电机额定功率的1%——3%IfIGUIf串励电机原理及拖动二、直流发电机的基本方程式三大平衡方程式：电压平衡、转矩平衡、功率平衡。（一）电压平衡方程式U

=Ea

–IaRaU---电枢电压Ra---电枢回路总电阻

Ia方向和Ea一致.(二)转矩平衡方程式当发电机稳定运行时T1

=T

+

T0T1为原动机拖动转矩.

T为发电机电磁转矩.

T0

为空载转矩.⊕⊙T1电机原理及拖动nTT0NS(三)功率平衡方程式P1

=PM

+

p0P1为原动机从轴上送入直流发电机的机械功率.

PM

为电磁功率.P0

空载损耗功率.

P0

=pm

+

pFe

+pspm:机械摩擦损耗

pFe

:铁损耗ps:附加损耗电机原理及拖动电磁功率多数转为电功率P2T因PM

=T繩=C

ФIa繩==a2a

pN

I

2n60Ce

nI

a

Ea

I

a

pN

nIa60

aP2=PM

－pCu

即电枢输出功率P2为电磁功率PM

减去电枢回路的电阻铜损耗pCu

．由电压平衡方程U=Ea–IaRa得UIa

=EaIa－I2aRa即

P2=

PM

－pCu综合后得 P1

=P2

+

pCu

+

pm

+

pFe

+ps=P2

+Σp直流发电机功率流程图注:没有把励磁功率计算在P1之内.P2

=UIa电机原理及拖动P1PM=EaIapm

+

pFe

+pspCu=

I2aRa三、他励直流发电机特性研究条件：保持转速n不变且等于额定转速nN.三个物理量：电枢电压U、电枢电流Ia、励磁电流If(一）空载特性U=f(If) n=c

.Ia=0因Ea=CeФn,Ce和n为常数，所以Ea与Ф成正比。即

U=f(If)曲线与磁化曲线Ф=f(If

)形状相同。IfUUNIfNc发电机的额定电压工作点一般选在开始饱和的弯曲处C点，当If=0时，U≠0，这是剩磁所致称为剩磁电压Us=2%~

4%UN电机原理及拖动(二）外特性

U

=

f

(

Ia

)

n

=c

=nN常数

If

=常数调励磁If和负载Ia。使U=UN，电机工作在额定状态调Ia测U得外特性U=f(Ia)曲线是一条略微向下倾斜的曲线IaU=Ea

–IaRaIaRa

UUU0UNEa

(电枢反应去磁）UIa电机原理及拖动IN国家标准规定：用发电机由额定0状态过渡到空载时的电压升高对额定电压的比率表示电压变化率ΔU%=

ΔU%=5%~

10%≈常数。N

100%0UNU

U

四、并励直流发电机（一）并励直流发电机的自励条件发电机必须有剩磁，如果无剩磁，必须用另外的直流电源充磁。励磁绕组并联到电枢两端，线端的接法应与旋转方向配合，以使励磁电流产生的磁场方向与剩磁的磁场方向一致。（3）励磁回路的总电阻

必须小于临界电阻。在建立正常电枢电压的过程中，励磁电流If一直在上升励磁回路电压平衡方程为：励磁回路场阻线IfU

空载特性Adt电机原理及拖动di

fff

fLUo=

R

i在A点之前Uo

-

Rf

if>0

if

当达到A点时，U0=RfIf,Lf

dif/dt=0,If不再变化，电压稳定在A点，发电机能建立起正常电压。（二）外特性n=常数、励磁回路总电阻不变时U=f(I)关系曲线。它励U并励比它励电机外特性下降得快原因有三：（1）电阻压降（2）电枢反应去磁（3）U

If

磁路退饱和，导致励磁电流下降电压降低，使负载电流不再增加反而减小。并励电机原理及拖动I1.7直流电动机一、直流电机的可逆原理一台直流电机，在满足一定条件下它可以作发电机运行，也可以作为电动机运行。称为可逆性原理。过程分析：发电机状态到电动机状态的过渡。假设开始时发电机向直流电网供电，电网电压U恒定不变。各量方向如图所示。发电机中电流与电势方向一致，电机的电磁转矩T为顺时针方向。与原动机拖动转矩T1方向相反。

U稳定运行时T1

=T+T0电动势Ea>U电流顺电动势方向流向电网。能量关系：T1

繩机械功率Ea

Ia

Uia电功率输出电功率T1⊙ei⊙IaEaNSnT

T0电机原理及拖动当撤掉原动机后nEaIaTIa变向U>EaT变逆时针电机运行在电动状态稳定运行时反电势Ea<U能量关系Ia

UT=

T0

+TmU=Ea+Ia

RaEa

Ia

T2繩电磁功率输出机械功率电机从电网吸收电功率UNSEaIaT电机原理及拖动nT0Tm⊙e⊕i二、直流电动机基本方程式

(一)电压平衡方程式U

=

Ea

+

IaRaEa----

反电动势

Ia----

电枢回路电流

Ra---电枢回路电阻(二)

转矩平衡方程式当电机稳定运行时T

=

T0

+

T2或

T=

T0

+

Tm当T2

=Tm

时转速稳定

(三)功率平衡方程式P1

=

Pm

+

pcuUIa

=EaIa

+

I2aRaT---电磁转矩T0

---空载转矩Tm---负载转矩T2----输出转矩电机原理及拖动PM

=EaIa=T繩电机原理及拖动P1

=UIaP2=T2

繩P0=pm+pFe+psPcu=I2aRa电机从电网吸收的电功率P1

=UIa减去电枢绕组铜损

Pcu=I2aRa余下的为电枢的电磁功率PM

=EaIa.而PM

=EaIa=T繩=T0

繩+T2

繩=p0

+P2所以P1=

Pcu

+

p0

+

P2功率流程图:Pf

(励磁功率)三、他励直流电动机特性目的：为正确使用电动机。几种靜特性：（1）转速特性n

f

(Ia

)

；（2）转矩特性

T

f

(Ia)

；（3）效率特性f(Ia

)；（4）机械特性n

f(T)从使用电动机的角度，机械特性是电动机最重要的一种特性（一）转速特性

U=UN

If=IfN

电枢无外串电阻即RΣ=Ra因Ea=UN-IaRa=CeФn所以UN

RaCe

Ce

n

I

a

n0

I

a电机原理及拖动（二）转矩特性T=CTФIa为一过原点直线Ia=0时n=n0为理想空载转速;Δn=βIa=IaRa/CeФ为转速降.所以,机械特性为略微向下倾斜的一条直线.(三)效率特性当U=UN、If=IfN、电枢无外串电阻，即RΣ=Ra时效率特性η=f(Ia)=P1

P1

p1U(Ia

I

f

)pm

pF

e

ps

p

f

pcu1

1

P2

p1

p

pn

η、Tn0η=令dη/dIa=0可求得效率最高条件当电动机中不变损耗等于可变损耗时，效率最高。且通常出现在Ia=75%~

100%区域内。afF

emUIap

I

2

a

Rp

p1

f

a

a2

Rpm

pF

e

p

IIa0IaN电机原理及拖动（四）机械特性U=常数、If

=常数、RΣ

=Ra+Rc=常数时,n=f(T)变化关系.当U=UN、If=IN、Ra=0时，称n=f(T)为自然机械特性。nn0ΔnN否则，称为人造机械特性。由直流电动机电压平衡方程可知：U=Ea+Ia(

Ra

+

Rc)Ea

=CeФn

T

=CT

Фia联解得：人造特性。自然特性。T

U

R

Rn=

a

cCe

I

a

Ce

CT

TRaCe

NCT

NCe

Nn

UN

T

T电机原理及拖动a0机械特性上的两个特殊点:理想空载点T=0,n=n0

;额定工作点T=TN,n=nN

.电动机工作在额定状态时,转速降为a

NNNT

IRa

Ran

一般根据额定时的数据(UN、IN、nN

、Ra),求出

CeФN

和CT

ФN，进而对工作点进行计算。电机原理及拖动e

N

T

N

e

NC

C

C

四、串励直流电动机及复励直流电动机串励直流电动机的励磁电流就是电枢电流，它随负载的变化而变化。复励电动机是并励直流电动机和串励直流电动机的结合，它兼有两者的特点。（一）串励直流电动机的转矩特性n=f(Ia)R0

为电枢回路总电阻经变换得分磁化曲线的不饱和和饱和两部分讨论：（1）Ia较小、磁路不饱和磁通与电流成正比，K1

I

af

(Ia

)一条非线性曲线电机原理及拖动将Ф=K1Ia代入后得为一条双曲线当电动机空载、电流很小时，可能引起“飞车”事故，所n1Ce

K1

I

a

Ce

K1U

R0n

以串励直流电动机不允许空载运行，也不允许用皮带传动。（2）当Ia较大、磁路饱和时：为一条稍有下降的直线，但转速降比他励直流电动机稍大。如特性1Iao2Ф=K2

为U一常数R，0

这时Ce

K

2

Ce

K

2n

I

a电机原理及拖动（二）串励直流电动机的转矩特性T=f(Ia)由转矩公式T=CTФIa,及磁化曲线Ф=f(Ia)----非线性（1）Ia较小、磁路不饱和时Ф=K1

Ia

Ф与Ia成正比，T=CT

K1Ia2----抛物线（2）Ia很大、磁路饱和时Ф=K2

为一常数与Ia无关，T=CTK2Ia---为一直线特性如曲线2所示。串励直流电动机适用于起动比较困难，且不空载的生产机械。如电力机车。（三）串励直流电动机的机械特性n=f(T)一般表达式Te

e

TC

C

C

R0n

U

Tn

C

C'C

C

KRC

K2e

T

20e

2n

U

不饱和时T

饱和时电机原理及拖动机械特性曲线如右图1所示。特点：（1）轻载时特性软，重载时为一条略微下倾的直线。（2）轻载时转速很高，曲线与纵坐标轴无交点。串励电动机不允许空载运行。（四）复励直流电动机的机械特性复励：既有并励绕组又有串励绕组。nnN复励电动机兼有并励和串励两种电动机的优点。串励绕组使起动转矩增加，并励绕组使复励电动机可以轻载运行图1TNTn电机原理及拖动和空载运行。不存在“飞车”的问题。nN机械特性介于并励和串励之间。如图2所示。TNT图2第八节直流电机换向简介2ia1

2

3ia1

2

32ia1

2

1

2ia

iaiaia换向：直流电机在运行过程中，旋转的电枢绕组中一些元件从一条支路经过电刷进入另一条支路，在这一过程中，元件电流改变方向，这一过程称为换向。换向的过程正是元件被电刷短路的过程，元件短路过程结束就是换向结束，这时元件完全进入另一条支路。一、换向过程va

va

va1

2

32ia电机原理及拖动12分三个阶段:(1)开始,电刷与1号换向片完全接触,元件1和元件2属右面支路,电流为+ia.(2)电刷同时与换向片1和2接触,元件1被电刷短路,元件1中的电流在从+ia向-ia变化.(3)电刷完全与换向片1脱离,完全与换向片2接触,元件1完全进入左支路,电流为-ia.2ia12

1

161621212ia16

12ia22电机原理及拖动二、直线换向、延迟换向与超越换向（一）直线换向直线换向是一种最基本的换向过程，换向元件中的电流按直线规律变化。条件：换向元件中无电势，且只考虑电刷接触电阻。特点：（1）在换向过程中，电刷下不会产生火花。因为换向元件中的电流由+ia连续变化至-ia，没有换向电流必须通过空气而造成火花。（2）在换向过程中，电刷两左右两侧电流密度是均匀的。故电刷左右两侧发热也是均匀的。TK-ia+ia12t电机原理及拖动i(二)延迟换向电机正常运行时换向元件中产生以下几种电势使Σe≠0自感电动势eL

换向元件中电流变化时产生的eLeL

=

-

Ldi/dt互感电动势eM

同时换向的几个元件之间产生的互感电动势

eM=

-

Mdi/dt称er=eL+eM

为电抗电势,其方向与+ia相同.电枢反应电势ea

换向元件切割电枢磁场产生的感应电势,其方向与er一致,也是反对换向电流变化的.结果使电流不能随时间成线性关系变化且变化较慢.曲线2所示.称之为延迟换向.延迟换向使电刷的前刷边电流密度小,后刷边电流密大,因此后刷边出现较大的火花.电机原理及拖动三、改善换向的方法方法：在换向元件中产生与er和ea方向相反的电势ek.方法一：在主磁极的几何中性处加一换向磁极。极性与电枢磁场的极性相反，其绕组一般与电枢绕组串联方法二：移刷改善换向。发电机顺移，电动机逆移。移动的角度β>α（物理中线与几何中线之夹角）四、火花、环火及补偿绕组换向不良电刷下产生火花，严重时影响电机工作。环火是处于最大磁密处的元件电压出现最大值，在元件连接的两个换向片间产生电弧短路而形成环火。补偿绕组与电枢绕组串联以消除电枢反应进而消除环火。电机原理及拖动第二章

电力拖动系统的动力学基础第一节典型生产机械化的运动形式及转矩一、电力拖动系统的基本概念电力拖动:以电动机为原动机拖动生产机械运转的拖动方式.电力拖动系统:由电动机、机械传动机构、生产机械的工作机构、电动机的控制设备以及电源等五部分组成的综合机电装置。电源电机原理及拖动电动机传动机构工作机构控制设备二、典型生产机械的运动形式和转矩（一）运动形式

1、单轴旋转系统特征：电动机的转子与负载轴通过联轴器连接在一起。所有运动运动部分均以同一转速旋转。如通风机。2、多轴旋转系统特征：各轴转速不同，主轴转速比电动机转速低。电动机转子通过皮带轮和减速机与主轴相连接。如车床。3、多轴旋转和平移运动系统特征：负载既有旋转运动又有平移运动。如起重机的起重小车。4、多轴旋转和升降运动系统特征：负载既有旋转又有升降运动。如起重机的提升机构。电机原理及拖动（二）生产机械的转矩性质两种类型：1、摩擦力产生的转矩---反抗性转矩特点---转矩方向总是与旋转方向相反。

2、重力作用产生的转矩---位能性转矩特点---作用方向与生产机械的旋转方向无关电力拖动系统的运动规律的分析主要研究作用在电动机轴上的转矩与电动机转速变化之间的关系n=f(T).分析方法：先对单轴运动系统进行分析，得出一般规律对多轴运动系统，则通过折算等效成单轴运动系统后再运用单轴运动系统的规律。电机原理及拖动第二节电力拖动系统和运动方程式一、单轴电力拖动系统的运动方程式T繩TLT繩T0

Tm电动机JR生产机械Jm作用在电机轴上的转矩:电动机的电磁转矩T电动机的空载转矩T0生产机械转矩TmT0+Tm

=TL为电动机的负载转矩,繩为轴的角速度.J为对转轴的总转动惯量J=JR+Jm.根据力学刚体转动定律及各量参考方向得转动方程式电机原理及拖动转矩单位为N

m;J为Kgm2

;繩为rad/s该式是研究电力拖动系统各种运转状态的基础。在工程计算中，常用n代替繩；用飞轮力矩GD2代替J。其关系为dtLT

T

J

d

602

n

g

2

4

gG

D

2

GD2J

m2

T-TL=Td为动态转矩m----转动部分的质量，kg;G----转动部分的重力，N；ρ----转动部分的回转半径，m;D----回转直径，m;g----重力加速度，取g=9.81m/s2运动方程式变为实用形式GD2总飞轮惯量GD2

dnT

TL

375

dt2电机原理及拖动375

4

g

60Td=0,dn/dt=0,电动机以恒定转速旋转或静止不动.称静止状态.Td>0,dn/dt>0----系统处于加速状态

Td<0,dn/dt<0----系统处于减速状态称动态或过渡状态.dtT

0,

dn

0d规定n及T的参考方向:对观察者而言逆时针为正,反之为负.TL的参考方向:

顺

.二、电力拖动系统的转动惯量及飞轮力矩飞轮惯量GD2

GDR2（电机转子部分）m2转动惯量J

J

=mρ2GD

(生产机械部分）ρ----查表实际计算时由GD2

=4gJ=4gmρ2

=4Gρ2

求出J或GD2可查得电机原理及拖动三、功率平衡方程式运动方程式两端同乗繩即得功率平衡方程式判断电动机是输出机械功率还是从拖动系统中吸收功率，完全取决于电磁转矩T和速度繩的方向。2d

1

(

J

)dt

dt

2TT

J

dLT与繩同方向时

T与繩反方向时TL与繩反方向时T繩>0,电动机输出功率;T繩<0,电动机从旋转的拖动系统中吸收机械功率.TL

繩>0,生产机械从拖动系统中吸收能量;反之表示放出机械功率给系统.电机原理及拖动第三节多轴电力拖动系统转矩及飞轮力矩的折算一、多轴旋转系统负载转矩及飞办力矩的折算（一）负载转矩的折算折算的原则：保持折算前后系统传递的功率不变。设

折算前多轴系统中负载功率为Tm繩m,折算后等效单轴系统的功率为Tmeq繩则有

Tm繩m

=Tmeq繩故Tmeq等效负载GD2eqT繩Tmeq电动机jnTn

T

m

m

m

T

m

mGDR2T

繩j1j2繩m

TmGD2m1GD

2生产机械电动机繩1电机原理及拖动j=繩/繩m=n/nm

----

传动机构的总速比。j为各级速比积。j=j1j2实际中考虑传动效率ηc时：cmeqTj

Tmηc为各级传动效率之积（二）飞轮力矩的折算折算原则：折算前后系统总动能不变。方程式得单轴系统等效转动惯量Jeq,即2电机原理及拖动21

12

222

21

1

1

12eq

R

J

J

m

mJ

J2212

1

1

jj1mRmeq

R

1JJ

J

m

2

J

J

J

1

Jn个中间轴:22GD

2GDGD21

GD

2m

GD2

eq

GD2

R

n11

2上式两边同乗以4g得折算到电动机轴上的飞轮力矩GD2eq，即两个中间轴:21(

j

j

)2j

2GD21

GDm

GD2

eq

GD2

R

占比重很小主体部分故有估算公式δ=

1.1---1.2511

21)2

j

2(

j

j(

j

j

)2j

2n12

1j

2GD

2

GD

2

GDeq

R

m电机原理及拖动多轴系统折算到电动机轴上时的等效单轴系统的运动方程式可写成TL=

T0

+Tmeq二、平移运动系统的折算桥式起重机的起重小车、龙门刨床等，dnGDLeq

375

dt2T

T

其工作机构作平移运动。工件电机原理及拖动刨刀Fm工作台T0T

nTeqnm电动机vm（一）阻力Fm的折算折算原则：折算前后功率不变。切削时切削功率为Pm

=Fm

vmFm反映到电动机轴上，表现为负载转矩Tmeq,电动机轴上的切削功率为Tmeq繩。不考虑传动机构的损耗时，可得Tmeq繩=Fm

vm考虑传动机构的损耗时

Fm为平移部件的阻力，单位为NnnFmvmFmvm

Fmvm609.55Tmeq

2cmeqnT

9.55

Fmvm电机原理及拖动二、平移运动部件质量的折算折算原则：折算前后系统贮存动能不变。运动部件的动能为折算到电动机轴上后，等效飞轮力矩为GD2meq,其动能为22mmv1

Gm2

gmv

另上二式相等得1

GD212n)22

4

g

60

meq

(meq2J

2

2G

v2n2GDmeq365

m

m电机原理及拖动注意：求总飞轮力矩时还需计算传动机构各旋转轴飞轮力矩的折算值。方法与多轴旋转系统飞轮力矩折算方法同。三、工作机构为升降运动时转矩与飞轮力矩的折算T

n

T0Tm1GD2meqGD2

2RRGD22GD2等效飞轮力矩Gmvm3

nmGD2eqGD2等效负载等效负载转矩和N

TeqjTGm

Req

2G

v2m

mGDmeq

365

n2电机原理及拖动第四节负载的机械特性Tm电机原理及拖动负载的机械特性：生产机械工作机构的转矩与转速之间的函数关系。一、恒转矩负载特性（一）反抗性恒转矩负载特点：转矩由摩擦力产生的，它的绝对值大小不变，但作用方向总是与旋转方向相反，是阻碍运动的制动转矩.nm0（二）位能性恒转矩负载由重力作用产生。特点：是工作机构的转矩绝对值大小恒定不变，而且TmTmnm0作用方向也保持不变。特性位于第一、第四象限且与纵轴平行的直线。二、风机、泵类负载机械特性1均为流体机械，其转矩与转速的二次方成正比，只能单方向旋转。三、恒功率负载机械特性260L

L

LP

T

T

2n

常数nT01电机原理及拖动2第三章直流电动机的电力拖动第一节他励直流电动机的机械特性一、他励直流电动机机械特性的一般概念条件：电源电压U、气隙磁通Ф、电枢回路总电阻RΣ均为常数。电动机转速与电磁转矩之关系

n

=f(

T

)推导过程：由电枢回路电压平衡方程式将Ea=CeФn,T=CT

ФIa代入后得U

Ea

(Ra

Rc

)Iae

U

C

n0(Ra

Rc

)/CeCT

U

Ra

Rc电机原理及拖动

TCe

Ce

CT

n

=

n0

-

βT特性曲线两个特殊点：A点（T=0，n=n0=U/CeФ)理想空载转速

B点（n=0,T=Tk=CTФIk)ATTnn0n0BTk=U/(Ra+Rc)---堵转电流堵转转矩在A点和B点，因电动机的电磁功率PM=EaIa=0,无能量转换。第一象限内：T>0

,n>0

方向一致,T为拖动转矩,T

n

Δn原因

U、

Ф、Ra+Rc均为常数条件下，T

Ia

=

T/CT

Фn

=Ea/Ce

Ф Ea

=U

–Ia(Ra+Rc)电机原理及拖动在第二象限内：n>0,且n>n0,所以Ea>0,且Ea>U,电枢电流成为阻碍运动的制动转矩。Ia与Ea方向一致，电机输出能量，电源吸收能量。在第三象限内：n<0,电机反转，Ea<0,变为与U同方向0aRa

RcU

EaI

T=CT

ФIa改变方向，且与n相反二、固有机械特性及人为机械特性（一）固有机械特性条件：U=UN、Ф=ФN、R=Ra即为额定参数时0Ra

RcU

EaI

a

T>0,与n反方向成为制动转矩电机原理及拖动表达式如T=TN时nN=n0

-ΔnN

称ΔnN

为额定转速降TRaCe

N

Ce

NCT

Nn

UN

为一条略微向下倾斜的直线n

n0

n因电枢电阻Ra很小,所以ΔnN很小故固有特性属于硬特性。nn0nNTN

T电机原理及拖动（二）人为机械特性当人为改变参数U、Ф、电枢外串电阻Rc时的机械特性三种人为机械特性：1.电枢串电阻的人为机械特性

旗UNrst1rst2rst3gnwIfNMKM1KM2

KM3RaRst1Rst2Rst3TL

T2电机原理及拖动bdfcen0nI2I1

aT1

T

Ia外串电阻的机械特性方程式RΣ为电枢回路总电阻n

UN

TR

Ce

N

Ce

NCT

N特点：理想空载转速不变且与外串电阻无关，

外串电阻越大特性斜率越大，特性越软。2.改变电源电压的人为机械特性R=Ra,Ф=

ФN,调U

<UN(只能在额定电压以下调节)特点:理想空载转速与电源电压成正比,各条特性相互平行IfIaGU

MIfGUfGUf电机原理及拖动Tn

UN>U1>U2>U3UNU1U2U3机械特性方程式3.减弱气隙磁通的人为机械特性

U=UN,R=Ra,调Ф<ФN(弱磁)机械特性方程式TRaCe

N

Ce

NCT

Nn

U

Ra为电枢内阻减磁时理想空载转速升高,斜率增大,特性变软.TRaCe

Ce

CT

n

UN

T电机原理及拖动Ф3Ф2Ф1Ф=

ФNnnn03n02n01n0三、电枢反应对机械特性的影响电枢电流较大时，电枢反应加大，使气隙磁通下降较多电动机转速升高。机械特性上翘。防翘办法：在主磁极加稳定绕组使其磁势与主磁极方向相同。四、他励直流电动机机械特性的绘制公式n计算固有机械特性的步骤：1.计算Ra,2.计算CeФN3.求n0=UN/CeФN4.计算TN

=

9.55CeФNIN人为机械特性的绘制:求出n

0,再求出稳定转速TNnU

N

I

N

RaCe

N

PN为电动机的额定功率。2

3NN

N

NI

21

2

U

I P103Ra

(

)电机原理及拖动五、电力拖动系统稳定运行的条件稳定含意：当电力拖动系统在工作点上稳定运行时，若突然出现了于拢，使轴上转矩失去平衡，电动机转速发生变化时，系统仍能在新的工作点上稳定运行；于拢消失后，系统又能回到原来的工作点稳定运行。电网电压波动时稳定分析：右图1为负载机械特性；2、3为电压波动前后的电动机机械特性。CABDnTTL23电机原理及拖动1原在A点运行，转速为nA在A点

T=TL

无加速转矩dn/dt

=0，系统在A点稳定运行。如电源电压突然升高：ABDnT231CTLT

>TL

n

Ia

(

T

)瞬间A

B，nA=nBIa=（U-

Ea）/Ra当上升到C点时T=TL达到新的平衡,此时n=nc当于拢消失,系统将由C到D

A回到原工作点.故该系统能稳定运行.A点是稳定的工作点.电机原理及拖动可以证明,一个电力拖动系统能稳定运行的充分必要条件是:1、电动机的机械特性与负载的机械选择性必须相交，在交点处T=TL，实现了转矩平衡。2、在交点处（dT/dt）<(dTL/dt)如右图:电动机机械特性为上翘特性在A点处(dT/dt）>(dTL/dt)=0不符合第二个条件,系统不能稳定运行.如负载减小转速增加,T增加最终损坏电机.ATLBTLA电机原理及拖动第二节他励直流电动机的起动和反转一、他励直流电动机的起动起动电动机时，应当先给电动机的励磁绕组加入额定励磁电流，以便在气隙中建立额定磁通，然后再接通电枢回路。电动机一般不允许把电枢直接接到额定电压的电源上即直接起动。以防电机烧坏和机械损坏。》IN，故必须把起动电流限制在允许范围之内。一般最大允许电流为

(1.5—2)INa

a电机原理及拖动R

RUN

Ea

UNI

a

2、串电阻起动间接起动的两种方法:1、降压起动，（一）降压起动调Ia压MU=UNn降压起动方法在起动过程中能量损耗小,起动平稳,

便于实现自动化,但需要一套直流电源,增加了设备投资.UfIf电U源TN

1.2TN电机原理及拖动2TNT6543211(二)电枢回路串电阻起动串电阻是为了限制起动电流不超过允许值.以Rst或rst表示.UN电枢回路中应串入的起动电阻值为Rst

RaI1

旗UNIfNnwMrst1rst2rst3KM1KM2

KM3RaRst1Rst2Rst3MTL

T2bdfcen0nI2I1

aT1

T

Ia电机原理及拖动起动过程中应分段逐步切除起动电阻.最终全部切除Rst,电动机运行在自然特性上.(三)起动电阻的计算各级起动电阻的计算,应以在起动过程中最大起动电流I1及切换电流I2不变为原则.常取令I1/I2

=λ称为起动电流比.因切换前后瞬间电枢电阻压降相等,即I2RST3=I1Rst2

或Rst3=λRst2I2Rst2

=

I1Rst1I2

Rst1

=

I1

RaRst2=

λRst1Rst1=

λRaI1=1.5----2INI2=1.1----1.2IN电机原理及拖动推广到一般情况,如起动级数为m,则mastmRR

Rstm=

λmRa计算起动电阻时可能有以下两种情况:1.起动电阻级数m尚未确定步骤:(1)根据电动机铭牌数据估算Ra.(2)根据生产机械对起动时间、平稳性以及电动机的最大允许电流，确定I1及I2并计算电机原理及拖动Rstm及λRstm=UN/I1

,λ=I1/I2要求起动时间短时，取较大的I1；要求起动转矩平稳、起动冲击小时，需要较多的起动级数，这时应取较小的λ值。（3）由Ra、Rstm及λ，按下式计算起动级数：In

Rstm（4）由m/求出新的λ/(5)计算各段起动电阻r

s

t

1=Rs

t

1-

Ra

=

λ/

Ra

-

Ra

=(

λ/-1)

Rar

s

t

2=Rs

t

2-

Rs

t

1=

λ/

Rs

t

1-

Rs

t

1=

λ/

r

s

t

1InRam

应把m凑成整数m/RaRstm

/

m/电机原理及拖动推广到一般情况:2.起动级数m已知 这时可根据电动机最大允许电流确定I1并计算λNUr

STm=

λ/r

st(m-1)如I2过大或过小,说明级数m确定得不合理,应减小或增加级数.最后按第(5)计算各段起动电阻.maI

R1

a

m

Rstm

RI

2

I1

电机原理及拖动二、他励直流电动机的反转电动机反向运转电磁转矩T必须反向。而T=CTФIa

故方法有二1.电枢反向接线图2.机械特性F

R+-n0磁场反向电枢反向FRRc1

Rc2

Rc3K1

k2

k3IfRf-n0TRa

Rc电机原理及拖动U3.机械特性方程式n

(T

)

n0

nCe

CeCT

第三节他励直流电动机的调速一.电动机调速的基本概念调速 机械调速:改变传动机构的速比,属有级调速电气调速:人为地改变电动机的参数1nn0从机械特性上,改变工作点,电动机的转速就能改变两种情况:1.负载变但机械特性不变,2.负载不变而变电机参数有级调速无级调速2AB3TTlnAnBTl/电机原理及拖动几个术语:基速:电动机的额定转速nN,上调速:额定转速nN以上的调速,下调速:基速以下的调速.无级调速:电机的转速可平滑地加以调节.有级调速:不能平滑调节,只能给出几种速度.二.他励直流电动机的调整方法由机械特性方程式

Ra

Rc

TCe

Ce

CT

n

U※电机原理及拖动调电枢回路外串电阻调电源电压U调气隙磁通Ф(一)电枢串电阻调速U=UN,Ф=ФN

调RcTR

RCan

UN

Ce

N

Ce

NCT

N特点:1.各条特性有相同的理想空载转速n0在额定负载下,能提供的最高转速为额定nN故属基速以下调节.且为有级调速.串电阻越大,稳定转速越低.若为恒转矩负载,则稳定运行时T=TL电枢电流Ia=T/CT

ФN

=常数,即与转速无关.缺点:

1.不能实现无级调速,

2.能耗大效率低.3.特性软,转速的稳定性差.电机原理及拖动(二)降低电源电压调速Rc=0

,Ф=ФN

,调U≤UN机械特性方程式U

Rae

N

e

N

T

N

TC

C

C

n

nTU1U2U3ABCDn0

U=UNnAnBncnD3.对恒转矩负载Ia=C,与转速无关.铜耗电机原理及拖动率高.TlUN>U1>U2>U3cu

a

a为

p

I

2

R

与转速无关且数值很小,故

效R

a

TCe

NCT

N特点:1.各条特性互相平行,2.在负载相同时转速降Δn相同且均与固有特性相同,即Δn=4.能实现平滑无级高速该调速方法是基速以下调速,能提供的最高转速为电动机的额定转速nN,由于能实现平滑无级调速,特性硬,转速的稳定性好,故是一种性能优越的调速方法,广泛应用于要求较高的系统中.(三)减弱磁通调速U=UN,R=Ra,调Ф<ФN减弱磁通Ф时,n0与Ф成反比地增加;Δn与Ф2成反比地增加.n0增加多,Δn增加少,转速升高.UN

RaCe

CeCT

n

2

T

n0

nBATlФNФ1Ф2T/n

ФN>Ф2>Ф1C电机原理及拖动升速过程:AФNФ1Ф2n

ФN>Ф2>Ф1CB设原工作在B点,T=TL,Ф=

Ф2现减小Ф=Ф1

Ea=Ce

Ф1nBIa=(U-Ea)/RaT/Tln到CT=CT

ФIa(Ia增加多于Ф的减少)>TL点稳定.T=TL

但Ia增加了.特点:1.弱磁调速只能在基速以上的范围内调节.即.n

nN电机原理及拖动2.在电流较小的励磁回路内进行调节,方便功耗小.便于实现无调速.由于转速越高,电机换向困难,机械强度也不准许转速太高.一般升到1.2～1.5nN,特殊电机3～4

nN,在实际生产中,通常把降压调速和弱磁调整结合起来使用,以实现双向调速.扩大调速范围.三、调速的性能指标用性能指标来比较各种调速方法的优劣.主要的调速指标:1.调速范围Dnmax,nmin为在额定负载时的数值.nminnmaxD

电机原理及拖动2.静差率δ在某一调节转速下,电动机从理想空载到额定负载时转速的变化率.静差率小,转速的相对稳定性好.%0n0n

n%

D和δ由生产加工部门提出具体要求,由于转速越低δ越大.所以,对δ的要求也是对最低转速的要求.δ确定了D也同时被确定下来了.ΔnNΔnNnmaxDn01nmin01max%nn01

nmin

%电机原理及拖动(三)调速系统的平滑性用调速时相邻两级转速之比来说明,即k

nini

1K值越接近1,调速的平滑性就越好.k=1时为无级调速.(四)经济指标四、电动机调速时允许输出的转矩和功率表示电动机在调速时所具备的带负载能力.它的前题条件是合理地使用电动机.合理意指保证电动机长期运行时Ia=IN不变.电机原理及拖动(一)恒转矩调速方式指在某种调速方法中,若保持Ia=IN不变时,电动机允许的转矩也保持T=TN不变,与转速无关.电枢串电阻调速和降压调速中Ф=ФN,当Ia=IN条件下,T=Ce

ФN

IN

=TN也不变,与n无关,属恒转矩调速.

(二)恒功率调速方式指在某种调速方法中,若保持Ia=IN不变,则电动机允许输出的功率也基本保持不变,与转速无关.在他励直流电动机弱磁调速方法中U=UN,保持

Ia=IN不变时,T=C2/n,电动机输出功率P=T

n/9550与n无关,属恒功率调速方式.电机原理及拖动五、电动机的调速方式与负载类型的配合当电动机的负载为恒转矩负载时，应采用恒转矩调速方式与其匹配。当电动机的负载为恒功率负载时，应采用恒功率调速方式与其匹配。电机原理及拖动第四节

他励直流电动机的制动一、制动的一般概念所谓制动，就是使拖动系统从某一稳定转速开始减速到停车，或使其在某一转速下稳定运行。机械制动：机械抱闸属外加力。制动电气制动：使电动机产生与原转动方向相反的电磁转矩来实现制动。自由停车：拉断电源靠摩擦使电机慢慢停车。在制动过程中电动机是吸收来自负载侧的能量，此时电动机工作在发电机状态。电机原理及拖动电动和制动状态的判定：电动状态制动状态T繩>0,输出功率T繩<0,吸收功率制动状态在实际应用中有两种情况:(1)用于拖动系统的减速停车T繩Tl电动机的制动状态仅出现在降速过程中,是一个过渡过程,常称为制动过程.(2)用于位能负载限速运行电磁转矩T与靠重力使物体下放的负载转矩相抗恒.当T=TL时重物稳速下放.称之为制动运行.电机原理及拖动二、能耗制动（一）能耗制动过程UnK1

K1K2IaEaRcK2TlEaK1闭合，K2断开系统处于正转电动运行RcIaTl当K1断开，K2闭合时Ia反向，制动开始。nIf

IfUf

UfEa=0 制动过程结束，n=0，Ia=0，T=000caa(R

R

)EI

a

电机原理及拖动能耗制动时的机械方程式U=0，Ф=ФNCe

NCT

NRa

Rcn

TABTlTlTbnT0能耗制动过程的功率流程图：电机从轴上输入功率P2扣除空载损耗后转为电功率PM，都消耗在电阻Ra+Rc上。P2PM=T繩=EaIaIa2（Ra+Rc）P0电机原理及拖动制动电流越大制动效果越好,但最大制动电流同时受换向条件和过载能力限制.由下式决定:Ea为制动开始时电动机的电枢电动势.为了加快制动过程工程中常采用分级能耗制动.aRR

EaI

a

maxc

minRa+Rc1+Rc2A

B,C

D,E

F切换瞬间电动机转速不变.每次切换后瞬间均应保证Ia=Iamax使平均制动转矩增加,制动时间缩短.Ra+Rc2电机原理及拖动ABDR