电机与变压器ppt课件

1、电机与变压器,曹民 2016年9月,1,绪论,1、电机工业的兴起与发展 2、我国电机制造工业的发展概况 3、电机在国民经济中的作用 4、电机的主要类型 5、本课程的任务和学习方法,2,2021/2/1,电机工业的兴起与发展,19世纪奥斯特发现电流周围存在磁场 法拉第发现电磁感应现象 世界第一台发电机的问世-电力时代到来 20世纪，电机电磁、发热过程理论深入研究，新材料新工艺新技术不断涌现，电机容量大增，冷却技术改进，工业体系不断完善，电机制造业大踏步的飞跃发展,3,2021/2/1,我国电机工业发展状况,我国封建社会禁锢了自然科学的发展，西方资本主义国家对我国的殖民政策，使我国工业发展缓慢。

2、新中国成立，我国电机工业得到飞速的发展，十年时间，制造50000KW汽轮发电机，725000KW水轮发电机，120000KVA变压器2000KW电动机。1961年交流电动机正式投产，1982年异步电动机正式生产，直流电动机接近世界先进水平，电机工业形成完整的现代化制造工业体系。 今天，电气机车（高铁）在世界上有很强的竞争力,4,2021/2/1,电机在国民经济中的地位,电力工业： 机械、矿产、冶金、化工、其他工业企业： 交通、国防、农、渔、牧、付等行业： 医疗、教育、办公自动化等领域： 航天、航海、通讯、广播、计算机等： 全民的日常生活中： 电机在人们的衣、食、住、行中，已经渗透到千家万户，你

3、、我、他（她、它,5,2021/2/1,变压器原理,1、变压器的结构及其分类 2、变压器的基本原理 3、变压器的外特性和电压调整率 4、变压器的空载实验和短路实验 5、变压器的损耗和效率 6、变压器的铭牌 7、理想变压器的相关公式,6,2021/2/1,变压器的结构,变压器主要组成部分是 铁心和绕组，为变压器的器身。为改善散热条件，还有变压器的附件,变压器的铁心结构,1、铁心（由硅钢片叠加而成） 铁心结构： 1）、心式结构 2）、壳式结构 铁心叠片形式 1）、条形、口形、E形、F形、C形、O形 2）、渐开线式,7,2021/2/1,变压器的绕组结构,2、绕组（由漆包线或绕包线） 绕组分高压绕组

4、和低压绕组 1）、同心绕组 （圆筒式、分段式、螺旋式、连续式） 2）、交叠式绕组,8,2021/2/1,变压器附件,电力变压器附件 （油箱、储油柜、分接开关、安全气道、气体继电器、绝缘套管等） 作用：保证变压器的安全运行和可靠运行,9,2021/2/1,电力变压器,10,2021/2/1,变压器按用途分类,1、按用途分类： 1）、电力变压器（升压变压器、降压变压器、配电变压器、厂用变压器） 2）、特种变压器（电炉变压器、整流变压器、弧焊变压器） 3）、仪用变压器（电压互感器、电流互感器） 4）、实验用高压变压器、调压器,11,2021/2/1,变压器按绕组结构分类,2、按绕组结构分类： 1）、

5、双绕组变压器 2）、三绕组变压器 3）、多绕组变压器 4）、自耦变压器,12,2021/2/1,变压器铁心结构分类,3、按铁心结构分类： 1）、心式变压器 2）、壳式变压器,13,2021/2/1,变压器按相数分类,4、按相数分类： 1）、单相变压器 2）、三相变压器 3）、多相变压器,14,2021/2/1,变压器按调压方式分类,5、按调压方式分类 1）、无励磁调压变压器 2）、有载调压变压器,15,2021/2/1,变压器按冷却方式分类,6、按冷却方式分类 1）、干式变压器 2）、油浸自冷变压器 3）、油浸风冷变压器 4）、强迫油循环冷却变压器 5）、强迫油循环导向冷却变压器 6）、充气式

6、变压器,16,2021/2/1,变压器按容量分类,7、按容量分类 1）、小型变压器（630KVA以下） 2）、中型变压器（800KVA6300KVA） 3）、大型变压器（8000KVA63000KVA) 4）、特大型变压器（900000KVA以上,17,2021/2/1,变压器按交流电频率分类,8、按交流电频率分类 1）、工频变压器 2）、中频变压器 3）、高频变压器（脉冲变压器,18,2021/2/1,变压器的基本原理,1、变压器的基本工作原理 2、变压器的空载运行 3、变压器的负载运行 4、变压器的作用,19,2021/2/1,1、变压器的基本工作原理,1）、变压器的一次侧通过交变电流i1

7、 2）、交变电流会产生交变的磁通 3）、在一次侧和二次侧线圈中产生感应电动势e1、e2 4）、二次侧接通回路，则回路中产生交变的电流i2 总之：变压器是根据电磁感应原理工作的。他是电能传递的电磁转换装置。 注意：变压器只能传递交变电能，不能传递稳恒电流能量,20,2021/2/1,2、变压器的空载运行,1、变压器有关各量正方向的规定 在一次侧电流的正方向与电压的正方向一致 磁通正的方向与电流的正方向符合右手螺旋定则 绕组感应电动势的方向与产生该感应电动势磁通的方向符合右手螺旋定则 在二次侧电流的方向与感生电动势的方向一致 端电压的正方向与电流的正方向一致,21,2021/2/1,变压器中各量的

8、关系（理想,U1=E1=4.44fN1m U20=E2=4.44fN2m,22,2021/2/1,几个定律,e=N/t（法拉第电磁感应定律）解决了感生电动势的大小问题。 EP=4fNm E=4.44fNm E=1.11EP K=U1/U20=N1/N2 楞次定律解决了感生电动势方向问题,23,2021/2/1,变压器的负载运行,一次侧电压平衡方程:U1=-E1+I1Z1 变压器磁通势平衡方程式： N1I1+N2I2=0 I1=-N2I2/N1 一次侧的电流I1=I0+I1=I0-N2I2/N1 一次侧的磁通势为：N1I1=N1I0-N2I2 N1I1+N2I2=N1I0（磁通势平衡方程,变压器

9、的作用,1、变压：U1/U2=N1/N2=K 2、变流：I1/I2=N2/N1=1/K 3、变阻抗：Z1/Z2=K2,变压器的外特性及电压调整率,当变压器一次侧端电压U1，和负载的功率因数COS2一定时，二次侧绕组输出电压U2与负载电流I2的关系，称为变压器的外特性。 变压器从空载到额定负载运行时，二次绕组输出电压的变化量U与空载额定电压U2N的百分比U%=U/U2N,变压器的空载实验,目的：1、测定变压器的变压比K 2、测定变压器的空载电流I0和空载损耗p0 1、K=U1N/U2N 2、p0=pFe 3、Zm=U1N/I0,变压器的短路实验,目的：1、测定变压器的额定铜损耗pCUN 2、测定

10、短路电压Uk 3、测定短路阻抗Zk,变压器的损耗及效率,1、损耗（铁损和铜损） 铁损pFe=P0 PCU=2PCUN 2、效率：=p2/p1 3、当变压器的铜损=铁损时，变压器的效率最高,变压器的铭牌,1、型号 6、短路电压 2、额定容量 7、温升 3、额定电压 4、额定电流 5、额定频率,热轧与冷轧的区别,1)冷轧硅钢片的磁饱和点高，磁通密度在19T(19000Gs)时开始饱和；热轧硅钢片的饱和点约为16T(16000Gs)。 (2)在磁通密度及频率相同的情况下，冷轧硅钢片比热轧硅钢片的单位损耗低,24,2021/2/1,热轧与冷轧的区别,3)冷轧硅钢片有无取向和取向两种。取向冷轧硅钢片有明

11、显的方向性，即沿着轧制的方向的磁性能好，饱和磁通密度高，单位损耗和单位励磁容量小。现在变压器上均采用冷轧取向硅钢片。热轧硅钢片都无取向。 (4)采用剪切或冲压对硅钢片进行加工时，对冷轧硅钢片性能影响特别明显，对热轧硅钢片影响较小，因此小容量变压器采用冷轧硅钢片时，可采取退火措施，退火后一般可使空载损耗下降8左右,25,2021/2/1,三相变压器,三相变压器可以由三个单相变压器组成。 三相变压器也可以将三个铁心柱和铁轭组成三相一体心式变压器,三相变压器磁路,1、三相变压器组磁路 2、三相一体心式变压器磁路 3、三相五柱式壳式变压器磁路 u+v+w=0,变压器绕组的极性,1、是指变压器一次、二次

12、绕组中的感应电动势之间的相位关系。 2、在同一交变磁通作用下，两绕组中同时产生感应电动势，在任何时刻同时具有相同电动势端子为同极性端（同名端,同极性端的判断,1、一次、二次绕组绕向一致的端子为同名端。 2、利用楞次定律来判断同名端。 3、电压表法。 4、灵敏电流计法,三相变压器极性的判断,1、将三相变压器两相绕组串联，接一直流电源，用一电压表测量第三相绕组两端电压，若通电的瞬间，电压表读数为零，则接电源的两端子，是同名端。否则，是异名端。 2、交换三相绕组，重复测量，找出三相绕组的同名端,三相变压器同名端的判断,28,2021/2/1,三相变压器的连接,星形连接(Y)（y） 三角形连接（D）（

13、d） 1、Yy（2、4、6、8、10、12） 2、Yd（1、3、5、7、9、11） 3、Dy (1、3、5、7、9、11） 4、Dd（2、4、6、8、10、12） 计24种联接组别,26,2021/2/1,五种标准联结组,1、Yyn0 Y/YN-12 2、Yd11 Y/-11 3、Ynd11 YN/-11 4、Yny0 YN/Y-12 5、Yy0 Y/Y-12,27,2021/2/1,三相变压器的并联运行,1、并联运行的优越性： 一、保证供电的可靠性。 二、提高运行的经济性。 2、并联运行必须满足的条件： 一、变比K 相等 二、短路电压Uk相等 三、连接组别必须相同,运行条件规定的原因,1、变

14、压器变压比不等时的并联运行： 会在二次侧绕组中形成环流（平衡电流） 危害：1、增大空载损耗 2、输出电流不同，发生过载和轻载 2、短路电压不等时的并联运行： 二次侧阻抗不同，有负载运行时，变压器输出端电压不等，二次绕组有内环流产生。发生过载和轻载,特种变压器,常用的特种变压器： 互感器（电压互感器、电流互感器） 自耦变压器 交流弧焊变压器 三绕组变压器 小功率变压器,互感器,用于测量高电压或大电流的电路中：优点：1、与高压隔离，保证人身和测量仪表的安全。 2、便于测量仪表标准化，扩大量程，提高测量精度。 3、减少测量中的能量损耗,电流互感器的结构和工作原理,结构：同双绕组变压器相似。由铁心和一

15、次、二次绕组组成。一次绕组匝数很少，串联在被测线路中。二次绕组匝数多，与电流表相接。I1=KiI2= I2,电压互感器结构和工作原理,结构：与双绕组变压器结构相似，由铁心和一次、二次绕组组成。一次绕组匝数较多，并联在被测电路中，二次绕组匝数较少，与电压表连接。U1=KUU2,三相异步电动机结构,定子 1、定子铁芯 2、定子绕组 3、电机机壳、机座、端盖、防护罩等 转子 1、转子铁芯 2、转子绕组 3、转轴、风叶、轴承等,29,2021/2/1,各部分的作用,定子部分 1、定子铁芯：磁路的一部分。 2、定子绕组：电路的一部分。产生旋转磁场 3、电机机壳、机座、端盖、防护罩等 支撑作用、保护作用、

16、通风散热,30,2021/2/1,各部分的作用,1、转子铁芯、磁路的一部分 2、转子绕组，形成感生电流，产生电磁转矩。鼠笼式和绕线式。 3、转轴、风叶、轴承等 输出电磁力矩、冷却作用，减少摩擦，支承作用,31,2021/2/1,三相异步电动机的结构,旋转磁场产生原理,三相异步电动机的定子铁芯中放置三相结构完全相同的绕组U、V、W，各相绕组在空间上互差120电角度，如下图所示，向这三相绕组通入对称的三相交流电，如图（b）（c）所示。下面我们以两极电动机为例说明电流在不同时刻时，磁场在空间的位置,32,2021/2/1,旋转磁场产生原理,下图（b）所示，假设电流的瞬时值为正时是从各绕组的首端流入，

17、（用中间加个表示），末端流出（用“”表示），当电流为负值时，于此相反。 在t=0的瞬间，iu=0，iv为负值，iw为正值，如图（c）所示，则V相电流从V2流进，V1流出，而W相电流从W1流进，W2流出。利用安培右手定则可以确定t=0瞬间由三相电流所产生的合成磁场方向，如图（d）所示。可见这时的合成磁场是一对磁极，磁场方向与纵轴线方向为一致，上方式北极，下方是南极,33,2021/2/1,在t=/2时，经过了四分之一周期，iu由零变为最大值，电流由首端U1流入，末端U2流出；iv仍为负值，U相电流方向与（1）时一样；iw也变为负值，W相电流由W1流出，W2流入，其合成磁场方向如图（d）所示，可见

18、磁场方向已经较t=0时按顺时针方向转过90,34,2021/2/1,35,2021/2/1,应用同样的分析方法可画出t=,t=2/3*,t=2时的合成磁场，分别如图（d） 所示，由图中可明显地看出磁场的方向逐步按顺时针方向旋转，共计转过360，即旋转了一周,36,2021/2/1,a）简化的三相绕组分布图 （b）按星形连接的三相绕组接通三相电源 （c）三相对称电流波形图 （d）两极绕组的旋转磁场 由此可以得出如下结论：在三相交流电动机定子上布置有结构完全相在空间位置各相差120度电角度的三相绕组，分别接入三相对称交流电，则在定子与转子间所产生的合成磁场是沿定子内圆旋转的，我们称此为旋转磁场,3

19、7,2021/2/1,如果想要获得四极旋转磁场，则应把线圈的数目增加一倍，其布置如下图（a）（b）所示。并按上述方法分析得出，合成磁场在空间的示意图（C,38,2021/2/1,四极电动机,39,2021/2/1,我们比较一下这图和上文中的那个图中磁场的旋转速度，不难得出：旋转磁场的速度不仅与电流的频率有关，还与磁极对数有关。上文图（d）中，当三相交流电变化一周后（即每相经过360电角），其所产生的旋转磁场也正好旋转一周。故在两极电动机中旋转磁场的转速等于三相交流电的变化速度。 即n1=60f=3000转/分 旋转磁场的速度等于三相交流电变化速度的一半，即n1=（60/2）f=1500转/分。

20、故当磁极对数增加一倍，则旋转磁场的速度减少一半,40,2021/2/1,同理，通过理论分析可得出旋转磁场的转速为：n1=60f1/P，上述公式中 n1：表示旋转磁场的转速，单位转/分； f1：表示三相交流电源的频率，单位赫兹； P：表示磁极对数； 60：表示一分钟的60秒 旋转磁场的转速n1又称为同步转速。我国三相交流频率规定50Hz（每秒50次交变），因此两极旋转速度是3000转/分，四极的为1500转/分，六极为1000转/分等,41,2021/2/1,旋转磁场的方向,由上图可以看出，三相交流电按U-V-W相序变化，则产生的旋转磁场在空间上以顺时针方向旋转。 若我们任意对调电动机两相绕组的

21、电流相许，如：U-W-V相序，则由理论分析和实践证明，产生的旋转磁场以逆时针方向旋转。由此可知，旋转磁场的旋转方向取决于通入绕组中的三相交流电源的相序，只要任意对调电动机的相序，则可改变旋转磁场的方向,42,2021/2/1,三相异步电动机的接法,43,2021/2/1,三相电动机绕组同名端的判断,44,2021/2/1,异步电动机的效率,电动机的额定功率Pn是指电动机在额定转速下转轴输出的功率 电动机在电网吸收的电功率是 P1=3I1U1cos =P2/P1,45,2021/2/1,电动机的电磁转矩T,启动转矩TST s=0时的电磁转矩 最大转矩TM Sm=R2/X20时的电磁转矩 额定转矩

22、TN=PN/=P/(2nN/60)=9.55P/nN 机械负载转矩TL,46,2021/2/1,电动机的机械特性,T=f（n2） T=f（s） T=CTI2cos2,47,2021/2/1,电动机的固有机械特性,st=Tst/TN 启动能力（1.7-2.2） Ist/IN=(4-7) m=Tm/TN 过载能力（2.4-3.0,48,2021/2/1,电动机的控制,1、电动机的启动控制 2、电动机的正反转控制 3、电动机的调速控制 4、电动机的制动控制,49,2021/2/1,1、电动机的启动控制,1）电动机的直接启动 2）电动机的降压启动 1、串电阻降压启动 2、自耦变压器降压启动 3、星三角

23、降压启动,50,2021/2/1,1）电动机的直接启动,电动机在启动时，启动电流较大，一般是额定工作电流的47倍 对于较小容量的电机，其额定电流一般较小，其启动电流也较小，故可以采取直接启动的方式启动电机。 对于较大容量的电机，其额定电流较大，其启动电流也较大，若采取直接启动的方式，会导致同网的线电压下降很多，影响同网上其他用电设备不能正常工作,51,2021/2/1,三相异步电动机的点动控制,52,2021/2/1,三相异步电动机的运行控制,53,2021/2/1,54,2021/2/1,55,2021/2/1,电动机的正反转控制,改变三相电源的相序，即改变电动机的转向,56,2021/2/

24、1,三相电动机的运行和正反转控制,57,2021/2/1,58,2021/2/1,2）电动机的降压启动,1、串电阻降压启动 2、自耦变压器降压启动 3、星三角降压启动,59,2021/2/1,1、串电阻降压启动,原则：在较大电动机启动时，将电阻串接入三相电源电路，利用电阻的分压作用，使加入到三相定子绕组上的电压降低，从而降低启动电流，待电机有一点的转速时，电流下降到一定值，再将串接的电阻从线路中分离出来，将三相电源电压全部加入到三相定子绕组上，直到电动机转速达到额定转速运行,60,2021/2/1,2、自耦变压器降压启动,利用自耦变压器的电压变换作用，将三相电源电压变换到一个较低的电压，加在定

25、子绕组上，启动电动机，从而降低了启动电流，待电动机转速达到一定的速度时，再将自耦变压器从三相电源电路中分离，使三相电源的电压全部加到三相定子绕组上，直到电动机的转速达到额定转速运行,61,2021/2/1,3、星三角降压启动,我们知道，三相电源的负载星形连接时，每项负载的电压是线电压的根3分之一，当负载三角形连接时，每相负载的电压是线电压。 启动电动机时，定子绕组星形连接，其电压为线电压的根3分之一，电动机在较低的电压下启动，降低了启动电流。待电动机的转速达到一定的速度时，再将定子绕组变换成三角形连接，使线电压加到定子绕组上，电动机转速达到额定转速运行,62,2021/2/1,星三角降压启动控

26、制接线图,63,2021/2/1,星三角降压启动控制接线图,64,2021/2/1,星三角降压启动电流,65,2021/2/1,3、电动机的调速控制,根据n=60f(1-s)/p可知： 1、变频调速 2、变极调速 3、变转差率调速,66,2021/2/1,1、变频调速,1、变频调速 根据n=60f(1-s)/p可知： 当s和p不变时，n与f成正比，改变f就改变了电动机的转速n。 变频调速有专用的变频设备（变频器,67,2021/2/1,变频器调速接线图,68,2021/2/1,69,2021/2/1,2、变极调速,常用的变极有YY/Y和YY/两种,70,2021/2/1,3、变转差率调速,71

27、,2021/2/1,4、电动机的制动控制,1、机械制动 2、电气制动 1）、反接制动 2）、能耗制动 3）、回馈制动（再生制动） 4）、电容制动,72,2021/2/1,73,2021/2/1,三相异步电动机的能耗制动控制线路,74,2021/2/1,能耗制动,75,2021/2/1,单相电容启动异步电动机,76,2021/2/1,单相电容运转式异步电动机,77,2021/2/1,单相电容启动运行式异步电机,78,2021/2/1,79,2021/2/1,单相异步电动机的正反转控制,80,2021/2/1,他励电动机的机械特性启动过程,81,2021/2/1,直流电动机结构示意图,82,202

28、1/2/1,直流电机静止部分称作定子 作用 - 产生磁场 由主磁极、换向极、机座和电刷装置等组成,定子结构及作用,83,2021/2/1,直流电机转动部分称作转子(通常称作电枢) 作用 - 产生电磁转矩和感应电动势 由电枢铁心和电枢绕组、换向器、轴和风扇等组成,转子结构及作用,84,2021/2/1,定子,1.主磁极是一种电磁铁，用 1-1.5 毫米厚的钢板冲片叠压紧固而成的铁心 主磁极和换向极示意图（图1.1.11） 2.换向极（又称附加极或间极） 作用 - 改善换向 换向极装在两主磁极之间，也是由铁心和绕组构成 铁心一般用整块钢或钢板加工而成；换向极绕组与电枢绕组串联,85,定子,3.机座

29、 机座通常由铸铁或厚铁板焊成，有两个作用： 固定主磁极、换向极和端盖 作为磁路的一部分。 机座中有磁通经过的部分称为磁轭 4.电刷装置 作用-把直流电压、直流电流引入或引出 由电刷、刷握、刷杆座和铜丝辫组成,86,主磁极和换向极示意图,87,转子,1.电枢铁心 两个用处： 作为主磁路的主要部分 嵌放电枢绕组，通常用0。5mm厚的硅钢片冲片叠压而成 主磁极和换向极示意图 2.电枢绕组 直流电机的主要电路部分， 用以通过电流和感应产生电动势以实现机电能量转换，由许多按一定规律联接的线圈组成，元件及嵌放方法（图1.1.16） 3.换向器 直流电机的重要部件，作用-将电刷上所通过的直流电流转换为绕组内

30、的交变电流或将绕组内的交变电动势转换为电刷端上的直流电动势,88,YDW系列低噪声外转子异步电动机可以与双进风离心式风机配套，广泛用于医院、宾馆、机场、科研单位及净化车间等对噪声有一定要求的场合。也是通风机、空调机、净化除尘设备、屋顶通风设备等机械的理想配套电动机。该系列电动机可降低无级调速，当电压为100V时，最大转差率为不小于45%。 具体型号：YDW0.25-6、YDW0.37-6、YDW0.55-6、YDW0.8-6、YDW1.1-6、 YDW1.5-6、YDW1.8-6、YDW2.2-6、YDW4-6,外转子异步电动机,89,2021/2/1,直流电动机的结构,90,2021/2/1

31、,直流电动机励磁绕组,91,2021/2/1,直流电动机电枢铁心,92,2021/2/1,直流电动机磁路,93,2021/2/1,直流电动机电枢结构,94,2021/2/1,直流电动机换向片,95,2021/2/1,直流电动机电枢结构,96,2021/2/1,直流电动机电枢结构,97,2021/2/1,直流电动机电刷装置,98,2021/2/1,直流电动机电刷装置安装总成,99,2021/2/1,直流电动机结构总成,100,2021/2/1,直流电动机总成,101,2021/2/1,直流电动机外观,102,2021/2/1,直流发电机的分类,103,2021/2/1,直流发电机的工作原理,10

32、4,2021/2/1,直流电动机工作原理,2021/2/1,直流电动机的型号,105,2021/2/1,用电动机拖动电枢使之逆时针方向恒速转动，线圈边 a b 和 c d 分别切割不同极性磁极下的磁力线，感应产生电动势。 直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应产生的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势 因为电刷 A 通过换向片所引出的电动势始终是切割N 极磁力线的线圈边中的电动势。所以电刷 A 始终有正极性，同样道理，电刷 B 始终有负极性。所以电刷端能引出方向不变但大小变化的脉动电动势,直流发电机的工作原理,106,2021/2/1,直流电动机工作原理,

33、107,2021/2/1,串励电动机的机械特性,108,2021/2/1,直流电动机的启动,109,2021/2/1,直流电动机的正反转控制,110,2021/2/1,直流电动机的制动（能耗制动,111,2021/2/1,112,2021/2/1,113,2021/2/1,直流电动机的机械特性的测定,一、能力目标 二、仪器与设备 三、项目要求 （一）掌握用实验方法测定直流电动机的固有机械特性和人为机械特性 1 他励（并励）直流电动机固有机械特性的测定 （1）按图13-1接线。直流测功机 MG按他励发电机连接，在此作为直流电动机M的负载，用于测量电动机的转矩和输出功率。Rf1选用1800阻值。R

34、f2选用1800阻值。R1选用180阻值。R2选用阻值,直流电动机的机械特性的测定,2）将被试直流电动机M的励磁电阻Rf1调至最小值，电枢电路串联电阻R1调至最大值，负载发电机MG励磁电阻Rf2和电枢回路串联电阻R2均放置于阻值最大位置。 （3）M起动正常后，将其电枢串联电阻R1调至零，调节电枢电源的电压为220V，调节直流测功机的励磁电流If2、负载电阻R2和电动机的励磁调节电阻Rf1，使电动机达到额定值： UUN，IIN，nnN。此时M的励磁电流If即为额定励磁电流IfN。 （4）保持UUN，If=IfN，If2为校正值不变的条件下，逐次减小电动机负载。测取电动机电枢输入电流Ia，转速n和

35、测功机的负载电流IF（由校正曲线查出电动机输出对应转矩T2）。共取数据9-10组，记录,直流电动机的机械特性,5）由表13-1计算出P2和，并给出n、T2、f（Ia）及nf（T2）的特性曲线。 电动机输出功率： P20.105nT2 式中输出转矩T2的单位为N.m（由If2及IF值，从校正曲线T2=f（IF）查得），转速n的单位为r/min。 电动机输入功率： P1=UI 输入电流： I=Ia+IfN 电动机效率： 由工作特性求出转速变化率,直流电动机的机械特性,他励直流电动机的机械特性,2 他励（并励）直流电动机人为机械特性的测定 （1）电枢串电阻时的人为机械特性的测定 调节被试电动机M电枢

36、回路的附加电阻Rl为某一定值，保持电源电压U=UN，励磁电流If=IfN不变，按上述方法进行实验，逐次调节发电机G的负载电流至额定值，共读取（910）组数据，记录。 （2）改变电枢电压时的人为机械特性的测定 调节被测电动机电枢电压，使被试电动机M的电枢电压为某一定值（如U=0.8UN），保持励磁电流If不变，按上述方法进行实验。逐次调节发电机G的负载电流至额定值，共读取（910）组数据，记录,直流电动机的机械特性,3）改变励磁电流时的人为机械特性的测定 调节励磁回路调节电阻Rf1，使被试电动机M的励磁电流为小于额定励磁电流的某一定值（如0.8IfN），电源电压U=UN不变，按上述方法进行实验。

37、逐次调节发电机G的负载电流至额定值，共读取（910）组数据，记录。 （二）掌握用实验方法测定直流串励电动机的固有机械特性和人为机械特性,直流电动机的机械特性,直流电动机的机械特性,1 固有机械特性的测试 （1）按图13-2接线。直流测功机 MG按他励发电机连接，在此作为直流串励电动机M的负载，用于测量电动机的转矩和输出功率。 （2）由于串励电动机不允许空载启动，因此直流测功机MG先加他励电流If2,并接上一定的负载电阻R2，使电动机在启动过程中带上负载。 （3）调节直流串励电动机M的电枢串联启动电阻R1及磁场分路电阻Rf1到最大值，打开磁场分路开关S1，合上电枢电源开关，启动M，并观察转向是否

38、正确,直流电动机的机械特性,4）M起动正常后，将其电枢串联电阻R1调至零，同时调节MG的负载电阻R2，调节电枢电源电压，使M的电枢电压U1=UN、I=1.2IN。 （5）在保持U1=UN、If2为校正值的条件下，逐次减小负载（即增大R2）直至n1.4nN为止，每次测取I、n、IF，共取（67）组数据，记录,直流电动机的机械特性,2 电枢串电阻后的人为机械特性 （1）保持MG的他励电流If2为校正值，调节负载电阻氏R2。断开直流串励电动机M的磁场分路开关S1，调节电枢串联起动电阻R1到最大值，起动M。 （2）调节串入M电枢的电阻R1、电枢电源的电压和校正电机MG的负载电阻R2，使M的电枢电源电压

39、等于额定电压（即U=UN）、电枢电流I=IN、转速n=0.8nN。 （3）保持此时的R1不变和U=UN，逐次减小电动机的负载，直至nl.4nN为止。每次测取U1、I、n、IF共取数据（67）组，记录,直流电动机的机械特性,四直流电动机的运行原理与机械特性 （一）直流电机的电动势、转矩和功率 1直流电动机的电动势 当电枢转动时，电枢绕组中的导体在不断切割磁力线，因此每根载流导体中将产生感应电动势，其大小为 对于给定的直流电动机，磁感应强度B与每极磁通成正比，导体的运动速度v与电枢的转速n成正比，而导体的有效长度和绕组匝数都是常数，因此直流电动机两电刷间总的电枢电动势的大小为,直流电动机的机械特性

40、,13-1） 式中 Ce电动势常数（与电动机结构有关的另一常数）； 每极磁通（Wb）； n电动机转速（rmin）； Ea电枢电动势（V）。 由此可知，直流电动机在旋转时，电枢电动势Ea的大小与每极磁通和电动机转速n的乘积成正比，它的方向与电枢电流方向相反，在电路中起着限制电流的作用，因此称为反电势,直流电动机的机械特性,2电磁转矩 由电磁力公式可知，每根载流导体在磁场中所受电磁力为 对于给定的电动机，磁感应强度B与每个磁极的磁通成正比，导线电流i与电枢电流I成正比，而导线在磁极磁场中的有效长度l及转子半径等都是固定的，仅取决于电动机的结构，因此直流电动机的电磁转矩T的大小可表示为,直流电动机的

41、机械特性,13-2） 式中 CT电机转矩常数（与电动机结构有关的常数）； Ia电枢电流（A）； T电磁转矩（Nm）。 由式（13-2）可知，直流电动机的电磁转矩T与每极磁通和电枢电流Ia的乘积成正比。电磁转矩的方向由左手定则决定,直流电动机的机械特性,直流电动机的转矩T与转速n及轴上输出功率P的关系式为 （13-3） 式中 P电动机轴上输出功率（W）； n电动机转速（rmin）； T电动机电磁转矩（Nm,直流电动机的机械特性,3直流电动机的效率 直流电动机的效率为 （13-4） （二）他励直流电动机的机械特性 1他励直流电动机机械特性方程式 由他励直流电动机电动势平衡方程式,直流电动机的机械特

42、性,式中 Rpa电枢回路外串电阻（） 又由，可得 再由，得，最终可得机械特性方程： （13-5） （13-6,直流电动机的机械特性,上式他励电动机的机械特性方程，它具有以下特性： （1）T=0，n=U/（Ce）称为理想空载转速，空载转速n0与U成正比，与成反比，当U与不变时，n0是一个定值。 （2）并励电动机的机械特性是一条过n0点、并稍向下倾斜的直线。 （3）他励电动机的机械特性具有硬的机械特性，即电动机负载转矩增大时，转速的下降并不大。电动机的转速调整率为 式中 nN为电动机的额定转速,直流电动机的机械特性,4）如果在并励直流电动机中，改变串入电枢回路的附加电阻，或者改变励磁电流的大小，就

43、可改变它的机械特性曲线，这种改变后的机械特性曲线称为人工机械特性。并励直流电动机具有与他励直流电动机相似的“硬的”机械特性，由于并励电动机的励磁绕组与电枢绕组并联。共用一个电源，电枢电压的变化会影响励磁电流的变化，使机械特性比他励稍软,他励直流电动机的机械特性,一般他励直流电动机的转速调整率n约为35。这种特性适用于转速比较稳定的场合。他励直流电动机的机械特性如图13-3所示,直流电动机的机械特性,2串励电动机的机械特性 串励电动机的机械特性为双曲线，如图13-4所示。它具有以下特性： （1）串励电动机的转速随转矩变化而剧烈变化，这种机械特性称为软特性。 （2）串励电动机的转矩与电枢电流的平方

44、成正比，因此， 它的起动转矩大，过载能力强。 （3）电动机空载时，理想空载转速n0为无限大，实际中n0可达nN的57倍，这是电动机的机械强度所不允许的。因此，串励电动机不允许空载或轻载运行,直流电动机的机械特性,4）串励电动机可通过电枢串电阻、改变电源电压、改变磁 通达到人为机械特性适应负载和工艺的要求,微特电机,全称微型特种电机，简称微电机是指直径小于160mm或额定功率小于750W或具有特殊性能、特殊用途的微特电机。微特电机常用于控制系统中，实现机电信号或能量的检测、解算、放大、执行或转换等功能，或用于传动机械负载，也可作为设备的交、直流电源,微特电机是工业自动化、农业现代化、武器装备现代

45、化、办公自动化、家庭现代化等各个领域不可缺少的基础产品，其应用范围非常广泛，而且随着经济发展程度和技术进步还将进一步拓展。发达国家微特电机的家庭平均拥有量为80-130台，而中国大城市家庭平均拥有量大约在20-40台，远远低于西方发达国家。若每个家庭每年平均使用量增加1台，则中国每年微特电机需求量将增加3-4亿台，国内微特电机市场发展潜力较大,微特电机综合了电机、微电子、电力电子、计算机、自动控制、精密机械、新材料等多门学科的高新技术行业，尤其是电子技术和新材料技术的应用促进了微特电机技术进步。 微特电机品种众多(达5000余种)、规格繁杂、市场应用领域十分广泛，涉及国民经济、国防装备、人类生

46、活的各个方面，凡是需要电驱动的场合都可以见到微特电机。 微特电机制造工序多，涉及精密机械、精细化工、微细加工、磁材料处理、绕组制造、绝缘处理等工艺技术，需要的工艺装备数量大、精度高，为了保证产品的质量还需一系列精密的测试仪器，是投资性较强的行业。 简而言之，微特电机行业是劳动密集型和技术密集型的高新技术产业,种类,微特电机门类繁多，大体可分为直流电动机、交流电动机、自整角电机、步进电动机、旋转变压器、轴角编码器、交直流两用电动机、测速发电机、感应同步器、直线电机、压电电动机、电机机组、其他特种电机等13大类,结构,电磁式 微特电机在结构上大体可分为3类 : 微特电机零件基本组成与普通电机相似，包括定子、转子、电枢绕组、电刷等部件，但结构格外紧凑,组合式 常见的有两种: 上述各种微电机的组合; 微电机与电子线路的组合。 例如直流电动机与传感器的组合，X方向与Y方向直线电动机的组合等。 非电磁式 外形结构与电磁式一样