电气传动与调速系统

1、 2主要内容1直流电动机的基本结构和工作原理；2直流他励电动机的机械特性；3直流他励电动机的起动特性；4直流他励电动机的调速特性；5直流他励电动机的制动特性。生产生产机械机械直流电直流电动机动机TMnTL32.1.2 直流电动机的工作原理U i F、F n 直流电源通过静止的电刷与随电枢转动的换向器的滑动接触把直流电源转换成电枢中的交流电，保证电枢转矩的方向不变，电枢保持逆时针旋转。nFF通电导体在磁场中受到电磁力的作用，力的方向由左手定则确定。T4实际的直流电动机1.在用硅钢片叠成的电枢铁心圆周上均匀地嵌放许多线圈，相应地换向器由许多换向片组成，使电枢线圈所产生的总的电磁转矩足够大并且比较均

2、匀，电动机的转速也就比较均匀2.通常用电磁极产生主磁场的。5直流电动机电磁转矩：taTKITnMIaE另外，当电枢在磁场中转动时，在线圈中也要产生感应电动势，该电动势的方向与电流的方向相反，故称之为反电动势。eEKntetK2KK609.556结构与直流电动机一样，在电刷两端接入直流电压表，所以N极一侧的电刷得到的电压始终是（+），S极一侧的电刷得到的电压始终是（-）。这种同一台电机能作电动机或作发电机运行的原理，在电机理论中称为可逆原理。78定子的作用是产生主磁场和在机械上支撑电机，它主要由主磁极、机座、电刷、端盖和轴承组成。直流电机由定子、转子两大部分构成。机座机座主磁极主磁极励磁励磁绕组

3、绕组NNSS9主磁极：在大多数直流电机的主磁极是电磁铁，为了尽可能的减小涡流和磁滞损耗，主磁极铁心用11.2mm厚的低碳钢板叠压而成。整个磁极用螺钉固定在机座上。10电刷装置：电刷的作用是把转动的电枢绕组与静止的外电路相连接，并与换向器相配合，起到整流或逆变器的作用。前后端盖用来安装轴承和支撑电枢，一般为铸铁或铸钢件。11直流电机转子部分：电枢铁心、电枢绕组、换向器、风扇、转轴和轴承等。 12电枢绕组：电枢绕组是由许多按一定规律联接的线圈组成，它是直流电机的主要电路部分，也是通过电流和感应电动势，从而实现机电能量转换的关键性部件。换向器：由许多换向片组成，每两个换向片中间是绝缘片。换向片数与线

4、圈元件数相同。13直流电动机按励磁方式（即获得磁通的方式）可分为MMMMM本章主要讨论的传动特性。14电动机转速n与电磁转矩T的关系为电动机的机械特性，电动机的机械特性是分析电动机起动、调速、制动的重要工具。 n = f (T)生产生产机械机械电动机电动机TMnTL当电动机工作于电动机状态时：T=TM+T015电枢回路的电压平衡方程式为： 和E=Ke n，T=Kt Ia一起整理得到他励直流电动机的机他励直流电动机的机械特性械特性 RaEIaM+U-IfRf+Uf-TKKRKUn2teae 直流他励电动机的与Ia无关，的大小由Uf ，Rf决定。Ke，Kt是和电动机结构有关的常数。16当U不变时，

5、机械特性曲线为一条直线当T=0时，n0=U/(Ke)为理想空载转速机械特性硬度%100nTdndTnNn0TNTn0 n TTKKRKUn2teae17机械特性硬度根据值的不同，将电动机机械特性分为三类：1）绝对硬特性，交流同步电动机；2）硬特性10，直流他励电动机，交流异步电动机上半部；3）软特性10，直流串励电动机和直流复励电动机。各种生产机械根据具体要求选用。%100nTdndT18他励直流电动机固有机械特性的几个特点1）Ra小，斜率小，属硬特性，转矩变化时，转速变化小（ n 小）；TKKRKUn2NteaNeNN2）当T=0时，n0=UN/(KeN)为理想空载转速，此时，Ia=0，E=

6、UN。固有机械特性可根据电动机的铭牌数据来绘制。nNn0TNTn0 n19RfRaEIaM+U-If+Uf-Radn0Tn0Rad=0Rad1Rad2Rad3Rad1Rad2U1U2 U3 固有机械特性U1n01U2n02U3n0321RaIaM+U-IfRf+Uf-nnTKKRKUn02teaeNNn0Tn0NnnTL ；2）起动电流Ist小于规定值；3）起动装置简单、可靠、经济、操作方便。241）接UN，n=0，I=UN/R3；b点，I1IL，T1TL，。2）闭合3KM，R2，nB= nA，I2 I1， T2 T1；BC。3）同理，闭合2KM，R1，nD；DE。闭合2KM，Rad，nE；

7、EH。起动过程结束。I1RaR1AR3DFCEHR2BIan0I2ILn0bMRad1 Rad2 Rad3R1R2R31KM2KM3KM+-UNRa25最大起动电流：I1=(22.5)IN (I1U1U2 U3 U1nbU2ncU3ndabcdgnTLTgU1突变为UN的调速过程：1. U1，b点，nb2. U2，n不能突变，E不变，I变大，g点，TgTL，加速ga。3. 随着n增大，E变大，I减小，T减小，当T=TL时在a点稳定，转速na 。33特点：1. 可实现无级调速；2. 机械特性斜率不变，硬度较高，稳定性好；3. 无论是重载还是轻载，调速范围相同，D=2.512；4. 电能损耗小；5

8、. 需要一套调压电源设备。34减弱磁通时，n0，n（斜率变大），弱磁时转速升高。nnTKKRKUn02teaeN 当=N时，na，当降为1时,n不能突变，ab ，TMTL，n上升， bc， TM=TL，电动机以nc的转速稳定运行。n0T0N1n012n0221NnnencnaTLb35弱磁调速优点：励磁回路的电流小调节空制方便，能量损耗小，调速平滑。缺点：机械特性斜率大，特性变软；调速范围小。 1.22倍。通常把调压和弱磁调速结合起来，以宽大调速范围。36能耗制动反接制动 电气制动：无机械磨损，易控制回馈制动断开电源 自由停车：停车时间长，不易控制抱闸机械制动：有机械磨损，不易控制37保持励磁

9、电流If的大小及方向不变，将开关接至Rad，电枢从电网脱离经制动电阻Rad闭合。参数特点： N， U0， 电枢回路总电阻RRaRad 实际上是一台他励直流发电机。轴上的机械能转化成电能， 全部消耗于电枢回路的电阻上， 所以称为能耗制动。If+ UN -RadEIan38TKKRRn2Nteada 能耗制动的参数代入机械特性的一般表达式，得到能耗制动时的机械特性：1.切断电源转速不能突变ab；2.b点TM+TL 与n方向相反减速；3.如TL是反抗性的，电动机自动停车；4.如TL是位能性的，电动机在c点运行。TKKRKUn2NteaNeNnT0abdn0TLRad1Rad2cRad1Rad239R

10、ad小Ia大制动快，但Rad不能太小，否则Ia将超过允许值而损坏电动机。能耗制动的特点：1）操作简单，停车准确；2）能耗制动产生的冲击电流不会影响电网；3）低速时制动转矩小，停转慢；4）动能大部分都消耗在制动转矩上。adaANeaRRnKI制动初瞬的最大电流：40当他励电动机的电枢电压U或电枢电势E中的一个在外部条件作用下改变了方向，即二者方向相反变为方向一致时，电动机即运行于反接制动状态。把改变电枢电压U的方向所产生的反接制动称为电源反接制动，而把改变电枢电势E的方向所产生的反接制动称为电势反接制动。41TKKRRKUnteadae2 保持If不变，将开关向右合闸，使电枢经制动电阻Rad而反

11、接于电网上。参数特点：，UU，R=Ra+Rad开关向左闭合，正向电动状态：反接制动机械特性：TKKRKUnteae2+ UN -RadEIanRaM负载TL42正向电动状态在a点运行；反接电源瞬间n不能突变，运行在反接特性的b点；反接后电磁转矩与n反向，和TL共同作用下减速制动；到c点n=0，断电源停机。若不断电，电机反向起动，并运行在d点（反抗性负载），或f点（位能性负载）。 -n0enaaTLT0n0nbcdndfnfTKKRRKUnteadae2反接制动机械特性：43特点：1. 可以很快使机组停机；2. 需要加入足够的电阻，限制电枢电流；3. 转速至零时， 需切断电源+ UN -RadE

12、IanRaM负载TL44只有负载为位能性负载时才有；保持及端电压U不变，仅在电枢回路串入足够大的制动电阻Rad，使该人为特性与负载转矩特性的交点处于第四象限b点。这时n为负值，E的方向反转与U方向一致。系统下放重物，电动机克服重力保持匀速下降。+U-RaIaMRad+E-GnTTndnaaTL0n0bRadn45正向电动状态在a点运行；串入制动电阻Rad，机械特性2，转速不能突变，c点；TTL，减速，当n=0，d点TdTL，继续减速nn0时，电枢电动势大于端电压，电机进入发电状态，电磁转矩起制动作用，限制转速上升，位能转换为电能，回馈到电网。电车下坡，重力克服摩擦，负载转矩为负值 Tb，电机在b点运行在反馈制动状态。重力克服摩擦后，多余的转换为电能，电机处在发电状态。电动状态naaTL0n0nbb电动状态-n0反馈制动反馈制动TbT48机械特性不变。但T变为负值，在第二象限。TKKRKUnteaeN2naaTL0