拖动与调速 第一章
《电力拖动自动控制系统》习题解答(前三章)
《电力拖动自动控制系统》部分习题解答第一章1. 什么叫调速范围、静差率？它们之间有什么关系？怎样才能扩大调速范围？ 答：①调速范围——电动机在额定负载下调速时，允许的最高转速max n 与最低转速minn 之比叫做调速范围，用D 表示，即min max n nD =②静差率——当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落N n ∆与理想空载转速0n 之比，称作静差率S ，即0N n nS ∆=③直流变压调速系统中调速范围、静差率和额定速降之间的关系为)1(s n s n D N N -∆=④采用闭环控制方式，使转速降落N n ∆能够大幅度下降，才能保证在静差率S 不变的前提下扩大调速范围。
2. 某一调速系统，测得的最高转速特性为n 0max ＝1500 r/min ，带额定负载时的速降N n ∆＝15 r/min ，最低速特性为n 0min ＝100 r/min ，额定速降不变，试问系统能达到的调速范围有多大？系统允许的静差率是多少？解：已知N n ∆＝15 r/min ，有n max ＝n 0max －N n ∆＝1500 r/min －15 r/min ＝1485 r/min n min ＝n 0min －N n ∆＝100 r/min －15 r/min ＝85 r/min 于是调速范围47.17851585minmax ===n n D静差率%15%10010015%100min0=⨯=⨯∆=n n s N答：系统能达到的调速范围是17.47；允许的静差率是15%。
3. 为什么加负载后直流电动机的转速会降低，它的实质是什么？答：当负载电流增大后，电枢电阻上压降增大，使E 减小，导致转速n 必然下降。
实质是电枢电阻的存在导致压降增大。
4. 某调速系统的调速范围是1500 ~ 150 r/min ，要求静差率为s ＝2% ，那么系统允许的静态速降是多少？如果开环系统的静态速降是100 r/min ，则闭环系统的开环放大系数应有多大？解：①已知101501500==D ，又)1(s n s n D N N -∆=06.3)02.01(1002.01500)1(N N =-⨯=-=∆s D s n n r/min也可以这样计算n n n n n s NNN ∆+∆=∆=min 0 min r/06.302.0102.01501min N =-⨯=-=∆s s n n ②因为 K1op cl +∆=∆n n所以 68.31106.31001K clop =-=-∆∆=n n答：要求静差率为s ＝2%时，系统允许的静态速降是3.06r/min ；如果开环系统的静态速降是100 r/min ，则闭环系统的开环放大系数应有31.68。
电机拖动与调速技术-课程标准
4
6
文献
-具有良好的动手能力、分析和解决问题的能力以及实验能力
-具有独立工作，自律的能力
学习单元与教学内容
序号
教学单元
教学内容与实施
讲授
体验操作
1
基础导论 电机的原理、 拆装与检测
-课程知识导论
一直流电机的基本结构和工作原理 一直流电机的拆装与检测
-三相异步电动机分类及工作原理
-交流电机的拆装与检测
64Leabharlann 2直流电动机拖 动与调速运行
专业能力
-能够掌握交、直流电机的基本结构、工作原理和机械特性；
-能够掌握控制电机的工作原理、特性和用途；
-能够掌握电动机的接线方法、典型故障检查方法；
-能够掌提选择电机的原那么和方法；
个人能力
-理论联系实际、抽象思维能力
-对工作质量的自我控制以及工作评价能力
-能够有效地获取、利用、传递信息
-通过独立学习，不断获取新的知识和技能，能够在工作中寻求发现问题、 解决问题的途径
-电力拖动系统的运动方程和负载的转矩 特性
一直流电动机的机械特性
一直流电动机的起动和制动
一直流电动机的调速指标与调速方法
4
4
3
变压器的运行 与测试
-单相变压器的运行与测试
-三相变压器的运行与测试
4
4
4
三相异步电动 机的运行与测 试
-三相异步电动机的基本结构和工作原理
-三相异步电动机的工作特性和机械特性
《电机拖动与调速技术》
课程标准
适合专业：电气自动化、机电一体化（高职）等
专业
二。二一年一月
电机驱动与调速
直流电机的电力拖动第部分
调速系统须满足下列两个准则： （1）在整个调速范围内电机不至于过热，为此，求： Ia ；IN （2）电动机旳负载能力要尽量得到充分利用。
鉴于此，不同类型旳负载必须选择合适旳调速方式。
下面分别就不同调速方式以及多种调速方式所适合旳负载类型加以讨论。
1. 调速方式
电力拖动系统旳调速方式主要分为两大类： （1）恒转矩调速方式：在保持 Ia 不IN变旳前提下， 保Tem持不变； （2）恒功率调速方式：在保持 Ia 不IN变旳前提下， 保Pe持m 不变。
直流电机旳电力拖动
3.6 直流电动机旳调速
A、与调速有关旳性能指标
a、调速范围D：
定义： 调速范围定义为拖动系统旳最高转速（或速度）与最低转速（或
速度）之比，即：
b、静差率 ：
D nmax vmax nmin vmin
（3-46）
定义： 对调速系统旳静差率即转速变化率，它是指理想空载转速与额定
老式旳可调压电源可采用如图3.24所示旳发电机-电动机旋转机组方案。
图3.24 直流发电机-电动机机组旳可调直流电源 目前应用较为广泛旳是静止变流器方案，如相控变流器和斩控变流器，有关内容已在 《电力电子技术》中简介过。
2. 弱磁升速
图3.25给出了他励直流电动机弱磁调速时旳人工机械特征。
图3.25 励磁变化情况下旳直流电动机人工机械特征和负载特征
结论： 基速下列，他励直流电动机采用恒转矩调速方式，而基速以上，
则采用恒功率调速方式。
图3.27a、b分别给出了他励直流电动机在整个调速过程中旳机械特征与负载能力曲线。
图3.27 他励直流电动机调速过程中所允许旳转矩和功率
2. 调速方式旳选择
变频调速与电动机拖动控制
３ ｐａｆ
（） ２
式 中 ： ＝Ｘ 十Ｘ Ｘ 。 由式 （ ） 以看 出 ， 忽 略 ， ２可 当 ． ， 大 转 矩 时 最 和 ａ无 关 ， 在低频 时 ， 但 ． 已不 可 忽 略 ， Ｍ 将 随 厂 减 小而 减 小 。因此 ， ／ 常 数 的 运 行 方式 适 用 于 调 速 范 围不 太 大 ， 转 矩 随 转 速 的 降 厂 为 或 低 而 变 小 的 负载 ， 风 机 、 类 等 负 载 。 如 泵
维普资讯
河
北
科
技
大
学
学
报
Ｖ Ｏ１ ２３ Ｎ Ｏ．３ ． Ｓｕｍ ６ ２ ２ ００２
第 ２ ３卷 总第 ６ ２期
第 ３期 ２０ ０ ２年
Ｊ ＯＵ ＲＮＡＬ ＯＦ ＨＥＢＥＩＵ ＮＩ ＶＥＲＳ ＴＹ Ｉ ＯＦ
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通 常有两种控制方法 。
１ 保 持 ／ ） Ｆ 一常 数 的 比例 控 制 方 式
在 降低 频 率 调 速 过 程 中 ， 持 ／ 为 常 数 ， 就 是 保 也 和 厂， 且 和 厂 均 以其 额 定值 表 示 ， 即
保 持 磁 通 近 似 为 常 数 。设 电动 机 工 作 于任 意 的
动 态 响 应 快 以及 运 行 可 靠性 高 的特 点及 良好 的技 术 性 能 ， 因此 ， 变频 调 速 是 异 步 电 动机
电机拖动基础试卷及答案
《电机与拖动》试题库第一部分直流电机一、填空题：1、并励直流发电机自励建压的条件是_______;_______;_______。
(主磁路存在剩磁；并联在电枢两端的励磁绕组极性要正确，使励磁电流产生的补充磁通方向与剩磁磁通方向相同；励磁回路的总电阻必须小于临界电阻)2、可用下列关系来判断直流电机的运行状态，当_______时为电动机状态，当_______时为发电机状态。
（Ea 〈U；Ea〉U）3、直流发电机的绕组常用的有_______和_______两种形式，若要产生大电流，绕组常采用_______绕组。
（叠绕组；波绕组；叠）4、直流发电机电磁转矩的方向和电枢旋转方向_______，直流电动机电磁转矩的方向和电枢旋转方向_______。
（相反；相同）5、单迭和单波绕组，极对数均为p时，并联支路数分别是_______，_______。
（2p；2）6、直流电机的电磁转矩是由_______和_______共同作用产生的。
（每极气隙磁通量；电枢电流）7、直流电机电枢反应的定义是_______，当电刷在几何中线时，电动机产生_______性质的电枢反应，其结果使_______和_______，物理中性线朝_______方向偏移。
（电枢磁动势对励磁磁动势的作用；交磁；气隙磁场产生畸变；对主磁场起附加去磁作用）二、判断题1、一台并励直流发电机，正转能自励，若反转也能自励。
（）（F）2、一台直流发电机，若把电枢固定，而电刷与磁极同时旋转，则在电刷两端仍能得到直流电压。
（）（T）3、一台并励直流电动机，若改变电源极性，则电机转向也改变。
（F）4、直流电动机的电磁转矩是驱动性质的，因此稳定运行时，大的电磁转矩对应的转速就高。
（）（F）三、选择题1、直流发电机主磁极磁通产生感应电动势存在于（）中。
（1）（1）电枢绕组；（2）励磁绕组；（3）电枢绕组和励磁绕组2、直流发电机电刷在几何中线上，如果磁路不饱和，这时电械反应是（）（3）（1）去磁；（2）助磁；（3）不去磁也不助磁。
第一章绪论电力拖动课件武汉理工
零.如右图，我们定义该方向为该场点磁感
应强度 的方向.
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电机与拖动基础
37
—电机与拖动基础—
• (2)当电流元的取向与磁感应强度的方向垂直时,受到的磁场力
与该电流元在该场点具有其它可能取向时受到的磁场力相比
为最大,表示为dFm a x
.
dFm a x
与
Idl
的大小成正
• 比，并与各点磁场的性质有关。我们将 dFmax 与 Idl 大
小的比值定义为该场点磁感应强度 B 的大小，即
B dFmax
•
Idl
•
恒定磁场中各点处的磁感应强度 都具有确定的量值。
它由磁场本身性质所决定，与电流元 的大小无关。
•
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电机与拖动基础
38
—电机与拖动基础—
• (3)实验表明，磁场力 dFmax的方向总是垂直于电 流元 Idl和磁感应强度B 所组成的平面，而且
• 电势e正方向表示电位升高的方向，与U 相反。如果同一元件上e和U正方向相同 时，e= -U。
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电机与拖动基础
34
—电机与拖动基础—
• 一、磁路的基本概念
• 磁路：磁通经过的路径。 • 基本物理量： • 1、磁感应强度B（磁密）单位：Wb/m2;或T • 2、磁通 单位：WB • 3、磁场强度H单位：A/m • 4、磁动势F=NI 单位：A • 5、磁压降V=Hl 单位：A • 线圈中有电流I，线圈周围就会产生磁场，磁场强弱取决
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电机与拖动基础
42
—电机与拖动基础—
• 1.载流直导线的磁场 如图右图所示， 在长为 L的一段载流直导线中，通有恒定
电机与拖动技术大连理工大学课件和答案第1章
第四步：排列、连接绕组。根据各节距按规律排列连接。
第五步：放置主磁极。主磁极应N、S极交替地、均匀地放置在各槽之上， 每个磁极的宽度约为0.7倍的极距。
y1
Z 2p
8 2
4
合成节距 ： y=yk=1
按照上述步骤绘制单叠绕组的展开图，如图所示。
单叠绕组的并联支路图
画出元件的连接及有关的换向片和电刷，就成 了绕组的并联支路图。并联支路图，就是绕组 的电路简图
单叠绕组的特点
（1）y=yk=1 （2）2a=2p （3）同一个主磁极下的元件串联在一起组成一个支路， 有几个主磁极就有几条支路； （4）电刷数等于主磁极数，电刷位置应使支路感应电 动势最大，电刷间电动势等于并联支路电动势； （5）电枢电流等于各并联支路电流之和
组 10．电枢铁芯 11．底脚
图1-3 换向极结构 1．换向极铁芯 2．换向极绕组
图1-4 电刷盒装配 1．刷盒 2．电刷 3．铜丝辫 4．压紧弹簧
图1-5 电枢铁芯冲片
图1-6 直流电机换向器
图1-6 直流电机换向器
1.1.2 直流电机的基本原理
1、直流发电机工作原理
右图为直流发电机的物理模型， N、S为定子磁极，abcd是固定在 可旋转导磁圆柱体上的线圈，线圈 连同导磁圆柱体称为电机的转子或 电枢。线圈的首末端a、d连接到 两个相互绝缘并可随线圈一同旋转 的换向片上。转子线圈与外电路的 连接是通过放置在换向片上固定不 动的电刷进行的。
把电刷A、B接到直流电源上， 电刷A接正极，电刷B接负极。此时 电枢线圈中将电流流过。如右图。
电力拖动系统
特点：特性变软，可无级(平滑)调速。
->乳源高级中学通用技术实验室</tyjs
改变电枢电压的调速
降压调速：理想空载转速减 小，电动机的转速也相应减小。 属于恒转矩调速。
方法：1.G-M系统(可通过改 变直流发电机的励磁)，2.晶闸管 整流装置(改变导通角)，从而改 变电动机的电压。(书P.93图)
一、直流电动机的调速方法
直流电动机的机械特性表达式为：
n U Ke
-
Ra R KeKT 2
T
n0 - kT
由机械特性，可知直流电动机的调速方法有三
种：—— 可分别单独调节和同时配合调节。
1.电枢回路串电阻调速；
2.弱磁调速；
3.降压调速
->乳源高级中学通用技术实验室</tyjs
负载机械特性：
负载与电动机机械特性都是拖动系统工作的依据， 应知道类型。
稳定运行：
稳定运行是系统追求的目的，应该掌握判断的依 据和方法。
->乳源高级中学通用技术实验室</tyjs
一、电力拖动系统的运动方程
单轴系统的运动方程：
书P.86.式（1-1）
T-TL=JdΩ/dt=(GD2/375) dn/dt —— 从牛顿定律演化而来。 其中：375=120g/π（g=9.81，重力加速度常数）
->乳源高级中学通用技术实验室</tyjs
变频调速原理
原理：变频调速属于改变同步转速。根据n0=60f1/p可 知，频率变，同步转速变，机械特性也变。 要求：1.f1＞fn，负载转矩应相应减小，否则过载；
2.f1＜fn时，应保持U1/f1=常数。 原因：∵f1＞fn时n＞nn，若保持额定转矩不变，会造 成电机过载，∴若f1＞fn，负载转矩应相应减小。∵f1 ＜fn时，若保持U1不变，则E1=4.44kf1Φ中，Φ将增加， 磁路会出现饱和，损耗会增加。 ∴f1＜fn时，必须保 持U1/f1=常数。而在f1＞fn时，保持U1=Un，磁路磁通减 小，电磁转矩相应减小。
浙江大学电机与拖动讲义章玮第一章直流电机
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展开图（2）
τ
τ
τ
τ
1 2 N3 4 5 6 S 7 8 9 10 N11 12 13 14 S 15 16
15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
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绕组放置
• 元件1： 上元件边在1槽， 下元件边放在相距y1=5即6槽下层。
第一章 直流电机
• 直流电机的基本原理和结构 • 直流电机的电枢绕组 • 直流电机的磁场 • 直流电机的电枢电动势、电磁转矩
和电磁功率 • 直流电机的换向
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1
直流电机的用途
测速 伺服
励磁机
电源
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2
直流电机的特点
• 直流发电机的电势波形较好，对电磁干扰的影响小。 • 直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑。
• 由正负电刷引出的电枢电流Ia为各支路电流之和， 即
Ia2aai
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二、单波绕组
波绕组：首末端所接的两换 向片相隔很远， 两个元件紧 相串联后形似波浪。
•为了使紧相串联的元件所生的电势同向相加， 元件边应
处于相同磁极极性下， 即合成节距 y2,y2
•为了使绕组从某一换向片出发， 沿电枢铁心一周后回到 原来出发点相邻的一片上， 则可由此再绕下去。
• 元件2： 上元件边在2槽， 下元件边放在相距y1=5即7槽下层。
以此类推
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27
某一瞬间电刷、磁极放置
磁极：磁极宽度约0.7τ , 均匀分布，N、S极交替安排。
电机与拖动基础第一章 直流电机
17
二、直流电动机工作原理
直流电动机是将电能转变成机械能的旋转机械。
18
当电枢旋转到下图所示位置时，原N极性下导体ab转到S 极下，受力方向从左向右，原S 极下导体cd转到N极下，受力 方向从右向左。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。线圈 在该电磁力形成的电磁转矩作用下继续逆时针方向旋转。
同直流发电机相同，实际的直流电动机的电枢并非单一线 19 圈，磁极也并非一对。
三、直流电机的可逆性
一台直流电机原则上既可以作为电动机 运行，也可以作为发电机运行，只是外界条 件不同而已。如果用原动机拖动电枢恒速旋 转，就可以从电刷端引出直流电动势而作为 直流电源对负载供电；如果在电刷端外加直 流电压，则电动机就可以带动轴上的机械负 载旋转，从而把电能转变成机械能。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。
一、直流发电机工作原理 直流发电机是将机械能转变成电能的旋转机械。
15
当原动机驱动电机转子逆时针旋转180 后 ，如图。
0
可见，和电刷A接触的导体总是位于N极下，和电刷B接触的 导体总是位于S极下，因此电刷A的极性总是正的，电刷B的极性 总是负的，在电刷A、B两端可获得直流电动势。 16
实际直流发电机的电枢是根据实际需要有多个 线圈。线圈分布在电枢铁心表面的不同位置，按照 一定的规律连接起来，构成电机的电枢绕组。磁极 也是根据需要N、S极交替多对。
2）当元件的几何形状对称 时，电刷在换向器表面上 的位置对准主磁极中心线， 支路电动势最大，电枢电 动势等于支路感应电动势。
3）电枢电流等于两条支路电流之和。
43
课外作业
1-13
44
1.3 直流电机的磁场
1.3.1 直流电机的励磁方式
第1章电力拖动自动控制系统运动控制系统第5版
1.4 生产机械的负载转矩特性
生产机械的负载转矩是一个必然存 在的不可控扰动输入。
归纳出几种典型的生产机械负载转 矩特性，实际负载可能是多个典型 负载的组合，应根据实际负载的具 体情况加以分析。
恒转矩负载
负载转矩的大小 恒定，称作恒转 矩负载
a）位能性恒 转矩负载
b) 反抗性恒转 矩负载
TL 常数
1.3 运动控制系统转矩控制规律
运动控制系统的基本运动方程式
d
( J m
dt
)
Te
TL
Dm
Km
dm
dt
m
1.3 运动控制系统转矩控制规律
当J为常数时，运动控制系统的基本 运动方程式
J
d m
dt
Te
TL
Dm
K m
d m
dt
m
1.3 运动控制系统转矩控制规律
忽略阻尼转矩和扭转弹性转矩，运 动控制系统的简化运动方比。
1.2 运动控制系统的历史与发展
交流调速系统 交流电动机（尤其是笼型感应电
动机）结构简单 交流电动机动态数学模型具有非
线性多变量强耦合的性质，比直流电 动机复杂得多。
交流调速系统
基于稳态模型的交流调速系统 转速开环的变压变频调速 转速闭环的转差频率控制系统
内容提要
运动控制系统及其组成 运动控制系统的历史与发展 运动控制系统转矩控制规律 生产机械的负载转矩特性
现代运动控制技术
电机学、电力电子 技术、微电子技 术、计算机控制 技术、控制理论、 信号检测与处理 技术等多门学科 相互交叉的综合 性学科 。
图1-1运动控制及其相关学科
1.1 运动控制系统及其组成
图1-3 恒转矩负载
电力拖动与运动控制系统第一章课后答案
1-2有一V-M 调速系统，电动机参数为：PN=2.5kW ，UN=220V ，IN=15A ，nN=1500r/min,电枢电阻Ra=2Ω,整流装置内阻Rrec=1Ω，触发整流环节的放大倍数Ks=30。
要求系统满足调速范围D=20，静差率s ≤10%。
（1）计算开环系统的静态速降Δnop 和调速要求所允许的闭环静态速降Δncl 。
（2）采用转速负反馈组成闭环系统，试画出系统的原理图和静态结构框图。
（3）计算放大器所需的放大倍数。
解：（1）（2）r V n I R U C N N a N e min/127.01500152220•=⨯-=-=()()min /33.354127.01512r C I R R ne N rec a op =+=+=∆ ()()m in /33.81.01201.015001r S D s n n N cl =-⨯=-=∆（3）1-7 某直流调速系统，其额定数据如下：60kW ，220V ，305A ，1000r/min ，Ra=0.05，电枢回路总电阻R=0.18 ，如果要求调速范围 D = 20，静差率s<= 5%，问开环系统能否满足要求？解：如果要求D=20，S<=5%， 所以，开环不能满足要求。
54.41133.833.3431=-=-∆∆=cl op n n K 79.802.030127.054.41=⨯⨯==αs e p K KC K 205.0100005.0305220=⨯-=-=∴-=N a N a N N n R I U Ce CeR I U n min /8.267205.018.0305r Ce R I n N N =⨯==∆m in /63.2)05.01(2005.01000)1(r D s s n n N N =-⨯≤-=∆1-8 带电流截止负反馈的转速负反馈单闭环有静差调速系统，已知：最大给定电压Unm=15v 。
直流电机额定数据如下：30kW ，220V ，160A ，1000r/min ，Ra=0.1，电枢回路总电阻R=0.4 ，Ks=40。
电机与拖动技术复习
R2 X 2
Rsh
X sh
& I1 & U1
& & E1 = E ' 2
& I0
Rf Xf
& I '2
& U2
& I1
Z 'L
& U1
& U2
Z 'L
13
某三相铝线电力变压器， =100kVA， 例 3 某三相铝线电力变压器，SN=100kVA， U1N/U2N =6000V/400V， =9.63A/144.5A，Yyn0接法 接法， =6000V/400V，I1N/I2N=9.63A/144.5A，Yyn0接法，空载及短路 在室温25 下进行） 试验数据如下 （在室温25oC下进行） 实验名称 电压/V 电压/V 电流/A 电流/A 功率/W 功率/W 备 注 空 载 短 路 400 325 9.37 9.63 600 2014 低压侧 高压侧
U Ia M I Ia
U Ia Ia M
U If M I Ia
U If2 M
If
Uf
If
If1
7. 电枢绕组感应电动势 8. 直流电机的电磁转矩 直流电机的电磁转矩
E a = C eΦn
Tem = CTΦI a
E a = U a + Ra I a
2
9. 直流发电机电枢回路电压方程 10. 直流发电机的功率图 (32页) 页
5
匀速下 （3）负载同上，电动机以n= - 1000 r/min匀速下 负载同上， 下放重物 采用倒拉反接运行方式， 重物， 倒拉反接运行方式 下放重物，采用倒拉反接运行方式，电枢回路应 串入多大电阻 该电阻上的功耗是多少？ 多大电阻？ 功耗是多少 串入多大电阻？该电阻上的功耗是多少？ 负载同上，采用反向回馈制动运行方式， 反向回馈制动运行方式 （4） 负载同上，采用反向回馈制动运行方式， 电枢回路不串电阻 电动机的转速是多少？ 不串电阻， 转速是多少 电枢回路不串电阻，电动机的转速是多少？ 解 （1）解题思路：见（41图），用B点的值求 解题思路： 41图），用 电阻。反抗性恒转矩负载求能耗制动电阻的公式： 电阻。反抗性恒转矩负载求能耗制动电阻的公式：
第一章交直流调速系统PPT课件
的地方仍然使用这种系统。 但是这种由机组供电的直流调速系统需要旋
转变流机组，至少包含两台与调速直流电动机 容量相当的旋转电机（原动机和直流发电机） 和一台容量小一些的励磁发电机，因而设备多 、体积大、效率低、安装需打地基、运行有噪 音、维护不方便。为了克服这些缺点，在20世 纪50年代开始采用静止变流装置来代替旋转变 流机组，直流调速系统进入了由静止变流装置 供电的时代。
K K
晶闸管相当于PNP和NPN型两个晶体管的组合
晶闸管由P1、N1、P2、N2四层半导体材料交替组成，其结构 及图形符号如图所示。P1区引出的电极为阳极A，N2层引出的 电极为阴极K，由中间P2层引出的电极为控制极G。为更好的理 解晶闸管的工作原理，常将其N1、P2两个区域分解成两部分， 分别构成一个NPN型和一个PNP型的三极管。分解后的情况如图
晶闸管也像半导体二极管那样具有单向导电性， 但它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、调 压及开关等方面。
优点： 体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简单、
操作方便、寿命长、 容量大（正向平均电流达千安、 正向耐压达数千伏）。
常用晶闸管的结构
螺栓型晶闸管
晶闸管模块
平板型晶闸管外形及结构
一、基本结构
对系统的调速性能要求不高时，可直接由励
磁电源供电，要求较高的闭环直流调速系统一 般都通过放大装置（G-M系统的放大装置多采用 交磁放大机或磁放大器）进行控制。如果改变 if的方向，则U的极性和n的转向都跟着改变， 因此G-M系统的可逆运行是很容易的。
G-M系统具有很好的的调速性能，在20世纪50 年代曾广泛地使用，至今在尚未进行设备更新
Ra
调改速变特电性压：UN U n ， n0
转速下降，机械特性曲线平行下移。
(完整word版)电机及电力拖动课后习题答案
《电机与拖动基础》课后习题第一章 习题答案1．直流电机有哪些主要部件？各用什么材料制成？起什么作用？ 答：主要部件：(1）定子部分：主磁极，换向极，机座，电刷装置。
（2）转子部分：电枢铁心，电枢绕组，换向器。
直流电机的主磁极一般采用电磁铁，包括主极铁心和套在铁心上主极绕组（励磁绕组）主磁极的作用是建立主磁通.换向极也是由铁心和套在上面的换向绕组构成，作用是用来改善换向。
机座通常采用铸钢件或用钢板卷焊而成,作用两个：一是用来固定主磁极，换向极和端盖，并借助底脚将电机固定在机座上;另一个作用是构成电机磁路的一部分。
电刷装置由电刷、刷握、刷杆、刷杆座和汇流条等组成，作用是把转动的电枢与外电路相连接，并通过与换向器的配合，在电刷两端获得直流电压。
电枢铁心一般用原0.5mm 的涂有绝缘漆的硅钢片冲片叠加而成.有两个作用，一是作为磁的通路,一是用来嵌放电枢绕组。
电枢绕组是用带有绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成的线圈按一定的规律联接而成，作用是感应电动势和通过电流，使电机实现机电能量装换，是直流电机的主要电路部分。
换向器是由许多带有鸠尾的梯形铜片组成的一个圆筒，它和电刷装置配合,在电刷两端获得直流电压。
2．一直流电动机，已知，，，，0.85r/min 1500n V 220U kw 13P N N N ====η求额定电流N I 。
解:电动机η⋅=N N N I U P ， 故 A =⨯⨯=⋅=5.6985.02201013U P I 3N N N η3． 一直流电动机，已知，，，，0.89r/min 1450n V 230U kw 90P N N N ====η求额定电流N I .解：发电机N N N I U P =， 故 A ⨯==3912301090U P I 3N N N7．什么叫电枢反应？电枢反应的性质与哪些因素有关？一般情况下，发电机的电枢反应性质是什么？对电动机呢?答：负载时电枢磁动势对主磁场的影响称为电枢反应. 电刷反应的性质与电刷的位置有关系。
电力拖动直流调速系统的调速方法
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#《电力拖动自动控制系统》习题答案1
第一章闭环控制的直流调速系统1－1 为什么PWM—电动机系统比晶闸管—电动机系统能够获得更好的动态性能？答：PWM—电动机系统在很多方面有较大的优越性：（1）主电路线路简单，需用的功率器件少。
（2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小。
（3）低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达1：10000左右。
（4）若与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强。
（5）功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高。
（6）直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。
1－2 试分析有制动通路的不可逆PWM变换器进行制动时，两个VT是如何工作的。
答：在制动状态中，为负值，就发挥作用了。
这种情况发生在电动运行过程中需要降速的时候。
这时，先减小控制电压，使di2VT1gU的正脉冲变窄，负脉冲变宽，从而使平均电枢电压降低。
但是，由于机电惯性，转速和反电动势还来不及变化，因而造成，很快使电流反向，截止，在dUdEU>di2VDont≤＜Ｔ时，2gU变正，于是导通，反向电流沿回路3流通，产生能耗制动作用。
在＜Ｔ+时，关断，2VTTt≤ont2VTdi.沿回路4经续流，向电源回馈制动，与此同时，两端压降钳住使它不能导通。
在制动状态中，和轮流导通，而始终是关断的。
1VD1VD1VT2VT1VT1VT在轻载电动状态，这时平均电流较小，以致在关断后经续流时，还没有达到周期Ｔ，电流已经衰减到零，这时两端电压也降为零，便提前导通了，使电流反向，产生局部时间的制动作用。
1VTdi2VD2VD2VT１－３调速范围和静差率的定义是什么？调速范围、静差速降和最小静差率之间有什么关系？为什么说“脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了”？答：生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速范围，用字母Ｄ表示，即maxminnDn= 其中，和一般都指电动机额定负载时的最高和最低转速，对于少数负载很轻的机械，可以用实际负载时的最高和最低转速。
电机与拖动第一单元预复习
0703班电机拖动《三相异步电动机》（09年9月）第一轮复习课前练习题姓名学号得分一、填空题：1、当s在范围内，三相异步电机运行于电动机状态，在范围内运行于发电机状态。
2、三相异步电动机根据转子结构不同可分为和两类。
3、一台6极三相异步电动机接于50H Z的三相对称电源；其s=0.05，则此时转子转速为r/min，定子旋转磁势相对于转子的转速为r/min。
4、一台三相异步电动机带恒转矩负载运行，若电源电压下降，则电动机的转速，定子电流，最大转矩，临界转差率。
5、三相异步电动机电源电压一定，当负载转矩增加，则转速，定子电流。
6、对于绕线转子三相异步电动机，如果电源电压一定，转子回路电阻适当增大，则起动转矩，最大转矩。
7、拖动恒转矩负载运行的三相异步电动机，其转差率s在范围内时，电动机都能稳定运行。
8、三相异步电动机的过载能力是指。
9、星形一三角形降压起动时，起动电流和起动转矩各降为直接起动时的倍。
10、三相异步电动机进行能耗制动时，直流励磁电流越大，则制动转矩。
11、三相异步电动机拖动恒转矩负载进行变频调速时，为了保证过载能力和主磁通不变，则应保持不变。
12、在运行中的三相异步电动机如发生某一相电路断开，则电动机一般仍能，但工作绕组中的电流将，从而导致。
13、在进行反接制动时，当制动到转子转速接近时，应及时，否则电动机将起动。
14、三相异步电动机的调速有、、三种。
15、改变单相异步电动机的转子旋转方向的方法有两种，分别是，。
16、三相异步电动机的制动方法有，，，等。
1．三相对称电流在异步电动机的三相定子绕组中建立的磁场是，2．有一台JO2—82—4型鼠笼式异步电动机，额定功率为40KW，额定转速为1470转/分，则它的旋转磁场磁极对数是对，同步转速为，额定转差为，额定转矩为。
3．一台Y—132S—4的国产三相异步电动机，电源频率为50Hz，当转差率s=0.03时，转子转速为 ，则转子电流的频率为 。
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=365× G DZ2=365×( GZ vg2／n2)
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拖动与调速系统
第三节 他励直流电动机的调速
1.可以采用的调速方法： 可以采用的调速方法： 可以采用的调速方法 机械调速: 通过改变机械传动机构速比的方法来使速度变化 电气调速: 通过改变电动机电气参数 在负载不变的条件下 通过改变电动机电气参数,在负载不变的条件下 在负载不变的条件下, 得到不同运行速度的方法. 得到不同运行速度的方法 △n1 △n n n0 A B nA 速度变化是在某条特性下, 速度变化是在某条特性下 Ra nB 由于负载变化所引起的, 由于负载变化所引起的 1 nC C 而速度调节则是在同一 负载下,人为改变电动机 负载下 人为改变电动机 机械特性而得到的. 机械特性而得到的 Ra+ R 2
恒转矩调速方案:
恒功率调速方案:
指在调速范围内,保持Ia= IN不变,电动机 产生的电磁功率保持不变. 属于这种调速方案的调速方法弱磁调速
电动机调速时容许输出的功率和转矩与功率和转矩的匹配,见下图 电动机稳定运行时的实际输出的功率与转矩是由负载的需要来决定的
拖动与调速系统
第一篇 电力拖动篇 《拖动与调速系统》 拖动与调速系统》
第一章 直流电动机电力拖动
§ 1.1 第一节 电力拖动系统的运动方程式 工作机构转矩、 §1.2 第二节 工作机构转矩、力﹑飞轮转 矩和质量的折算 § 1.3 第三节 他励直流电动机的调速 §1.4 第四节 串励直流电动机的电力拖动
拖动与调速系统
第一篇 电力拖动篇
学习要点
《电机与控制》一书讲述了直流电机和交流电机的结构，工作 电机与控制》一书讲述了直流电机和交流电机的结构， 原理和机械特性。电机，无论是直流电机还是交流电机， 原理和机械特性。电机，无论是直流电机还是交流电机，主要是用 作动力装置，将电网的电能转换为机械能，拖动生产机械运行。 作动力装置，将电网的电能转换为机械能，拖动生产机械运行。由 电机拖动生产机械运行的系统称为电力拖动系统。 电机拖动生产机械运行的系统称为电力拖动系统。本篇将研究电力 拖动系统的运行规律；介绍常用的起动方法和调速方法，分析起动， 拖动系统的运行规律；介绍常用的起动方法和调速方法，分析起动， 制动和调速的动态过程；电机在运行过程中由于损耗而发热， 制动和调速的动态过程；电机在运行过程中由于损耗而发热，会产 生温升，因而应根据电动机发热与冷却规律选择容量合适的电动机， 生温升，因而应根据电动机发热与冷却规律选择容量合适的电动机， 以保证电力拖动系统安全，可靠，经济地运行。 以保证电力拖动系统安全，可靠，经济地运行。 本篇分三章，第一章，直流电动机的电力拖动；第二章， 本篇分三章，第一章，直流电动机的电力拖动；第二章，三 相异步电动机的电力拖动；第三章， 相异步电动机的电力拖动；第三章，电力拖动 系统中电动机的选择。 系统中电动机的选择。 目录 上一页 下一页 返回最近浏览页 第一章 直流电动机的电力拖动
↑
－1=1－ η↓ 1= －
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拖动与调速系统
单轴拖动系统示意图 推导过程
由 TD－TL＝J×（d ΩD／dt ） GD2＝4gJ Ω＝2Πn／60 Π ／ TD－TL＝（GD2／375）×dn／dt TD－TL称为动态转矩
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TL Ω η公式: TL＝TLg Ω g／ Ω ηc＝TLg／(Ω ／Ω g) ηc＝TLg／j ηc Ω ＝
低速轴折算到高速轴时，j＞1，等效负载转矩变小； 高速轴折算到低速轴时，j＜1，等效负载转矩变大 若电动机工作在制动状态
ηc／ Ω＝(TL ／j)ηc 目录 上一页 下一页 返回最近浏览页 第一章 直流电动机的电力拖动
拖动与调速系统
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拖动与调速系统
1.2.3 船动机构与工作机构飞轮矩的折算
在多轴系统中， 在多轴系统中，各级飞轮矩的大小反映出运动中的各传动 机构所储存的机械惯性的大小，即所储存动能的大小。因此， 机构所储存的机械惯性的大小，即所储存动能的大小。因此， 折算的原则应是折算前后实际的多轴系统与等效单轴系统所储 存的动能不变。 存的动能不变。 图多轴电力拖动系统（b）所示旋转物体的动能为 A=JΩ2／2 图多轴电力拖动系统（ ） Ω A=JΩ2／2=（1／2）×（GD2／4g）×（2∏n／60）2 4g） 60） Ω 2=（ 对图1（ ），（ ），（b）而言， 对图 （a），（ ）而言，飞轮矩折算的关系为 GD2= GDd2+GDz2 = GDd2+GD12+（ GD22+GD32）／j12 +（ GD42+GD52）／j12 j22 ）／j ）／j
调速及速度变化如右图
0
TL1
TL2
T
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拖动与调速系统
2.电气调速方法： 电气调速方法： 电气调速方法 在一定负载情况下有目的地改变电气参数，人为地使 电机转速发生变化由转速调节特性来看,欲改变电动机的 转速，可以改变电枢端电压 Ua，或改变励磁磁通 Φ 实现 (1)调压限制： 因为，提高电动机电枢端电压受到绕组绝缘耐压的限制 % 所以，根据规定电枢电压只容许比额定电压提高 30 %， 实际上改变 Ua 应用在降压的方向，即从额定转速向下调速 (2)调磁限制： 因为，一般电动机的额定磁通已设计得使铁心接近饱和， 所以，改变磁通一般应用在弱磁的方向，称为弱磁调速， 一般可以使转速从额定值向上调节
1.7.1
调速指标
采用电气调速的方法:电枢串电阻调速、降压调速、弱磁调速.
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拖动与调速系统
1. 静差率δ (转速变化率) 静差率δ
定义:电动机由理想空载转速n0到额定负载时转速的变化率 相对稳定性的程度用静差率 δ 来表示;表明负载变化引起 转速变化的大小程度 n0－n △n δ= —— = — 不 n0 n0 同 n 机 n0 械 △n1 nN 特 △n 性 1 下 n0′ 的 △n3 nmin 静 差 3 率 2 0 TN T
拖动与调速系统
在提升与下放时， 在提升与下放时，若传动机构损耗相等， 则提升传动效率η ↑ ，提升传动效率η↓ η η 二者关系为 =2－ η↓=2－1／ η ↑
证明 ：设传动机构损耗为△P，提升时
△P↑=电动机功率－负载功率 =Fvg／ η
↑－Fv =Fv （1／ g g
η
↑
－1）
下放时， △P ↓=负载功率－电动机功率 ， = Fvg－ Fvg η↓= Fvg（1－ η↓ ） － 因为△P↑ = △P ↓ ，所以 1／ η 则 =2－ η↓=2－1／ η ↑
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拖动与调速系统
第一节
电力拖动系统的运动方程式
凡是由电动机作为动力，拖动各类生产机械， 凡是由电动机作为动力，拖动各类生产机械， 完成一定的生产工艺要求的系统，都称为电力拖 完成一定的生产工艺要求的系统，都称为电力拖 动系统。 动系统。
±TD－（±TL）＝（GD2／375）×dn／dt 正﹑负号的规定﹕以某一旋转方向的转速n为参 负号的规定﹕以某一旋转方向的转速 为参 考方向 电动机拖动转矩T 同向时取正号， 电动机拖动转矩 D与n同向时取正号，反向时取 同向时取正号 负号； 负号； 负载转矩T 同向时取负号， 负载转矩 L与n同向时取负号，反向时取正号 同向时取负号
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拖动与调速系统
2. 调速范围
最大转速 nmax 与最小转速 nmin 之比 静差率与调速范围是互相联系的两项指标， 系统可能达到最低速 nmin 决定于低速特性的静差率 调速范围 D 与低速静差率 δ 间的关系：
nmax D = —— | nmin T=TN
Ag= mg vg2／2= GZ vg2／2g A=Jz Ω2=(1／2)×(G Dg2／4g)×(2Πn／60)2 (1／ 4g)×(2Π (1 2)×
以据折算前后动能相等的原则有
A= Ag
GZ vg2／2g=(1／2)×(G Dg2／4g)×(2∏n／60)2 2g=(1 2)× (1／ 4g)×(2∏n／
1）提升运动 设提升时传动机构效率为η ↑ ， 电动机转速为n，重物提升和 下降时速度相等，均为vg。 v 以据折算前后系统传递功率 不变的原则，有 TL=Fvg／(η↑Ω） =9.55 Fvg／(η↑n） 2） 下降运动 TL=Fvg η↓／Ω = 9.55 Fvg η↓／ n
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若考虑传动机构损耗由电动机负担，则有
Fv= TL′Ω Fv= TL′2∏n／60 =9.55Fv／ TL′=9.55Fv／n
′=9.55Fv／（ ／（n TL′=9.55Fv／（n η）
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拖动与调速系统 2 升降运动的工作机构
以起重机为例加以讨论
g
TL＝TLg Ω
拖动与调速系统
多轴电力拖动系统与等效单轴系统示意图 目录 上一页 下一页 返回最近浏览页 第一章 直流电动机的电力拖动
拖动与调速系统 1.2.2 工作机构直线作用力的折算 1 ﹒ 工作机构为平移运动
由刨床电力拖动示意图 工作机构的功率（切削功率）为
P=Fv
负载转矩TL′，若不计传动机构损耗，则有
拖动与调速系统
当动态转矩为零时， 当动态转矩为零时，系统处于恒转速运行的稳态 动态转矩大于零时， 动态转矩大于零时，系统处于加速运动过渡过程 动态转矩小于零时， 动态转矩小于零时，系统处于减速运动过渡过程