交流电机特性

转子感应电流频率为 f（2 与转差有关）
f2
p(n0 n) 60
n0 n n0
pn0 60
S
f1
f 2 与转差率 S有关， ↓n， ↑，S（感应I 2电流）、 ↑ 。
S
f2
①转子转速： n (1 S)n0
(n0
n)
S
60 f1 p
n
n0
S
60 f1 p
n0
②转矩：
M
K
R22
SR2U 2 (S X 20 )
（一）三相异步电机制动
定子通交流电，转子产生感应电流而工作，n < n0。 1.反馈制动
（1）条件：转子转速高于磁场转速。
即，n > n0， 转差率
S n0 n 0 。
n0
（2）结果：电机处发电状态，磁矩M起制动作用。
（3）分析：
n > n0
①转子切割磁力线的方向与电
动时相反；
②感应电流改变了方向；
③特性（ n 与 M关系）
n
U Ce
Ce
Ra Cm2
M
n0
n
n0 —空载转速（M=0）；
n —载荷转速（M 0 ）
n 与 M 呈线性关系，曲线稍
向下斜，硬特性。
【他、并励磁通基本不变，磁通由定子线圈产生，与（定子电流） I f
有关， I f 不变。】
（2）串励 属软特性，n随M增加而加速下降 。 n f (M)
U E I a Ra
U—电源电压
E—电枢感应电势
与外加电流或电压方向总是相反。
（2）并励直流电机 定子绕组与电枢绕组并联。
（3）串励直流电机 定子绕组与电枢绕组串联。
（4）复励直流电机
【定子两套励磁绕组。】
一套与电枢并联，一套与电枢串联。
3. 直流电机固有特性
（1）他或并励
二者性能相近（不考虑电源线路电阻）。
在电枢中串入可调电阻，
保证电源电压U和励磁电流不变。
【他励电机固有特性转速与转矩关系为:】
n
U Ce
Ce
Ra Cm2
M
n0
n
他励
串阻
由
n
U Ce
Ra Rac Ce Cm2
M
n0
n
使（载荷转速）变大，特性变软，满足n随M增
大而下降要求。
串阻特性
（n 只能在额 定转速以下）
（2）降低电枢电电压U
性。
n
U Ce
Ce
Ra Cm2
M
n0
n
弱磁
弱磁实现：保证电枢电压 恒定，在定子电路中串入 可调电阻 R fc ，使励磁电 流 I f 减小（ I f N ）， 则磁通减弱。 Rf
弱磁特性
四、可控硅直流驱动 AC—SCR—DC 由柴油机→AC发电机→交流电→整流→DC电机。 1. 整流元件 可控硅（SCR）。 （1）二极管（电子、晶体，由一对PN结构成）整流
同步电机启动性能差
（用于不常启动、不变速
转子
场合）用于钻井泵。
同步电机有恒定转速
特性。
（f，P一定，n0定值。）
（4）同步电机：异步启动
①同步启动
转子、定子同时通电，由于转子磁极固定， 定子为旋转磁场，产生忽吸、忽排使平均转 矩为零，不能启动。
②异步启动
定子通电形成旋转磁场，使转子线圈产生 感应电流，使转子转起来，转子再通直流电， 实现异步启动，同步工作。
（3）复励 介于并、串联之间，属软特性。 （4）适用场合 串励电机：适驱动绞车，载荷增大，转速自动 下降，实现恒功率调节。 并、他励电机：适驱动钻井泵，实现定速恒转 矩调节。
4. 直流电机人为特性
(2006.11.11)
钻机用他励直流电机驱动绞车、转盘（需要人工调
节转速） 。
他励电机调速方式：
（1）电枢串阻
降压
n
U Ce
Ce
Ra Cm2
M
n0
n
使空载速度下降，n 不变，（他励中降压,磁
通不变，I f 额定，M不变）使固有特性n—M
曲线下移。
降压特性
（M
CmIa ，
IfN Rf
，
I f 不变， 才不变；
I a 减小，M也小）
（3）减弱磁通调速
改变 （定子磁通），使 n0 、n都变，而改变特
SR2U 2 (S X 20 )
①条件：转子正转提升重物，磁矩M与转速n同向，电
机正转。准备下放，为防止下降太快，用倒拉制动。 ②方法：转子中串较大附阻
固有特 性曲线
（改变了特性为曲线2，运行
点从a点转到b点），使电动
转子 中串
M↓（磁矩）减小，M< ML（
阻后 曲线
负载力矩），转子沿曲线2减
速到c点，此时M仍小于ML，
。
4. 用DC电机（不用AC电机）原因
（1）直流电机：调速宽；能频繁启动；载荷 变化范围宽；启动制动平稳。
（2）交流电机：硬特性，转速几乎不随载荷 而变化【只能由调频f改变转速】。
5. 现在有了交流变频技术，用AC—变频器— AC 。
五、电机的制动
电机本身有：电动、制动状态。
【n↓或n=0为制动状态，由M与n反向造成的。】
④结果：
电枢串阻
★ Rad大，Ia减小，M小了(M CIa )，M< ML，提速减慢；
★ n↓,电势E↓( E Ce)，n Ia有所↑,M有所↑,仍M< ML；
★继续n↓，直至n=0，重物停止上升。 ★由于ML>M拖着转子
固有特 性曲线
反转，即重物下放，此
时电机转矩起到反力矩
③电磁转矩改变方向；
④转矩：
M
K
R22
SR2U 2 (S X 20 )
M与转差率S有关，S为正，
M为正向；S为负，M反向。
⑤结论：M与n相反，M起制
动作用。
（1、2象限正转电动与制动状态，
3、4为反转电动与制动状态）
n与M同向
n与M反向
n与M同向
n与M反向
注：横坐标上为电机正转， 横坐标下为电机反转。
③转子在惯性下，继续旋转(由a点变到b点)，产生感 应电流。
④该电流与固定磁场作用产生（与转子方向相反）的 制动力矩。
⑤转速（沿曲线2）下降，并能准确制动。
（n=0，不能切割固定磁场的磁力线，M=0。）
（二）他励直流电机制动
【直流电机，定子通直流电，形成固定磁场，转子电枢通直流电，电与磁
相互作用产生电磁矩。】 1. 反馈制动
特硬特性
硬特性
三、直流电机特性 1. 直流电机的基本原理 定子（通直流）形成固定磁极，转子电枢通电，磁力 作用使转子转动。【左手定则：掌心对N,四指电流，母指力】
直流电机的基本原理
电枢 .定子磁场
保证：N极下的边电流总是一个方向，S极上 的边电流为一个方向，两边受磁力方向形成力 偶电枢才转动。
2. 反接制动
（1）电源反接
电源反接后曲线
①电枢电压反接瞬间，转子转速不能突变。
②电枢电压变向
U E Ia (Ra R；ad )
③电枢电流Ia变向；
④磁矩M也变向（ M C）Ia 。
此时磁矩M与转
固有特 性曲线
速n方向相反，M
与ML共同作用使 n迅速下降，直至
n=0，若不断电，
电机又反向启动。
【由换向器使电流方向改变。】
直流电机的基本原理
1-主磁极 2-电枢线圈 3 、4-换向器、 电刷
2. 直流电机的结构与励磁方式
直流电机按定子绕组与电枢绕组（转子）联接方 式分：
他励
并励
串励
复励 串励+并励
直流电机类型及等效电路
他励
并励
串励
复励
（1）他励直流电机 定子绕组与电枢绕组分别接到电源上。
式中，U—定子相电压；
—R转2 子相电阻；
—K与结构、电源频率有关常数；
—X 20 时n转 子0 每相感抗。
③ n与 M关系：
n与 有S关， 与M 也有关S 。
通过 S把 与n 建M立了关系。
（3）特性
属于硬特性：（在额定内）， n随 增M加下降较小；
Leabharlann Baidu
大于 ，下M降e 快些；
M停。 M max
异步电机常用于驱动绞车和转盘。
（按曲线2工作）
（2）倒拉反接制动 ①条件：提升重物 转为下放重物。 ②方法：电枢串阻
【人为改变了特性，使 曲线变陡。】
固有特 性曲线
电枢串不同的电阻获得的曲线
③原理：电机原来稳速提升重物，若要使其匀速下放。
电枢串阻后，运行状态由自然特性曲线1的a点过渡到人
为特性曲线2的c点，并沿着曲线2工作。
提速下降
2. 异步电动机
（1）定义 转子转速小于磁场旋转速度，称异步电机。 n n0 （2）工作原理 定子通交流电形成旋转磁场，转子产生感应电 流，转子电流同旋转磁场作用产生磁力矩。
（通电导体在磁场中可以运动）。
定子旋转磁场转速：
f1 —定子电流频率；
p —磁极对数。
n0
60 f1 p
旋转磁场转速与转子转速之差： n0 n
①正常工作： A—a, B—b, C—c三相顺序接入，电机正转 ，特性为曲线1；
任意两相对调，电机反转。
②电源反接操作：对调两相 A—a, B—c, C—b
电源反接，旋转磁场改变方 向，特性变为曲线2；
防止反接电流过大定子串阻 人为特性为曲线3。
电源反接后曲线
固有特 性曲线
先正常运转之后反接
电源反接定子串阻曲线
具有硬特性，n随M增大变化较小。
①转速
（通过公式了解特性）
n由 U E， I a Ra 而来E （ 电Ce工学n 中），
n
U Ce
Ra Ce
Ia
U —电枢电压； —磁通； Ra —电枢电阻； I a—电枢电流； Ce —与结构参数有关常数。
电机转速与电枢电流的关系
②电磁转矩M
M CIa N.m C—结构常数
3. 固有机械特性 电机的电压、频率（交流）、励磁电流为额定值 ，无附加电阻，具有的特性。
4. 人为特性 人为调节电压、频率、电流所得到的特性，称 人为特性（无级变速由此而来）。
二、交流电机特性（固有）
1. 同步电动机
（1）定义 转子转速（n）与（定子）旋转磁场转速（n0） 相同（通交流电），故称同步电机。
3. 为何用AC—SCR—DC
【为何不用DC发电机】
可控硅多一个控制极。
（1）AC发电机易与柴油机匹配； （2）不需另设AC发电机组（其它设备用AC）； （3）动力匹配灵活, SCR有分配、分别控制功能； （4）SCR对功率、调速范围宽，易与工作组匹配 ； （5）使用经济性好：柴油机在额定转速运转，耗 燃少；柴油机寿命长（延长大修期80%）；维修费低（30%）
n
n0
同步电动机
同步电动机转子
（2）特硬特性：n不随M（扭矩）而变。
n
n0
60 f p
磁场转速
（ n0 ）只与电流频率f、 磁极对数p有关。
（3）工作原理：定子绕组通交流电产生旋转磁场，
转子绕组通直流电形成直流励磁磁场，两磁场相互
作用，使转子被旋转磁场拖（吸）着以同步旋转，
即 n=n0 。
定子
③原理分析： 电源反接后，磁矩马上变 向； 速度不能突变，由a点过渡 到b或d点； 转子在M（制动力矩）和ML （ 负载力矩）共同阻力下迅速减速 （沿曲线3）； M与n反向，进入制动状 态，待n=0断电（到e点或c 点），否则反转。
电源反接后曲线
固有特 性曲线
3. 倒拉制动 负载为位能负载。
M
K
R22
利用单向导电特性整流。
输入交流电压一定时，输出直流电压是一个定值， 不能任意调节。
（2）可控硅整流
是一种大功率半导体。
使输出直流电压可调。
可控硅：半导体材料为硅。
其结构两对PN结，从中间P层引 出控制极G（金硼钯片），调节输 出电压。
2. 可控硅驱动特点
直接由SCR调节电压、控制弱磁 而调速。
可控硅整流元件
n
U Ce
Ra R f CeCm 2
M
R f —（定子）电阻。
由于磁通 是变化的，n 与M 呈非线性关系，属软特
性。
【他、并励中，I（a 转子电流）变不影响 （I f 定子电流
）， 是I a 变的 。】
CI
（串励中
a
I
a
If
本应 与 I f 有关，I a 随 n变
）每极磁通是电枢电流的函数，C常数。
（4）实例分析
例1，抽油机下冲程工作。
开始电机反转驱动下行，驱动力矩M
负载
和负载力矩ML同向，自重作用下放加速；
本应n <n0（正转差），此时n >n0（负转差）；
则，磁矩M与转速n方向相反，M起制动作用。
当 M ML ，匀速下降。
上页图，先在第3象限工 作过渡到第4象限
电源反接定子串阻曲线
2. 反接制动
迫使电机反转。
电机由正转→零转速→ 反转，进入倒拉制动状态。
此时M与n 方向相反，
M起阻力作用，M=ML可 匀速下放。（M<ML加速 下降）
反馈制动：利用电机 驱动+位能负载共同作用， 使转子转速高于磁场转 速，产生的制动效果。
转子串阻特性曲线
固有特 性曲线
4. 能耗制动 反接制动难以准确停车，易 造成反转。反馈制动经济，只 能在n>n0使用。 （1）目的：准确停车。 （2）制动原理： ①操作：将定子断电，立即 接入直流电源。 （特性由曲线1变为曲线2） ②结果：形成固定磁场。
n
U Ce
Ce
Ra Cm2
M
n0
n
①外界条件：使n>n0（空载转速） ②结果：处发电状态，起到制动作用。
③例，电车平路为电动状态（转速n稳 定在a点工作）。
当电车下坡，位能负载转矩使电车加 速n>n0（从a点向b点过渡），E（E Cen ）>U（电压），电枢Ia与电动时反向， M反向。
造成反馈制动，使电车稳速下行（n不 再增大）。