电机拖动复习

U I a ( Ra Rc ) U Ra Rc I n a n0 kI a Ce Ce Ce 机械特性斜率
Ra Rc U U I a Ra Rc n T n0 T 2 Ce Ce CeCm
U n0 Ce
n
T
稳定点的条件：
dT dTL dn dn
直流电动机调速
直流电动机的转速公式：
Ce 直流电动机的调速方法：
n
U I a ( Ra R j )
Ra Rj U T n0 T 2 Ce CeCm
n0 U Ce
（1）改变励磁电流从而改变磁通 (弱磁调速)；
回馈制动----吸收轴上机械功率，转化为电功率 送回电源。
。 例1-1. 有一台他励直流电动机，其数据如下： PN=13kW， UN=220V，IN=60A， nN=1450r/m, 电枢回路总电阻Ra=0.25欧，略去电枢反应，计算在额 定负载下稳态时： （1）电动机的输出转矩； （2）额定负载时的电磁转矩； （3）保持负载转矩不变，电压减小为原来的1/2，求稳 态以后的转速。忽略铁损及机械损耗的变化。 （3）保持负载转矩不变，磁通减小为原来的0.85，求稳 态以后的转速。忽略铁损及机械损耗的变化。 . （3）保持负载转矩不变，串电阻调速，求稳态转速 1000r/min时需串入多大电阻。
注意：激磁参数与磁路的饱和度有关， 为使测出的参数 符合变压器实际运行， 额定电压点必测。 同时注意折算。
二、短路试验
短路实验可以测出变压器的短路参数为了便于测试， 短 路试验常在高压侧加电源电压，低压侧直接短路。

额定电流（A）：I1N、I2N

变压器的额定容量除以各绕组的额定电压所计算出来的线电 流值，以A表示。对于三相变压器额定电流系指线电流。
变压器额定容量、电压、电流的关系

单相变压器的一次、二次绕组的额定电流为 SN = U1N.I1N = U2N.I2N I1N = SN/ U1N I2N = SN/ U2N
PM=P2+p0 其中P2 为 输出的机械功率
他励直流电动机功率流程图
pCu
p0 pm pFe ps
P1
功率平衡方程
PM
动
P 2
机
P1=PM+pa+pb =P2+pm+pFe+ps+pa+pb+pf =P2+Σp
电
电磁功率PM：从电功率转化为机械功率的那一部分功率。
PM 电磁转矩T： T
.
变压器额定数据

铭牌的概念 额定容量SN（VA，KVA，MVA）：

变压器运行时输出能力的保证值，用视在功率表示。

额定电压（V，KV）：

一次侧额定电压：U1N
二次侧额定电压：U2N=U20︳U1=U1N。变压器各绕组在空 载额定分接下端子间电压的保证值，对于三相变压器额定电
压系指线电压。
压）的折算值等于原来数值乘k；单位为欧的物理量（电阻、电抗、
阻抗）的折算值等于原来数值乘k2；电流的折算值等于原来的数值 乘以1/k.
' E2 k E2
' 2
I
1 I2 k
Z 2 k 2 Z 2
r2 k 2 r ;
x2 k 2 x2 ;
变压器中，原、副绕组电动势E1和E2之比称为变压器的变比k.
2 2 2 2 N
U1
U1N
等效电路
通过绕组折算可以得到变压器某相负载运行时的T型等 值电路
I1 r1
x1
I1
' x2
r2'
' U 2
' I 2
' E 2
' ZL
U 1
E 1
（1）电路中全部的 量和参数都是每一相 的值。原边为实际值， 副边为折算值。 （2）等效的是稳态 对称运行状态。
§1 直流电机的工作原理及结构
一、直流电机的用途
一切电机都是以电磁感应定律作为主要依据设计而成的。 它的基本功能是实现机电能量的相互转换。
直 流 电 机
电动机 ——将电能转换成机械能。
发电机 ——将机械能转换成电能。 .
二
直流电机的工作原理
N
发电机（右手定则）
n
S
N
机械能→电能
n
S
电动机（左手定则） 电能→机械能
Ea

If+
M
Uf －
If =Uf / Rf Φ=f(If) ⒊ 功率关系 P E I T M a a UIa=EaIa+Ia2Ra 而 TΩ=T2Ω+T0Ω P1=UI= (Ea +IaRa )Ia = pcua + PM ⒋ 效率
p P2 100% 100% 1 P P p 1 2
。 例1-2. 有一台他励直流电动机，其数据如下： PN=2.75kW， UN=110V，IN=20A， nN=1450r/m, 电枢回路总电阻Ra=0.7欧，略去电枢反应，若电机以 n=nN/2速度下放额定负载的重物： （1）采用倒拉反转制动，电枢串多大电阻； （2）采用能耗制动，电枢串多大电阻； （3）采用回馈制动，电枢不串电阻，电源电压应降为多 少。
直流电机电枢绕组

单叠绕组并联支路数等于磁极数， 2a=2p

单波绕组并联支路数等于2a=2
直流电机的额定值
额定容量PN： 输出功率
额定电压UN：额定状态下出线端电压；
额定电流IN：额定状态下出线端电流；
额定转速n： 额定状态下的电机转速 电动机额定转矩T2N： 额定状态下的电机转速
★
直流发电机： PN＝UN·IN
直流电动机： PN＝UN·IN ·
T2 N
PN PN PN 9.55 N 2 n / 60 nN
直流电动机
一、直流电动机稳态运行时 的基本方程和功率关系
⒈ 电动机惯例 ⒉ 基本方程（他励） I =Ia U=Ea+IaRa Ea=CeΦn T=CTΦIa
CT
+
Ia
U
－
60 Ce 9.55Ce 2
（2）改变施加在电枢两端的电压U（降低电枢电压调速）； （3）改变串入电枢回路的电阻；
n n n If2
Q
P
R1 R2 R3 R1>R2>R3 Mem
Q
P
If1 If1>If2
P
U1 U2 U3 U1>U2>U3
Mem
Q
Mem
直流电动机的电磁制动
能耗制动 参数特点：＝ N， U＝0， 位能性负载稳速下放 电枢回路总电阻R＝Ra＋RT 转速反向（用于位能负载） 反接制动 （电动势反向） 参数特点：＝ N， U＝UN。 R=Ra+RT. 电枢反接（用于反抗性负载） （电压反向） 参数特点：＝ N， U＝－UN。 R=Ra+RT. 反抗性负载停车
I m
U 1
rmΒιβλιοθήκη Baidu
xm
' ZL
空载运行时， 不能 用简化的等值电路。
rk r1 r2' r1 k 2 r2
' 2 xk x1 x2 x k x2 1
Rk 为短路电阻；
Xk 为短路电抗；
Zk 为短路阻抗。
Z k rk jxk
折算法只是一种分析的方法。凡是单位为伏的物理量（电动势、电
' X2
R1
X 1
I1
U1


Rm
I
' E2 E1'
' 2
Im

U 2'
T型等值电路
Xm
简化的等值电路
负载运行时， Im在I1N中所占的比例很小。在工程实际计算中， 忽略Im，将激磁回路去掉， 得到更简单的阻抗串联电路。
I1 r1
x1
' x' I 2 2
r2'
U
' 2
问题6-2：220V、50Hz的变压器空载接到440V、50Hz的电源上，后果如何？ 问题6-3：220V、50Hz的变压器空载接到220直流电源上，后果如何？
k 问题6-1：主磁通和漏磁通的性质和作用是什么？ E N U U 主磁通同时与一次绕组N1和二次绕组N2相匝链，并感应电 势e1和e2，是传递能量的主要媒介，属于工作磁通； 漏磁通只能单独匝链一边的绕组，通过变压器油或空气形成 闭路，属于非工作磁通。 主磁通约占总磁通的99％以上，而漏磁通占总磁通的1％以 下。 E1 N1
N
a
ia
e Bx lv
x
f Bx lia
s
发电机：电枢绕组中感应的交变电势，依靠换向器的换向作 用,利用静止的电刷把同一磁极下导体电势引出， 变为直流电势输出。 电动机：通过电刷和换向器的共同作用，使得同磁极下的导体 边流过的电流方向不变，导体受力方向不变，进而产 生方向恒定的电磁转矩，使电机连续转动。
1. 电枢线圈内电势、电流是 交流电 外施电压、电流是 直流电； 2. 线圈中感应电势与电流方向 相反；
3. 产生的电磁转矩M与转子转向 一致， 是驱动性质。 4. 励磁电流是 直流电。
电机的可逆原理
对于同一台电机，在不同的外部条件下，即可作发电机 运行，也可作电动机运行原理，称为电机的可逆原理。 电机的可逆原理，是电机理论中的普遍原理。它不仅 适用于直流电机，而且也适用于交流电机。 .

三相变压器的一次、二次绕组的额定电流为 SN = √3 U1NI1N = √3 U2NI2N (线值）
SN = 3U1N∅.I1N∅ =3U2N∅.I2N∅
I1N = S N/ √3 U1N I2N = S N/ √3 U2N (线值）
(相值）
一次绕组△接： U1N=U1N∅ ， I1N= √3 I1N∅
P M Ea I a T
P 输出转矩T2：T2 2
输出转矩T0： T0
p0
转矩平衡式： T=T2+T0 效率
p P2 P2 1 P P P2 p 1 1
可以证明：当可变损耗pcu 等于不变损耗p0时，效率η 达到最大值
二、他励直流电动机的运行特性
TZ 0
恒功率负载
通风机型负载
n
0
负载的功率为 常数，不随转 速的变化而改 变
负载的转矩与 转速的平方成 正比
TZ 0
稳定运行条件
电机的机械特性需要与负载特性同时存在。 分析 拖动系统运行时，在同一坐标图上，两特性的交点 是系统的平衡点。
平衡点＝稳定点？
稳定点：在受到外界扰动 后， 仍能还原的点。
E1 4.44N1 f1 k E2 4.44N 2 f1
由于.
U1 E1 U 2 E2
m m
N1 N2
k E1 U1N N1 E2 U 2 N N2
变比指相电势之比,等于匝数比，近似于相电压之比。
一、空载试验
空载试验可以测出变压器的励磁参数。为了便于测 试和安全， 空载试验在低压侧施加电压。
注意：电刷固定在空间不动，而半圆铜片与导体
一起旋转。
（2）直流发电机运行时的几点结论
1. 电枢线圈内电势、电流方向是 交流电 电刷间电势是 直流电势； 2. 线圈中感应电势与电流方向 一致；
3. 产生的电磁转矩M与转子转向 相反， 是制动性质。 4. 励磁电流是 直流电。
（2）直流电动机运行时的几点结论
在不同的电压下， 分别记录I和P。
空载运行时，总阻抗
Z0 Z1 Z m (r1 jx1 ) (rm jxm )
U 1
W V
A V
rm r1, xm x1
激磁参数：
所以
Z0 Z m
p0 U1 2 Z m ; rm 2 ; xm Z2 r m m I0 I0
一次绕组Y接： U1N= √3 U1N∅ ， I1N= I1N∅ （二次绕组同理，换下标即可）
变压器磁通
对于一次侧来说，电阻压降和漏抗压降都很小。所以U1≈-E1=4.44 f N1Φm， 可见变压器的磁通主要由电源电压U1、频率 f 和一次侧绕组的匝数N1决定。 在设计时，若电压U1和频率 f 给定，则变压器磁通由匝数N1决定。对于制 成运行的变压器，其磁通Φ可以由电压U1和频率 f 控制。
转速高于同方向的理想空载转速是回馈制动运行状态 回馈制动 的重要特点。

回馈制动过程中，有功功率U Ia回馈电网。从电能消耗看， 回馈制动是 最经济的一种制动方式。
制动的功率流向
能耗制动-----轴上的机械能转化成电能， 全部消耗 于电枢回路的电阻上，
反接制动----吸收电源功率和吸收轴上机械功率， 两者之和消耗在电枢电路的电阻Ra＋RT上。
n n0 n’ 0
nN
理想空载 转速
0 T0
TN
T
启动

启动方式： 降压启动和电枢串电阻启动 转动方向由电枢电流和磁通方向决定
负载转矩特性
反抗性恒转矩负载
n
位能性恒转矩负载
n
TZ
0
负载转矩的大 小与速度无关， 但其方向始终 与转向相反
n TZ
转矩具有固定的 方向，不随转速 方向的改变而改 变