直流电动机的拖动
电机拖动与控制原理
电机拖动与控制原理
电机拖动是指通过电机来控制物体的运动。
电机通常由电源、定子和转子构成。
当电源给定一定的电压和电流时，电流通过定子线圈，将产生磁场。
定子的磁场会与转子上的永磁体或电极产生相互作用，从而使转子开始转动。
电机拖动的控制原理是通过调节电机的输入电压、电流和频率来控制电机的转速和扭矩。
这可以通过控制电机的电源电压和频率来实现。
常见的电机控制方法有直流电机控制、交流电机控制以及步进电机控制。
直流电机控制常用的方法有电压控制和PWM控制。
电压控制是通过调节电机的输入电压来改变电机的转速和扭矩。
PWM（Pulse Width Modulation）控制是通过调节电压的脉冲
宽度来改变电机的转速和扭矩。
交流电机控制有多种方法，如电压频率控制、矢量控制和矢量空间矢量控制等。
其中，电压频率控制是通过调节电源的电压和频率来控制电机的转速和扭矩。
矢量控制是通过测量电机的电流和位置信息，并根据反馈信号来控制电机的转速和扭矩。
矢量空间矢量控制是一种更高级的控制方法，它可以实现更精确的控制效果。
步进电机控制是通过控制电机的脉冲信号来控制电机的转动角度和速度。
步进电机通常由步进驱动器和控制器组成。
控制器通过产生一系列的脉冲信号来控制步进驱动器，从而使步进电机按照设定的步数和速度进行旋转。
总而言之，电机拖动与控制原理是通过调节电机的输入电压、电流和频率来控制电机的转速和扭矩。
不同类型的电机有不同的控制方法，如直流电机控制、交流电机控制和步进电机控制等。
电机与电力拖动基础教程第3章(3)
(0，-n0)，斜率为b，与电动状态时 电枢串入电阻RW时的人为机械特性 相平行的直线。
b
Ra RW CeCT Φ 2
第3章
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(3)电压反接制动过程 电压反接时，n不能突变，工 作点由第一象限A点平移至第 二象限B点。T＝-TB＜0，T与 TL共同作用使电机减速，直至 n＝0。反接制动过程结束。 如果电机拖动反抗性负载，n＝0时， T＝-TC＞-TL，电动机反向电动(第三 象限)直至T＝-TL(D点)，电动机稳定 运行。
第3章
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2.电动势反接的反接制动 电动势反接的反接制动仅 适用于位能性恒转矩负载， 又称倒拉反接制动或转速 反向反接制动。 (1)电动势反接制动的实现
当开关K闭合，电动机运行
于电动状态。 当开关K断开，电枢回路串 入较大电阻RW，使n＝0时， 电磁转矩小于负载转矩，电动 机反向加速，T与n反向，进 入电动势反接的反接制动运行。
Ra RW n T nC 2 CeCT ΦN
T=TL
CeCT Φ n RW Ra TL
2 N C
第3章
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5.能耗制动பைடு நூலகம்点
(1)制动时 U=0，n0=0 ，直流电动机脱离电网变成直流发电 机单独运行，把系统存储的动能或位能性负载的位能转变 成 电能( EaIa)消耗在电枢电路的总电阻上I2(Ra+RW)。 (2)制动时， n与T成正比 ,所以转速n 下降时，T也下降，故 低速时制动效果差，为加强制动效果，可减少RW，以增大 制动转矩T ，此即多级能耗制动 C Φ n T CT ΦN I a CT ΦN e N , T n Ra RW
电机与拖动 第3章 直流电机的电力拖动
B、他励直流电动机的常用的起动方法
为了获得足够大的起动转矩的同时降低起动电流，起动时一般应按照如下 步骤进行：（1）首先在励磁绕组中加入额定励磁电流，以建立满载主磁场；（2） 待主磁场建立之后再加入电枢电压。
电枢回路串电阻起动
直流电机的 起动方法
降压起动
a、电枢回路串电阻起动
3.18 直流电动机人工起动器的电气原理图
B、电力拖动系统的稳定运行条件
定义： 对于稳态运行的电力拖动系统，若受到外部扰动（如电网电 压的波动，负载转矩的变化等）后系统偏离原来的稳态运行点。一 旦干扰消除，系统能够恢复到原来的稳态运行点，则称系统是稳定 的；否则，系统是不稳定的。
图3.13 电力拖动系统的稳定运行分析
电力拖动系统稳定运行的条件为：
B、多轴电力拖动系统的折算
a、折算的概念
图3.3 多轴电力拖动系统的简化
折算的原则是：确保折算前后系统所传递的功率或系统储存的动能 不变。
b、折算的方法
1) 机械机构的转矩折算
折算时需考虑电动机和生产机械的工作状态。现分析如下： （1）当电动机驱动机械负载时，传动机构的损耗是由电动机承担的。于是有：
TL TL Lt
根据上式，折算后的负载转矩为：
TL
TLt TLt j ( ) L
（3-5）
2）直线作用力的折算
折算时同样应考虑功率的流向问题。 图3.4给出了电机拖动起重机负载实现升降运动的示意图。
图3.4 电机带动起重机负载的示意图 （1）当重物提升时，传动机构的损耗自然由电动机承担。于是有： 又
Tem n
nA
TL n
（3-15）
nA
上述结论可以通过系统的动力学方程式或上图的分析求得。其 物理意义是：当在A点处于稳定运行系统受到外部扰动使得转速增 加时，负载转矩的增加应大于电磁转矩的增加，系统才能够减速， 回到原来的运行点。此时，系统在A点处是稳定运行的。
第三章 直流电动机的电力拖动
U
Ec R1
两级起动时
I1 R2 R1 I 2 R1 Ra
推广到m级起动的一般情况
I1 Rm Rm1 R2 R1
I 2 Rm1 Rm2
R1 Ra
I1 / I2 称为起动电流比
30
R1 Ra
R2 R1 Ra 2
Rm1
Rm 2
Ra
m1
Rm Rm1 Ra m
17
B、风机与泵类负载的转矩特性
通风机负载转矩与转速的大小有关，基本上与转速的平方成正比
特点： TL Kn2
通风机类负载的转矩特性
如实际生产机械中的水泵、油泵、离心式通风机等其介质 对叶片的阻力基本上与转速的平方成正比。
18
C、恒功率负载的转矩特性
特点：
TL
k
1 n
恒功率负载的转矩特性
在不同转速下，负载转矩基本上与转速成反比,其功率基本
恒转矩负载 大多数生产机械可归纳为： 风机与泵类负载
恒功率负载
14
各类生产机械的负载转矩特性 A、恒转矩负载的转矩特性
特点： 负载转矩不受转速变化的影响。在任何转速下，负载转矩
总是保持恒定或大致恒定。
反抗性恒转矩负载 恒转矩负载
位能性恒转矩负载
15
(1) 反抗性恒转矩负载的转矩特性如下图所示。
反抗性恒转矩负载的转矩特性
22000 Ω
0.174Ω
Ce N
UN
I N Ra nN
220 116 0.174 V/(r/min) 1500
0.133 V/(r/min)
理想空载点 Te 0
n
n0
UN
Ce N
220 r/min 1650r/min 0.133
电机与拖动技术直流电机的基本知识(1)
定子
转子
这是一台直流电机的结构装配图和结构 剖面图。旋转电机都是由定子和 转子两大部分组成，每一部分也都由 电磁部分和机械部分组成，以便满足 电磁作用的条件，换向极用来改善换向 。
定子：
主磁极、机座、换向极、端盖和电刷装置等部件组成 。
主磁极 主磁极的作用是建立主磁场。绝大多
数直流电机的主磁极不是用永久磁铁而是由励 磁绕组通以直流电流来建立磁场。主磁极由主 磁极铁心和套装在铁心上的励磁绕组构成。主 磁极铁心靠近转子一端的扩大的部分称为极靴， 它的作用是使气隙磁阻减小，改善主磁极磁场 分布，并使励磁绕组容易固定。为了减少转子 转动时由于齿槽移动引起的铁耗，主磁极铁心 采用1～1.5mm的低碳钢板冲压一定形状叠装固 定而成。主磁极上装有励磁绕组，整个主磁极 用螺杆固定在机座上。主磁极的个数一定是偶 数，励磁绕组的连接必须使得相邻主磁极的极 性按 N，S 极交替出现。
电机运用与训练
电气工程系自动化教研室
李靖
项目1：直流电机的运行与维护
项目目标
熟悉直流电机的基本工作原理与结构 掌握直流电机的运行原理和运行特性 掌握直流电动机电力拖动技术 具备直流电机拆装与维修能力 具备直流电机故障检测和排查的能力
单元1：直流电机的基本知识(1)
概述
与异步电动机相比，直流电动机的结构复杂，使 用和维护不如异步机方便，而且要使用直流电源。
二 直流电机的电枢绕组简介
1 直流枢绕组基本知识
电枢绕组是直流电机的一个重要部分，电机中机电能量的转换就是通过 电枢绕组而实现的，所以直流电机的转子也称为电枢。
元件：构成绕组的线圈称为绕组元件，分单匝和多匝两种。
所谓单匝元件，就是每个元件的元件边（一个元件 有两个元件边）里仅有一根导体。对多匝元件来说， 一个元件边里就不止一根导体了，左图就是一个多 匝元件。
第3章 直流电动机的电力拖动基础
15
3.4 直流电动机的机械特性 3.4.1 直流电动机机械特性的表达式
16
3.4 直流电动机的机械特性 3.4.2 固有机械特性
降低电枢电压后，理想空载转速 不变，因此降低电枢电压情况下
下降，特性曲线的斜率
的人为机械特性是一组平行线，
改变电枢电压可以调速。当负载 转矩不变时，电压越低，转速也 越低。
20
3.4 直流电动机的机械特性
3. 减弱磁通时的人为机械特性
减弱磁通时的人为机械特性方程式为：
减弱磁通时的人为机械特性的特点是：
起重机提升重物时，其钢绳受到重物的拉力，龙门刨床工
作台带动工件前进时，受到切削阻力，这两种力豆浆通过传动
机构在电动机轴上体现为制动转矩 。折算的方法与上述相 同，也是以传送功率不变为原则，并考虑到这两种工作状态时 传动损耗是由电动机承担的，所以，不难得出折算后的等效转 矩为
如果起重机放下重物，则传动耗由负载承担，这时等效 转矩为：
22
3.5 电力拖动系统的稳定运行条件
3.5.2 电力拖动系统的稳定运行条件 电力拖动系统的稳定运行的充分必要条件是： （1）必要条件：电动机的机械特性与负载的转矩特性必须 有交点，即存在 ； 处，满足 。或
（2）充分条件：在交点
者说，在交点的转速以上存在
在 。
，而在交点的转速以下存
23
了拖动系统的运动状态。但是要对运动方程式求解，首先必须
知道电动机的机械特性
特性 。
第4章 直流电动机的电力拖动
展，已将直流电机的励磁部分用永磁材料替代，产生了永磁无刷直流电机。
电机内部的电磁作用原理与直流电机相同。所以无刷直流电机的过载能力 高，高速性能好。由于这种直流电机的体积小，结构简单，效率高，无转
子损耗，所以目前已在中、小功率范围内得到广泛的应用。
25
4.4
直流电机的应用
4.4.1 直流电机应用概述
4
4.1
4.1.2
他励直流电动机的启动
直接启动
直接起动又称为全压起启动: 直接起动不需要专用起动启设备，操作简便，主要缺
点是起动启电流太大。额定功率在几百瓦以下的直流电动
机才能直接起启动 。
直接起动机特性曲线
5
4.1
他励直流电动机的启动
4.1.3 电枢回路串电阻起动 一般的直流电动机，在起动时在电枢回路中串入电阻来限 制起动电流。
10
4.2
他励直流电动机的制动
4.2.2 反接制动 1.电源反接制动
电源反接原理接线
+ 1 2 RZ
2 TL d o T em
电源反接机械特性
R a+ R Z n n0 a 1 Ra
-
Ia
TM Ea n TM
f -n
0
+
-
c
机械特性方程式:
Ra RZ Ra RZ U n Tem n0 Tem CE CE CT 2 CE CT 2
+ RZ T Ia
em
机械特性
U Ia
n n0 1
正向
U
-
+ RZ T em
n
n
Ea
+ TL Uf -
Ea
d
机车直流电机的电力拖动—牵引电动机的一般概念
牵引电动机的一般概念
Zd103脉流牵引电动机额定功率： 800(kw) 重 量：4000(kg) 励磁方式：串励 最高转速：1920(r/min) 绝缘等级：H/F 主要用途：SS3 、SS3B型电力机车
ZD107脉流牵引电动机额定功率： 800(kw) 重 量：3100(kg) 励磁方式：串励 最高转速：1990(r/min) 绝缘等级：H/H 悬挂方式：架承式 传动方式：电枢空心轴 主要用途：TM1型电力机车
牵引电动机的一般概念
(4)各部件应具有足够的机械强度，以保证电机在最恶劣的运行条件下可靠工作。 (5)牵引电动机的绝缘必须具有很高的电气强度，并具有良好的防潮和耐热性能，以 保址电机有足够的过载能力，并在其寿命期限内可靠工作。 (6)牵引电动机的结构应充分适应机车运行和检修的需要。如电机的传动与悬挂应使 机车与钢轨间的动力作用尽量减小；对灰尘、潮气及雨雪的侵入有良好的防护；便于检 修和更换电刷等。 (7)必须尽可能地降低牵引电动机单位功率的重量，使电磁材料和结构材料得到充分 利用。
牵引电动机的一般概念
近些年来，国内外一些机车采用滚动抱轴承。与滑动抱轴承 相比，滚动抱轴承的优点为滚动轴承工作可靠，维修工作最小， 而且减小了抱轴承的径向间隙，改善牵引齿轮的啮合条件，延 长牵引齿轮的使用寿命。
牵引电动机的一般概念 弹性轴悬式也属于牵引电动机半悬挂（轴悬式）
弹性轴悬式的结构与刚性轴悬式相似，牵引电动机的 一端弹性支在转向架构架上，另一端通过抱轴承支承在 空心轴上，此空心轴套装在车轴的外面，从动大齿轮固 装在空心轴端部，空心轴两端通过弹性元件支承在轮心 上，牵引电动机输出的力矩通过小齿轮传至大齿轮，通 过空心轴、弹性元件传至轮对，空心轴与车轴一同旋转。 装在轮心上的弹性元件，既要支承牵引电动机约一半的 重量和空心轴及大齿轮的全部重量，还要传递牵引电动 机通过大齿轮传来的力矩。
第2章 直流电机的工作原理及拖动
直流发电机的工作原理
同直流电动机一样，直流发电机电枢线圈 中的感应电动势的方向也是交变的，而通 过换向器和电刷的整流作用，在电刷A、 B上输出的电动势是极性不变的直流电动 势。在电刷A、B之间接上负载，发电机 就能向负载供给直流电能。这就是直流发 电机的基本工作原理。
电机的可逆原理
一台直流电机原则上可以作为电动机运行，也 可以作为发电机运行，取决于外界输入能量的 不同条件。 将直流电流施加于电刷，输入电能，电机能将 电能转换为机械能，拖动生产机械旋转，成为 电动机运行；如用原动机拖动直流电机的电枢 旋转，输入机械能，电枢绕组便能切割磁场的 磁磁感应线产生感应电动势，电机能将机械能 转换为直流电能，从电刷端引出直流电动势， 作发电机运行。
2.1 直流电机的基本结构
直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构复 杂，维修也不便，但由于它的调速性能较好和 起动转矩较大，因此，对调速要求较高的生产 机械或者需要较大起动转矩的生产机械往往采 用直流电动机驱动。 直流电动机的应用: （1）轧钢机、电气机车、中大型龙门刨床、矿 山竖井提升机以及起重设备等调速范围大的大 型设备。 （2）用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机 等。
2.6他励直流电动机的机械特性
所谓直流电动机的机械特性就是电机的转 速 n 随着负载转矩 T 的变化情况，研究电 机转速变化能够有助于更好地控制电机按 照生产工艺的要求拖动生产机械，高效率 、低损耗地运行。
2.6.1. 他励直流电动机机械特性方程
直流电动机的机械特性方程是由感应电动势方程、电磁 转矩方程和电压平衡方程推导出来的，即：
2.8.2 直流电动机的反接制动
对位能负载而言，反接制动有两种情况： 一是转速反向的反接制动，另一是电压反 接的反接制动。
电机拖动实验报告
电机拖动实验报告实验报告四川⼤学电机拖动实验报告课程名称电机及拖动基础实验项⽬名称直流电动机的⼯作特性和调速特性学院电⽓信息学院专业⾃动化报告⼈徐⽂1143031406张梦凡达热机刘梦⽵实验时间报告提交时间⼀实验⽬的1 掌握求取直流电动机⼯作特性和调速特性的实验⽅法。
2 熟悉直流电动机的启动设备和启动⽅法。
3 研究直流电动机的调速⽅法，了解不同调速⽅法的适应范围。
4 观察直流电动机能耗制动过程。
⼆预习要点1 直流电动机启动时，启动电阻Ra,应放在什么位置？⽽磁场电阻R f ，⼜应放在什么位置？2 直流电动机磁场电阻未接通，在启动时会发⽣什么现象？在正常运⾏过程中磁场回路突然断线会产⽣什么后果？3 直流电动机的调速原理是什么？调速⽅法有哪些？每种调速⽅法各有什么优缺点？4 能耗制动的基本原理是什么？三实验内容：1 在U ＝U N ，I f ＝I fN 保持不变的条件下，测取电动机的转速特性：n ＝f(I a )2 在===M RU aNU ,,20常数的条件下，测取电动机改变励磁电流的调速特性：)(I f f n =3 在===M I IU fn fNU ,,2特性：)(R af n =4 在===M R I IafN f,,20常数的条件下，测取电动机改变电压时的调速特性：)(u f n =5 观察电动机能耗制动过程。
四实验线路及操作步骤图2—1 直流电动机实验图在电动机正常运转的情况下，整个实验不停机.电压测针电流插销电流插盒1作直流电动机负载实验，测取转速特性实验接线如图2—1所⽰。
启动前注意将磁场电阻R f1放最⼩位置，电枢回路电阻R a放最⼤位置，闭合电源开关K1，空载启动直流电动机，并使机组按箭头指⽰⽅向旋转，逐步减⼩启动电阻R a，直⾄将R a全部切除（短路）。
准备测取转速特性，调节磁场电阻R f1使电动机转速达到额定值n＝n N，（电动机额定转速），合上开关K2，调节发电机磁场电阻R f2，给发电机加励磁，当互相配合调节R f2达到n＝n N，U＝U N，Ia＝I N时，记录该组数据为转速特性的额定运⾏点，此时的励磁电流I f＝I fN 称为额定励磁电流。
直流电机及其电力拖动工作原理
直流电机及其电力拖动工作原理直流电机是实现直流电能和机械能相互转换的一种旋转电机，分为直流发电机和直流电动机。
如果作为发电机，必须由原动机拖动，把机械能转换为直流电能，以满足生产的需要，如直流电动机的电源、同步发电机的励磁电源（称为励磁机）、电镀和电解用的低压电源；如果作为电动机，将电能转变成机械能来拖动各种生产机械，以满足用户的各种要求。
由于直流电动机具有良好的起动特性，能在宽广的范围内平滑而经济地调速，所以它广泛地用于对起动和调速性能要求较高的生产机械上，如轧钢机、高炉卷扬设备、大型精密机床等。
小容量直流电机广泛作为测量、执行元件使用。
一、直流电机的基本原理和结构直流电机主要由定子和转子组成，定子由主磁极（产生恒定的气隙磁通，由铁心和励磁绕组构成）、换向磁极（改善换向）、电刷装置（与换向片配合，完成直流与交流的互换）、机座和端盖（起支承和固定作用）组成；转子由电枢铁心（主磁路的一部分，放置电枢绕组）、电枢绕组（由带绝缘的导线绕制而成，是电路部分）、换向器（与电刷装置配合，完成直流与交流的互换）、转轴、轴承组成。
直流电机是根据电磁感应定律和电磁率定律实现机械能与直流电能转换的电器设备。
按照转换方向不同可分为直流发电机（机械能转换为电能）和直流电动机（电能转换为机械能）。
二、直流电机的电力拖动原理由直流电机作为原动机的拖动系统称为直流电力拖动系统。
其优点是：系统的起动转矩大，在较大范围内能平滑地进行速度调节，控制简便。
然而，由于直流电机具有换向器和电刷，给使用带来了不少限制，如不能使用在易燃、易爆的场合；另外，换向器还限制了电机向高速、大容量方面发展。
尽管如此，直流电机在电力拖动系统的调速和起动方面的优势，使其至今仍在各个工业传动中发挥着重要的作用，特别是小型直流控制电机。
不同类型、励磁方式的电机特性各不相同，它们分别适用于不同类型的生产机械和工艺要求，本节以应用最为广泛的他励直流电机拖动系统为典型，研究他励直流电机的机械特性、起动、制动、调速运行及电力拖动系统稳定运行的条件。
电机拖动复习资料答案
直流电机1、直流电机的静止部分称为定子，它的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置、等部分组成。
转动部分称为转子，它的作用是产生电磁转矩和感应电动势，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。
2、单叠和单波绕组，极对数均为p时，并联支路数分别为2p 、 2 。
3、直流电机电枢绕组有叠绕组和波绕组两种基本联接方式，一般来说对电流大、电压较低的直流电机，电枢绕组应采用叠绕组。
4、直流电机的电枢反应的定义是通常把电枢磁动势对空载气隙磁通密度分布的影响称为电枢反应，当电刷在几何中性线时，对于电动机来讲，产生气隙磁场畸变性质的电枢反应，其结果使前极端磁场增强和后极端磁场减弱，物理中性线（逆着）电枢旋转方向偏移。
5、电枢绕组的感应电动势简称电枢电动势。
电枢电动势是指直流电机正、负电刷之间的感应电动势，也就是电枢绕组一条并联支路的感应电动势。
6、直流电机的电磁转矩是由电枢电流和磁场共同作用产生的。
直流发电机电磁转矩的方向和电枢旋转方向相反，直流电动机电磁转矩的方向和电枢旋转方向相同。
7、直流电机电枢绕组中一个元件经过电刷短路从一条支路转到另一条支路里时，电流的方向改变的过程称为换向。
改善换向的方法一般有装换向极和选择合适的电刷两种方法。
8、直流电机的励磁方式有并励、他励、串励和复励。
9、并励直流发电机自励建压的条件是电机磁路中要有剩磁、励磁绕组并联到电枢两端的极性正确、励磁回路的总电阻小于该转速下的临界电阻。
10、直流电动机的工作特性是指电动机在端电压U=U N、励磁电流I=I N、电枢回路不串电阻的条件下，电动机的转速n、电磁转矩T、效率与电枢电流I a之间的关系。
11、可用下列关系来判断直流电机的运行状态，当 U=E a+R a I a时为电动机状态，当 U=E a-R a I a时为发电机状态。
12、直流电机的转向是由电枢电流方向和磁场方向确定的，改变转向的方法有改变电枢电流方向和改变励磁方向两种。
电机拖动课程设计直流电动机调速系统设计
直流电动机调速系统设计直流电动机直流电机是生产和使用直流电能的机电能量转换机械;直流电动机是将直流电能转换为机械能的旋转机械;它与交流电动机如三相异步电动机相比,虽然因结构比较复杂、生产成本较高、故障较多等,目前已不如交流电动机应用普遍,但由于它具有优良的调速性能和较大的启动转矩,得到广泛应用;本节仅就直流电动机的结构与工作原理、直流电动机的分类及在印刷设备中的应用、直流电动机的启动与调速做一简单介绍;下图为直流电动机的结构原理图,图中的N和S是一对固定不动的磁极,用以产生所需要的磁场;容量较大一些的电机,磁场都是由直流励磁电流通过绕在磁极铁心上的励磁绕组产生;为了清晰,图中只画出了磁极的铁心,没有画出励磁绕组;在N极和S极之间有一个可以绕轴旋转的绕组;直流电机这部分称为电枢,而实际电机的电枢绕组嵌在铁心槽内,电枢绕组的电流称为电枢电流;线圈两端分别与两个彼此绝缘而且与线圈同轴旋转的铜片连接,铜片上有各压着一个固定不动的电刷;在直流电动机中,为了产生方向始终如一的电磁转矩,外部电路中的直流电流必须改变成电机内部的交流电流,这一过程称为电流的换向;换向的铜片称为换向片;互相绝缘的换向片组合的总体称为换向器;图1：直流电动机原理图一、直流电动机的结构与工作原理直流电动机的结构直流电动机主要由磁极、电枢、换向器三部分组成;1磁极;磁极是电动机中产生磁场的装置,如图2所示;它分成极心1和极掌2两部分;极心上放置励磁绕组3,极掌的作用是使电动机空气隙中磁感应强度的分布最为合适,并用来挡住励磁绕组；磁极是用钢片叠成的,固定在机座4即电机外壳上,机座也是磁路的一部分;机座常用铸钢制成;图2直流电动机的磁极及磁路1-极心 2-极掌 3-励磁绕组 4-机座2电枢;电枢是电动机中产生感应电动势的部分;直流电动机的电枢是旋转的,电枢铁心呈圆柱状,由硅钢片组成,表面冲有槽,槽中放有电枢绕组;3换向器整流子;换向器是直流电动机的一种特殊装置,其外形如图3所示,主要由许多换向片组成,每两个相邻的换向片中间是绝缘片;在换向器的表面用弹簧压着固定的电刷,使转动的电枢绕组得以同外电路联结;换向器是直流电动机的结构特征,易于识别;图3：换向器1—换向片 2—连接部分图4 直流电机装配结构图图5 直流电机纵向剖视图1—换向器 2—电刷装置 3—机座 4—主磁极 5—换向极6—端盖 7—风扇 8—电枢绕组 9—电枢铁心直流电动机的工作原理U + -ABNSII FFCabd图6 直流电动机原理图图6是直流电动机的示意图;若在A、B之间外加一个直流电压,A接电源正极,B接负极,则线圈中有电流流过;当线圈处于图5所示位置时,有效边ab在N 极下,cd在s极上,两边中的电流方向为a→b,c→d;由安培定律可知,ab边和cd 边所受的电磁力为：F=BIL式中,I为导线中的电流,单位为安A;根据左手定则知,两个F的方向相反,如图6所示,形成电磁转矩,驱使线圈逆时针方向旋转;当线圈转过180°时,cd边处于N极下,ab边处于S极上;由于换向器的作用,使两有效边中电流的方向与原来相反,变为d→c、b→a,这就使得两极面下的有效边中电流的方向保持不变,因而其受力方向、电磁转矩方向都不变;由此可见,正是由于直流电动机采用了换向器结构,使电枢线圈中受到的电磁转矩保持不变,在这个电磁转矩作用下使电枢按逆时针方向旋转;这时电动机可作为原动机带动生产机械旋转,即由电动机向机械负载输出机械功率;在直流电动机中,除了必须给电枢绕组外接直流电源外,还要给励磁绕组通以直流电流用以建立磁场;电枢绕组和励磁绕组可以用两个电源单独供电,也可以由一个公共电源供电;按励磁方式的不同,直流电动机可以分为他励、并励、串励和复励等形式;由于励磁方式不同,它们的特性也不用;他励电动机的励磁绕组和电枢绕组分别由两个电源供电,如图7所示;他励电动机由于采用单独的励磁电源,设备较复杂;但这种电动机调速范围很宽,多用于主机拖动中;图7 他励电动机二、 他励直流电动机的调速与交流电动机相比,直流电动机具有较好的调速性能,它能在宽广的范围内平滑而经济的调速,因此多用于调速要求较高的场合;根据直流电动机调速公式n=ψ+-Ce Rpa Ra Ia U )(可见,当电枢电流不变时即负载不变,只要在电枢电压U 、电枢电路附加电阻和每极磁通ф三个参数中,任意改变一个,都能引起转速的变化;因此,他励直流电动机可以有三种调速方法;为了评价各种调速方法的优缺点,对对调速方法提出了一定的技术经济指标,通常称为调速指标;下面下面对调速指标做一简要说明;调速指标1调速范围调速范围是只指电动机在额定负载下调素时,其最高转速与最低转速之比,用D 表示,即 D=m in m axn n不同的生产机械对对调速范围的要求不同,如车床D=20~100,龙门刨床D=10~40,扎钢机D=~3等;电动机最高转速nmax 受电动机的换向及机械强度限制,最低转速相对稳定即静差率要求的限制;2静差率调速的相对稳定性静差率或转速变化率是指电动机在一条机械特性上额定负载时的转速降落△n 与该机械特性的理想空载转速n0之比,用表示,即σ=0n n∆=00n n n -式中,n 为额定负载转矩Tem=TL 时的转速图8从上式可以看出,在△n相同时,机械特性越“硬”,额定负载时转速降越小,静差率σ越小,转速的相对稳定性越好,负载波动时,转速变化也越小;图3-1中机械特性1比机械特性2“硬”;静差率除了与机械特性硬度有关外,还与理想空载转速n0成反比;对于同样“硬度”的特性,如图3-2中特性1和特性3,虽然转速将相同,但其静差率却不同;为了保证转速的相对稳定性,常要求静差率应不大于某一允许值允许值;图9调速范围D与静差率σ两项性能指标是相互制约的,当采用同一种方法调速时,静差率要求较低时,则可以得到较低的调速范围；反之,静差率要求较高时,则调速范围小;如果静差率要求一定时,采用不同的调速方法,其调速范围不同,如果改变电枢电压调速比电枢串电阻调速的调速范围大;调速范围与静差率是相互制约的,因此需要调速生产机械,必须同时给出静差率与调速范围这两项指标,以便选择适当的调速方法;3调速的平滑性调速的平滑性是指相邻两级转速的接近程度,用平滑系数ψ表示,即Ψ=1 i inn平滑系数Ψ越接近1,说明调速的平滑性越好;如果转速连续可调,其级数趋于无穷多,称为无级调速,Ψ=1,其平滑性最好；调速不连续,级数有限,称为有级调速;4调速的经济性经济性包含两方面的内容,一是指调速所需的设备和调速过程中的能量损耗,另一方面是指电动机调速时能否得到充分的利用;一台电动机当采用不同的调速方法时,电动机容许输出的功率和转矩随转速变化的规律是不同的,但电动机实际输出的功率和转矩是有负载需要所决定的,而不同的负载,其所需要的功率和转矩随转速的变化的规律也是不同的,因此在选择调速方法时,既要满足伏在要求,又要尽可能是电动机得到充分利用;经分析可知,电枢回路串电阻调速以及降低电枢电压调速适用于恒转矩负载的调速,而若此调速适用于恒功率负载的调速;电枢串电阻调速他励直流电动机拖动负载运行时,保持电源电压及励磁电流为额定值不变,在电枢回路中串入不同阻值的电阻,电动机将运行于不同的转速,如图3—3所示,图中的负载为恒转矩负载;从图10可以看到,当电枢回路串入电阻R时,电动机的机械特性的斜率将增大,电动机和负载的机械特性的交点将下移,即电动机稳定运行转速降低;nnT L T em a +R 1图10电枢串电阻调速机械特性如图10中传入的电阻2R >1R ,交点2A 的转速2n 低于交点1A 的转速1n ,它们都比原来没有外串电阻的交点A 的转速n 低;电枢回路串电阻调速方法的优点是设备简单,调节方便,缺点是调速范围小,电枢回路串入电阻后电动机的机械特性变“软”,使负载变动时电动机产生较大的转速变化,即转速稳定性差,而且调速效率较低改变电枢电源电压调速他励直流电动机的电枢回路不串接电阻,由一可调节的直流电源向电枢供电,最高电压不应超过额定电压;励磁绕组由另一电源供电,一般包保持励磁磁通为额定值;电枢电压不同时,电动机拖动负载将运行于不同的转速上从图11中可以看出,当电枢电源电压为额定值时,电动机和负载的机械特性的交点为A,转速为n ；电压降到1U 后,交点为1A ,转速为`1n ；电压为2U ,交点为2A ,转速为2n ；电压为3U ,交点为3A ,转速为3n ；电枢电源电压越低,转速也越低;同样,改变点数电源电压调速方法的范围也只能在额定转速与零转速之间调节;改变电枢电源电压调速时,电动机机械特性的“硬度”不变,因此,集市电动机在低速运行时,转速随附在变动而变化的幅度较小,即转速稳定性好;当电枢电源电压连续调节时,转速变化也是连续的,所以这种调速称为无级调速;n0nn nU1U23U NT L T em 图11改变电枢电源电压调速方法的有电视调速的平滑性好,即可实现无级调速,调速效率高,转速稳定性好,缺点是所需的可调电源设备投资较高;这种调速方法在直流电力拖动系统中被广泛使用;弱磁调速励直流电机电枢电流电压不变,电枢回路也不串接电阻,在电动机拖动负载转矩不很大小于额定转矩时,减少直流电动机的励磁磁通,可使电动机的转速提高;他励直流电动机带恒转矩负载时弱磁调速,如图12所示;从图12中可以看出,当励磁磁通为额定值ΦN时,电动机和负载的机械特性的交点为A,转速为n:励磁磁通减少为Φ2时,理想空载转速增大,同时机械特性斜率也变大,交点为A1,转速为n1;励磁电流减少为Φ1,交点为A2,转速为n2;弱磁调速的范围是在额定转速与电动机的所允许最高转速之间进行调节,至于电动机所允许最高转速值是受换向与机械强度所限制,一般约为1.2m左右,特殊设计的调速电动机,可达3 nN或更高;弱磁调速的优点是设备简单,调节方便,运行效率也较高,适用于恒功率负载,缺点是励磁过弱时,机械特性的斜率大,转速稳定性差,拖动恒转矩负载时,可能会使电枢电流过大;在实际的电力拖动系统中可以将几种调速方法结合起来,这样,可以得到较宽的调速范围,电动机可以在调速范围之内任何转速上运行,而且调速时的损耗较小,运行效率较高,能很好的满足各种生产机械对调速的要求;n o2n o1n oT L T em图12弱磁调速机械特性三、课程设计内容第四章课程设计内容一台他励直流电动机,参数如下：P N=6KWU aN=200VI aN=42An N=1500r/minR L=Ω1. 用其拖动通风机负载运行,若采用电枢串电阻调速时,要使转速降至200r/min,试设计电枢电路中的调速电阻;2. 用其拖动恒转矩负载运行,负载转矩等于电动机的额定转矩,采用改变电枢电压调速时,要使转速降至1000r/min,试设计电枢电压值;3. 用其拖动恒功率负载运行,采用改变励磁电流调速,要使转速增至1800r/min,试设计CeΦ的值;内容解析：1.采用电枢串电阻调速：电动机的电枢电阻Ra=U aN - P N I aN/ I aN =200-6000/42/42Ω=Ω在额定状态运行时E= U aN -R a I aN =×42V=CeΦ=E/ n N =1500=C TΦ=60CeΦ/2π=60/2××=T N=60 P N /2πn N =60/2××6000/=. m由于通风机负载的转矩与转速的平方成反比,故n=1200r/min时的转矩为T=n/ n N2T N=1200/1500 2×n0= U aN/ CeΦ=200/min=2100r/min∆n= n0-n=2100-1500r/min =600r/min由于∆n= Ra +RrT/ C T CeΦ2由此求得Rr=∆n CT CeΦ2/T- Ra =600××采用电枢电压调速：由上题求得：Ra=ΩCeΦ=C TΦ=T N =电枢电压减小后∆n=Ra T N / C T CeΦ2=××r/min=minn0=n+∆n=1000+r/min=min由此求得Ua= CeΦn0=×=3.采用改变励磁电流调速由上求得R a=ΩT N=由于恒功率负载的转矩与转速成正比关系,故忽略空载转矩时,调速后的电磁转矩为T= n N T N /n=1500×= 1800=200/ CeΦ×C T CeΦ2得CeΦ=或结论三种调速方法各有优缺点,改变电枢电阻调速的缺点较多,所以只适用于调速范围不大,调速时间不长的小容量电动机中；改变电枢电压调速是一种性能优越的调速方法,被广泛应用于对调速性能要求较高的电力拖动系统中；改变励磁电流调速通常与改变电枢电压同时应用于对调速要求很高的电力拖动系统中,来扩大调速范围和实现双向调速;对容量较大的直流电动机,通常采用降电压起动;即由单独的可调压直流电源对电机电枢供电,控制电源电压既可使电机平滑起动,又能实现调速;此种方法电源设备比较复杂;本设计采用增加电枢电阻启动非常简单,设备轻便,广泛应用于各种中小型直流电动机中;设计体会经过一周的奋战,课程设计完成了,在没有做课程设计之前觉得课程设计只是对这个学科所学知识的总结,但通过这次课程设计发现自己的看法片面;课程设计不仅是对所学知识的一种检验,而且也是对自己能力的提高;通过课程设计,让我更加明白学习是一个长期的积累过程,经后的工作、生活中应该不段的学习,努力提高知识和综合能力;设计过程中,我查阅了大量的有关资料,并与同学交流,学到了不少知识,也经历了不少艰辛,但收获还是很多的;在设计中培养了我独立工作的能力,树立了对自己工作能力的信心;让我充分体会到在创造过程中探索的艰辛和成功的喜悦;经过对这些资料的整理、理解和消化,使我对直流电机的调速尤其是对他励直流电动机的串电阻调速有了更深一层的理解;这次课程设计也许会又很多不足的地方,希望老师多多批评,我也会在以后的日子里不断学习提高自己动手的能力,使以后的设计会更好,也使自己得到更全面的提高参考文献1.唐介. 电机与拖动. 北京：高等教育出版社.2.唐介. 控制微电机. 北京：高等教育出版社.3.周绍英.电机与拖动.中国广播电视大学出版社1995年出版4.李海发. 电机学.科学出版社2001年出版5.刘起新. 电机与拖动基础. 中国电力出版社2005年出版。
第2章 直流电动机的电力拖动
UN n = C eΦ
N
Ra − C eC tΦ
2 N
T
由于电枢电阻很小，特性曲线斜率很小， 由于电枢电阻很小，特性曲线斜率很小，所以固有 机械特性是硬特性。 当改变 U 或 Ra 或 Φ 得到的机械特性称为人为机械特性。 得到的机械特性称为人为机械特性 人为机械特性。
1、电枢串电阻时的人为机械特性
I sc
Ia
Tsc 2 Tsc 1 Tsc
φ
不同时的 n = f (T ) 曲线
β n 特点：1）弱磁，0增大； 2）弱磁， 增大 弱磁， 特点： 弱磁， 增大；
三、机械特性的绘制
1.固有特性的绘制 1.固有特性的绘制
求两点: 已知 PN , U N , I N , n N，求两点:理想空载点
2.人为特性的绘制 2.人为特性的绘制
不变,只在电枢回路中串入电阻 保持U = U N , Φ = Φ N 不变 只在电枢回路中串入电阻R Ω的人为特性
Ra + RΩ UN n = − T 2 C eΦ N C eC tΦ N
n0
β 特点： 不变， 变大； 特点：1）n0 不变， 变大；
越大，特性越软。 2） β 越大，特性越软。
n
Ra
制动的目的是使电力拖动系统停车， 制动的目的是使电力拖动系统停车，转速降低或获得 稳定的下降速度（位能性负载） 稳定的下降速度（位能性负载）。
自由停车法 电磁制动器 能耗制动 电气制动法 反接制动 回馈制动 (再生制动 再生制动) 再生制动
一、能耗制动
1．实现能耗制动的方法
RΩ
＋
Ra
＋
K3
电动状态
φ
U N Ra n = − C eΦ C eΦ
直流电动机电力拖动
·Rc随n升高逐步切除，直到Rc＝0
·或U随n升高逐步增大，直到
U UN
4、起动电阻的计算：
1>图解解析法：
1）画出固有机械特性；
2）确定最大电流
I
m
和最小电流
ax
I ；m in
3）画出分级起动机械特性；
4）由 n k *（R
确定各级电阻。
） k
Te m kTkE2
2>解析法：
1）确定最大电流 Ima和x 最小电流 Imin
2）在进行电阻分级切换时，
因为：转速不变化 ；
所有：
Imax R m
I m in
R m -1
3）据此计算各分级电阻；
二、直流电动机的制动
1、直流电动机制动运行的相关问题： 制动运行的基本特征：
产生与n相反的电磁转矩 电机的作用为：将运动系统贮存的机械能转 化为电能，实现能量的迅速转移； 结论:制动运行状态本质上为发电机运行状态。 与发电机运行的差异： 1>输入能量有限; 2>机电能量转换不是目的，而是一种能量转 移的手段 。
n
U
K e
Ra Rc
KeKT 2
T
• 特点：
1> n0 UKeN随磁通下降而增大; 2>斜率绝对值随磁通下降而增大; 3>转速特性所有堵转电流 Ist URNa交与一点; 4>机械特性：磁通下降，Tst KTI下st 降; 5>在有效负载范围内，人为机械特性在固
有特性之上; 6>对恒转矩负载，弱磁后，速度升高同时
+
-
U
n
T Ra Ia
M
-Ea +
If
＋
电机与电气控制(第4版)课件全套 第1--5篇 直流电机及拖动---电气控制技术
第5章 三相变压器
内容提要 三相变压器的磁路结构及特点。 三相变压器的电路系统。 判断绕组极性的方法。 电力系统常采用多台变压器并联运行的意义，以及变压器并联运行的条件。
第6章 其他用途的变压器
内容提要 自耦变压器的结构特点、电磁关系、容量以及使用时的注意事项。 仪用互感器的结构特点、工作原理以及互感器与被测线路的连接方法、使用中的注意事项。 电弧焊工艺对电焊变压器的要求；电焊变压器应具有急剧下降的外特性；其输出电流I2在一定 范围内应具有可调性；为实现I2可调所采用的方法不同，便有不同的电焊变压器。这些电焊压器 均有着不同的结构特点。
第4章 单相变压器
内容提要 变压器的用途和结构。 变压器的运行原理。 阐述分析变压器运行的三种方法—电磁平衡关系、等值电路和向量图。 变压器参数的测定。 衡量变压器运行性能的重要标志是外特性和效率特性。掌握这些知识为选择、使用、维护变 压器奠定基础。
3．变压器的效率特性 当变压器电源电压和功率因数一定时，效率 随负载电流 （即负载系数 ）的变化关 系 称为变压器的效率特性，其变化规律如图4.29所示。
第1章 直流电机原理
内容提要 本章主要讲述直流电动机的基本工作原理；直流电动机的结构以及各部件的作用，重点介
绍能量转换的核心部件—电枢绕组不同形式的连接规律和特点。 感应电势和电磁转矩的计算。 直流电动机不同励磁方式的特点。 直流电机的磁场以及改善换向的方法。
1.1 直流电机基本工作原理
（4）单叠绕组和单波绕组的应用。
1.3.2 直流电机的磁场
1．直流电动机的分类 （1）直流他励电动机。 （2）直流并励电动机。 （3）直流串励电动机。 （4）直流复励电动机。
3．改善换向的方法 产生火花的电磁原因是换向元件K中出现了附加电流 ，因此要改善换 向，就得从减小甚至消除附加电流 着手。
电机拖动第二章
dT dTz < dn dn
稳定运行点
不稳定运行点
dT dTz < dn dn
已知某电动机的机械特性如图2-40特性 所示。试问该机分别与 特性l所示 已知某电动机的机械特性如图 特性 所示。 特性2、特性3、特性4这三种负载配合时 平衡点A， ， ， 这三种负载配合时， 特性 、特性 、特性 这三种负载配合时，平衡点 ，B，C，D 中哪些是稳定哪些是不稳定的?为什么 为什么? 中哪些是稳定哪些是不稳定的 为什么
n+ T TZ=T2+T0
v
2-2
生产机械的负载转矩特性
n
TZ
负载转矩特性： 负载转矩特性：指负载转矩与机械的转速的 关系，n=f (TZ )。 各种生产机械负载转矩特性可归纳为三类。 一、恒转矩负载特性 又可分为两种类型： 反抗性恒转矩负载：其负载转矩大小与转速 反抗性恒转矩负载 无关，但其方向始终与转向相反。 位能性恒转矩负载：其负载转矩的大小和方 位能性恒转矩负载 向均与转速无关。
电枢串联电阻时的 人为机械特性
特点： 特点： (1) n0不变，它是通过理想空载 不变， 不变 的直线。 点 的直线。 (2)β>βN ，特性变“软”。 特性变“
2、降低端电压的人为特性 、
n=
U
Ce Φ N
−
Ra ′ T = no − β N T 2 Ce C m Φ N
特点： (1) n ' 0 ∝ U (2) β= βN 它是平行并低于固有特性的直线。
理想鼓风机的 负载特性
实际鼓风机的 负载特性
2-3
他励直流电动机的机械特性
一、直流电动机机械特性的一般形式 电动机的电磁转矩T与其转速n的关系，即n=f(T)。励磁方 式不同，直流电动机的机械特性也不同。
直流电机的电力拖动作业题参考答案(第3章)
作业题参考答案一．思考题3.1 下图中箭头表示转矩与转速的实际方向，试利用电力拖动系统的动力学方程式说明在附图所示的几种情况下，系统可能的运行状态（加速、减速或匀速）。
(a) (b) (c) (d) (e)图3.50 题3.1图答： 由拖动系统的动力学方程式dt dnGD T T L em 3752=−可知：（a）减速（b）减速（c）加速（d）匀速（e）匀速3.2 在起重机提升重物与下放重物过程中，传动机构的损耗分别是由电动机承担还是由重物势能承担？提升与下放同一重物时其传动机构的效率一样高吗？答：3.3 试指出附图中电动机的电磁转矩与负载转矩的实际方向（设顺时针方向为转速n 的正方向）。
(a) (b)(c) (d)图3.51 题3.3图答： 对于图a em T >0 , L T >0,则有动力学方程式的符号规定：em T 顺时针方向，L T 为逆时针方向；电机工作于正向电动状态。
对于图b em T <0 , L T <0,则有动力学方程式的符号规定：em T 逆时针方向，L T 为顺时针方向；电机工作于正向回馈制动状态。
对于图c em T <0 , L T <0,则有动力学方程式的符号规定：em T 逆时针方向，L T 为顺时针方向；电机工作于反向电动状态。
对于图dem T >0 , L T >0,则有动力学方程式的符号规定：em T 顺时针方向，L T 为逆时针方向；电机工作于反向回馈制动状态。
3.4 根据电力拖动系统的稳定运行条件，试判断图3.52中A 、B 、C 三点是否为稳定运行点？图3.52 题3.4图答：根据电力拖动系统的稳定运行条件：可以得出：系统在A 点、B 点是稳定的； C 点是不稳定运行点。
3.5 一般他励直流电动机为什么不能直接起动？采用什么样的起动方法最好？ 答：直接起动时启动电流远远大于额定电流。
带来的危害：会带来很大的电流冲击，导致电网电压下降，影响周围其他用电设备的正常运行。
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直流电动机的电力拖动
（1）这反类抗负性载恒的转特矩点是负：载负载转矩的大小恒定不变，
而负载转矩的方向总是与转速的方向相反，即负载 转矩始终是阻碍运动的。
直流电动机的电力拖动
桥式起重机的行走机构的行走车轮，在轨 道上的摩擦力总是和运动方向相反的。b图为对 应的机械特性曲线，显然，反抗性恒转矩负载 特性位于第一和第三象限内。
本章主要分析直流电机拖动系 统的运动方程、机械特性、启动、 调速及制动的原理及方法。
直流电动机的电力拖动
一、单轴电力拖动系统的运动方程式 最简单的电力拖动系统是电动机转轴与生产 机械的工作机构直接相连，称为单轴电力拖动 系统
TL 电动机
T
生产机 械
T：电磁转矩 TL：负载转矩
直流电动机的电力拖动
：系统转动部分的转动半径，m D ：系统转动部分的转动直径，m
g ：重力加速度=9.8m/s2
直流电动机的电力拖动
T
- TL
GD2 375
dn dt
（T-TL）为动转矩 （T-TL）=0 系统处于恒转速运
行的稳态
（T-TL）>0 系统处于加速运行
过程
（T-TL）<0 系统处于减速运行
过程
直流电动机的电力拖动
转速降Δn=n0－n=βT是电动机在某一定负载和电枢电 路电阻时理想空载转速与实际转速之差。在转矩一定时， 与机械特性的斜率β成正比；在机械特性的斜率β一定时 （电动机磁通Φ和电枢电路电阻一定时），负载越大，转 速降越大。
直流电动机的电力拖动
多轴系统由于电机的转速和生产机械 的转速不同，需通过折算来分析。同样 平移机械和升降机械也需折算来解决。
电气传动系统转速是在一定范围内变 化的，要解决整个生产过程中的速度问 题，必须要了解负载的机械特性，同时 要考虑电动机的机械特性与负载的机械 特性的稳定性关系。
直流电动机的电力拖动
直流电动机的电力拖动
一般计算理想空载点（T=0，n=n0） 和额定运行点（T=TN，n=nN）的 数据来绘制。
直流电动机的电力拖动
他励直流电动机固有机械特性是一条过理想
空载点（n=n0，T=0）斜率很小的特性曲线。当空 载转矩为T0时，实际空载转速为n0’（由于存在空 载损耗）。
直流电动机的电力拖动
直流电动机的电力拖动
（2）这位类能负性载恒的转特矩点负是载：不仅负载转矩的大小
恒定不变，而且负载转矩的方向也不变。属 于这一类的负载有起重机的提升机构
直流电动机的电力拖动
负载转矩是由重力作用产生的，无论起重机 是提升重物还是下放重物，重力作用方向始终不 变。图b为对应的机械特性曲线，显然位能性恒 转矩负载特性位于第一与第四象限内。
课程介绍
课程性质：本课程是电气类专业的技术基础课， 是一门既有基础性又有专业性的课程。
课程任务：掌握电机基本结构和工作原理，以 及 拖动系统的运行性能、分析计算、电机选择 及试验方法，培养在电机及电力拖动方面分 析和解决问题的能力，为今后学习和工作打 下坚实的基础。
第二章 直流电动机的电力拖动
主要内容
单轴电气传动的动力学方程式为：
T：电磁转矩；
TL：负载转矩,N.m
T
- TL
J
d dt
J：电动机轴上的总转动惯量，kg.m2
：电动机角速度,rad/s
在工程计算中,常用n代替表示系统速度, 用飞轮力矩GD2代替J表示系统机械惯性。
直流电动机的电力拖动
2n
60
J m 2 G D2
g4
Gm：：系系统统转转动部动分部的分重的量质，量N ，Kg
二、生负产载机的械机的械负特性载就特是性生产机械的负载
特性。它表示同一转轴上转速与负载转矩之 间的函数关系，即n=f (TL)。
直流电动机的电力拖动
（一）它恒的转机矩械负特载性特的性特点是：负载转矩TL
的大小与转速n无关，即当转速变化时，负 载转矩保持常数。根据负载转矩的方向是否 与转向有关，恒转矩负载又分为反抗性恒转 矩负载和位能性恒转矩负载两种。
一、机械特性方程
直流电动机的电力拖动
以他励电动机为例，电动 机的电压方程
将电枢U电动E势a 和 电RI磁a 转矩的
公式代入
Ea Cen T CTIa
n
U
Ce
R
CeCT 2
T
n0
T
n0
n
n0称为理想空载转速(T0=0)
实际空载转速
n0
U Ce
R CeCT 2
T0
β为机械特性的斜率
直流电动机的电力拖动
n的正方向相反时为正，相同时为负； 由T和TL的代数和决定。
的正负
dn dt
直流电动机的电力拖动
实际的拖动系统，电动机和工作机构之间 由若干级传动齿轮或其他传动机件联接。这 样通过一套传动机构，才能使电动机的转速n 变换成工作机构所需要的转速nL，这种系统 我们称为多轴系统。
（a）实际的多轴系统；（b）等效的单轴系统
实际的负载转矩特性往 往是几种典型特性的综 合。如实际的鼓风机除 了主要是通风机负载特 性外，轴上还有一定的 摩擦转矩。
直流电动机的电力拖动
第二节直流他电励动直机流的机电械动特机性的是机指械电特动机性在电枢电
压，励磁电流、电枢回路电阻为恒定值的条件下， 即电动机处于稳定运行时，电动机的转速n与电 磁转矩T之间的关系：n=f(T)。
直流电动机的电力拖动
（二）恒恒功功率率负负载载的特特性点是：负载转矩与转速
的乘积为一常数 ,成反比。
PL
JL
JL
2
60
n
常数
JL与n成反比 ，机械
特性是一条双曲线
直流电动机的电力拖动
（三）负转载矩转随矩转与速转而速变的的平其方它成负正载比特，性即
TL∝kn²，其中k是比例常数。负载特性是一 条抛物线 。
二 （一、）固固有有机机械械特特性性和人为机械特性
他励直流电动机的固有机械特性是指：在电源电压 U机=械U特N，性气，隙其磁数通学Ф表=Ф达N式，为电：枢外串电阻Rs=0时，n=ƒ(T)的
n UN
Ce N
Ra
Ce
CT
2 N
T
n0 N
T
0
nN
式中
N
Ra
C
e
CT
2 N
称为斜率，ΔnN为额定负载时的转降速。
在电力拖动系统中，由于生产机械负载类型的
不同，电动机的运行状态也发生变化。即电动机 的电磁转矩并不都是驱动性质的转矩，生产机械 的负载转矩也并不都是阻转矩，它们的大小和方 向都可能随系统运行状态的不同而发生变化。
规定电动机处于电动状态时的旋转方向为转速
n的正方向。电动机的电磁转矩T与转速n的正方
向相同时为正，相反时为负；负载转矩TL与转速