串励直流电动机的电力拖动
第二部分(直流电机的电力拖动-思考题与习题)Word版
第二部分直流电机的电力拖动思考题与习题1、什么叫电力推拖动系统？举例说明电力拖动系统都由哪些部分组成。
2、写出电力拖动系统的运动方程式，并说明该方程式中转矩正、负号的确定方法。
3、怎样判断运动系统是处于动态还是处于稳态？4、研究电力拖动系统时为什么要把一个多轴系统简化成一个单轴系统？简化过程要进行哪些量的折算？折算时各需遵循什么原则？5、起重机提升重物与下放重物时，传动机构损耗由电动机承担还是由重物承担？提升或下放同一重物时，传动机构的效率相等吗？6、电梯设计时，其传动机构的上升效率η<0.5，若上升时η=04，则下降=15N·m，则下降时的负载时的效率η是多少？若上升时负载转矩的折算值TL转矩折算值为多少？7、从低速轴往高速轴折算时，为什么负载转矩和飞轮矩都要减小？8、起重机提升某一重物时，若传动效率小于0.5，那么下放该重物时传动效率为负值，此时的特理意义是什么？9、生产机械的负载转矩特性常见的哪几类？何谓位能性负载？10、表1中所列各电力拖动系统的数据不全，请通过计算把空格填满，计算时忽略电动机的空载转矩。
表14 17.6 128 0.85 85 78 5.5 16.5 减速11、表2所列电动机拖动生产机械在稳态运行时，根据表中所给数据，忽略电动机的空载转矩，计算表内未知数据并填入表中。
表2生产机械切削力或重物重F,G/N切削速度或升降速度v/m·s-1电动机转速n/r·min传动效率负载转矩TL/N·m电磁转矩Tem/N·m刨床3400 0.42 975 0.80 起重机9800 提升1.4 1200 0.75下降1.4电梯1500 提升1.0 950 0.42下降1.012、如图所示的运动系统中，已知n1/n2=3,n2/n3=2, GD21=80N·m2，GD22=250N·m2，GD 23=750 N·m2，I’L=90 N·m2，（反抗转矩），每对齿轮的传支效率均为η=0.98，求折算到电动机轴上的负载转长和总飞轮矩。
电机与拖动基础9
四象限可逆式直流PWM变换器
具有四象限运行功能的直流PWM变换器如下图所示。
具有四象限运行的H桥直流PWM变换器
下面对直流PWM变换器在四象限的运行情况分别讨论如下：
第I象限运行： 第I象限对应于直流电机处于正向电动机运行状态，此时，电枢 电流和转速（或反电势）的方向均为正。
图a给出了第I象限运行时主回路的电路图。此时，主开关
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电机与拖动基础
直流电动机的电力拖动
直流电动机的四象限运行
到此为止，他 励直流电动机 四个象限的运 行状态全部讨 论过，现将四 个象限运行的 机械特性画在 一起，如右图 所示。可见， 电动机运行状 态分成两大类， T与n同方向时 为电动运行状 态，T与n反方 向时为制动运 行状态。
第II象限运行的直流PWM变换器
下图给出了第II象限运行时的电枢电压和电流的波形。
第II象限运行直流PWM变换器的输出电压和电流波形
由上图可见，电枢两端的平均电压为正，而平均电枢电流为负，表明电功率 由直流电机流向电源。
第III象限运行： 第III象限对应于直流电机处于反向电动机状态，此时，转速 （或反电势）与电枢电流均反向。
电流增加。若
下图a给出了第III象限运行时主回路的电路图。图中，主开关 T3 和T4 同时导通，
T4 关断，则电枢回路通过
短路，如图b所示。 D1
第III象限运行的直流PWM变换器 a、b分别给出了电流连续和断续时的电枢电压和电流波形。
第III象限运行直流PWM变换器的输出电压和电流波形 第III象限时系统的运行情况与第I象限类似。
反并联连接的两式下直流电的调速
斩控式PWM变换器（又称为斩波器）可以将恒定的直 流电源电压变换为大小和极性均可调的直流电压，从而方 便地实现直流电动机的平滑调速以及四象限运行。 由于采用全控型器件（如IGBT、MOSFET、GTR）， 其开关频率高，系统的动态响应快，调速范围宽（可达 1:20000），综合指标明显优于相控式变流器。
电机与拖动复习笔记
第0章 绪论：1、电机：利用电磁感应原理实现能量转换的机械2、电力拖动系统包括：电动机、传动机构、生产机械、控制设备和电源。
第1章 直流电机1.2绕组1、单叠绕组：ε±=p Z y 21，即][pZy 21=（向下取整）；1=k y ，k y y y -=12。
p 为磁极对数，Z 为槽数，1y 为第一节距（同一个元件的两个边跨过的距离），k y 为换向器节距。
画图步骤：1）计算1y ；2）根据Z 的数目画线（等间距），线的数目和Z 相同。
（Z=16，1y =4）（实线、虚线都画）3）根据1y 的值连接绕组，即编号为1的实线，需要跟编号为5（1+1y ）的虚线相连。
4）将编号为1的实线连接到编号为1换向片（位置自己定，换向片宽度和实线间宽度一样），（换向器编号和实线编号一致），将编号为5的虚线连接到编号为2的换向片。
5）平移将其他的画出来6）画磁极，磁极宽度约为PZ270.倍的实线间宽度，极性交替放在线中，磁极平移距离为PZ2倍的实线宽度；在磁极中心下方画出电刷（N 极下为+，S 极下为—） 单叠绕组特点：1）并联支路对数等于磁极对数，即p a =；2）电刷数等于主磁极数，电刷间电动势等于并联支路电动势，电刷位置应使支路感应电动势最大（即电刷位置对准磁极中心）；3）电枢绕组闭合回路中，感应电动势之和为0，内部无换流4）正负电刷引出的电枢电流a I 为各支路电流之和，a a ai I 2=。
a 为支路对数 5）元件的两个出线端连接于相邻两个换向片上，即1=k y 。
2、单波绕组：ε±=p Z y 21，即][p Z y 21=（向下取整）；pK y k 1±=（向下取整），12y y y k -=。
画图与单叠类似。
特点：1）并联支路数=2，与磁极对数无关，即1=a 。
2）电刷数等于主磁极数，电刷间电动势等于并联支路电动势，电刷位置应使支路感应电动势最大（即电刷位置对准磁极中心）；（理论上电刷用2个就够了，但为了可靠换向，采用全额电刷）3）正负电刷引出的电枢电流a I 为各支路电流之和，a a i I 2=。
串励直流电动机原理讲解
2.7.1 机械特性
1．固有机械特性
图2.30是串励电动机的接 线图，励磁绕组与电枢绕组串联， 电枢电流Ia即为励磁电流If，电枢 电流Ia（即负载）变化将引起主 磁通 变化。
在 Ia 较小，磁路未饱和时，
与
Ia
成正比，即
KIa
（2-23）
式中，K为比例常数。此时，电磁转矩
2.31中BC段。
图2.31 Βιβλιοθήκη 励电动机 的固有机械特性由机械特性曲线可以看出：
（1）特性曲线是一条非线性的软特性，随着负载转矩 的增大（减小），转速自动减小（增大），保持功率 基本不变，即有很好的牵引性能，广泛用于机车类负 载的牵引动力。
（2）理想空载转速为无穷大，实际上由于有剩磁磁通 存车”在现，象n0一。般因可此达，（串5励～电6）动n机N，是空不载允运许行空会载出或现轻“载飞运 行或用皮带传动的。
起（动3）转由矩于大T，em与过I载a的能平力方强成。正比，因此串励电动机的
2．人为特性
串励直流电动机 同样可以采用电枢串 电阻、改变电源电压 和改变磁通的方法来 获得各种人为特性， 其人为机械特性曲线 的变化趋势与他励直 流电动机的人为机械 特性曲线的变化趋势 相似，如图2.32所示。
图2.32 串励直流电动 机的人为机械特性
图2.33 串励电 动机的他励能 耗制动
（2）自励能耗制动 自励式能耗制动时，电枢回路脱离电源后，通过制动电阻形
成回路，但为了实现制动，必须同时改接串励绕组，以保证励磁 电流的方向不变，如图2.34（a）所示。自励能耗制动时的机械特 性如图2.34（b）中曲线BO段所示。由图可见，自励能耗制动开 始时制动转矩较大，随着转速下降，电枢电动势和电流也下降，
《电机与拖动基础》试题库及答案
《电机与拖动基础》试题库及答案选择题11、异步电动机气隙较大，则电动机的（C ）。
A励磁电流较小，功率因数较底；B 励磁电流较大，功率因数较高；C励磁电流较大，功率因数较低D励磁电流较小，功率因数较高；2、直流电动机的换向级的作用是（C）A 产生主磁通B产生换向电流 C 改变电流方向D以上都不对3、直流电动机的换向电流愈大，换向时火花（A）A 愈强B愈弱 C 不便D以上都不对4、频率为50Hz的四十八极交流电机，旋转磁势的转速为（D）r/min。
A．48 B．62.5 C．250 D．1255、频率为40Hz的二十极交流电机，旋转磁势的同步转速为（D）r/min。
A．2400 B．2000 C．120 D．2406、串励直流电动机在一定的负载下运行，若电源电压有所降低，则转子的转速将会（A）A 变大B 保持不变C变小D以上都不对7、直流电动机带上负载后，气隙中的磁场是（C）A 由主级磁场和电枢磁场叠加而成的B 由主级磁场和换向磁场叠加而成的C 由主级磁场，换向磁场和电枢磁场叠加而成的8、直流电动机中电枢的主要作用是（B）A 改善直流电动机的换向B 实现电能和机械能的转换C 在气隙中产生磁通D 产生气隙9、改变电枢回路的电阻调速，只能使直流电动机的转速（B）A 上升B 下降C 保持不变D以上都不对10、三相异步电动机当转差率为1时，此电动机为（C）状态A 制动状态B 同步运行状态C 启动状态D 以上都不是11、变压器带感性负载，从轻载到满载，其输出电压将会（B）A 升高B 降低C 不变D以上都不对12、异步电动机要实现回馈制动，则应满足如下条件（D）A 转子转速应小于旋转磁场转速，且同向B转子转速应等于旋转磁场转速，且同向C转子转速应小于旋转磁场转速，且反向D转子转速应大于旋转磁场转速，且同向13、三相异步电动机转子电阻增大时，电动机临界转差率Sm和临界转矩Tm应为（B）A Sm减小，Tm增大B Sm增大，Tm 不变C Sm增大，Tm减小D Sm减小，Tm减小14、三相异步电动机定子电压下降时，电动机临界转差率Sm和临界转矩Tm应为（C）A Sm不变，Tm不变B Sm减小，Tm增大C Sm不变，Tm减小D Sm不变，Tm增大15、三相异步电动机当转差率小于0时，此电动机为（D）状态A 制动状态B 电动状态C 启动状态D 发电状态16、电力变压器的励磁阻抗表示下面哪一物理量（D）A 输入功率B 输出功率C 铜耗D 铁耗17、单相绕组通以交流电时，其磁势为（D ）A 圆形旋转磁势B 椭圆磁势C 无法确定D 脉动磁势18、电力变压器的作用是下面哪一物理量（B）A 改变交流电电压和功率B 改变交流电电压和交流电电流C 改变交流电电压和频率D 改变直流电电压和交流电电流19、变压器的空载损耗（D ），短路损耗（C ）。
电机与拖动基础试题库及答案
《电机与拖动基础》试题库及答案第一部分 直流电机一、填空题： 1、直流电动机的工作原理是把 能转化为 能。
直流发电机的工作原理是把 能转化为 能。
（直流电；机械；机械；直流电）2、直流发电机的工作原理用 定则判断感应电动势的方向。
直流电动机的工作原理用 定则判断电磁力的方向。
（右手；左手）3、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)4、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。
（E a 〈U ；E a 〉U ）5、直流发电机的绕组常用的有_______和_______两种形式。
（叠绕组；波绕组）6、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）7、电动势常数e C 与转矩常数T C 之间的关系为______。
（T C =9.55e C ）二、选择题1、电机的电流小于额定电流，称为（ ）运行。
（1） （1）欠载 （2）过载 （3）额定2、电机的电流大于额定电流，称为（ ）运行。
（2） （1）欠载 （2）过载 （3）额定3、某直流电机它的电枢与二个励磁绕组串联和并联，那么该电机为( )电机。
（3） （1）他励 （2）并励 （3）复励 （4）串励 4、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5、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。
三、计算题1、一台并励直流电动机,铭牌数据如下:P N =3.5kW ，U N =220V ，I N =20A ，n N =1000r/min,电枢电阻R a =1Ω，△U b =1V ，励磁回路电阻R 1=440Ω，空载实验：当U=220V,n=1000r/min 时，I 0=2A ，试计算当电枢电流I a =10A 时,电机的效率（不计杂散损耗）。
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
电力拖动系统的运动方程和负载转矩特性
第二章 直流电动机的电力拖动
2.1电力拖动系统的运动方程式和负载转矩特性
2.1.1 电力拖动系统的运动方程式
一、运动方程式
电力拖动系统运动方程式描述了系统的运 动状态，系统的运动状态取决于作用在原动
U
机转轴上的各种转矩。
M
根据如图给出的系统（忽略空载转矩），
可写出拖动系统的运动方程式：
Tem TL
第二章 直流电动机的电力拖动
计算各级起动电阻的步骤：
（1）估算或查出电枢电阻Ra ； （2）根据过载倍数选取最大转矩T1对应的最大电流 I；1
（3）选取起动级数 m；
（4）计算起动电流比：β m U N
I1 Ra
m取整数
（5）计算转矩: T2
T1 β
，校验：T2
(1.1 ~ 1.3 )TL
如果不满足，应另选T1或 m值并重新计算，直到满足该条件为止.
(3)计算理想空载点：Tem
0 , n0
UN CeΦN
性方程式。
(4)计算额定工作点：TN CTΦN I N ,n nN
第二章 直流电动机的电力拖动
2.2.4 电力拖动系统稳定运行条件
处于某一转速下运行的电力拖动系统，由于受到某种扰动， 导致系统的转速发生变化而离开原来的平衡状态，如果系统能在 新的条件下达到新的平衡状态，或者当扰动消失后系统回到原来 的转速下继续运行，则系统是稳定的，否则系统是不稳定的。
工作点
第二章 直流电动机的电力拖动
改变制动电阻R的B 大小可以改变能耗制动特性曲线的斜率,从 而可以改变制动转矩及下放负载的稳定速度。 越RB小,特性曲线的 斜率越小,起始制动转矩越大,而下放负载的速度越小。
制动电阻越小，制动电流越大。选择制动电阻的原则是
第2章电力拖动系统动力学基础和直流电动机的电力拖动
由于电枢电流反向，电磁转矩为制动转矩，电动机的运 行点沿着能耗制动时的机械特性下降直到原点，电磁转 矩和转速都为零，系统停止转动。
图2-8 能耗制动过程机械特性
图2-9
能耗制动运行机械特性
制动时回路中串入的电阻越小，能耗制动开始瞬间的制 动转矩和电枢电流越大。但电枢电流过大，则会引起 换向困难。因此能耗制动过程中电枢电流有个上限， 即电动机允许的最大电流，由此可计算串入的电阻：
U N EaN 110 103.4 Ra 0.036 IN 185 Ea N 103.4 Ce N 0.1034V . min/ r nN 1000
0.8TN TL 制动前电枢电流 I a I N 185 148 A TN TN
制动前电枢电势 Ea U N I a Ra 110 148 0.036 104.67V （1）若采用能耗制动停车，电枢应串入的最小电阻为：
(旋转运动)
起重传动 T ' L d GL R L (直线运动)
折算到电动机轴上的转矩分别为
TL T 'L j
GL R GL v L T 'L j d
2.飞轮矩折算 根据动能守恒定律可知，折算后等效系统存储的动能应 该等于实际系统的动能。因此，对于双轴传动系统有
1 J 2
2
1 1 2 2 J d d J LL 2 2
Jd
JL
所以
-----电动机的转动惯量 -----负载轴的转动惯量
J -----电动机轴上等效的转动惯量
J Jd JL j
2
同理
GD GDd GDL
2 2
2
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。
第四章 他励直流电动机的电力拖动
n
R T Tem 2 em CeCT Φ
式中 为机械特性曲线的斜率。
第4章 他励直流电动机的电力拖动
4.1他励直流电动机的机械特性
3.机械特性分析
n
U R T 2 em CeΦ CeCTΦ
n n0 Tem n0 n
图4-3 直流电动机的机械特性比较
越大，n 越大，机械特性就越“软”，通常称 大的机械特性 为软特性。一般他励电动机在电枢在没外接电阻时，n 比较小，机 械特性都比较硬
4.1.3人为机械特性 人为机械特性是指人为地改变电动机电路中的某个参数或电动机 的电枢电压值，而得到的机械特性，即改变机械特性方程中的某些参数 如电压、励磁电流、电枢回路电阻所获得的机械特性。人为机械特性有 以下三种。 1.电枢回路串电阻时的人为机械特性 当电动机的 U U N , Φ ΦN ,R Ra Rs 时，其人为机械特性的方程式 为
假设： 1. 电源电压为恒值 2. 磁通为恒值，即励磁电 流不变，认为无电枢反应 3. 电枢回路电阻为恒值
第4章 他励直流电动机的电力拖动
4.1他励直流电动机的机械特性
4.1.1机械特性的一般表达式 根据电路原理图，则有：
U Ea Ia ( Ra Rs ) Ea Ia R
式中，R为电枢回路总电阻 R Ra Rs。
图4-6 改变电枢电压的人为机械特性
第4章 他励直流电动机的电力拖动
4.1他励直流电动机的机械特性
3.改变磁通时的人为机械特性 可以通过在励磁回路中串接上电阻 Rsf ，或降低励磁电压 U f 来减弱磁通 ，保持 U U N ， Rs 0 时，减弱磁通的人为机械特性和转速特性分别为 U Ra n N Tem Ce CeCT 2
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
电动机电力拖动整理
1.一台并励直流电动机，铭牌数据为P N=96kW,U N=440V，I N=255A,I fn=5A,n N=1550r/min,并已知R a=0.078Ω试求:(1)电动机的额定输出转矩T N;(2)电动机的额定电磁转矩T em;(3)电动机的理想空载转速n o(1)T n=P n/Ω=9.55P n/n N=9.55*96*10^3/1550=591.5N.m(2)I a=I N-I fN=255-5=250AU N=C eφn N+R a I aC eφ=U N-I N R a/n N=440-255*0.078/1550=0.27v.min/rT em=9.55C eφI a=9.55*0.27*250=644.6rpm(3)n0=U N/C eφ=440/0.27=1630r/min2.一台他励直流电动机，铭牌数据如下:P N=7.5kW，U N=220V，I N=40.8A，n N=1500r/min，R a=0.36Ω，设轴上负载转矩T z=0.8T N时求:(1)在具有特性上工作时的电动机转速n;(2)若其他条件不变，当磁通被减弱到0.5фN时，电动机的转速为多少?(3)若电枢中串入电阻R pa=0.5Ω此时电动机的转速等于多少？(1)n N=U N-I a R a/C eφN1500=220-40.8*0.36/CeφNC eφN=0.137vmin/rTz=0.8T N，I a=0.8I nn=U N-I a R a/C eφN=220-0.8*40.8*0.36/0.137=1520r/min(2)I’a C Tφ=C TφN I aI’a=C TφN I a/C Tφ=C TφN/0.5C TφN==0.8*40.8/0.5=65.28An’=U N-I a’R a/C eφ=220-65.28*0.36/0.5*0.137=2869r/min(3)n=U N-I N(R a+R pa)/C eφN=220-40.8(0.36+0.5)/0.137=1350r/min3.一台三相感应电动机，额定数据如下:U N=380V，f N=50Hz，P N=7.5kW，n N=962r/min，三角形联结，已知cosΦN=0.827.P cu1=470W，P Fe=234W，PΩ=45W，p s=80W求:(1)电动机极数:(2)额定负载时的转差率和转子频率;(3)转子铜耗P Cu2;(4)效率η(1)n≈n1=60f/pp=60*50/692≈32p=6(2)s N=n1-n/n1=(60f/p-962)/962=0.038f2=s f1=0.039*50=1.97Hz(3)PΩ=p N+pΩ+p s=7500+45+80=7625WP cu2=s/1-sPΩ=(0.038/1-0.038)*7625=301W(4)P1=p N+p Cu2+pΩ+p s+p Fe+p Cu1=7500+301+45+80+234+470=8630Wη=P N/P1=7500/8630=86.9%1.三相异步电动机等值电路2.三相变压器等值电路3.直流电机机械特性曲线4.三相异步电机电机机械特性曲线5长动电路6变压器连接组别1.单迭和单波绕组，极对数均为p时，并联支路数分别是2p，22.直流发电机的励磁方有他励、并励、复励、串励3.直流电动机在负载不变时损耗等于可变损耗，此时效率最高4.使用电压互感器时其二次侧不允许短路，而使用电流互感器时二次侧不允许开路5.三相感应电动机的额定功率PN是指额定运行时该电机输出的机械功率6.直流电动机的换向极的作用是改变电流方向7.变压器的空载损耗主要为铁耗8.负载的机械特性又哪几种主要类型？各有什么特点？恒转矩负载：转矩与转速无关恒功率负载：转矩与转速成反比通风机负载：转矩与转速的二次方成正比9.三相异步电动机的人为机械特性有哪些？降低电源电压的人为机械特性；定子回路串电阻时的人为机械特性；转子回路串电阻时的人为机械特性；改变定子电源频率的人为机械特性10.改善换向的目的：消除电刷下的火花，方法：装换向极，正确选用电刷11.直流电动机电动势平衡方程式：E a=U+I a R a转矩平衡方程式：T=T em+T0功率平衡方程式：P1=P em+P0=p2+p Cua+pΩ+p s+p Fe+p Cub+p Cuf12.直流电动机不能直接启动的原因：起动瞬间n=0，Ea=0，电枢电阻很小起动电流Ist=UN/Ra很大13.电力拖动稳定运行的条件：Tem=TL14.变压器油既是一种绝缘介质也是一种冷却介质15.油浸式变压器短路电阻为75℃时的数值16.单相变压器的额定电流：I N=S N/U N17.三相变压器的额定电流：I N=S N/√3U N18.变压器的运行特性：外特性，效率特性19.三相变压器的5种标准连接组别：Yyn0，Yd11，YNd11，YNy0，Yy020.电动机的绝缘等级：5级，规定环境温度为40℃时为标准21.直流伺服电机的控制方式：磁场控制和电枢控制22.交流伺服电机的控制方式：幅值控制，相位控制，幅值-相位控制23.自整角机：力矩式用于指示系统，控制式用于随动系统24.三相异步电机有鼠笼型的和绕线型的25.在直流电机发电运行时，电磁转矩和电枢旋转方向相反，电枢电势Ea和电枢电流Ia方向相同在直流电机电动运行时，电磁转矩和电枢旋转方向相同，电枢电势Ea和电枢电流Ia方向相反26.变压器并联运行的条件是什么？变压器连接组别相同变压器额定电压相等变压器短路阻抗的标幺值不宜相差过大27. 电枢反应:电枢磁动势对主磁场的影响作用，影响：使气隙磁场发生畸变，对主磁场起去磁作用28.直流电机的的起动要求：起动转矩足够大，起动电流在一定范围内，起动设备简答可靠29.直流电机负载运行时，其气隙磁场主要由主磁场和换向极磁场叠加而成30.三相异步电动机空载时，气隙磁通的大小主要取决于电源电压31.直流发电机主磁极磁通产生感应电动势存在于电枢绕组32.三相异步异步电机的启动方式自耦变压器降压启动，星三角降压启动，软启动控制器启动33.三相异步异步电机的调速方式改变极对数，改变电源频率，改变转差率34.三相异步异步电机的制动方式能耗制动，反接制动，回馈制动35.他励直流电动机的启动方式降压启动，电枢回路串电阻启动36.他励直流电动机的调速方式电枢回路串电阻，改变电枢电压，减弱磁通37.他励直流电动机的制动方式能耗制动，反接制动，回馈制动38.电力拖动运动方程式：T em-T=GD^2dn/375dt39.电压互感器二次侧电压：100V，电流互感器二次侧电流：5A40.电压互感器准确度等级0.5是电压误差±0.5%。
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
＋
串励直流电动机最全原理讲解
Tem C T IaC TK Ia 2
（2-24）
由此可得
Ia
T em CTk
（2-25）
固有机械特性表达式为 nC Ue N .C ReaC T Rf2Tem
图2.30 串励电动机 接5） 代入式（2-26）中，可以得到 在轻载磁路不饱和时串励直流 动机的机械特性为
图2.34 串励电动机. 的自励能耗制动
2．反接制动
串励直流电动机的反接制动也有电枢电压反 接和倒拉反接制动两种，制动的原理、物理过 程和他励直流电动机相同，反接制动时，电枢 中也必须串入足够大的电阻以限制电流。
应该说明的是在进行反接制动时，电流 I a 与
磁通 只能有一个改变方向，通常是改变电枢
串励直流电动机的能耗制动分为他励式和 自励式能耗制动两种。
.
（1）他励能耗制动
他励能耗制动是把励磁绕组由串励形式改接成 他励形式，即把励磁绕组单独接到电源上，电枢绕组 外接制动电阻RB后形成回路，如图2.33（a）所示。 由于串励直流电动机的励磁绕组电阻 RF很小，如果采 用原来的电源，因电压较高，则必须在励磁回路中串 入一个较大的限流电阻 R sf 。此外还必须保持励磁电 流 的方向与电动状态时相同，否则不能产生制I动f 转矩（因 I a 已反向）。他励能耗制动时的机械特性 为一直线，如图2.33（b）中直线BC段所示，其制动 过程与他励直流电动机的能耗制动完全相同。他励能 耗制动的效果好，应用较广泛。
.
2．人为特性 串励直流电动机
同样可以采用电枢串 电阻、改变电源电压 和改变磁通的方法来 获得各种人为特性， 其人为机械特性曲线 的变化趋势与他励直 流电动机的人为机械 特性曲线的变化趋势 相似，如图2.32所示。
图2.32 串励直流电动 机的人为机械特性
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。
《电力拖动》教学大纲
《电力拖动》教学大纲一、课程的性质、地位与任务本课程是专业选修课,它是一门集专业理论与技能训练与一体化课程，旨在培养学生理论联系实际，综合处理电气控制线路各种问题的能力。
主要内容包括电动机的结构、特性、起动和调速；常用低压电器拆装与维修；电动机的基本控制线路及其安装、调试与维修；常用生产机械的电气控制线路及其安装、调试与维修。
二、教学基本要求本课程的任务是使学生掌握与电力拖动有关的专业理论知识与操作技能，培养学生理论联系实际和分析解决一般技术问题的能力，使学生达到维修电工国家职业标准的要求。
通过本课程的学习,学生应达到下列基本要求：1.掌握电动机的机械特性、起动方式和调速的方法；2.掌握常用低压电器的功能、结构、基本原理、选用原则及其拆装维修方法；3.掌握电动机基本控制线路的构成，工作原理，分析方法及其安装、调试与维修；4.掌握常用生产机械电气控制线路的分析方法及其安装、调试与维修。
第一章电动机的机械特性……2学时本章教学目的和要求：理解电力拖动的意义；掌握直流电动机的机械特性和制动方式；掌握三相异步电动机和同步电动机的机械特性。
重点和难点：直流、三相异步和同步电动机的机械特性；直流、三相异步和同步电动机的机械特性。
第一节电力拖动的概述一、电工基础二、电力拖动的概述第二节他励直流电动机的机械特性一、他励直流电动机的工作原理二、他励直流电动机的机械特性第三节他励直流电动机的制动一、他励直流电动机的制动方式二、他励直流电动机的制动电路第四节串励直流电动机的机械特性一、串励直流电动机的工作原理二、串励直流电动机的机械特性第五节三相异步电动机的机械特性一、三相异步电动机的工作原理二、三相异步电动机的机械特性第六节同步电动机的机械特性一、同步电动机的工作原理二、同步电动机的机械特性第二章电动机的起动和转速调节……4学时本章教学目的和要求：掌握他励直流电动机和三相异步电动机的起动方式；掌握直流电动机和异步电动机的调速方法。
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追求至善凭技术开拓市场，凭管理增 创效益 ，凭服 务树立 形象。2 020年1 0月21 日星期 三下午9 时4分1 秒21:0 4:0120. 10.21
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严格把控质量关，让生产更加有保障 。2020 年10月 下午9时 4分20. 10.2121 :04October 21, 2020
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作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。2 020年1 0月21 日星期 三9时4 分1秒21 :04:012 1 October 2020
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好的事情马上就会到来，一切都是最 好的安 排。下 午9时4 分1秒下 午9时4 分21:0 4:0120. 10.21
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一马当先，全员举绩，梅开二度，业 绩保底 。20.10. 2120.1 0.2121:0421:04 :0121:0 4:01Oc t-20
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牢记安全之责，善谋安全之策，力务 安全之 实。202 0年10 月21日 星期三9 时4分1 秒Wed nesday , October 21, 2020
图2.34 串励电动机的自励能耗制动
2．反接制动
串励直流电动机的反接制动也有电枢电压反 接和倒拉反接制动两种，制动的原理、物理过 程和他励直流电动机相同，反接制动时，电枢 中也必须串入足够大的电阻以限制电流。
应该说明的是在进行反接制动时，电流 Ia 与
磁通 只能有一个改变方向，通常是改变电枢
电流的方向，即改变电枢电压的极性，而励磁 电流的方向维持不变。
Tem
CTI a
CT
KI
2 a
（2-24）
由此可得
Ia
Tem CTk
（2-25）
固有机械特性表达式为
n
UN
Ce
Ra R f
CeCT 2
Tem
图2.30 串励电动机 接线图
（2-26）
将式（2-23）和式（2-25） 代入式（2-26）中，可以得到
在轻载路不饱和时串励直流 动机的机械特性为
n CTK UN Ra Rf
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相信相信得力量。20.10.212020年10月 21日星 期三9 时4分1 秒20.10. 21
谢谢大家！
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加强交通建设管理，确保工程建设质 量。21:04:0121 :04:012 1:04W ednesd ay , October 21, 2020
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安全在于心细，事故出在麻痹。20.10. 2120.1 0.2121:04:0121 :04:01 October 21, 2020
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踏实肯干，努力奋斗。2020年10月21 日下午9 时4分2 0.10.21 20.10.2 1
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树立质量法制观念、提高全员质量意 识。20. 10.2120 .10.21 Wednes day , October 21, 2020
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人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。2 1:04:01 21:04:0 121:04 10/21/2 020 9:04:01 PM
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安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20. 10.2121 :04:012 1:04Oc t-2021- Oct-20
2.7 串励直流电动机的电力拖动
2.7.1 机械特性
1．固有机械特性
图2.30是串励电动机的接 线图，励磁绕组与电枢绕组串联， 电枢电流Ia即为励磁电流If，电枢 电流Ia（即负载）变化将引起主 磁通 变化。
在 Ia 较小，磁路未饱和时，
与 Ia 成正比，即 KIa
（2-23）
式中，K为比例常数。此时，电磁转矩
起（动3）转由矩于大T，em过与载Ia的能平力方强成。正比，因此串励电动机的
2．人为特性
串励直流电动机 同样可以采用电枢串 电阻、改变电源电压 和改变磁通的方法来 获得各种人为特性， 其人为机械特性曲线 的变化趋势与他励直 流电动机的人为机械 特性曲线的变化趋势 相似，如图2.32所示。
图2.32 串励直流电动 机的人为机械特性
2.7.3 串励直流电动机的电气制动
对于串励直流电动机，由于理想空载转 速为无穷大，所以它不可能有回馈制动运转状 态，只能进行能耗制动和反接制动。 1．能耗制动
串励直流电动机的能耗制动分为他励式和 自励式能耗制动两种。
（1）他励能耗制动
他励能耗制动是把励磁绕组由串励形式改接成 他励形式，即把励磁绕组单独接到电源上，电枢绕组 外由接于制串动 励电 直阻 流电RB动后机形的成励回磁路绕，组如电图阻2.33RF（很a小），所如示果。采 用原来的电源，因电压较高，则必须在励磁回路中串 入流一个的较方大向的与限电流动电状阻态R时sf 相。同此，外否还则必不须能保产持生励制磁I动电f 转矩（因 Ia 已反向）。他励能耗制动时的机械特性 为一直线，如图2.33（b）中直线BC段所示，其制动 过程与他励直流电动机的能耗制动完全相同。他励能 耗制动的效果好，应用较广泛。
CeK Tem CeK
A Tem
B
（2-27）
式中 、 ,该式表明转 A CTK UN CeK
B Ra R f CeK
速n与 Tem 成反比，其机械特性如
图2.31中AB段。
当 Ia 较大，磁路饱和时， 基本保持不变，此时机械特性与
他励直流电动机的机械特性相似，
为较“硬”的直线特性，如图
2.31中BC段。
图2.31 串励电动机 的固有机械特性
由机械特性曲线可以看出：
（1）特性曲线是一条非线性的软特性，随着负载转矩 的增大（减小），转速自动减小（增大），保持功率 基本不变，即有很好的牵引性能，广泛用于机车类负 载的牵引动力。
（2）理想空载转速为无穷大，实际上由于有剩磁磁通 存车”在现，象n0一。般因可此达，（串5励～电6）动n机N，是空不载允运许行空会载出或现轻“载飞运 行或用皮带传动的。
图2.33 串励电 动机的他励能 耗制动
（2）自励能耗制动 自励式能耗制动时，电枢回路脱离电源后，通过制动电阻形
成回路，但为了实现制动，必须同时改接串励绕组，以保证励磁 电流的方向不变，如图2.34（a）所示。自励能耗制动时的机械特 性如图2.34（b）中曲线BO段所示。由图可见，自励能耗制动开 始时制动转矩较大，随着转速下降，电枢电动势和电流也下降， 同时磁通也减小，从公式 Tem CT Ia 可见，制动转矩下降很快， 制动效果变弱，制动时间较长且制动不平稳。由于这种制动方式 不需要电源，因此主要用于事故停车。