负载的转矩特性
2021年电机拖动知识点概要
电机拖动知识点概要1、直流发电机工作原理当原动机拖动电枢以恒定方向旋转式，线圈边将切割磁力线并感应出交变电动势，由于电刷和换向器的“整流”作用，使电刷极性保持不变，在电刷间产生直流电动势。
2、直流电动机的工作原理在电刷两端加直流电压，经电刷和换向器作用使同一主磁极下线圈边中的电流方向不变，该主磁极下线圈边所受电磁力的方向亦不变，从而产生单一方向的电磁转矩，使电枢沿同一方向连续旋转。
3、直流电机的可逆原理同一台电机既能作电动机亦能作发电机运行的现象。
4、直流电机的结构主要由静止的定子和旋转的转子构成，定子和转子之间存在气隙。
①定子由主磁极、换向极、机座、端盖、轴承、电刷装置等组成。
②转子转子的作用是感应电动势并产生电磁转矩；它包括电枢铁芯、电枢绕组、换向器、轴和风扇等。
5、直流电机电枢绕组（基本形式叠绕组和波绕组）分类单叠绕组、单波绕组、复叠绕组、复波绕组及混合绕组等。
单叠绕组特点同一个元件的出线端连接于相邻的两个换向片上，相邻元件依次串联，后一个元件的首端与前一个元件的尾端连在一起并接到同一个换向片上，最后一个元件首端与第一个元件尾端连在一起，形成一个闭合回路。
【注支路对数a等于电机的极对数p，即a=p】单波绕组特点同一个元件的两个出线端所接的两个换向片相隔接近于一对极距，元件串联后形成波浪形，所以称为“波绕组”。
【注并联支路数总是2，即极对数a=1】★单叠与单波绕组区别单叠绕组可通过增加磁极对数来增加并联支路对数，适用于低电压、大电流的电机。
单波绕组的并联支路对数a=1，每条并联支路数串联的元件数较多，适用于小电流、较高电压的电机。
6、直流电机分类（按励磁方式分）他励、并励、串励、复励7、主磁通和漏磁通定义及其作用同时与电枢绕组（即转子绕组）和励磁绕组（即定子绕组）相交链的磁通称为主磁通；只与励磁绕组（即定子绕组）相交链的磁通称为漏磁通。
主磁通与通电的转子绕组相作用产生电磁转矩，使电机转动；漏磁通无用。
电力拖动系统的运动方程与负载转矩特性
实际生产中，单一类型的负载并不多见，通常是几种 不同类型负载的相近或综合，既要全面考虑，又要抓 住重点。
5、起重机提升机构的负载情况示例
起重机提升机构的工作示意图
起重机在提升重物时，负载转矩TL是重物的重力矩和系统的 摩擦转矩之和。重力矩是位能性恒转矩负载，摩擦转矩是反 抗性恒转矩负载，二者的转矩特性不同。 由于提升重物时，重力转矩比摩擦转矩大得多，所以分析其 运行状态时，要以重力转矩为主，适当考虑摩擦转矩，或者 干脆将摩擦转矩忽略不计。
T为制动转矩， TL为驱动转矩。
T和TL都为驱动 转矩。
5.运动方程中各参数的方向
转速n：规定某一旋转方向为正，反之为负。 电磁转矩T：与n的正方向同向为正，反向为负。 负载转矩TL：与n的正方向反向为正，同向为负。
6.电力拖动系统的运动状态
当T＝TL时， 电动机静止或匀速运动，系统处于静态或稳态。 当T＞TL时， 系统处于加速状态，比如：电动机的启动过程。
一、电力拖动系统简介
• 凡是由电动机作原动机，拖动各类生产机械，完成 一定生产工艺要求的系统，统称为电力拖动系统。 电力拖动系统一般由电动机、传动机构、生产机械、 电源和控制设备等部分组成。
一、电力拖动系统简介
• 电力拖动系统的起源要追溯到19世纪末期，其标志 是电动机逐渐取代蒸汽机。
蒸汽机
电动机
旋转运动方程：
T
轴
TL n
：作用在旋转运动部件上的拖动转矩（N·m） ：负载转矩（N·m） ：转动系统的转动惯量（kg·m2） ：转动系统的机械角速度（rad/s） ：转动系统的机械角加速度（rad/s2）
2.单轴系统的旋转运动方程
● 用转速n代替机械角速度表示系统的速度， 用飞轮矩GD2代替转动惯量J表示系统的机械惯性。
电机及电力拖动课后习题答案
For personal use only in study and research; not for commercial use《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 N 7．什么叫电枢反应？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。
华工电力拖动运动控制系统平时作业答案
第一章1、请画出运动控制系统及其组成的框图。
2、请列出几种典型的生产机械负载转矩特性。
答：1.恒转矩负载负载转矩的大小恒定(TL=const)，称作恒转矩负载。
又分为（1）位能性恒转矩负载。
（2) 反抗性恒转矩负载。
2.恒功率负载负载转矩与转速成反比，而功率为常数，称作恒功率负载。
3.风机、泵类负载负载转矩与转速的平方成正比，称作风机、泵类负载。
3、请问如果构建一辆电动汽车，请问您认为必备哪些功能系统。
答：电动汽车系统应具备三大功能系统：电力驱动系统、主能源系统和辅助控制系统电力驱动系统：由电控单元、功率转换器、电动机、机械传动装置和驱动车轮组成主能源系统：有主电源、能量管理系统和充电系统构成辅助控制系统：具有动力转向、温度控制和辅助动力供给等功能=====================================================================第二章1、什么是调速范围和静差率？调速范围、静态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：min max n n D =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时所对应的转速降落Δn N 与理想空载转速n 0之比，称作静差率s ，即0n n s N∆=。
调速范围、静态速降和最小静差率之间的关系是：)1(min mins n s n D N N -∆=按上述关系可得出：D 越小，s 越小，D 越大，s 越大；D 与s 相互制约，所以说“脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了”。
2、某一直流调速系统，测得的最高转速特性为=1500 r/min, 最低转速特性为=150 r/min 。
电动机额定转速为，带额定负载时的速度速降= 15r/min ，且在转速下额定速降如不变，试问系统能够达到的调速范围D 是多少？系统允许的静差率s 是多少？ 答：（1） n max =1500 r/min ，n min =150 r/min ，系统能够达到的调速范围是 ∆n N = 15r/min ，且不同转速下额定速降 ∆n N 不变， （2） 最大静差率=15/150=0.1， （3） 最小静差率=15/1500=0.01， 系统允许的静差率是0.01～0.1。
1负载特性1恒转矩负载特性2离心式通风机型负载特性3直线型负载特性4恒功率负载特性
1负载特性1恒转矩负载特性2离心式通风机型负载特性3直线型负载特性4恒功率负载特性2稳定运行条件：1机械特性曲线与负载特性曲线有交点2干扰使转速上升，干扰消除后Tm-Tl《0，与之相反3限制直流电动机启动电流的方法：1降压启动2在电枢回路内串接外加电阻启动。
4调速特性：1改变电枢电路外串联电阻Rad 2改变电动机电枢供电电压U 3改变电动机主磁通fai5制动特性:1反馈制动2反击制动3能耗制动6电动机启动要求:1足够大的启动转矩,保证生产机械能正常启动2启动电流越小越好3要求启动平滑4启动设备安全可靠,力求结构简单,操作方便.5启动过程中功率损耗越小越好7降压启动方法1电阻或电抗器降压启动2星角降压启动3自耦变压器降压启动8接触器1交流接触器2直流接触器接触器由触头,灭弧装置,铁芯,线圈组成.9继电器分为1电流继电器2电压继电器3中间继电器4热继电器10保护装置有1短路电流的保护装置2长期过载保护装置3零压保护4零励磁保护.11选择电动机三项基本原则:1发热2过载能力3启动能力12三种工作制1连续工作制2短时工作制3重复短时工作制13三相鼠笼点击调速：1变频调速2变极调速14三相鼠笼电机在同电压下空载启动比满载启动转矩：相投15静态技术指标：1静差变2调速范围3调速平滑性16动态技术指标1最大超掉量2过渡过程时间3震动次数3.3 一台他励直流电动机所拖动的负载转矩T L=常数，当电枢电压或电枢附加电阻改变时，能否改变其运行其运行状态下电枢电流的大小？为什么？这个拖动系统中哪些要发生变化？T=K tφI a u=E+I a R a当电枢电压或电枢附加电阻改变时,电枢电流大小不变.转速n与电动机的电动势都发生改变.3.4一台他励直流电动机在稳态下运行时，电枢反电势E=E1，如负载转矩T L=常数，外加电压和电枢电路中的电阻均不变，问减弱励磁使转速上升到新的稳态值后，电枢反电势将如何变化? 是大于，小于还是等于E1？T=I a K tφ, φ减弱,T是常数,I a增大.根据E N=U N-I a R a ,所以E N减小.,小于E1.3.11为什么直流电动机直接启动时启动电流很大？电动机在未启动前n=0,E=0,而R a很小,所以将电动机直接接入电网并施加额定电压时,启动电流将很大.I st=U N/R a3.12他励直流电动机直接启动过程中有哪些要求？如何实现？他励直流电动机直接启动过程中的要求是1 启动电流不要过大,2不要有过大的转矩.可以通过两种方法来实现电动机的启动一是降压启动.二是在电枢回路内串接外加电阻启动.3.13 直流他励电动机启动时，为什么一定要先把励磁电流加上？若忘了先合励磁绕阻的电源开关就把电枢电源接通，这是会产生什么现象（试从T L=0 和T L=T N两种情况加以分析）？当电动机运行在额定转速下，若突然将励磁绕阻断开，此时又将出现什么情况？直流他励电动机启动时,一定要先把励磁电流加上使因为主磁极靠外电源产生磁场.如果忘了先合励磁绕阻的电源开关就把电枢电源接通，T L=0时理论上电动机转速将趋近于无限大,引起飞车, T L=T N时将使电动机电流大大增加而严重过载.3.15 一台直流他励电动机，其额定数据如下：P N=2.2KW,U N=U f=110V,n N=1500r/min, ηN=0.8,R a=0.4Ω, R f=82.7Ω。
电机负载类型有哪些？
三相异步电机负载类型有哪些
恒功率负载：
当负载功率恒定,与转速无关,或负载功率PL为某一定值时,负载转矩TL与转速n
成反比的负载特性称为恒功率负载. 恒功率负载的特点是比如机床主轴和轧机、造纸机、塑料薄膜生产线中的卷取机、开卷机等要求的转矩，大体与转速成反比，这就是所谓的恒功率负载。
负载的恒功率性质应该是就一定的速度变化范围而言的。
当速度很低时，受机械强度的限制，转矩不可能无限增大，在低速下转变为恒转矩性质。
恒转矩负载：
任何转速下负载转矩TL总保持恒定或基本恒定，而与转速无关的负载称为恒转矩负载。
这类负载多数呈反抗性的，即负载转矩TL的极性随转速方向的改变而改变。
反抗性恒转矩负载特性应画在一三象限内，这类负载有金属的压延机构，机床的平移机构等。
还有一种位势性转矩负载，负载转矩TL的极性不随转速方向的改变而改变。
因此，恒转矩负载根据负载转矩的方向与旋转方向有关。
位能性恒转矩负载特性应画在一四象限，起重类型负载中的重物多属这类负载。
平方转矩负载：即负载的转矩与转速的平方成正比。
风机，泵类的负载是平方转矩负载。
电机与拖动基础知识要点复习题
电机复习提纲第一章：一、概念：主磁通，漏磁通，磁滞损耗，涡流损耗磁路的基本定律:安培环路定律: 磁路的欧姆定律作用在磁路上的磁动势 F 等于磁路内的磁通量 Φ乘以磁阻R m磁路与电路的类比：与电路中的欧姆定律在形式上十分相似。
E=IR磁路的基尔霍夫定律（1）磁路的基尔霍夫电流定律穿出或进入任何一闭合面的总磁通恒等于零（2）磁路的基尔霍夫电压定律沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁路磁位差的代数和。
第二节 常用铁磁材料及其特性一、铁磁材料1、软磁材料：磁滞回线较窄。
剩磁和矫顽力都小的材料。
软磁材料磁导率较高，可用来制造电机、变压器的铁心。
2、硬磁材料：磁滞回线较宽。
剩磁和矫顽力都大的铁磁材料称为硬磁材料，可用来制成永久磁铁。
二、铁心损耗1、磁滞损耗——材料被交流磁场反复磁化，磁畴相互摩擦而消耗 NiHL的能量。
2、涡流损耗——铁心内部由于涡流在铁心电阻上产生的热能损耗。
3、铁心损耗——磁滞损耗和涡流损耗之和。
第二章：一、尽管电枢在转动，但处于同一磁极下的线圈边中电流方向应始终不变，即进行所谓的“换向”。
二、一台直流电机作为电动机运行——在直流电机的两电刷端上加上直流电压，电枢旋转，拖动生产机械旋转，输出机械能；作为发动机运行——用原动机拖动直流电机的电枢，电刷端引出直流电动势，作为直流电源，输出电能。
三、直流电机的主要结构（定子、转子）定子的主要作用是产生磁场转子又称为“电枢”,作用是产生电磁转矩和感应电动势要实现机电能量转换，电路和磁路之间必须在相对运动，所以旋转电机必须具备静止的和转动的两大部分，且静止和转动部分之间要有一定的间隙（称为：气隙）四、直流电机的铭牌数据直流电机的额定值有：1、额定功率P N(kW)2、额定电压U N(V)3、额定电流I N(A)4、额定转速n N(r/min)5、额定励磁电压U fN(V)五、直流电机电枢绕组的基本形式有两种：一种叫单叠绕组，另一种叫单波绕组。
单叠绕组的特点：元件的两个端子连接在相邻的两个换向片上。
电机与拖动基础课后思考题(1-3章)
电机与拖动基础课后思考题第1章电机中的电磁学基本知识1、电机和变压器的磁路常采用什么材料制成这种材料有哪些主要特性答：磁导率高的铁磁材料；特性：磁导率高。
2、磁滞损耗和涡流损耗是什么原因引起的他们的大小与哪些因素有关答：磁滞损耗：该损耗是由于铁磁材料在交变磁场的作用下反复磁化的过程中，磁畴之间不停地互相摩擦，消耗能量，引起的损耗。
其大小与材料的磁滞损耗系数，磁场的交变频率f，磁通密度的幅值Bm的n次方，铁芯重量G有关涡流损耗：损耗是由于铁芯的磁通发生改变时，铁芯中产生感应电动势，并引起漩涡电流而引起能量损耗。
其大小与迟滞损耗因素相似，并且与材料涡流损耗系数和叠加的硅钢片厚度有关。
3、变压器电势、切割电势产生的原因各有什么不同其大小与哪些因素有关答：区别：变压器电势是由变化的磁场经过线圈感应产生的(N线圈匝数、φ磁通)切割电势是由于导线以某一速度，其速度分量与磁场正交切割稳定磁场而感应出电动势（B磁感应强度、L导体切割有效长度、v相对切割速度）4、试比较磁路和电路的相似点和不同点。
答：不同点：1磁路存在漏磁，电路中没有这说法2几乎所有介质都能连成磁路，但是电路需要特定的条件才能形成通路（如低电压不能击穿空气）3磁路为闭合回路，方向由N极出发，S极终结4电路不一定为回路，方向总是由高电势流向低电势相似点：两者在回路当中都符合基尔霍夫第一第二定律、欧姆定律。
5、什么是软磁材料什么是硬磁材料答：软磁材料磁能的储存能力低，磁滞回线较窄，且剩磁Br和矫顽力Hc都小；相对的硬磁材料对于磁能的储存能力高，剩磁Br和矫顽力Hc都小。
6、磁路的基本定律有哪些答：磁路欧姆定律、磁路基尔霍夫第一、第二定律7简述铁磁材料的磁化过程答：O→a为磁化曲线a→b→c为磁滞回线8、磁路计算的步骤是什么答：1、先将磁路进行分段2、先建立数学模型3、根据物理定律和模型列出对应的数学表达式4、联立方程求出未知量9、说明交流磁路与直流磁路的异同点答：同：都符合基尔霍夫定律异：交流磁路幅值随时间变化，具有一定频率，经过导体器件会产生磁滞损耗和涡流损耗；直流磁路幅值恒定不变，不会产生磁滞损耗和涡流损耗。
负载转矩特性及其与调速方式的配合—杜PPT课件
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3.平方转矩负载
在各种风机、水泵、油泵中，随着叶轮的转动， 空气或液体在一定的速度范围内所产生的阻力大致与 转速n的二次方成正比。随着转速的减小，转矩按转 速的二次方减小，即
TL kT n2
随着转速的降低，平方转矩负载所需的转矩以平方的比例减小，所以 低频时的负载电流很小，即使使用普通异步电动机也不会发生过热现象。
有些生产机械，在较低的转速范围内具有近似恒转矩的特性，而在较 高的转速范围内具有恒功率的特性，例如初轧机。对于此类设备，采用基 速以下恒压频比、基速以上弱磁调速的方法，就能与负载特性实现较好的 配合，使电动机得到较充分的利用。
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三、调速方式与负载特性的配合
调速方法与负载特性的 配合是否恰当可以用图127来说明。
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的关系，意思是频率高也就是负载速度快时，其转矩相应的增大了，如风机， 泵等。
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风机、泵类等平方转矩：低速下负载转矩较小，宜选择专用或普通功能型 通用变频器。
恒转矩类负载或有较高静态转速精度要求的机械： 选择有转矩控制功能的高功能型通用变频器，其特点：低速转矩、静态机械特
电机常用的有两种典型调速方式，即恒转矩 调速方式和恒功率调速方式。
如果输出转矩和转速无关，则为恒转矩调速方式。
如果输出转矩和转速成反比，则为恒功率调速方 式。
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三、调速方式与负载特性的配 合
• 为了充分利用电动机，恒转矩调速方式适合拖动恒 转矩负载；恒功率调速方式适合拖动恒功率负载。
（a）在任何转速下都有
电力拖动系统的负载转矩特性hou
生产机械的负载转矩特性
负载的转矩特性指：一、恒转矩负载机械特性——T L 大小不变这类生产机械的转矩T L 的大小不随转速n 的变化而改变。
生产机械的负载转矩特性
电动机的机械特性
=n f T L ()
-=Ωd d L T T J t
转矩总是阻碍运动的制动性质，又称摩擦转距负载当转动方向改变时，负载转矩的大小不变，生产机械的负载转矩特性但方向随之改变。
1反抗性恒转矩负载
大小与速度无关，方向始终与n
相反
n 为正，T L 为正，一象限
n 为负，T L 为负，三象限
D
T 生产机械的负载转矩特性L 电动机轴T n
特点：大小恒定不变；作用方向与n 无关，不变。
n
T L 0T L 提升重物，n 向上为正，下放重物n 向下为负
T L 始终为正（与n 方向相反）
2位能性恒转矩负载
某些生产机械工作机构中具有位能部件（如起重机重物），T L 具有固定的方向。
二、泵及通风机类负载转距特性负载转矩基本上与转速成平方关系=⋅L T K n
2
负载举例：水泵、油泵、通风机和螺旋桨。
生产机械的负载转矩特性
三、恒功率负载机械特性n
T L 0负载转矩与转速成反比关系负载功率:它与n 成反比，称恒功率负载。
=L T K n
=Ω=P L T L C 负载举例：车床、刨床。
=Ω=⋅602πL L L T P P n
生产机械的负载转矩特性。
电力行业--电力拖动系统的运动方程和负载转矩特性
在 点，系统平衡
扰动使转速有微小增量，转速由 上升到 ， 。 扰动消失,系统减速，回到 点运行。
缺点： 需要一套电压可连续调节的直流电源。
三、减弱磁通调速
减弱磁通后， 理想空载转速 上升, 曲线的 斜率值增大。
调节磁场前 工作点
弱磁稳定后的 工作点
B A
弱磁瞬间工作 点A→A‘
弱磁调速前、后的电枢电流和转速的变化情况
减弱磁通前、 后的电枢电流
变化曲线
减弱磁通调速 前、后转速变
化曲线
结论：磁场越弱， 转速越高。因此电 机运行时励磁回路 不能开路。
优点：
由于在电流较小的励磁回路中进行调节，因而控制方便， 能量损耗小，设备简单，调速平滑性好。弱磁升速后电枢电流 增大，电动机的输入功率增大，但由于转速升高，输出功率也 增大，电动机的效率基本不变，因此经济性是比较好。
其中 为系统的惯性转矩。
运动方程的实用形式：
系统旋转运动的三种状态
1)当 。
或 时,系统处于静止或恒转速运行状态，即处于稳态
2)当 或 时,系统处于加速运行状态，即处于动态。
3)当 或 时,系统处于减速运行状态，即处于动态。
常把
或
称为动负载转矩,把 称为静负载转矩.
二、运动方程式中转矩正、负号的规定
反向的电枢电流产生反向的电磁转矩，从 而产生很强的制动作用——电压反接制动。
电动 制动
电压反接制动时的机械特性为：
曲线如图中 所示。
恒转矩负载名词解释
恒转矩负载名词解释
恒转矩负载是指在机械系统中，所施加的负载会产生一个稳定
的转矩。
具体来说，当机械系统中的负载施加在旋转部件上时，该
负载会产生一个恒定的转矩，不会随着旋转部件的运动而变化。
恒转矩负载通常用于需要保持恒定速度或稳定运动的应用中。
例如，某些电动机驱动的设备，如传送带、泵和风扇等，需要在工
作过程中保持恒定的转速和转矩。
此时，恒转矩负载可以提供稳定
的负载阻力，使得电动机能够以恒定的转矩输出工作。
恒转矩负载的特点是其转矩输出不受外界因素的影响，不会随
着转速的变化而有所波动。
这种负载通常由一些特定的装置或机构
实现，如电阻器、液体阻尼器、磁粉制动器等。
这些装置能够提供
一定的阻力，使得负载的转矩保持不变。
在工程设计和控制系统中，恒转矩负载的概念是非常重要的。
通过使用恒转矩负载，可以确保机械系统的稳定性和性能，提高设
备的工作效率和可靠性。
同时，恒转矩负载也可以用于测试和实验中，以模拟实际工作条件下的负载情况，评估设备的性能和可靠性。
总结起来，恒转矩负载是指在机械系统中施加的负载会产生一个稳定的转矩，不会随着旋转部件的运动而变化。
它通常用于需要保持恒定速度或稳定运动的应用中，可以提供稳定的负载阻力，确保机械系统的稳定性和性能。
第3章直流电动机
功率流程图：
Pcua= Ia2Ra
P0= pm+ pFe
P1= UIa PM= EaIa
P2
pf
图3-4 他励直流电动机功率流程图
3.2 负载的机械特性
生产机械工作机构的负载转矩TL与转速之间的关系，即n=f(TL) 称为负载的机械特性。也就是负载的转矩特性，简称负载特性。
3.2.1 恒转矩负载的机械特性
用各种原动机带动生产机械的工作机构运转，完成一定生 产任务的过程称为拖动。用电动机作为原动机的拖动称为电力 拖动。电力拖动系统包括：电动机、传动机构、工作机构、控 制设备和电源五个部分。
电源
控制设备
电动机
传动机构
图3-1 电力拖动系统的组成
工作机构
3.1.1 电力拖动系统简介
2.电力拖动系统的运动方程
U M
T n
TL
F图3-2 单轴电力拖动
2.电力拖动系统的运动方程 系统旋转运动的三种状态
1)当 T = TL 于稳态。
或
dn dt
=
0 时,系统处于静止或恒转速运行状态，即处
2)当 T 3)当 T
> TL
或
dn dt
>
0 时,系统处于加速运行状态，即处于动态。
< TL或
dn < 0 时,系统处于减速运行状态，即处于动态。 dt
3.3.3 人为机械特性
n
n02
Φ2
n01
Φ1
n0
ΦN
0
T
图3-12 减弱磁通人为机械特性
对于一般电机，当Ф ＝Ф N时，磁路已经饱和，再增加磁 通已不容易，所以人为机械特性一般只能在Ф ＝Ф N的基础上 减弱磁通。
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。
§2.5 直流电动机的基本特性
§2.5 直流电动机的基本特性 2.5.1 基本方程
一、直流电机的可逆性：（图2-30）
1）直流发电机 （原动机以T1拖动电枢以n旋转） Ea和Ia同方向； Ea > U TM与n反方向，TM是制动作用的转矩。 （2）直流电动机
Ea和Ia反方向；（故电动机的电势又叫反电势） Ea < U TM与n同方向，TM是拖动作用的转矩。
+
- +
-
图2-30
直流电机的可逆性
Ia
7.串励电动机机械特性 从电压方程
U Ea I a ( Ra Rs ) Ce n I a ( Ra Rs ) (Ce Kf n Ra Rs )I a
以及
Tem C M I a
CM K f U ( Ra Rs ) Tem
5.串励电动机转速特性（ n f ( I a )）
I Ia I f
K f I f K f Ia
n
根据转速公式，可得
Ra Ra UN UN n Ia ' ' Ce Ce Ce I a Ce
Ia
特点：重载时， n很小；轻载时，飞车。
结论：串励电动机不允许在小于15～20％的额定负 载下起动。
火花；电源会发生瞬时跌落。适用于容量 很小的电动机。
ia
n
n
ia
电力拖动系统的运动方程和负载转矩特性
•2.3.1 电枢回路串电阻起 动•一、起动过程
•以三级电阻起动时电动机为例
电力拖动系统的运动方程和负载转矩 特性
•二、分组起动电阻的计算
• 设对应转速n1、n2、n3时电势分别为Ea1、Ea2、Ea3，则有：
•b 点•c点
•d •点e点
• 在已知起动电流比β和电枢电
•常把
或
称为动负载转矩,把 称为静负载转矩.
电力拖动系统的运动方程和负载转矩 特性
•二、运动方程式中转矩正、负号的规定
• 首先确定电动机处于电动状态时的旋转方向为转速的正 方向，然后规定： •（1）电磁转矩 与转速 的正方向相同时为正，相反时为负。 •（2）负载转矩 与转速 的正方向相同时为负，相反时为正。 •(3)惯性转矩 的大小和正负号由 和 的代数和决定。
电力拖动系统的运动方程和负载转矩 特性
•3、减弱励磁磁通时的人为特性
•保持
不变，只改变励磁回路调节电阻 的人为特性：
•特点：1）弱磁， 增大； • 2）弱磁， 增大
电力拖动系统的运动方程和负载转矩 特性
•2.2.3 机械特性求取
•一、固有特性的求取
•已知
，求两点:1）理想空载点
和额定运行
。
•具体步骤：
电力拖动系统的运动方程和负载转矩 特性
•2.1.2 负载的转矩特性
•负载的转矩特性，就是负载的机械特性，简称负载特性。
•一、恒转矩负载特 •性 恒转矩负载特性是指生产机械的负载转矩 与转速 无关的 特性。分反抗性恒转矩负载和位能性恒转矩负载两种。
•1.反抗性恒转矩负 载
•n
•2.位能性恒转矩负载
•n
•T
生产机械的负载转矩特性分析
生产机械的负载转矩特性分析杨勇【摘要】The equation of motion of electric drive system including the relationship between electromagnetic torque, mechanical production ofthe load torque and rotational speed, which quantitatively describe the motion law of drive system. However, to solve the equations of motion, we must first know the mechanical properties of the motor and the load characteristic. Load torque characteristic refers to the function relationship between speed and torque producing mechanical work mechanism. Machiner. Machinery for the production of different characteristics of the load torque is not the same, this paper mainly for the typical load torque characteristics were introduced and analyzed.%电力拖动系统的运动方程式中包括了电动机的电磁转矩、生产机械的负载转矩与转速之间的关系，定量的描述了拖动系统的运动规律。
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和负载特性。
负载转矩特性是指生产机械工作机构的转矩与转速之间的函数关系，即。
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第2章 直流电动机的电力拖动
2.2.1 机械特性的表达式
直流电动机的机械特性是指电动机在电枢电压、励磁电流、
电枢回路电阻为定值的条件下，即电动机处于稳态运行时，电
动机的转速与电磁转矩之间的关系：
U
n f(Tem )
由如图所示他励直流电动机的电 路原理图可得电势平衡方程式， 进而可得机械特性
Ra CeCT ΦN2
Tem
n
n0
n01 特点：1)n0随U 变化, β 不变;
2)U不同,曲线是一组平行线。
U1 U N
UN ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ1
Tem
第2章 直流电动机的电力拖动
3、减弱励磁磁通时的人为特性 保持R Ra ,U U N 不变，只改变励磁回路调节电阻RSf的人为特性：
I Ia G
If
Uf
第2章 直流电动机的电力拖动
电势平衡方程式 Ea CeIa
其中
U Ea Ia Ra
由此得他励直流电动机的机械特性的表达式：
n
U CeΦ
R CeCT Φ2
Tem
n0 βTem
n
n0
nnN'0
n0 称为理想空载转速。
实际空载转速 n0
U CeΦ
TL
的代数和决定。
第2章 直流电动机的电力拖动
2.1.2 负载的转矩特性
负载的转矩特性，就是负载的机械特性，简称负载特性。
一、恒转矩负载特性
恒转矩负载特性是指生产机械的负载转矩TL 与转速n 无关 的特性。分反抗性恒转矩负载和位能性恒转矩负载两种。
1.反抗性恒转矩负载
2.位能性恒转矩负载
n
n
TL
TL
第2章 直流电动机的电力拖动
二、恒功率负载特性
三、泵与风机类负载特性
恒功率负载特点是：负载转
矩与转速的乘积为一常数，即TL 与 n 成反比，特性曲线为一条双
曲线。
负载的转矩TL 基本上与转 速 n 的平方成正比。负载特性
为一条抛物线。
n
n
理想的通 风机特性
实际通风 机特性
TL
TL0
TL
第2章 直流电动机的电力拖动
特性
n
n UN CeΦN
Ra RS CeCT ΦN2
Tem
n0
特点：1）n0 不变，β 变大； 2） β 越大，特性越软。
Ra
Ra RS Tem
第2章 直流电动机的电力拖动
2、降低电枢电压时的人为特性 保持R Ra ,Φ ΦN不变，只改变电枢电压时的人为特性：
U n
CeΦN
二、运动方程式中转矩正、负号的规定
首先确定电动机处于电动状态时的旋转方向为转速的正方 向，然后规定：
（1）电磁转矩Tem 与转速 n 的正方向相同时为正，相反时为负。
（2）负载转矩 TL 与转速 n 的正方向相同时为负，相反时为正。
(3)惯性转矩
GD 2 dn
375 dt
的大小和正负号由Te
和
m
矩； （2）理想空载转速和实际空载转速； （3）半载时的转速； （4）nN=1500r/min。
第2章 直流电动机的电力拖动
二、人为机械特性
当改变U或 Ra 或Φ得到的机械特性称为人为机械特性。
1、电枢串电阻时的人为特性
保持U U N ,Φ ΦN 不变,只在电枢回路中串入电阻 RS 的人为
UN=220V， IN=210A，额定转速nN=1000r/min, 求（1）固有机械特性方程式
（2）实际空载转速
第2章 直流电动机的电力拖动
• 深化讨论题 一他励直流电动机，额定功率PN=10KW，UN=220V，
IN=53.4A， Ra=0.4Ω额定转速nN=1500r/min, 求（1）电动机额定运行时的电磁转矩、输出转矩和空载转
课堂练习题
• 选择题 电力拖动方程式中的GD2反映了（） A 旋转体的质量与旋转体直径的乘积，没有物理意义 B 系统机械惯性的大小，是一个整体物理量 C 系统储能的大小，但不是一个整体物理量
第2章 直流电动机的电力拖动
2.2 他励直流电动机的机械特性
• 机械特性的表达式 • 固有机械特性 • 固有机械特性的求取 • 人为机械特性 • 人为机械特性的求取 • 电力拖动系统稳定运行的条件
第2章 直流电动机的电力拖动
2.2.3 机械特性求取
一、固有特性的求取
已知 PN ,U N,I N , nN，求两点:1）理想空载点 (Tem 0,n n0 ) 和额定运行 (Tem TN , n nN ) 。
具体步骤：
(1)估算
Ra
:
Ra
(
1 2
~
2 3
)
U
N
IN
I
2 N
PN
于稳态。
dt
2)当Tem TL 或 dn 0 时,系统处于加速运行状态，即处于动态。 dt
3)当Tem TL 或 dn 0 时,系统处于减速运行状态，即处于动态。 dt
常把
GD 2 375
dn dt
或(Tem
TL
)称为动负载转矩,把
TL
称为静负载转矩.
第2章 直流电动机的电力拖动
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： dΩ
Tem TL J dt
Tem n
TL
其中J m 2 为物体的转动惯量。
第2章 直流电动机的电力拖动
运动方程的实用形式：
GD2 dn
Tem TL
375
dt
系统旋转运动的三种状态
1)当Tem TL 或 dn 0 时,系统处于静止或恒转速运行状态，即处
第2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及负载 转矩特性
• 电力拖动系统运动方程式 • 负载的转矩特性
第2章 直流电动机的电力拖动
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
U
运动状态，系统的运动状态取决于作用在原
动机转轴上的各种转矩。
R CeCT Φ 2
T0
T0
Tem TN
第2章 直流电动机的电力拖动
2.2.2 固有机械特性和人为机械特性
一、固有机械特性
当 U U N ,Φ ΦN , R Ra 时的机械特性称为固有机械特性：
n UN CeΦN
Ra
CeCT ΦN2
Tem
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。
(2)计算 CeΦN 和CTΦN
:
CeΦN
U N Ia Ra nN
CTΦN 9.55CeΦN
(3)计算理想空载点：Tem
0 , n0
UN CeΦN
(4)计算额定工作点：TN CTΦN I N ,n nN
第2章 直流电动机的电力拖动
• 课堂练习题 一他励直流电动机，额定功率PN=40KW，