电机及驱动技术

UN • 2、当Tem=0时， n n0 为理想空载转速。 Ce N
此时：Ia=0, Ea=UN。 • 3、斜率β 小，特性线较平，称为硬特性；β 大，称为软 特性。 • 4、T=TN时，n=nN，转速差Δ nN=n0-nN=β TN，称为额定转 速差。一般 Δ nN=0.05n0
• 5、电机起动时n=0，此时电枢电流称为起动电流，转矩成 为起动转矩。此时的起动电流和起动转矩分别为：
UN Ia I st Ra T Ct N I st Tst
若Δ n=n0-n=0.05n0，则：
n Tem IN
Ra UN I N 0.05 Ce N Ce
UN 0.05 0.05I st Ra
因此，启动时有：
I st 20I N ; Tst 20 N T
+ F i n A B -
φ N
i
b i c F
a d
S φ
电动机模型
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注意 ：当电动机在电枢电流的作用下旋转时，其电枢线圈会 切割磁力线这一运动会在电枢中产生感生电动势，该电动势 产生的电流方向与外加电源的方向相反，对外加电流有抵消 作用，而且这一感生电动势与转速有关，与转速成正比。
2.5 直流电动机的基本方程
载流导体在磁场中会受到电磁力的作用，当磁感线和导体方 向互相垂直时，载流导体所受电磁力为：
f BlI
f—载流导体所受的电磁力
B—载流导体所在处的磁感应强度 l—载流导体在磁场中的有效长度
I—载流导体中流过的电流
电磁力的方向可由左手电动机定则确定
•二、变压器电动势
与线圈交链的磁通发生变化时，线圈中将感应出电动势，方向 可由楞次定律确定。
• 用来描述磁场强弱及方向的物理量，单位 为T（特斯拉）。
Baidu Nhomakorabea•
•
1.1.2 磁通量Φ
简称磁通，指穿过某一截面S的磁感应强度B的通量。 常用穿过截面S的磁感线的数量表示。
B dS
•
S
对垂直于截面的均匀磁场有：
Φ =B*S 或B= Φ /S
Φ 的单位为Wb（韦伯）。1T=1Wb/m2
• 1.1.3 磁场强度H
其他还包括机壳、风扇等。
1、励磁绕组的作用是在主磁极上产生磁通（主磁通）。该 磁通是使电机工作的前提。
2、电枢绕组是转子的一部分，有了主磁通之后，若在电枢 上加入电压，形成电枢电流，这时电机转子就会在主磁通与 电枢磁场的作用下产生旋转运动。 外力使转子转动，则会在电枢上感应出电压，这时的电机就 成为发电机。
楞次定律：闭合导体回路中的感应电流，其流向总是企图使感 应电流自己激发的穿过回路面积的磁通量，能够抵消或补偿引 起感应电流的磁通量的增加或减少。 或者说：回路中感应电流的流向，总是使感应电流激发的穿 过该回路的磁通量，反抗回路中原磁通量的变化。
d e N dt
N：线圈匝数
第二章 直流电机的电力拖动
n0

n n0 Tem.......... .......... 2 7) (
n0—理想空载转速
R —机械特性的斜率 2 CeCT
TN—额定转矩 nN—额定转速 T0—实际空载转矩 n0’—实际空载转速
n n0 n Tem
也可以%表示Δ n：
n n0 n n 100% n0 n0
转速方程
n0、β 均发生变化
UN Ra n I a .......... .......... 2 15) ....( Ce Ce
n=0时，
Ia
UN Ra
UN Ik Ra
n0不变
β
变化
二、改变电枢电压的人为机械特性
Φ、R=Ra不变，而改变U
Ra n T 2 em Ce N CeCT N n0 n.......... .......... .......... .......... 2 13) (
n0变化 β 不变
U
由于n0随着U的减小而减小，而β不变，形成一组平行直线。
并励
220V 连续 B级 85% 685kg X年x月
额定功率 额定电压 额定电流 额定转速 标准编号 产品编号
出厂日期
xxxx电机厂
2.3 直流电动机的励磁方式
根据励磁方式的不同，直流电动机分为如下几种方式： a、他励直流电机 b、并励直流电机 c、串励直流电机
d、复励直流电机
2.4 直流电动机工作原理
2.6.2 他励直流电动机的固有机械特性 所有参数均为额定值时的机械特性，即：U=UN, Φ = Φ N, Rad=0。
UN Ra n T .......... .......( 8) 2 2 em Ce N CeCT N
固有机械特性的特点：
• 1、电磁转矩Tem越大，转速越低。
主要内容：直流电动机的结构，特性，启动，制动，调速 第一节 直流电机的结构与工作原理
2.1 结构
直流电动机工作具有可逆性，即可作为电动机使用，也可作 为发电机使用，两者结构上相同。
直流电机的结构简单的说可以有如下几个部分组成：
主磁极，励磁绕组 换向磁极及绕组
定子
电刷装置 机座 端盖 电枢铁心
转子
电枢绕组 换向器 转轴 轴承
PN PN PN (W ) T2 N ( N m) 9.55 N 2nN nN (r / min) 60 PN (kW ) 9550 nN (r / min)
直流电动机
型
号
Z2-92
30kW 220V 160.5A 750r/min
励磁方式
励磁电压 工作方式 绝缘等级 效 重 率 量
2 a a
P Pem pCua pb 1
P1—电网输入功率 Pem—电磁功率 pCua—电枢铜损耗 pb—电刷接触损耗
Tem T2 T0 Pem P2 P0
P2—电机轴输出功率（轴功率）
∴P1=Pem+PCua+Pb=P2+P0+PCua+Pb
P0包含铁损、机械损耗、其他损耗 故： P1=P2+Σ p 效率可以表达为：
电机驱动及控制
课程要求
一、课程的目的 • • • 1、握直流电机以及交流三相电机的工作原理、特性以及 电机的选择应考虑的因素。 2、了解电机调速的基本知识。 本课程的主要内容包括：
–
• •
直流电机
直流电机的原理与结构。 直流电机的机械特性。
•
•
直流电机的换向。
他励直流电机的制动与调速。
– 交流异步电机 • 三相异步电动机的基本工作原理。 • 异步电机的机械特性。 • 异步电机的启动、制动与调速。 – 电机的选择 • 电机的发热与冷却。 • 电机的容量选择 • 电机种类、类型、电压、转速选择。
UN>U1>U2>U3
三、减弱励磁磁通时的人为特性
R=Ra、U=UN不变，而改变Φ 改变Φ意味着减小Φ（正常工作时磁路基本饱和）。
机械特性方程：
UN Ra n T 2 em Ce CeCT n0 n.......... .......... .......... .......... 2 14) (
• • • • • • • • • •
Ia——电枢电流 Ea——电枢中感生电动势 U——供电电压 Uf——励磁电压 If——励磁电流 Ф ——磁通量 Tem——电磁转矩 n——转速 T2——电机轴输出转矩 T0——电机轴空载转矩矩
• 基本方程
Ea Ce n.......... .......... .......... .........( 6) 1 U Ea I a ra 2U b Ea I a Ra ....( 10) 1 U f I f Rf Tem CT I a .......... .......... .......... ........( 8) 1 Tem T2 T0 TL .......... .......... ..........1 11) (
答疑时间、地点
• 时间：每周日上午10：00--11：00 • 地点：实验楼203
网络学堂网址：
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码：初始密码123456
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第一章 预备知识
• 1.1 有关磁场的几个物理量 • 1.1.1 磁感应强度（磁通密度）B
U Ea ( Ra Rad ) I a .......... .......... 2 5) .( Ea Cen
Tem CT I a
Tem U Ce n R CT
( R Ra Rad )
U R n T .......... .......( 6) 2 2 em Ce CeCT
3、换向器（整流子）的作用是将外加的直流电转换为电动 机电枢所需的交流电，或是将发电机电枢绕组中的交流电 变为直流电输出。 4、电刷：外部给电枢施加的直流电压或电枢产生的电压， 通过整流子与电刷的接触进行传输。
5、换向极：用来改善换向特性，减少换向火花。
• 思考题
1、直流电动机和直流发电机在结构上是否相 同？ 2、在什么条件下直流电动机可以作为直流发 电机使用？ 3、直流电动机电枢中的电流是直流的还是交 流的？为什么？

P2 p 1 .......... .........( 13) 1 P P2 p 1
2.6 他励直流电动机的机械特性
2.6.1 机械特性方程式
机械特性—在电枢电压，励磁电流，电枢总电阻均为常数的 条件下，电动机的转速n与电磁转矩Tem之间的关系。
即：n = f (Tem)
对电枢回路有：
2.2 直流电动机的铭牌数据
国家标注规定直流电动机的额定数据有： 1、额定容量（功率） Pn (kW) 2、额定电压 3、额定电流 Un (V) In (A)
4、额定转速
nN (r/min)
5、励磁方式和额定励磁电流 IfN (A)
PN U N I N N
η N—直流电动机的额定效率；为直流电动机额定运行时 输出机械功率与电源输入电功率的比。 电动机轴上输出的额定转矩T2N
H的单位为A/m（安培/米）
• 1.2 常用基本定律
• 1.2.1 电磁感应定律
一、切割电动势 由导体或导线切割磁感应线而感应的电动势。B、l、v三者相 互垂直时有： e=Blv e—感应电动势，方向可由右手定则确定 B—磁感应强度 l—导体的有效长度 v—导体相对于磁场的运动速度
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•1.2.2 电磁力定律
是为建立电流与由其产生的磁场之间的数量关系而引入的 物理量，方向与B相同，大小：
B=μ*H 或 H=B/ μ
μ ：导磁率。反映导磁介质导磁性能的物理量。 μ大表示导 磁性能好。单位H/m 真空中的导磁率μ0=4π×10-7 H/m 其他材料导磁率为μ0的倍数： μ= μr μ0 μr= μ/ μ0 为相对导磁率。 非铁磁材料的相对导磁率μr= 1，为常数 铁磁材料的相对导磁率μr= 2,000—6,000，为非常数。
2.6.3 他励直流电动机的人为机械特性
通过改变U、 Φ 、Rad三个参数实现对机械特性的调整。 一、电枢中串入电阻时的人为机械特性 U=UN, Φ= ΦN, R=Ra+Rad
n UN R Rad a Tem Ce N CeCT N 2 n0 n.......... .......... .......... .......... 2 12) (
二、参考书 1、电机驱动技术 科学出版社 2、电机与电力拖动
3、电机及拖动 高等教育出版社
王淑芳编
朱耀忠主编
许晓峰主编
北京航空航天大学出版社
本课程的考核形式及记分
• • • • 考查 随堂测验 总成绩=0.6*考查成绩+0.4*平时成绩 平时成绩=0.4*课堂作业+0.3*考勤+0.3*实验； 同时参考网络学堂使用情况
Ce—电动式常数 CT—转矩常数，取决于电机的结构
电压平衡 方程 转矩平 衡方程
Ra—电枢内电阻，包括电刷接触电阻
ra—电枢绕组电阻
pN Ce 60a pN CT 2a
p（—极对数） a（—绕组并联支路对数） 与电机结构有关
CT 9.55Ce
UI a ( Ea I a ra 2U b ) I a Ea I a I r 2U b I a