发动机和电动机.ppt

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1、.1.1 三相异步电动机的构造与原理三相异步电动机的构造与原理三相异步电动机的构造与原理三相异步电动机的构造与原理第第 章章 发电机与电动机发电机与电动机.异步电动机的异步电动机的异步电动机的异步电动机的转矩与机械特性转矩与机械特性转矩与机械特性转矩与机械特性.异步电动机的控制异步电动机的控制异步电动机的控制异步电动机的控制.车用交流发电机车用交流发电机车用交流发电机车用交流发电机.直流电动机直流电动机直流电动机直流电动机本章要求：本章要求：第第 章章 发电机与电动机发电机与电动机1)了解三相异步电动机的基本结构、工作原理。2）了解三相异步电动机的机械特性，掌握起动、调速、反转和制动。3）了解

2、车用交流发电机。4）了解直流电机的基本结构和工作原理。5）了解直流并励、他励、串励电动机的机械特性及其应用。6）了解直流电动机的起动、反转和调速。电动机的分类：电动机的分类：电动机的分类：电动机的分类：电动机电动机电动机电动机交流电动机交流电动机交流电动机交流电动机直流电动机直流电动机直流电动机直流电动机三相电动机三相电动机三相电动机三相电动机单相电动机单相电动机单相电动机单相电动机同步电动机同步电动机同步电动机同步电动机异步电动机异步电动机异步电动机异步电动机他励、并励电动机他励、并励电动机他励、并励电动机他励、并励电动机串励、复励电动机串励、复励电动机串励、复励电动机串励、复励电动机第第

3、章章 发电机与电动机发电机与电动机实现电能与机械能相互转换的电工设备总称为电机。机械能电能发电机电动机直流电动机的最大特点优良的调速性能起动转矩也比较大生产成本较高需要使用直流电源维护要求较高应用：轧钢机、龙门刨床等主传动机构某些电力牵引和起重设备电车及电力机车 异步电动机构造简单、价格便宜、工作可靠、使用维护方便应用：应用：金属切削机床、起重机、传送带、功率不大的水泵、通风机在全国电动机总容量中有85以上是三相异步电动机。.1 三相异步电动机的构造与工作原理4.1.1.构造构造笼型电机的各部件笼型电机的各部件铁心：由内周有槽的铁心：由内周有槽的铁心：由内周有槽的铁心：由内周有槽的0.5mm厚

4、硅钢片硅钢片硅钢片硅钢片叠成。磁路的一部分叠成。磁路的一部分叠成。磁路的一部分叠成。磁路的一部分 A-X A-X B-Y B-Y C-Z C-Z三相绕组三相绕组三相绕组三相绕组机座：铸铁或钢板焊接机座：铸铁或钢板焊接支撑铁心和固定电机支撑铁心和固定电机硅钢硅钢硅钢硅钢片片片片装有三相绕组的定子1、定子定子定子绕组接线盒接线盒定子三相绕组的联接方法定子三相绕组的联接方法定子三相绕组的联接方法定子三相绕组的联接方法。通常。通常B BZ ZA AC CX XY YXAZBYCAB BC CZ ZXY YZXYBCAY Y 联结联结联结联结CA ABZX X Y 联结联结联结联结2 2、转子、转子笼型

5、笼型绕线式绕线式绕线式绕线式 转子转子:在旋转磁场作用下，在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流产生感应电动势或电流,产生旋转力矩转轴转子铁心转子绕组0.5mm的硅钢片叠压笼型转子笼型转子(1)笼型转子笼型转子 铁芯槽内放铜条，端铁芯槽内放铜条，端 部用短路环形成一体。部用短路环形成一体。或铸铝形成转子绕组。或铸铝形成转子绕组。(2)绕线式转子绕线式转子 同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。三相转子绕组通常连接成星形，即三个末端连在一起，三个首端分别与转轴上的三个

6、滑环（滑环与轴绝缘且滑环间相互绝缘）相连，通过滑环和电刷接到外部的变阻器上，以便改善电机的起动和调速性能。绕线式转子绕组与外接变阻器的连接4.2 三相异步电动机的工作原理AXCZBYo4.2.1旋转磁场的产生o规定规定 i:“+”首端流入，尾端流首端流入，尾端流出。出。i:“”尾端流入，首端流尾端流入，首端流出。出。AYCBZX()电流出电流出()电流入电流入三相对称交流绕组通入三相对称交流电流时，将在电机气隙空间产生旋转磁场；（动画1，动画2）tAXYCBZAXYCBZAXYCBZ 三相电流合成磁场 的分布情况合成磁场方向向下合成磁场方向向下合成磁场方向向下合成磁场方向向下合成磁场旋转合成磁

7、场旋转合成磁场旋转合成磁场旋转6060 合成磁场旋转合成磁场旋转合成磁场旋转合成磁场旋转9090600oAAXZBCYAAXZBCY分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场 即：即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过一个电流周期，旋转磁场在空间转过一个电流周期，旋转磁场在空间转过一个电流周期，旋转磁场在空间转过360360取决于三相电流的相序取决于三相电流的相序取决于三相电流的相序取决于三相电流的相序1、旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向结论：结论：结论：结论：任意调换两根任意调换两根任意调换两根任意调换两

8、根电源进线，则旋转电源进线，则旋转电源进线，则旋转电源进线，则旋转磁场反转。磁场反转。磁场反转。磁场反转。任意调换两根电源进线任意调换两根电源进线AXBYCZ 若定子每相绕组由两个线圈串联若定子每相绕组由两个线圈串联若定子每相绕组由两个线圈串联若定子每相绕组由两个线圈串联 ，绕组的始端，绕组的始端，绕组的始端，绕组的始端之间互差之间互差之间互差之间互差6060，将形成，将形成，将形成，将形成两对磁极的旋转磁场。两对磁极的旋转磁场。两对磁极的旋转磁场。两对磁极的旋转磁场。CYABCXYZAXBZAXBYC2 2、旋转磁场的极对数、旋转磁场的极对数、旋转磁场的极对数、旋转磁场的极对数P P极对数极

9、对数动画动画旋转磁场的磁极对数旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有关与三相绕组的排列有关CYABCXYZAXBZ03、旋转磁场的转速工频：工频：旋转磁场的转速取决于磁场的极对数旋转磁场的转速取决于磁场的极对数旋转磁场的转速取决于磁场的极对数旋转磁场的转速取决于磁场的极对数p=1时时0 toAXYCBZAXYCBZAXYCBZp=2时时0旋转磁场转速旋转磁场转速旋转磁场转速旋转磁场转速n n1 1与极对数与极对数与极对数与极对数 p p 的关系的关系的关系的关系极对数极对数每个电流周期每个电流周期磁场转过的空间角度磁场转过的空间角度同步转速同步转速旋转磁场转速旋转磁场转速n n1 1 与频率与频

10、率f1和极对数和极对数p有关。有关。可见可见可见可见:4.2.2 三相电动机的工作原理1.1.转动原理转动原理转动原理转动原理AXYCBZ定子三相绕组通入三相交流电定子三相绕组通入三相交流电定子三相绕组通入三相交流电定子三相绕组通入三相交流电方向方向方向方向:顺时针顺时针顺时针顺时针 切割转子导体切割转子导体切割转子导体切割转子导体右手定则右手定则右手定则右手定则感应电动势感应电动势感应电动势感应电动势 E E2020旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场感应电流感应电流感应电流感应电流 I I2 2旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场左手定则左手定则左手定则左手定则电磁力电磁力电磁力电磁力F FF电磁

11、转矩电磁转矩电磁转矩电磁转矩T TnF4.2.3 转差率转差率 旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比称为旋转磁场的同步转速之比称为旋转磁场的同步转速之比称为旋转磁场的同步转速之比称为转差率。转差率。转差率。转差率。由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但转子转速旋转的方向一致，但转子转速旋转的方向一致，但转子转速旋

12、转的方向一致，但转子转速 n n 不可能达到与旋转不可能达到与旋转不可能达到与旋转不可能达到与旋转磁场的转速相等，即磁场的转速相等，即磁场的转速相等，即磁场的转速相等，即异步电动机异步电动机异步电动机异步电动机如果如果:无转子电动势和转子电流无转子电动势和转子电流无转子电动势和转子电流无转子电动势和转子电流 转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切 割转子导条割转子导条割转子导条割转子导条无转矩无转矩无转矩无转矩因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。因此，转子转速与旋转磁场转速

13、间必须要有差别。因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。异步电动机运行中异步电动机运行中异步电动机运行中异步电动机运行中:转子转速亦可由转差率求得转子转速亦可由转差率求得转差率转差率转差率转差率s 例例1 1：一台三相异步电动机，其额定转速一台三相异步电动机，其额定转速 n=975 r/min，电源频率电源频率 f1 1=50 Hz。试求电动机的试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。极对数和额定负载下的转差率。解：解：根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知：速的关系可知：n1=1000 r/mi

14、n,即即即即p p=3=3额定转差率为额定转差率为额定转差率为额定转差率为4.2.4 三相异步电动机铭牌数据1 1、型号型号型号型号 磁极数磁极数(极对数极对数 p=2)例如：例如：Y 132 M4 用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。机座长度代号机座长度代号机座中心高（机座中心高（mm）三相异步电动机三相异步电动机2.2.电压电压电压电压例如：例如：380/220V、Y/是指线电压为是指线电压为 380V 时时 采用采用 Y联结联结；线电压为；线电压为 220V 时采用时采用 联结联结。电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电电动机在额定运行时定子绕组上

15、应加的线电电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压压压压值值值值。3.电流电动机在额定运行时定子绕组的电动机在额定运行时定子绕组的线电流值。线电流值。线电流值。线电流值。例如：例如：例如：例如：Y/Y/6.73 /11.64 A6.73 /11.64 A 表示星形表示星形联结联结下电机的线电流为下电机的线电流为 6.73A；三角形三角形联结联结下线电下线电流为流为 11.64A。两种接法下相电流均为两种接法下相电流均为 6.73A。4.4.功率与效率功率与效率功率与效率功率与效率 笼型电机笼型电机 =7293额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机额定功率

16、是指电机在额定运行时轴上输出的机械功率械功率 P2，它不等于从电源吸取的电功率它不等于从电源吸取的电功率 P1。注意：实用中应选注意：实用中应选注意：实用中应选注意：实用中应选择容量合适的电机，择容量合适的电机，择容量合适的电机，择容量合适的电机，防止出现防止出现防止出现防止出现 “大马拉大马拉大马拉大马拉小车小车小车小车”的现象。的现象。的现象。的现象。5.5.功率因数功率因数功率因数功率因数PN 三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载时约为时约为 0.7 0.9。空载时功率因数很低，只有。空载时功率因数很低，只有 0.2 0.3。额定负载时，功率因

17、数最高。额定负载时，功率因数最高。6.6.额定转速额定转速额定转速额定转速电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。P2cos O如：如：n N=1440 1440 转转转转/分分分分 sN=0.040.044.2 三相异步电动机转矩与机械特性4.2.1 转矩公式转矩公式 转子中各载流导体在旋转磁场的作用下转子中各载流导体在旋转磁场的作用下转子中各载流导体在旋转磁场的作用下转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到受到受到受到电磁力所形成的转矩之总和。电磁力所形成的转矩之总和。电磁力所形成的转矩之总和。电磁力所形成的转矩之总和。常数，与电常数，与电机结构有关

18、机结构有关旋转磁场旋转磁场每极磁通每极磁通转子电流转子电流转子电路的转子电路的功率因数功率因数电磁转矩公式电磁转矩公式电磁转矩公式电磁转矩公式可推导出可推导出可推导出可推导出由公式可知由公式可知由公式可知由公式可知电磁转矩公式电磁转矩公式电磁转矩公式电磁转矩公式1.1.T T 与定子每相绕组电压与定子每相绕组电压与定子每相绕组电压与定子每相绕组电压 成正比。成正比。成正比。成正比。U U 1 1 T T 2.2.当电源电压当电源电压当电源电压当电源电压 U U1 1 一定时，一定时，一定时，一定时，T T 是是是是 s s 的函数。的函数。的函数。的函数。3.3.R R2 2 的大小对的大小对

19、的大小对的大小对 T T 有影响。绕线式异步电动机可外有影响。绕线式异步电动机可外有影响。绕线式异步电动机可外有影响。绕线式异步电动机可外 接电阻来改变转子电阻接电阻来改变转子电阻接电阻来改变转子电阻接电阻来改变转子电阻R R2 2 ，从而改变转矩。从而改变转矩。从而改变转矩。从而改变转矩。4.2.2 机械特性曲线机械特性曲线OTS根据转矩公式根据转矩公式得特性曲线：得特性曲线：OT动画动画1动画动画电动机在额定负载时的转矩。电动机在额定负载时的转矩。电动机在额定负载时的转矩。电动机在额定负载时的转矩。1 1.额定转矩额定转矩额定转矩额定转矩TN N三个重要转矩三个重要转矩三个重要转矩三个重要

20、转矩OT额定转矩额定转矩额定转矩额定转矩(N m)如某普通机床的主轴电机如某普通机床的主轴电机(Y132M-4型型)的额定功的额定功率为率为7.5kw,额定转速为额定转速为1440r/min,则额定转矩为则额定转矩为2.最大转矩 Tmax 转子轴上机械负载转矩转子轴上机械负载转矩转子轴上机械负载转矩转子轴上机械负载转矩T T2 2 不能大于不能大于不能大于不能大于T Tmaxmax ，否则将否则将否则将否则将造成堵转造成堵转造成堵转造成堵转(停车停车停车停车)。电机带动最大负载的能力。电机带动最大负载的能力。电机带动最大负载的能力。电机带动最大负载的能力。令：令：求得求得临界转差率临界转差率O

21、T TTmax将将sm代入转矩公式，可得代入转矩公式，可得当当当当 U U1 1 一定时，一定时，一定时，一定时，T Tmaxmax为定值为定值为定值为定值过载系数过载系数过载系数过载系数(能力能力能力能力)一般三相异步电动机的过载系数为一般三相异步电动机的过载系数为工作时必须使工作时必须使工作时必须使工作时必须使T T2 2 T T2 2电机能起电机能起电机能起电机能起动，否则不能起动。动，否则不能起动。动，否则不能起动。动，否则不能起动。OTT Tst st起动能力起动能力4.电动机的运行分析 电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调电动机的电磁转矩

22、可以随负载的变化而自动调电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，这种能力称为自适应负载能力。整，这种能力称为自适应负载能力。整，这种能力称为自适应负载能力。整，这种能力称为自适应负载能力。自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械的重要特点（如：柴油机当负载增加时，必须由的重要特点（如：柴油机当负载增加时，必须由的重要特点（如：柴油机当负载增加时，必须由的重要特点（如：柴油机当负载增加时，必须由操作者加大油门，才能带动新的负载）操作者加大油门，才能带动新的负载）操作者加大油

23、门，才能带动新的负载）操作者加大油门，才能带动新的负载）。此过程中，此过程中，此过程中，此过程中，n n 、s sE E2 2,I I2 2 I I1 1 电源提供的功率自动增加。电源提供的功率自动增加。电源提供的功率自动增加。电源提供的功率自动增加。T2 sT2 TT=T2n T T2达到新的平衡达到新的平衡T2常用特常用特常用特常用特性段性段性段性段TO4.3 异步电动机的运行与控制 起动起动起动起动问题：问题：起动电流大，起动转矩小起动电流大，起动转矩小起动电流大，起动转矩小起动电流大，起动转矩小。一般中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的一般中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的4 7 倍

24、倍;电动机的起动电动机的起动转矩为额定转矩的转矩为额定转矩的转矩为额定转矩的转矩为额定转矩的(1.02.2)(1.02.2)倍。倍。倍。倍。大电流使电网电压降低，影响邻近负载的工作大电流使电网电压降低，影响邻近负载的工作大电流使电网电压降低，影响邻近负载的工作大电流使电网电压降低，影响邻近负载的工作频繁起动时造成热量积累，使电机过热频繁起动时造成热量积累，使电机过热频繁起动时造成热量积累，使电机过热频繁起动时造成热量积累，使电机过热后果：后果：后果：后果：原因：原因：原因：原因：直接起动：直接起动：直接起动：直接起动：n n=0 0，s=1,=1,接通电源。接通电源。接通电源。接通电源。起动时

25、起动时起动时起动时 ，n n=0 0，转子导体切割磁力线速度很大，转子导体切割磁力线速度很大，转子导体切割磁力线速度很大，转子导体切割磁力线速度很大，转子感应电势转子感应电势转子感应电势转子感应电势转子电流转子电流转子电流转子电流定子电流定子电流定子电流定子电流 4.3.1 起动方法直接起动直接起动直接起动直接起动 7.5千瓦以下的异步电动机一般都采用直接起千瓦以下的异步电动机一般都采用直接起动。动。降压起动：降压起动：降压起动：降压起动：星形星形-三角形三角形(Y )换接起动换接起动自耦降压起动自耦降压起动（适用于笼型电动机）（适用于笼型电动机）（适用于笼型电动机）（适用于笼型电动机）转子串

26、电阻起动转子串电阻起动（适用于绕线式电动机）（适用于绕线式电动机）（适用于绕线式电动机）（适用于绕线式电动机）以下介绍降压起动和转子串电阻起动。以下介绍降压起动和转子串电阻起动。设：电机每相阻抗为设：电机每相阻抗为设：电机每相阻抗为设：电机每相阻抗为1 1、降压起动降压起动降压起动降压起动(1)Y(1)Y 换接起动换接起动换接起动换接起动 降压起动时的电流降压起动时的电流降压起动时的电流降压起动时的电流为直接起动时的为直接起动时的为直接起动时的为直接起动时的+起动起动起动起动U1U2V1V1W1W2+正常正常正常正常运行运行运行运行U1U2V1V2W1W2(a)仅适用于正常运行为三角形联结的电

27、机。仅适用于正常运行为三角形联结的电机。(b)Y 起动起动Y 换接起动适合于空载或轻载起动的场合换接起动适合于空载或轻载起动的场合Y-Y-换接起动应注意的问题换接起动应注意的问题 正常正常正常正常运行运行运行运行UlU1W2V2W1+U2V1UP 起动起动起动起动+Ul+U1W2V2W1U2V1(2)自耦降压起动L1L3L2FUQ QQ2 2下合：下合：下合：下合：接入自耦变接入自耦变接入自耦变接入自耦变 压器，降压压器，降压压器，降压压器，降压 起动。起动。起动。起动。QQ2 2上合：上合：上合：上合：切除自耦变切除自耦变切除自耦变切除自耦变 压器，全压压器，全压压器，全压压器，全压 工作。

28、工作。工作。工作。合刀闸开关合刀闸开关合刀闸开关合刀闸开关QQQ2 自耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时自耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时自耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时自耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时联成联成联成联成 Y Y形不能采用形不能采用形不能采用形不能采用Y Y 起动的笼型异步电动机。起动的笼型异步电动机。起动的笼型异步电动机。起动的笼型异步电动机。RRR滑环滑环电刷电刷定子定子转子转子起动时将适当的起动时将适当的起动时将适当的起动时将适当的R R 串入转子电路中，起动后将串入转子电路中，起动后将串入转子电路中，起动后将串入转子电路中，起动后将R R 短路。

29、短路。短路。短路。起动电阻起动电阻 2 2、绕线式电动机绕线式电动机转子电路串电阻起动转子电路串电阻起动 若若若若R R2 2选得选得选得选得适当适当适当适当，转子电路串电阻起动既可以，转子电路串电阻起动既可以，转子电路串电阻起动既可以，转子电路串电阻起动既可以降低起动电流，又可以增加起动转矩。降低起动电流，又可以增加起动转矩。降低起动电流，又可以增加起动转矩。降低起动电流，又可以增加起动转矩。常用于要求起动转矩较大的生产机械上。常用于要求起动转矩较大的生产机械上。常用于要求起动转矩较大的生产机械上。常用于要求起动转矩较大的生产机械上。R2 Tst TO转子电路串电阻起动的特点转子电路串电阻起

30、动的特点1、变频调速变频调速(无级调速无级调速)f=50Hz逆变器逆变器逆变器逆变器M3 整流器整流器整流器整流器f f1 1、U U1 1可调可调可调可调+变频调速方法变频调速方法恒转距调速（恒转距调速（f1f1N）频率调节范围：频率调节范围：频率调节范围：频率调节范围：0.50.5几几几几百赫兹百赫兹百赫兹百赫兹三种电气三种电气三种电气三种电气调速方法调速方法调速方法调速方法4.3.2 三相异步电动机的调速2、变极调速变极调速(有级调速有级调速)变频调速方法可实现无级平滑调速变频调速方法可实现无级平滑调速,调速性调速性能优异，因而正获得越来越广泛的应用。能优异，因而正获得越来越广泛的应用。

31、A1X1A2X2iiP=2A1A2X1X2NNSSA1X1A2X2iiP=1 采用变极调速方法的电动机称作双速电机，采用变极调速方法的电动机称作双速电机，由于调速时其转速呈跳跃性变化，因而只用在对由于调速时其转速呈跳跃性变化，因而只用在对调速性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床调速性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床等机床上。等机床上。A1A2X1X2SNTo3、变转差率调速变转差率调速(无级调速无级调速)变转差率调速是绕线式电动机特有的一种调变转差率调速是绕线式电动机特有的一种调速方法。其优点是调速平滑、设备简单投资少，速方法。其优点是调速平滑、设备简单投资少，缺点是能耗较大。这种调速方

32、式广泛应用于各种缺点是能耗较大。这种调速方式广泛应用于各种提升、起重设备中。提升、起重设备中。nnTLTLs sTso 方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。电动机电动机电动机电动机正转正转正转正转电动机电动机电动机电动机反转反转反转反转4.3.3 4.3.3 三相异步电动机的正、反转三相异步电动机的正、反转电电电电 源源源源U UV V WWM3U UV V WW电电电电 源源源源M34.2.4 三相异步电动机的制动1、能耗制动能耗制动制动方法制动方法机械制动机械

33、制动电气制动电气制动能耗制动能耗制动反接制动反接制动发电反馈制动发电反馈制动 在断开三相电源的同时，给电动机其中两相在断开三相电源的同时，给电动机其中两相绕组通入直流电流，直流电流形成的固定磁场与绕组通入直流电流，直流电流形成的固定磁场与旋转的转子作用，产生了与转子旋转方向相反的旋转的转子作用，产生了与转子旋转方向相反的转距（制动转距），使转子迅速停止转动。转距（制动转距），使转子迅速停止转动。nF转子转子T n0=02、反接制动反接制动 停车时，将接入电动机的三相电源线中的任停车时，将接入电动机的三相电源线中的任停车时，将接入电动机的三相电源线中的任停车时，将接入电动机的三相电源线中的任意两

34、相对调，使电动机定子产生一个与转子转动意两相对调，使电动机定子产生一个与转子转动意两相对调，使电动机定子产生一个与转子转动意两相对调，使电动机定子产生一个与转子转动方向相反的旋转磁场，从而获得所需的制动转矩，方向相反的旋转磁场，从而获得所需的制动转矩，方向相反的旋转磁场，从而获得所需的制动转矩，方向相反的旋转磁场，从而获得所需的制动转矩，使转子迅速停止转动。使转子迅速停止转动。使转子迅速停止转动。使转子迅速停止转动。MM33+-运转运转制动制动RPMM33运转运转制动制动制动制动nF转子转子转子转子T n03、回馈制动回馈制动 当电动机转子的转速大于旋转磁场的转速当电动机转子的转速大于旋转磁场

35、的转速时，旋转磁场产生的电磁转距作用方向发生变时，旋转磁场产生的电磁转距作用方向发生变化，由驱动转距变为制动转距。电动机进入制化，由驱动转距变为制动转距。电动机进入制动状态，同时将外力作用于转子的能量转换成动状态，同时将外力作用于转子的能量转换成电能回送给电网。电能回送给电网。nF转子转子T n0n n01 1、直流电动机的构造直流电动机的构造4.5 4.5 直流电动机直流电动机4.5.1 直流电机的构造与工作原理直流电机的构造与工作原理定子定子转子转子机座、机座、机座、机座、主磁极、主磁极、主磁极、主磁极、换向极、换向极、换向极、换向极、电刷装置等电刷装置等电刷装置等电刷装置等铁心、铁心、绕

36、组、绕组、换向器换向器作用是产生磁场和作电机的机械支撑产生感应电动势实现能量转换的关键部分。直流电机的主要结构：直流电机的主要结构：1 1）他励电动机他励电动机他励电动机他励电动机 励磁绕组和电枢绕组分别由两个直流电源供电。励磁绕组和电枢绕组分别由两个直流电源供电。励磁绕组和电枢绕组分别由两个直流电源供电。励磁绕组和电枢绕组分别由两个直流电源供电。2、直流电机的分类直流电机的分类 直流电机按照励磁方式可分为他励电动机、并直流电机按照励磁方式可分为他励电动机、并励电动机、串励电动机和复励电动机励电动机、串励电动机和复励电动机2.2.并励电动机并励电动机并励电动机并励电动机 励磁绕组和电枢绕组并联

37、，由一个直流电源供电。励磁绕组和电枢绕组并联，由一个直流电源供电。励磁绕组和电枢绕组并联，由一个直流电源供电。励磁绕组和电枢绕组并联，由一个直流电源供电。UUfIaM+_+_If他励他励他励他励IaUM+_If+_IE并励并励并励并励4)4)复励电动机复励电动机复励电动机复励电动机 励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在同励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在同励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在同励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在同一电源上。一电源上。一电源上。一电源上。3 3）串励电动机串励电动机串励电动机串励电动机 励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。励磁线圈与转子电枢串联接到同

38、一电源上。励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。串励串励串励串励UIa+_IfM复励复励U+_IMIa额定功率额定功率额定功率额定功率P PN N:电机轴上输出的机械功率。电机轴上输出的机械功率。额定电压额定电压额定电压额定电压U UN N:额定工作情况下的电枢上加额定工作情况下的电枢上加 的直流电压。（例：的直流电压。（例：110V，220V，440V）额定电流额定电流额定电流额定电流I IN N:额定电压下轴上输出额定功额定电压下轴上输出额定功 率时的电流（并励包括励磁和电枢电流）。率时的电流（并励包括励磁和电枢电流）。三者关系：三者关系：三者关系：三

39、者关系：P PN N=U=UN NI IN N （：效率）效率）额定转速额定转速nN:在在PN,UN,IN 时的转速。时的转速。直流电机的转速一般在直流电机的转速一般在500500r/min 以上。特以上。特 殊的直流电机转速可以做到很低（如每分殊的直流电机转速可以做到很低（如每分 钟几转）或很高（每分钟钟几转）或很高（每分钟30003000转以上）。转以上）。调速时对于没有调速要求的电机，最大转速调速时对于没有调速要求的电机，最大转速 不能超过不能超过1.2nN。3 3、直流电动机的额定值、直流电动机的额定值注注注注意意意意3、直流电机的基本工作原理IU+SbNacd 直流电从两电刷之间通入

40、电枢绕组，电枢电流直流电从两电刷之间通入电枢绕组，电枢电流方向方向如图所示。由于换向片和电源固定联接，无论如图所示。由于换向片和电源固定联接，无论线圈怎样转动，总是线圈怎样转动，总是S极有效边的电流方向向里极有效边的电流方向向里,N极有效边的电流方向向外。电动机电极有效边的电流方向向外。电动机电枢枢绕组通电后绕组通电后中受力中受力(左手定则左手定则)按顺时针方向旋转按顺时针方向旋转。U+U+电刷电刷换向片换向片U+IFFTn换向器作用：换向器作用：将外部直流电将外部直流电转换成内部的转换成内部的直流电，以保直流电，以保持转矩方向不持转矩方向不变。变。U+EETnSbNdFFacII换向片换向片

41、电刷电刷 线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动势。由右手定则，感应电动势的方向与电流的方向势。由右手定则，感应电动势的方向与电流的方向势。由右手定则，感应电动势的方向与电流的方向势。由右手定则，感应电动势的方向与电流的方向相反。相反。相反。相反。Ce:与电机结构有关的常数与电机结构有关的常数n:电动机转速电动机转速 ：磁通磁通1 1）电枢感应电动势电枢感应电动势电枢感应电动势电枢感应电动势 Ea=Ce nU+EETnSbNdFFacII换向片换向片电刷电刷 由图可知，由图

42、可知，由图可知，由图可知，电枢感应电动势电枢感应电动势电枢感应电动势电枢感应电动势E E与电枢电流或外与电枢电流或外与电枢电流或外与电枢电流或外加电压方向总是相反，所以称加电压方向总是相反，所以称加电压方向总是相反，所以称加电压方向总是相反，所以称反电势反电势反电势反电势。式中：式中：式中：式中：U U 外加电压外加电压外加电压外加电压 R Ra a 绕组电阻绕组电阻绕组电阻绕组电阻2 2）电枢回路电压平衡式电枢回路电压平衡式电枢回路电压平衡式电枢回路电压平衡式RaIaE+UMC CT T:与电机结构有关的常数与电机结构有关的常数与电机结构有关的常数与电机结构有关的常数 :线圈所处位置的磁通线

43、圈所处位置的磁通线圈所处位置的磁通线圈所处位置的磁通I Ia a：电枢绕组中的电流电枢绕组中的电流电枢绕组中的电流电枢绕组中的电流3 3）电磁转矩电磁转矩电磁转矩电磁转矩单位单位单位单位:(韦伯韦伯韦伯韦伯)，I Ia a (安安安安)，T T(牛顿牛顿牛顿牛顿 米米米米)直流电动机电枢绕组中的电流直流电动机电枢绕组中的电流直流电动机电枢绕组中的电流直流电动机电枢绕组中的电流(电枢电流电枢电流电枢电流电枢电流I Ia a)与磁与磁与磁与磁通通通通 相互作用，产生电磁力和电磁转矩，直流电机的相互作用，产生电磁力和电磁转矩，直流电机的相互作用，产生电磁力和电磁转矩，直流电机的相互作用，产生电磁力和

44、电磁转矩，直流电机的电磁转矩公式为电磁转矩公式为电磁转矩公式为电磁转矩公式为4 4）转矩平衡关系转矩平衡关系转矩平衡关系转矩平衡关系 电动机的电磁转矩电动机的电磁转矩电动机的电磁转矩电动机的电磁转矩T Temem为驱动转矩为驱动转矩为驱动转矩为驱动转矩,它使电枢转动。它使电枢转动。它使电枢转动。它使电枢转动。在电机运行时，电磁转矩必须和机械负载转矩及空在电机运行时，电磁转矩必须和机械负载转矩及空在电机运行时，电磁转矩必须和机械负载转矩及空在电机运行时，电磁转矩必须和机械负载转矩及空载损耗转矩相平衡，即载损耗转矩相平衡，即载损耗转矩相平衡，即载损耗转矩相平衡，即T Temem=C=CT T I

45、Ia a 当电动机轴上的机械负载发生变化时，通过电动当电动机轴上的机械负载发生变化时，通过电动当电动机轴上的机械负载发生变化时，通过电动当电动机轴上的机械负载发生变化时，通过电动机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁转矩将自动机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁转矩将自动机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁转矩将自动机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁转矩将自动调整，以适应负载的变化，保持新的平衡。调整，以适应负载的变化，保持新的平衡。调整，以适应负载的变化，保持新的平衡。调整，以适应负载的变化，保持新的平衡。转矩平衡过程转矩平衡过程转矩平衡过程转矩平衡过程T T2 2:机械负载转矩机械负载转矩

46、机械负载转矩机械负载转矩T T0 0:空载转矩空载转矩空载转矩空载转矩 例：例：例：例：设外加电枢电压设外加电枢电压 U 一定，一定，T=T2(平衡平衡)，此时，此时，若若T2突然增加，则调整过程为突然增加，则调整过程为达到新的平衡点达到新的平衡点(Ia 、P入入)。T2 n Ia Tem E Ea=Ce n4.5.2并励直流电动机的机械特性由图可求得由图可求得由上分析可知：由上分析可知：当电源电压当电源电压U和励磁回路的电阻和励磁回路的电阻Rf一定时一定时,励励磁电流磁电流If和磁通和磁通 不变，即不变，即不变，即不变，即 =常数常数常数常数。则则IaUM+_If+_IE令：令：由以下公式由

47、以下公式求得求得求得求得IaUM+_If+_IE4.5.2并励直流电动机的机械特性转速降转速降式中：式中：n=f(T)特性曲线特性曲线n0nNTN 并励电动机在负载变化并励电动机在负载变化并励电动机在负载变化并励电动机在负载变化时，时，时，时，转速转速转速转速 n n 的变化不大的变化不大的变化不大的变化不大硬机械特性（自然特性）。硬机械特性（自然特性）。硬机械特性（自然特性）。硬机械特性（自然特性）。改变电枢电压和电枢回路串电阻可得人工特性曲线改变电枢电压和电枢回路串电阻可得人工特性曲线n0T n n4.5.3 并励电动机的起动、反转与调速起动起动起动起动直流电动机不允许在额定电压直流电动机

48、不允许在额定电压直流电动机不允许在额定电压直流电动机不允许在额定电压U UN N下直接起动。下直接起动。下直接起动。下直接起动。I Iastast太大会使换向器产生严重的火花太大会使换向器产生严重的火花,烧坏换向器；烧坏换向器；1.起动问题：起动问题：(1)起动电流大起动电流大(2)起动转矩大起动转矩大 起动转矩为起动转矩为(1020)TN ,造成机械冲击，使传造成机械冲击，使传动机构遭受损坏。动机构遭受损坏。一般一般一般一般I Iastast限制在限制在限制在限制在(1.52.5)(1.52.5)I IN N。2.起动方法 3.3.3.3.注意事项注意事项注意事项注意事项(1)(1)电枢串电

49、阻起动法电枢串电阻起动法电枢串电阻起动法电枢串电阻起动法(2)(2)降压起动法：降压起动法：降压起动法：降压起动法：直流电动机在起动和工作时，励磁电路一定要直流电动机在起动和工作时，励磁电路一定要接通接通,不能让它断开不能让它断开,而且起动时要满励磁。否则，而且起动时要满励磁。否则，磁路中只有很少的剩磁，可能产生事故：磁路中只有很少的剩磁，可能产生事故：在满磁下将在满磁下将在满磁下将在满磁下将R Rst st置最大处，逐渐减小置最大处，逐渐减小置最大处，逐渐减小置最大处，逐渐减小R Rst st使使使使n n升高。升高。升高。升高。(1)(1)如果电动机是静止的，由于转矩太小如果电动机是静止的

50、，由于转矩太小如果电动机是静止的，由于转矩太小如果电动机是静止的，由于转矩太小(T=KT=KT T I Ia a),电机将不能起动电机将不能起动电机将不能起动电机将不能起动，这时反电动势为零，电枢电流，这时反电动势为零，电枢电流，这时反电动势为零，电枢电流，这时反电动势为零，电枢电流很大，电枢绕组有被烧坏的危险。很大，电枢绕组有被烧坏的危险。很大，电枢绕组有被烧坏的危险。很大，电枢绕组有被烧坏的危险。(2(2)如果电动机在有载运行时断开励磁回路，反电动势如果电动机在有载运行时断开励磁回路，反电动势如果电动机在有载运行时断开励磁回路，反电动势如果电动机在有载运行时断开励磁回路，反电动势E E立即