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1、船舶电机与电力拖动系统第1页，此课件共80页哦第一节第一节 直流电机的结构、励磁方式与运行特性直流电机的结构、励磁方式与运行特性实现电能与机械能相互转换的设备称为电机。应用旋转的方实现电能与机械能相互转换的设备称为电机。应用旋转的方式进行能量转换的电机叫旋转电机，把机械能转换为电能的式进行能量转换的电机叫旋转电机，把机械能转换为电能的旋转电机称作发电机，根据电磁原理把电能转换为机械能的旋转电机称作发电机，根据电磁原理把电能转换为机械能的旋转电机称为电动机。旋转电机称为电动机。船用电机在船舶的整个电器设备中占有很大的比例。一般几船用电机在船舶的整个电器设备中占有很大的比例。一般几千吨位以上的船舶
2、，电机的总数量可超过百台以上，若为电千吨位以上的船舶，电机的总数量可超过百台以上，若为电力推动船舶，电机数量更多。根据电流种类电机分交流电机力推动船舶，电机数量更多。根据电流种类电机分交流电机和直流电机。和直流电机。第2页，此课件共80页哦直流发电机早期作为主电源在船舶上普遍应用，与交流直流发电机早期作为主电源在船舶上普遍应用，与交流发电机比较，存在的主要缺点是：电压不能变换以及结发电机比较，存在的主要缺点是：电压不能变换以及结构复杂，造价高和维护工作量大等。现在大多数船舶采构复杂，造价高和维护工作量大等。现在大多数船舶采用交流发电机替代直流发电机，但有些船舶仍用直流发用交流发电机替代直流发电
3、机，但有些船舶仍用直流发电机作为变流机组向直流电力拖动系统提供直流电能。电机作为变流机组向直流电力拖动系统提供直流电能。有些船舶主机轴带发电机也是直流发电机，如远洋捕捞有些船舶主机轴带发电机也是直流发电机，如远洋捕捞船的拖网机。所以直流电机仍然是船舶电气设备的主要船的拖网机。所以直流电机仍然是船舶电气设备的主要类型之一。类型之一。第3页，此课件共80页哦一、直流电机的工作原理一、直流电机的工作原理(a)导体ab处于N极下 (b)导体ab处于S极下直流电动机原理图直流电动机原理图第4页，此课件共80页哦(a)(a)导体导体abab处于处于N N极下极下 (b)(b)导体导体abab处于处于S S
4、极下极下直流发电机的原理图直流发电机的原理图第5页，此课件共80页哦 直流电机主要由定子和转子两大部分组成。定子由主磁极、直流电机主要由定子和转子两大部分组成。定子由主磁极、换向极、机座、端盖和电刷装置等组成，转子由电枢铁心、电换向极、机座、端盖和电刷装置等组成，转子由电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴和风扇等组成。枢绕组、换向器、转轴和风扇等组成。二、直流电机的结构二、直流电机的结构第6页，此课件共80页哦直流电机结构图 第7页，此课件共80页哦直流电机解体图直流电机解体图第8页，此课件共80页哦直流电机横剖面示意图 第9页，此课件共80页哦主磁极 第10页，此课件共80页哦换向极 第11页，
5、此课件共80页哦电刷装置 第12页，此课件共80页哦 电枢铁心冲片(a)矩形槽；(b)梨形槽 第13页，此课件共80页哦电枢绕组在槽中的绝缘情况 第14页，此课件共80页哦换向器 第15页，此课件共80页哦换向器的结构换向器的结构第16页，此课件共80页哦电刷间的电势电刷间的电势第17页，此课件共80页哦直流电枢绕组元件(a)、(b)叠绕组元件；(c)、(d)波绕组元件 第18页，此课件共80页哦电枢绕组在槽内的放置第19页，此课件共80页哦直流电机绕组示意图直流电机绕组示意图第20页，此课件共80页哦B-10991011121234567834A+电枢绕组的连接电路图电枢绕组的连接电路图电刷
6、偏离几何中性线示意图电刷偏离几何中性线示意图第21页，此课件共80页哦 直流电机的额定值直流电机的额定值 （1 1）额定功率）额定功率 （）（2 2）额定电流）额定电流 （3 3）额定电压）额定电压 （4 4）额定转速）额定转速 （5 5）额定励磁电压）额定励磁电压 （6 6）额定工作方式）额定工作方式第22页，此课件共80页哦 直流电机的励磁方式直流电机的励磁方式 直流发电机直流发电机的励磁方式分他励和自励，自励包括的励磁方式分他励和自励，自励包括并励、串励和复励。下图为直流发电机并励、串励和复励。下图为直流发电机4种励磁方式种励磁方式的电路图。的电路图。（1）他励发电机：励磁绕组电路与电枢
7、电路无关，）他励发电机：励磁绕组电路与电枢电路无关，励磁电流取自其它的直流电源。其励磁功率约为直励磁电流取自其它的直流电源。其励磁功率约为直流电机额定功率的流电机额定功率的 13。（2）并励发电机：励磁绕组电路与电枢电路并联。）并励发电机：励磁绕组电路与电枢电路并联。并励绕组导线细、匝数多、电阻大，励磁电流小。并并励绕组导线细、匝数多、电阻大，励磁电流小。并励发电机的电流关系为励发电机的电流关系为 。励磁功率约为直流电。励磁功率约为直流电机额定功率的机额定功率的 210。第23页，此课件共80页哦 （3）串励发电机：励磁绕组与电枢绕组串联，电枢电流即）串励发电机：励磁绕组与电枢绕组串联，电枢电
8、流即为励磁电流。因此串励绕组匝数少、导线粗、电阻极小。串励为励磁电流。因此串励绕组匝数少、导线粗、电阻极小。串励发电机的电流关系为：发电机的电流关系为：。（4）复励发电机：主磁极上有两个励磁绕组，其中一个和电枢回）复励发电机：主磁极上有两个励磁绕组，其中一个和电枢回路并连（称并励绕组），另一个和电枢回路串连（称串励绕组）。当路并连（称并励绕组），另一个和电枢回路串连（称串励绕组）。当串励绕组产生的磁势和并励绕组产生的磁势方向相同时，称为积复励；串励绕组产生的磁势和并励绕组产生的磁势方向相同时，称为积复励；当串励绕组产生的磁势和并励绕组产生的磁势方向相反时，称为差复当串励绕组产生的磁势和并励绕组
9、产生的磁势方向相反时，称为差复励。复励发电机还分长复励和短复励（长复励：电枢绕组与串励绕组励。复励发电机还分长复励和短复励（长复励：电枢绕组与串励绕组串励后再与并励绕组并励；短复励：电枢绕组与并励绕组并励后再与串励后再与并励绕组并励；短复励：电枢绕组与并励绕组并励后再与串励绕组串联）。串励绕组串联）。第24页，此课件共80页哦发电机的励磁方式发电机的励磁方式第25页，此课件共80页哦1、直流发电机的空载特性、直流发电机的空载特性 当保持发电机的转速当保持发电机的转速n不变，负载电流不变，负载电流I=0时（发电时（发电 机主开关处于断开状态），发电机的电枢电势（或空载机主开关处于断开状态），发电
10、机的电枢电势（或空载电压电压U0）与励磁电流）与励磁电流If之间的关系，即之间的关系，即 曲线称为空载曲线称为空载特性。空载特性曲线如图所示。空载特性曲线与磁化曲线特性。空载特性曲线如图所示。空载特性曲线与磁化曲线相似，这时直流发电机的感应电势为相似，这时直流发电机的感应电势为 ，与励磁电流，与励磁电流 之间为磁化曲线关系。之间为磁化曲线关系。三、直流电机的运行特性三、直流电机的运行特性 第26页，此课件共80页哦直流发电机空载特性直流发电机空载特性第27页，此课件共80页哦2、自励发电机建压条件、自励发电机建压条件（1）发电机必须有剩磁。若剩磁消失可用外电源充磁。）发电机必须有剩磁。若剩磁消
11、失可用外电源充磁。（2）励磁电流产生的磁场要与剩磁磁场方向相同。这与并励）励磁电流产生的磁场要与剩磁磁场方向相同。这与并励绕组和电枢电路的连接极性及电枢的转动方向绕组和电枢电路的连接极性及电枢的转动方向 有关。有关。在固定转动方向下，主要决定于两并联电路在固定转动方向下，主要决定于两并联电路 的连接极的连接极性。性。（3）励磁回路的总电阻必须小于临界电阻。励磁电阻过大或发）励磁回路的总电阻必须小于临界电阻。励磁电阻过大或发生断路时，不能自励建立正常电压。当然转生断路时，不能自励建立正常电压。当然转 速过低，空速过低，空载特性曲线变低也使两曲线的交点变载特性曲线变低也使两曲线的交点变 低，而无法
12、建立起低，而无法建立起正常的电压。正常的电压。第28页，此课件共80页哦 如果一台并励发电机有剩磁但不能自励，可以用下列如果一台并励发电机有剩磁但不能自励，可以用下列两种方法改正：两种方法改正：（1）改变电枢绕组与励磁绕组的相对联接；）改变电枢绕组与励磁绕组的相对联接；（2）改变电枢的旋转方向。）改变电枢的旋转方向。注意注意第29页，此课件共80页哦3、直流发电机的外特性、直流发电机的外特性 直流发电机的外特性是指在保持额定转速和励磁回路总电直流发电机的外特性是指在保持额定转速和励磁回路总电阻不变的条件下，改变负载大小时，发电机的端电压随负载阻不变的条件下，改变负载大小时，发电机的端电压随负载
13、电流而变化的关系。电流而变化的关系。下图下图a为他励和并励发电机的外特性曲线。曲线为他励和并励发电机的外特性曲线。曲线1为为他励发电机，曲线他励发电机，曲线2为并励发电机。为并励发电机。下图下图b是复励发电机的外特性曲线。当供电线路较是复励发电机的外特性曲线。当供电线路较长时通常采用过复励发电机；而船舶主电源直流发电机多长时通常采用过复励发电机；而船舶主电源直流发电机多为平复励发电机。为平复励发电机。下图给出三种励磁方式的发电机的接线图。下图给出三种励磁方式的发电机的接线图。第30页，此课件共80页哦 图图a a 他激、并激发电机的他激、并激发电机的 外特性曲线外特性曲线 图图b b 复激发电
14、机的外复激发电机的外 特性曲线特性曲线第31页，此课件共80页哦第32页，此课件共80页哦4、直流电动机的运行特性、直流电动机的运行特性按励磁绕组和电枢绕组连接方式的不同，直流电动按励磁绕组和电枢绕组连接方式的不同，直流电动机和直流发电机一样，也可分为四种：他励电动机、机和直流发电机一样，也可分为四种：他励电动机、并励电动机、串励电动机和复励电动机。并励电动机、串励电动机和复励电动机。由于他励和并励电动机的励磁电路都是接到外电源由于他励和并励电动机的励磁电路都是接到外电源上，励磁电流不受电枢电流变化的影响。因此，他励上，励磁电流不受电枢电流变化的影响。因此，他励和并励电动机的特性基本相同。下图
15、（和并励电动机的特性基本相同。下图（a）、（）、（b）、）、（c）分别为并励、串励和复励电动机的接线图。图中）分别为并励、串励和复励电动机的接线图。图中表示串入电枢电路的起动或调速用的电阻；表示调节励磁电流表示串入电枢电路的起动或调速用的电阻；表示调节励磁电流的外串电阻。的外串电阻。第33页，此课件共80页哦第34页，此课件共80页哦1）直流电动机的基本方程）直流电动机的基本方程 直流电动机的基本方程是指电动机稳定运行时，电系统的电势直流电动机的基本方程是指电动机稳定运行时，电系统的电势平衡方程；能量转换过程中的功率平衡方程；机械系统的转矩平衡方程；能量转换过程中的功率平衡方程；机械系统的转矩
16、平衡方程。平衡方程。直流电动机接上直流电源时，电枢绕组中流过电流，电直流电动机接上直流电源时，电枢绕组中流过电流，电网便向电动机输入电功率网便向电动机输入电功率 ，电枢受到电磁转矩，电枢受到电磁转矩 的作的作用而旋转起来，电动机的轴上输出机械功率用而旋转起来，电动机的轴上输出机械功率。第35页，此课件共80页哦当电动机在电磁转矩当电动机在电磁转矩T的作用下旋转时，电枢绕组切割磁的作用下旋转时，电枢绕组切割磁场产生感应电势场产生感应电势E，其方向与电枢电流方向相反，因此电，其方向与电枢电流方向相反，因此电动机的感应电势称为反电势，它将抵制电流的流入。电网动机的感应电势称为反电势，它将抵制电流的流
17、入。电网要向电枢流进电路，必须克服反电势的作用，即要求电源要向电枢流进电路，必须克服反电势的作用，即要求电源电压电压 ,由于反电势的作用，电动机便从电网吸收电功率，由于反电势的作用，电动机便从电网吸收电功率，通过电磁感应的作用，将一部分电功率转换为机械功率。通过电磁感应的作用，将一部分电功率转换为机械功率。第36页，此课件共80页哦 电势平衡方程电势平衡方程 参照上图，不考虑参照上图，不考虑 和和 ，根据基尔霍夫电压定，根据基尔霍夫电压定律，并励电动机带负载运行时的电势平衡方程为：律，并励电动机带负载运行时的电势平衡方程为：其中其中 ，而，而 ,由于励磁电流由于励磁电流 要远远小于负要远远小于
18、负载电流载电流 ，所以并励发电机电枢电流近似等于负载电流，即，所以并励发电机电枢电流近似等于负载电流，即 。或或第37页，此课件共80页哦 功率平衡方程功率平衡方程 转矩平衡方程转矩平衡方程 第38页，此课件共80页哦2）直流电动机的机械特性）直流电动机的机械特性 直流电动机的转速与转矩之间的关系直流电动机的转速与转矩之间的关系 称为直流称为直流电动机的机械特性，它表明了直流电动机在一定的条件电动机的机械特性，它表明了直流电动机在一定的条件下，转速与电磁转矩两个机械量之间的对应关系。下，转速与电磁转矩两个机械量之间的对应关系。直流电动机的自然机械特性关系式：直流电动机的自然机械特性关系式：第3
19、9页，此课件共80页哦直流电动机的机械特性直流电动机的机械特性积复励积复励第40页，此课件共80页哦 直流电动机的机械特性与励磁方式有关：直流电动机的机械特性与励磁方式有关：(1)并并(或他或他)励电动机：由于每极磁通、理想空载励电动机：由于每极磁通、理想空载转速和系数均为常数，故转速随转矩的增加而降低，转速和系数均为常数，故转速随转矩的增加而降低，如图所示；但由于电枢电阻很小，转速随负载的变如图所示；但由于电枢电阻很小，转速随负载的变化不大，其转速变化率仅为化不大，其转速变化率仅为38，故为硬机械，故为硬机械特性。适于要求特性。适于要求 恒转速拖动的生产机械。恒转速拖动的生产机械。第41页，
20、此课件共80页哦 (2)串励电动机：由于串励磁通随负载的增加而增知，从而串励电动机：由于串励磁通随负载的增加而增知，从而使转速随负载的增加而迅速下降，如图使转速随负载的增加而迅速下降，如图 所示。该特性曲线的所示。该特性曲线的特点是：空载转速非常高，机械特性比较软。当负载转矩较特点是：空载转速非常高，机械特性比较软。当负载转矩较小时，转速将很高，甚至会超出最高限度的数值，导致电机小时，转速将很高，甚至会超出最高限度的数值，导致电机机械结构的损坏。所以，串励直流电动机绝对不允许空载起机械结构的损坏。所以，串励直流电动机绝对不允许空载起动及空载运行。它的软特性、起动力矩比较大，适用于起动动及空载运
21、行。它的软特性、起动力矩比较大，适用于起动困难的场合。困难的场合。第42页，此课件共80页哦5、直流电机的电枢反应和直流电机的换向、直流电机的电枢反应和直流电机的换向1）直流电机的电枢反应）直流电机的电枢反应 当电机有负载后，便有电流流过电枢绕组，当电机有负载后，便有电流流过电枢绕组，产生电枢磁场，此时电机的气隙磁场由主磁场和产生电枢磁场，此时电机的气隙磁场由主磁场和电枢两个磁场共同决定。电枢磁场对主磁极磁场电枢两个磁场共同决定。电枢磁场对主磁极磁场的影响称为电枢反应。的影响称为电枢反应。第43页，此课件共80页哦 (a)(b)(c)电刷位置与电枢反应电刷位置与电枢反应第44页，此课件共80页
22、哦2）直流电机的换向）直流电机的换向 直流电机在运行时，电枢绕组从定子主磁极的一个极直流电机在运行时，电枢绕组从定子主磁极的一个极面下方进入另一个极面下方时，通过换向片与电刷连接，面下方进入另一个极面下方时，通过换向片与电刷连接，绕组中的电流将改变方向，这一过程称为直流电机的换绕组中的电流将改变方向，这一过程称为直流电机的换向。理想的换向条件是换向时绕组中的电流及电势为零。向。理想的换向条件是换向时绕组中的电流及电势为零。而一般情况下，除了绕组本身原因换向绕组中感应电抗而一般情况下，除了绕组本身原因换向绕组中感应电抗电势不为零外，电枢反应引起的气隙磁通的畸变，也使电势不为零外，电枢反应引起的气
23、隙磁通的畸变，也使换向绕组产生感应电势。电抗电势和电枢反应电势都会换向绕组产生感应电势。电抗电势和电枢反应电势都会阻碍电枢绕组的换向性能，导致电刷与换向片之间产生阻碍电枢绕组的换向性能，导致电刷与换向片之间产生火花。火花。第45页，此课件共80页哦 为了改善换向性能，通常在定子主磁极之间放置换向极用于改为了改善换向性能，通常在定子主磁极之间放置换向极用于改善换向，换向极绕组与电枢绕组串联，由电枢电流所产生的换向善换向，换向极绕组与电枢绕组串联，由电枢电流所产生的换向极磁场与电枢绕组电流所产生的交轴电枢磁场方向相反。它不仅极磁场与电枢绕组电流所产生的交轴电枢磁场方向相反。它不仅用来抵消或削弱电枢
24、磁场，而且使处于换向的绕组切割换向极磁用来抵消或削弱电枢磁场，而且使处于换向的绕组切割换向极磁场以产生可抵消电流换向引起的感应电动势，达到减少换向火花场以产生可抵消电流换向引起的感应电动势，达到减少换向火花的目的。的目的。一般在负载变化较大的中、大型电机中。在主磁极的极一般在负载变化较大的中、大型电机中。在主磁极的极面下开槽嵌放补偿绕组也是用于改善换向的一种方法，补偿面下开槽嵌放补偿绕组也是用于改善换向的一种方法，补偿绕组与电枢绕组串联，其作用原理与换向极相同。绕组与电枢绕组串联，其作用原理与换向极相同。此外，正确选用不同材料的电刷以及适当调整电刷位置等也此外，正确选用不同材料的电刷以及适当调
25、整电刷位置等也可在一定程度上减小电刷下的火花。可在一定程度上减小电刷下的火花。第46页，此课件共80页哦起动对电流和转矩的要求起动对电流和转矩的要求 电枢串电阻起动电枢串电阻起动减压起动减压起动 1.电电枢枢起起动动电电流流应应限限制制到到允允许值之内许值之内.2.具有足够量的起动转矩具有足够量的起动转矩.四、四、直流电动机的起动、调速、制动直流电动机的起动、调速、制动第47页，此课件共80页哦直流电动机的起动直流电动机的起动 起动过程分析起动过程分析串串入入全全部部的的电电枢枢电电阻阻通通电电起起动动，进入第一组起动进入第一组起动当到达切换点当到达切换点A，第一级起动完成。，第一级起动完成。
26、切切除除第第一一级级电电阻阻r1，电电枢枢电电流流增增大大，电电磁磁转转矩矩增增大大，进进入入第第二二级级起起动动点点B，转转速速沿沿BC继继续续上上升升，重重复复上上述述过过程程，到到C点点后后完完成第二组起动。成第二组起动。切切除除第第二二级级电电阻阻r2，进进入入第第三三级级起起动动点点D，转转速速上上升升到到E点点后后,完成第三级起动。完成第三级起动。切切除除第第三三级级电电阻阻r3，进进入入固固有有曲曲线线F点点，最最后后转转速速沿沿固固有有曲曲线上升到稳定运行点线上升到稳定运行点G。起动对电流和转矩的要求起动对电流和转矩的要求 电枢串电阻起动电枢串电阻起动减压起动减压起动 第48页
27、，此课件共80页哦直流电动机减压起动直流电动机减压起动 直直流流电电动动机机的的起起动动，可可以以通通过过降降低低电电枢枢电电压压的的方方式式来限制起动电流。来限制起动电流。第49页，此课件共80页哦直流电动机的调速直流电动机的调速 所谓调速，是指用人为的方式，改变电动机的所谓调速，是指用人为的方式，改变电动机的参数，使其转速改变，达到预定的转速运行。参数，使其转速改变，达到预定的转速运行。调速的技术指标调速的技术指标调速范围调速范围 调速的平滑性调速的平滑性 调速的稳定性调速的稳定性 调速的经济性调速的经济性 调速电动机允许输出调速电动机允许输出 （1）调调速速范范围围调调速速范范围围是是指
28、指电电动动机机在在额额定定负负载载（电电动动机机的的电电枢枢电电流流保保持持在在额额定定值值不不变变），允允许许达达到到的的最最大大转转速速与与最最小小转转速速之比。即之比。即第50页，此课件共80页哦直流电动机的调速直流电动机的调速（2）调调速速的的平平滑滑性性通通常常有有电电动动机机的的两两个个相相邻邻调调速速级级的的转转速速之之比比来来衡衡量量调调速速的的平平滑滑性。性。K称平滑系数称平滑系数ni上一调速级转速上一调速级转速ni1相相邻邻下下一一级级调调速速转速转速所谓调速，是指用人为的方式，改变电动机所谓调速，是指用人为的方式，改变电动机的参数，使其转速改变，达到预定的转速运的参数，使
29、其转速改变，达到预定的转速运行。行。调速的技术指标调速的技术指标调速范围调速范围 调速的平滑性调速的平滑性 调速的稳定性调速的稳定性 调速的经济性调速的经济性 调速电动机允许输出调速电动机允许输出 第51页，此课件共80页哦直流电动机的调速直流电动机的调速（3）调调速速的的稳稳定定性性调调速速的的稳稳定定性性是是指指负负载载转转矩矩发发生生变变化化时时，电电动动机机的的转转速速随随之之变变化化的的程程度度，工工程程上上通通常常用用静静差差度度来来衡衡量量。它它是是指指电电动动机机运运行行于于某某一一机机械械特特性性上上时时由由空空载载增增至至满满载载时时的的转转速速降降对对理理想想空空载载转转
30、速速之比之比所谓调速，是指用人为的方式，改变电动机所谓调速，是指用人为的方式，改变电动机的参数，使其转速改变，达到预定的转速运的参数，使其转速改变，达到预定的转速运行。行。调速的技术指标调速的技术指标调速范围调速范围 调速的平滑性调速的平滑性 调速的稳定性调速的稳定性 调速的经济性调速的经济性 调速电动机允许输出调速电动机允许输出 第52页，此课件共80页哦直流电动机的调速直流电动机的调速（4）调调速速的的经经济济性性主主要要由由调调速速设设备备的的投投资资，电电机机运运行行时时的的能能量量损损耗耗来决定来决定所谓调速，是指用人为的方式，改变电动机所谓调速，是指用人为的方式，改变电动机的参数，
31、使其转速改变，达到预定的转速运的参数，使其转速改变，达到预定的转速运行。行。调速的技术指标调速的技术指标调速范围调速范围 调速的平滑性调速的平滑性 调速的稳定性调速的稳定性 调速的经济性调速的经济性 调速电动机允许输出调速电动机允许输出 第53页，此课件共80页哦直流电动机的调速直流电动机的调速 5）调调速速时时电电动动机机的的允允许许输输出出它它指指电电动动机机得得到到允允分分利利用用情情况况下下，在在调调速速过过程程中中所所能能输输出出的的功率和转矩。功率和转矩。所谓调速，是指用人为的方式，改变电动机的参所谓调速，是指用人为的方式，改变电动机的参数，使其转速改变，达到预定的转速运行。数，使
32、其转速改变，达到预定的转速运行。调速的技术指标调速的技术指标调速范围调速范围 调速的平滑性调速的平滑性 调速的稳定性调速的稳定性 调速的经济性调速的经济性 调速电动机允许输出调速电动机允许输出 第54页，此课件共80页哦直流电动机调速方法直流电动机调速方法 改变电枢电压调速改变电枢电压调速 过程分析过程分析 调速的特点调速的特点 降降低低给给电电枢枢供供电电的的电电源源电电压压时时，电电动动机机由由原原先先稳稳定定的的特特性性曲曲线线A点点，切切换换到到降降压压后后的的特特性性曲曲线线A点点，通通过过减减速速过过程程，到到B点点处处，电电磁磁转转矩矩与与负负载载转转矩矩达达到到新新的的平平衡，
33、于是就稳定运行于此。衡，于是就稳定运行于此。第55页，此课件共80页哦直流电动机调速方法直流电动机调速方法 改变电枢电压调速改变电枢电压调速 过程分析过程分析 调速的特点调速的特点 （1）属于恒转矩调速性质）属于恒转矩调速性质（2）由由于于电电枢枢端端压压不不允允许许超超过过其其额额定定值值，其其转转速速就就降降低低，固固在在调调速速范范围围内内不不会会超超过过额额定定转转速速，一般称在基速以下调速。一般称在基速以下调速。（3）随随电电压压的的降降低低而而减减小小，但但机机械特性的硬度不变。械特性的硬度不变。（4）若若恒恒转转矩矩负负载载，调调速速前前后后的的电电流流、转转矩矩不不变变，随随输
34、输入入电电压压降降低低，输输入入功功率率减减小小，转转速速下下降降，输输出出功功率率减减小小，其其损损耗耗基基本本不不变变，所所以以调调压压调调速速的效率是较高的。的效率是较高的。第56页，此课件共80页哦直流电动机调速方法直流电动机调速方法 弱磁调速弱磁调速 过程分析过程分析 调速特点调速特点 按按高高效效工工作作设设计计原原则则，直直流流电电动动机机在在额额定定工工作作状状态态时时，其其磁磁场场是是处处于于临临界界饱饱和和，所所以以要要通通过过改改变变磁磁通通来来进进行行调调速速，就就只只能能在在额额定定磁磁通通以以下下进进行行调调节节，所所以以称称其其为为弱弱磁调速。磁调速。第57页，此
35、课件共80页哦直流电动机调速方法直流电动机调速方法 弱磁调速弱磁调速 过程分析过程分析 调速特点调速特点 当当磁磁通通减减弱弱时时瞬瞬时时，其其电电磁磁转转矩矩的的大大小小不不但但取取决决于于磁磁通通，更更与与电电枢枢电电流流密密切切相相关关，磁磁通通减减小小，电电枢枢反反电电势势减减小小，电电枢枢电电流流增增大大，所所以以电电磁磁转转矩矩反反而而增增加加，超超过过负负载载转转矩矩（切切换换到到弱弱磁磁特特性性A点点），电电机机作作加加速速运运动动，转转速速沿沿特特性性上上升升到到B，电电磁磁转转矩矩与与负载转矩相等，进入稳定运行。负载转矩相等，进入稳定运行。第58页，此课件共80页哦（1）弱
36、磁调速属于恒功率调速性质。）弱磁调速属于恒功率调速性质。（2）由由于于弱弱磁磁升升速速的的原原因因，调调磁磁范范围围又又只只能能在在额额定定磁磁通通以以下下调调节节，所所以其转速超过额定转速，或说在基速以上调速。以其转速超过额定转速，或说在基速以上调速。（3）随磁通减小，则、增大，硬度减小。随磁通减小，则、增大，硬度减小。（4）若若负负载载转转矩矩恒恒定定，由由于于电电动动机机输输入入电电压压不不变变，弱弱磁磁后后，电电流流增增大大，输输入入功率增加，但转速升高，则输出功率也增大了，所以电机运行效率较高。功率增加，但转速升高，则输出功率也增大了，所以电机运行效率较高。第59页，此课件共80页哦
37、直流电动机调速方法直流电动机调速方法 电枢回路串电阻调速电枢回路串电阻调速 过程分析过程分析 串电枢电阻调速特点串电枢电阻调速特点 保保持持直直流流电电机机的的输输入入电电压压不不变变，保保持持额额定定励励不不变变，电电枢枢回回路路串串入入附附加加电电阻阻，其其工工作作特特性性与与机机械械特性为特性为:第60页，此课件共80页哦直流电动机调速方法直流电动机调速方法 设设调调速速前前电电机机稳稳定定运运行行于于固固有有特特性性A点点，电电磁磁转转矩矩等等于于负负载载转转矩矩，稳稳定定动动行行于于转转速速nA。串串入入电电枢枢电电阻阻R瞬瞬间间，转转速速不不能能突突变变，固固电电流流、转转矩矩减减
38、小小切切换换到到人人为为特特性性曲曲线线上上A，由由于于这这时时的的电电磁磁转转矩矩小小于于负负载载转转矩矩，电电机机作作减减速速运运动动，转转速速A下下降降，随随着着转转速速降降低低，反反电电势势下下降降，电电流流回回升升，电电磁磁转转矩矩回回升升，直直到到B点点，电电磁磁转转矩矩与与负负载载转转矩矩相相等等，电电机机稳稳定定到到下下降降后后的的转转速速nB。若若串串入入的的电电阻阻更更大大，则则曲曲线越软，运行转速越低。线越软，运行转速越低。电枢回路串电阻调速电枢回路串电阻调速 过程分析过程分析 串电枢电阻调速特点串电枢电阻调速特点 第61页，此课件共80页哦直流电动机调速方法直流电动机调
39、速方法（1）属于恒转矩调速性质属于恒转矩调速性质（2）由由于于串串入入电电枢枢电电阻阻，其其转转速速就就降降低低，固固在在调调速速范范围围内内不不会会超超过过额定转速，一般称在基速以下调速。额定转速，一般称在基速以下调速。（3）理理想想空空载载转转速速不不变变，斜斜率率随随电阻的增在而增大，特性越软。电阻的增在而增大，特性越软。若若恒恒转转矩矩负负载载，调调速速前前后后的的电电流流、转转矩矩不不变变，输输入入功功率率不不变变，但但串串入入的的电电阻阻越越大大，则则电电枢枢电电阻阻损损耗耗越越大大，转转速速越越低低，转转出出机机械械功功率率越越小小，所所以以电电机机工工作作效效率率越越低，其效率
40、与速度成正比。低，其效率与速度成正比。电枢回路串电阻调速电枢回路串电阻调速 过程分析过程分析 串电枢电阻调速特点串电枢电阻调速特点 第62页，此课件共80页哦直流电动机的制动直流电动机的制动 生产机械的制动，可以通机械和电气两种基本方式来实现，通常这两种方法配合生产机械的制动，可以通机械和电气两种基本方式来实现，通常这两种方法配合使用。以下重点分析直流电动机的电气制动方法、特性及使用特点。使用。以下重点分析直流电动机的电气制动方法、特性及使用特点。电气制动是指电机运行时，当电磁转矩与转矩的方向相反时的工作状态。电气制动是指电机运行时，当电磁转矩与转矩的方向相反时的工作状态。因为此时的电磁转矩对
41、运动的电机而言，起到了阻碍的作用，故称为电气制因为此时的电磁转矩对运动的电机而言，起到了阻碍的作用，故称为电气制动，或称制动工作状态。由于在电气制动工作状态下，电机是将机械能转换动，或称制动工作状态。由于在电气制动工作状态下，电机是将机械能转换成了电能，所以也被称为发电状态。成了电能，所以也被称为发电状态。根据运行电路和能量传递的不同特点，可分为能耗制动、反接制动和回馈制动三种方根据运行电路和能量传递的不同特点，可分为能耗制动、反接制动和回馈制动三种方式。式。第63页，此课件共80页哦能耗制动的条件能耗制动的条件 能耗制动过程能耗制动过程 能耗制动特点能耗制动特点 将将直直流流电电动动机机的的
42、电电枢枢绕绕组组从从直直流流电电源源断断开开，即即；保保持持额额定定励励不不变变；将将制制动动电电阻阻与与电电枢枢绕绕组串联成回路，组串联成回路，能耗制动能耗制动 第64页，此课件共80页哦在在电电机机运运行行于于电电动动状状态态，电电机机以以稳稳定定的的速速度度运运行行。进进行行能能耗耗制制动动切切除除电电枢枢电电源源，输输入入功功率率为为零零，但但由由于于惯惯性性的的作作用用（电电机机贮贮存存的的动动能能作作用用），转转子子继继续续旋旋转转，切切割割磁磁场场，产产生生感感应应电电动动势势，由由电电枢枢电电势势向向闭闭合合的的电电枢枢回回路路提提供供电电流流，电电流流方方向向与与电电枢枢电电
43、势势方方向向相相同同，所所以以称称其其为为发发电电状状态态，而而磁磁场场方方向向不不为为，而而电电流流的的方方向向变变了了，所所以以电电磁磁转转矩矩的的方方向向变变了了，与与转转速速方方向向相相反反，故故称称其其为为制制动动工工作作状状态，态，能耗制动的条件能耗制动的条件 能耗制动过程能耗制动过程 能耗制动特点能耗制动特点 能耗制动能耗制动 第65页，此课件共80页哦（1）在在能能耗耗制制动动时时，机机械械特性方程为特性方程为：能耗制动的条件能耗制动的条件 能耗制动过程能耗制动过程 能耗制动特点能耗制动特点 能耗制动能耗制动 第66页，此课件共80页哦（2）电电枢枢电电流流反反向向，其其产产生
44、生的的转转矩矩也也反反向向，成成制制动动转转矩矩，所所以以此此时时的的电电枢枢电电流流称称制制动动电电流流。其其最最大大值值在在能能耗耗制制动动的的起起点点。为为了了保保证证能能耗耗制制动动过过程程的的安安全全，通通常常限限制制最最大大制制动动电电流流不不超超过过22.5IN，所所以以能能耗耗制制动限流电阻的取值范围动限流电阻的取值范围能耗制动的条件能耗制动的条件 能耗制动过程能耗制动过程 能耗制动特点能耗制动特点 能耗制动能耗制动 第67页，此课件共80页哦（1）能能量量传传递递关关系系系系统统将将本本身身贮贮存存的的动动能能发发电电，转转换换成成电电能能，消消耗耗在在电电枢枢回回路路的电阻
45、上。的电阻上。能耗制动的条件能耗制动的条件 能耗制动过程能耗制动过程 能耗制动特点能耗制动特点 能耗制动能耗制动 第68页，此课件共80页哦反接制动反接制动 直流电动机反接制分为两种，一种是电源反接制动，另一直流电动机反接制分为两种，一种是电源反接制动，另一种是倒拉反接制动种是倒拉反接制动 电源反接制动电源反接制动 倒接反接制动倒接反接制动（1）电电源源反反接接制制动动的的条条件件 将将电电枢枢电电源源的的极极性性接接反反，同同时时电电枢枢中中串串入入制制动动电电阻阻，磁磁场场方方向向不不变变第69页，此课件共80页哦反接制动反接制动 直流电动机反接制分为两种，一种是电源反接制动，直流电动机反
46、接制分为两种，一种是电源反接制动，另一种是倒拉反接制动另一种是倒拉反接制动 电源反接制动电源反接制动 倒接反接制动倒接反接制动（2）电电源源反反接接动动运运行行分分析析：假假若若电电机机原原先先处处于于电电动动运运行行状状态态，现现将将电电源源接接反反，从从图图146a中中可可知知，其其电电枢枢电电流流反反向向，所所以以电电磁磁力力矩矩反反向向，与与电电机机转转速速方方向向相相反反，成成为为制制动动力力矩矩，所所以以称称此此状状态态为为电电源源反反接接制制动动。这这时时的的电电流流从从电电枢枢电电势势的的正正极极流流出出，说说明明电电机机在在输输出出电电能能，而而电电流流也也从从电电源源的的正
47、正极极出出来来回回到到负负极极，故故电电源源也也在在向向电电机机提提供供电电能能，这这时时的的电电流流将将很很大大，必必需需串串入入电电枢枢电电阻阻，将将电电流流限限制制在在允许范围之内。允许范围之内。第70页，此课件共80页哦 反接制动反接制动 直流电动机反接制分为两种，一种是电源反接制动，直流电动机反接制分为两种，一种是电源反接制动，另一种是倒拉反接制动另一种是倒拉反接制动 电源反接制动电源反接制动 倒接反接制动倒接反接制动（3）电电源源反反接接的的基基本本特特点点将将直直流流电电动动机机的的工工作作特特性性方方程程及及机机械械特特性性方方程程中中的的电电压压取取反反即即可可。在在电电源源
48、反反接接过过程程中中，电电机机将将系系统统动动能能发发电电，电电源源同同时时也也在在向向电电机机输输入入电电能能，这这些些能能量量大大都都消消耗耗在在电电枢枢回回路路电电阻阻中中。由由于于加加有有反反向向电电源源电电压压，在在制制动动速速度度为为零零时时，就就标标志志着着制制动动阶阶段段结结束束，若若不不及及时时切切除除电电源源或或进进行行机机械械抱抱闸闸，电电机机将将要要进入反向电动运行。进入反向电动运行。第71页，此课件共80页哦反接制动反接制动 直流电动机反接制分为两种，一种是电源反接制动，另一种直流电动机反接制分为两种，一种是电源反接制动，另一种是倒拉反接制动是倒拉反接制动 电源反接制
49、动电源反接制动 倒接反接制动倒接反接制动（1）倒倒拉拉反反接接制制动动的的条条件件电电动动机机带带有有的的负负载载为为位位能能性性的的，电电枢枢回回路路串串有有较较大大的的附附加加电电阻阻。倒倒拉拉反反接接制制动动大大都都应应用用在在吊吊车车等等提升拖动系统中提升拖动系统中第72页，此课件共80页哦 反接制动反接制动 直流电动机反接制分为两种，一种是电源反接制动，另一直流电动机反接制分为两种，一种是电源反接制动，另一种是倒拉反接制动种是倒拉反接制动 电源反接制动电源反接制动 倒接反接制动倒接反接制动 当当串串入入大大的的电电枢枢电电阻阻R后后，特特性性变变得得很很软软，电电枢枢电电流流减减小小
50、，电电磁磁力力矩矩小小于于负负载载力力矩矩，作作减减速速运运动动，随随着着转转速速下下降降，反反电电势势减减小小，电电枢枢电电流流、转转矩矩要要回回升升，当当转转速速降降到到零零时时，电电磁磁转转矩矩还还是是比比负负载载转转矩矩小小，此此时时的的电电机机就就会会在在负负载载力力矩矩的的作作用用下下反反转转于于C点点，转转速速方方向向与与电电磁磁转转矩矩相相反反，电电磁磁转转矩矩成成了了制制动动转转矩矩。由由于于转转速速反反向向，使使得得电电枢枢电电势势反反向向，故故也也称称发电工作状态。发电工作状态。第73页，此课件共80页哦 反接制动反接制动 直流电动机反接制分为两种，一种是电源反接制动，直