【文章內(nèi)容簡介】 Φ)n=U/(CeΦ)(Ra+Rp)/(CeCTΦ2)T = n0LkT 其中，n0=U/(CeΦ)為理想空載轉(zhuǎn)速，而k=(Ra+Rp)/(CeCTΦ2)為機(jī)械特性的斜率。 二、固有機(jī)械特性 n=f(T) 改變?nèi)齻€(gè)量U、Φ、Rp 中任意一個(gè)，可以改變機(jī)械特性曲線形狀。 U=UN, Φ=ΦN, Rp=0時(shí)的機(jī)械特性稱為固有機(jī)械特性。其方程為 n = U / (CeΦN) RaT/(CeCTΦN2) 由于Ra很小，轉(zhuǎn)矩T增大時(shí)，n下降很小，他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性是一條比較平的下降曲線。（即屬硬特性） 二、人為（人工）機(jī)械特性 n=f(T) 改變?nèi)齻€(gè)量U、Φ、Rp之一而其他量不變時(shí)可以得到人為機(jī)械特性。 圖1圖21）電樞回路串電阻時(shí)的人為機(jī)械特性，圖1所示 n=U/(CeΦN)（Ra+Rp)T/(CeCTΦN2)對(duì)應(yīng)于不同的Rp可以得到一簇斜率不同的曲線2）改變電樞電壓的人為機(jī)械特性,圖2所示n = U / (CeΦN) RaT/(CeCTΦN2)斜率不變，理想空載轉(zhuǎn)速n0l不同的一簇平行線。(UUN) （3）減少電動(dòng)機(jī)氣隙磁通的人為機(jī)械特性 n = U / (CeΦ)RaT / (CeCTΦ2) Φ減少時(shí)，n0L和k同時(shí)增大。 44 串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 n = U / (CeΦN) RaT / (CeCTΦN2) 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，所以Ra是電樞繞組與串勵(lì)繞組電阻之和且串勵(lì)電流 I = Ia，故T=CTΦIa=CT K Ia2, 解出Ia并帶入上式可得： 電壓不變時(shí)，n與sqrt(T)反比，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大時(shí)，轉(zhuǎn)速n下降很快。(軟特性) 上述結(jié)論是在負(fù)載較小、電流較小電機(jī)不飽和的情況下得出的。 并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的n = f (T) 是斜率很小的一次曲線。（硬特性） 當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩很小時(shí)，T也很小，n會(huì)達(dá)到危險(xiǎn)的高值，所以串勵(lì)電動(dòng)機(jī)不允許空載啟動(dòng)和運(yùn)行。 同樣大的起動(dòng)電流時(shí)，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)能產(chǎn)生更大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，常用于啟動(dòng)較為困難的場合。 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩增大時(shí)轉(zhuǎn)速在減少，功率增加緩慢，故該電機(jī)過載能力較強(qiáng)。 45 復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)既有并勵(lì)繞組又有串勵(lì)繞組。其機(jī)械特性介于并勵(lì)和串勵(lì)電動(dòng)機(jī)之間。 如果并勵(lì)繞組起主導(dǎo)作用，則特性接近并勵(lì)電動(dòng)機(jī)。如果串勵(lì)繞組起主導(dǎo)作用，則接近串勵(lì)電動(dòng)機(jī)。 復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)空載時(shí)，由于有并勵(lì)繞組接通，所以空載轉(zhuǎn)速不會(huì)太高。 各種直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性比較： 46 負(fù)載的機(jī)械特性電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)，構(gòu)成一個(gè)電力拖動(dòng)系統(tǒng)，其工作狀況不僅取決于電動(dòng)機(jī)的特性，同時(shí)也取決于作為負(fù)載的生產(chǎn)機(jī)械的特性。 生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系稱為負(fù)載的機(jī)械特性。由負(fù)載性質(zhì)決定。 一、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小為常量，與轉(zhuǎn)速無關(guān)。(1)反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載:轉(zhuǎn)矩方向總是和轉(zhuǎn)速方向相反，永遠(yuǎn)是阻轉(zhuǎn)矩。(2)勢能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載：轉(zhuǎn)矩方向不隨轉(zhuǎn)速方向改變。如重力型負(fù)載。 二、泵類負(fù)載 轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)速平方成正比。例如：泵，風(fēng)機(jī)等三、恒功率負(fù)載 負(fù)載轉(zhuǎn)矩基本上與轉(zhuǎn)速反比。例如：車床進(jìn)刀。功率基本不變。 47 電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的條件 最簡單的電力拖動(dòng)系統(tǒng)就是電動(dòng)機(jī)與生產(chǎn)機(jī)械軸對(duì)軸直接相連。 實(shí)際情況復(fù)雜得多，但可以簡化為簡單情況來分析。 電動(dòng)機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，一般負(fù)載轉(zhuǎn)矩T2T0，故在拖動(dòng)分析時(shí)忽略T0。 同軸相連時(shí)，電動(dòng)機(jī)與負(fù)載的轉(zhuǎn)速始終相等。 當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩T T2時(shí)，系統(tǒng)加速；反之，系統(tǒng)減速。T=T2時(shí)，系統(tǒng)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。也就是說在電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與負(fù)載的機(jī)械特性的交點(diǎn)處轉(zhuǎn)速將不變。 轉(zhuǎn)速不變并不意味著電動(dòng)機(jī)在該點(diǎn)就能穩(wěn)定運(yùn)行。 判斷工作點(diǎn)是否穩(wěn)定的方法為： 給該點(diǎn)施加干擾，使轉(zhuǎn)速變化，然后取消干擾，如果轉(zhuǎn)速能恢復(fù)，則該點(diǎn)為穩(wěn)定點(diǎn)，反之為不穩(wěn)定點(diǎn) 圖中分別給出了穩(wěn)定點(diǎn)與不穩(wěn)定點(diǎn)的實(shí)例。 穩(wěn)定運(yùn)行的條件為: (1)電動(dòng)機(jī)與負(fù)載兩條機(jī)械特性有交點(diǎn)； (2)交點(diǎn)處應(yīng)符合 dTz/dn dT/dn 。48 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法1. 拖動(dòng)一定的負(fù)載運(yùn)行，其轉(zhuǎn)速由工作點(diǎn)決定。如果調(diào)節(jié)某些參數(shù)，則可以改變轉(zhuǎn)速。 n = U / (CeΦ) [(Ra+Rp) / (CeCTΦ2)]T = n0L kT 2. 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有三種: (1)改變電樞回路外串電阻Rtj； (2)改變勵(lì)磁回路外串電阻Rf即改變磁通Φ； (3)改變電樞電壓U。 3. 三種調(diào)速方法實(shí)質(zhì)上都是改變了電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線形狀，使之與負(fù)載機(jī)械特性曲線的交點(diǎn)改變，以達(dá)到調(diào)速的目的。 一、改變電樞電壓調(diào)速（設(shè)TZ為常數(shù)） 降低電樞電壓時(shí)，電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性平行下移。負(fù)載不變時(shí)，交點(diǎn)也下移，速度也隨之改變。 優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速后，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性不變、無級(jí)、平滑、損耗小。便于計(jì)算機(jī)控制。 缺點(diǎn)：需要專門設(shè)備，成本較高。（可控硅調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)）二、改變勵(lì)磁電流調(diào)速(調(diào)節(jié)勵(lì)磁電阻) （設(shè)TZ為常數(shù)） 增大勵(lì)磁電阻即減少勵(lì)磁電流時(shí)，磁通Φ減少，電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性n0L點(diǎn)和斜率增大。負(fù)載不變時(shí)，交點(diǎn)也下移，速度也隨之改變。 優(yōu)點(diǎn)：勵(lì)磁回路電流小約為(1~3)% IN , 損耗小，連續(xù)調(diào)速，易控制。 缺點(diǎn)：只能上調(diào)，最高轉(zhuǎn)速受機(jī)械強(qiáng)度的限制，負(fù)載轉(zhuǎn)矩大時(shí)調(diào)速范圍小。三、電樞回路串入調(diào)節(jié)電阻調(diào)速 調(diào)節(jié)電阻Rp增大時(shí)，電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的斜率增大，與負(fù)載機(jī)械特性的交點(diǎn)也會(huì)改變，達(dá)到調(diào)速目的。 優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡單、操作方便。 缺點(diǎn)：只能在低于固有機(jī)械特性的范圍內(nèi)調(diào)速，低轉(zhuǎn)速時(shí)變化率較大，電樞電流較大，調(diào)速過程中有損耗。四、改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向的方法 要改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向，就必須改變電磁轉(zhuǎn)矩的方向。 T = CT Φ Ia 根據(jù)電動(dòng)機(jī)的工作原理，單獨(dú)改變磁通方向（即通過改變勵(lì)磁繞組連接）或者單獨(dú)改變電樞電流的方向，均可以改變電磁轉(zhuǎn)矩的方向。 故改變轉(zhuǎn)向的方法： (1)對(duì)于并勵(lì)電動(dòng)機(jī)，單獨(dú)將勵(lì)磁繞組引出端對(duì)調(diào)。 (2)單獨(dú)將電樞繞組引出端對(duì)調(diào)。對(duì)于復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)，應(yīng)將電樞引出端對(duì)調(diào)或者同時(shí)將并勵(lì)繞組和串勵(lì)繞組引出段分別對(duì)調(diào)（維持加復(fù)勵(lì)狀態(tài)）。49 直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)（Retardation） 制動(dòng)問題：在生產(chǎn)過程中，經(jīng)常需要采取一些措施使電動(dòng)機(jī)盡快停轉(zhuǎn)，或者從某高速降到某低速運(yùn)轉(zhuǎn)，或者限制位能性負(fù)載在某一轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，這就是電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)問題。 實(shí)現(xiàn)制動(dòng)有兩種方法，機(jī)械制動(dòng)和電磁制動(dòng)。電磁制動(dòng)是使電機(jī)在制動(dòng)時(shí)使電機(jī)產(chǎn)生與其旋轉(zhuǎn)方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩,其特點(diǎn)是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大,操作控制方便。 直流電動(dòng)機(jī)的電磁制動(dòng)類型有能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)和回饋制動(dòng)。 一、能耗制動(dòng) （1）能耗制動(dòng)過程 BO 電機(jī)：他勵(lì)； 負(fù)載：反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 閘刀合向電源時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于正向電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。 制動(dòng)時(shí)將閘刀合向制動(dòng)電阻。轉(zhuǎn)子由于慣性繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，感應(yīng)電勢Ea方向不變，電流方向改變了，電磁轉(zhuǎn)矩T = CTΦ Ia方向也隨之改變成為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)速迅速下降。 電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，轉(zhuǎn)子動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能消耗在制動(dòng)電阻上。所以稱為能耗制動(dòng)。 n=U/(CeΦN)（Ra+Rp)T/(CeCTΦN2) 制動(dòng)電阻越小，制動(dòng)開始時(shí)產(chǎn)生的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩就越大。 高速時(shí)能耗制動(dòng)作用較大，低速時(shí)應(yīng)配合機(jī)械制動(dòng)裝置使系統(tǒng)停掉。 （2）能耗制動(dòng)運(yùn)行OC 電機(jī)：他勵(lì)；負(fù)載：勢能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 采用能耗制動(dòng)時(shí)，工作點(diǎn)從A→B→O,B→O是能耗制動(dòng)過程，到了O點(diǎn)后，如不采取其他制動(dòng)措施，則系統(tǒng)會(huì)在負(fù)載轉(zhuǎn)矩的作用下反轉(zhuǎn)，工作點(diǎn)沿著能耗制動(dòng)曲線到達(dá)C后才穩(wěn)定運(yùn)行。在C點(diǎn)，電磁轉(zhuǎn)矩為負(fù)，與轉(zhuǎn)速方向相反是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。在C點(diǎn)的運(yùn)行方式稱為能耗制動(dòng)運(yùn)行。 二、反接制動(dòng) (1)電壓反接制動(dòng) 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行。 通過反接閘刀把電源突然反接，同時(shí)在電樞支路串入限流電阻R 。 n= UN / (CeΦN ）（Ra+R)T / (CeCTΦN2) 如圖所示，工作點(diǎn)A→B→C,在C點(diǎn)時(shí)，n=0。這時(shí)應(yīng)將電源切掉。在B→C的過程中轉(zhuǎn)速為正，電磁轉(zhuǎn)矩為負(fù)，起制動(dòng)作用。如果在C點(diǎn)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩(絕對(duì)值)而沒有切除電源，則電動(dòng)機(jī)在電磁轉(zhuǎn)矩作用下將反向起動(dòng)，作為反轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。如圖中的D點(diǎn)。 對(duì)于頻繁正反轉(zhuǎn)的電力拖動(dòng)系統(tǒng)，常采用這種先反接制動(dòng)停車，再反向起動(dòng)的運(yùn)行方式，達(dá)到迅速制動(dòng)并反轉(zhuǎn)的目的。對(duì)于要求準(zhǔn)確停車的系統(tǒng)，采用能耗制動(dòng)較為方便。 (2)電勢反接制動(dòng)（倒拉反轉(zhuǎn)運(yùn)行） 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行。電樞支路突然傳入較大的電阻，則工作點(diǎn)A→B→C→D，D點(diǎn)位于第iv象限，轉(zhuǎn)速為負(fù)，電磁轉(zhuǎn)矩為正，屬于制動(dòng)運(yùn)行。在C點(diǎn)后，負(fù)載轉(zhuǎn)矩大于電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速反向，感應(yīng)電勢也反向，所以稱為電勢反接制動(dòng)。 這種運(yùn)行方式通常用在起重設(shè)備低速下放物體的場合。電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩起制動(dòng)作用，限制了重物的下放速度。 三、回饋制動(dòng) (1)正向回饋制動(dòng) 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)通過降低電壓來減速時(shí)，若電壓下降幅度較大，會(huì)使得工作點(diǎn)經(jīng)過第II象限，如圖中的BC段，轉(zhuǎn)速為正而電磁轉(zhuǎn)矩為負(fù)，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于制動(dòng)狀態(tài)。在這一過程中，由于電源電壓下降，使得EaU,電流方向改變，電能從電動(dòng)機(jī)回饋到電源。 在電力機(jī)車下坡時(shí)，由于重力作用使得電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高于原來的空載轉(zhuǎn)速，Ea增大，超過U以后，電流也會(huì)反向，進(jìn)入正向回饋制動(dòng)狀態(tài)。 (2)反向回饋制動(dòng) 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)勢能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行。 反接電源電壓并給電樞支路串入限流電阻。工作點(diǎn)將會(huì)穩(wěn)定在第iv象限。在D點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速高于理想空載轉(zhuǎn)速，EaU，電流流向電源，屬于反向回饋制動(dòng)。 反向回饋制動(dòng)常用于高速下放重物時(shí)限制電機(jī)轉(zhuǎn)速。 410 直流電機(jī)的換向 旋轉(zhuǎn)著的電樞某元件從一個(gè)支路轉(zhuǎn)換到另外一個(gè)支路時(shí)，元件中的電流變化的過渡過程稱為換向過程。 一、換向過程分析 電刷是支路的分界線；我們研究電刷與2片換向片分別和同時(shí)接觸時(shí)的情況。 換向剛開始時(shí)，元件仍屬于右邊支路，其電流為+ia（右→左）；處于換向過程中時(shí)，元件被電刷短路，電流大小和方向處于變化的過程中；換向結(jié)束時(shí)，元件進(jìn)入左邊支路，其電流已經(jīng)由+ia變?yōu)閕a（左→右）。一個(gè)元件的電流換向過程所需的時(shí)間就稱為換向周期Th，即一個(gè)換向片通過電刷所用的時(shí)間。換向元件的電流從+ia變到ia所用的時(shí)間即為一個(gè)換向周期。Th=～2ms換向問題十分復(fù)雜，換向不良會(huì)在電刷與換向片之間產(chǎn)生火花。當(dāng)火花大到一定程度時(shí)可能損壞換向器表面，從而使電機(jī)不能正常工作。 產(chǎn)生火花的原因除電磁原因外，還有電化學(xué)、工藝、電熱等因素，至今尚無很成熟的理論。二、換向元件中的電勢1．電抗電勢 ex 一般, 換向周期非常短暫,電流的變化會(huì)在繞組元件中產(chǎn)生自感和互感電勢,兩者的合成電勢稱為電抗電勢,用ex表示。 根據(jù)楞次定理，電抗電勢的性質(zhì)總是阻礙線圈中電流的變化,亦即ex的方向企圖與換向前的電流方向相同?；蛘哒f電抗電勢是阻礙換向的。 電抗電勢大小反比于換向周期。 2．電樞反應(yīng)電勢 ea 換向元件切割電樞反應(yīng)磁場，從而產(chǎn)生了電樞反應(yīng)電勢。其方向與ex相同，即其性質(zhì)也是阻礙換向的。其大小為:Ea=2Wy Ba l va3．換向極電勢 eK 換向極電勢是由于換向元件切割換向磁極感應(yīng)的電勢，換向磁極是為改善換向而設(shè)置的。其方向企圖與換向后的電流方向相同，或者說換向極電勢是幫助換向的。 三、影響換向的因素 電磁因素：、化學(xué)、材料等原因 機(jī)械方面的原因如：換向器偏心、片間絕緣凸出、某個(gè)換向片凸出、電刷與換向器表面接觸不好等等；化學(xué)方面：高空缺氧、缺水、某些化工廠的電機(jī)，都可能破壞換向器表面的氧化亞銅薄膜而產(chǎn)生火花。 四、改善換向的方法 ：在換向元件處產(chǎn)生一個(gè)磁勢以抵消該處的電樞反應(yīng)磁勢。再產(chǎn)生一個(gè)磁密，換向元件切割該磁密時(shí)產(chǎn)生一個(gè)能抵消電抗電勢的電勢。換向極繞組應(yīng)與電樞繞組串聯(lián)。 換向磁極的極性判斷原則：對(duì)直流發(fā)電機(jī)是：順轉(zhuǎn)向看與主極極性相同；對(duì)直流電動(dòng)機(jī)是：逆轉(zhuǎn)向看與主極極性相同。 ：裝置在磁極表面的槽內(nèi)，產(chǎn)生抵消電樞反應(yīng)的磁勢，與電樞繞組串聯(lián)。 ：對(duì)于未裝換向極的小型串勵(lì)直流電機(jī)，把電刷從幾何中性線（與處于幾何中性線處的導(dǎo)體接觸）移動(dòng)一個(gè)適當(dāng)?shù)男〗嵌?，使得換向元件產(chǎn)生的感應(yīng)電勢與換向后的電流方向相同。但是電刷移動(dòng)后，會(huì)產(chǎn)生直軸去磁電樞反應(yīng)，導(dǎo)致電壓有些降低、轉(zhuǎn)速稍有升高，可能引起運(yùn)行不穩(wěn)定，故此方法旨在小容量電機(jī)中采用。 判斷電刷移動(dòng)的方向： 對(duì)直流發(fā)電機(jī)是順轉(zhuǎn)向移動(dòng)一個(gè)小角度； 對(duì)直流電動(dòng)機(jī)是逆轉(zhuǎn)向移動(dòng)一個(gè)小角度。 第 5 章 變壓器的結(jié)構(gòu)、原理和額定值51 變壓器的用途和工作原理 變壓器(Transformer)是一種靜止電機(jī)，它可以將一種電壓形式的電能轉(zhuǎn)換為另一種電壓形式的電能。 一、變壓器分類及用途 電力變壓器：電力系統(tǒng)中傳輸和分配電能用的變壓器等。 問題51 遠(yuǎn)距離輸電為什么必須采用高壓輸電？ 電爐變壓器(專