【文章內容簡介】 Φ)n=U/(CeΦ)(Ra+Rp)/(CeCTΦ2)T = n0LkT 其中，n0=U/(CeΦ)為理想空載轉速，而k=(Ra+Rp)/(CeCTΦ2)為機械特性的斜率。 二、固有機械特性 n=f(T) 改變三個量U、Φ、Rp 中任意一個，可以改變機械特性曲線形狀。 U=UN, Φ=ΦN, Rp=0時的機械特性稱為固有機械特性。其方程為 n = U / (CeΦN) RaT/(CeCTΦN2) 由于Ra很小，轉矩T增大時，n下降很小，他勵電動機的固有機械特性是一條比較平的下降曲線。（即屬硬特性） 二、人為（人工）機械特性 n=f(T) 改變三個量U、Φ、Rp之一而其他量不變時可以得到人為機械特性。 圖1圖21）電樞回路串電阻時的人為機械特性，圖1所示 n=U/(CeΦN)（Ra+Rp)T/(CeCTΦN2)對應于不同的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械特性,圖2所示n = U / (CeΦN) RaT/(CeCTΦN2)斜率不變，理想空載轉速n0l不同的一簇平行線。(UUN) （3）減少電動機氣隙磁通的人為機械特性 n = U / (CeΦ)RaT / (CeCTΦ2) Φ減少時，n0L和k同時增大。 44 串勵直流電動機的機械特性 n = U / (CeΦN) RaT / (CeCTΦN2) 串勵電動機的勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，所以Ra是電樞繞組與串勵繞組電阻之和且串勵電流 I = Ia，故T=CTΦIa=CT K Ia2, 解出Ia并帶入上式可得： 電壓不變時，n與sqrt(T)反比，當負載轉矩增大時，轉速n下降很快。(軟特性) 上述結論是在負載較小、電流較小電機不飽和的情況下得出的。 并勵電動機的n = f (T) 是斜率很小的一次曲線。（硬特性） 當負載轉矩很小時，T也很小，n會達到危險的高值，所以串勵電動機不允許空載啟動和運行。 同樣大的起動電流時，串勵電動機能產生更大的啟動轉矩，常用于啟動較為困難的場合。 串勵電動機轉矩增大時轉速在減少，功率增加緩慢，故該電機過載能力較強。 45 復勵直流電動機的機械特性 復勵直流電動機既有并勵繞組又有串勵繞組。其機械特性介于并勵和串勵電動機之間。 如果并勵繞組起主導作用，則特性接近并勵電動機。如果串勵繞組起主導作用，則接近串勵電動機。 復勵電動機空載時，由于有并勵繞組接通，所以空載轉速不會太高。 各種直流電動機機械特性比較： 46 負載的機械特性電動機拖動生產機械運轉，構成一個電力拖動系統(tǒng)，其工作狀況不僅取決于電動機的特性，同時也取決于作為負載的生產機械的特性。 生產機械的負載轉矩與轉速之間的關系稱為負載的機械特性。由負載性質決定。 一、恒轉矩負載 負載轉矩的大小為常量，與轉速無關。(1)反抗性恒轉矩負載:轉矩方向總是和轉速方向相反，永遠是阻轉矩。(2)勢能性恒轉矩負載：轉矩方向不隨轉速方向改變。如重力型負載。 二、泵類負載 轉矩的大小與轉速平方成正比。例如：泵，風機等三、恒功率負載 負載轉矩基本上與轉速反比。例如：車床進刀。功率基本不變。 47 電動機穩(wěn)定運行的條件 最簡單的電力拖動系統(tǒng)就是電動機與生產機械軸對軸直接相連。 實際情況復雜得多，但可以簡化為簡單情況來分析。 電動機負載運行時，一般負載轉矩T2T0，故在拖動分析時忽略T0。 同軸相連時，電動機與負載的轉速始終相等。 當電動機的轉矩T T2時，系統(tǒng)加速；反之，系統(tǒng)減速。T=T2時，系統(tǒng)轉速穩(wěn)定。也就是說在電動機的機械特性與負載的機械特性的交點處轉速將不變。 轉速不變并不意味著電動機在該點就能穩(wěn)定運行。 判斷工作點是否穩(wěn)定的方法為： 給該點施加干擾，使轉速變化，然后取消干擾，如果轉速能恢復，則該點為穩(wěn)定點，反之為不穩(wěn)定點 圖中分別給出了穩(wěn)定點與不穩(wěn)定點的實例。 穩(wěn)定運行的條件為: (1)電動機與負載兩條機械特性有交點； (2)交點處應符合 dTz/dn dT/dn 。48 他勵直流電動機調速方法1. 拖動一定的負載運行，其轉速由工作點決定。如果調節(jié)某些參數(shù)，則可以改變轉速。 n = U / (CeΦ) [(Ra+Rp) / (CeCTΦ2)]T = n0L kT 2. 直流電動機的調速方法有三種: (1)改變電樞回路外串電阻Rtj； (2)改變勵磁回路外串電阻Rf即改變磁通Φ； (3)改變電樞電壓U。 3. 三種調速方法實質上都是改變了電動機的機械特性曲線形狀，使之與負載機械特性曲線的交點改變，以達到調速的目的。 一、改變電樞電壓調速（設TZ為常數(shù)） 降低電樞電壓時，電動機機械特性平行下移。負載不變時，交點也下移，速度也隨之改變。 優(yōu)點：調速后，轉速穩(wěn)定性不變、無級、平滑、損耗小。便于計算機控制。 缺點：需要專門設備，成本較高。（可控硅調壓調速系統(tǒng)）二、改變勵磁電流調速(調節(jié)勵磁電阻) （設TZ為常數(shù)） 增大勵磁電阻即減少勵磁電流時，磁通Φ減少，電動機機械特性n0L點和斜率增大。負載不變時，交點也下移，速度也隨之改變。 優(yōu)點：勵磁回路電流小約為(1~3)% IN , 損耗小，連續(xù)調速，易控制。 缺點：只能上調，最高轉速受機械強度的限制，負載轉矩大時調速范圍小。三、電樞回路串入調節(jié)電阻調速 調節(jié)電阻Rp增大時，電動機機械特性的斜率增大，與負載機械特性的交點也會改變，達到調速目的。 優(yōu)點：設備簡單、操作方便。 缺點：只能在低于固有機械特性的范圍內調速，低轉速時變化率較大，電樞電流較大，調速過程中有損耗。四、改變電動機轉向的方法 要改變電動機轉向，就必須改變電磁轉矩的方向。 T = CT Φ Ia 根據(jù)電動機的工作原理，單獨改變磁通方向（即通過改變勵磁繞組連接）或者單獨改變電樞電流的方向，均可以改變電磁轉矩的方向。 故改變轉向的方法： (1)對于并勵電動機，單獨將勵磁繞組引出端對調。 (2)單獨將電樞繞組引出端對調。對于復勵電動機，應將電樞引出端對調或者同時將并勵繞組和串勵繞組引出段分別對調（維持加復勵狀態(tài)）。49 直流電動機的制動（Retardation） 制動問題：在生產過程中，經常需要采取一些措施使電動機盡快停轉，或者從某高速降到某低速運轉，或者限制位能性負載在某一轉速下穩(wěn)定運轉，這就是電動機的制動問題。 實現(xiàn)制動有兩種方法，機械制動和電磁制動。電磁制動是使電機在制動時使電機產生與其旋轉方向相反的電磁轉矩,其特點是制動轉矩大,操作控制方便。 直流電動機的電磁制動類型有能耗制動、反接制動和回饋制動。 一、能耗制動 （1）能耗制動過程 BO 電機：他勵； 負載：反抗性恒轉矩負載 閘刀合向電源時，電動機處于正向電動機運行狀態(tài)。 制動時將閘刀合向制動電阻。轉子由于慣性繼續(xù)旋轉，感應電勢Ea方向不變，電流方向改變了，電磁轉矩T = CTΦ Ia方向也隨之改變成為制動轉矩，使轉速迅速下降。 電機處于發(fā)電狀態(tài)，轉子動能轉化為電能消耗在制動電阻上。所以稱為能耗制動。 n=U/(CeΦN)（Ra+Rp)T/(CeCTΦN2) 制動電阻越小，制動開始時產生的制動轉矩就越大。 高速時能耗制動作用較大，低速時應配合機械制動裝置使系統(tǒng)停掉。 （2）能耗制動運行OC 電機：他勵；負載：勢能性恒轉矩負載 采用能耗制動時，工作點從A→B→O,B→O是能耗制動過程，到了O點后，如不采取其他制動措施，則系統(tǒng)會在負載轉矩的作用下反轉，工作點沿著能耗制動曲線到達C后才穩(wěn)定運行。在C點，電磁轉矩為負，與轉速方向相反是制動轉矩。在C點的運行方式稱為能耗制動運行。 二、反接制動 (1)電壓反接制動 他勵電動機拖動反抗性恒轉矩負載運行。 通過反接閘刀把電源突然反接，同時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A→B→C,在C點時，n=0。這時應將電源切掉。在B→C的過程中轉速為正，電磁轉矩為負，起制動作用。如果在C點時，電動機的轉矩大于負載轉矩(絕對值)而沒有切除電源，則電動機在電磁轉矩作用下將反向起動，作為反轉的電動機運行。如圖中的D點。 對于頻繁正反轉的電力拖動系統(tǒng)，常采用這種先反接制動停車，再反向起動的運行方式，達到迅速制動并反轉的目的。對于要求準確停車的系統(tǒng)，采用能耗制動較為方便。 (2)電勢反接制動（倒拉反轉運行） 他勵電動機拖動位能性恒轉矩負載運行。電樞支路突然傳入較大的電阻，則工作點A→B→C→D，D點位于第iv象限，轉速為負，電磁轉矩為正，屬于制動運行。在C點后，負載轉矩大于電磁轉矩，轉速反向，感應電勢也反向，所以稱為電勢反接制動。 這種運行方式通常用在起重設備低速下放物體的場合。電動機的電磁轉矩起制動作用，限制了重物的下放速度。 三、回饋制動 (1)正向回饋制動 他勵直流電動機通過降低電壓來減速時，若電壓下降幅度較大，會使得工作點經過第II象限，如圖中的BC段，轉速為正而電磁轉矩為負，電動機運行于制動狀態(tài)。在這一過程中，由于電源電壓下降，使得EaU,電流方向改變，電能從電動機回饋到電源。 在電力機車下坡時，由于重力作用使得電動機轉速高于原來的空載轉速，Ea增大，超過U以后，電流也會反向，進入正向回饋制動狀態(tài)。 (2)反向回饋制動 他勵電動機拖動勢能性恒轉矩負載運行。 反接電源電壓并給電樞支路串入限流電阻。工作點將會穩(wěn)定在第iv象限。在D點，電動機的轉速高于理想空載轉速，EaU，電流流向電源，屬于反向回饋制動。 反向回饋制動常用于高速下放重物時限制電機轉速。 410 直流電機的換向 旋轉著的電樞某元件從一個支路轉換到另外一個支路時，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接觸時的情況。 換向剛開始時，元件仍屬于右邊支路，其電流為+ia（右→左）；處于換向過程中時，元件被電刷短路，電流大小和方向處于變化的過程中；換向結束時，元件進入左邊支路，其電流已經由+ia變?yōu)閕a（左→右）。一個元件的電流換向過程所需的時間就稱為換向周期Th，即一個換向片通過電刷所用的時間。換向元件的電流從+ia變到ia所用的時間即為一個換向周期。Th=～2ms換向問題十分復雜，換向不良會在電刷與換向片之間產生火花。當火花大到一定程度時可能損壞換向器表面，從而使電機不能正常工作。 產生火花的原因除電磁原因外，還有電化學、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,電流的變化會在繞組元件中產生自感和互感電勢,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．電樞反應電勢 ea 換向元件切割電樞反應磁場，從而產生了電樞反應電勢。其方向與ex相同，即其性質也是阻礙換向的。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的電勢，換向磁極是為改善換向而設置的。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、材料等原因 機械方面的原因如：換向器偏心、片間絕緣凸出、某個換向片凸出、電刷與換向器表面接觸不好等等；化學方面：高空缺氧、缺水、某些化工廠的電機，都可能破壞換向器表面的氧化亞銅薄膜而產生火花。 四、改善換向的方法 ：在換向元件處產生一個磁勢以抵消該處的電樞反應磁勢。再產生一個磁密，換向元件切割該磁密時產生一個能抵消電抗電勢的電勢。換向極繞組應與電樞繞組串聯(lián)。 換向磁極的極性判斷原則：對直流發(fā)電機是：順轉向看與主極極性相同；對直流電動機是：逆轉向看與主極極性相同。 ：裝置在磁極表面的槽內，產生抵消電樞反應的磁勢，與電樞繞組串聯(lián)。 ：對于未裝換向極的小型串勵直流電機，把電刷從幾何中性線（與處于幾何中性線處的導體接觸）移動一個適當?shù)男〗嵌?，使得換向元件產生的感應電勢與換向后的電流方向相同。但是電刷移動后，會產生直軸去磁電樞反應，導致電壓有些降低、轉速稍有升高，可能引起運行不穩(wěn)定，故此方法旨在小容量電機中采用。 判斷電刷移動的方向： 對直流發(fā)電機是順轉向移動一個小角度； 對直流電動機是逆轉向移動一個小角度。 第 5 章 變壓器的結構、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，它可以將一種電壓形式的電能轉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 遠距離輸電為什么必須采用高壓輸電？ 電爐變壓器(專