【導(dǎo)讀】《電機(jī)與電氣控制》。江蘇省淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案首頁(yè)。剛開始，由于本書簡(jiǎn)化了工作原理中的反電動(dòng)勢(shì)和阻轉(zhuǎn)矩等。內(nèi)容，掌握起來(lái)學(xué)生還較為輕松，易接受。§1、2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)及銘牌。粉筆、直流電機(jī)的實(shí)際模型。對(duì)直流電動(dòng)機(jī)中的電樞電動(dòng)勢(shì)與直流發(fā)電機(jī)中的電磁轉(zhuǎn)矩的。概念與作用學(xué)生學(xué)起來(lái)易混，特列成表格對(duì)比，方便記憶，效果。§3、1電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程。恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載和恒功率負(fù)載。對(duì)于負(fù)載機(jī)械特性通過(guò)各種特例（起重機(jī)、電車、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性方程及曲線特點(diǎn)。將固有機(jī)械特性方程與簡(jiǎn)單的一次函數(shù)相對(duì)應(yīng)講解n0和硬度。β，學(xué)生容易理解。掌握調(diào)速方法與原理。調(diào)速過(guò)程及特點(diǎn)、性能比較。通過(guò)習(xí)題課的練習(xí)，進(jìn)一步了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，基本上對(duì)基本知識(shí)點(diǎn)都能掌握住。并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的自勵(lì)條件的推出。理論描述起來(lái)學(xué)生易理解，課堂氣氛也較好。

　　

【正文】 n 與電磁轉(zhuǎn)矩 T 之間的關(guān)系 n=f（ T）。 機(jī)械特性方程 根據(jù)電壓平衡方程 U=Ea+Ia（ Ra+R） Ea = U Ia（ Ra+R） Ceф n = U Ia（ Ra+R） n = U/ Ceф Ia（ Ra+R） / Ceф 又因?yàn)?Ia =T/ CTф 所以 n = U/ Ceф （ Ra+R） T/ CeCTф 2 =n0βT 式中 n0 = U/ Ceф 理想空載轉(zhuǎn)速 β=（ Ra+R） / CeCTф 2 機(jī)械特性的斜率 固有機(jī)械特性 條件：當(dāng) U=UN， ф =ф N， R=0 時(shí)的機(jī)械特性 固有機(jī)械特性方程為： n = UN/ Ceф N （ Ra+R） T/ CeCTф N2 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性曲線如下： 特點(diǎn)： 隨著電磁轉(zhuǎn)矩 T 的增大，轉(zhuǎn)速 n 降 低，其特性是 略下斜 的直線； 機(jī)械特性的斜率 β=Ra/ CeCTф N2 ， 其值很小，特性較平，習(xí)慣上稱之為 硬特性 △ n N = n0 n N ,為額定轉(zhuǎn)速差 當(dāng) T=0 時(shí)， n =n0 = U N / Ceф N ，為 理想 空載轉(zhuǎn)速，因?yàn)?T是不可能為 0 的，電動(dòng)機(jī)要旋轉(zhuǎn)起來(lái)， T必須要克服一定的摩擦力，n T △ nN nN n0 TN 所以 n0 是理想化的狀態(tài)； 2 直流電動(dòng)機(jī)的人為機(jī)械特性 提出問(wèn)題 ：一臺(tái)電動(dòng)機(jī)只有一條固有機(jī)械特性，對(duì)于某一負(fù)載轉(zhuǎn)矩，只有一個(gè)固有的轉(zhuǎn)速，這顯然無(wú)法達(dá)到實(shí)際拖動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)速變化的要求。 解決問(wèn)題 ：人為地改變電動(dòng)機(jī)的參數(shù)，如 電樞電壓、電樞回路電阻和磁通，相應(yīng)地便得到三種人為機(jī)械特性： 一、電樞回路串電阻 n = UN/ Ceф N （ Ra+R） T/ CeCTф N2 由方程得： n0 不變 β變大，穩(wěn)定性能變差 所得曲線如右圖（ 紅線 ） 二、改變電源電壓 n = U/ Ceф N （ Ra+R） T/ CeCTф N2 由方程得： 一般只能 U UN ， 所以 n0 變小 β不變，穩(wěn)定性能不變 所得曲線如右圖（ 綠線 ） 三、改變磁通 ф n = UN/ Ceф （ Ra+R） T/ CeCTф 2 由方程得： 一般只能 ф ф N ， 所以 n0 變大 β變大，穩(wěn)定性能變差 所得曲線如右圖（ 藍(lán)線 ） n T nN n0 TN 4 直流電動(dòng)機(jī)的拖動(dòng) 電力拖動(dòng)的定義：各種原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的工作機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)，完成一定生產(chǎn)任務(wù)的過(guò)程。 一、 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式 電力系統(tǒng)組成：電動(dòng)機(jī)、生產(chǎn)機(jī)械的工作機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制設(shè)備以及電源 電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程 主要物理量： n、 T、 TL （忽略空載轉(zhuǎn)矩 T0） 當(dāng) T=TL 時(shí)，電機(jī)恒轉(zhuǎn)速運(yùn)行 當(dāng) TTL 時(shí)，加速運(yùn)行的過(guò)渡過(guò)程 當(dāng) T TL 時(shí)，減速運(yùn)行的過(guò)渡過(guò)程 電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程 TTL =GD2/375*(dn/dt) 4 、 1 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和反轉(zhuǎn) 一、了解起動(dòng)過(guò)程 ： 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子從靜止開始轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，最后達(dá)到轉(zhuǎn)速穩(wěn)定狀態(tài)的過(guò)程 復(fù)習(xí) 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理：輸入電能，電樞繞組有了電樞電流，通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到電磁力的作用形成電磁轉(zhuǎn)矩 T 克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)起來(lái)。 分析證明； TTL ,帶動(dòng)轉(zhuǎn)子加速運(yùn)動(dòng) T=TL ,帶動(dòng)轉(zhuǎn)子穩(wěn)定運(yùn)動(dòng) 得出結(jié)論：起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 T 有足夠大 二、直接起動(dòng)（全壓起動(dòng)） 研究起動(dòng)過(guò)程： 起動(dòng)瞬間， n=0 Ea =Ceф n=0 Ias=(UNEa)/Ra= UN/Ra 由于 Ra 很小， Ias 過(guò)大 [Ias=（ 1020） IaN] 所以 Ts= CTф Ias 過(guò)大 發(fā)現(xiàn)問(wèn)題 Ias 過(guò)大的危害：是電網(wǎng)電壓波動(dòng)，換向困難，甚至產(chǎn)生環(huán)火； Ts 過(guò)大的危害： 是電動(dòng)機(jī)和機(jī)械受到?jīng)_擊以至損壞，不允許直接起動(dòng)（ 除小容量電機(jī) ） 提出起動(dòng)的主要要求： Is Ts（ TsTL ,才 能使電動(dòng)機(jī)有動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩和一定的加速度 ） 解決問(wèn)題： Is= UN/Ra ，為了減小 Is 方法有電樞回路串電 阻起動(dòng)和降壓起動(dòng) b. Ts= CTф Ias 足夠大，讓 ф 達(dá)到最大，將勵(lì)磁電流 If 調(diào) 到最大，將勵(lì)磁電阻調(diào)節(jié)到最小。 三、起動(dòng)方法 電樞回路串電阻起動(dòng) （適用于中小型直流電動(dòng)機(jī)） Is= UN/Ra+R1+R2+R3 下降， T= CTф NIas 足夠大 ㈠ 研究起動(dòng)過(guò)程： 轉(zhuǎn)子 n=0 開始上升， Ea 變大 Ia =(UNEa)/Ra+R1+R2+R3 變小T =CTф Ia 變小，加速度 a變小，不能快速起動(dòng) ㈡ 解決方法： 分段 切除電阻 在起動(dòng)過(guò)程中 Ia 回升， T隨之變大，加速度 a變大 ㈢ 達(dá)到目的：實(shí)現(xiàn)快速起動(dòng)，減少電阻所引起的損耗 降壓起動(dòng)（ 經(jīng)常起動(dòng)或大中型電動(dòng)機(jī)起動(dòng) ） Is= U/Ra 下降， T= CTф NIs 足夠大 ㈠ 研究起動(dòng)過(guò)程： 轉(zhuǎn)子 n=0 開始上升， Ea 變大 Ia =(UNEa)/Ra 變小 T =CTф Ia 變小，加速度 a變小，不能快速起動(dòng) ㈡ 解決方法： 連續(xù) 上升電壓 在起 動(dòng)過(guò)程中 Ia 回升， T隨之變大，加速度 a變大 ㈢ 達(dá)到目的：實(shí)現(xiàn)快速起動(dòng) 四、兩種起動(dòng)方法比較： 分析過(guò)程： a、兩種起動(dòng)過(guò)程中方法不一樣，如：電樞回路串電阻，采用分段切除電阻，每切除一個(gè)電阻， Ia 會(huì) 忽然 增加， T 突增 ，給機(jī)械一個(gè)沖擊，使得運(yùn)行的平滑性不好；而降壓起動(dòng)采用自動(dòng)控制環(huán)節(jié)可以連續(xù)上升電壓，保證了電機(jī)的平滑性。 b、采用 電樞回路串電阻起動(dòng)的方法，電阻串聯(lián)在電路中總會(huì)消耗能量，故 損耗大 。 分析結(jié)果： 降壓起動(dòng)較好 。故兩種方法適用場(chǎng)所不同 適用場(chǎng)所：電樞回路串電阻起動(dòng)適用于 中小容量的直流電動(dòng) 機(jī) 降壓起動(dòng)適用于 經(jīng)常起動(dòng)或大中型電動(dòng)機(jī)起動(dòng) 五、直流電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn) 改變電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向，需要電動(dòng)機(jī)反方向起動(dòng)和運(yùn)行，即需要改變電磁轉(zhuǎn)矩的方向。 由電磁轉(zhuǎn)矩公式 T =CTф Ia 可知，改變 電磁轉(zhuǎn)矩方向的方法： 保持電樞繞組兩端極性不便，將勵(lì)磁繞組反接（改變 ф 方向） 保持勵(lì)磁繞組兩端極性不便，將電樞繞組反接（改變 Ia方向） 2 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)調(diào)速 一、衡量調(diào)速性能指標(biāo)： 1. 調(diào)速范圍：電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)額定負(fù)載時(shí)，所能達(dá)到的最大轉(zhuǎn)速與最小轉(zhuǎn)速之比。 2. 調(diào)速平滑性：電動(dòng)機(jī)的兩個(gè)相鄰調(diào)速級(jí)的轉(zhuǎn)速之比稱為調(diào)速平滑性。有 級(jí)調(diào)速和無(wú)級(jí)調(diào)速。 3. 調(diào)速穩(wěn)定性 4. 調(diào)速經(jīng)濟(jì)性 二、調(diào)速方法： 1. 電樞回路串電阻調(diào)速 曲線 2 為串電阻調(diào)速 2 的電阻比 1 的電阻 大 特點(diǎn)：向下調(diào)速； 有級(jí)調(diào)速； 穩(wěn)定性能變差； 損耗大 2. 降壓調(diào)速 曲線 2 為降壓調(diào)速 2 的電壓比 1 的電壓 低 特點(diǎn)：向下調(diào)速； 無(wú)級(jí)調(diào)速； 穩(wěn)定性能不變 效率高 2 A B C n T n0 nN TN 1 2 A B C n T n0 nN TN 1 3. 弱磁調(diào)速 曲線 2 為弱磁調(diào)速 2 的磁通比 1 的磁通 小 特點(diǎn)：向上調(diào)速； 無(wú)級(jí)調(diào)速； 穩(wěn)定性能變差； 有關(guān)調(diào)速 的計(jì)算題例 P、 48 3 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng) 制動(dòng)：電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 T 與轉(zhuǎn)速 n 相反 時(shí)，處于制動(dòng)狀態(tài) 電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)方法有： 能耗制動(dòng) 反接制動(dòng) 回饋制動(dòng) 一、能耗制動(dòng) 方法：切斷電源，串接電阻 過(guò)程：直流電動(dòng)機(jī)相當(dāng)于發(fā)電機(jī)，將擁有的 動(dòng)能 轉(zhuǎn)換成 電能 消耗在所串接電阻 RZ上 制動(dòng)原理：由于改變電樞電流方向，電磁轉(zhuǎn)矩 T 的方向也改變，這時(shí)轉(zhuǎn)速 n 與 T 的方向相反，電動(dòng)機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài) 二、反接制動(dòng) 倒拉反接制動(dòng) 方法：制動(dòng)時(shí)采用串接大電阻 RZ 過(guò)程：制動(dòng)瞬間，由于串接大電阻 RZ 使電樞電流下降，引起 T 下降，在保證 T 小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL ， n 下降，處于制動(dòng)狀態(tài)，1 2 A B C n T n0 nN TN 直到 n 為 0，在 TL 的作用下， n 反轉(zhuǎn)，只要 TL T， n 加速，T 方向不變，反電動(dòng)勢(shì)改變，直到 TL =T， n 穩(wěn)定下放重物； 電源反接制動(dòng) 方法：改變電樞電源的極性 過(guò)程：電源反接，改變電樞電流的方向，這樣 T 的方向也改變，使得 n 與 T 的方向相反 注意點(diǎn)： 在反接瞬間， Ia=（ UEa） /Ra 會(huì)很大，所以要在電樞回路串接制動(dòng)電阻 RZ 要讓電動(dòng)機(jī)停車，在 n 要接近為 0 時(shí)，立即切斷電源 三、回饋制動(dòng) 方法：由于某種原因，使得電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn) 速 nn1 (下放重物時(shí) ) 過(guò)程： nn1 ， UEa，電樞電流數(shù)值為負(fù)的，此時(shí)產(chǎn)生的 T 的方向也改變， n 與 T 反向，處于制動(dòng)狀態(tài)，直到 TL =T， n 穩(wěn)定高速下放重物； 5 直流電動(dòng)機(jī)的電氣控制 學(xué)習(xí)目的：了解實(shí)現(xiàn)過(guò)程 起動(dòng)控制 調(diào)速控制 制動(dòng)控制 CHAP 3 變壓器 學(xué)習(xí)要求： 掌握變壓器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、運(yùn)行特性、銘牌 1 變壓器的構(gòu)造和基本原理 1 變壓器的構(gòu)造及其分類 一、變壓器： 定義：是一種利用 電磁原理 工作的 靜止 裝置 主要功能：一種交變電壓變?yōu)橥活l率的另 一種或幾種電壓 基本組成：鐵心、繞組 二：變壓器的構(gòu)造 鐵心： 1）鐵心結(jié)構(gòu)：按照繞組套入心柱的形式，鐵心分為 心式 結(jié)構(gòu)和 殼式 結(jié)構(gòu)兩種； 2）疊片形式：硅鋼片裁成條狀，采用交錯(cuò)疊片的方式疊裝而成，接縫互相錯(cuò)開，為了減少氣隙和磁阻。 繞組 分類 ：按高低、壓 在鐵心上放置方式的不同，繞組有 同心式 和 交疊式 附件 變壓器的分類 1）按相數(shù)的不同 變壓器可分為 單相 變壓器、 三相 變壓器和 多相 變壓器； 2）按繞組數(shù)目不同 變壓器可分為 雙 繞組變壓器、 三 繞組變壓器、 多 繞組變壓器和自耦變壓器； 3）按冷卻方式不 同 變壓器可分為油浸式變壓器、充氣式變壓器和干式變壓器。油浸式變壓器又可分為：油 浸自冷式、油浸風(fēng)冷式和強(qiáng)迫油循環(huán)變壓器。 4）按用途不同 變壓器可分為電力變壓器、特種變壓器、儀用互感器、試驗(yàn)用的高壓變壓器等。 2 變壓器的基本工作原理 1 變壓器的基本工作原理 相關(guān)名稱： 一次繞組，匝數(shù) N1 二次繞組，匝數(shù) N2 工作條件：一次側(cè)要加交變電壓 磁場(chǎng)分布： 主磁通：大部分經(jīng)過(guò)磁阻很小的鐵心閉和，與一次、二次繞組同 時(shí)交鏈 漏磁通：很少一部分磁通經(jīng)過(guò)磁阻很大的油或空氣閉 和 工作原理： 一次側(cè)繞組通交流電，產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)，由楞次定律可知線圈有阻礙磁場(chǎng)變化的特點(diǎn)，一次電流交鏈的交變磁通在一次、二次繞組中都會(huì)產(chǎn)生交變感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 特點(diǎn)： 傳遞 交流電能，而不能產(chǎn)生電能； 改變交流電壓或電流的大小， 不改變頻率 ； 不改變 電壓和電流大小的乘積（ 功率 ） 3 變壓器的銘牌數(shù)據(jù) 變壓器的型號(hào) 變壓器的額定值 (1)額定容量 SN (2)額定電壓 U1N／ U2N 是指變壓器空載時(shí)，各繞組端頭電壓的保證值，對(duì)三相變 壓器指的是線電壓，單位是 V和 k (3)額定電流 I1N／ I2N是指變壓器允許長(zhǎng)期通過(guò)的電流，單位是 A。 (4)額定頻率 f 3． 2 變壓器的運(yùn)行分析 1 變壓器的空載運(yùn)行 N2 N 1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 空載運(yùn)行時(shí)的物理情況 ⑴ 二次側(cè)空載所以 i2=0， U2=E2 ⑵ 一次側(cè)電流 i0 叫空載電流（或勵(lì)磁電流）； ⑶ 輸出功率 P2 =0，所以輸入功率 P1 幾乎為 0