【導讀】《電機與電氣控制》。江蘇省淮安信息職業(yè)技術(shù)學院教案首頁。剛開始，由于本書簡化了工作原理中的反電動勢和阻轉(zhuǎn)矩等。內(nèi)容，掌握起來學生還較為輕松，易接受。§1、2直流電機的結(jié)構(gòu)及銘牌。粉筆、直流電機的實際模型。對直流電動機中的電樞電動勢與直流發(fā)電機中的電磁轉(zhuǎn)矩的。概念與作用學生學起來易混，特列成表格對比，方便記憶，效果。§3、1電力拖動系統(tǒng)的運動方程。恒轉(zhuǎn)矩負載和恒功率負載。對于負載機械特性通過各種特例（起重機、電車、他勵直流電動機的固有機械特性方程及曲線特點。將固有機械特性方程與簡單的一次函數(shù)相對應講解n0和硬度。β，學生容易理解。掌握調(diào)速方法與原理。調(diào)速過程及特點、性能比較。通過習題課的練習，進一步了解學生的學習狀況，基本上對基本知識點都能掌握住。并勵直流發(fā)電機的自勵條件的推出。理論描述起來學生易理解，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 又因為 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 機械特性的斜率 固有機械特性 條件：當 U=UN， ф =ф N， R=0 時的機械特性 固有機械特性方程為： n = UN/ Ceф N （ Ra+R） T/ CeCTф N2 他勵直流電動機固有機械特性曲線如下： 特點： 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； 機械特性的斜率 β=Ra/ CeCTф N2 ， 其值很小，特性較平，習慣上稱之為 硬特性 △ n N = n0 n N ,為額定轉(zhuǎn)速差 當 T=0 時， n =n0 = U N / Ceф N ，為 理想 空載轉(zhuǎn)速，因為 T是不可能為 0 的，電動機要旋轉(zhuǎn)起來， 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 直流電動機的人為機械特性 提出問題 ：一臺電動機只有一條固有機械特性，對于某一負載轉(zhuǎn)矩，只有一個固有的轉(zhuǎn)速，這顯然無法達到實際拖動對轉(zhuǎn)速變化的要求。 解決問題 ：人為地改變電動機的參數(shù)，如 電樞電壓、電樞回路電阻和磁通，相應地便得到三種人為機械特性： 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（ 藍線 ） n T nN n0 TN 4 直流電動機的拖動 電力拖動的定義：各種原動機帶動生產(chǎn)機械的工作機構(gòu)運轉(zhuǎn)，完成一定生產(chǎn)任務的過程。 一、 電力拖動系統(tǒng)的運動方程式 電力系統(tǒng)組成：電動機、生產(chǎn)機械的工作機構(gòu)、傳動機構(gòu)、控制設(shè)備以及電源 電力拖動系統(tǒng)運動方程 主要物理量： n、 T、 TL （忽略空載轉(zhuǎn)矩 T0） 當 T=TL 時，電機恒轉(zhuǎn)速運行 當 TTL 時，加速運行的過渡過程 當 T TL 時，減速運行的過渡過程 電力拖動系統(tǒng)運動方程 TTL =GD2/375*(dn/dt) 4 、 1 他勵電動機的起動和反轉(zhuǎn) 一、了解起動過程 ： 電動機轉(zhuǎn)子從靜止開始轉(zhuǎn)動起來，最后達到轉(zhuǎn)速穩(wěn)定狀態(tài)的過程 復習 直流電動機的工作原理：輸入電能，電樞繞組有了電樞電流，通電導線在磁場中受到電磁力的作用形成電磁轉(zhuǎn)矩 T 克服負載轉(zhuǎn)矩 TL，帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)起來。 分析證明； TTL ,帶動轉(zhuǎn)子加速運動 T=TL ,帶動轉(zhuǎn)子穩(wěn)定運動 得出結(jié)論：起動轉(zhuǎn)矩 T 有足夠大 二、直接起動（全壓起動） 研究起動過程： 起動瞬間， n=0 Ea =Ceф n=0 Ias=(UNEa)/Ra= UN/Ra 由于 Ra 很小， Ias 過大 [Ias=（ 1020） IaN] 所以 Ts= CTф Ias 過大 發(fā)現(xiàn)問題 Ias 過大的危害：是電網(wǎng)電壓波動，換向困難，甚至產(chǎn)生環(huán)火； Ts 過大的危害： 是電動機和機械受到?jīng)_擊以至損壞，不允許直接起動（ 除小容量電機 ） 提出起動的主要要求： Is Ts（ TsTL ,才 能使電動機有動態(tài)轉(zhuǎn)矩和一定的加速度 ） 解決問題： Is= UN/Ra ，為了減小 Is 方法有電樞回路串電 阻起動和降壓起動 b. Ts= CTф Ias 足夠大，讓 ф 達到最大，將勵磁電流 If 調(diào) 到最大，將勵磁電阻調(diào)節(jié)到最小。 三、起動方法 電樞回路串電阻起動 （適用于中小型直流電動機） Is= UN/Ra+R1+R2+R3 下降， T= CTф NIas 足夠大 ㈠ 研究起動過程： 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 ㈡ 解決方法： 分段 切除電阻 在起動過程中 Ia 回升， T隨之變大，加速度 a變大 ㈢ 達到目的：實現(xiàn)快速起動，減少電阻所引起的損耗 降壓起動（ 經(jīng)常起動或大中型電動機起動 ） Is= U/Ra 下降， T= CTф NIs 足夠大 ㈠ 研究起動過程： 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 ㈡ 解決方法： 連續(xù) 上升電壓 在起 動過程中 Ia 回升， T隨之變大，加速度 a變大 ㈢ 達到目的：實現(xiàn)快速起動 四、兩種起動方法比較： 分析過程： a、兩種起動過程中方法不一樣，如：電樞回路串電阻，采用分段切除電阻，每切除一個電阻， Ia 會 忽然 增加， T 突增 ，給機械一個沖擊，使得運行的平滑性不好；而降壓起動采用自動控制環(huán)節(jié)可以連續(xù)上升電壓，保證了電機的平滑性。 b、采用 電樞回路串電阻起動的方法，電阻串聯(lián)在電路中總會消耗能量，故 損耗大 。 分析結(jié)果： 降壓起動較好 。故兩種方法適用場所不同 適用場所：電樞回路串電阻起動適用于 中小容量的直流電動 機 降壓起動適用于 經(jīng)常起動或大中型電動機起動 五、直流電動機的反轉(zhuǎn) 改變電動機的運動方向，需要電動機反方向起動和運行，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，將勵磁繞組反接（改變 ф 方向） 保持勵磁繞組兩端極性不便，將電樞繞組反接（改變 Ia方向） 2 他勵電動機調(diào)速 一、衡量調(diào)速性能指標： 1. 調(diào)速范圍：電動機拖動額定負載時，所能達到的最大轉(zhuǎn)速與最小轉(zhuǎn)速之比。 2. 調(diào)速平滑性：電動機的兩個相鄰調(diào)速級的轉(zhuǎn)速之比稱為調(diào)速平滑性。有 級調(diào)速和無級調(diào)速。 3. 調(diào)速穩(wěn)定性 4. 調(diào)速經(jīng)濟性 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：向下調(diào)速； 有級調(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：向下調(diào)速； 無級調(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：向上調(diào)速； 無級調(diào)速； 穩(wěn)定性能變差； 有關(guān)調(diào)速 的計算題例 P、 48 3 他勵直流電動機的制動 制動：電動機的電磁轉(zhuǎn)矩 T 與轉(zhuǎn)速 n 相反 時，處于制動狀態(tài) 電動機的制動方法有： 能耗制動 反接制動 回饋制動 一、能耗制動 方法：切斷電源，串接電阻 過程：直流電動機相當于發(fā)電機，將擁有的 動能 轉(zhuǎn)換成 電能 消耗在所串接電阻 RZ上 制動原理：由于改變電樞電流方向，電磁轉(zhuǎn)矩 T 的方向也改變，這時轉(zhuǎn)速 n 與 T 的方向相反，電動機處于制動狀態(tài) 二、反接制動 倒拉反接制動 方法：制動時采用串接大電阻 RZ 過程：制動瞬間，由于串接大電阻 RZ 使電樞電流下降，引起 T 下降，在保證 T 小于負載轉(zhuǎn)矩 TL ， n 下降，處于制動狀態(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，反電動勢改變，直到 TL =T， n 穩(wěn)定下放重物； 電源反接制動 方法：改變電樞電源的極性 過程：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： 在反接瞬間， Ia=（ UEa） /Ra 會很大，所以要在電樞回路串接制動電阻 RZ 要讓電動機停車，在 n 要接近為 0 時，立即切斷電源 三、回饋制動 方法：由于某種原因，使得電動機的轉(zhuǎn) 速 nn1 (下放重物時 ) 過程： nn1 ， UEa，電樞電流數(shù)值為負的，此時產(chǎn)生的 T 的方向也改變， n 與 T 反向，處于制動狀態(tài)，直到 TL =T， n 穩(wěn)定高速下放重物； 5 直流電動機的電氣控制 學習目的：了解實現(xiàn)過程 起動控制 調(diào)速控制 制動控制 CHAP 3 變壓器 學習要求： 掌握變壓器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、運行特性、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，采用交錯疊片的方式疊裝而成，接縫互相錯開，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、油浸風冷式和強迫油循環(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 磁場分布： 主磁通：大部分經(jīng)過磁阻很小的鐵心閉和，與一次、二次繞組同 時交鏈 漏磁通：很少一部分磁通經(jīng)過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，由楞次定律可知線圈有阻礙磁場變化的特點，一次電流交鏈的交變磁通在一次、二次繞組中都會產(chǎn)生交變感應電動勢。 特點： 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 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，各繞組端頭電壓的保證值，對三相變 壓器指的是線電壓，單位是 V和 k (3)額定電流 I1N／ I2N是指變壓器允許長期通過的電流，單位是 A。 (4)額定頻率 f 3． 2 變壓器的運行分析 1 變壓器的空載運行 N2 N 1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 空載運行時的物理情況 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（或勵磁電流）； ⑶ 輸出功率 P2 =0，所以輸入功率 P1 幾乎為 0