電機學(xué)ppt課件

1、1,電 機 學(xué),2,電機的定義電機的分類及作用電機中的基本電磁關(guān)系電機中的鐵磁材料特性磁路基本定律及計算方法電機的機電能量轉(zhuǎn)換過程7. 總結(jié),3,4,5,使用中的變壓器,水輪發(fā)電機,電動機,汽輪發(fā)電機組,6,返 回,7,返 回,8,返 回,9,10,,,,,11,,,,,,,12,變 壓 器 電 動 勢,,,變壓器電動勢的方向可根據(jù)楞次定律來判斷,13,運 動 電 動 勢,14,,,,,,

2、,,,15,,1.所有非導(dǎo)磁材料的磁導(dǎo)率均為常數(shù)，接近真空磁導(dǎo)率2.鐵磁材料的磁導(dǎo)率遠(yuǎn)大于非導(dǎo)磁材料的磁導(dǎo)率3.鐵磁材料的磁導(dǎo)率在較大范圍內(nèi)變化，鐵磁材料是非線性的,H/m,16,17,oa段：H較弱，B緩慢增加,ab段：H較強，B迅速增加,bc段：H繼續(xù)加強，B增加變慢（飽和段）,c－段：H繼續(xù)加強，B增加緩慢（深度飽和段）,18,,P18~19,19,20,公式中各量綱見P20,21,磁 路 基 本 定 律,,,,,,

3、歐姆定律,22,磁路的歐姆定律,磁阻,磁導(dǎo),,23,磁路的基爾霍夫第一定律,定律內(nèi)容: 穿出(或進入)任一閉和面的總磁通量恒等于零(或者說， 進入任一閉合面的磁通量恒等于穿出該閉合面的磁通量)，這就是磁通連續(xù)性定律。,24,磁路的基爾霍夫第二定律,定律內(nèi)容:沿任何閉合磁路的總磁動勢恒等于各段磁路磁位降的代數(shù)和。,25,26,磁路和電路的比擬僅是一種數(shù)學(xué)形式上的 類似、而不是物理本質(zhì)的

4、相似。,27,,,28,,,,,,29,30,,,,,,,,31,32,,,,,33,求：勵磁磁動勢F2,34,,,,,,,,,,,,,,,,35,36,,,37,38,,P33,39,,,P34,40,電磁轉(zhuǎn)矩和電磁功率在機電能量轉(zhuǎn)換中起重要 用，而它們都是通過氣隙磁場的作用而產(chǎn)生,,41,總 結(jié),第一節(jié) 磁路的基本定律,機電能量轉(zhuǎn)換的媒介是磁場，磁場的路徑稱為磁路。在工程中，通常將磁場問題簡化為磁路問題。,電機是進行機電能量轉(zhuǎn)換

5、的裝置,42,一. 磁場的幾個常用量,磁感應(yīng)強度（又稱磁通密度）B —— 表征磁場強弱及方向的物理量。單位：Wb/m2,磁通量Φ —— 垂直穿過某截面積的磁力線總和。 單位：Wb,磁場強度H —— 計算磁場時引用的物理量。 B=μH ，單位：A/m,43,磁通所通過的路徑稱為磁路,二. 磁路的概念,44,三、磁路的基本定律,1、安培環(huán)路定律,沿任何一條閉合回線L，磁場強度H的線積分等于該閉合回線所包

6、圍的電流的代數(shù)和,如果在均勻磁場中，沿著回線 L 磁場強度H 處處相等，則,2、磁路的歐姆定律,作用在磁路上的磁動勢 F 等于磁路內(nèi)的磁通量 Φ乘以磁阻 Rm,45,磁通量Φ等于磁通密度乘以面積,磁場強度等于磁通密度除以磁導(dǎo)率,于是,46,3、磁路的基爾霍夫定律,（1）磁路的基爾霍夫電流定律,或,47,（2）磁路的基爾霍夫電壓定律,48,磁路和電路有相似之處，卻要注意有以下幾點差別：,1）電路中有電流I 時，就有功率損耗；而在直流磁

7、路 中，維持一定磁通量，鐵心中沒有功率損耗。,2）電路中的電流全部在導(dǎo)線中流動；而在磁路中，總 有一部分漏磁通。,3）電路中導(dǎo)體的電阻率在一定的溫度下是恒定的；而磁 路中鐵心的導(dǎo)磁率隨著飽和程度而有所變化。,4）對于線性電路，計算時可以用疊加原理；而在磁路 中，B和H之間的關(guān)系為非線性，因此計算時不可以 用疊加原理。,49,第二節(jié) 常用鐵磁材料及其特性,一、鐵磁物質(zhì)的磁化,在外磁

8、場的作用下，磁疇順著外磁場方向轉(zhuǎn)向，排列整齊，顯示出磁性。,50,二、磁化曲線和磁滯回線,1、起始磁化曲線,將一塊未磁化的鐵磁材料進行磁化，當(dāng)磁場強度H由零逐漸增加時，磁通密度B將隨之增加。用B=f (H)描述的曲線就稱為起始磁化曲線。,51,2、磁滯回線,剩磁——當(dāng)H從零增加到Hm時，B相應(yīng)地從零增加到Bm；然后再逐漸減小H，B值將沿曲線ab下降。當(dāng)H=0 時，B值并不等于零，而是Br。這就是剩磁。,磁滯回線——當(dāng)H在Hm和－ Hm之

9、間反復(fù)變化時，呈現(xiàn)磁滯現(xiàn)象的B－H閉合曲線，稱為磁滯回線。,52,3、基本磁化曲線,對同一鐵磁材料，選擇不同的Hm反復(fù)磁化，得到不同的磁滯回線。將各條回線的頂點連接起來，所得曲線稱為基本磁化曲線。,53,三、鐵磁材料,1、軟磁材料,2、硬磁材料,四、鐵心損耗,1、磁滯損耗——材料被交流磁場反復(fù)磁化，磁疇相互摩 擦而消耗的能量。,2、渦流損耗——鐵心內(nèi)部由于渦流在鐵心電阻上產(chǎn)生的

10、 熱能損耗。,3、鐵心損耗——磁滯損耗和渦流損耗之和。,54,第三節(jié) 直流磁路的計算,磁路計算正問題——給定磁通量，計算所需的勵磁磁動勢,磁路計算逆問題——給定勵磁磁勢，計算磁路內(nèi)的磁通量,磁路計算正問題的步驟：1）將磁路按材料性質(zhì)和不同截面尺寸分段；2）計算各段磁路的有效截面積Ak和平均長度lk；3）計算各段磁路的平均磁通密度Ak ，Bk=Φk/Ak；4）根據(jù)Bk求出對應(yīng)的

11、Hk；5）計算各段磁位降Hklk，最后求出 F=∑ Hklk。,磁路計算逆問題——因為磁路為非線性的，用試探法。,55,第四節(jié) 交流磁路的特點,交流磁路除了會在鐵心中產(chǎn)生損耗外，還有以下兩個效應(yīng)：1）磁通量隨時間變化，在勵磁線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。2）磁飽和現(xiàn)象會導(dǎo)致電流、磁通和電動勢波形畸變。,本章作業(yè)：1.1~1.7,56,本章主要討論直流電機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，討論直流電機的磁場分布、感應(yīng)電動勢、電磁轉(zhuǎn)矩、電樞反應(yīng)及影響，

12、從應(yīng)用角度分析直流發(fā)電機的運行特性和直流電動機的工作特性。,第二章 直流電機,57,2.1 概述,與異步電動機相比，直流電動機的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用和維護不如異步機方便，而且要使用直流電源。,58,2.1.1直流電機的主要結(jié)構(gòu),2.1 直流電機的基本工作原理和結(jié)構(gòu),,主磁極,換向磁極,電刷裝置,機座,端蓋,,電樞鐵心,電樞繞組,換向器,轉(zhuǎn)軸,軸承,直流電機,,具體結(jié)構(gòu)參看P46,59,,60,,61,2.1.2 直流電機的工

13、作原理,2.1 直流電機的基本工作原理和結(jié)構(gòu),一、直流發(fā)電機工作原理,右圖為直流發(fā)電機的物理模型，N、S為定子磁極，abcd是固定在可旋轉(zhuǎn)導(dǎo)磁圓柱體上的線圈，線圈連同導(dǎo)磁圓柱體稱為電機的轉(zhuǎn)子或電樞。線圈的首末端a、d連接到兩個相互絕緣并可隨線圈一同旋轉(zhuǎn)的換向片上。轉(zhuǎn)子線圈與外電路的連接是通過放置在換向片上固定不動的電刷進行的。,62,2.1.2 直流電機的工作原理,2.1 直流電機的基本工作原理和結(jié)構(gòu),一、直流發(fā)電機工作原理,當(dāng)原動機驅(qū)

14、動電機轉(zhuǎn)子逆時針旋轉(zhuǎn) 后 ，如右圖。,電刷A接觸的導(dǎo)體總是位于N極下，和電刷B接觸的導(dǎo)體總是位于S極下,63,2.1.2 直流電機的工作原理,2.1 直流電機的基本工作原理和結(jié)構(gòu),一、直流發(fā)電機工作原理,可見，和電刷A接觸的導(dǎo)體總是位于N極下，和電刷B接觸的導(dǎo)體總是位于S極下，因此電刷A的極性總是正的，電刷B的極性總是負(fù)的，在電刷A、B兩端可獲得直流電動勢。,實際直流發(fā)電機的電樞是根據(jù)實際需要有多個線圈。線圈分布在

15、電樞鐵心表面的不同位置，按照一定的規(guī)律連接起來，構(gòu)成電機的電樞繞組。磁極也是根據(jù)需要N、S極交替旋轉(zhuǎn)多對。,64,65,66,2.1.2 直流電動機的工作原理,2.1 直流電機的基本工作原理和結(jié)構(gòu),二、直流電動機工作原理,把電刷A、B接到直流電源上，電刷A接正極，電刷B接負(fù)極。此時電樞線圈中將電流流過。如右圖。,直流電動機是將電能轉(zhuǎn)變成機械能的旋轉(zhuǎn)機械。,在磁場作用下，N極性下導(dǎo)體ab受力方向從右向左，S 極下導(dǎo)體cd受力方向從左向右。

16、該電磁力形成逆時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩大于阻轉(zhuǎn)矩時，電機轉(zhuǎn)子逆時針方向旋轉(zhuǎn)。,67,2.1.2 直流電動機的工作原理,2.1 直流電機的基本工作原理和結(jié)構(gòu),二、直流電動機工作原理,原N極性下導(dǎo)體ab轉(zhuǎn)到S極下，受力方向從左向右，原S 極下導(dǎo)體cd轉(zhuǎn)到N極下，受力方向從右向左。該電磁力形成逆時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。線圈在該電磁力形成的電磁轉(zhuǎn)矩作用下繼續(xù)逆時針方向旋轉(zhuǎn)。,當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)到右圖所示位置時,同直流發(fā)電機相同，實際的直流電動機的電樞

17、并非單一線圈，磁極也并非一對。,68,2.1.3 直流電機的銘牌數(shù)據(jù),2.1 直流電機的基本工作原理和結(jié)構(gòu),69,2.1.3 直流電機的銘牌數(shù)據(jù),2.1 直流電機的基本工作原理和結(jié)構(gòu),此外，電機銘牌上還標(biāo)有其它數(shù)據(jù)，如勵磁電壓、出廠日期、出廠編號等。,電機運行時，所有物理量與額定值相同——電機運行于額定狀態(tài)。電機的運行電流小于額定電流——欠載運行；運行電流大于額定電流——過載運行。長期欠載運行將造成電機浪費，而長期過載運行會縮短電機的使

18、用壽命。電機最好運行于額定狀態(tài)或額定狀態(tài)附近，此時電機的運行效率、工作性能等比較好。,70,空載時直流電機的磁場(提前介紹),,P62,71,2.2.1 直流樞繞組基本知識,2.2 直流電機的電樞繞組簡介,元件：構(gòu)成繞組的線圈稱為繞組元件，分單匝和多匝兩種。,元件的首末端：每一個元件均引出兩根線與換向片相連，其中一根稱為首端，另一根稱為末端。,極距：相鄰兩個主磁極軸線沿電樞表面之間的距離，用 表示。,疊繞組：指串聯(lián)的兩個元件總

19、是后一個元件的端接部分緊疊在前一個元件端接部分，整個繞組成折疊式前進。,波繞組：指把相隔約為一對極距的同極性磁場下的相應(yīng)元件串聯(lián)起來，象波浪式的前進。,72,2.2.1 直流樞繞組基本知識,2.2 直流電機的電樞繞組簡介,合成節(jié)距 ：連接同一換向片上的兩個元件對應(yīng)邊之間的距離。,第一節(jié)距 ： 一個元件的兩個有效邊在電樞表面跨過的距離。,第二節(jié)距 ：連至同一換向片上的兩個元件中第一個元件的下層邊與第二個元

20、件的上層邊間的距離。,單疊繞組,單波繞組,yk,73,74,yk,單疊繞組元件的連接,75,2.2.2 單疊繞組,2.2 直流電機的電樞繞組簡介,單疊繞組的特點是相鄰元件(線圈)相互疊壓,合成節(jié)距與換向節(jié)距均為1，即： 。,單疊繞組的展開圖是把放在鐵心槽里、構(gòu)成繞組的所有元件取出來畫在一張圖里，展示元件相互間的電氣連接關(guān)系及主磁極、換向片、電刷間的相對位置關(guān)系。,76,2.2.2 單疊繞組,2

21、.2 直流電機的電樞繞組簡介,根據(jù)單疊繞組的展開圖可以得到繞組的并聯(lián)支路電路圖(下圖)。,單疊繞組的的特點：,1） 同一主磁極下的元件串聯(lián)成一條支路，主磁極數(shù)與支路數(shù)相同。,2）電刷數(shù)等于主磁極數(shù)，電刷間電動勢等于并聯(lián)支路電動勢。,3）電樞電流等于各支路電流之和。,參看P59,77,,2.3 直流電機的磁場,2.3.1,78,2.3.2直流電機的空載磁場,右圖為一臺四極直流電機空載時的磁場示意圖。,當(dāng)勵磁繞組的串聯(lián)匝數(shù)為

22、，流過電流為 ，每極的勵磁磁動勢為：,詳細(xì)參見P62,79,2.3.2直流電機的空載磁場,直流電機中，主磁通是主要的，它能在電樞繞組中感應(yīng)電動勢或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，而漏磁通沒有這個作用，它只是增加主磁極磁路的飽和程度。在數(shù)量上，漏磁通比主磁通小得多，大約是主磁通的20%。,80,81,空載時，勵磁磁動勢主要消耗在氣隙上。當(dāng)忽略鐵磁材料的磁阻時，主磁極下氣隙磁通密度的分布就取決于氣隙的大小和形狀。,磁極中心及附近的氣隙小且均勻，磁通密

23、度較大且基本為常數(shù)，靠近極尖處，氣隙逐漸變大，磁通密度減??；極尖以外，氣隙明顯增大，磁通密度顯著減少，在磁極之間的幾何中性線處，氣隙磁通密度為零。,無齒電樞表面的氣隙磁密分布,82,直流電機的化曲線,為了感應(yīng)電動勢或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，直流電機氣隙中需要有一定量的每極磁通 ，空載時，氣隙磁通 與空載磁動勢 或空載勵磁電流 的關(guān)系，稱為直流電機的空載磁化特性。如右圖所示。,為了經(jīng)濟、合理地利用材料，一

24、般直流電機額定運行時，額定磁通 設(shè)定在圖中A點，即在磁化特性曲線開始進入飽和區(qū)的位置。,83,2.3.3 直流電機的電樞磁場,直流電機帶上負(fù)載后，電樞繞組中有電流，電樞電流產(chǎn)生的磁動勢稱為電樞磁動勢。電樞磁動勢的出現(xiàn)使電機的磁場發(fā)生變化。,右圖為一臺電刷放在幾何中性線的兩極直流電機的電樞磁場分布情況。,假設(shè)勵磁電流為零，只有電樞電流。由圖可見電樞磁動勢產(chǎn)生的氣隙磁場在空間的分布情況，電樞磁動勢為交軸磁動勢。,84,2.3.3

25、直流電機負(fù)載時的負(fù)載磁場,2.3 直流電機的電樞反應(yīng),如果認(rèn)為直流電機電樞上有無窮多整距元件分布，則電樞磁動勢在氣隙圓周方向空間分布呈三角波，如圖中 所示。,由于主磁極下氣隙長度基本不變，而兩個主磁極之間，氣隙長度增加得很快，致使電樞磁動勢產(chǎn)生的氣隙磁通密度為對稱的馬鞍型，如圖中 所示。,85,2.3.4 直流電機的電樞反應(yīng),2.3 直流電機的電樞反應(yīng),當(dāng)勵磁繞組中有勵磁電流，電機帶上負(fù)載后，氣隙中的磁場是

26、勵磁磁動勢與電樞磁動勢共同作用的結(jié)果。電樞磁場對氣隙磁場的影響稱為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)與電刷的位置有關(guān)。,1、當(dāng)電刷在幾何中性線上時，將主磁場分布和電樞磁場分布疊加，可得到負(fù)載后電機的磁場分布情況，如圖（a）所示。,86,2.3.4 直流電機的電樞反應(yīng),2.3 直流電機的電樞反應(yīng),主磁場的磁通密度分布曲線,電樞磁場磁通密度分布曲線,兩條曲線逐點疊加后得到負(fù)載時氣隙磁場的磁通密度分布曲線,87,2.3.4 直流電機的電樞反應(yīng),2.3 直流電

27、機的電樞反應(yīng),由圖可知，電刷在幾何中性線時的電樞反應(yīng)的特點：,2)、對主磁場起去磁作用,1)、使氣隙磁場發(fā)生畸變,空載時電機的物理中性線與幾何中性線重合。負(fù)載后由于電樞反應(yīng)的影響，每一個磁極下，一半磁場被增強，一半被削弱，物理中性線偏離幾何中性線 角，磁通密度的曲線與空載時不同。,磁路不飽和時，主磁場被削弱的數(shù)量等于加強的數(shù)量，因此每極量的磁通量與空載時相同。電機正常運行于磁化曲線的膝部，主磁極增磁部分因磁密增加使飽和程度提高，

28、鐵心磁阻增大，增加的磁通少些，因此負(fù)載時每極磁通略為減少。即電刷在幾何中性線時的電樞反應(yīng)為交軸去磁性質(zhì)。,88,直流電機的電樞電動勢,2.3.5 直流電機的電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩,產(chǎn)生:電樞旋轉(zhuǎn)時,主磁場在電樞繞組中感應(yīng)的電動勢簡稱為電樞電動勢。,大小:,性質(zhì): 發(fā)電機——電源電勢(與電樞電流同方向); 電動機——反電勢(與電樞電流反方向).P72,可見，直流電機的感應(yīng)電動勢與電機結(jié)構(gòu)、氣隙磁通及轉(zhuǎn)速有關(guān)。,89,

29、90,91,直流電機的電磁轉(zhuǎn)矩,2.3.5直流電機的電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩,產(chǎn)生:電樞繞組中有電樞電流流過時,在磁場內(nèi)受電磁力的作用,該力與電樞鐵心半徑之積稱為電磁轉(zhuǎn)矩。,大小:,性質(zhì): 發(fā)電機——制動(與轉(zhuǎn)速方向相反)； 電動機——驅(qū)動(與轉(zhuǎn)速方向相同)。 P73,可見，制造好的直流電機其電磁轉(zhuǎn)矩與氣隙磁通及電樞電流成正比。,92,二、直流電機的電磁轉(zhuǎn)矩當(dāng)直流電機帶上負(fù)載時，電樞繞組中就有電流流過，載流的電樞繞組在氣隙磁

30、場中將受到電磁力作用而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，電磁力的大小可以利用電磁力定律來計算。假定電刷放在幾何中性線上，元件為整距，則一個極下載流導(dǎo)體的電流方向均相同；另外，每個極下的氣隙磁場，除極性不同外，其分布情況也相同。因此，只要計算一根導(dǎo)體在一個磁極范圍內(nèi)氣隙磁場中所受到的平均電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩，然后再乘以總導(dǎo)體數(shù)，就可得到作用在整個電樞上的電磁轉(zhuǎn)矩。,93,94,2.4.1 直流發(fā)電機的基本特性,95,2.4.1 直流發(fā)電機的基本特性,96,2

31、.4.1 直流發(fā)電機的基本特性,97,2.4.1 直流發(fā)電機的基本特性,98,2.4.1 直流發(fā)電機的基本特性,99,2.4.1 直流發(fā)電機的基本特性,100,2.4.1 直流發(fā)電機的基本特性,101,2.4.1 直流發(fā)電機的基本特性,102,2.4.1 直流發(fā)電機的基本特性,103,2.4.1 直流發(fā)電機的基本特性,104,2.4.1 直流發(fā)電機的基本特性,105,2.4.1 直流發(fā)電機的基本特性,106,2.4.

32、1 直流發(fā)電機的基本特性,107,2.4.2 直流發(fā)電機的運行特性,108,109,110,111,112,113,114,115,116,117,118,119,120,121,122,123,1.了解直流電動機的勵磁方式，掌握其特點2.掌握直流電動機的基本方程式3.掌握直流電動機的工作特性4.掌握直流電動機的機械特性5.掌握直流電動機的起動和調(diào)速方法6.了解直流電動機的制動,本節(jié)主要內(nèi)容,2.5 直流電動機的基本

33、特性,124,直流電動機具有良好的起動性能和調(diào)速性能，廣泛應(yīng)用于對起動和調(diào)速性能要求高的場合,直流電動機按勵磁方式可分為：他勵、并勵、串勵和復(fù)勵四種,2.5 直流電動機的基本特性,125,1 直流電機的可逆原理,直流電機,直流電機的可逆原理：一臺電機既可作為發(fā)電機運行，又可作為電動機運行。,感應(yīng)電動勢——“發(fā)電作用” 電磁轉(zhuǎn)矩——“電動作用”,發(fā)電機： 主電動勢 反轉(zhuǎn)矩 電動機： 反電動勢

34、 主轉(zhuǎn)矩,,原動機 Ea>U 電負(fù)載,電源 Ea<U 機械負(fù)載,,,發(fā)電機,電動機,2.5 直流電動機的基本特性,126,2.5.1 直流電動機的基本方程式,2.5 直流電動機的基本特性,一、電壓平衡方程式,127,2 直流電動機的基本方程式,二、功率平衡方程式,2.5 直流電動機的基本特性,128,2 直流電動機的基本方程式,三、轉(zhuǎn)矩平衡方程式,穩(wěn)態(tài)運行轉(zhuǎn)矩方程,動態(tài)運行轉(zhuǎn)矩方程,2.5

35、 直流電動機的基本特性,129,2.5.2 直流電動機的工作特性,定義：U＝UN，If＝IfN（并勵）時，轉(zhuǎn)速n、電磁轉(zhuǎn)矩Tem、效率η與電樞電流Ia（或輸出功率P2）的關(guān)系。即 n＝f(Ia), Tem ＝f(Ia), η＝ f(Ia)或n＝f(P2), Tem ＝f(P2), η＝ f(P2)的關(guān)系曲線,并勵電動機 試驗接線圖,工作特性因勵磁方式而異，可計算求得，但大多用實驗方法確定。,2.5 直流電動機的基本特性,130,一、并

36、勵電動機的工作特性,轉(zhuǎn)速調(diào)整率,1、轉(zhuǎn)速特性：U＝UN ＝ 常數(shù)，If＝IfN ＝ 常數(shù)時，n＝f(Ia)的關(guān)系曲線,,,勵磁回路不允許斷開！,2.5 直流電動機的基本特性,131,一、并勵電動機的工作特性,2、轉(zhuǎn)矩特性： U＝UN ＝ 常數(shù)，If＝IfN ＝ 常數(shù)時，Tem＝f(Ia)的關(guān)系曲線,,,考慮去磁， 曲線有所下降。,2.5 直流電動機的基本特性,132,一、并勵電動機的工作特性,3、效率特性： U＝UN ＝

37、 常數(shù)，If＝IfN ＝ 常數(shù)時，η＝f(Ia)的關(guān)系曲線,可變損耗=不變損耗時 ，效率最高。,2.5 直流電動機的基本特性,133,一、并勵電動機的工作特性,2.5 直流電動機的基本特性,134,二、串勵電動機的工作特性,1、轉(zhuǎn)速特性： U＝UN ＝ 常數(shù)， n＝f(Ia),的關(guān)系曲線,U＝UN＝常數(shù)時，轉(zhuǎn)速n、電磁轉(zhuǎn)矩Tem、效率η與電樞電流Ia（或輸出功率P2）的關(guān)系曲線,串勵電動機 試驗接線圖,2.5 直流電動機的基本特

38、性,135,二、串勵電動機的工作特性,1、轉(zhuǎn)速特性：,串勵電動機絕對不允許空載運行，以避免發(fā)生“飛速”現(xiàn)象。,2、轉(zhuǎn)距特性： Tem＝f(Ia),2.5 直流電動機的基本特性,136,直流發(fā)電機與直流電動機的區(qū)別,轉(zhuǎn)矩平衡方程,功率平衡方程,特性：,2.5 直流電動機的基本特性,137,2.5.3 直流電動機的機械特性,定義：U＝UN＝常數(shù)時，勵磁和電樞回路電阻保持不變時，轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩Tem的關(guān)系n＝f(Tem),Rj為串入電

39、樞回路的調(diào)節(jié)電阻，用于改變機械特性的形狀。Rj =0時為自然機械特性，Rj≠0為人工機械特性。,2.5 直流電動機的基本特性,138,并勵直流電動機的機械特性,機械特性接近于一水平線，稱為硬特性。反之特性軟,2.5 直流電動機的基本特性,2.5.3 直流電動機的機械特性,139,串勵直流電動機的機械特性,軟特性：因為轉(zhuǎn)矩增大，電樞增大，磁通增大，內(nèi)阻壓降均增大，故轉(zhuǎn)速下降很快,,2.5 直流電動機的基本特性,2.5.3

40、直流電動機的機械特性,140,2.6 直流電力傳動,二、電動機組穩(wěn)定運行的條件,典型負(fù)載的機械特性n＝f(TL),（1）恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載： TL = const（2）風(fēng)機類負(fù)載：T L∝n2（3）恒功率負(fù)載：P L= const,141,下垂的機械特性,2.6 直流電力傳動,二、電動機組穩(wěn)定運行的條件,142,上翹的機械特性,穩(wěn)定條件,2.6 直流電力傳動,二、電動機組穩(wěn)定運行的條件,143,2.6.2 直流電動機的起動,起動的基本

41、要求：①起動轉(zhuǎn)矩足夠大；②起動電流限制在允許范圍內(nèi)；③起動時間短，符合生產(chǎn)技術(shù)要求；④起動設(shè)備簡單、經(jīng)濟、安全、可靠。,起動過程：直流電動機接電源后，轉(zhuǎn)速從零達到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的過程,大電流對電網(wǎng)的影響：①電網(wǎng)電壓下降，影響其他用電設(shè)備②電機繞組發(fā)熱，受大電磁力的沖擊,2.6 直流電力傳動,144,起動瞬間：,起動的根本原則：①足夠大的電磁轉(zhuǎn)矩 ②限制起動電流,起動時的磁場：磁通最大（勵磁回路調(diào)節(jié)電阻為零）,常用起動方法：

42、 ①全壓起動； ②電樞回路串變阻器起動； ③降壓起動。,2.6 直流電力傳動,145,一、全壓起動,直接加額定電壓起動優(yōu)點：操作簡單，無需另加設(shè)備缺點：沖擊電流大；電源電壓會突然降低，影響其他用電設(shè)備；產(chǎn)生很大的沖擊電磁力和轉(zhuǎn)矩應(yīng)用：適用于容量很小的電動機。,2.6 直

43、流電力傳動,2.6.2 直流電動機的起動,146,二、電樞回路串變阻器起動,在電樞回路串可變電阻，以限制起動電流，待轉(zhuǎn)速上升后，逐步切除起動電阻損耗增加，不經(jīng)濟,2.6 直流電力傳動,2.6.2 直流電動機的起動,147,三、降壓起動,開始時，降低端電壓， 隨著轉(zhuǎn)速的升高，逐步提高電樞電壓，并使電樞電流限制在一定范圍內(nèi)。采用他勵優(yōu)點：起動電流小，起動過程平滑、能量損耗少。缺點：需要一套專用的直流發(fā)電機或整流電源，投資費用大。

44、實例：發(fā)電機－電動機組；整流器－電動機組,2.6 直流電力傳動,2.6.2 直流電動機的起動,148,2.6.3 直流電動機的調(diào)速,調(diào)速方法：（1）改變勵磁電流（主磁通）調(diào)速 ；（2）改變串入電樞回路中的電阻調(diào)速（3）改變電樞端電壓調(diào)速,,,,,2.6 直流電力傳動,149,一、改變勵磁電流調(diào)速,優(yōu)點：設(shè)備簡單，調(diào)節(jié)方便，能耗小，效率基本不變，經(jīng)濟性好，調(diào)速平滑，可實現(xiàn)無級調(diào)速缺點：只能向上單方向調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)速高時，換向性能差，

45、機械特性的斜率變大，特性變軟；,機械特性：理想空載轉(zhuǎn)速增大；斜率增大,2.6 直流電力傳動,2.6.3 直流電動機的調(diào)速,150,一、改變勵磁電流調(diào)速,調(diào)速過程：,2.6 直流電力傳動,2.6.3 直流電動機的調(diào)速,151,一、改變勵磁電流調(diào)速,調(diào)速過程：,調(diào)節(jié)磁場前工作點,弱磁瞬間工作點A→A′,弱磁穩(wěn)定后的工作點,2.6 直流電力傳動,2.6.3 直流電動機的調(diào)速,152,一、改變勵磁電流調(diào)速,調(diào)速過程：,減弱磁通調(diào)速前、后轉(zhuǎn)

46、速變化曲線,減弱磁通前、后的電樞電流變化曲線,結(jié)論：磁場越弱，轉(zhuǎn)速越高。因此電機運行時勵磁回路不能開路。,2.6 直流電力傳動,2.6.3 直流電動機的調(diào)速,153,優(yōu)點：設(shè)備簡單，操作方便。缺點：只能向下單方向調(diào)節(jié)；低速時，機械特性很軟，調(diào)速范圍不大,穩(wěn)定性差；負(fù)載變化時，轉(zhuǎn)速調(diào)整率變大；速度調(diào)節(jié)不平滑，屬有級調(diào)速；電阻消耗的能量大，調(diào)速時效率低，效率與轉(zhuǎn)速成正比。,機械特性：理想空載轉(zhuǎn)速不變；斜率增大,二、改變串入電樞回路的電阻

47、調(diào)速,2.6 直流電力傳動,2.6.3 直流電動機的調(diào)速,154,2.6.3 直流電動機的調(diào)速,適用于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速對恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，調(diào)速前、后因增通不變而使Tem和Ia不變，輸入功率不變，輸出功率卻隨轉(zhuǎn)速的下降而下降，減少的部分被串聯(lián)電阻消耗了。,調(diào)速過程：,二、改變串入電樞回路的電阻調(diào)速,2.6 直流電力傳動,155,調(diào)速過程：,二、改變串入電樞回路的電阻調(diào)速,未串電阻時的工作點,串電阻Rj1后,工作點由A→A′→B,2.6 直流電

48、力傳動,2.6.3 直流電動機的調(diào)速,156,調(diào)速過程：,二、改變串入電樞回路的電阻調(diào)速,調(diào)速過程電流變化曲線調(diào)速前、后電流不變,調(diào)速過程轉(zhuǎn)速變化曲線,結(jié)論：帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時,串電阻越大,轉(zhuǎn)速越低。,2.6 直流電力傳動,2.6.3 直流電動機的調(diào)速,157,優(yōu)點：電源電壓能夠平滑調(diào)節(jié)，可實現(xiàn)無級調(diào)速；調(diào)速前后的機械特性的斜率不變，硬度較高，負(fù)載變化時穩(wěn)定性好；無論輕載還是負(fù)載，調(diào)速范圍相同；電能損耗較小。缺點：只能向基速下單方向調(diào)節(jié)

49、；需要一套電壓可連續(xù)可調(diào)的直流電源，較復(fù)雜。,機械特性：理想空載轉(zhuǎn)速減??；斜率不變，是一組平行直線。,三、改變電樞端電壓調(diào)速,2.6 直流電力傳動,2.6.3 直流電動機的調(diào)速,158,適用于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速對恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，調(diào)速前、后因增通不變而使Tem和Ia不變。,調(diào)速過程：,三、改變電樞端電壓調(diào)速,2.6 直流電力傳動,2.6.3 直流電動機的調(diào)速,159,調(diào)速過程：,三、改變電樞端電壓調(diào)速,調(diào)速壓前工作點A,降壓瞬間工作點,穩(wěn)定后工

50、作點,降壓調(diào)速過程與電樞串電阻調(diào)速過程相似，調(diào)速過程中轉(zhuǎn)速和電樞電流（或轉(zhuǎn)矩）隨時間變化的曲線也相似。,2.6 直流電力傳動,2.6.3 直流電動機的調(diào)速,160,2.6.4 直流電動機的制動,分類：機械制動和電磁制動,電磁制動,定義：使電動機產(chǎn)生一個與旋轉(zhuǎn)方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，阻礙電動機轉(zhuǎn)動,特點：產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大，易于控制，操作方便,方法：能耗制動、反接制動、回饋制動,2.6 直流電力傳動,161,2.6.4 直流電動機的制動,一、能

51、耗制動,保持勵磁電流的大小及方向不變， 電動機從電網(wǎng)脫離接至制動電阻RL。,實際上是一臺向制動電阻供電的他勵直流發(fā)電機。軸上的機械能轉(zhuǎn)化成電能， 全部消耗于電樞回路的電阻上，,并勵電動機能耗制動接線圖,2.6 直流電力傳動,162,2.6.4 直流電動機的制動,一、能耗制動,特點：1）操作簡單，停車準(zhǔn)確2）能耗制動產(chǎn)生的沖擊電流不會影響電網(wǎng)；3）低速時制動轉(zhuǎn)矩小，停轉(zhuǎn)慢；4）動能大部分都消耗在制動轉(zhuǎn)矩上。,機械特性,2.6

52、直流電力傳動,163,2.6.4 直流電動機的 制動,二、反接制動,電樞回路串入制動電阻后，接上極性相反的電源電壓，電樞回路內(nèi)產(chǎn)生反向電流，進而產(chǎn)生反向制動電磁轉(zhuǎn)矩。,從電源輸入的電功率和從軸上輸入的機械功率轉(zhuǎn)變成的電功率一起消耗在電樞回路電阻上。,1、正轉(zhuǎn)反接,并勵電動機反接制動接線圖,2.6 直流電力傳動,164,2.6.4 直流電動機的制動,二、反接制動,1、正轉(zhuǎn)反接,特點：1）可以很快使機組停機。2） 需要加入足夠的電阻，

53、 限制電樞電流；3）轉(zhuǎn)速至零時， 需切斷電源。,機械特性,2.6 直流電力傳動,165,2.6.4直流電動機的制動,三、回饋制動（發(fā)電機制動）,回饋制動過程中，有功功率回饋電源。從電能消耗看， 回饋制動是最經(jīng)濟的一種制動方式。轉(zhuǎn)速高于理想空載轉(zhuǎn)速是回饋制動運行狀態(tài)的重要特點。,當(dāng)電動機轉(zhuǎn)速高于理想空載轉(zhuǎn)速，即n＞n0時，電樞電動勢Ea大于電樞電壓U，電機進入發(fā)電狀態(tài)， 電磁轉(zhuǎn)矩起制動作用， 限制轉(zhuǎn)速上升，電動機向電源回饋電能。,2

54、.6 直流電力傳動,166,2.6.4 直流電動機的制動,形式,三、回饋制動（發(fā)電機制動）,穩(wěn)定運行：1、電壓反接制動帶位能性負(fù)載進入第四象限；2、電車下坡時，運行轉(zhuǎn)速超過理想空載轉(zhuǎn)速，進入第二象限。,當(dāng)電車下坡時，運行轉(zhuǎn)速可能超過理想空載轉(zhuǎn)速,進入第二象限,,2.6 直流電力傳動,作業(yè)：2-7、11、27、40、51,簡述：直流伺服電機、直流測速發(fā)電機內(nèi)容,167,第三章 變壓器,變壓器是一種常見的電氣設(shè)備，在電力系統(tǒng)和電

55、子線路中應(yīng)用廣泛。,變壓器的主要功能有：,在能量傳輸過程中，當(dāng)輸送功率P =UI cos? 及負(fù)載功率因數(shù)cos? 一定時：,,電能損耗小,節(jié)省金屬材料（經(jīng)濟）,概述,,,,,U ? I,?P = I² Rl,,,I ? S,168,電力工業(yè)中常采用高壓輸電低壓配電，實現(xiàn)節(jié)能并保證用電安全。具體如下：,169,變壓器的分類,170,變壓器的結(jié)構(gòu),變壓器的磁路,變壓器的電路,171,變壓器的結(jié)構(gòu),172,變壓器的銘牌和技術(shù)

56、數(shù)據(jù),1） 變壓器的型號,173,變壓器額定值,? 額定電壓 U1N、U2N 變壓器二次側(cè)開路（空載）時，一次、二次側(cè)繞組允許的電壓值,? 額定電流 I1N、I2N 變壓器滿載運行時，一次、二次側(cè)繞組允許的電流值。,174,? 額定容量 SN 傳送功率的最大能力。,容量 SN ? 輸出功率 P2,一次側(cè)輸入功率 P1 ? 輸出功率 P2,注意：變壓器幾個功率的關(guān)系（單相）,

57、效率,變壓器運行時的功率取決于負(fù)載的性質(zhì),變壓器額定值,175,3.1 變壓器的工作原理,一次、二次繞組互不相連，能量的傳遞靠磁耦合。,176,(1) 空載運行情況,1. 電磁關(guān)系,,一次側(cè)接交流電源，二次側(cè)開路。,,,,,,空載時，鐵心中主磁通?是由一次繞組磁通勢產(chǎn)生的。,177,(2) 帶負(fù)載運行情況,1. 電磁關(guān)系,,一次側(cè)接交流電源，二次側(cè)接負(fù)載。,,,,有載時，鐵心中主磁通?是由一次、二次繞組磁通勢共同產(chǎn)生的合成磁通。,,

58、178,2. 電壓變換（設(shè)加正弦交流電壓）,,,有效值:,,同 理：,主磁通按正弦規(guī)律變化，設(shè)為　　　　　　 則,(1) 一次、二次側(cè)主磁通感應(yīng)電動勢,179,根據(jù)KVL：,變壓器一次側(cè)等效電路如圖,(2) 一次、二次側(cè)電壓,180,對二次側(cè)，根據(jù)KVL：,結(jié)論：改變匝數(shù)比，就能改變輸出電壓。,式中 R2 為二次繞組的電阻;X2=?L?2 為二次繞組的感抗； 為二次繞組的端電壓。,變壓器空

59、載時:,式中U20為變壓器空載電壓。,故有,181,3. 電流變換,(一次、二次側(cè)電流關(guān)系),有載運行,可見，鐵心中主磁通的最大值?m在變壓器空載和有載時近似保持不變。即有,不論變壓器空載還是有載，一次繞組上的阻抗壓降均可忽略，故有,由上式，若U1、 f 不變，則 ?m 基本不變，近于常數(shù)。,空載：,有載：,182,或,,結(jié)論：一次、二次側(cè)電流與匝數(shù)成反比。,或：,1.提供產(chǎn)生?m的磁勢,,,磁勢平衡式：,空載磁勢,,,有載磁勢,183

60、,3.1.2 變壓器的外特性與效率,1. 變壓器的外特性,當(dāng)一次側(cè)電壓 U1和負(fù)載功率因數(shù) cos?2保持不變時，二次側(cè)輸出電壓 U2和輸出電流 I2的關(guān)系，U2 = f (I2)。,U20：一次側(cè)加額定電壓、二次側(cè)開路時，二次側(cè)的輸出電壓。,一般供電系統(tǒng)希望要硬特性（隨I2的變化，U2 變化不大），電壓變化率約在5%左右。,電壓變化率：,184,2. 變壓器的效率(?),為減少渦流損耗，鐵心一般由導(dǎo)磁鋼片疊成。,變壓器的損耗包括兩部

61、分：,銅損 (?PCu) ：繞組導(dǎo)線電阻的損耗。,渦流損耗：交變磁通在鐵心中產(chǎn)生的感 應(yīng)電流(渦流)造成的損耗。,鐵損(?PFe )：,變壓器的效率為,一般 ?? 95% ,負(fù)載為額定負(fù)載的(50~75)%時，?最大。,輸出功率,輸入功率,185,當(dāng)電流流入(或流出）兩個線圈時，若產(chǎn)生的磁通方向相同，則兩個流入(或流出）端稱為同極性端。,?,?,?,1. 同極性端 ( 同名端 ),或者說，當(dāng)鐵

62、心中磁通變化時，在兩線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢極性相同的兩端為同極性端。,同極性端用“?”表示。,,,增加,+,–,+,+,+,–,–,–,同極性端和繞組的繞向有關(guān)。,3.1.3 變壓器繞組的極性,?,186,,當(dāng)三相變壓器的原邊和副邊繞組均以一定的接法現(xiàn)接， 帶上三相對稱負(fù)載， 原邊加上對稱的三相電壓時 ，因為三相對稱電壓本身大小相等、相位互差1200，因此求得一相的電壓、電流， 其它兩相按對稱關(guān)系求出。,3.2 三相變壓器,187,一

63、、組式變壓器三個獨立的單相變壓器組成,在電路上互相聯(lián)接，三相磁路互相完全獨立。 各相主磁通有各自的鐵心磁路， 互不影響。各相鐵芯、磁通、磁阻等一致,3.2.1 三相變壓器磁路,188,具有共同鐵芯;中柱（中間鐵芯柱）磁通為三相磁通之和，對稱時中柱磁通為零，可省去;又稱三相三鐵芯柱式變壓器（三相鐵芯式變壓器）;平面，磁路不完全對稱，各相If不完全相同，但相差很小，忽略區(qū)別。,二、芯式變壓器,3.2.1 三相變壓器磁路,189,三 、連接

64、組,（1）高、低壓繞組中電動勢相位關(guān)系（單相繞組）,單相變壓器中， 高壓繞組首端為“A”、末端為“X”；低壓繞組首端為“a”、末端為“x”。,原、副繞組被同一主磁通?交鏈， 感應(yīng)電動勢在任一瞬間原邊繞組一端點為高電位，副邊繞組也有一端點為高電位。 這兩個端點為“同名端”,3.2.1 三相變壓器磁路,190,191,192,3.2.2 三相變壓器繞組的聯(lián)接法和聯(lián)接組,1、三相變壓器連接法,高壓繞組首端由A、B、C表示， 末端由X、Y、Z表

65、示；低壓繞組首端由a、b、c表示，末端由x、y、z表示。,一相繞組末端與另一相繞組首端相連， 依次得到一閉合回路， 為三角形連接“?”， 有順、逆之分。,193,3.2.2 三相變壓器繞組的聯(lián)接法和聯(lián)接組,分析：P147~148 Yy0 、yd11連接組,194,3.2.3 三相變壓器的并聯(lián)運行,負(fù)荷容量很大，一臺變壓器不能滿足要求。 負(fù)荷變化較大，用多臺變壓器并聯(lián)運行可以隨 時調(diào)節(jié)投入變壓器的臺數(shù)。 可以減少變壓器

66、的儲備容量。,195,,,1.自耦變壓器,3.3 特殊變壓器,手柄,接線柱,196,2. 自耦變壓器的工作原理,(1) 電壓關(guān)系 忽略漏阻抗，則,,197,(2) 電流關(guān)系,,公共繞組的電流,198,在降壓變壓器中， I1 < I2,在升壓變壓器中， I1 > I2,(3) 功率關(guān)系 變壓器容量,SN = U2NI2N = U1NI1N,S2 = U2I2,在降壓變壓器中,= U2 (I＋I1

67、)= U2I＋U2I1= Si＋St,,199,在升壓變壓器中,S1 = U1I1,= U1 (I＋I2 )= U1I＋U1I2= Si＋St,降壓變壓器 升壓變壓器 感應(yīng)功率 Si傳導(dǎo)功率 St,U2I U1IU2I1 U1I2,在 SN 一定時， k 越接近 1，Si 越小， St 所占 比例越大，經(jīng)濟效果越顯著。,

68、,200,2、儀用互感器,一、電壓互感器,= ku,國產(chǎn)互感器： U2N = 100 V 使用注意：①二次繞組禁止短路。②二次繞組與鐵心必須接地。,空載運行的降壓變壓器。,電壓互感器,,3.3 特殊變壓器,201,→ E2??,二、電流互感器,N1很小。 短路運行的升壓變壓器。,= ki,國產(chǎn)互感器： I2N = 5 A 使用注意：① 二次繞組禁止開路。 開路時：I2 = 0，I1