电机拖动重点整理归纳.docx

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电机拖动重点整理归纳

第二章

一、负载的转矩特性：

负载的转矩特性是指生产机械工作机构的负载转矩与转速之间的关系即：

n=f（TL）___恒转矩负载特性恒转矩负载是指负载转矩为常数，其大小与转速n无关,恒转矩负载分反抗性恒转矩负载和位能性恒转矩负载。

反抗性恒转矩负载特性:

恒值负载转矩Tf总是与转速nf的方向相反，即作用方向是阻碍运动的方向。

当正转时nf为正，Tf与nf方向相反，应为正，即在第一象限,当反转时nf为负，Tf与nf方向相反，应为负，即在第三象限；当转速nf=0时外加转矩不足以使系统运动。

位能性恒转矩负载特性特点:

Tf的方向与nf的方向无关。

Tf具有固定不变的方向。

例如：

起重机的提升机构，不论是提升重物还是下放重物，重力的作用总是方向朝下的，即重力产生的负载转矩方向固定。

当nf>0时，Tf>0，是阻碍运动的制动性转矩;当nf<0时，Tf>0，是帮助运动的拖动性转矩。

故转矩特性在第一和第四象限。

恒功率负载转矩特性特点：

当转速n变化时，负载功率基本不变。

电力拖动系统的稳定运行的必要条件：

动转矩为零，即n不变，T=TL

第三章

直流电机的用途：

把机械能转变为直流电能的电机为直流发电机；把直流电能转变为机械能的电机是直流发电机。

直流发电机用来作为直流电动机和交流发电机的励磁直流电源。

直流电动机的工作原理：

线圈不由原动机拖动；电刷接直流电源；直流电源通过静止的电刷与随电枢转动的换向器的滑动接触把直流电源转换成电枢中的交流电，保证电枢转矩的方向不变，电枢保持逆时针旋转。

直流发电机的工作原理:

用两个相对放置的导电片（换向片）代替交流发电机的两个滑环，电刷接触的换向片始终是相同一侧的线圈边，所以N极一侧的电刷得到的电压始终是（+），S极一侧的电刷得到的电压始终是（-）。

直流电机的可逆性：

一台直流电机原则上既可以作为电动机运行，也可以作为发电机运行，只是外界条件不同而已。

如果用原动机拖动电枢恒速旋转，就可以从电刷端引出直流电动势而作为直流电源对负载供电；如果在电刷端外加直流电压，则电动机就可以带动轴上的机械负载旋转，从而把电能转变成机械能。

这种同一台电机能作电动机或作发电机运行的原理，在电机理论中称为可逆原理。

主要结构：

直流电机由定子、转子两大部分构成。

定子的作用是产生主磁场和在机械上支撑电机，它主要由主磁极、机座、电刷、端盖和轴承组成。

主极的用是在定转子之间的气隙中建立磁场,使电枢绕组在此磁场的作用下感应电动势和产生电磁转矩。

大多数直流电机的主磁极都是由直流电流来励磁的，主磁极上还装有励磁线圈。

只有小直流电机的主磁极才用永磁磁铁，这叫永磁直流电机.电刷装置:

电刷的作用是把转动的电枢绕组与静止的外电路相连接，并与换向器相配合，起到整流或逆变器的作用。

换向极：

换向极又称附加极或间极,其作用是用以改善换向。

换向极装在相邻两主极之间，它也是由铁心和绕组构成。

直流电机转子部分：

电枢铁心、电枢绕组、换向器、风扇、转轴和轴承等

单叠绕组1）每个极下的元件组成一条支路,并联支路对数a等于极对数p:

a=p2）正负电刷间感应电动势最大，被电刷短路的元件里感应的电动势最小。

3）电刷杆数等于极数。

电枢电动势（公式）：

电枢电动势是指直流电机正、负电刷之间感应的电动势，也是电枢绕组每个支路里的感应电动势。

电磁转矩（公式）P47内容（励磁磁通势和电枢反应磁通势）==直流发电机:

电枢电动势—输出电动势（与电枢电流同方向）电磁转矩—制动（与转速方向相反）直流电动机:

电枢电动势—反电动势（与电枢电流反方向）电磁转矩—拖动（与转速方向相同）。

PM（电磁功率）既是机械性质又是电性质的功率，反映了机械能转换成电能的实质.他励直流电动机的机械特性是指电动机加上一定的电压U和一定的励磁电流If，并在电枢回路中串入电阻R，电磁转矩与转速之间的关系，他励直流电动机固有机械特性是一条斜直线，跨越三个象限，特性较硬。

机械特性只表征电动机电磁转矩和转速之间的函数关系，是电动机本身的能力，至于电动机具体运行状态，还要看拖动什么样的负载。

固有机械特性是电动机最重要的特性，在此基础上，很容易得到电动机的人为机械特性。

人为机械特性：

1.电枢回路串电阻的人为机械特性：

n0不变，R增大，⊿n增大，特性变软，一组放射形直线2.改变电枢电压的人为机械特性：

1）斜率不变，各条特性互相平行，T一定时，Δn不变，；2）n0与U成正比。

3.减小气隙磁通量的人为机械特性：

Φ越小，n0越高，β越大，机械特性变软，T一定时，Δn也变大。

第四章

除微型电机外，一般直流电动机不允许直接启动。

起动条件：

满磁通起动；IS≤（2~2.5）IN；TS≥（1.1~1.2）TN启动方式：

1电枢回路串电阻启动；启动电流为is=un/（ra+r）负载转矩TL已知，根据启动条件的要求确定R的大小目标:

（并且）保证电磁转矩持续较大及电流持续较小；电枢回路串电阻

起动：

一般采用多级电阻分级起动，起动过程中起动电阻逐步切除。

2降电压启动。

降低电源电压U，启动电流为is=u/ra，负载转矩TL已知，根据启动条件要求，可以确定U的大小；逐渐升高电压U，直至最后升高到UN（为了保持启动过程中电磁转矩一直较大及电枢电流一直较小）4.2他励直流电动机的调速：

调速的性能指标是决定电动机选择哪一种调速方法的依据，主要的性能指标有四个方面：

调速方式、调速范围与静差率、调速的平滑性、调速的经济性。

改变传动机构的传动比改变工作机构的速度，称为机械调速。

人为改变电动机的参数（如电压、励磁电流或电枢回路电阻），使同一负载得到不同转速，称为电气调速。

直流电动机的调速方法：

（1）电枢串电阻调速只能在额定转速（基速）以下调速，一般称为由基速向下调速。

特点：

①机械特性变软，受负载波动影响大；②在空载或轻载时，调速范围小③有级调速；④损耗大，电动机效率低它应用于对调速性能要求不高的场合

（2）降低电源电压调速特点：

①基速向下调速；②机械特性的硬度不变，速度稳定性好；③可实现无级调速；④损耗小，电动机效率高。

（3）弱磁调速（基速向上调）特点：

a基速向上调速b可实现无级调速；c损耗小，电动机效率高。

通常与降低电源电压调速配合使用，可以得到较宽的调速范围，能较好地满足生产机械的要求。

----优点：

在功率较小的励磁电路中进行调节，控制方便，能量损耗小，调速的平滑性较高。

缺由于电动机nmax不可能太高，主要受电动机机械强度及换向的限制。

另外，电机体积及耗材增多，不经济电动机允许输出转矩不变的调速方法称恒转矩调速。

电枢串电阻调速和降低电源电压调速都属于恒转矩调速，在保持电枢电流接近或等于额定值条件下，调速过程中电动机允许输出功率不变的调速方法称为恒功率调速。

弱磁调速属于恒功率调速。

最好的配合方式为：

恒功率负载，采用恒功率的调速方法（弱磁调速）；恒转矩负载，采用恒转矩的调速方法（变电压或变串入电阻调速）。

这样匹配，使电机在整个调速范围内容量能充分利用，且Ia=IN不变，电动机的调速转矩与负载一致时，电机容量能充分利用。

调速范围是指电动机在额定负载转矩调速时，其最高转速与最低转速之比，静差率或称转速变化率，是指电动机由理想空载到额定负载时转速的变化率。

注意：

静差率越小，转速的相对稳定性越好，负载波动时，转速变化也越小。

（1）n0一定，硬度越大，静差率越小，稳定性越好；

（2）硬度一定，n0越大，静差率越小。

调速的平滑性a无级调速的平滑性最好；b有级调速的平滑性用平滑系数表示：

相临两极转速中，高一级转速与低一级转速之比。

调速的经济性主要考虑调速设备的初投资、调速时电能的损耗、运行时的维修费用

4.3他励直流电动机的电动与制动运行他励直流电动机拖动各种类型的负载运行时，若改变其电源电压、磁通及电枢回路所串电阻，工作点就会分布在四个象限之内。

在n-T二维坐标系中，若T与n同方向（同正同负），则电动机运行在电

动状态。

若T与n反方向，则电动机运行在制动状态。

电动运行：

当电机运行在第Ⅰ和第Ⅲ象限时，电机分别工作在正向和反向电动运行状态。

当电机运行在第Ⅱ和第Ⅳ象限时，电机处于制动运行状态。

在电动运行状态时，电机的电磁转距是拖动性转矩，而负载转矩为制动转矩。

能耗制动：

倒拉反转和反接制动回馈制动功率流向负载机械能→电枢绕组→电能→电枢回路总电阻热能反接制动1电枢电压反向的反接制动——迅速停机

回馈制动（发电状态）特点：

n>n0，因而E>Ua，电机处于发电状态,降低电源电压调速：

增强磁通调速

第六章

6.2.1电枢绕组:

三相单层集中整距绕组：

每一相只有一个整距线圈，定子上每个槽里只有一个线圈边。

这种绕组除了感应电动势的波形不理想外，电枢表面的空间也没有充分利用，不如采用分布绕组好三相单层分布绕组：

基波电动势星形相量图最多可以并联的支路有p个

当电机每相的总线圈数一定时，如用一路串联，则每相基波电动势要比并联时大，而电流比并联时的总电流小

6.2.2三相双层绕组是指定子上每个槽里能放两个圈边，每个圈边为一层。

一个线圈有两个圈边，电机线圈的总数等于定子的槽总数。

双层绕组的优点是线圈能够任意短距，对改善电动势波形有好处

6.2.3绕组的谐波电动势-实际的电机气隙里磁密的分布不完全都是基波，尚有谐波，如三次、五次、七次等奇数次谐波。

所谓三次、五次、七次谐波磁密，即在一对磁极极距中有三、五、七个波长的正弦形磁密波。

这些谐波也要在各槽里的导体中感应出各次谐波电动势。

当绕组采用了短距、分布以及三相连接时，可以使各次谐波电动势大大被消弱，甚至使某次谐波电动势为零。

当然，短距、分布也能降低基波电动势，只要设计合理，让基波电动势消弱的少，而大大消弱谐波电动势就可以了。

三相星接和角接，在三相线电动势中不会有三次谐波及三的倍数次谐波电动势出现。

这是由于三相三次谐波以及三的倍数次谐波电动势在时间相位上同相所造成的。

6.3磁通势介绍：

在电机里，不管什么样的绕组，当流过电流时，都要产生磁通势。

所谓磁通势，指的是绕组里的全电流，或安培数。

交流电机电枢绕组产生的磁通势与直流电机相比，要复杂一些。

分析磁通势的大小及波形等问题，应从两大方面来考虑：

1绕组在定子空间所在的位置；2再考虑该绕组流过的电流，在时间上又是如何变化的。

交流绕组产生的磁通势，既是空间的函数，又是时间的函数。

整距线圈磁通势从定子到转子的方向作为正方向。

线圈电流：

i=根号2icoswt,磁通势的大小是由电流的大小决定的，当电流按正弦规律变化时，磁通势的大小也随之按正弦规律变化，称为脉振波。

磁通势交变的频率与电流的频率一样。

最大幅值：

1/2根号2INy该磁通势的极数为一对，与电机的极数对数相等。

四极电机绕组产生的磁通势：

该磁通势的极数为两对，与电机的极数对数相等

2、磁通势展开：

空间矩形波可用傅氏基数展成无穷多个正弦波。

因此，空间矩形分布的脉振磁通势，可以展开成无穷多个空间正弦分布的磁通势，每个正弦分布的磁通势同时都随时间正弦变化基波及其谐波磁通势的特点：

1）基波及其谐波磁通势的最大值Fyv=1/vFy1,2）基波及其谐波磁通势的极对数:

基波磁通势的极对数与电机的极对数一样多，三次谐波的极对数是基波的三倍，五次谐波磁通势的极对数是基波的五倍，等等。

3）基波及其谐波磁通势幅值随时间变化的关系:

当电流随时间按余弦规律变化时，不论是基波磁通势或谐波磁通势，它们的幅值都是随时间按电流的变化规律而变化，即在时间上，都为脉振波。

由前面的分析，可以得到:

1一个脉振波可以分解为两个波长与谐振波完全一样，分别朝相反方向旋转的旋转波，旋转波的幅值是原谐振波最大振幅的一半；2当脉振波振幅为最大值时，两个旋转波正好重叠在一起。

一个在空间按余弦分布的磁通势波，可以用一个空间矢量来表示，让矢量的长短等于该磁通势的幅值，矢量的位置就在该磁通势波正幅值所在的位置。

6.4三相合成基波旋转磁通势的特点：

1.幅值不变,为圆形旋转磁通F1=3根号2NI（kdp1）/（pi*p）,2