第一篇：電機(jī)與拖動課程設(shè)計 他勵直流電動機(jī)的回饋制動

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第一章

直流電動機(jī)工作原理

圖1-1 直流電動機(jī)工作原理示意圖

圖1.1是一臺直流電機(jī)的最簡單模型。N和S是一對固定的磁極，可以是電磁鐵，也可以是永久磁鐵。磁極之間有一個可以轉(zhuǎn)動的鐵質(zhì)圓柱體，稱為電樞鐵心。鐵心表面固定一個用絕緣導(dǎo)體構(gòu)成的電樞線圈abcd，線圈的兩端分別接到相互絕緣的兩個半圓形銅片(換向片)上，它們的組合在一起稱為換向器，在每個半圓銅片上又分別放置一個固定不動而與之滑動接觸的電刷A和B，線圈abcd通過換向器和電刷接通外電路。

將外部直流電源加于電刷A(正極)和B(負(fù)極)上，則線圈abcd中流過電流，在導(dǎo)體ab中，電流由a指向b，在導(dǎo)體cd中，電流由c指向d。導(dǎo)體ab和cd分別處于N、S極磁場中，受到電磁力的作用。用左手定則可知導(dǎo)體ab和cd均受到電磁力的作用，且形成的轉(zhuǎn)矩逆時針方向旋轉(zhuǎn)，如圖1-1(a)所示。當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)180°，導(dǎo)體cd轉(zhuǎn)到N極下，ab轉(zhuǎn)到S極下，如圖1-1（b)所示，由于電流仍從電刷A流入，使cd中的電流變?yōu)橛蒬流向c，而ab中的電流由b流向a，從電刷B流出，用左手定則判別可知，電磁轉(zhuǎn)矩的方向仍是逆時針方同。

由此可見，加于直流電動機(jī)的直流電源，借助于換向器和電刷的作用，使直流電動機(jī)電樞線圈中流過的電流，方向是交變的，從而使電樞產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的方向恒定不變，確保直流電動機(jī)朝確定的方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。這就是直流電動機(jī)的基本工作原理。

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第二章

直流電動機(jī)的分類

根據(jù)勵磁方式的不同，直流電機(jī)可以分為他勵、并勵、串勵和復(fù)勵四種。

圖2-1 直流電動機(jī)按勵磁方式的分類

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第三章

他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性

在他勵電動機(jī)中，Ua,Ra,If保持不變時，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩T之間的關(guān)系稱為他勵電動機(jī)的機(jī)械特性。根據(jù)公式：

T?CT?Ia

E?CE?n

Ua?E?IaRa

可得，他勵電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間有如下關(guān)系：

U?IRUIRURaEn??aaa?a?aa?a?T?n0??T

CE?CE?CE?CE?CE?CECT?2當(dāng)Ua、Ra、?為常數(shù)時，n?f?T?為一條向下傾斜的直線，如圖3所示：

圖3-0 他勵直流電動機(jī)的固有特性

Ua 稱為理想空載轉(zhuǎn)速； CE?Ra ?? 稱為機(jī)械特性的斜率，大小反映軟特性與硬特性； 2CECT?RaT 稱為負(fù)載時的轉(zhuǎn)速降。

?n??T?CECT?由于電樞電路電阻Ra很小，所以機(jī)械特性的斜率很小，硬度很大,固有特性為硬特性。其中： n0? 3

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3.1 固有機(jī)械特性

U?UN、???N電樞回路不串電阻時的機(jī)械特性。其方程式為：

U?IRUIRURaE n??aaa?a?aa?a?T?n0??T

CE?CE?CE?CE?CE?CECT?2由于Ra較小，特性的斜率?小，所以他勵直流電動機(jī)的固有機(jī)械特性是一條稍稍向下

傾斜的直線，如3-2所示：

圖3-1 他勵直流電動機(jī)的固有特性

固有特性稱為硬特性，其額定轉(zhuǎn)速變化率為：

?nn0?nNN%?n?100%

N3.2 電樞串接電阻時的人為機(jī)械特性

將電樞回路串接電阻，而保持電源電壓和勵磁磁通不變其機(jī)械特性如圖3-2所示： 4

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圖3-2 電樞串接電阻時的人為機(jī)械特性

與固有機(jī)械特性相比，電樞串接電阻時的人為機(jī)械特性具有如下一些特點(diǎn):

1、理想空載轉(zhuǎn)速與固有特性時相同，且不隨串接電阻Ra的變化而變化；

2、隨著串接電阻的加大，特性的斜率?加大，轉(zhuǎn)速降落?n加大，特性變軟，穩(wěn)定性變差；

3、機(jī)械特性由與縱坐標(biāo)軸交于一點(diǎn)?n?n0?但具有不同斜率的射線族所組成；

4、串入的附加電阻越大，電樞電流流過附加電阻所產(chǎn)生的損耗就越大。

3.3 改變電源電壓時的人為機(jī)械特性

此時電樞回路附加電阻Rka?0，磁通保持不變。改變電源電壓，一般是由額定電壓向下改變。

由機(jī)械特性方程，得出這時的人為機(jī)械特性如圖3-3所示。

與固有機(jī)械特性相比，當(dāng)電源電壓降低時，其機(jī)械特性的特點(diǎn)為：

1、特性斜率?不變，理想空載轉(zhuǎn)速n0降低；

2、機(jī)械特性曲線平行下移，機(jī)械特性由一組平行線所組成；

3、?不變，機(jī)械特性的硬度不變。

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圖3-3 改變電源電壓時的人為機(jī)械特性

3.4 減小勵磁電流時的人為特性

減小勵磁電流I，則磁通?減小，n0增加，?增加，?減小，人為特性如圖3-4所示：

圖3-4 減小勵磁電流時的人為特性

第四章 他勵直流電機(jī)的制動

為了滿足生產(chǎn)和生活的需要，電力拖動系統(tǒng)往往需要使電動機(jī)盡快停轉(zhuǎn)或者由高速運(yùn)行迅速轉(zhuǎn)為低速運(yùn)行，為此需要對電動機(jī)進(jìn)行制動，同時對于位能性負(fù)載的工作結(jié)構(gòu)，為

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了獲得穩(wěn)定的下降速度也需要對電動機(jī)進(jìn)行制動。

制動是電動機(jī)一個重要的運(yùn)行狀態(tài)，其運(yùn)行的特點(diǎn)是電磁轉(zhuǎn)矩Tm的方向與旋轉(zhuǎn)方向n相反。

4.1 他勵直流電動機(jī)的制動種類

他勵直流電動機(jī)的制動方法包括能耗制動、反接制動和回饋制動三種。

4.2 回饋制動

他勵電動機(jī)回饋制動的特點(diǎn)是：使電動機(jī)的轉(zhuǎn)速大于理想空載轉(zhuǎn)速，因而E?Ua，電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，將系統(tǒng)的動能轉(zhuǎn)換成電能回饋給電網(wǎng)。

回饋制動又分為以下兩種類型。

4.2.1 正向回饋制動——電車下坡

電車在平地行駛或上坡時，負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL阻礙電車前往行駛。如圖4-1所示：

圖4-1 回饋制動電車下坡過程

系統(tǒng)工作在機(jī)械特性與負(fù)載特性2的交點(diǎn)a上。電車下坡時，TL反向變成幫助電車向下加速行駛，負(fù)載特性變?yōu)樘匦?。在T和?TL的共同作用下，n加速，工作點(diǎn)由a點(diǎn)沿特性1向上移動。到達(dá)n0時，T?0，但?TL?0，即-TL與n方向相同，在?TL作用下，電機(jī)繼續(xù)加速，工作點(diǎn)越過n0繼續(xù)向上移動。這時T反向，成為阻止電車下坡的制動轉(zhuǎn)矩。但

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?TL?T，工作點(diǎn)繼續(xù)上移，直至機(jī)械特性1與負(fù)載特性3的交點(diǎn)b為止，T??TL，電車恒速往下行駛。自從工作點(diǎn)越過n0后，n?n0，使得E?Ua，電動機(jī)就進(jìn)入了回饋制動過程，到達(dá)b點(diǎn)后，電機(jī)便處于回饋制動運(yùn)行。由于這種回饋制動，電樞電壓方向沒有改變，故稱正向回饋制動。正向回饋制動與電機(jī)狀態(tài)相比，雖然n、E、Ua的方向都未改變，但因E?Ua，使得Ia以及T反向，兩者的區(qū)別如圖4-2所示：

（a）電動狀態(tài)（b）制動狀態(tài)

圖4-2 正向回饋制動時的電路圖

正向回饋制動在調(diào)速過程中也時常出現(xiàn)，當(dāng)電動機(jī)減速時，若減速后的理想空載轉(zhuǎn)速低于減速前的轉(zhuǎn)速，電機(jī)便會在調(diào)速過程的某一階段處于正向回饋制動過程。如圖4-3所示：

（a）改變電樞電壓調(diào)速（b）改變勵磁電流調(diào)速

圖4-3 調(diào)速時出現(xiàn)的正向回饋制動

在改變電樞電壓調(diào)速和改變勵磁電流調(diào)速時，工作點(diǎn)都要從a點(diǎn)平移到b點(diǎn)，然后經(jīng)c點(diǎn)到達(dá)d點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。在bc階段，n?n0，電機(jī)處于正向回饋制動過程中。它的存在，有利于縮短bc短的時間，加快調(diào)速過程。

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4.2.2 反向回饋制動——下放重物

制動時，將電樞電壓反向，并且在電樞回路中串聯(lián)一個制動電阻Rb。制動前后的電路圖如圖4-4所示：

（a）電動狀態(tài)（b）制動狀態(tài)

圖4-4 反向回饋制動時的電路圖

這時，電動機(jī)拖動的是位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。如圖4-5所示：

圖4-5 回饋制動下放重物過程

制動前，系統(tǒng)運(yùn)行在機(jī)械特性1與負(fù)載特性3的交點(diǎn)a上。制動瞬間，工作點(diǎn)平移到人為特性2上的b點(diǎn)，T反向，n迅速下降。當(dāng)工作點(diǎn)到達(dá)c點(diǎn)時，在T和TL的共同作用下，電動機(jī)反向起動，工作點(diǎn)沿特性2繼續(xù)下移。到達(dá)d點(diǎn)時，轉(zhuǎn)矩等于理想空載轉(zhuǎn)矩，T?0，但TL?0，在重物的重力作用下，系統(tǒng)繼續(xù)反向加速，工作點(diǎn)繼續(xù)下移。當(dāng)工作點(diǎn)到達(dá)e點(diǎn)時，T?TL，系統(tǒng)重新穩(wěn)定運(yùn)行。這時的電動機(jī)在比理想空載轉(zhuǎn)速高的轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定下放重物。

在上述制動過程中，bc段電機(jī)處于電壓反向反接制動過程，cd段電機(jī)處于反向起動過程，de段電機(jī)處于回饋制動過程，在e點(diǎn)電機(jī)處于回饋制動運(yùn)行。由于這種回饋制動是

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在電樞電壓反向后得到的，故稱反向回饋制動。

反向回饋制動運(yùn)行時，與圖4-4（a）的電動狀態(tài)時相比，如圖4-4（b）所示，由于n反向，E反向，且E?Ua，Ia方向不變，T方向不變，但與n方向相反，成為制動轉(zhuǎn)矩。電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，將系統(tǒng)的動能轉(zhuǎn)換成電能送回電源。

回饋制動的效果也與制動電阻Rb的大小有關(guān)。Rb小，則特性2的斜率小，轉(zhuǎn)速低，下放重物慢。

由圖4-4（b）可知，回饋制動運(yùn)行時，為簡化分析，只取各量的絕對值，而不考慮其正負(fù)，則

Ra?Rb?E?UaCE?n?UaCT???（CE?n?Ua）

TIaTCT?可見，若要以轉(zhuǎn)速n下放負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL的重物，制動電阻應(yīng)為

Ra?CT?（CE?n?Ua）?Ra TL?T0忽略T0，則

Ra?CT?（CE?n?Ua）?Ra TL采用回饋制動下放重物時，轉(zhuǎn)速很高，超過了理想空載轉(zhuǎn)矩，要注意轉(zhuǎn)速不得超過電機(jī)允許的最高轉(zhuǎn)矩（產(chǎn)品目錄或電機(jī)手冊中可以查到）。同時還要注意有上式求得的Rb還要滿足Rb?

Ua?Eb?Ra的要求。Iamax

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結(jié)論

他勵電動機(jī)回饋制動就是使電動機(jī)的轉(zhuǎn)速大于理想空載轉(zhuǎn)速，因而E?Ua，電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，將系統(tǒng)的動能轉(zhuǎn)換成電能回饋給電網(wǎng)。如果直流電源采用電力電子設(shè)備,則需要有逆變裝置才能將電能回饋給電網(wǎng).回饋制動主要分為一下兩種:正向回饋制動—電車下坡.電動機(jī)車下坡時，重力加速度將使車速增高，為了安全需要制動限速。當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速升高而增大的電樞感應(yīng)電動勢大于電網(wǎng)電壓時，電動機(jī)便變?yōu)榘l(fā)電機(jī)運(yùn)行，它的電樞電流和電磁轉(zhuǎn)矩的方向都將倒轉(zhuǎn)，就限制了轉(zhuǎn)速進(jìn)一步增高，起了制動作用。電樞電流方向倒轉(zhuǎn)，電功率回饋到電網(wǎng)，故稱為回饋制動，回饋的電功率來源于電動機(jī)車下坡時所釋放出來的位能。反向回饋制動—下放重物.遼寧工程技術(shù)大學(xué)電機(jī)與拖動課程設(shè)計

心得體會

我們通過學(xué)習(xí)電機(jī)與拖動，對他勵直流電動機(jī)有了一些初步了解，但那都是一些理論的東西。通過這次他勵直流電動機(jī)的課程設(shè)計，我們才把學(xué)到的知識與實踐相結(jié)合。從而對我們學(xué)的知識有了更進(jìn)一步的理解，使我們進(jìn)一步加深了對所學(xué)知識的記憶。

在此次的他勵直流電動機(jī)的設(shè)計過程中，我更進(jìn)一步地熟悉了電動機(jī)的結(jié)構(gòu)及掌握了各組成部分的工作原理和其具體的使用方法。也鍛煉了自己獨(dú)立思考問題的能力和通過查看相關(guān)資料來解決問題的習(xí)慣。雖然這只是一次簡單的課程設(shè)計，但通過這次課程設(shè)計我們了解了課程設(shè)計的一般步驟，和設(shè)計中應(yīng)注意的問題，同時我們也掌握了做設(shè)計的基本流程，為我們以后進(jìn)行更復(fù)雜的設(shè)計奠定了堅實的基礎(chǔ)。設(shè)計本身并不是有很重要的意義，而是同學(xué)們對待問題時的態(tài)度和處理事情的能力。至于設(shè)計的成績無須看的太過于重要，而是設(shè)計的過程，設(shè)計的思想中的每一個環(huán)節(jié)，設(shè)計中各個部分的功能是如何實現(xiàn)的。各個部分能夠完成什么樣的功能，使用材料時應(yīng)該注意那些要點(diǎn)。同一個部分可以用哪些材料實現(xiàn)，各種材料實現(xiàn)同一個功能的區(qū)別。另外，我們設(shè)計要從市場需求出發(fā)，既要有強(qiáng)大的功能，又要在價格方面比同等檔次的便宜。

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參考文獻(xiàn)

【1】.唐介

《電機(jī)與拖動》

高等教育出版社 【2】.湯蘊(yùn)

《電機(jī)學(xué)》

西安交通大學(xué)出版社 【3】.劉啟新

《電機(jī)與拖動基礎(chǔ)》

中國電力出版社 【4】.唐介

【5】.李曉竹

高等教育出版社

中國礦業(yè)大學(xué)出版社 13 《控制微電機(jī)》

《電機(jī)與拖動》

第二篇：他勵直流電動機(jī)制動課程設(shè)計 0430 崔善澤

課程設(shè)計報告

設(shè)計題目：

他勵直流電動機(jī)制動課程設(shè)計

學(xué)

校：

華東交通大學(xué)理工學(xué)院 學(xué) 生

姓 名：

崔 善 澤

專

業(yè)：

電氣工程及其自動化

班

級：

電牽2班

學(xué)

號：

20***0

指 導(dǎo)

教 師：

李 房 云

摘要

本設(shè)計先介紹了他勵直流電動機(jī)的工作方式，是為后面電動機(jī)制動作鋪墊。對于制動，直流電機(jī)制動有很多種方式,一般有大致可分為三類，能耗制動，反接制動，回饋制動。他勵直流電機(jī)能耗制動在工程上得到了廣泛的使用，因為這種制動方式，簡單可靠，安全經(jīng)濟(jì)。能耗制動原理其實就是將電流方向反向，產(chǎn)生相反的電磁轉(zhuǎn)矩，從而產(chǎn)生一個與轉(zhuǎn)速方向相反的力矩，達(dá)到減速制動的目的。在這次的設(shè)計中，我們著重討論的是他勵直流電機(jī)能耗制動。主要討論關(guān)于能耗制動一些技術(shù)方面問題的分析與設(shè)計。以兩種方式講解：圖示法和公式法。在圖示上直觀的解釋了他勵直流電動機(jī)的停機(jī)過程，講解了在不同的階段，電動機(jī)的工作特性曲線的變動，在關(guān)鍵點(diǎn)的(電動機(jī)的瞬時態(tài))講解。在公式法中，我們將嚴(yán)格依據(jù)電動的工作特性曲線來討論不同時態(tài)的變動，并且最重要的是在公式法中我們討論了Rb的電阻要求并講解了為什么必須要串入電阻Rb。在下放重物的過程中方式同迅速停機(jī)一致重點(diǎn)放在反向啟動后，電動機(jī)的運(yùn)行情況。并且運(yùn)用之前所介紹的基礎(chǔ)知識來解 T，TL，To之間的關(guān)系。

關(guān)鍵詞

制動

能耗制動

反接制動

回饋制動

迅速停機(jī) 放下重物

目錄

前言…………………………………………………………………………… 3 第1章 直流電動機(jī)的工作原理………………………………………………4 第2章 他勵直流電動機(jī)的電路模型…………………………………………5 第3章 他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性…………………………………………5 3.1 機(jī)械特性表達(dá)式……………………………………………………… 5

3.2 固有機(jī)械特性………………………………………………………… 6 3.3 人為機(jī)械特性………………………………………………………… 7 第4章 他勵直流電動機(jī)的制動………………………………………………9 4.1 能耗制動……………………………………………………………… 9 4.2 反接制動……………………………………………………………… 13 4.3 回饋制動……………………………………………………………… 17 第5章 他勵直流電動機(jī)制動設(shè)計……………………………………………21 第6章 總結(jié)……………………………………………………………………22 致謝…………………………………………………………………………… 23

前言

電機(jī)與拖動是自動化專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課。它主要是研究電機(jī)與電力拖動的基本原理，以及它與科學(xué)實驗、生產(chǎn)實際之間的聯(lián)系。通過學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握常用交、直流電機(jī)、變壓器及控制電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理；掌握電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)行性能、分析計算，電動機(jī)選擇及實驗方法等。

電機(jī)與拖動課程設(shè)計是理論教學(xué)之后的一個實踐環(huán)節(jié)，通過完成一定的工程設(shè)計任務(wù)，學(xué)會運(yùn)用本課程所學(xué)的基本理論解決工程技術(shù)問題，為學(xué)習(xí)后續(xù)有關(guān)課程打好必要的基礎(chǔ)。電動機(jī)所驅(qū)動的負(fù)載，有時候要求從高轉(zhuǎn)速迅速降為低轉(zhuǎn)速，甚至停轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，就需要對電動機(jī)采取措施以保證負(fù)載的要求，這種措施稱為電動機(jī)的制動。制動的基本原理是使電動機(jī)轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生一個反力矩，具體有三種方法，即能耗制動、反接制動、回饋制動。

第1章

1.1直流電動機(jī)的工作原理

直流的電動機(jī)是將輸入的直流電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的電氣設(shè)備，即有直流電能→機(jī)械能。

在直流電動機(jī)中，為了產(chǎn)生不變的電磁轉(zhuǎn)矩，盡量減小氣隙，以達(dá)到最強(qiáng)的磁場與最高的效率，就要利用磁場的作用，由通電導(dǎo)體形成繞組，由轉(zhuǎn)子鐵心和定子磁極形成磁場，通過換向器使轉(zhuǎn)子的磁極的極性始終保持和定子的極性相反，形成旋轉(zhuǎn)的力矩，從而外部電路中的直流電流通過換向轉(zhuǎn)變成電機(jī)內(nèi)部的交 流電流，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。

a）b)圖1-1 直流電動機(jī)原理圖

如圖1-1所示電樞繞組通過電刷接到直流電源上，繞組的轉(zhuǎn)軸與機(jī)械負(fù)載相連，這時便有電流從電源的正極流出，經(jīng)電刷A流入電刷繞組，然后經(jīng)電刷B流回電源的負(fù)極。在圖（a）所示位置，在N極下面導(dǎo)線電流是由a到b，根據(jù)左手定理可知導(dǎo)線ab受力方向向左，而導(dǎo)線cd受力方向向右。當(dāng)兩個電磁力對轉(zhuǎn)軸所形成的電磁轉(zhuǎn)矩大于阻轉(zhuǎn)矩時，電動機(jī)逆時針旋轉(zhuǎn)。當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過180度時，這是電流方向已改變?yōu)橛衐到c和b到a，因此電磁轉(zhuǎn)矩的方向仍然是逆時針的，這樣使得電機(jī)一直旋轉(zhuǎn)下去。

第2章

2.1 他勵直流電動機(jī)的電路模型

他勵電動機(jī)的勵磁繞組和電樞繞組分別由兩個電源供電，如圖2-1所示，他勵電動機(jī)由于采用單獨(dú)的勵磁電源，設(shè)備較復(fù)雜。但這種電動機(jī)調(diào)速范圍很寬，多用于主機(jī)拖動中。

勵磁電流：If?UfRf

電樞電流：Ua?E?RaIa

Ia?Ua?ET?

CT?Ra電動機(jī)的轉(zhuǎn)速：n?UaRa?T 2CE?CECT?第3章 他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性

3.1機(jī)械特性表達(dá)式

在他勵電動機(jī)中，Ua、Ra、If保持不變時，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩T之間的關(guān)系稱為他勵電動機(jī)的機(jī)械特性。

根據(jù)公式

T?CT?Ia

Ea?Ce?n

U?Ea?IaR

可得，他勵電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間有如下關(guān)系

n?UaRa?T?no??n?no??T 2CE?CECT?其中稱為理想空載轉(zhuǎn)速

n0?UCe?

β機(jī)械特傾性的斜率，大小反映軟特性與硬特性，其值為：

??Radn

?2dTCECT??n是轉(zhuǎn)速差，其值為：

?n?no?n??T

機(jī)械特性的硬度為：

??dT1? dn?斜率?越小，硬度?越大，機(jī)械特性越強(qiáng)。

當(dāng)和保持為額定值，而且電樞電路中無外接電阻時的機(jī)械特性稱為固有特性，否則稱為人為特性。

3.2 固有機(jī)械特性

由方程式n?UnRa得到他勵電動機(jī)的固有特性，如圖3-1所示，?2Ce?nCeCT?n由于電樞電阻Ra很小，所以機(jī)械特性的斜率?很小，硬度?很大，固有特性為硬特性。固有特性上的N點(diǎn)對應(yīng)于電動機(jī)的額定狀態(tài)。這是電動機(jī)的電壓、電流、功率和轉(zhuǎn)速都等于額定值。額定狀態(tài)說明了電動機(jī)的長期運(yùn)行能力。

nnonNNMnM

OTNTMT

圖3-1 他勵電動機(jī)的固有特性

固有特性上的M點(diǎn)對應(yīng)于電動機(jī)的臨界狀態(tài)。這時的電樞電流Ia等于換向所允許的最大電樞電流Iamax??1.5~2.0?IaN。對應(yīng)轉(zhuǎn)矩TM是電動機(jī)所允許的最大轉(zhuǎn)矩。臨界狀態(tài)說明了電動機(jī)的短時過載能力。

3.3 人為機(jī)械特性

1、增加電樞串接電阻的人為機(jī)械特性

在他勵直流電動機(jī)的電樞電路中串入外接電阻，根據(jù)公式

n?R?RfU?aT 2CE?CECT?這時相當(dāng)于電路電樞電阻Ra增加，理想空載轉(zhuǎn)速no不變，?增加，機(jī)械特性硬度?減小，機(jī)械特性如圖3-2所示，串入電阻越大，人為特性斜率?越大，硬度?越小。

圖3-2 增加電樞電路電阻時的人為特性

2、降低電樞電壓時的人為機(jī)械特性

Ua

當(dāng)降低電樞電壓時，降低時，no減小，?不變，?不變，人為特性如圖3-3所示，機(jī)械特性平行下移。

圖3-3 降低電樞電壓時的機(jī)械特性

3、減弱勵磁電流時的人為機(jī)械特性

減小勵磁電流If，則磁通?減小，no增加，?增加，?減小，人為特性如圖3-4所示。

圖3-4 減弱勵磁電流時的機(jī)械特性

第4章 他勵直流電動機(jī)的制動

他勵直流電動機(jī)的制動方法有：能耗制動，反接制動，回饋制動

4.1 能耗制動

直流電動機(jī)的制動方式有多種：能耗制動、反接制動和回饋制動。在此我們選擇的研究方向是能耗制動。

直流電動機(jī)開始制動后，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速從穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速到零或反向一個轉(zhuǎn)速值（下放重物的情況）的過程稱為制動過程。對于電動機(jī)來講，我們有時候希望它能迅速制動，停止下來，如在精密儀器的制動過程中，液晶顯示屏幕的切割等等，但有的時候我們卻希望電機(jī)能夠慢慢地停下來，利用慣性來工作。于是，直流電動機(jī)能耗制動又分為迅速停機(jī)和下放重物兩種方式。

他勵直流電動機(jī)能耗制動的特點(diǎn)是：將電樞與電源斷開，串聯(lián)一個制動電阻Rb，使電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，將系統(tǒng)的動能轉(zhuǎn)換成電能消耗在電樞回路的電阻上。

能耗制動分為兩種，分別用于不同場合。

4.1.1 能耗制動過程——迅速停機(jī)

制動前后如圖4-1所示，與電動狀態(tài)相比，制動時，系統(tǒng)因慣性繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，n方向不變，由于磁場方向不變，故E方向也不變。由于電源被切除，電樞通過制動電阻Rb短接，電動勢將產(chǎn)生與電動狀態(tài)時方向相反的電樞電流，Ia反向，10 使得T反向而成為制動轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度下降至零。當(dāng)n=0時，E=0，Ia=0，制動轉(zhuǎn)矩T自動消失。

a）電動狀態(tài)

IaT +E-M—--Ufnb）制動狀態(tài)

圖4-1 能耗制動迅速停機(jī)的電路圖

上述制動過程也可以通過機(jī)械特性來說明，電動狀態(tài)是的機(jī)械特性如圖4-2中的特性1，n與T的關(guān)系為

n?UnRa?T

2Ce?nCeCT?n能耗制動時，Ua=0，電樞回路中又增加制動電阻Rb，故

n??Ra?RbCeCT?n2T

機(jī)械特性如圖4-2中的特性2，它是一條通過原點(diǎn)、位于2、4象限的直線。

圖4-2 能耗制動迅速停機(jī)過程

設(shè)電動機(jī)拖動的是反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。制動前，系統(tǒng)工作在機(jī)械特性1與負(fù)載特性3的交點(diǎn)a上。制動瞬間，因機(jī)械慣性，轉(zhuǎn)速來不及變化，工作點(diǎn)由a點(diǎn)平移到能耗制動特性2上的b點(diǎn)。這是T反向，成為制動轉(zhuǎn)矩，制動過程開始。在T和TL的共同作用下，轉(zhuǎn)速n迅速下降，工作點(diǎn)沿特性2由b點(diǎn)移至0點(diǎn)。這時，n=0，T也自動變?yōu)榱?，制動過程結(jié)束。

能耗制動過程的效果與制動電阻Rb的大小有關(guān)。Rb小，則Ia大，T大，制動過程短，停機(jī)快。但制動過程中的最大電樞電流，即工作于b點(diǎn)時的電樞電流Iab不得超過Iamax。由圖3-1（b）可知Iab?EbIamaxEb式中，Eb?Ea，是工作于b

Ra?Rb點(diǎn)和a點(diǎn)時的電動勢。由此可得Ra?-Ra

4.1.2 能耗制動運(yùn)行——下放重物

若電動機(jī)拖動位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，如圖4-3所示。制動前，系統(tǒng)工作在機(jī)械特性1與負(fù)載特性3的交點(diǎn)a上，電動機(jī)以一定的速度提升重物。在需要穩(wěn)定下放重物時，讓電動機(jī)處于能耗制動狀態(tài)。工作點(diǎn)由機(jī)械特性1上的a點(diǎn)平移到特性2上的b點(diǎn)，并迅速移動到0點(diǎn)，這一階段，電動機(jī)處于能耗制動過程中。當(dāng) 12 工作點(diǎn)達(dá)到0點(diǎn)時，T=0，但TL＞0，在重物的重力作用下，系統(tǒng)反向啟動，工作點(diǎn)將由0點(diǎn)下移到c點(diǎn)，T=TL，系統(tǒng)重新穩(wěn)定運(yùn)行，這時n反向，電動機(jī)穩(wěn)定下放重物。由于下放重物時，電動機(jī)是穩(wěn)定運(yùn)行在能耗制動狀態(tài)。

圖4-3 能耗制動下放重物過程

能耗制動運(yùn)行與能耗制動過程相比，由于n反向，引起E反向，使得Ia和T也隨之反向，兩者的不同如圖4-4所示，在能耗制動過程中，n＞0，T＜0；然而在能耗制動運(yùn)行時，n＜0，T＞0。

能耗制動運(yùn)行的效果與制動電阻Rb的大小有關(guān)。Rb小，特性2的斜率小，轉(zhuǎn)速低，下放重物慢。由圖4-4（b）可知，工作在c點(diǎn)時，只取各量的絕對值，而不考慮正、負(fù)，則

Ra?Rb?EcCE?nn

??CECT?2TIacTL?T0CT?下放重物時，T0與TL方向相反，與T方向相同，故T=TL-T0?？梢姡粢赞D(zhuǎn)速n下放負(fù)載轉(zhuǎn)矩為TL的重物時，制動電阻應(yīng)為

Rb?CECT?2n?Ra

TL?TO 13 忽略T0，則

Rb?CECT?2EbIamaxn?Ra TLRb的結(jié)果應(yīng)與式Ra?-Ra校驗是否合適。

a）能耗制動過程

（b）能耗制動運(yùn)行

圖4-4 能耗制動過程與能耗制動運(yùn)行得比較

4.2 反接制動

4.2.1 電壓反向反接制動——迅速停機(jī)

當(dāng)電動機(jī)在電動運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下以穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速n運(yùn)行時候，如圖4-5所示，為了使工作機(jī)構(gòu)迅速停車，可在維持勵磁電流不變的情況下，突然改變電樞兩端外施電壓的極性，并同時串入電阻，如圖4-6所示。由于電樞反接這樣操作，制動作用會更加強(qiáng)烈，制動更快。電機(jī)反接制動時候，電網(wǎng)供給的能量和生產(chǎn)機(jī)械的動能都消耗在電阻Ra+Rb上面。

IaTUan+MEUf-(a)電動狀態(tài) 圖4-5 制動前的電路圖

RbIaTUaMn+EUf-(b)制動狀態(tài)

圖4-6 制動后的電路圖

同時也可以用機(jī)械特性來說明制動過程。電動狀態(tài)的機(jī)械特性如下圖三的特性1，n與T的關(guān)系為

E?CE?nT?CT?IaE?Ua?RaIan?U?RaIaURaE?a?a?TCE?CE?CE?CECT?2

電壓反向反接制動時，n與T的關(guān)系為

UaRa?Rbn??(?T)2CE?CECT?

其機(jī)械特性如圖4-7中的特性2。設(shè)電動機(jī)拖動反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，負(fù)載特性如圖4-7中的特性3。

2n no 3a1bTLcoTLT

圖4-7 反接制動迅速停機(jī)過程

制動前，系統(tǒng)工作在機(jī)械特性1與負(fù)載特性3的交點(diǎn)a上，制動瞬間，工作點(diǎn)平移到特性2上的b點(diǎn)，T反向，成為制動轉(zhuǎn)矩，制動過程開始。在T和TL的共同作用下，轉(zhuǎn)速n迅速下降，工作點(diǎn)沿特性2由b移至c點(diǎn)，這是n?0，應(yīng)立即斷開電源，使制動過程結(jié)束。否則電動機(jī)將反向起動，到d點(diǎn)去反向穩(wěn)定運(yùn)行。電壓反向反接制動的效果與制動電阻Rb的大小有關(guān)，Rb小，制動過程短，停機(jī)快，但制動過程中的但制動過程中的最大電樞電流，即工作于b點(diǎn)時的電樞電流Iab不得超過Iamax?(1.5?2.0)IaN。由圖4-7可知，只考慮絕對值時

Iab?Ua?Eb

Ra?Rb式中，Eb=Ea。由此求得電壓反接制動的制動電阻為

Rb?Ua?Eb?Ra Iamax4.2.2 電動勢反向反接制動——下方重物

制動前的電路如圖4-8所示，制動后的電路如圖4-9所示。制動時，電樞電壓不反向，只在電樞電路中串聯(lián)一個適當(dāng)?shù)闹苿与娮鑂b。機(jī)械特性方程邊變?yōu)?/p>

n?UaR?Rb?aT CE?CECT?2 16

IaIUan+MEUf-(c)電動狀態(tài)

圖4-8制動前的電路圖

RbIaIUaMn-EUf+(d)制動狀態(tài)

圖4-9 制動后的電路圖

若電動機(jī)拖動若電動機(jī)拖動位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，則如圖4-10所示。制動前，系統(tǒng)工作在固有特性1與負(fù)載特性3的交點(diǎn)a上。制動瞬間，工作點(diǎn)由a平移到人為特性上的b點(diǎn)。由于T?TL錯誤！未找到引用源。，n下降，工作點(diǎn)沿特性2由b點(diǎn)向c點(diǎn)移動。當(dāng)工作點(diǎn)到達(dá)c點(diǎn)時，T?Tc錯誤！未找到引用源。，但TL?Tc錯誤！未找到引用源。，在重物的重力作用下，系統(tǒng)反向起動，工作點(diǎn)由c點(diǎn)下移到d點(diǎn)，T?Tc錯誤！未找到引用源。，系統(tǒng)重新穩(wěn)定運(yùn)行。這是n反向，電動機(jī)處在制動運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定下放重物。

在這種情況下制動運(yùn)行時，由于n反向，E也隨之反向，由圖可以看出，這時E與Ua的作用方向也變?yōu)橐恢拢e誤！未找到引用源。和T的方向不變，T與n方向相反，成為制動轉(zhuǎn)矩，與負(fù)載轉(zhuǎn)矩保持平衡，穩(wěn)定下放重物。所以這種反接制動稱為電動勢反向的反接制動運(yùn)行。

電動勢反接制動的效果與制動電阻Rb的大小有關(guān)。Rb錯誤！未找到引用源。小，特性2的斜率小，轉(zhuǎn)速低，下放重物滿。由圖五知，在d點(diǎn)運(yùn)行時，為簡化 分析，只取各量的絕對值，而不考慮其正負(fù)，則

Ra?Rb?Ua?EdCT??(Ua?CE?n)IadT可見，若要以轉(zhuǎn)速n下放負(fù)載轉(zhuǎn)矩為TL的重物，制動電阻應(yīng)為

Rb?忽略To，則

Rb?CT?(Ua?CE?n)?Ra

TL?ToCT?(Ua?CE?n)?Ra TLn3n0abocTCTLTd圖4-10反接制動下放重物過程

4.3 回饋制動

4.3.1 正向回饋制動——電車下坡

電車在平地行駛或上坡時，負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL阻礙電車前往行駛。如圖4-11所示：

圖4-11 回饋制動電車下坡過程

系統(tǒng)工作在機(jī)械特性與負(fù)載特性2的交點(diǎn)a上。電車下坡時，TL反向變成幫助電車往下行駛，負(fù)載特性變?yōu)樘匦?。在T和?TL的共同作用下，n加速，工作點(diǎn)由a點(diǎn)沿特性1向上移動。到達(dá)n0時，T?0，但?TL?0，即-TL與n方向相同，在?TL作用下，電機(jī)繼續(xù)加速，工作點(diǎn)越過n0繼續(xù)向上移動。這時T反向，成為阻止電車下坡的制動轉(zhuǎn)矩。但?TL?T，工作點(diǎn)繼續(xù)上移，直至機(jī)械特性1與負(fù)載特性3的交點(diǎn)b為止，T??TL，電車恒速往下行駛。自從工作點(diǎn)越過n0后，n?n0，使得E?Ua，電動機(jī)就進(jìn)入了回饋制動過程，到達(dá)b點(diǎn)后，電機(jī)便處于回饋制動運(yùn)行。由于這種回饋制動，電樞電壓方向沒有改變，故稱正向回饋制動。正向回饋制動與電機(jī)狀態(tài)相比，雖然n、E、Ua的方向都未改變，但因E?Ua，使得Ia以及T反向，兩者的區(qū)別如圖4-12所示：

（a）電動狀態(tài)（b）制動狀態(tài)

圖4-12 正向回饋制動時的電路圖

正向回饋制動在調(diào)速過程中也時常出現(xiàn)，當(dāng)電動機(jī)減速時，若減速后的理想空載轉(zhuǎn)速低于減速前的轉(zhuǎn)速，電機(jī)便會在調(diào)速過程的某一階段處于正向回饋制動過程。如圖4-13所示：

（a）改變電樞電壓調(diào)速（b）改變勵磁電流調(diào)速

圖4-13 調(diào)速是出現(xiàn)的正向回饋制動

在改變電樞電壓調(diào)速和改變勵磁電流調(diào)速時，工作點(diǎn)都要從a點(diǎn)平移到b點(diǎn)，然后經(jīng)c點(diǎn)到達(dá)d點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。在bc階段，n?n0，電機(jī)處于正向回饋制動過程中。它的存在，有利于縮短bc短的時間，加快調(diào)速過程。

4.2.2 反向回饋制動——下放重物

制動時，將電樞電壓反向，并在電樞回路中串聯(lián)一個制動電阻Rb。制動前后的電路圖如圖4-14所示：

（a）電動狀態(tài)（b）制動狀態(tài)

圖4-14 反向回饋制動時的電路圖

這時，電動機(jī)拖動的是位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。如圖4-15所示：

圖4-15 回饋制動下放重物過程

制動前，系統(tǒng)運(yùn)行在機(jī)械特性1與負(fù)載特性3的交點(diǎn)a上。制動瞬間，工作點(diǎn)平移到人為特性2上的b點(diǎn)，T反向，n迅速下降。當(dāng)工作點(diǎn)到達(dá)c點(diǎn)時，在T和TL的共同作用下，電動機(jī)反向起動，工作點(diǎn)沿特性2繼續(xù)下移。到達(dá)d點(diǎn)時，轉(zhuǎn)矩等于理想空載轉(zhuǎn)矩，T?0，但TL?0，在重物的重力作用下，系統(tǒng)繼續(xù)反向加速，工作點(diǎn)繼續(xù)下移。當(dāng)工作點(diǎn)到達(dá)e點(diǎn)時，T?TL，系統(tǒng)重新穩(wěn)定運(yùn)行。這時的電動機(jī)在比理想空載轉(zhuǎn)速高的轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定下放重物。

在上述制動過程中，bc段電機(jī)處于電壓反向反接制動過程，cd段電機(jī)處于反向起動過程，de段電機(jī)處于回饋制動過程，在e點(diǎn)電機(jī)處于回饋制動運(yùn)行。由于這種回饋制動是在電樞電壓反向后得到的，故稱反向回饋制動。

反向回饋制動運(yùn)行時，與圖4-4（a）的電動狀態(tài)時相比，如圖4-4（b）所示，由于n反向，E反向，且E?Ua，Ia方向不變，T方向不變，但與n方向相反，成為制動轉(zhuǎn)矩。電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，將系統(tǒng)的動能轉(zhuǎn)換成電能送回電源。

回饋制動的效果也與制動電阻Rb的大小有關(guān)。Rb小，則特性2的斜率小，轉(zhuǎn)速低，下放重物慢。

由圖4-14（b）可知，回饋制動運(yùn)行時，為簡化分析，只取各量的絕對值，而不考慮其正負(fù)，則

Ra?Rb?E?UaCE?n?UaCT???（CE?n?Ua）

TIaTCT?可見，若要以轉(zhuǎn)速n下放負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL的重物，制動電阻應(yīng)為

Ra?CT?（CE?n?Ua）?Ra TL?T0忽略T0，則

Ra?CT?（CE?n?Ua）?Ra TL采用回饋制動下放重物時，轉(zhuǎn)速很高，超過了理想空載轉(zhuǎn)矩，要注意轉(zhuǎn)速不得超過電機(jī)允許的最高轉(zhuǎn)矩（產(chǎn)品目錄或電機(jī)手冊中可以查到）。同時還要注意有上式求得的Rb還要滿足Rb?Ua?Eb?Ra的要求。Iamax第5章 他勵直流電動機(jī)的制動設(shè)計

一臺他勵電動機(jī)設(shè)PN?22KW,UaN?440V，IaN?65.3?,nN?600r/min，??IaMAX/IaMIN?2，T0忽略不計。拖動TL=0.8TN的反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，計算電樞電路中應(yīng)串入的制動電阻值不能小于多少？ 解：由額定數(shù)據(jù)求得：

UaNRa?P?NIaN22?103440?65.3?1.58??65.3IaNPN22?103E???336.91VIaN65.3CE??CT??E336.91??0.562nN6006060CE???0.562?5.3652?2?3.1460PN6022000TN???N?m?350.32N?m2?nN2?3.14600 迅速停機(jī)時：TL?0.8TN?0.8?350.32N?m?280.256N?mIa?TL280.256???52.24?CT?5.365EIamax?Ra?(357.46?1.58)??1.16?2?65.3E?Ua?RaIa?(440?1.58?52.24)V?357.46VRb?即電樞電路中應(yīng)串入的制動電阻值不能小于1.16?的電阻。

總結(jié)

一、能耗制動

制動時在電動機(jī)的繞組中串接電阻，電動機(jī)相當(dāng)于發(fā)電機(jī)，將擁有的的能量轉(zhuǎn)換成電能消耗在所串聯(lián)的電阻上。這種方法在各種電機(jī)制動中廣泛應(yīng)用，變頻控制也用到了。從高速到低速，這是電氣的頻率變化的很快，但電動機(jī)的轉(zhuǎn)子帶著負(fù)載有較大的機(jī)械慣性，不可能很快的停止，這樣就產(chǎn)生反電動勢電動機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，其產(chǎn)生反向電壓轉(zhuǎn)矩與原電動狀態(tài)轉(zhuǎn)矩相反，而使電動機(jī)具有較強(qiáng)的制動力矩，迫使轉(zhuǎn)子較快停下來但由于通常變頻器是交→直→交整流電路是不可逆的，因此無法回饋到電網(wǎng)上去，結(jié)果造成主電路電容器二端電壓升高，稱崩升電壓，當(dāng)超過設(shè)定上限值電壓時，制動回路導(dǎo)通，這就是制動單元的工作過程，制動電阻流過電源，從而將動能邊熱能消耗電壓隨之下降，待到設(shè)定下限時即斷。這種制動方法屬不可控，制動力矩有波動，制動時間是人為設(shè)定的。

制動電阻的選取經(jīng)驗：

<一>電阻值越小，制動力矩越大，流過制動單元的電流越大；

<二>不可以使制動單元的工作電流大于其允許最大電流，否則要損壞器件； <三>制動時間可認(rèn)為選擇；

<四>小容量變頻器（?7.5Kw）一般是內(nèi)接制動單元和制動電阻的； <五>當(dāng)在快速制動出現(xiàn)過電壓時說明電阻值過大來不及放電，應(yīng)減少電阻值

二、反接制動

直流電動機(jī)，將電機(jī)的電源正負(fù)反接，改變電樞電流的方向，這樣轉(zhuǎn)矩的方向也改變，使得轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的方向相反交流電機(jī)制動采用改變相序的方法產(chǎn)生反向轉(zhuǎn)矩，原理類似。反接制動力強(qiáng)，制動迅速，控制電路簡單，設(shè)備投資少，但制動準(zhǔn)確性差，制動過程中沖擊力強(qiáng)烈，易損壞傳動部件。

三、回饋制動

當(dāng)采用有源逆變技術(shù)控制電機(jī)時，將制動時再發(fā)生 電能逆變?yōu)榕c電網(wǎng)同頻率同相位的交流電回送電網(wǎng)，并將電能消耗在電網(wǎng)上從而實現(xiàn)制動。

致謝

感謝指導(dǎo)老師的指導(dǎo)和解惑，還有同學(xué)間的團(tuán)結(jié)協(xié)作，密切配合，各抒己見使我的這次課程設(shè)計圓滿成功。另外，在設(shè)計過程中，也進(jìn)一步礪練了自己，增強(qiáng)了獨(dú)立發(fā)現(xiàn)問題、思考并解決問題的能力，相信這些能力對于將來走進(jìn)就業(yè)崗位都會有極大地益處。

通過這次課程設(shè)計，使我更進(jìn)一步了解了直流電動機(jī)的工作原理及其起動過程，讓我深刻地了解到前人在科學(xué)研究上態(tài)度和方法，而且也讓我懂得任何的創(chuàng)新和發(fā)現(xiàn)都不是一時一刻可以得到的，必須具有深厚的知識功底，敏銳的洞察力才能告破事情的真相，從根本上理解它，應(yīng)用它。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳勇 羅萍 向敏 電力拖動與控制 北京 人民郵電出版社2011.10 [2] 李嵐 電力拖動與控制 機(jī)械工業(yè)出版社 2011.1

第三篇：電機(jī)與拖動第二章直流電動機(jī)的電力拖動習(xí)題集答案

1、一臺直流他勵電動機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：PN=21kW，UN=220V，IN=112A，nN=950r/min，Ra=0.45Ω。求固有特性方程并點(diǎn)繪固有特性曲線。

解：

Ce?N?UN?INRa220?112?0.45??0.18

nN950CT?N?9.55Ce??9.55?0.18?1.72 n0?UN220??1222r/min Ce?N0.18??RaCeCT?N2?0.45?1.43

0.18?1.72n?n0??T?1222?1.43T

2、一臺他勵電動機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)為：PN=40kW，UN=220V，IN=207.5A，Ra=0.067Ω。（1）如果電樞電路不串接電阻起動，則起動電流為額定電流的幾倍？（2）如將起動電流限制為1.5IN，求應(yīng)串入電樞電路的電阻值。

解：（1）Ist?UN220??3283.6A 設(shè)起動電流倍數(shù)為K Ra0.067K?Ist3283.6??15.8 IN207.5（2）如將起動電流限制為1.5IN，設(shè)串入電樞電路的電阻為RB, ?Ist?UN220?1.5?207.5 RB?0.64? ?1.5IN

0.067?RBRa?RB

3、一臺他勵直流電動機(jī)數(shù)據(jù)為：PN=7.5kW，UN=110V，IN=79.84A，nN=1500r/min電樞回路電阻Ra?0.1014（1）U?UN,???N條件下，電?，求：樞電流Ia?60A時轉(zhuǎn)速是多少？（2）U?UN條件下，主磁通減少15%，負(fù)載轉(zhuǎn)矩為TN不變時，電動機(jī)電樞電流與轉(zhuǎn)速是多少？（3）U?UN,???N條件下，負(fù)載轉(zhuǎn)矩為0.8TN，轉(zhuǎn)速為(?800)r/min，電樞回路應(yīng)串入多大電阻？

解：（1）Ce?N?UN?INRa110?79.84?0.1014??0.068

nN1500n?UNRa1100.1014?Ia???60?1528r/min Ce?NCe?N0.0680.068（2）TN?CT?NIN

T??CT??Ia

TN?T?

Ia??NIN?NIN1???79.84?93.9A ??0。85?N0.85n?UNR1100.1014?aIa???93.9?1784r/min Ce??Ce??0.068?0.850.068?0.85（3）當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為0.8TN時，Ia?0.8IN

n? UNRa1100.1014?R??0.8?79.84 R=2.47Ω ?Ia ?800?0.0680.068Ce?NCe?N4、一臺ZZ?61他勵直流電動機(jī)，PN=10kW，UN=220V，IN=53.8A，nN=1500r/min，電樞電阻Ra=0.13Ω試計算：（1）直接起動時，最初起動電流I1；（2）若限制起動電流不過100A，采用電樞串電阻起動時應(yīng)串入的最小起動電阻值；

（1）I1?UN220??1692.3A Ra0.13（2）如將起動電流限制為100A，設(shè)串入電樞電路的電阻為RB, Ist?UN220?100 RB?2.07? ?

0.13?RBRa?RB5、他勵直流電動機(jī)的數(shù)據(jù)為PN=30kW，UN=220V，IN=158.5A，nN=1000r/min，Ra=0.1ΩTL=0.8TN求：（1）電動機(jī)的轉(zhuǎn)速；（2）電樞回路串入0.3?電阻時的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速；（3）電壓降至188V時，降壓瞬間的電樞電流和降壓后的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速；（4）將磁通減弱至80%?N時的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速。

解：（1）Ce?N?UN?INRa220?158.5?0.1??0.204

nN1000TL=0.8TN Ia=0.8IN n?UNRa2200.1?Ia???0.8?158.5?1016r/min Ce?NCe?N0.2040.204UNR?R2200.1?0.3?aIa???0.8?158.5?830r/min Ce?NCe?N0.2040.204U?EU?Ce?Nn188?0.204?1016????192.6A RaRa0.1（2）n?（3）電壓降至188V時，降壓瞬間轉(zhuǎn)速不能突變，n?1016r/min

降壓瞬間電樞電流 Ia?降壓后的穩(wěn)態(tài)電樞電流Ia=0.8IN

穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速

n?RaU1880.1 ?Ia???0.8?15.85?85r9/minCe?NCe?N0.2040.204?NIa?N0.8IN??IN?158.5A ??0.8?N??（4）當(dāng)磁通減弱至80%?N時，Ian? UNR2200.1?aIa???158.5?1251r/min Ce??Ce??0.204?0.80.204?0.86、一臺他勵直流電動機(jī)，其銘牌數(shù)據(jù)為：PN=10kW，UN=110V，IN=112.1A，nN=750r/min，測得Ra?0.1?，設(shè)電機(jī)原工作在額定電動狀態(tài)，負(fù)載為反抗性。（1）將電壓反接，要使最大制動電流為2.2IN，求應(yīng)串電阻的值；（2）在制動到n?0時，不切斷電源，電機(jī)能否反向運(yùn)行？試求出穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速，此時電機(jī)工作在什么狀態(tài)？ 解：Ce?N?UN?INRa110?112.1?0.1??0.132

nN750當(dāng)采用電壓反接時，U??UN IB?2.2IN

n??UNR?RB?aIa Ce?NCe?N?1100.1?RB??(?2.2?112.1)RB?0.71? 0.1320.132750?（2）在制動到n?0時

n? ?UNR?RB?1100.1?0.71?Ia Ia??135A ?aIa 0?0.1320.132Ce?NCe?N3

Ia?IN所以電動機(jī)可以反轉(zhuǎn)。電動機(jī)反轉(zhuǎn)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時，Ia??IN??112.1A n?

7、一臺他勵直流電動機(jī)的PN=17kW，UN=110V，IN=185A，nN=1000r/min，已知電動機(jī)最大允許電流Imax=1.8IN，電動機(jī)拖動TL=0.8TN負(fù)載電動運(yùn)行。試求：（1）采用能耗制動停車，電樞應(yīng)串入多大電阻？（2）采用電壓反接制動停車，電樞應(yīng)串入多大電阻？ ?UNR?RB?1100.1?0.71?aIa???(?112.1)??145.1r/min Ce?NCe?N0.1320.1322UNIN?PN2110?185?17?103解：（1）Ra???0.065 2233185INCe?N?UN?INRa110?185?0.065??0.1

nN1000 n?UNRa1100.065?Ia???0.8?185?1004r/min Ce?NCe?N0.10.1IB?EaC?n0.1?1001?1.8?185 ?eN?IN

0.065?RRa?RB1Ra?RB1B1RB1?0.24?（2）IB?U?EaU?Ce?Nn110?0.1?1001?1.8?185 ??1.8IN

0.065?RB2Ra?RB2Ra?RB2RB2?0.56?

第四篇：電機(jī)與電力拖動

《電機(jī)與電力拖動》復(fù)習(xí)題

備注：1.請考生自帶計算器；

2.計算題只有答案以零分計。

一． 試說明他勵直流電動機(jī)的起動方法及其特點(diǎn)。二． 試說明變壓器并聯(lián)運(yùn)行的條件。

三． 電壓變化率ΔU%和阻抗電壓UK有什么聯(lián)系？UK的大小決定于哪些因素？ UK的大小對變壓器運(yùn)行的影響如何？

四． 一臺三相異步電動機(jī)，如果把轉(zhuǎn)子抽掉，而在定子繞組上加三相額定電壓，會產(chǎn)生什么后果？

五． 一臺八極異步電動機(jī)電源頻率?=50Hz，額定轉(zhuǎn)差率SN=0.04，試求額定轉(zhuǎn)速nN。

六． 一臺單相變壓器，額定容量SN=1000kVA ,額定電壓U1N／U2N=60／6.3kV , 額定頻率?=50Hz，歸算至高壓側(cè)的ZK=61＋j205Ω，P0=5000W，PKN=16950W。求：（1）阻抗電壓UK；

（2）額定負(fù)載且cosψ2=0.8（滯后）時的電壓調(diào)整率；（3）cosψ2=0.8（滯后）時的最高效率。

七． 如果一對自整角機(jī)定子繞組的一根連接線接觸不良或脫開，試問是否能同步轉(zhuǎn)動？

八． 一臺直流發(fā)電機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：PN=100kW，UN=230V，nN=2850r/min，ηN=85%，試求該發(fā)電機(jī)的額定電流IN及額定輸入功率P1N。

九． 如果一臺并勵發(fā)電機(jī)不能建立電壓時，檢查的方法是什么？ 十． 試說明變壓器的效率在什么樣的情況下達(dá)到最大值，這個最大值是如何得到的？

十一． 三相異步電動機(jī)能在低于額定電壓下長期運(yùn)行嗎？為什么？

十二． 三相異步電動機(jī)的定、轉(zhuǎn)子鐵芯如用非磁性材料制成，會產(chǎn)生什么后果？

十三． 拆換異步電動機(jī)的定子繞組時，若把每相的匝數(shù)減少，則氣隙中的每極磁通與磁密數(shù)值將怎樣變化？ 十四． 異步電動機(jī)為什么又稱為感應(yīng)電動機(jī)？

十五． 一臺六極直流電機(jī)，1200r/min，74槽，每槽4個元件邊，單匝元件，單疊繞組，每極磁通為1.38×10-2Wb，電樞電流為120A，求其電磁轉(zhuǎn)矩及電樞電動勢。

十六． 一臺直流電動機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：PN=17kW，UN=220V，nN=1500r/min，ηN=83%，試求該電動機(jī)的額定電流IN及額定輸入功率P1N。

十七． 一臺他勵直流電機(jī)并聯(lián)于U=220V電網(wǎng)上運(yùn)行，單波繞組，已知p=2，N=372(電樞總導(dǎo)線數(shù))，n=1500r/min，每極磁通為φ=1.1×10-2Wb，電樞回路總電阻Ra=0.208Ω，PFe=362W，PΩ=204W，忽略附加損耗。試求：

a)b)此直流電機(jī)是發(fā)電機(jī)還是電動機(jī)？ 電磁轉(zhuǎn)矩、輸入功率和效率各為多少？

十八． 一臺他勵直流電動機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：PN=7.5kW，UN=220V，IN=39.8A，nN=1500r/min，試計算并繪制其固有機(jī)械特性。十九． 一臺四極直流發(fā)電機(jī)是單疊繞組，每極磁通為3.79×10-2Wb，電樞總導(dǎo)線數(shù)為152根，轉(zhuǎn)速為n=1200r/min，求電機(jī)的空載電動勢。若改為單波繞組，其他條件不變，問空載電動勢為230V時，電機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)是多少？

二十． 一臺三相異步電動機(jī)PN=60kW，nN=577 r/min，cosψN=0.77，ηN=88.5%，試求在額定線電壓為

380V時的額定電流IN。

二十一． 一臺三相異步電動機(jī)的輸入功率8.6kW，定子銅耗為425W，鐵耗為210W，轉(zhuǎn)差率為S=0.034，試計算電動機(jī)的電磁功率、轉(zhuǎn)子銅耗及機(jī)械損耗。

二十二． 某臺直流發(fā)電機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：PN=90kW，UN=230V，nN=1450r/min，ηN=89.6%，試求該發(fā)電機(jī)的額定電流IN。二十三． 一臺四極直流電動機(jī)，單疊繞組，額定轉(zhuǎn)速nN=1460r/min，36槽，每槽6個元件邊，每極磁通為2.2×10-2Wb，問電樞電流為800A時，求其電磁轉(zhuǎn)矩。

二十四． 電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是驅(qū)動性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩，電磁轉(zhuǎn)矩增大時，轉(zhuǎn)速似乎應(yīng)該上升，但從直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速特性來看，電磁轉(zhuǎn)矩增大時，轉(zhuǎn)速反而下降，這是什么原因？

二十五． 并勵直流電動機(jī)在運(yùn)行時若勵磁繞組斷線，會出現(xiàn)什么后果？

二十六． 三相異步電動機(jī)，額定功率PN=55kW，額定電壓UN=380V，額定電流IN=119A，額定轉(zhuǎn)速nN=570r/min，額定功率因素

cosψN=0.89，求同步轉(zhuǎn)速、極對數(shù)、額定負(fù)載時的效率和轉(zhuǎn)差率。已知電網(wǎng)頻率為50Hz。

二十七． 某臺直流電動機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：PN=10kW,UN=220V, nN=1500r/min,ηN=88.6%,試求該電動機(jī)額定運(yùn)行時的輸入功率P1及額定電流IN。

二十八． 有一臺三相變壓器，額定容量SN=50kVA , 高壓側(cè)額定電壓U1N=10kV , 低壓側(cè)額定電壓U2N=400V , 高低壓繞組都接成星形，試求高低壓側(cè)的額定電流I1N和I2N。

二十九． 某臺直流發(fā)電機(jī)為單疊繞組，每極磁通為3.5×10-2Wb，電樞總導(dǎo)線為152根，轉(zhuǎn)速為1200 r/min，求電機(jī)的空載電動勢。若改為單波繞組，其他條件不變，問空載電動勢為210V時，電機(jī)的轉(zhuǎn)速是多少？

三十． 為什么說交流異步測速發(fā)電機(jī)是交流侍服電動機(jī)的一種逆運(yùn)行方式？

第五篇：電機(jī)與電力拖動

填空題

1.電力拖動系統(tǒng)是采用以電機(jī)為原動機(jī)拖動生產(chǎn)機(jī)械完成加工任務(wù)。2.電力拖動系統(tǒng)的基本拖動方程式：T-Tfz=GD2 dn/375 dt.3.直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)由：定子、轉(zhuǎn)子和附屬構(gòu)件三部分組成。4.直流電動機(jī)按勵磁方式分為：他勵電動機(jī)和自勵電動機(jī)。5.通過改變它勵直流電動機(jī)的電壓、定子所串電阻和減小磁通量可以改變他的人為機(jī)械特性。

6.他勵直流電動機(jī)的啟動方法：減壓啟動和電樞回路串電阻兩種。7.變壓器的主要部分是：繞組和鐵心，它們組成變壓器的器身。8.交流電機(jī)包括交流發(fā)電機(jī)和交流電動機(jī)兩類。

9.三相交流異步電動機(jī)的定子槽有三種形式：開口槽、半開口槽和半閉口槽。

10.同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相同。選擇題

1.電力拖動系統(tǒng)中傳動機(jī)構(gòu)的作用是將（B）轉(zhuǎn)化成所需要的運(yùn)動形式，并進(jìn)行傳遞與分配。

A電能

B機(jī)械能

C旋轉(zhuǎn)運(yùn)動

D直線運(yùn)動 2.直流電動機(jī)的定子包括機(jī)座、主磁極、（B）、端蓋、電刷和軸承。

A換向器

B換向磁極

C電樞鐵心

D風(fēng)扇 3.他勵直流電動機(jī)固有機(jī)械特性的表達(dá)式是(A).A.n=Un/CeΦN – RaT/CeCTΦ2N

B.n=Un/CeΦN –(Ra+R)T/CeCTΦ2N C.n=Un/CeΦN – RaT/CeCTΦD.n=U/CeΦN – RaT/CeCTΦ2N

4.變壓器的額定容量用（C）表示。

A有功功率

B無功功率

C視在功率

D機(jī)械功率 5.變壓器的運(yùn)行特性有（A）和效率特性。

A外特性

B輸入特性

C輸出特性

D負(fù)載特性 6.三相單層繞組按繞組端接部分的形狀分有同心式、交叉式和（C）繞組。

A波

B疊

C交叉式鏈形

D雙層 7.三相異步電動機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速與（B）有關(guān)。

A電壓、頻率

B頻率、磁極數(shù)

C電流、電壓

D匝數(shù)、結(jié)構(gòu) 8.三相異步電動機(jī)機(jī)械特性反應(yīng)的是（A）

A.n=f(T)

B.U2=f(I2)

C.U1=f(I2)

D.η=f(I2)9.同步電動機(jī)按用途分為（A）調(diào)相機(jī)。

A發(fā)電機(jī)、電動機(jī)

B隱極式、凸機(jī)式

C高壓、低壓

D開啟式、防護(hù)式

10．直流電動機(jī)的額定電壓等級一般為（A）

A110v、220v、440v、660v

B220v、380v、3000v、6000v

C220v、440v、660v、3600v

D180v、220v、380v、3000v 判斷題

1.直流電動機(jī)換向繞組的作用是改善直流電機(jī)的換向。

對 2.直流電動機(jī)的直軸電樞反應(yīng)不影響主磁通的大小。

錯 3.恒功率調(diào)速方法最適合帶動恒功率負(fù)載。

錯 4.他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性具有硬特性。

對 5.變壓器工作時主磁通基本上保持不變。

對 6.電流互感器用于大功率測量場合。

錯 7.三相異步電動機(jī)的功率因素較高。

錯 8.三相異步電動機(jī)又稱為三相感應(yīng)電動機(jī)。

對 9.同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速相等。

對 10.同步電機(jī)本身沒有啟動轉(zhuǎn)矩，必須采用一定的啟動方法。

對 11.恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法最適合帶動恒功率負(fù)載。

對 簡答題

1.直流電動機(jī)的電樞鐵芯為什么要用硅鋼片制 造？能否用鑄鋼件代替？直流電動機(jī)的主磁 極能否用整塊的鋼加工而成？為什么？

答：直流電動即的電樞鐵心采用硅鋼片制造 可以有效的較少渦流損耗。不能用鑄鋼代替 直流電動機(jī)的電樞鐵芯。也不能采用整塊的鋼作為直流電動機(jī)的主磁極，因為整塊鋼作 為電動機(jī)主磁極時有交流分量，會產(chǎn)生交流 諧波并且會產(chǎn)生一定的渦流損耗，所以不能。2.他勵直流電動機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時，電樞電流的大小與什么量有關(guān)？改變電樞回路電阻，能否改變電樞電流的穩(wěn)態(tài)值？

答：當(dāng)他勵直流電動機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時，電樞電流的大小與電樞電阻有關(guān)，改變電樞回路電阻是不能改變電樞電流的穩(wěn)態(tài)值。

3.變壓器的主要用途是什么？為什么要高壓輸電？ 答：變壓器的主要用途就是升高或降低電壓，采用高壓輸電是為了減少電網(wǎng)遠(yuǎn)距離送電途中電能的損耗。

4.什么叫異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率？電動機(jī)的轉(zhuǎn) 速增大時轉(zhuǎn)差率怎樣變化？

答：轉(zhuǎn)差率為：同步轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速之差跟同步轉(zhuǎn)速的比值。當(dāng)電動機(jī)得轉(zhuǎn)速增大時根據(jù)轉(zhuǎn)差率的計算公式易知轉(zhuǎn)差率將減小。

5.什么叫三相異步電動機(jī)的減壓啟動？有哪幾種常用的方法？

答：三相 異步電動機(jī)的減壓啟動指改變加于定子繞組上電壓的啟動方式，常用的方法有：Y—Δ啟動、自耦變壓器啟動、延邊三角形啟動。6.同步發(fā)電機(jī)的“同步”是什么意思？

答：同步發(fā)電機(jī)的“同步”指轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子轉(zhuǎn)速相同。計算題

1.并勵直流電動機(jī)額定數(shù)據(jù)為P2=10Kw，Un=110v，nn=1100r/min，η=0.909。電樞電阻Ra=0.02Ω,勵磁回路電阻RL=55Ω。求：a.額定電流In，電樞電流Ia，勵磁電流IL；b.銅損耗△Pcu及空載損耗△P0；c.反電動勢。解：

a.額定電流為：

勵磁電流為：

電樞電流為：

b.銅損耗為:

所以空載損耗為：

c.反電動勢：

5.一臺四級異步電動機(jī)，電源電壓頻率為50Hz，轉(zhuǎn)子電路參數(shù)為R2=0.02，X2=0.08，定子和 轉(zhuǎn)子電路每相電動勢的變化比為E1/E2=10，當(dāng) E1=200v時，求：a.轉(zhuǎn)子不動時，轉(zhuǎn)子繞組每 相E2、I2和cosφ2s；b.額定轉(zhuǎn)速n=1425r/min時，轉(zhuǎn)子繞組每相的E2s、I2s、和cosΦ2s。

解：

a.轉(zhuǎn)子不動時

轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢：

轉(zhuǎn)子電流：

轉(zhuǎn)子功率因數(shù)：

b.在額定轉(zhuǎn)速時

同步轉(zhuǎn)速：

額定轉(zhuǎn)差率：

轉(zhuǎn)子電動勢：

轉(zhuǎn)子電抗：

轉(zhuǎn)子電流：

功率因數(shù)：

6.一臺繞線式轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)：PN=75Kw，nN=1460r/min，U1N=380v，I1N=144A，E1N=399v，I2N=116A，λ=2.8。求：a.轉(zhuǎn)子回路串入0.5Ω電阻，電動機(jī)運(yùn)行的轉(zhuǎn)速為多少？b.額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，要求把轉(zhuǎn)速降至500r/min，轉(zhuǎn)子每相電阻相應(yīng)串多大電阻。解：

a.額定轉(zhuǎn)差率：

轉(zhuǎn)子每相電阻：

當(dāng)串入電阻后，電機(jī)轉(zhuǎn)差率為：

轉(zhuǎn)速:

b.轉(zhuǎn)子串電阻后轉(zhuǎn)差率為：

轉(zhuǎn)子每相所串電阻：