1、機電傳動控制機電傳動控制主講：黃波QQ:670708517; Tel.:(61149)四川理工學院 機械設計制造系2014年1月15日機電傳動控制2u授課學時：授課學時：2學時學時u課外學時：課外學時：2學時學時u主要內容主要內容：直流電動機的結構和工作原理；直流發電機；直直流電動機的結構和工作原理；直流發電機；直流他勵電動機的機械特性、啟動特性、調速特性和制動特性流他勵電動機的機械特性、啟動特性、調速特性和制動特性u本章難點：本章難點：直流電動機的人為特性；直流電動機的啟動、調直流電動機的人為特性；直流電動機的啟動、調速和制動特性及方法速和制動特性及方法u教學形式：

2、教學形式：課堂講授課堂講授第第3章章 電動機的工作原理及機械特性電動機的工作原理及機械特性第第3章章 電動機的工作原理及機械特性電動機的工作原理及機械特性2014年1月15日機電傳動控制31. 有刷直流電動機（重點掌握）有刷直流電動機（重點掌握）優點：優點： 調速范圍廣，易于平滑調速；調速范圍廣，易于平滑調速；啟動、制動和過載轉矩大；易于控制；可做啟動、制動和過載轉矩大；易于控制；可做直流發電機；功率密度大，廣泛應用于對體直流發電機；功率密度大，廣泛應用于對體積和重量都十分敏感的手提電動工具上。積和重量都十分敏感的手提電動工具上。缺點：缺點：有電刷有電刷和整流子和整流子，有明顯火花，有明顯火花

3、和磨損，壽命受到限制；噪音較大；結構復和磨損，壽命受到限制；噪音較大；結構復雜，成本高。雜，成本高。2. 無刷直流電動機（簡單了解）無刷直流電動機（簡單了解）用用半導體逆變器代替碳刷和整流子半導體逆變器代替碳刷和整流子，功率是有刷直流電動機的數倍甚至數十倍，功率是有刷直流電動機的數倍甚至數十倍，并且節能，在電動車和空調行業中得到并且節能，在電動車和空調行業中得到 了了越來越多的應用。增加了大量電子電路，越來越多的應用。增加了大量電子電路，成本相對較高。成本相對較高。無刷直流電動機的基本結構無刷直流電動機的基本結構3.1 直流電動機的工作原理及機械特性直流電動機的工作原理及機械特性第第3章章 電

4、動機的工作原理及機械特性電動機的工作原理及機械特性2014年1月15日機電傳動控制43.1 直流電動機（有刷）的工作原理及機械特性直流電動機（有刷）的工作原理及機械特性3.1.1 直流電動機的基本結構和原理直流電動機的基本結構和原理1. 電樞鐵芯；電樞鐵芯；2. 電樞繞組；電樞繞組；3. 主磁極；主磁極；4. 勵磁繞組勵磁繞組 ; 5. 換向級換向級; 6. 換向級繞組；換向級繞組；7. 換向器；換向器；8.電刷；電刷；9. 機座；機座；10. 風扇；風扇；11. 軸承端蓋；軸承端蓋； 12. 后端蓋后端蓋電樞電樞改善換改善換向性能向性能換向換向勵磁勵磁電樞電路電樞電路+勵磁電路勵磁電路第第3

5、章章 電動機的工作原理及機械特性電動機的工作原理及機械特性2014年1月15日機電傳動控制53.1 直流電動機的工作原理及機械特性直流電動機的工作原理及機械特性3.1.1 直流電動機的基本結構和原理直流電動機的基本結構和原理T=T0+TLTL為 機 械為 機 械負載轉矩負載轉矩電能電能機械能機械能主磁通主磁通T為發電機轉子受為發電機轉子受到的電磁轉矩到的電磁轉矩 ，且，且T =KtIa(為為主磁主磁通，通，Ia為電樞電流為電樞電流)。T0為空載為空載耗損轉矩耗損轉矩第第3章章 電動機的工作原理及機械特性電動機的工作原理及機械特性2014年1月15日機電傳動控制63.1 直流電動機的工作原理及機

6、械特性直流電動機的工作原理及機械特性3.1.1 直流電動機的基本結構和原理直流電動機的基本結構和原理輸出：輸出：機械能機械能輸入：電能輸入：電能直流電動機的機械特性直流電動機的機械特性第第3章章 電動機的工作原理及機械特性電動機的工作原理及機械特性2014年1月15日機電傳動控制73.1 直流電動機的工作原理及機械特性直流電動機的工作原理及機械特性3.1.2 直流發電機的基本結構（與電動機相同）和原理直流發電機的基本結構（與電動機相同）和原理電能電能機械能機械能主磁通主磁通T=Td-T0T為發電機轉子受為發電機轉子受到的電磁轉矩。到的電磁轉矩。Td為原動機提為原動機提供的驅動轉矩供的驅動轉矩T

7、0為空載耗為空載耗損轉矩損轉矩第第3章章 電動機的工作原理及機械特性電動機的工作原理及機械特性2014年1月15日機電傳動控制83.1 直流電動機的工作原理及機械特性直流電動機的工作原理及機械特性3.1.2 直流發電機的基本結構和原理直流發電機的基本結構和原理輸入：輸入：機械能機械能輸出：電能輸出：電能直流發電機的外特性直流發電機的外特性2014年1月15日機電傳動控制9第第3章章 電動機的工作原理及機械特性電動機的工作原理及機械特性3.1 直流電動機的工作原理及機械特性直流電動機的工作原理及機械特性3.1.3 直流電動機（發電機）的分類直流電動機（發電機）的分類勵磁方法勵磁方法他勵他勵并勵并

8、勵串勵串勵復勵復勵直直流流發發電電機機2014年1月15日機電傳動控制10第第3章章 電動機的工作原理及機械特性電動機的工作原理及機械特性3.1 直流電動機的工作原理及機械特性直流電動機的工作原理及機械特性3.1.3 直流電動機（發電機）的分類直流電動機（發電機）的分類勵磁方法勵磁方法他勵他勵并勵并勵串勵串勵復勵復勵直直流流電電動動機機2014年1月15日機電傳動控制11第第3章章 電動機的工作原理及機械特性電動機的工作原理及機械特性3.1 直流電動機的工作原理及機械特性直流電動機的工作原理及機械特性3.1.4 他勵直流電動機他勵直流電動機 的機械特性的機械特性取決于通過勵取決于通過勵磁線圈的

9、電流磁線圈的電流If，可通過調節，可通過調節Rf來調節來調節2014年1月15日機電傳動控制12第第3章章 電動機的工作原理及機械特性電動機的工作原理及機械特性3.1 直流電動機的工作原理及機械特性直流電動機的工作原理及機械特性3.1.4 他勵直流電動機他勵直流電動機 的機械特性的機械特性他勵直流電動機的機械特性他勵直流電動機的機械特性機械特性的硬度機械特性的硬度2014年1月15日機電傳動控制13第第3章章 電動機的工作原理及機械特性電動機的工作原理及機械特性3.1 直流電動機的工作原理及機械特性直流電動機的工作原理及機械特性3.1.4 他勵直流電動機他勵直流電動機 的機械特性的機械特性1）

10、固有特性（又稱自然特性）固有特性（又稱自然特性）他勵直流電動機銘牌數據：給出額定功率他勵直流電動機銘牌數據：給出額定功率PN，額定電壓，額定電壓UN，額定電流，額定電流IN和額定轉速和額定轉速nN，繪制該電動機的近似固有機械特，繪制該電動機的近似固有機械特性曲線性曲線n=f(T)。直流他勵電動機近似固有機械特性曲線直流他勵電動機近似固有機械特性曲線n=f(T)繪制方法繪制方法2NaeNetNURnTKK K2014年1月15日機電傳動控制14第第3章章 電動機的工作原理及機械特性電動機的工作原理及機械特性3.1 直流電動機的工作原理及機械特性直流電動機的工作原理及機械特性3.1.4 他勵直流電

11、動機他勵直流電動機 的機械特性的機械特性2） 人為機械特性。人為機械特性。2NaadeNetNURRnTKK KU=UN，=N，Rad0時的人時的人為機械特性。為機械特性。電路圖電路圖機械特性機械特性啟動時，啟動時，n=0，則，則E=Ken=0，根據，根據UN=E+IaRa，啟動電流，啟動電流Ist=Ia=UN/Ra為為常值，啟動轉矩常值，啟動轉矩Tst=KtIst。2014年1月15日機電傳動控制15第第3章章 電動機的工作原理及機械特性電動機的工作原理及機械特性3.1 直流電動機的工作原理及機械特性直流電動機的工作原理及機械特性3.1.4 他勵直流電動機他勵直流電動機 的機械特性的機械特性

12、2） 人為機械特性。人為機械特性。2aeNetNURnTKK K =N，Rad=0，UUN時的人為機械特性時的人為機械特性。UUN，不同，不同U下的下的機械特性硬度相同機械特性硬度相同2014年1月15日機電傳動控制16第第3章章 電動機的工作原理及機械特性電動機的工作原理及機械特性3.1 直流電動機的工作原理及機械特性直流電動機的工作原理及機械特性3.1.4 他勵直流電動機他勵直流電動機 的機械特性的機械特性2） 人為機械特性。人為機械特性。2NaeetURnTKK K Rad=0，U=UN，N時的人為機械特性時的人為機械特性。 N，當，當 0（失磁）時，（失磁）時，轉速轉速n很大，會發生很

13、大，會發生“飛車飛車”。n02014年1月15日機電傳動控制17第第3章章 電動機的工作原理及機械特性電動機的工作原理及機械特性3.1 直流電動機的工作原理及機械特性直流電動機的工作原理及機械特性3.1.5 他勵直流電動機他勵直流電動機 的啟動特性的啟動特性啟動電流啟動電流Ist=Ia=UN/Ra(2030) IN限制啟動電流限制啟動電流Ist 2IN啟動電流大，電動機換向時易產生火花，燒壞整流子；啟動啟動電流大，電動機換向時易產生火花，燒壞整流子；啟動轉矩大使機械系統承受很大的動態沖擊轉矩，損壞傳動部件。轉矩大使機械系統承受很大的動態沖擊轉矩，損壞傳動部件。1）降壓啟動。如直流發電機）降壓啟

14、動。如直流發電機-電動機組、晶閘管整流裝置電動機組、晶閘管整流裝置-電動機組。電動機組。限制直流電動機啟動電流的方法限制直流電動機啟動電流的方法2）電樞電路串附加電阻啟動。）電樞電路串附加電阻啟動。2014年1月15日機電傳動控制18第第3章章 電動機的工作原理及機械特性電動機的工作原理及機械特性3.1 直流電動機的工作原理及機械特性直流電動機的工作原理及機械特性3.1.5 他勵直流電動機他勵直流電動機 的啟動特性的啟動特性I1=(1.62) INI2=(1.11.2) INTL IN具有多段啟動電阻的他勵電動機的啟動特性及電路原理圖具有多段啟動電阻的他勵電動機的啟動特性及電路原理圖2014年

15、1月15日機電傳動控制19第第3章章 電動機的工作原理及機械特性電動機的工作原理及機械特性3.1 直流電動機的工作原理及機械特性直流電動機的工作原理及機械特性3.1.6 他勵直流電動機他勵直流電動機 的調速特性的調速特性兩個概念兩個概念速度調節速度調節是指負載一定時，人為改變電動機電路參數，以改是指負載一定時，人為改變電動機電路參數，以改變電動機穩定轉速的一種技術。變電動機穩定轉速的一種技術。速度變化速度變化是指電動機電路參數不變，電動機負載轉矩變化引是指電動機電路參數不變，電動機負載轉矩變化引起的電動機轉速變化。起的電動機轉速變化。2014年1月15日機電傳動控制20第第3章章 電動機的工作

16、原理及機械特性電動機的工作原理及機械特性3.1 直流電動機的工作原理及機械特性直流電動機的工作原理及機械特性3.1.6 他勵直流電動機他勵直流電動機 的調速特性的調速特性速度調節速度調節是指負載一定時，人為改是指負載一定時，人為改變電動機電路參數，以改變電動機變電動機電路參數，以改變電動機穩定轉速的一種技術。穩定轉速的一種技術。速度變化速度變化是指電動機電路參數不變，是指電動機電路參數不變，電動機負載轉矩變化引起的電動機電動機負載轉矩變化引起的電動機轉速變化。轉速變化。2014年1月15日機電傳動控制21第第3章章 電動機的工作原理及機械特性電動機的工作原理及機械特性3.1 直流電動機的工作原

17、理及機械特性直流電動機的工作原理及機械特性3.1.6 他勵直流電動機他勵直流電動機 的調速特性的調速特性2aeetURnTKK K1）改變電樞電路外串電阻）改變電樞電路外串電阻Rad2014年1月15日機電傳動控制22第第3章章 電動機的工作原理及機械特性電動機的工作原理及機械特性3.1 直流電動機的工作原理及機械特性直流電動機的工作原理及機械特性3.1.6 他勵直流電動機他勵直流電動機 的調速特性的調速特性2）降壓調速）降壓調速改變電樞電路供電電壓改變電樞電路供電電壓ULatNTIK常數常數2014年1月15日機電傳動控制23第第3章章 電動機的工作原理及機械特性電動機的工作原理及機械特性3

18、.1 直流電動機的工作原理及機械特性直流電動機的工作原理及機械特性3.1.6 他勵直流電動機他勵直流電動機 的調速特性的調速特性3）弱磁調速）弱磁調速改變主磁通改變主磁通2014年1月15日機電傳動控制24第第3章章 電動機的工作原理及機械特性電動機的工作原理及機械特性3.1 直流電動機的工作原理及機械特性直流電動機的工作原理及機械特性3.1.7 他勵直流電動機他勵直流電動機 的制動特性的制動特性電動狀態：電動狀態：電動機所發出電動機所發出的的電磁轉矩電磁轉矩T與與轉速轉速n的方的方向相同。向相同。制動狀態：制動狀態：電動機所發出的電動機所發出的電磁轉矩電磁轉矩T與與轉速轉速n的方向相反。的方

19、向相反。電動機處于制動狀態時電電動機處于制動狀態時電動機轉速是否變化：動機轉速是否變化：穩定穩定和過渡的制動狀態和過渡的制動狀態。根據電動機處于制動狀態時外部根據電動機處于制動狀態時外部條件和能量傳遞情況：條件和能量傳遞情況：反饋制動反饋制動、反接制動和能耗制動、反接制動和能耗制動。思考：電動機處于思考：電動機處于制動狀態，轉速一制動狀態，轉速一定降低嗎？定降低嗎？2014年1月15日機電傳動控制25第第3章章 電動機的工作原理及機械特性電動機的工作原理及機械特性3.1 直流電動機的工作原理及機械特性直流電動機的工作原理及機械特性3.1.7 他勵直流電動機他勵直流電動機 的制動特性的制動特性電

20、動車下坡反饋電動車下坡反饋制動制動（nBn0）電動車平電動車平路電動路電動1）反饋制動）反饋制動00eeeaaaaKnnUEKnKnIRRR在電磁轉矩和重力位能轉矩在電磁轉矩和重力位能轉矩的共同作用下，的共同作用下，nBn0，Ia反反向，向，T=KeIa反向。反向。2014年1月15日機電傳動控制26第第3章章 電動機的工作原理及機械特性電動機的工作原理及機械特性3.1 直流電動機的工作原理及機械特性直流電動機的工作原理及機械特性3.1.7 他勵直流電動機他勵直流電動機 的制動特性的制動特性起重機提起重機提升電動升電動起重機下降反饋起重機下降反饋制動（制動（nBn0）1）反饋制動）反饋制動在電

21、磁轉矩和重力位能轉矩在電磁轉矩和重力位能轉矩的共同作用下，的共同作用下，nBn0，Ia反反向，向，T=KeIa反向。反向。2014年1月15日機電傳動控制27第第3章章 電動機的工作原理及機械特性電動機的工作原理及機械特性3.1 直流電動機的工作原理及機械特性直流電動機的工作原理及機械特性3.1.7 他勵直流電動機他勵直流電動機 的制動特性的制動特性1）反饋制動）反饋制動發電制動或再生制動。發電制動或再生制動。降壓減速過程中的反饋制動降壓減速過程中的反饋制動弱磁減速過程中的反饋制動弱磁減速過程中的反饋制動2014年1月15日機電傳動控制28第第3章章 電動機的工作原理及機械特性電動機的工作原理及機械特性3.1 直流電動機的工作原理及機械特性直流電動機的工作原理及機械特性3.1.7 他勵直流電動機他勵直流電動機 的制動特性的制動特性2）反接制動）反接制動改變電樞電壓或電樞電動勢的方向改變電樞電壓或電樞電動勢的方向u電樞電路的電源反接制動電樞電路的電源反接制動2aeetURnTKK K 201