直流电动机单相异步电动机 步进电机

海南风光第 11讲第七章直流电动机单相异步电动机步进电机 第七章 电动机 7.2 直流电动机7.2.1 概述7.2.2 工作原理7.2.3 电枢电动势及电压平衡关系7.2.4 电磁转矩7.2.5 机械特性7.2.6 直流电动机的调速7.2.7 直流电动机的使用和额定值7.3单相异步电动机7.4步进电机7.2.1 概述与异步电动机相比，直流电动机的结构复杂，使用和维护不如异步机方便，而且要使用直流电源。直流电机的优点：（ 1）调速性能好 :调速范围广，易于平滑调节。（ 2）起动、制动转矩大，易于快速起动、停车。（ 3）易于控制。应用：（ 1）轧钢机、电气机车、无轨电车、中大型龙门刨床等调速范围大的大型设备。（ 2）用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等。（ 3）家庭：电动缝纫机、电动自行车、电动玩具7.2.2 工作原理一、 工作原理 U+NS电刷换向片直流电源 电刷 换向器 线圈II注意： 换向片和电源固定联接，线圈无论怎样转动，总是上半边的电流向里，下半边的电流向外。电刷压在换向片上。由左手定则，通电线圈在磁场的作用下，使线圈逆时针旋转。FFU+NS电刷换向片IIFFU+NS电刷换向片IIEE由右手定则，线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动势，感应电动势的方向与电流的方向相反。 (让磁感线穿过右手掌心，拇指指向为切割方向，四指指向就是电流方向，然后根据电流在外电路中由正极到负极，在电源内由负极到正极判断电动势方向 )机械特性指的是电机的电磁转矩和转速间的关系，下边以他励和串励电机为例说明。他励电动机和并励电动机的特性一样。7.2.5 机械特性一、 他励电动机的机械特性即： 其中 ，M他励UfIf IaUn0： 理想空载转速 ,即 T=0时的转速。（实际工作时 ,由于有空载损耗，电机的 T不会为 0。）当 T时 n ， 但由于他励电动机的电枢电阻 Ra很小，所以在负载变化时， 转速 n 的变化不大 ，属硬机械特性。根据 n-T 公式画出特性曲线n0nNTN Tn n其中 ，串励的特点：励磁线圈的电流和电枢线圈的电流相同。二、 串励电动机的机械特性设磁通和电流成正比，即 =K Ia ,则据此公式做出 T-n 曲线nTM串励U Ia(1) T=0时，在理想情况下， n。 但 实际上负载转矩不会为 0，不会工作在 T=0 的状态，但空载时 T 很小， n 很高。串励不允许空载运行，以防转速过高。串励特性：(2) 随转矩的增大， n 下降得很快，这种特性属软机械特性。 nT三、 复励电动机的机械特性并励直流电动机的机械特性较硬，串励直流电动机的机械特性较软，复励直流电动机的机械特性则可折中二者的特性（并，复，串）(2) 恒功率负载（ P 一定时， T 和 n 成反比），要选软特性电机拖动。如：电气机车等。直流电动机特性类型的选择 :(1) 恒转矩的生产机械 (TL一定，和转速无关） 要选硬特性的电动机，如： 金属加工、起重机械等。7.2.6 直流电动机的调速与异步电动机相比，直流电动机结构复杂，价格高，维护不方便，但它的最大优点是调速性能好。下面以他励电动机为例说明直流电动机的调速方法。（ 1）调速均匀平滑，可以无级调速。（ 2）调速范围大，调速比可达 200 （他励式）以上（调速比等于最大转速和最小转速之比）。直流电动机调速的主要优点是：由该式可知， n 和 有关，在 U 一定的情况下，改变 可改变 n 。 在励磁回路中串上电阻 Rf， 改变 Rf大小调节励磁电流，从而改变 的大小。一、改变磁通（调磁）1.原理其中 ，M他励UfIf IaU其中： =K If Rf If n ， 但在额定情况下， 已接近饱和， If 再加大，对 影响不大，所以这种增加磁通的办法一般不用。 Rf If n ， 减弱磁通是常用的调速方法。If的调节有两种情况：概念： 改变磁通调速的方法 减小磁通， n只能上调。其中 ，2.特性的变化所以：磁通减小以后特性上移，而且斜率增加。，因为：（减小）TLRf增加Tn其中 ，调速过程 : U一定 ,则Rf E IaT nIa E暂时T TL其中 ，最后达到新的平衡T =TL（ 1）调速平滑，可做到无级调速，但只能向上调，受机械本身强度所限， n不能太高。（ 2）调的是励磁电流（该电流比电枢电流小得多），调节控制方便。3.减小 调速的特点：二、改变电枢电压调速由转速特性方程知：调电枢电压 U， n0变化，斜率不变，所以调速特性是一组平行曲线。1.特性曲线nn0“n0n0 电压降低T其中 ，2.改变电枢电压调速的特点（ 1）工作时电枢电压一定，电压调节时，不允许超 过 UN， 而 n U， 所以调速只能向下调 。（ 2） 可得到平滑、无级调速。（ 3）调速幅度较大。MUfIf IaU变压 整流220V整流 调压220VUf=110V固定U=0110V可调改变电枢电压调速方案举例：这种调速方法耗能较大，只用于小型直流机。串励电机也可用类似的方法调速。三、改变转子电阻调速在电枢中串入电阻，使 n 、 n0不变，即电机的特性曲线变陡（斜率变大），在相同力矩下， nnn0 RaRa + RT其中 ，7.2.7 直流电动机的使用和额定值限制 Iast的措施：（ 1）启动时在电枢回路串电阻。（ 2）启动时降低电枢电压。一、使用1.启动启动时 ,n= 0 Ea=0， 若加入额定电压，则Iast太大会使换向器产生严重的火花，烧坏换向器。一般 Iast限制在 (2-2.5)IaN 内。(1)若电动机原本静止，由于励磁转矩 T = KT Ia，而 0 ， 电机将不能启动，因此，反电动势为零，电枢电流会很大，电枢绕组有被烧毁的危险。直流机在启动和工作时，励磁电路一定要接通，不能让它断开，而且启动时要满励磁。否则，磁路中只有很少的剩磁，可能产生以下事故：注意：（ 2）如果电动机在有载运行时磁路突然断开，则 E ， Ia ， T 和 ， 可能不满足 TL的要求，电动机必将减速或停转，使Ia更大，也很危险。（ 3）如果电机空载运行，可能造成飞车。 E Ia T T0 n飞车措施：他励直流电动机一定要有 失磁保护。一般在励磁绕组加失压继电器或欠流继电器。当失压或欠流时，自动切断电枢电源 U。M他励UfIf IaU2.反转电动机的转动方向由电磁力矩的方向确定。（ 1）改变励磁电流的方向。（ 2）或改变电枢电流的方向。改变直流电机转向的方法：（ 1）反接制动3.制动制动的所采用的方法：反接制动、能耗制动、发电回馈制动MUUfIf+ R运行制动电阻 R 的作用是限制电源反接制动时电枢的电流过大。（ 2）能耗制动 电枢断电后立即接入一个电阻。MUUfIf+R运行制动K停车时，电枢从电源断开 ,接到电阻上，这时：由于惯性电枢仍保持原方向运动，感应电动势方向也不变，电动机变成发电机，电枢电流的方向与感应电动势相同，从而电磁转矩与转向相反，起制动作用。特殊情况下，例如汽车下坡时、吊车重物下降时， 在重力的作用下 nn0（ n0理想空载转速），这时电动机变成发电机，电磁转矩成为阻转矩，从而限制电机转速过分升高。(3) 发