电机与电器4直流电机.ppt

1,4 直流电机,是旋转电机的主要类型之一。主要用途： 1、用作电动机：具有良好控制性能。 2、用作发电机：用作直流电源，用在化学工业中的电解、电镀等设备，汽车、拖拉机交通工具的直流电源。 3、做励磁机用：同步发电机要用直流发电机作为励磁机。 4、信号传递、执行：直流测速发电机将机械信号转换为电信号 。直流伺服电动机将控制信号转换为机械信号。,2,4.1.1 直流电动机、发电机的工作原理,4.1 直流电机的工作原理,U,+,N,S,电刷,换向片,I,I,F,F,F,F,U,+,N,S,电刷,换向片,I,I,E,E,E,E,电动机,F,F,F,F,N,S,I,I,I,I,E,E,E,E,负载,+,+,发电机,电源,3,4.2 直流电机分类和主要结构和分类,4,直流电机按励磁方式 磁极上的线圈通以直流电产生磁通，称为励磁。 他励电动机：励磁线圈与转子电枢的电源分开； 并励电动机：励磁线圈与转子电枢并联到同一电源上； 串励电动机：励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上； 复励电动机：励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在同一电源上。,他励,U,f,I,f,I,a,U,M,M,他励,U,f,I,f,I,a,U,M,并励,U,I,f,M,并励,U,I,f,串励,U,M,M,串励,U,复励,U,M,M,复励,U,5,2极直流电机的磁场,6,4极直流电机,7,4.3 直流电机电枢电势和电磁转矩,I,a,+,+,U,M,M,R,a,I,a,Ea,+,+,U,8,我们已经知道 电磁转矩还有一种能够表达式： 因此，,9,1、并（它）励电动机的机械特性：n=f(T),4.4 直流电动机,10,例4.5.1 并励直流电动机：PN=10kW，UN=220V，nN=1000r/min， N=80%，Ra=0.3，Rf=150，试求: (1) 额定工作下的励磁电流If、输入功率P1、电机额定电流IN、 电枢电流Ia、电枢感应电势Ea、Ke、额定转矩TN ； (2)负载转矩下降为额定转矩的一半，电机的转速n。 解： （1）励磁电流 ： 输入功率： 额定电流： 电枢电流： 感应电势：,；,11,由于感应电势 所以 额定转矩: （2）负载转矩下降一半时，电枢电流也会下降一半，即 此时的电枢电势： 此时电机对应的转速,注意额定转矩额定电磁转矩,12,2、串励电动机的机械特性：n=f(T),串励电动机的机械特性,（1）软特性（重载时磁通饱和，渐变为下倾的直线）。 （2）T小时，转速高；T大时，转速低，起动和过载能力强。 （3）牛马特性。,13,例4.5.2 串励直流电动机：UN=220V， IN=40A， nN=1000r/min， 电枢回路总电阻Ra=0.5，假设磁路不饱和，且Km/Ke=9.55，问: （1）电枢电流Ia =IaN/2时，电动机的转速和电磁转矩是多少？ （2）如果电磁转矩保持上述值不变，电压降低到110V，电动机的转速和电流又各为多少？电枢感应电势Ea、Ke；额定转矩TN ； 解：（1） 当Ia =IaN/2时，,14,此时， 电机转速： （2）如果电磁转矩保持上述值不变，电流也保持1/2不变。 电压降到110V时， 电流变为1/2，所以,15,3、不同励磁方式电机特性比较,16,4、他（并）励直流电动机的调速 调速方法：电枢回路串电阻、改变电压、改变励磁三种。 1）电枢回路串电阻调速 （1）nnN； （2）轻载时调速效果不明显； 有级调速， （3）低速时特性软，影响调速效果； （4）难以实现无级调速； （5）电阻上的能耗大，造成效率低。 只适用于对调速要求不高的中小型电机。,17,2）改变电压调速（一般是降压） （1） nnN； （2）容易实现无级调速； （3）调速特性好，硬度高； （4）能耗小。 广泛应用于对起制动和调速 要求较高的场合。 注意：并励和复励电动机由于改 变电源电压的同时也会改变磁通大 小，所以不适合改变电压调速。,18,3）改变励磁调速（一般是弱磁调速） 特点是： （1） nnN；（1.22倍nN) （2）无级调速； （3）最高转速受机械强度限制，D不大； （4）控制方便，能耗小。 应当注意：直流电动机运行时，励磁回 路不能断开，否则，由于仅有很小的剩 磁，可能造成“飞车”事故，或者出现过 大的电枢电流而烧坏绕组。,19,5、串励电动机的调速 1）串电阻调速：曲线3 2）降低电源电压调速：曲线2 2）改变励磁调速：减小励磁 （在励磁绕组上并联电阻、 串联绕组改为并联）曲线4； 增加励磁，如并联绕组改为串联， 如曲线5。,20,6、 直流电动机的起动 它、并励电动机起动时电流电流倍数等于起动转矩倍数。串励电动机起动转矩倍数大于起动电流倍数，因此适合重载起动。复励电动机处在上述两者之间。 起动方法：直接起动、降压启动、电枢回路串电阻起动。 1）直接起动电流大，因为： 刚起动时，由于n=0，Ea=0，则电枢电流为：,21,2）降压起动,并励电机不适合降压起动,串励电机适合降压起动,22,3）电枢回路串电阻起动,23,7、直流电动机的反转 反转的条件：电磁转矩反向。 反转方法：电枢电流反向；磁场反向（过程慢，不常采用）。 它励电动机一般用电枢绕组反接实现电机反转。原因：它励电机的励磁绕组电感较大，励磁电流反向的过渡过程较长，反向磁通建立较慢。如果电动机容量大，又对反转过程所需时间要求不高，也有采用励磁绕组反接的。 注意并励电机的反转方法。,24,4.5 并励直流发电机 一、并励发电机的自励建压 （1）空载自励建压过程：剩磁产生微弱的剩磁电压，进而产生更大的励磁电流，产生更大的磁场，正反馈作用，电压建立起来了。,稳定工作点,25,（2）自励条件 （a）电机必须有剩磁。否则，必须先充磁。 （b）励磁绕组接法与电机转向正确配合，使励磁与剩磁方向一致，这样才能形成正反馈。 （c）励磁回路总电阻Rf小于临界场阻值。,Rf大,Rf更大,Rf不大不小,Rf大,26,