电机学学习课件教学课件PPT直流电动机.ppt

3 6直流电动机 各物理量正方向的规定 电枢电动势ea与电流ia方向相反 电磁转矩te与转速n方向一致 思考题 一 基本方程式 2 电势平衡式 重要的转速公式 励磁回路 1 电流方程 基本方程式 3 转矩平衡式 推论 2 实际空载时 ia 0 4 功率平衡式 功率平衡式 功率平衡式 效率 功率流程 二 直流电动机的工作特性 工作特性 是指在u un if ifn时 转速n 电磁转矩te和效率随输出功率p2而变化的关系 即 或 机械特性 是指在u un if ifn时研究n与t之间的关系 即 n f te 一 并励 他励 电动机 时 根据转速公式 可得 n0 理想空载转速 转速下降不多 考虑电枢反应 有可能升高 1 转速特性 考虑去磁 曲线有所下降 2 转矩特性 为可变损耗 3 效率特性 与ia之间存在二次关系 效率曲线存在一个最大值 电动机效率特性 结论 当电动机在某负载下不变损耗等于可变损耗时 此时效率最高 推论 1 额定运行时总损耗 2 可从额定数据来估算电枢回路总电阻 机械特性反映得是转速与电磁转矩之间的变化规律 从可得 机械特性是稍下降的直线 计及饱和 成为水平或上翘 4 机械特性 硬特性 从并励电动机转速随所需电磁转矩的增加而稍有变化 用转速变化率来表征 1 固有机械特性 当u un n 电枢回路无外接电阻时 转速与转矩之间的关系 称为固有机械特性 分析 1 电磁转矩越大 转速越低 机械特性是一条下斜直线 固有机械特性分析 2 当转矩等于零点 为理想空载转速 此时ia 0 ea un 是一种理想工作状态 3 n0 为电动机的实际空载转速 比n0略低 对应于空载转矩 4为机械特性斜率 增大 也增大 通常称 小的机械特性为硬特性 大的机械特性为软特性 固有机械特性分析 5 额定转速变化率 表示电机额定负载时的转速比n0降落的程度 6 n n0时为发电机状态 此时ea u ia反向 ea与ia同向 向电网送出电功率 7 堵转点 电枢电流 为短路电流 电磁转矩 为电机堵转转矩 2 人为机械特性分析 有三种人为机械特性 1 电枢回路串电阻的人为机械特性 2 改变端电压时的人为机械特性 3 减弱电动机主磁通时的人为机械特性 电枢回路串电阻的人为机械特性 保持u un及 n不变而在电枢回路中串入电阻rc 所得的n f te 关系 对于给定的rc 为常数 电枢回路串电阻的人为机械特性 电枢串电阻人为特性的特点 1 理想空载转速n0与固有机械特性的n0相同 2 斜率 特性变软 在同一个转矩下 转速下降更多 改变端电压时的人为机械特性 保持每极磁通为额定值不变 电枢回路不串电阻 rc 0 只改变电枢电压时的机械特性 表达式 一般都为降低的电压 改变端电压时的人为机械特性 改变端电压人为特性的特点 1 理想空载转速比固有特性的理想空载转速低 端电压下降越多 其理想空载转速越低 2 端电压不同 但人为特性的斜率跟固有特性的斜率相等 因此各条特性彼此平行 减弱电机主磁通的人为机械特性 保持端电压为额定值不变 电枢回路不串电阻 rc 0 只改变励磁电流的机械特性 表达式 额定时 接近饱和 一般都为减弱的磁通 n n 减弱电机主磁通的人为机械特性 减弱电机主磁通人为特性的特点 1 由于 n 理想空载转速比固有特性的理想空载转速高 2 人为机械特性的斜率比固有机械特性大 即人为特性比固有特性软 人为特性的几点补充 1 考虑电枢反应时 会使机械特性上翘 影响稳定性 通过补偿绕组改善 2 机械特性的确定 特殊点 n0 0 nn tn 3 通过电机的数据铭牌估算机械特性 三 电力拖动系统的动力学基础 基础 负载转矩的大小与速度无关 但其方向始终与转向相反 负载转矩特性 反抗性恒转矩负载 位能性恒转矩负载 恒功率负载 通风机型负载 转矩具有固定的方向 不随转速方向的改变而改变 负载的功率为常数 不随转速的变化而改变 负载的转矩与转速的平方成正比 稳定运行条件 平衡点 稳定点 稳定点的条件 恒转矩负载 下降的机械特性电动机能稳定运行 当励磁回路断路时 气隙中的磁通将骤然降至微小的剩磁 电枢回路中的感应电势也将随着减小 由于惯性 电机速度不能突变 电枢电流将急剧增加 使电动机严重过载 电磁转矩的变化 1 当电枢电流的增加程度不足以补偿每极磁通的减小程度时 电磁转矩减小 因而使电动机减速 2 当电枢电流的增加程度超过每极磁通的减小程度时 电磁转矩将增大 使电动机加速 直至转速上升到危险的高值 达到电压平衡 思考题 并励电动机突然励磁失磁 二 串励电动机 1 转速特性 根据转矩公式 2 转矩特性 3 机械特性 转速随所需电磁转矩的增加而迅速变化 该特性称为软特性 三 复励电动机的工作特性 以并励为主的积复励 当负载转矩突然增加时 电枢电流增大 电枢反应去磁作用增强 串励磁势增加 使主磁通增大 使电磁转矩很快的增大以克服突然增大的负载转矩 使反电势很快的增大以减小电枢电流的冲击值 当电枢反应去磁作用很强时 仍能使电机有下降的机械特性 保持其稳定运行 3 7直流电动机的起动 调速和制动 2 起动电流要小 3 起动设备要简单 经济 可靠 一 他励直流电机直接起动 将电动机的电枢投入额定电压的电源上起动 优点 操作简单 无需另加设备 缺点 冲击电流大 10 20in 引起换向困难 产生火花 电源会发生瞬时跌落 适用于容量很小的电动机 将起动电阻串入电枢回路 待转速上升后 逐步将起动电阻切除 二 电枢回路串变阻器起动 电枢回路串变阻器起动 三 降压起动 开始时 降低端电压 使ia 1 5 2 0 in tst 1 5 2 0 tn 随着转速的上升 逐步提高电枢电压 并使电枢电流限制在一定范围内 优点 起动电流小 起动过程平滑 能量损耗少 缺点 需要一套专用的直流发电机或整流电源 投资费用大 二 直流电动机的调速 机械调速 改变传动机构的传动比改变工作机构的速度 电气调速 人为改变电动机的参数 如端电压 励磁电流或电枢回路电阻 使同一机械负载得到不同转速 电动机驱动生产机械 对电动机的转速不仅要能调节 而且要求调节的范围宽广 过程平滑 调节的方法简单 经济 直流电动机调速 直流电动机的转速公式 一 改变励磁调速 if1 if2 从两个稳定点p q对应转速说明减小励磁可以使转速升高 弱磁调速的过程 if减小瞬间 弱磁调速 2 假定磁路不饱和 不计电枢反应和iara的变化 3 恒转矩负载 基本不变 弱磁调速特点 优点 设备简单 调节方便 能耗小 缺点 单方向调节 转速调得过高 励磁过弱 电枢电流变大 换向变坏 出现不稳定 二 改变端电压调速 保持电动机的 n不变且无外接电枢电阻 仅降低施加于电动机电枢两端电压u达到调速的目的 称为降压调速 u1 u2 u3 电压越低 转速越低 调速方向从基值往下调 1 降压的人为特性是一簇与固有特性平行的直线 无论是满载 轻载还是空载都有明显的调速效果 2 由于人为特性硬度不变 低速时由于负载变化引起的转速波动不大 静态稳定性好 调速范围大 3 可平滑调节端电压 使转速平滑调节 实现无级调速 4 调节过程能量损耗小 调压调速的特点 三 改变电枢回路电阻调速 保持u un且 n不变 电枢回路中串入调速电阻r 使同一个负载得到不同转速的方法 称为电枢串电阻调速 串电枢电阻调速 2 低速时 机械特性很软 当负载变化时 转速波动很大 静态稳定性差调速范围不大 3 由于电阻的不连续调节 因此速度调节不平滑 属有级调速 4 电枢电流在r 上消耗的能量大 调速时效率低 效率与转速成正比 调速性能指标 1 调速范围 电动机在额定负载转矩下调速时 最高转速与最低转速之比 用d表示 2 静差率 相对稳定性 也称转速变化率 指电动机由理想空载到额定负载时转速的变化率 静差率越小 转速的相对稳定性越好 3 调速的平滑性 无级调速平滑性最好 有级调速由相邻两级转速中 高一级转速与低一级转速之比 4 调速时电动机的容许输出 电动机在不同转速时轴上输出的功率和转矩 不同的调速方法允许的输出不同 5 经济性 电动机调速时的容许输出 在某转速下 电机即能充分利用 又能安全运行时输出的功率和转矩称为 调速时的允许输出功率和转矩 1 调压调速的允许输出 在整个调速范围允许输出转矩为常数 恒转矩调速方式 允许输出功率与转速成正比 弱磁调速时的允许输出 弱磁调速时 保持电流i in 弱磁调速时 在整个调速范围内的允许输出功率为常数 是恒功率调速方式 其允许输出转矩与转速成反比 负载与调速方式的配合 两种调速方式 在整个调速范围内 除n nmax外所有的转速点 输出转矩多小于允许输出 速度越低 电机越不能充分利用 相比通风机负载采用恒转矩调速方式比弱磁调速造成浪费小一些 三 直流电动机的制动 直流电动机的两种运转状态 1 电动运转状态 电动机的电磁转矩方向与旋转方向相同 此时电网向电动机输入电能 并转变为机械能带动负载 2 制动运转状态 电动机的电磁转矩方向与旋转方向相反 此时电动机吸收机械能转变为电能 电动机很快停车 或者由高速运行很快进入低速 要求制动运行 直流电动机的制动 断开电源 抱闸 能耗制动 反接制动 回馈制动 一 能耗制动的方法和原理 保持励磁电流if的大小及方向不变 将开关接至rt 电枢从电网脱离经制动电阻rt闭合 能耗制动时的机械特性 能耗制动的参数代入机械特性的一般表达式 得到能耗制动时的机械特性 制动过程 能耗制动的特点 二 反接制动 转速反向的反接制动 if及端电压un不变 仅在电枢回路串入足够大的制动电阻rt 使该人为特性与负载转矩特性的交点处于第四象限 不同的rt 可得到不同的稳定转速 t 转速反向的反接制动 能量关系 u及ia的方向与电动状态相同 uia表示由电网输入的功率 ea的方向与电动状态时相反 eaia表示输入的机械功率在电枢内变成电磁功率 uia与eaia两者之和消耗在电枢电路的电阻ra rt上 t 电枢反接的反接制动 保持if不变 将开关向下合闸 使电枢经制动电阻rt而反接于电网上 参数特点 n u un r ra rt t 电枢反接的反接制动 机械特性 能量关系 从电网吸收的电能和轴上输入的机械能都消耗在电枢回路的电阻上 t 电枢反接的反接制动 特点 1 可以很快使机组停机 2 需要加入足够的电阻 限制电枢电流 3 反抗性负载 转速至零时 需切断电源 三 回馈制动 当转速高于某一数值时 电枢电动势大于端电压 电机进入发电状态 电磁转矩起制动作用 限制转速上升 位能转换为电能 回馈到电网 分反向和正向回馈制动 1 电压反向的反接制动 2 反向电动状态 3 回馈制动 t 反向回馈制动 回馈制动的下放速度 系