直流电机的工作原理及特性.ppt

第三章直流电机的工作原理及特性 3 1直流电机的基本结构和工作原理3 2直流发电机3 3直流电动机的机械特性3 4直流他励电动机的启动特性3 5直流他励电动机的调速特性3 6直流他励电动机的制动特性 第三章直流电机的工作原理及特性3 1直流电机的基本结构和工作原理 3 1 1直流电机的基本结构 换向器 定子 转子 第三章直流电机的工作原理及特性3 1直流电机的基本结构和工作原理 3 1 1直流电机的基本结构 定子剖面图 主磁极 换向极 磁极数 主磁极的个数磁极对数 磁极数 2 第三章直流电机的工作原理及特性3 1直流电机的基本结构和工作原理 3 1 1直流电机的基本结构 转子结构图 转子 换向片 转轴 电枢线圈 第三章直流电机的工作原理及特性3 1直流电机的基本结构和工作原理 3 1 1直流电机的基本结构 转子硅钢冲片图 电枢铁芯硅钢冲片 第三章直流电机的工作原理及特性3 1直流电机的基本结构和工作原理 3 1 1直流电机的基本结构 换向器图 电刷 换向片 第三章直流电机的工作原理及特性3 1 2直流电机的工作原理 有关磁场的几个物理量1 磁感应强度B 磁场强弱和方向 N S N S N N S S 电流方向 右手螺旋法则 第三章直流电机的工作原理及特性3 1 2直流电机的工作原理 有关磁场的几个物理量 2 铁磁材料的磁化曲线 铁 镍 钴及它们的合金 磁感应强度磁场强度铁磁材料导磁系数真空中的导磁系数 非铁磁材料 铁磁材料 铁磁材料有磁滞现象 磁滞损耗 涡流损耗 第三章直流电机的工作原理及特性3 1 2直流电机的工作原理 有关磁场的几个物理量3 右手定则左手定则 B 磁感应强度v 速度方向e 感应电势 I 电流方向f 电磁力方向 第三章直流电机的工作原理及特性3 1 2直流电机的工作原理 有关磁场的几个物理量4 电路磁路电流I磁通 电动势E磁通势F电压降U IR磁压降电阻R磁阻Rm欧姆定律磁路欧姆定律 第三章直流电机的工作原理及特性3 1 2直流电机的工作原理 N S n e i Ke 电势常数 pN 60a Kt 转矩常数 pN 2 a 9 55Ke 第三章直流电机的工作原理及特性3 2直流发电机 他励 并励 串励 复励 励磁方式 第三章直流电机的工作原理及特性3 2 1他励发电机 当发电机空载时 Ia 0 空载特性 电压平衡方程 第三章直流电机的工作原理及特性3 2 1他励发电机 他励发电机的外特性 电压变化率 大约为5 10 第三章直流电机的工作原理及特性3 2 2并励发电机 电压平衡方程 并励发电机工作的条件 1 要有剩磁 2 励磁电流产生的磁场方向和剩磁方向相同 3 Rf 不能太大 第三章直流电机的工作原理及特性3 2 2并励发电机 U0 并励发电机自励和外特性 If 第三章直流电机的工作原理及特性3 2 3复励发电机 主励磁 补偿绕组 I U U0 IN 复励发电机外特性 过复励平复励欠复励 第三章直流电机的工作原理及特性3 3直流电动机的机械特性 3 3 1他励电动机的机械特性电压平衡方程 第三章直流电机的工作原理及特性3 3 1他励电动机的机械特性 n f T T0 n0 理想空载转速 T 0 n 速度降 nn0 TdT 第三章直流电机的工作原理及特性3 3 1他励电动机的机械特性 当n 0时 3 13 式为 堵转矩堵转电流机械特性硬度 他励电动机的机械特性 硬特性 10 软特性 10 绝对硬特性 第三章直流电机的工作原理及特性3 3 1他励电动机的机械特性 1 固有机械特性n f T 由求 1 估算电枢电阻Ra 第三章直流电机的工作原理及特性3 3 1他励电动机的机械特性 2 计算额定条件下反电势 3 求理想空载转速 4 求额定转矩 第三章直流电机的工作原理及特性3 3 1他励电动机的机械特性 2 人为机械特性 改变U Rad 1 串接电阻Rad 串接电阻后1 n0不变 2 K钭率变大即机械特性变软 n 第三章直流电机的工作原理及特性3 3 1他励电动机的机械特性 2 人为机械特性 改变U Rad 1 改变n0 减小 2 钭率k不变机械特性硬度不变 1 n0增加2 钭率变大 特性变软 第三章直流电机的工作原理及特性3 3 2串励电动机的机械特性 代入 3 13 得 软特性 第三章直流电机的工作原理及特性3 3 3复励电动机的机械特性 具有他励和串励电动机的性质 他励磁通 es 70 总磁通串励磁通 s 30 总磁通 他励 复励 串励 第三章直流电机的工作原理及特性电动机的机械特性例题 例3 1一台他励直流电动机在稳态下运行时 电枢反电势E E1 如负载转矩TL 常数 外加电压和电枢电路中的电阻均不变 问减弱励磁使转速上升到新的稳态值后 电枢反电势将如何变化 是大于 小于还是等于E1 解两个已知条件 一个是负载转矩TL 常数 一个是从一个稳态到另一个稳态 而不涉及瞬态过程 电枢反电势是稳态值 注意 从不能判断E是如何变化的 第三章直流电机的工作原理及特性电动机的机械特性例题 例3 2一台他励直流电动机 功率PN 5 5KW UN 220V IN 31A nN 1500r min 忽略损耗 认为额定运行时的电磁转矩近似等于输出转矩 试绘制电机近似的固有机械特性 解 n f TL 是一条直线 故只要两点 理想空载点 0 n0 TN nN 1 估算Ra 第三章直流电机的工作原理及特性电动机的机械特性例题 2 求n0 3 求TN 也可求 第三章直流电机的工作原理及特性3 4直流他励电动机的启动特性 启动时n 0E 0启动电流 启动电流不得大于 1 5 2 额定电流 第三章直流电机的工作原理及特性3 4直流他励电动机的启动特性 多段启动电阻启动的他励电动机 原则T1 I1 2TN2 T2 I2 基本相同 第三章直流电机的工作原理及特性3 5直流他励电动机的调速特性 速度调节 在一定的负载下 人为改变参数 达到改变电动机稳定转速 速度变化 由于负载发生变化而引起电动机转速改变 第三章直流电机的工作原理及特性3 5直流他励电动机的调速特性 3 5 1电枢电路外串电阻Rad 缺点1 机械特性变软 稳定性差 2 轻载时调速范围不大 3 无级调速困难 电阻上消耗大量电能 4 启动电阻不能用来调速 适用于起重机 卷扬机 第三章直流电机的工作原理及特性3 5直流他励电动机的调速特性 3 5 2改变电压调速 特点1 连续平滑调速 在nN以下调速 2 机械特性硬度不变 3 调速时电流不变 转矩不变 恒转矩调速 4 利用降压启动电机而不用其他设备 第三章直流电机的工作原理及特性3 5直流他励电动机的调速特性 3 5 2改变电压调速 调节特性n f U 始动电压 第三章直流电机的工作原理及特性3 5直流他励电动机的调速特性 3 5 3改变主磁通 特点 1 只能在n0以上进无级调速 2 机械特性变软 调速范围不大 3 恒功率调速 P UIa 通常同调压调速配合使用 n0以下用调压 n0以上用调磁通的方法 注意 轻载时产生飞车事故 第三章直流电机的工作原理及特性3 6直流他励电动机的制动特性 制动 是从稳定转速开始减速到停止或者限制位能负载下降速度的一种运转状态 电动状态 电动机发出的T和n方向相同 制动状态 发电状态 转矩T与转速n方向相反 稳定的制动状态 n C 过渡的制动状态 n是变化的 第三章直流电机的工作原理及特性3 6 1反馈制动 特点 n n0Ia Ia TM TM 电动机变成发电机机械能变成电能向电源馈送称为反馈 第三章直流电机的工作原理及特性3 6 1反馈制动 降压调速过程中的反馈制动 第三章直流电机的工作原理及特性3 6 1反馈制动 调磁通调速过程中的反馈制动 n3 n01 注意 反馈制动只在调磁降速过程中产生 Rf n 第三章直流电机的工作原理及特性3 6 1反馈制动 下放重物时的反馈制动过程 下放电动状态 下放制动状态 提升电动状态 a点 b点n E Ia TM 制动矩 B点 C点 n n0Ia Ia TM TM与n反方向制动改变Rad改变下降的nRad太大n很高不安全 第三章直流电机的工作原理及特性3 6 2反接制动 1 电源反接制动 注意 反接时U与E相加 电流很大用Rad限流应用 快停 经常正反转 反接电动 正向电动 反接制动 位能负载时制动 第三章直流电机的工作原理及特性3 6 2反接制动 2 倒拉反接制动 串接Rad改变斜率法 注意 这里T没有反向选用不同的Rad可改变下放速度但不能太小 交叉点必须在四象限 第三章直流电机的工作原理及特性3 6 3能耗制动 U 0串接Rad 位能负载制动状态优点 运行速度稳定不会出现倒拉制动那样因计算不准而引起不降反而上升的事故 反抗矩负载制动优点 不会出现反向起动的危险 注意 Rad不能太小I Imax 第三章直流电机的工作原理及特性3 6 3能耗制动 正常接线可有三种运转状态反转 接线方法不同四象限对应反转状态 正转状态 正常接线可有三种运转状态正转 第三章直流电机的工作原理及特性小结 重点和难点重点 机械特性是分析启动 调速和制动特性的依据 所以机械特性是电动机内容的重中之重 他励直流电动机的启动特性 他励直流电动机的调压调速特性难点本章较难理解的内容是电流 电势的换向过程和电动机的制动过程 电动机在各种运转状态下电磁转矩TM 负载转矩TL 转速n 电枢电流Ia和电势E等符号的确定 第三章直流电机的工作原理及特性习题 3 83 15 第四章机电传动系统的过渡过程 4 1研究机电传动系统过渡过程的实际意义4 2机电传动系统过渡过程的分析4 3机电时间常数4 4加快机电传动系统过渡过程的方法 第四章机电传动系统的过渡过程4 1研究机电传动系统过渡过程的实际意义 机电传动系统过渡过程 由一个稳态向另一个稳态过渡的过程 动态过程 启动 制动 反转和调速 外因 系统转矩平衡关系被破坏 内因 贮能的惯性元件 机械惯性 电磁惯性和热惯性 实际意义 满足生产的需要 必须研究转速 转矩 电流对时间的变化规律才能正确地选择机电传动装置 控制电路等 第四章机电传动系统的过渡过程4 2机电传动系统过渡过程的分析 利用相似三角形原理 代入上式得 机电时间常数 第四章机电传动系统的过渡过程4 2机电传动系统