青岛港湾职业技术学院授课教案NO

1、青岛港湾职业技术学院授课教案 编号：第3周 第2次课 题 直流电机电力拖动系统运动方程及负载机械特性 班 级 授课日期 年 月 日 星期 目 的与要 求1、理解直流电动机的调速概念。2、掌握直流电机调速方法和各调速方法的原理和特点。3、会定量分析调速时各参量的值。4、掌握直流电机的典型故障分析和维护方法。重 点各种调速原理和特点难 点各种调速原理和特点授课方式课堂讲授教 具多媒体教学过程设计1、 复习人为机械特性特点和方程、曲线。2、 依次讲解降压、串电阻、弱磁调速。3、 结合例题定量分析。4、 提出问题，结合直流电机结构讲解直流电机机械和电气故障。5、 留课后思考题和布置作业。教 学 过 程

2、3.6 他励电动机的调速电力拖动系统的调速可以采用机械调速、电气调速或二者配合调速。通过改变传动机构转速比进行调速的方法称为机械调速；通过改变电动机参数进行调速的方法称为电气调速。 改变电动机的参数就是人为地改变电动机的机械特性，使工作点发生变化，转速发生变化。调速前后，电动机工作在不同的机械特性上，如果机械特性不变，因负载变化而引起转速的变化，则不能称为调速。他励直流电动机的转速为电气调速方法：1.电枢回路串电阻调速；2.降低电源电压调速；3.弱磁调速。衡量调速好坏的指标：(1) 调速范围（2）调速的平滑性 在一定的调速范围内，调速的级数越多，调速越平滑。相邻两级转速之比称为调速的平滑性，平

3、滑系数为：越接近1，平滑性越好，当1 时，称为无级调速，即转速可以连续调节。调速不连续时，级数有限，称为有级调速。衡量调速好坏的指标：（3）调速的稳定性（静差率）指负载变化时，转速变化的程度，转速变化小，稳定性好。静差率，是指电动机在某机械特性上运转时，由理想空载至满载时的转速降对理想空载转速的百分比，即：%越小，相对稳定性越好；%与机械特性硬度和n0有关。d与%相互制约:越小,d越小,相对稳定性越好;在保证一定的指标的前提下,要扩大d,须减少n,即提高机械特性的硬度。（4）调速的经济性主要指调速设备的投资、运行效率及维修费用等。（5）调速时电动机的容许输出是指电动机得到充分利用的情况下，在调

4、速过程中所能输出的功率和转矩。3.6.1 电枢回路串电阻调速拖动恒转矩负载为例。保持电源电压及主极磁通为额定值不变，在电枢回路内串入不同的电阻。电枢回路串联电阻越大，机械特性的斜率越大，因此在负载转矩恒定时，即为常数，增大电阻，可以降低电动机的转速。（2）改变励磁电流 if （励磁回路串电阻）这种调速方法的特点是由于励磁回路的电流很小，只有额定电流的（13）%，不仅能量损失很小，且电阻可以做成连续调节的，便于控制。其限制是转速只能由额定磁通时对应的速度向高调，而电动机最高转速要受到电机本身的机械强度及换向的限制。减弱磁通前、后的电枢电流变化：(ea=cen，弱磁瞬间n不能突变，减小则ea减小，

5、un= ea+iara，ia增大)减弱磁通调速前、后转速变化曲线结论：磁场越弱，转速越高。因此电机运行时励磁回路不能开路。优点：由于在电流较小的励磁回路中进行调节，因而控制方便，能量损耗小，设备简单，调速平滑性好。弱磁升速后电枢电流增大，电动机的输入功率增大，但由于转速升高，输出功率也增大，电动机的效率基本不变，因此经济性是比较好。缺点： 1）机械特性的斜率变大，特性变软；2）转速的升高受到电动机换向能力和机械强度的限制，升速范围不可能很大；为了扩大调速范围，通常把降压和弱磁两种调速方法结合起来，在额定转速以上，采用弱磁调速，在额定转速以下采用降压 调速。例3-3：某台他励直流电动机，额定功率

6、pn=220kw，un=220v，in=115a，nn=1500r/min，电枢回路电阻ra=0.1w，忽略空载转矩t0，电动机带额定负载运行，试求：（1）要求把转速降到1000r/min，可有几种方法，并求出它们的参数。（2）当减弱磁通至=3/4n时，拖动恒转矩负载时，求电动机稳定转速和电枢电流。能够长期运行？为什么？如果拖动恒功率负载，情况又怎样？解：(1)把转速降到1000r/min，可有两种方法:1）电枢回路串电阻；2）降低电枢电压。1）计算电枢串入电阻的数值cen=（unin ra）/nn=（2201150.1）/1500=0.139电枢串电阻为r，则有r=（uncenn）/in-r

7、a =(2200.1301000/115)0.1=0.604w2）计算降低后的电枢电压数值u=cenn+in ra=（0.1391000+1150.1）=150.5v(2) =3n/4时，电动机的转速和电枢电流的计算根据电磁转矩公式 t=ctn ia拖动恒转矩负载 t=tl=常数则有， ia=n in/=4in /3=4115/3=153a电动机转速 n=（un-iara）/ce=（200-1530.1）/0.750.139=1964r/min可见，由于电动机的电枢电流iain，故不能长期运行。如果拖动恒功率负载，由于此时电枢电流 i= in=常数电动机转速n=（uniara）/ce=（220

8、1150.1）/0.750.139=2000r/min故电动机可以长期运行（未考虑最高转速的限制）。3.7 直流电机的故障分析及维护1、直流电动机安装时，有哪些基本要求？2、电机发生故障时，应从哪些方面做常规检查？3、影响换向恶化的原因主要有哪些？4、电机振动的原因和带来的危害有哪些？通过什么手段来检测振动情况？5、换向器对表面光洁度和清洁度都有严格要求，如出现异常，分别采取哪些方法处理？6、电刷与换向器的接触面积有什么要求？对电刷的压力有什么要求？为什么同一台电机必须使用统一型号的电刷？新更换的电刷需做什么处理？7、电刷架的位置能随便移动吗？为什么？8、电枢绕组匝间短路的后果是什么？9、在电

9、源电压一定的情况下，转速偏高的原因是什么？10、如果电机出现局部过热，试列出几个原因。当直流电机发生故障时，检查顺序如下:电机的电源、线路、辅助设备-电机所带负载电机机械方面（如检查电刷架是否有松动、电刷接触是否良好、轴承转动是否灵活等）直流电机的内部故障（仔细观察换向火花及运行时出现的其他异常情况）由外向内3.7.1 直流电机运行时的换向故障1.机械原因（1）电机振动。现象：电刷在换向器表面跳动。原因：电枢两端的平衡块脱落或位置移动。处理办法：进行平衡。低速，静平衡；高速，动平衡。（2）换向器。现象：电刷不能在换向器上平稳滑动或火花增大。原因：换向器变形；片间云母突出；表面有疤痕或毛刺；换向

10、器表面有油污。处理办法：沾酒精擦拭；用与换向器表面吻合的曲面木块垫上细砂纸磨换向器，严重则刀削外圆；云母突出则将云母下刻。（3）电刷。现象：产生有害火花。原因：电刷弹簧压力不合适；电刷材料不符合要求；电刷型号不一致；电刷与刷盒间配合太紧或太松；刷盒边离换向器表面距离太大。处理办法：电刷的弹簧压力根据不同的电刷确定；同一电机使用同一型号的电刷；更换电刷用较细的玻璃砂纸研磨，空转半小时，使换向器表面形成氧化膜，再投入工作。2、 由机械引起的电气原因现象：产生有害火花或火花增大。原因：磁极、刷盒的装配有偏差。处理办法：使各磁极、电刷安装合适、分布均匀，电刷架保持出厂时的位置，固定牢固。3、电枢绕组故

11、障（1）电枢元件断线或焊接不良。现象：电刷接触和离开的瞬间呈现较大的点状火花，使断路元件两侧的换向片灼黑；若用电压表检查换向器片间电压，断线元件或换向器焊接不良的元件两侧的换向片片间电压特别高（2）电枢绕组短路。现象：局部过热4、定子绕组故障（1）换向极或补偿绕组极性接反。现象：换向火花急剧增大，换向片明显灼黑。原因：极性接反。（2）换向极或补偿绕组短路。现象：火花增大。原因：换向极或补偿绕组短路（3）换向极绕组不合适。现象：电机修理后，再三调整还不能满足换向要求，从内部也找不出故障原因。原因：可能是换向极磁场不合适引起的。5、电源的影响现象：换向变坏；增加了电机的噪声、振动、损耗、发热。原因

12、：使用晶闸管整流装置代替直流发电机组，这种电源带来了谐波电流和快速暂态变化。解决方法：用串接平波电抗器的方法来减少交流分量。一般外加平波电抗器的电感值约为直流电机电枢回路电感的2倍左右。3.7.2 直流电机运行时的性能异常及维护ra1、转速异常当电机的转速发生异常时，可用转速公式 aeeiccunf-f=中的有关因素来找原因。（1）转速偏高。现象：对并励或他励电动机，转速剧升，有飞车的危险。如带负载很重，电动机速度也不致升高，这时电流剧增，使开关的保护装置动作后跳闸；对串励电动机，励磁线圈断线即电枢开路，电动机停止运行。原因：励磁绕组中发生短路现象或个别磁极极性装反，或励磁线圈断线，磁极只有剩

13、磁。（2）转速偏低。现象：电机转速偏低。原因：电枢回路中连接点接触不良，使电枢电路的电阻压降增大。解决方法：检查电枢电路各连接点（包括电刷）的接头焊接是否良好，接触是否可靠。（3）转速不稳。现象：电机的转速和电流发生急剧变化，电机不能正常稳定运行，如不及时制止，电机和所接仪表均有损坏的危险。解决方法：首先检查串励绕组极性是否准确，减小励磁电阻并增大励磁回路电流；若电刷没有放在中性线上应加以调整。2、电流异常现象：电枢电流增大，长时间运行，易烧毁电机绕组。原因：机械上有摩擦、轴承太紧、电枢回路中引线相碰或有短路现象、电枢电压太高等。3、局部过热现象：烧毁绕组；有绝缘烤糊味或局部过热。原因：电枢绕

14、组中有短路现象；导体各联接点接触不良；换向器上的火花太大；电刷接触不良。第三章 习 题1、什么是电力拖动系统？试举出几个实例。2、电车前进方向为转速正方向，定性画出电车走平路与下坡时的负载转矩特性。3、他励直流电动机的电磁功率指什么？4、什么是他励直流电动机的固有机械特性，有何特点？5、他励直流电动机电枢回路串入电阻后，对理想空载转速大小有何影响？为什么？对机械特性硬度有无影响？为什么？6、直流电动机为什么不能直接起动？有哪几种起动方法？采用什么起动方法比较好？7、他励直流电动机起动时，为什么一定要先加励磁电压？如果未加励磁电压（或因励磁绕组断线），而将电枢接通电源，在下面两种情况下会有什么后

15、果：(1)空载起动；（2）负载起动tl=tn。8、他励直流电动机有哪几种调速方法？各有什么优缺点？9、当提到某台电动机处于制动状态时，是不是仅仅意味着减速停车？反之如果电动机在减速过程中，可否说电机一定处于制动状态？10、比较各种电磁制动方法的优缺点，它们各应用在什么地方？11、他励直流电动机的额定数据为pn=17kw，un=220v ，in=90v ，nn=1500r/min， ra=0.147w，求：（1）直接起动时的起动电流；（2）拖动额定负载起动，若采用电枢回路串电阻起动，应串多大的电阻？若采用降低电枢电压起动，电压应降到多少？（顺利起动为条件）12、一台他励直流电动机，铭牌数据为pn

16、=2.2kw，un=220v ，in=12.6a ，nn=1500r/min， ra=0.2402w，求：(1)当ia=12.6a时，电机的转速n； (2)当nn=1500r/min时，电枢电流ia。13、直流电动机起动时，为什么要在电枢电路中接入起动电阻？若把起动电阻留在电枢回路中长期运行，对电机有什么影响？14、他励电动机在运行过程中，若励磁绕组断线，会出现什么情况？15、有一台他励直流电动机，其额定数据如下：pn=2.2kw， uf =un=110v ，nn=1500r/min，n=0.8，并已知： ra=0.4w，rf=82.7w，试求：（1）额定电枢电流；（2）额定励磁电流；（3）额

17、定输出转矩；（4）额定电流时的反电动势。16、他励直流电动机常用哪几种方法进行调速？它们的主要特点是什么？17、一台他励直流电动机pn=29kw，un=440v ，nn=1050r/min， ra=0.393w，in=76.2a，重物类额定负载。（1）电动机在能耗制动下运行，转速nn=500r/min，求电枢回路中串接的电阻rz1为多大？（2）电动机在倒拉反接制动下运行，转速nn=600r/min，求电枢回路中串接的电阻rz2 ，以及电网供给的功率p1和电枢回路的总电阻上消耗的功率。存在着赛车手从四川省网得分vrgr存在着赛车手从四川省网得分vrgr存在着赛车手从四川省网得分vrgr存在着赛车

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