机电传动控制(邓星钟)3_第1页
机电传动控制(邓星钟)3_第2页
机电传动控制(邓星钟)3_第3页
机电传动控制(邓星钟)3_第4页
机电传动控制(邓星钟)3_第5页
已阅读5页,还剩39页未读 继续免费阅读

下载本文档

版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领

文档简介

1、第3章 直流电机的工作原理及特性掌握直流电机的电势方程式,转矩方程式和电压平衡方程式; 掌握直流电动机的机械特性,特别是人工机械特性; 掌握直流电动机起动,制动,调速的各种方法和应用场所; 了解用机械特性来分析直流电动机运行状态的方法。 3.1直流电机的基本结构和工作原理一.直流电机的基本结构主磁极电枢铁心换向器电刷装置直流电机的结构图剖面图:电枢1; 主磁极2;换向 极4;机座6电枢铁心冲片换向器:换向片3; 连接片4;云母环2 二、直流电机工作原理二、直流电机工作原理 直流电机的主要结构可简化为一对磁极直流电机的主要结构可简化为一对磁极,一个线圈一个线圈,其工作原理是其工作原理是基于电磁感

2、应定律和电磁力定律的。基于电磁感应定律和电磁力定律的。直流电动机是根据载流导体在磁场中受力这一基本原理工作的。直流电动机是根据载流导体在磁场中受力这一基本原理工作的。直流发电机则是根据切割磁场的导体会产生感生电势这一基本理直流发电机则是根据切割磁场的导体会产生感生电势这一基本理论工作的。论工作的。发电机电动机.电磁力定律 载流导体在磁场中将会受到力的作用,若磁场与载流导体互相垂直 (图1-1c),作用在导体上的电磁力大小为: = B taTKI、电磁感应定理 在磁场中运动的导体将会感应电势,若磁场、导体和导体的运动方向三者互相垂直则作用导体中感应的电势大小为: = Bv 1)感应电势E 2.直

3、流电机的基本方程式2)电磁转矩T taTKI- 一对磁极的磁通(Wb); n-电枢转速(r/min); Ke -与结构有关的常数. 式中:E-电动势(V);-一对磁极的磁通(Wb); Ia-电枢电流(A); Kt-与结构有关的常数. 式中: T-电磁转矩(Nm);nKEe3.2 直流发电机1.按激磁方法分类 1)他激发电机: 发电机的激磁绕组由外电源供电. 2)自激发电机: 发电机的激磁电流为电枢电流或电枢电流的一部分.它又分为:(1)并激发电机; (2)串激发电机; (3)复激发电机.n+B-AUdSiNaceeI2、直流发电机工作原理、直流发电机工作原理 直流发电机是根据导体在磁场中作切割

4、运动就会产生感生电动势这一基直流发电机是根据导体在磁场中作切割运动就会产生感生电动势这一基本的电磁理论而制成的。原动机拖动转子逆时针方向旋转,在线圈本的电磁理论而制成的。原动机拖动转子逆时针方向旋转,在线圈abcd中就中就有感生电动势产生,根据电磁感应定律可知,导体有感生电动势产生,根据电磁感应定律可知,导体ab和和cd中产生的感生电动中产生的感生电动势势e相等相等.1.他激发电机原理电枢回路方程为:电枢回路方程为:Ea=U+IaRa式中式中Ra为电枢回路总电阻,为电枢回路总电阻,它包括电刷接触电阻和电枢绕组内阻。它包括电刷接触电阻和电枢绕组内阻。励磁回路方程为:励磁回路方程为:Uf=IfRf

5、式中式中Rf为励磁回路总电阻,为励磁回路总电阻,它包括励磁回路外串电阻和励磁绕组内阻。它包括励磁回路外串电阻和励磁绕组内阻。从发电机电压基本方程式可见:电枢从发电机电压基本方程式可见:电枢电势电势Ea必须大于电枢必须大于电枢端电压端电压U,这也是判断电机是否处于,这也是判断电机是否处于发电运行状态的依据。发电运行状态的依据。 2.并激发电机U=Ea-IaR a Ia= (Ea-U)/Ra If=U/RfI=U/RIa=If+II根据基尔霍夫电压定律得:nCnapNeaNEea602并励发电机的自励条件和外特性 自励过程:并励发电机建立电压的过程。 并励发电机的特点是励磁绕组与电枢绕组并联,由发

6、电机自并励发电机的特点是励磁绕组与电枢绕组并联,由发电机自已供给励磁电流,而不需要另外励磁电源。已供给励磁电流,而不需要另外励磁电源。 一、并励直流发电机的自励条件 并励发电机的建压过程 并励直流发电机自励的三个条件: (1)电机必须有剩磁 (2)励磁绕组并联到电枢的极性必须正确 (3)励磁回路中电阻小于 rfc(称为临界值)二、并励直流发电机的运行特性3.他激和并激发电机的外特性曲线 电源-外特性 U=f(I) 硬特性 从空载到满载电压变化率5%-10%)f(ITa4、串励电动机、串励电动机1). 转矩特性转矩特性当当Ia较小时,铁心不饱和较小时,铁心不饱和UIa+_IfMfaII 特点:特

7、点:)af(IaKI 2aTaTIKIKT当当Ia较大时,铁心饱和较大时,铁心饱和aTIKT 与并励类似与并励类似)f(Ina2. 转速特性转速特性当当Ia较小时,较小时,aKI aEaEIKRKUnKKRKIKUnEaaE当当Ia较大时,铁心饱和较大时,铁心饱和 与并励类似与并励类似从上式可见,当轻载时串励电动机的转速从上式可见,当轻载时串励电动机的转速急剧上升,将导致电动机的损坏,所以串急剧上升,将导致电动机的损坏,所以串励电动机不允许轻载运行,一般最低负载励电动机不允许轻载运行,一般最低负载不小于额定负载的不小于额定负载的30%n0T)f(InabTaUnf(T)n3. 机械特性机械特性

8、2aTaTIKIKTKKRKIKUnEaaE5、复励电动机、复励电动机复励复励U+_IMIa 他的工作特性介于并励他的工作特性介于并励和串励之间。如果并励绕组和串励之间。如果并励绕组磁通势起主要作用,其工作磁通势起主要作用,其工作特性与并励电动机工作特性特性与并励电动机工作特性接近。如果串励绕组磁通势接近。如果串励绕组磁通势起主要作用,其工作特性与起主要作用,其工作特性与串励电动机工作特性接近。串励电动机工作特性接近。但因为有并励绕组磁通势的但因为有并励绕组磁通势的存在,磁通存在,磁通 不会趋近于零,不会趋近于零,所以空载或轻载时,仍能正所以空载或轻载时,仍能正常运行。常运行。如果串励与并励绕

9、如果串励与并励绕组的磁势方向相同,组的磁势方向相同,则称为加复励(或则称为加复励(或叫积复励),反之叫积复励),反之为差复励(或叫减为差复励(或叫减复励)。复励)。 一般来说,并励绕组起主导作用,串励绕组起调节性能的作用。 一、开路特性 U0=f(If) 开路时串励绕组不起作用,则其开路特性同并励发电机的开路特性。 二、外特性 U=f(I)负载运行时,串励绕组产生磁势,这个磁势将影响主磁通的大小和电机性能。 对加复励发电机来说串励磁势起增磁作用即升压作用,而电阻压降和电枢反应的去磁作用起降压作用,二者的相对影响力会决定发电机的外特性。 如果串励绕组作用较大,即在额定电流时端电压超过额定电压,则

10、为过复励。 如果串励绕组的作用不足,即在额定电流时端电压小于额定电压,则为欠复励。 如果串励绕组的作用适当,即在额定电流时端电压等于额定电压则为平复励。 差复励发电机的串励绕组为一个去磁磁势,负载增大时端电压迅速下降。 3.3直流电动机的机械特性1.他激和并激直流电动机的机械特性 1)原理电路图电枢回路电压方程式电枢回路电压方程式U=Ea+IaRa其中反电势其中反电势Ea=Cen,若为并励时,存在:,若为并励时,存在:U=If(rf+Rfad)=IfRf 由于由于Ra很小,电枢回路上电阻压降很小,电很小,电枢回路上电阻压降很小,电源电压大部分降落在反电势源电压大部分降落在反电势Ea上。上。转矩

11、方程式转矩方程式电动机空载时,轴上输出转矩电动机空载时,轴上输出转矩T2=0,则有:,则有: T=T0当负载转矩为当负载转矩为TL,轴上输出,轴上输出有有T2=TL,电动,电动机匀速稳定运行时有机匀速稳定运行时有: T=T2+T0 其中电磁转矩为拖动性质转矩,可用公式其中电磁转矩为拖动性质转矩,可用公式T=CTIa计算,(计算,(T2+T0)为总的阻转矩,)为总的阻转矩,方向方向与与T相反。相反。 2)直流电动机机械特性方程式eEKn02aeetRUnTnnKK K上式为直流电动机机械特性的一般表达式taTKI由将Ia值再代入,得:由得aRIUEaaeaeIKRKUn3)机械特性硬度在机械特性

12、方程式中, no称为理想空载转速; n称为转速降落. 机械特性硬度是衡量机械特性平直程度的: dTTdnn 绝对硬特性 .如交流同步电动机的机械特性10 硬特性 如直流他激电动机和异步电动机的机械特性10 软特性 如直流串激电动机的机械特性机械特性曲线n=f(T) 4.固有(自然)机械特性和人工机械特性 1)他激直流电动机的自然机械特性(正转) 在额定电压,额定磁通,电枢电路内不外接电阻时的机械特性即为自然机械特性. 额定负载时,转速降落不多,是硬特性;金属切削机床,冷轧机,造纸机等宜于选用硬特性的电动机.02aeetRUnTnnKK K2)自然机械特性曲线的作法 已知电动机的PN,UN,IN

13、,nN,由公式可计算出Ra, Ke , N0 500 751NNaNNNpURU II NNaeNNUI RKn0NeNUnK9 55NNNPTn(1)电枢电阻Ra的估算:(2)理想空载转速no计算:(3)额定转矩Nn的计算:no,TN,找出两个点,即理想空载点(o,no)和额定运行点(TN,nN),通过这两点作出自然机械特性. 3)举例(1)一台Z2-51型直流他激电动机,已知额定功率5.5kW,额定电压220V,额定电流31A,额定转速1500r/min,忽略损耗,求自然机械特性. 解:分析 只要求出理想空载点和额定运行点,就可绘出机械特性. 0 500 751NNaNNNpURU II

14、=0.71NNaeNNUI RKn=0.132NoeNUnK=1667r/min9 55NNNPTn=35Nm4)电动机人工机械特性(三种) (1)电枢回路串附加电阻Rad的人工机械特性 在自然机械特性方程式中,用(Rad+Ra)代替Ra,得到串电阻的人工机械特性方程式: 附加电阻Rad越大,机械特性越软.nnTKKRRKUnteaadeN0202aeetRUnTnnKK K(2)改变电枢电压的人工机械特性 U改变,但转速降不变 .因此,变电枢电压的人工机械特性是一簇与自然机械特性平行的特性曲线. 只允许在额定电压以下调节. 在后面的自动调速系统学习中有广泛的应用. NoeNUnK随U的变化而

15、变化02aeetRUnTnnKK K(3)改变磁通的人工机械特性 从机械特性方程可知,改变磁通时,电动机的理想空载转速和转速降落都会随磁通的变化而变化. 磁通只能在额定值以下调节,理想空载转速和转速降落都要增大-弱磁增速. 使用中,要防止电动机过载,更要防止飞车,因此,直流他激电动机设有失磁保护. 02aeetRUnTnnKK K2.串激直流电动机的机械特性1)特点:电枢电流就是激磁电流. 2)机械特性分析: 第一段,电动机轻载时,机械特性具有双曲线的形状,理想空载转速趋近无穷大. 第二段,电动机负载较重时,磁路趋于饱和,机械特性近似一条直线. 3)注意事项: 直流串激电动机不允许空载运行-飞

16、车事故. 3.4 直流他激电动机的起动特性直流他激电动机的起动电流是额定电流的(10-20)倍,不允许直接起动.限制其起动电流的方法有两种. 1.降压起动: 组成SCR-M自动调速系统的起动环节.是后面学习的一个重点. 2.电枢电路串外接电阻起动 右图为具有三段起动电阻的他激电动机电路原理图和起动特性, 其起动特性就是前面刚刚学习过的一种人工机械特性.3.5直流他激电动机的调速特性 由直流他激电动机人工机械特性方程式 直流电动机的调速方法: 式中, Ke,Kt,Ra 均为常数,因此,电动机有3种调速方法 1.变电枢电路外接电阻Rad; 2.变电枢电压U; 3.变磁通 .TKKRRKUntead

17、ae21.改变电枢电路外接电阻调速电动机电枢电路串电阻后,其人工机械特性如右图示.1)应用: 起重机,卷扬机; 2)缺点:机械特性软,实现无级调速困难; 3)注意:串电阻调速与起动特性相似,但起动电阻与调速电阻不同. 2.改变电动机电枢供电电压调速变电枢电压调速的机械特性如右图. 1)特点:容易实现无级调速;机械特性是一组平行线,硬度不变;不需用其他起动设备. 2)应用;适用于恒转矩负载,组成SCR-M系统,在工业生产中广泛应用.第11章将重点学习.3.改变电动机主磁通调速变磁通调速的机械特性如右图示.1)特点:可以实现无级调速;机械特性软;调速范围不大. 2)应用:适用于恒功率负载.一般与调

18、压配合使用. 3)注意:在额定转速以上调节-弱磁增速.例题例:一台直流他激电机的额定数据为;PN=2.2kW,UN=220V.IN=12.4A,nN=1500r/min,Ra=1.7欧 ;如果电动机在额定转矩下运行,求(1)电动机的电枢电压降到180V时,电动机的转速是多少?(2)激磁电流If=IfM(即磁通为额定值的0.8时)时,电动机的转速是多少?(3)电枢电路串入2欧的附加电阻时,电动机的转速是多少? 解: 1500220055. 955. 9NNNnPTT13. 015007 . 14 .12220NaNNeenRIUKK24. 113. 055. 955. 9etKK16. 024.

19、 113. 02tKKe12361416. 07 . 113. 01802NteaeTKKRKUn1962n(1)此时,U=180V,Ra=1.7欧=14例题求解99. 055. 9etKK099. 02teKK(2)此时,U=UN=220V,Ra=1.7欧min/196214099. 07 . 11 . 0220(2rTKKRKUnNteaeN(3)此时,U=UNa=220V;电枢电路总电阻R=Ra+Rad=1.7+2=3.713. 0eK24. 1tK16. 02teKK13681416. 07 . 313. 02202NteadaNeNTKKRRKUn(以上转速单位为r/min)1 . 08 . 0NeeKK3.6直流他激电动机的制动特性直流他激电动机的工作状态分为电动状态和制动状态,如右图所示. 图中,(a)为电动状态; (b)为制动状态. 1)特点:电动机的转矩T与转速n方向相反,电机处于发电工作状态. 2)制动形式:稳定的制动状态; 过渡的

温馨提示

  • 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
  • 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
  • 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
  • 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
  • 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
  • 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
  • 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

评论

0/150

提交评论