机电传动控制教案3

1、第三章 直流电机的工作原理及特性本章要求掌握直流电机的基本工作原理及特性，特别是直流电动机的机械特性；掌握直流电动机启动、调速和制动的各种方法以及各种方法的优缺点和应用场所。8/21/20221电机 利用电磁作用原理进行能量转换的机械装置8/21/20222直流电机 1、进行直流电能与机械能 之间的转换2、直流电动机主要应用场合： 起动性能和调速性能好，过载能力大 ；3、直流发电机主要应用场合： 供给直流电动机、电解、电镀等所需的直流电能 4、主要缺点： 结构复杂，使用有色金属多，生产工艺复杂，价格昂贵，运行可靠性差 8/21/2022331 直流电机的基本结构和工作原理结构要点：定子、转子、

2、换向器原理要点：电磁感应定律、电磁力定律、电路定律以及电势方程、转矩方程、电压方程分类：直流电机按照励磁方式的不同分为他励、并励、串励、复励四种8/21/20224一、直流电机的基本结构8/21/202258/21/20226直流电机的组成1、定子：产生磁场、支撑电机2、转子：产生电磁转矩和感应电动势，进行能量转换8/21/20227（一） 定子部分1主磁极：产生主磁场。主磁极铁心励磁绕组2、换向极：改善换向3、机座 固定 主磁路的一部分4、电刷装置 引入或引出直流电压和直流电流 主磁极换向极8/21/20228电刷盒8/21/20229转子结构图电枢绕组换向器电枢铁心转轴8/21/20221

3、08/21/202211（二） 转子(电枢)部分1、电枢铁心作为主磁通磁路的主要部分嵌放电枢绕组2、电枢绕组 能量转换的关键部件， 产生电磁转矩和感应电动势以实现能量转换3、换向器 ：与电刷配合使用 直流电动机中：将外加直流电源转换为电枢线圈中的交变电流，使电磁转矩的方向恒定不变；直流发电机中：将电枢线圈中感应产生的交变电动势转换为对外引出的方向不变的直流电动势。8/21/202212电枢铁心钢片、换向器8/21/202213二直流电机的基本工作原理建立在电磁力和电磁感应的基础上 8/21/202214（一）直流发电机的工作原理8/21/2022158/21/202216直流发电机基本工作原理

4、原动机驱动电枢在磁场中旋转电枢线圈的有效边切割磁力线电枢线圈中产生感应电势 e交变的感应电势在换向器的作用下变换成电刷之间的直流电势E接负载后，电枢中产生电流 i载流导体在磁场中受到电磁力作用产生电磁转矩T原动机克服T的作用将机械能转变成电能8/21/202217（二）直流电动机的工作原理8/21/2022188/21/202219直流电动机基本工作原理电枢线圈通电后在磁场中成为 载流导体载流导体在磁场中受到电磁力 作用产生电磁转矩T电枢在电磁转矩T作用下旋转旋转的电枢线圈又切割磁力线，从而产生感应电势E由于换向器的作用，感应电势E总是与外加电压的方向相反，称为反电势8/21/202220三、

5、电势方程、转矩方程和电压方程电势方程电压平衡方程发电机电动机转矩方程8/21/20222132 直流发电机8/21/202222一直流发电机的分类 1、他励直流发电机：励磁绕组由外电源提供电流2、自励发电机：励磁电流为电枢电流或为电枢电流的一部分，可分为：并励直流发电机串励直流发电机复励直流发电机8/21/202223直流发电机的四种励磁方式8/21/202224二、他励发电机8/21/202225空载特性8/21/202226外特性U=f(I) 8/21/202227三、并励发电机 ， 8/21/202228并励发电机的工作原理8/21/202229并励发电机的电压建立的条件1、发电机的磁极

6、要有剩磁。2、起始励磁电流所产生的磁场的方向与剩磁磁场的方向相同，这样，磁场才能加强。3、合适的电阻Rf，当Rf过大时，电压就建立不起来。8/21/202230并励发电机的外特性8/21/202231四、复励发电机优点：在正常运行范围内，其端电压变化不大。8/21/20223233 直流电动机的机械特性机械特性是直流电动机最重要的运行特性。机械特性反映了电机转速与转矩之间的关系。机械特性是分析研究电机启动、调速和制动的重要依据。机械特性分固有机械特性和人为机械特性。8/21/202233一、他励电动机的机械特性8/21/202234（一）他励电动机的机械特性表达式直流电动机的机械特性的一般表达

7、式 8/21/202235机械特性曲线及其方程8/21/202236（二）机械特性硬度1定义 2、分类 (1)绝对硬特性( ) (2)硬特性( 10) (3)软特性( U，T与n反方向，发电机运行状态当En0实例：1）电车下坡；2）突降U；3）卷扬机下放重物。特性：E=Ken；U=E+IR当n n0时，EU，导致Ia反向，从而T反向，电动机转为发电机运行状态，将机械能转变成电能，向电网反馈，故称之为反馈制动。8/21/202270电车下坡的反馈制动特点：nn0 Ia0 TMn01注意：反馈制动只在调磁降速过程中产生-TTL8/21/202273下放重物时的反馈制动过程制动矩下放电动状态a点b点

8、nEIa-TM 下放制动状态b点 C点nn0Ia0、TM T与n反方向 制动改变Rad改变下降的nRad太大n很高不安全8/21/202274(二）反接制动电枢电压U和电枢电势E在外部条件的作用下，方向由相反变为一致，由此使得T与n的方向相反，故称之为反接制动。将改变电枢电压U所产生的反接制动称为电源反接制动。将改变电枢电势E所产生的反接制动称为倒拉反接制动。8/21/202275电源反接时的反接制动过程正向电动反接制动反接电动位能负载时制动注意：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8/21/202276倒拉反接制动状态下的机械特性注意：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8/21/202277（三）能耗制动(U=0串接Rad)状态下的机械特性反抗负载制动优点：不会出现反向起动的危险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注意：Rad不能太小IImax8/21/202278直流他励电动机各种运行状态下的机械特性正常接线可有三种运转状态正转正转状态8/21/202279小 结重点和难点一、重点1、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 2、他励直流