直流电机的原理与特性

第2章直流电机的原理与特性机电传动控制第2章直流电机的原理与特性2.1直流电机的结构和原理2.2直流他励电动机的机械特性2.3直流他励电动机的运行特性直流电机的原理结构112345转子2电刷3换向器4转子绕组5转子电源定子1主磁极直流电机的实际结构定子：1.轴承4.换极绕组6.后端盖7.刷杆座9.电刷

10.主磁极

11.机座12.励磁绕组

14.前端盖转子：2.轴3.电枢绕组

5.电枢铁芯8.换向器

13.风扇直流电机的磁路直流电动机的工作原理视频动画转子（电枢）实现机电能量转换换向器保证电机持续旋转直流电动机和直流发电机

发电机电动机能量转换机械能→电能电能→机械能驱动转矩原动机转矩T1

电磁转矩T阻转矩电磁转矩T

负载转矩TL

空载损耗转矩T0

空载损耗转矩T0转矩平衡式T1=T+T0

T=TL+T0感应电势方向与Ia同向与Ia反向电压平衡方程U=E-IaRa

U=E+IaRa直流电机的工作原理感应电动势电磁转矩直流电机的励磁方式自励励磁电流由电枢提供并励串励复励他励励磁电流由外电源提供自励方式并励励磁与电枢绕组并联串励励磁与电枢绕组串联自励方式复励励磁与电枢绕组既有串联又有并联第2章直流电机的原理与特性2.1直流电机的结构和原理2.2直流他励电动机的机械特性2.3直流他励电动机的运行特性直流他励电动机的机械特性三大基本方程机械特性方程n0是理想空载转速机械特性硬度固有和人为机械特性固有机械特性电压和磁通均为额定值且电枢回路不串电阻第1象限为电动状态第2象限为发电状态第4象限为堵转状态人为机械特性改变电枢电压、磁通或在电枢回路中串电阻课堂练习教材第40页习题3.3电机功率关系P1为电源输入的电功率PM为电磁功率PaCu为电枢回路铜损T为电磁转矩T2为输出转矩T0为空载转矩PM为电磁功率P2为输出机械功率P0为空载损耗功率（摩擦损耗和铁损）额定值额定功率PN输出机械功率额定电压UN额定电流IN额定转速nN额定效率额定电磁转矩TN额定输出转矩T2N输出机械转矩注意：教材用TN表示额定输出转矩，这不准确额定值欠载运行电枢电流长期小于IN运行效率低，浪费能量过载运行电枢电流长期大于IN会因过热而损坏电机固有机械特性计算两个关键点理想空载点(0,n0)额定运行点(TN,nN)近似固有机械特性忽略空载转矩，用T2N代替TN课堂练习2.1某直流他励电动机PN=3.6kW,UN=220V,IN=25A,nN=1500r/min,Ra=0.78Ω，忽略电枢反应影响，试求额定输出转矩T2N(23)和额定电磁转矩TN(32)课堂练习2.2（作业）某直流他励电动机PN=16kW,UN=220V,ηN=0.9,nN=1500r/min,Ra=0.1Ω，试求该电机的额定电流(80.8)、额定输出转矩(101.9)并绘出其近似固有机械特性(n0=1557)第2章直流电机的原理与特性2.1直流电机的结构和原理2.2直流他励电动机的机械特性2.3直流他励电动机的运行特性2.3.1直流他励电动机的启动2.3.2直流他励电动机的调速2.3.3直流他励电动机的制动直流他励电动机的启动转子转速从零到稳态转速的过程启动转矩要大启动电流要小启动设备经济可靠启动方法直接启动额定电压、电枢回路串电阻启动降压启动电枢回路串电阻启动启动时启动后课堂练习2.3直流他励电动机IN=91A,PN=17kW,UN=220V,Ist≤2IN,nN=1500r/min,Ra=0.22Ω，(1)直接启动时启动电流Ist(1kA);(2)降压启动的电源电压(40V);(3)常压启动的启动电阻及启动转矩(0.99,231);第3章直流电机的原理与特性2.1直流电机的结构和原理2.2直流他励电动机的机械特性2.3直流他励电动机的运行特性2.3.1直流他励电动机的启动2.3.2直流他励电动机的调速2.3.3直流他励电动机的制动直流他励电动机的调速调速方法调压调速改变电枢电压调磁通调速改变励磁电流调电阻调速改变电枢回路电阻人为改变电机机械特性→改变系统平衡点→调节稳态转速调电阻调速理想空载转速不变轻载时调速范围小电阻越大→特性越软向下调速：调速在固有机械特性直线之下进行有级调速，平滑性差调速电阻消耗电能调压调速降低电压→降低理想空载转速机械特性硬度不变调速范围大向下调速：防止电压过大击穿电枢绕组无级调速可与启动共用一套设备调磁通调速磁通越小→理想空载转速越高磁通越小→特性越软只能向上调速If=0→n无穷大→飞车课堂练习2.4直流他励电动机UN=220V,PN=2.2kW,nN=1500r/min,IN=12.4A,Ra=1.7Ω,忽略空载转矩损耗，电机在额定转矩下运行，求(1)电压降至180V时转速(1236);(2)磁通Φ=0.8ΦN时转速(1884);(3)电枢回路串附加电阻Rad=2Ω时转速(1368)课堂练习教材第41页习题3.13电机最佳运行状态Ia=IN电机实际运行时Ia大小取决于电机调速性质负载性质典型负载性质恒转矩负载恒功率负载电机调速性质恒转矩调速恒功率调速恒功率和恒转矩调速恒转矩调速保持电枢电流Ia=IN，调速过程电机电磁转矩不变调电阻调速调压调速恒功率调速保持电枢电流Ia=IN，调速过程电机电磁功率不变调磁通调速调速性质与负载性质相匹配电机采用恒转矩调速且拖动恒转矩负载电机采用恒功率调速且拖动恒功率负载无论电机转速如何变化，电机电枢电流Ia=IN课堂提问对于既非恒功率、也非恒转矩的负载类型，应采用何种调速方式？调速性质与负载性质不匹配电机采用恒转矩调速（调压调速）并拖动恒功率负载假设电机低速段时Ia=IN增大电压→高速段运行→负载转矩减小→电磁转矩减小→Ia<IN→欠载运行电机采用恒功率调速（调磁通调速）并拖动恒转矩负载假设电机高速段时Ia=IN增大磁通→低速段运行→负载转矩不变→电磁转矩不变→

Ia<IN→欠载运行第2章直流电机的原理与特性2.1直流电机的结构和原理2.2直流他励电动机的机械特性2.3直流他励电动机的运行特性2.3.1直流他励电动机的启动2.2.2直流他励电动机的调速2.2.3直流他励电动机的制动直流他励电动机的制动电动状态T与n同向E与Ia反向机械特性在一、三象限制动发电状态T与n反向E与Ia同向机械特性在二、四象限制动类型反馈制动在n>n0时控制位能负载下降速度能耗制动使惯性系统迅速停车控制位能负载下降速度电势反接制动在n<n0时控制位能负载下降速度电源反接制动使系统迅速停车或反向反馈制动制动条件电机正常连接在外部条件下n>n0电势反接制动制动条件电枢回路串入电阻在外部条件下E换向电源反接制动制动条件改变电源极性并在电枢回路串入电阻能耗制动制动条件改变电源接法并在电枢回路串入电阻课堂练习2.5（作业）直流他励电动机nN=1500r/min,PN=22kW,UN=220V,IN=115A,Ra=0.1Ω,Iamax=2IN,电机运行于正向电动状态且TL=0.9TN，试求(1)反抗型负载，采用能耗制动停车，电枢回路应串接多大制动电阻(≥0.812)？采用电源反接制动停车，电枢回路应串接多大制动电阻(≥1.768)？(2)位能型负载，传动机构转矩损耗0.1TN，采用能耗制动使电机以n1=-200r/min匀速下放重物，电枢回路应串接的电阻值及电阻功率损耗(0.245,1588)？采用电势反接制动使电机以n