第三章-直流电机的工作原理及特性课件

机电传动控制第三章直流电机的工作原理及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3.2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

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p=磁极数/23.1.1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3.1.1直流电机的基本结构

(换向器图）电刷换向片

3.1.2直流电机的工作原理有关磁场的几个物理概念

1.磁感应强度B(磁场强弱和方向)NSNSNNSS电流方向右手螺旋法则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。有关磁场的几个物理量3.

右手定则（发）左手定则（马）B---磁感应强度v---速度方向e---感应电势B---磁感应强度I---电流方向f---电磁力方向有关磁场的几个物理量4.

电路

磁路电流

I

磁通

φ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

3.1.2直流电机的工作原理NSne,iKe—电势常数Kt---转矩常数，Kt=9.55Ke

3.2直流发电机他励并励串励复励励磁方式

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n=f(T)T0n0---理想空载转速（T=0）△n—速度降1.直流他励电动机的固有机械特性

n=f(T)（1）估算电枢电阻Ra，画出电动机的固有机械特性（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n0nN0TNnT例题1：已知他励直流电动机的铭牌数据如下：PN=7.5kW，UN=220V，nN=1500r/min，ηN=88.5%，Ra=0.2Ω。试求该电机的额定电流和额定转矩。答：例题2一台他励直流电动机的铭牌数据为：PN=5.5kW，UN=110V，IN=62A，nN=1000r/min，试绘出它的固有机械特性曲线。答：作业：P47、3.8题2.直流电动机的人为机械特性（改变U、φ、Rad）串接电阻后1.n0不变；2.K钭率变大即机械特性变软。n1)电枢回路中串接电阻Radn02nn0n01n03UNU1U2U30TUN>U1>U2>U3图3.19改变电枢电压的人为特性曲线2）改变电枢电压1.改变n0(减小)2.钭率k不变，机械特性硬度不变nn03n02n01Tst3Tst2Tst1TstT3)改变磁通图3.20改变磁通的人为特性曲线1.减小，n0变大2.钭率变大，特性变软直流他励电动机空载时，如果磁通很小会出现飞车现象；磁通减小，启动转矩也随之减小，启动时会出现堵转，电枢电流会远大于额定电流，烧毁电机。n0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达到新的稳态值后，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是如何变化的例题3一台他励直流电动机的技术数据如下：PN=6.5kW，UN=220V，IN=34.4A，nN=1500r/min，Ra=0.242Ω，试计算出此电动机的如下特性：⑴固有机械特性⑵电枢附加电阻分别为3Ω和5

Ω

时的人为机械特性⑶电枢电压为UN/2时的人为机械特性⑷磁通Φ＝0.8ΦN时的人为机械特性答：⑴⑵⑶⑷3.4

直流他励电动机的启动特性启动时n=0E=0

，故启动电流启动电流不得大于（1.5～2）额定电流，启动电阻值可按下式计算多段启动电阻启动的他励电动机原则1.T1(I1)≤2TN2.T2(I2)与TN基本相同串三段电阻启动动画

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。3.5.1电枢电路外串电阻Rad调速缺点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。3.5.2改变电枢供电电压调速特点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，属恒转矩调速。4.利用降压设备解决电机启动问题，不需要其他设备。3.5.3改变主磁通φ调速特点（1）能在n0以上进行无级调速；（2）机械特性变软，调速范围不大；（3）属恒功率调速（P=UIa）通常与调压调速配合使用（n0以下用调压，n0以上用调磁通的方法）。注意！产生飞车事故改变电枢电路外串电阻调速：机械特性较软，稳定度低；空载或轻载时，调速范围不大；实现无级调速困难；电阻上消耗电能大。用于起重机、卷扬机等低速运转时间不长的传动系统。改变电动机电枢供电电压调速：电源电压连续变化时，转速可以平滑无级调节；在额定转速以下调；特性与固有特性平行，硬度不变，稳定度高，调速范围大；属恒转矩调速，适合拖动恒转矩负载，可以靠调电枢电压启动电机，不用其它设备。改变电机主磁通调速：可无级调速，额定转速以上调（弱磁升速），特性软，最高转速不得超过额定转速的1.2倍，调速范围不大；属恒功率调速，适合于恒功率负载。往往和调压调速配合使用。调速小结

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)直流他励电动机的制动方法反馈制动反接制动能耗制动

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

反馈制动举例1、降压调速过程中的反馈制动3、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

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

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

3.6.3各种运行状态下的机械特性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