电机与电机控制技术 课件 第3章 直流电动机

电机与电气控制技术第3章直流电动机学习目标第3章直流电动机【知识目标】

掌握直流电动机的工作原理； 掌握直流电动机的机械特性、拖动方法及其特点； 了解直流电动机的结构、分类及铭牌数据。【技能目标】

能够计算直流电动机的电枢电势和电磁转矩等相关参数； 能够分析直流电动机的起动、调速、反转与制动过程； 能够对直流电动机的一般故障进行检修。3.1.1直流电动机的结构1．定子定子的作用是产生磁场和作为电机的机械支撑，它包括机座、主磁极、换向极、电刷装置、轴承和端盖等。2．转子转子又称电枢，是用来产生感应电动势实现能量转换的关键部分。它包括电枢铁心和电枢绕组、换向器、转轴、风扇等3.1.2直流电机的铭牌1）额定电压UN

在额定情况下，电刷两端输出（发电机）或输入（电动机）的电压。额定电压的单位为V。2）额定电流IN

在额定情况下，允许电机长期流出或流入的电流。额定电流的单位为A。3）额定功率（额定容量）PN电机在额定情况下允许输出的功率。额定功率的单位为kW。发电机：电动机：4）额定转速nN在额定功率、额定电压、额定电流时电机的转速。额定转速的单位为r/min。5）额定励磁电压指对应额定功率、额定电压、额定电流、额定转速时需施加到电机励磁绕组的电压。额定励磁电压的单位为V。3.1.3直流电动机的励磁方式3.2直流电机的工作原理3.2.1直流电动机的工作原理3.2.2直流发电机的工作原理3.2.3电机的可逆性原理一台直流电机原则上即可作为发电机运行，也可作为电动机运行，只是外界条件不同而已。在直流电机的电刷上加直流电源，使电机旋转，将电能转换成机械能，电机作为电动机运行；若用原动机拖动直流电机的电枢旋转，将机械能变换成电能，从电刷引出直流电动势，则电机作为发电机运行。同一台电机，即可作电动机运行又可作发电机运行的原理，在电机理论中称为可逆原理。3.2.4直流电机的电枢电动势和电磁转矩1.电枢电动势导体速度电枢电动势每极磁通量电动势常数仅与电机结构有关改变磁通和转速大小，均可以改变电枢电动势电枢电动势每根导体的电磁转矩每根导体的所受电磁力总的电磁转矩电磁转矩常数仅与电机结构有关改变磁通和电枢电流的大小，就可以改变电磁转矩。1.电磁转矩3.2.5直流电动机的基本方程3.3直流电动机的机械特性3.3.1他励直流电动机的固有机械特性直流电动机的机械特性是指在电动机电枢电压、励磁电流、电枢回路电阻不变的条件下，电动机的转速n与电磁转矩Tem之间的关系。理想空载转速机械特性的斜率转速降实际空载转速3.3.2他励直流电动机的人为机械特性1）电枢回路串电阻时的人为机械特性2）降低电枢电压时的人为机械特性3）减弱励磁磁通时的人为机械特性当负载转矩较小时，减弱励磁磁通会使电动机稳态转速升高。但当负载转矩很大时，降低励磁磁通也能使稳态转速降低。实际运行时，由于电动机电枢电流限制，实际输出转矩受限，都工作于负载转矩相对较小的区间，因此人为降低励磁磁通，稳态转速升高。3.4直流电动机的电力拖动3.4.1直流电动机的起动要求起动电流不能很大，起动转矩要足够大，缩短起动时间，提高生产率1）电枢回路串电阻分级起动2）降压起动降压起动过程中能量耗损耗很少，起动平滑，但需要专用电源设备，多用于要求经常起动的场合和大中型电动机的起动。3.4.2直流电动机的调速1．调速及其指标1）调速范围（D）调速范围是指电动机拖动额定负载时，所能达到的最大转速与最小转速之比。2）2）静差率（又称相对稳定性）（δ）静差率是指负载转矩变化时，电动机的转速随之变化的程度。用理想空载增加到额定负载时电动机的转速降落与理想空载转速之比来衡量。3）调速的平滑性在一定的调速范围内，调速的级数越多越平滑，相邻两级转速之比称为平滑系数(Ф)。4）调速的经济性经济性是指调速所需要设备投资和调速过程中的能量损耗等。5）调速时电机的容许输出容许输出是指在电动机得到充分利用的情况下，在调速过程中所能输出的最大功率和转矩。2．调速方法1）电枢回路串电阻调速电枢回路串电阻调速时，所串电阻越大，稳定运行转速越低。所以，这种方法只能在低于额定转速的范围内调速。电枢电路串电阻调速的设备简单，但串入电阻后机械特性变软，转速稳定性较差，电阻上的功率损耗较大。这种方法适用于调速性能要求不高的中、小型电机。2）降低电枢电压调速降低电枢电压调速，需要有单独的可调电压的直流电源，加在电枢上的电压不能超过额定电压UN，所以调速范围也只能在低于额定转速的范围内调节。降低电枢电压时，电动机机械特性的硬度不变，因此运行在低速范围的稳定性较好。当电压连续可调时，可进行无级调速，调速平滑性好。3)减弱励磁磁通调速减弱磁通调速，在正常的工作范围内，励磁磁通越弱，电动机的转速越高。因此弱磁调速只能在高于额定转速的范围内调节，但是电动机的最高转速受到换向能力、电枢机械强度和稳定性等因素的限制，所以转速不能升得太高。弱磁调速是在励磁回路进行调速，所用设备容量小，因此损耗小；控制方便可实现无级调速，平滑性好。这种调速方法的缺点是机械特性软，当磁通减弱相当多时，运行将不稳定。3.4.3直流电动机的反转改变直流电动机的转向，需要改变直流电动机的电磁转矩方向。根据电磁转矩表达式，需要改变电枢电流的方向或主磁场的方向。因此，使他励直流电动机反转需要反接电枢绕组或励磁绕组。值得注意的是，如果同时改变电枢电流和励磁电流的方向，电动机的电磁转矩方向不变，转向不会发生变化。3.4.4直流电动机的制动1．能耗制动能耗制动操作简便，但制动转矩在转速较低时变得很小。2．反接制动1）电枢反接制动2．反接制动2）倒拉反转反接制动3）回馈制动回馈制动的机械特性与电动状态完全相同。由于回馈制动时