直流电机考前复习..ppt

1、直流电机复习,直流电机的基本原理,一、直流电机的基本工作原理,以直流电动机为例。 1 直流电动机外施于电机出线端的电压U与电流I是直流，通过换向器与电刷的作用而使流过电枢绕组内部的电流ia是交流，此电刷与换向器实质上是起了逆变的作用。 2 电枢绕组电流与气隙磁场相互作用产生电磁力，使转子受到一个力矩，称为电磁转矩T。在T的作用下转子沿T的方向旋转并带动轴上的机械负载转矩，从而把从电源吸收的电能转换成机械能从轴上输出，电磁转矩方向与转子转向一致，是驱动转矩。,3 电枢旋转时，电枢绕组导体切割气隙磁场磁力线产生感应电动势，在电枢内部，此感应电动势ea也是交流，其方向始终与ia相反，故称反电动势。

2、4 虽然电枢绕组是旋转的而且电枢电流又是交流，但是从空间上看，N极或S极下的电枢导体电流方向不变，即电枢电流所生的磁场（称为电枢磁场）在空间上是一个静止不变的恒定磁场。,二、电机的可逆原理,同一台电机由于外界条件的不同，既可作发电机运行也可作电动机运行，称为电机的可逆原理，不仅适用于直流电机，也适合于 交流电机。,三、直流电机的电枢绕组,1 直流电机的电枢绕组元件的第一节距 式中z为电枢槽数，p为主磁极极对数。 2 直流电机电枢绕组的全部元件通过换向器而连接成一个闭合的回路，由于沿回路中各元件的电动势之和为零，所以不会产生环流。 3 直流电机电枢绕组为双层绕组，设元件数为s，换向片数为k，槽数

3、为z，则有s=k=z。,4 直流电机的电刷数目等于主磁极数2p，安放电刷的原则是：被电刷短路的元件的感应电动势为零。使正负电刷间获得电动势最大，所产生的电磁转矩最大。为此，电刷的实际位置应与主磁极轴线对准。由于此时被电刷所短路的两元件边处于几何中心线，所以又习惯简称为电刷处于几何中性线上。,5 对于单叠绕组，换向器节距yk=y=1，式中y为合成节距；其并联支路数a=p。 6 对于单波绕组， ；其 并联支路数a=1与极数无关。 所以对单波绕组而言，理论上只用一对正负电刷，但实际仍常取2p个电刷。,四、直流电机的磁场,1 以直流电动机为例，直流电机各种励磁方式的特点是： 他励：单独供电。 并励：由

4、同一个直流电源供电。 串励：励磁绕组与电枢绕组相串联。 复励：有两套励磁绕组。先串后并为长复励；先并后串为短复励。,2 直流电机空载时的气隙磁场仅由励磁绕组所生的励磁磁动势所建立。空载时的主磁通与励磁磁动势的关系曲线称为电机的磁化曲线。当If较小时，磁路未饱和，曲线呈线性，当If较大时，磁路饱和使曲线拐弯，电机磁化曲线呈饱和特性。电机通常工作在略带饱和区。 电机的磁化曲线仅与电机尺寸及所用材料有关，因而也与饱和度有关，但是与励磁方式无关。,3 直流电机负载时的气隙磁场是由励磁磁动势与电枢电流所建立的电枢磁动势共同建立的。称负载时电枢电流所生的电枢磁动势对气隙中主磁场的影响为电枢反应。 分为交轴

5、电枢反应和直轴电枢反应。,五、直流电机的电枢电动势、电磁转矩和电磁功率,1 电枢电动势是指从一对正负电刷间引出的的直流电动势，数值上等于一条之路内所有串联导体电动势之和。 2 电磁转矩是电枢绕组所有载流导体与主磁场相互作用所生的力矩之和。 3 电磁功率是指直流电机在电磁感应作用下机械能与电能相互转换的功率。,六、直流电机的基本方程式,1 直流电动机的基本方程式 （1）直流电动机惯例应注意Ea与Ia方向相反，为反电动势，T与n转向一致，是驱动转矩。 （2）电动势平衡方程式； （3）转矩平衡方程式； （4）功率平衡方程式。,2 直流发电机的基本方程式 直流发电机的惯例应注意Ea与Ia方向一致，为反

6、电动势，T与n转向相反，是制动转矩。 基本方程式：,七、直流电机的运行特性,1 直流电动机的工作特性 直流电动机的工作特性是指转速、转矩及效率和电枢电流的关系曲线。,2 直流发电机的运行特性,（1）他励直流发电机的空载特性形状与其电机磁化曲线相似，其本质是反映了励磁电流与由它建立的主磁通在电枢中所生的电枢电动势之间的关系，而与励磁方式无关。 （2）他励直流发电机的外特性是一条略为下降的硬特性，而并励的外特性下降更大些，直流发电机一般不采用串励方式。,（3）并励直流发电机的自励条件,必须有剩磁。如果没有剩磁，需用其它直流电源对其“充磁”。 产生的磁场方向必须与剩磁方向相同。（由激磁绕组接法和发电

7、机转向决定） 励磁回路的总电阻必须小于相应转速下的临界电阻。,八、直流电机的换向,1 定义 电刷是电枢电流方向的分界。在电枢旋转时，某一元件每转过一个电刷就要改变一次电流的方向，叫换向。把从元件被电刷短路直到换向结束所用的时间叫换向周期。,2 换向元件中的感应电动势,（1）当电刷位于几何中性线且未装换向极时，换向元件中的感应电动势有： 电抗电动势（包括自感和互感电动势）； 电枢反应电动势。是换向元件切割电枢磁动势建立的电枢反应磁通所产生的。,（2）电刷位于几何中线且装有换向极时,装换向极的目的是为了改善换向，消除电刷下的电磁性火花。 换向极必须位于几何中线；换向极绕组必须与电枢回路串联；其接法

8、 应使换向极所建立的换向极磁场与电枢反应刺痛方向相反；换向极磁路应不饱和。 换向极磁动势在抵消了电枢磁动势之后，在换向区气隙中建立换向极磁场。 换向元件切割磁场所产生的旋转电动势，方向与电抗电动势相反，所以是帮助换向的。,3 改善换向的办法,装换向极。 移刷。 选用合适的电刷。适当增加电刷接触电阻以减小换向环流。，此外，须注意使用环境应有利于换向器表面氧化膜的形成。,直流电机的电力拖动,一、电力拖动系统的运动方程式,1 电力拖动系统的基本运动方程式,运动状态的判别：稳态； 加速；减速,2 多轴系统的运动方程式,（1）负载转矩的折算,传动机构损耗的转矩为,多轴系统需等效为单轴系统。等效指系统传递

9、的功率不变。,提升和下放重物时负载转矩折算,提升重物时，电动机负担了 下放重物时，负载负担了,（2）飞轮矩的折算,折算原则：折算前后系统动能不变 工作机构做提升和下放重物运动时，飞轮矩与平移运动时相同,3 电力拖动系统稳定运行的条件,稳定运行必须满足Tem=TL ，且能抗干扰。 判断电力拖动系统稳定工作点的条件：1）电动机的机械特性与负载机械特性的交点；2）在交点处必须满足:,二、生产机械的负载转矩特性,恒转矩负载： 反抗性和位能性。 恒功率负载：负载转矩与转速成反比。 风机负载特性：负载转矩与转速平方成正比。,三、他励（并励）直流电动机的机械特性,1 一般形式,2 固有特性,3 人为机械特性

10、,四、他励直流电动机的启动,1 启动方法 （1）直接启动 （2）限制启动电流的方法-应满励磁。,五、他励直流电动机的制动,1 制动运行 一般保持磁通为额定磁通，其大小方向不变，使 电磁转矩与转向相反，其特点是从轴上吸收机械能转换成电能而消耗在电机内部或反馈电网。,电动状态,制动状态,(1) 方法：保持If大小方向不变，将电枢回路从电网脱离经制动电阻Rz闭合。,(2) 参数特点：U=0, 电枢回路总电阻R=Ra+Rz,因而有：,2 能耗制动,(1) 方法：保持If大小方向不变，令电枢经制动电阻Rz而反接于电网。,因而有：,3 反接制动：电压反向的反接制动,(1) 方法：保持If及端电压不变，仅在

11、电枢回路串入足够大的制动电阻Rz。,(2) 参数特点：U=UN，,R=Ra+Rz, 电枢回路总电阻,且Rz足够大。,可见只要Rz选择得当，就可使负载以极低转速下放。,3 反接制动：电动势反向的反接制动,反接制动的运行特点,制动运行时实际转向与其理想空载转速方向相反； 制动过程中一方面从电网吸收电功率，另一方面又从轴上输入机械功率，两者都转换成电功率而消耗在电枢回路电阻上。,(1)正向回馈制动 (电压不反向的回馈制动) 电车下坡时，若电机参数都不变，则最后稳定于机械特性向第二象限延伸段。,突然降低端电压的瞬间，电机工作于降压人为特性的第二象限延伸段，在转速降至n0前的过程属回馈制动。,4 回馈制

12、动,(2)反向回馈制动(电压反向的回馈制动) 方法：保持If大小方向不变，将电枢反接，从而使位能性负载以较高的转速稳速下放。,为使下放转速不至太高通常取Rz=0,使重物稳速下放的转速为：,4 回馈制动,回馈制动时的运行特点,回馈制动时，电机实际转向与其理想空载转速方向一致，且nn0。因而EaU，且Ea与Ia方向一致。 电机将轴上输入的机械功率转换成电能而送回电网。,六、他励直流电动机的调速,1 调速方法 电枢回路串电阻调速； 降压调速； 弱磁调速。,2 调速指标,调速范围； 静差率； 调速平滑性； 调速时电动机的容许输出； 在整个调速范围内，如果使其电流始终等于IN，则电机既能充分利用又能安全

13、运行，此时电动机的输出功率与转矩分别为调速时容许输出功率和容许输出转矩。 经济性。,（2）恒转矩负载采用恒功率调速方式时，电机不能充分利用。,（1）恒转矩负载采用恒转矩调速方式时，只要使电动机的TN = TL，则在整个调速范围内都做到T= TN = TL = Tl， 电机既安全又充分利用，是最理想的配合，此时nN = nmax ， PN = PLmax,（4）恒功率负载采用恒转矩调速方式时，电机不能充分利用。,（3）恒功率负载采用恒功率调速方式时，只要使电动机的PN = PL = Pl ，就可在整个调速范围内都做到T= Tl， 此时nN = nmin ， TN = TLmax,3 调速方式与负

14、载性质的配合,七、他励直流电动机的过渡过程,1 定义 当电力拖动系统的负载、参数或运行方式等发生变化时，由于系统具有惯性，使之从一个稳定运行状态变为另一个稳定运行状态时，系统各物理量的改变不可能瞬时完成，必须经一个连续变化的过程，称为过渡过程。在此过程中，各物理量随时间的变化规律称为拖动系统的动态特性。,2 他励直流电动机机械过渡过程的一般解：,电枢电流变化规律：,电磁转矩变化规律：,转速变化规律：,2 他励直流电动机机械过渡过程的一般解：,加速度变化规律：,3 他励直流电动机各种方法的启动、制动、调速、负载变化或反转等的机械过渡过程均可以利用以上各通式求解其动态特性，只是式中的TM值、各起始

15、值、终了值、稳定值应根据实际情况而定。,直流电机习题,1 某车床电力拖动系统中，已知车刀切削力F=2000N，工件直径d=150mm，电动机转速n=1450r/min，传动机构的各级速比j1=2,j2=1.5,j3=2，各转轴的飞轮矩为：GDd2=3.5N.m2 (指电动机轴)，GD12=2 N.m2,GD22=2.7 N.m2,GD32=9 N.m2，各级传动效率都是0.9，求：1）切削功率；2）电动机输出功率；3）系统总飞轮矩；4）忽略电动机空载转矩时的电磁转矩；5）车床开车未切削时，若电动机加速度dn/dt=800r/（min.s），忽略电动机空载转矩但不忽略传动机构的转矩损耗，求电动机的电磁转矩。,解：,1）切削功率：切削线速度为,则切削功率为：,3）系统总飞轮矩：,5）开车未切削时电动机电磁转矩：,型他励直流电机，,，,，,，,，,电枢串电阻调速，要求,求： 电动机带额定负载转矩时的最低转速； 调速范围； 电枢需串入电阻最大值； 运转在最低速带额定负载转矩时，电动机的输入功率（忽略空载M0）及外串电阻上的损耗。,2,解：根据题意得,（1）求最低转速,（2）求D,3)电枢需串入电阻最大值Rc:,4)输入功率、输出功率、损