No.04第四章 直流電機(jī)的工作原理及特性4ppt課件

第四章直流電機(jī)的工作原理及特性 4 1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理4 2直流發(fā)電機(jī)4 3直流電動機(jī)的機(jī)械特性4 4直流他勵電動機(jī)的啟動特性4 5直流他勵電動機(jī)的調(diào)速特性4 6直流他勵電動機(jī)的制動特性 主要內(nèi)容 第四章直流電機(jī)的工作原理及特性4 1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 4 1 1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 換向器 定子 轉(zhuǎn)子 第四章直流電機(jī)的工作原理及特性4 1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 4 1 1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 定子剖面圖 主磁極 換向極 磁極數(shù) 主磁極的個數(shù)磁極對數(shù) 磁極數(shù) 2 第四章直流電機(jī)的工作原理及特性4 1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 4 1 1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖 轉(zhuǎn)子 換向片 轉(zhuǎn)軸 電樞線圈 第四章直流電機(jī)的工作原理及特性4 1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 4 1 1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)子硅鋼沖片圖 電樞鐵芯硅鋼沖片 第四章直流電機(jī)的工作原理及特性4 1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 電刷 換向片 4 1 1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 換向器圖 第四章直流電機(jī)的工作原理及特性4 1 2直流電機(jī)的工作原理 有關(guān)磁場的幾個物理量1 磁感應(yīng)強(qiáng)度B 磁場強(qiáng)弱和方向 N S N S N N S S 電流方向 右手螺旋法則 第四章直流電機(jī)的工作原理及特性4 1 2直流電機(jī)的工作原理 有關(guān)磁場的幾個物理量2 右手定則左手定則 B 磁感應(yīng)強(qiáng)度v 速度方向e 感應(yīng)電勢 I 電流方向f 電磁力方向 第四章直流電機(jī)的工作原理及特性4 1 2直流電機(jī)的工作原理 有關(guān)磁場的幾個物理量3 電路磁路電流I磁通 電動勢E磁通勢F電壓降U IR磁壓降電阻R磁阻Rm歐姆定律磁路歐姆定律 第四章直流電機(jī)的工作原理及特性4 1 2直流電機(jī)的工作原理 N S n e i Ke 電勢常數(shù) pN 60a Km 轉(zhuǎn)矩常數(shù) pN 2 a 9 55Ke 1 電動勢E 根據(jù)電磁學(xué)原理 兩電刷間的感應(yīng)電動勢為 式中 E 感應(yīng)電動勢 V 對磁極的磁通 Wb n 電樞轉(zhuǎn)速 r min Ke 與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù) 直流發(fā)電機(jī)中 電動勢的方向總是與電流的方向相同 被稱為電源電動勢 直流電動機(jī)中 電動勢的方向總是與電流的方向相反 被稱為反電動勢 第四章直流電機(jī)的工作原理及特性4 1 2直流電機(jī)的工作原理 2 電磁轉(zhuǎn)矩TM 電樞繞組中的電流和磁通相互作用 產(chǎn)生電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩 其大小可用如下公式表示 式中 TM 電磁轉(zhuǎn)矩 N m 對磁極的磁通 Wb Ia 電樞電流 A Km 與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù) Km 9 55Ke 第四章直流電機(jī)的工作原理及特性4 1 2直流電機(jī)的工作原理 直流發(fā)電機(jī)和直流電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩的作用是不同的 發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是阻轉(zhuǎn)矩 它與電樞轉(zhuǎn)動的方向或原動機(jī)的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的方向相反 因此 在等速轉(zhuǎn)動時 原動機(jī)的轉(zhuǎn)矩T1必須與發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩TM及空載損耗轉(zhuǎn)矩T0相平衡 電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是驅(qū)動轉(zhuǎn)矩 它使電樞轉(zhuǎn)動 因此 電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩TM必須與機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL及空載損耗轉(zhuǎn)矩T0相平衡 第四章直流電機(jī)的工作原理及特性4 1 2直流電機(jī)的工作原理 應(yīng)用單軸拖動系統(tǒng)的動力學(xué)方程 從以上分析可知 直流電機(jī)作發(fā)電機(jī)運(yùn)行和作電動機(jī)運(yùn)行時 雖然都產(chǎn)生電動勢E和電磁轉(zhuǎn)矩TM 但二者的作用正好相反 第四章直流電機(jī)的工作原理及特性4 1 2直流電機(jī)的工作原理 第四章直流電機(jī)的工作原理及特性4 2直流發(fā)電機(jī) 他勵 并勵 串勵 復(fù)勵 勵磁方式 第四章直流電機(jī)的工作原理及特性4 2他勵發(fā)電機(jī) 當(dāng)發(fā)電機(jī)空載時 Ia 0 空載特性 電壓平衡方程 第四章直流電機(jī)的工作原理及特性4 3直流電動機(jī)的機(jī)械特性 4 3 1他勵電動機(jī)電壓平衡方程 n f T T0 n0 理想空載轉(zhuǎn)速 T 0 n 速度降 第四章直流電機(jī)的工作原理及特性4 3直流電動機(jī)的機(jī)械特性 4 3 2他勵電動機(jī)機(jī)械特性 nn0 TdT 當(dāng)n 0時 4 13 式為 堵轉(zhuǎn)矩堵轉(zhuǎn)電流機(jī)械特性硬度 他勵電動機(jī)的機(jī)械特性 硬特性 10 軟特性 10 絕對硬特性 第四章直流電機(jī)的工作原理及特性4 3直流電動機(jī)的機(jī)械特性 4 3 2他勵電動機(jī)機(jī)械特性 1 固有機(jī)械特性n f T 由求 1 估算電樞電阻Ra 第四章直流電機(jī)的工作原理及特性4 3直流電動機(jī)的機(jī)械特性 4 3 2他勵電動機(jī)機(jī)械特性 第四章直流電機(jī)的工作原理及特性4 3 1他勵電動機(jī)的機(jī)械特性 2 計(jì)算額定條件下反電勢 3 求理想空載轉(zhuǎn)速 4 求額定轉(zhuǎn)矩 第四章直流電機(jī)的工作原理及特性4 3 1他勵電動機(jī)的機(jī)械特性 2 人為機(jī)械特性 改變U Rad 1 串接電阻Rad 串接電阻后1 n0不變 2 K斜率變大即機(jī)械特性變軟 n 2 人為機(jī)械特性 改變U Rad 1 改變n0 減小 2 斜率k不變機(jī)械特性硬度不變 1 n0增加2 斜率變大 特性變軟 第四章直流電機(jī)的工作原理及特性4 3直流電動機(jī)的機(jī)械特性 4 3 2他勵電動機(jī)機(jī)械特性 第四章直流電機(jī)的工作原理及特性電動機(jī)的機(jī)械特性例題 例4 1一臺他勵直流電動機(jī)在穩(wěn)態(tài)下運(yùn)行時 電樞反電勢E E1 如負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL 常數(shù) 外加電壓和電樞電路中的電阻均不變 問減弱勵磁使轉(zhuǎn)速上升到新的穩(wěn)態(tài)值后 電樞反電勢將如何變化 是大于 小于還是等于E1 解兩個已知條件 一個是負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL 常數(shù) 一個是從一個穩(wěn)態(tài)到另一個穩(wěn)態(tài) 而不涉及瞬態(tài)過程 電樞反電勢是穩(wěn)態(tài)值 注意 從不能判斷E是如何變化的 第四章直流電機(jī)的工作原理及特性電動機(jī)的機(jī)械特性例題 例4 2一臺他勵直流電動機(jī) 功率PN 5 5KW UN 220V IN 31A nN 1500r min 忽略損耗 認(rèn)為額定運(yùn)行時的電磁轉(zhuǎn)矩近似等于輸出轉(zhuǎn)矩 試?yán)L制電機(jī)近似的固有機(jī)械特性 解 n f TL 是一條直線 故只要兩點(diǎn) 理想空載點(diǎn) 0 n0 TN nN 1 估算Ra 第四章直流電機(jī)的工作原理及特性電動機(jī)的機(jī)械特性例題 2 求n0 3 求TN 也可求 第四章直流電機(jī)的工作原理及特性4 4直流他勵電動機(jī)的啟動特性 啟動時n 0E 0啟動電流 啟動電流不得大于 1 5 2 額定電流 第四章直流電機(jī)的工作原理及特性4 4直流他勵電動機(jī)的啟動特性 多段啟動電阻啟動 原則T1 I1 2TN2 T2 I2 基本相同 第四章直流電機(jī)的工作原理及特性4 4直流他勵電動機(jī)的啟動特性 多段啟動電阻啟動的啟動控制 啟動前 合上電源開關(guān)Q1和Q2 勵磁回路通電 為啟動做好準(zhǔn)備 按下啟動按鈕SB2 KM線圈得電并自鎖 主觸頭閉合 接通電動機(jī)電樞回路 串入電阻R1 R2 R3降壓啟動 當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速從零開始上升時 接觸器KM1線圈電壓也隨之上升 達(dá)到KM1的動作值時 KM1線圈得電 動合觸頭閉合 將電阻R1短接 電動機(jī)轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升 隨后KM2和KM3動合觸頭閉合 將電阻R2和R3短接 全壓啟動 第四章直流電機(jī)的工作原理及特性4 4直流他勵電動機(jī)的啟動特性 時間繼電器控制的啟動線路 啟動前 合上電源開關(guān)Q1和Q2 勵磁回路通電 為啟動做好準(zhǔn)備 按下啟動按鈕SB2 KM線圈得電并自鎖 主觸頭閉合 接通電動機(jī)電樞回路 串入電阻R1 R2 R3降壓啟動 當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速從零開始上升時 接觸器KM1線圈電壓也隨之上升 達(dá)到KM1的動作值時 KM1線圈得電 動合觸頭閉合 將電阻R1短接 電動機(jī)轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升 隨后KM2和KM3動合觸頭閉合 將電阻R2和R3短接 全壓啟動 第四章直流電機(jī)的工作原理及特性4 5直流他勵電動機(jī)的調(diào)速特性 速度調(diào)節(jié) 在一定的負(fù)載下 人為改變參數(shù) 達(dá)到改變電動機(jī)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 速度變化 由于負(fù)載發(fā)生變化而引起電動機(jī)轉(zhuǎn)速改變 第四章直流電機(jī)的工作原理及特性4 5直流他勵電動機(jī)的調(diào)速特性 4 5 1電樞電路外串電阻Rad 缺點(diǎn)1 機(jī)械特性變軟 穩(wěn)定性差 2 輕載時調(diào)速范圍不大 3 無級調(diào)速困難 電阻上消耗大量電能 4 啟動電阻不能用來調(diào)速 適用于起重機(jī) 卷揚(yáng)機(jī) 第四章直流電機(jī)的工作原理及特性4 5直流他勵電動機(jī)的調(diào)速特性 4 5 2改變電壓調(diào)速 特點(diǎn)1 連續(xù)平滑調(diào)速 在nN以下調(diào)速 2 機(jī)械特性硬度不變 3 調(diào)速時電流不變 轉(zhuǎn)矩不變 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 4 利用降壓啟動電機(jī)而不用其他設(shè)備 第四章直流電機(jī)的工作原理及特性4 5直流他勵電動機(jī)的調(diào)速特性 4 5 2改變電壓調(diào)速 調(diào)節(jié)特性n f U 始動電壓 電樞電流與電壓無關(guān) 第四章直流電機(jī)的工作原理及特性4 5直流他勵電動機(jī)的調(diào)速特性 4 5 3改變主磁通 特點(diǎn) 1 只能在n0以上進(jìn)無級調(diào)速 2 機(jī)械特性變軟 調(diào)速范圍不大 3 恒功率調(diào)速 P UIa 通常同調(diào)壓調(diào)速配合使用 n0以下用調(diào)壓 n0以上用調(diào)磁通的方法 注意 輕載時產(chǎn)生飛車事故 第四章直流電機(jī)的工作原理及特性4 6直流他勵電動機(jī)的制動特性 制動 是從穩(wěn)定轉(zhuǎn)速開始減速到停止或者限制位能負(fù)載下降速度的一種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài) 電動狀態(tài) 電動機(jī)發(fā)出的T和n方向相同 制動狀態(tài) 發(fā)電狀態(tài) 轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n方向相反 穩(wěn)定的制動狀態(tài) n C 過渡的制動狀態(tài) n是變化的 第四章直流電機(jī)的工作原理及特性4 6 1反饋制動 特點(diǎn) n n0Ia Ia TM TM 電動機(jī)變成發(fā)電機(jī)機(jī)械能變成電能向電源饋送稱為反饋 第四章直流電機(jī)的工作原理及特性4 6 1反饋制動 降壓調(diào)速過程中的反饋制動 第四章直流電機(jī)的工作原理及特性4 6 1反饋制動 調(diào)磁通調(diào)速過程中的反饋制動 T n3 n01 注意 反饋制動只在調(diào)磁降速過程中產(chǎn)生 Rf n TL 第四章直流電機(jī)的工作原理及特性4 6 1反饋制動 下放重物時的反饋制動過程 下放電動狀態(tài) 下放制動狀態(tài) 提升電動狀態(tài) a點(diǎn) b點(diǎn)n E Ia TM 制動矩 B點(diǎn) C點(diǎn) n n0Ia Ia TM TM與n反方向制動改變Rad改變下降的nRad太大n很高不安全 第四章直流電機(jī)的工作原理及特性4 6 2反接制動 1 電源反接制動 注意 反接時U與E相加 電流很大用Rad限流應(yīng)用 快停 經(jīng)常正反轉(zhuǎn) 反接電動 正向電動 反接制動 位能負(fù)載時制動 第四章直流電機(jī)的工作原理及特性4 6 2反接制動 反接制動控制線路 第四章直流電機(jī)的工作原理及特性4 6 2反接制動 2 倒拉反接制動 串接Rad改變斜率法 注意 這里T沒有反向選用不同的Rad可改變下放速度但不能太小 交叉點(diǎn)必須在四象限 第四章直流電機(jī)的工作原理及特性4 6 3能耗制動 U 0串接Rad 位能負(fù)載制動狀態(tài)優(yōu)點(diǎn) 運(yùn)行速度穩(wěn)定不會出現(xiàn)倒拉制動那樣因計(jì)算不準(zhǔn)而引起不降反而上升的事故 注意 Rad不能太小I Imax 反抗矩負(fù)載制動優(yōu)點(diǎn) 不會出現(xiàn)反向起動的危險(xiǎn) 第四章直流電機(jī)的工作原理及特性4 6 3能耗制動 U 0串接Rad 能耗制動控制線路 第四章直流電機(jī)的工作原理及特性4 6 3能耗制動 正常接線可有三種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)反轉(zhuǎn) 接線方