No.04第四章 直流電機的工作原理及特性4

1、第四章第四章 直流電機的直流電機的 工作原理及特性工作原理及特性n4.1 直流電機的基本結構和工作原理n4.2 直流發(fā)電機n4.3 直流電動機的機械特性n4.4 直流他勵電動機的啟動特性n4.5 直流他勵電動機的調(diào)速特性n4.6 直流他勵電動機的制動特性主要內(nèi)容第四章 直流電機的工作原理及特性4.1 4.1 直流電機的基本結構和工作原理直流電機的基本結構和工作原理n4.1.1 直流電機的基本結構換向器定子轉子第四章 直流電機的工作原理及特性4.1 4.1 直流電機的基本結構和工作原理直流電機的基本結構和工作原理n4.1.1 直流電機的基本結構 (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

2、數(shù)=磁極數(shù)/2第四章 直流電機的工作原理及特性4.1 4.1 直流電機的基本結構和工作原理直流電機的基本結構和工作原理n4.1.1 直流電機的基本結構 (轉子結構圖）轉子換向片轉軸電樞線圈第四章 直流電機的工作原理及特性 4.1 4.1 直流電機的基本結構和工作原理直流電機的基本結構和工作原理n4.1.1 直流電機的基本結構 (轉子硅鋼沖片圖）電樞鐵芯硅鋼沖片第四章 直流電機的工作原理及特性 4.1 4.1 直流電機的基本結構和工作原理直流電機的基本結構和工作原理電刷換向片n4.1.1 直流電機的基本結構 (換向器圖）第四章 直流電機的工作原理及特性4.1.2 直流電機直流電機的工作原理的工作

3、原理有關磁場的幾個物理量有關磁場的幾個物理量 1. 磁感應強度磁感應強度B(磁場強弱和方向)NSNSNNSS電流方向右手螺旋法則第四章 直流電機的工作原理及特性 4.1.2 直流電機直流電機的工作原理的工作原理有關磁場的幾個物理量有關磁場的幾個物理量2. 右手定則右手定則 左手定則左手定則 B-磁感應強度v-速度方向e-感應電勢I-電流 方向f-電磁力 方向第四章 直流電機的工作原理及特性4.1.2 直流電機直流電機的工作原理的工作原理n有關磁場的幾個物理量有關磁場的幾個物理量n3. 電路電路 磁路磁路n電流 I 磁通 n電動勢 E 磁通勢 Fn電壓降 U=IR 磁壓降n電阻 R 磁阻 Rmn

4、歐姆定律 磁路歐姆定律RU(E)I mRNIF)(mRFHl第四章 直流電機的工作原理及特性4.1.2 4.1.2 直流電機的工作原理直流電機的工作原理NSne,i) 1 . 3(nKEemaTKIKe電勢常數(shù)(pN/60a) Km-轉矩常數(shù)(pN/2a)=9.55Ke 1. 電動勢電動勢E 根據(jù)電磁學原理，兩電刷間的感應電動勢為:nKE e 式中：E感應電動勢（V）； 對磁極的磁通（Wb）； n電樞轉速（r/min）； Ke與電機結構有關的常數(shù)。 直流發(fā)電機中，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

5、機的工作原理及特性4.1.2 4.1.2 直流電機的工作原理直流電機的工作原理 2電磁轉矩電磁轉矩TM 電樞繞組中的電流和磁通相互作用，產(chǎn)生電磁力和電磁轉矩，其大小可用如下公式表示： amM IKT 式中：TM電磁轉矩（Nm）； 對磁極的磁通（Wb）； Ia電樞電流（A）； Km與電機結構有關的常數(shù)，Km=9.55 Ke第四章 直流電機的工作原理及特性4.1.2 4.1.2 直流電機的工作原理直流電機的工作原理 直流發(fā)電機和直流電動機的電磁轉矩的作用是不同的。 發(fā)電機的電磁轉矩是阻轉矩，它與電樞轉動的方向或原動機的驅動轉矩的方向相反。因此，在等速轉動時，原動機的轉矩T1必須與發(fā)電機的電磁轉矩T

6、M及空載損耗轉矩T0相平衡。 電動機的電磁轉矩是驅動轉矩，它使電樞轉動。因此，電動機的電磁轉矩TM必須與機械負載轉矩TL及空載損耗轉矩T0相平衡。第四章 直流電機的工作原理及特性4.1.2 4.1.2 直流電機的工作原理直流電機的工作原理應用單軸拖動系統(tǒng)的動力學方程 從以上分析可知，直流電機作發(fā)電機運行和作電動機運行時，雖然都產(chǎn)生電動勢E和電磁轉矩TM ，但二者的作用正好相反。電機運行電機運行方式方式E與與I的方的方向向E的作用的作用TM的性質的性質轉矩之間的轉矩之間的關系關系發(fā)電機發(fā)電機相同相同電源電動勢電源電動勢阻轉矩阻轉矩T1=TM+ T0電動機電動機相反相反反電動勢反電動勢驅動轉矩驅動

7、轉矩TM= TL+ T0第四章 直流電機的工作原理及特性4.1.2 4.1.2 直流電機的工作原理直流電機的工作原理第四章 直流電機的工作原理及特性4.2 4.2 直流發(fā)電機直流發(fā)電機他勵并勵串勵復勵勵磁方式第四章 直流電機的工作原理及特性4.2 4.2 他勵發(fā)電機他勵發(fā)電機5 . 3/3 . 3/3 . 3RUIIIRUEIRIEUaaaaa當發(fā)電機空載時，Ia=0nKEUe0fIfE 空載特性電壓平衡方程第四章 直流電機的工作原理及特性4.3 4.3 直流電動機的機械特性直流電動機的機械特性4.3.1 他勵電動機電壓平衡方程4.11aaUEI RaaREUIfNaIII4.11aaUEI

8、R4.12eaaeeEKnRUnIKKtaatKTIIKT/0204.13aeetRUnTnKTKK Knnn=f(T)T0n0-理想空載轉速（T=0）n速度降第四章 直流電機的工作原理及特性4.3 4.3 直流電動機的機械特性直流電動機的機械特性4.3.2 他勵電動機機械特性nn0Td Tn當n=0時，（4.13）式為NadatdeteaIRUIRUKKnTKUTKKR/02堵轉矩堵轉電流機械特性硬度他勵電動機的機械特性100%dTTdnn硬特性10軟特性10絕對硬特性第四章 直流電機的工作原理及特性4.3 4.3 直流電動機的機械特性直流電動機的機械特性4.3.2 他勵電動機機械特性1.固

9、有機械特性 n=f(T)由求（1）估算電樞電阻RaNNNNPIUPNNNNNNNNIUIUIU120.500.75 10.500.751aaNNNNNaNNNI RU IPURU II第四章 直流電機的工作原理及特性4.3 4.3 直流電動機的機械特性直流電動機的機械特性4.3.2 他勵電動機機械特性第四章 直流電機的工作原理及特性4.34.3. .1 1 他勵電動機的機械特性他勵電動機的機械特性（2）計算額定條件下反電勢/eNNeNNNNaeNNNaNKEKnUI RKUI Rn（3）求理想空載轉速NeNKUn/0（4）求額定轉矩9.55NNNNPPTnNNeNNtNIKIKT55. 9aN

10、NtdRUKKnT0第四章 直流電機的工作原理及特性4.34.3. .1 1 他勵電動機的機械特他勵電動機的機械特性性2. 人為機械特性（改變U、Rad）1)串接電阻Rad18. 302KTnTKKRRKUnteadae串接電阻后1. n0不變；2. K斜率變大即機械特性變軟。n2. 人為機械特性（改變U、 Rad）002aeetRUnTnKTnnKK K1.改變n0(減小)2.斜率k不變機械特性硬度不變1.n0增加2.斜率變大，特性變軟第四章 直流電機的工作原理及特性4.3 4.3 直流電動機的機械特性直流電動機的機械特性4.3.2 他勵電動機機械特性第四章 直流電機的工作原理及特性 電動機

11、的機械特性例題電動機的機械特性例題n 例4-1 一臺他勵直流電動機在穩(wěn)態(tài)下n運行時，電樞反電勢EE1，如負載轉矩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，一個是負載轉矩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。 aatLICIKTT1EEEICRURIUEaaaa注意：從 不能判斷E是如何變化的nKEe第四章 直流電機的工作原理及特性 電動機的機械特性電動機的機械特性例題例題n例4-2 一臺他勵直流電動機，n功率PN=5.5KW,UN=220V,IN=

12、31A,nN=1500r/min,忽略損耗，認為額定運行時的電磁轉矩近似等于輸出轉矩，試繪制電機近似的固有機械特性。n解：n=f(TL)是一條直線，故只要兩點，理想空載點（0，n0）(TN,nN)NNNNNeNeNnRIUKKUn/0(1)估算Ra71. 031220105 . 515 . 015 . 03NNNNNaIUIUPR1min/132. 01500/71. 031220/rVnRIUKNNNNNe第四章 直流電機的工作原理及特性 電動機的機械特性電動機的機械特性例題例題(2)求n0min/1667132. 0/220/0rKUnNeN(3)求TNmNnPTNNN351500105

13、. 555. 955. 93atdRUKKnT0也可求第四章 直流電機的工作原理及特性4.44.4 直流他勵直流他勵電動機的啟動特性電動機的啟動特性/aaaaUEI RIUER啟動時n=0 E=0 啟動電流NNstIRUI2010/啟動電流不得大于（1.52）額定電流NstaNstIRRUI25 . 1/第四章 直流電機的工作原理及特性4.44.4 直流他勵直流他勵電動機的啟動特性電動機的啟動特性多段啟動電阻啟動NNTTTT2 . 11 . 126 . 121原則1. T1(I1)2TN2. T2(I2)基本相同第四章 直流電機的工作原理及特性4.44.4 直流他勵直流他勵電動機的啟動特性電動

14、機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Q1和Q2，勵磁回路通電，為啟動做好準備。按下啟動按鈕SB2， KM線圈得電并自鎖，主觸頭閉合，接通電動機電樞回路，串入電阻R1、R2、R3降壓啟動。當電動機轉速從零開始上升時，接觸器KM1線圈電壓也隨之上升，達到KM1的動作值時，KM1線圈得電，動合觸頭閉合，將電阻R1短接。電動機轉速繼續(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 直流電機的工作原理及特性4.44.4 直流他勵直流他勵電動機的啟動特性電動機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Q1和Q2，勵磁回路通電，為啟動做好準備。

15、按下啟動按鈕SB2， KM線圈得電并自鎖，主觸頭閉合，接通電動機電樞回路，串入電阻R1、R2、R3降壓啟動。當電動機轉速從零開始上升時，接觸器KM1線圈電壓也隨之上升，達到KM1的動作值時，KM1線圈得電，動合觸頭閉合，將電阻R1短接。電動機轉速繼續(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 直流電機的工作原理及特性4.54.5 直流他勵直流他勵電動機的電動機的調(diào)速調(diào)速特性特性速度調(diào)節(jié)-在一定的負載下，人為改變參數(shù)， 達到改變電動機穩(wěn)定轉速。速度變化-由于負載發(fā)生變化而引起電動機轉速改變。第四章 直流電機的工作原理及特性4.54.5 直流他勵直流他勵電動機的電

16、動機的調(diào)速調(diào)速特性特性02aadeetRRUnTnKTKK K4.5.1 電樞電路外串電阻Rad缺點1.機械特性變軟，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、卷揚機。第四章 直流電機的工作原理及特性4.54.5 直流他勵直流他勵電動機的電動機的調(diào)速調(diào)速特性特性4.5.2 改變電壓調(diào)速特點1.連續(xù)平滑調(diào)速，在nN以下調(diào)速；2.機械特性硬度不變；3.調(diào)速時電流不變，轉矩不變，恒轉矩調(diào)速。4.利用降壓啟動電機而不用其他設備。第四章 直流電機的工作原理及特性4.54.5 直流他勵直流他勵電動機的電動機的調(diào)速調(diào)速特性特性4.5.2

17、改變電壓調(diào)速(調(diào)節(jié)特性n=f(U)TKKRKUnteae2aataaRIKTRUUn00nKEUUCURICTeaaaaaa00始動電壓始動電壓T1T2n0 Ia=-Ia +TM-TMaeaaaRnnnKEUIREUI0atMatMIKTIKT電動機變成發(fā)電機機械能變成電能向電源饋送稱為反饋第四章 直流電機的工作原理及特性4.6.1 4.6.1 反饋反饋制動制動adabadaaRREUIRREUI21降壓調(diào)速過程中的反饋制動LMLbbTTnnTTIIEUnn22102第四章 直流電機的工作原理及特性4.6.1 4.6.1 反饋反饋制動制動調(diào)磁通調(diào)速過程中的反饋制動-Tn3n01注意：反饋制動只

18、在調(diào)磁降速過程中產(chǎn)生 Rf nTL第四章 直流電機的工作原理及特性4.6.1 4.6.1 反饋反饋制動制動下放重物時的反饋制動過程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b點nEIa-TM 制動矩B點 C點nn0 Ia=-Ia-TMTM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 直流電機的工作原理及特性4.6.2 4.6.2 反接反接制動制動n1.電源反接制動aaadEUIRR 2aadeetRRUnTKK K注意：反接時U與E相加，電流很大用Rad限流應用：快停、經(jīng)常正反轉反接電動正向電動反接制動位能負載時制動第四章 直流電機的工作原理及特性4.6.2 4.6.2 反接反接制動制動反接制動控制線路第四章 直流電機的工作原理及特性4.6.2 4.6.2