第三章直流電動(dòng)機(jī)工作原理及特性

1、第三章3.1為什么直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子要用表面有絕緣層的硅鋼片疊壓而成?直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子要用表面有絕緣層的硅鋼片疊加而成是因?yàn)橐乐闺姕u流對(duì)電能的損耗。3.2并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)正傳時(shí)可以自勵(lì),反轉(zhuǎn)時(shí)能否自勵(lì)?不能,因?yàn)榉崔D(zhuǎn)起始勵(lì)磁電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向與剩與磁場(chǎng)方向相反,這樣磁場(chǎng)被消除,所以不能自勵(lì).3.3 一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)所拖動(dòng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩T L=常數(shù),當(dāng)電樞電壓或電樞附加電阻改變時(shí),能否改變其運(yùn)行其運(yùn)行狀態(tài)下電樞電流的大小?為什么?這個(gè)拖動(dòng)系統(tǒng)中哪些要發(fā)生變化?T=K tI a u=E+I a R a當(dāng)電樞電壓或電樞附加電阻改變時(shí),電樞電流大小不變.轉(zhuǎn)速n與電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢(shì)都發(fā)生改變.3.4一臺(tái)他勵(lì)直流

2、電動(dòng)機(jī)在穩(wěn)態(tài)下運(yùn)行時(shí),電樞反電勢(shì)E= E1,如負(fù)載轉(zhuǎn)矩T L=常數(shù),外加電壓和電樞電路中的電阻均不變,問減弱勵(lì)磁使轉(zhuǎn)速上升到新的穩(wěn)態(tài)值后,電樞反電勢(shì)將如何變化? 是大于,小于還是等于E1?T=I a K t, 減弱,T是常數(shù),I a增大.根據(jù)E N=U N-I a R a ,所以E N減小.,小于E1.3.5 一臺(tái)直流發(fā)電機(jī),其部分銘牌數(shù)據(jù)如下:P N=180kW, U N=230V,n N=1450r/min,=89.5%,試求:N該發(fā)電機(jī)的額定電流;電流保持為額定值而電壓下降為100V時(shí),原動(dòng)機(jī)的輸出功率(設(shè)此時(shí)=NP N=U N I N180KW=230*I NI N=782.6A該發(fā)電

3、機(jī)的額定電流為782.6AP= I N100/NP=87.4KW3.6 已知某他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)如下:P N=7.5KW, U N=220V, n N=1500r/min, =88.5%, 試求該電機(jī)的額定電流和轉(zhuǎn)矩。NP N=U N I NN7500W=220V*I N*0.885I N=38.5AT N=9.55P N/n N=47.75Nm3.7一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī):P N=15KW, U N=220V, I N=63.5A, n N=2850r/min,R a =0.25,其空載特性為: 今需在額定電流下得到150V 和220 V的端電壓,問其勵(lì)磁電流分別應(yīng)為多少?由空載特性其空載

4、特性曲線. 當(dāng)U=150V時(shí)I f=0.71A當(dāng)U=220V時(shí)I f=1.08A3.8 一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)為:P N=5.5KW, U N=110V, I N=62A, n=1000r/min,試?yán)L出它的固有機(jī)械特性曲線。NR a=(0.500.75(1-P N/U N I NU N/I N=0.6(1-5500/110*62*110/62=0.206n0=n N U N/(U N-I N R a=1131r/minTN=9.55*5500/1000=52.525Nm 3.9 N=110V, I N=61A,額定勵(lì)磁電流Ifn定運(yùn)行狀態(tài)下的電磁轉(zhuǎn)矩近似等于額定輸出轉(zhuǎn)矩,試?yán)L出它近似的

5、固有機(jī)械特性曲線。n0=U N n N/(U N-I N R a T N=9.55P N/n N=110*1500/(110-61*0.2 =9.55*5500/1500=1687 r/min =35Nm 3.10=1500r/min, R a=0.242,試計(jì)算出此電動(dòng)機(jī)的如下特性:固有機(jī)械特性;電樞服加電阻分別為3和5時(shí)的人為機(jī)械特性;電樞電壓為U N/2時(shí)的人為機(jī)械特性;磁通=0.8N時(shí)的人為機(jī)械特性;并繪出上述特性的圖形。n0=U N n N/(U N-I N R a=220*1500/220-34.4*0.242= 1559r/minT N=9.55P N/n N=9.55*6500

6、/1500=41.38Nm n=U/K e= U/K e當(dāng)3n=854r/min當(dāng)5n=311 r/min n= U/K e當(dāng)U Nn0=U N n N N N a=780 r/min 當(dāng)n0=U N n N/0.8K e=1964 r/min 3.11為什么直流電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流很大?電動(dòng)機(jī)在未啟動(dòng)前n=0,E=0,而R a很小,所以將電動(dòng)機(jī)直接接入電網(wǎng)并施加額定電壓時(shí),啟動(dòng)電流將很大.I st=U N/R a3.12他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)過程中有哪些要求?如何實(shí)現(xiàn)?他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)過程中的要求是1 啟動(dòng)電流不要過大,2不要有過大的轉(zhuǎn)矩.可以通過兩種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)一是降壓

7、啟動(dòng).二是在電樞回路內(nèi)串接外加電阻啟動(dòng).3.13 直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí),為什么一定要先把勵(lì)磁電流加上?若忘了先合勵(lì)磁繞阻的電源開關(guān)就把電樞電源接通,這是會(huì)產(chǎn)生什么現(xiàn)象(試從T L=0 和T L=T N兩種情況加以分析?當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速下,若突然將勵(lì)磁繞阻斷開,此時(shí)又將出現(xiàn)什么情況?直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí),一定要先把勵(lì)磁電流加上使因?yàn)橹鞔艠O靠外電源產(chǎn)生磁場(chǎng).如果忘了先合勵(lì)磁繞阻的電源開關(guān)就把電樞電源接通,T L=0時(shí)理論上電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速將趨近于無(wú)限大,引起飛車, T L=T N時(shí)將使電動(dòng)機(jī)電流大大增加而嚴(yán)重過載.3.14直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)能否空載運(yùn)行?為什么?串勵(lì)電動(dòng)機(jī)決不能空載運(yùn)行,因?yàn)檫@時(shí)電動(dòng)機(jī)

8、轉(zhuǎn)速極高,所產(chǎn)生的離心力足以將繞組元件甩到槽外,還可能串勵(lì)電動(dòng)機(jī)也可能反轉(zhuǎn)運(yùn)行.但不能用改變電源極性的方法,因這時(shí)電樞電流Ia與磁通同時(shí)反響,使電瓷轉(zhuǎn)矩T依然保持原來(lái)方向,則電動(dòng)機(jī)不可能反轉(zhuǎn). 3.15 一臺(tái)直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī),其額定數(shù)據(jù)如下:P N=2.2KW,U N=U f=110V,n N=1500r/min, =0.8,R a=0.4, R f=82.7。試求:N額定電樞電流I An;額定勵(lì)磁電流I fN;勵(lì)磁功率P f;額定轉(zhuǎn)矩T N;額定電流時(shí)的反電勢(shì);直接啟動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)電流;如果要是啟動(dòng)電流不超過額定電流的2倍,求啟動(dòng)電阻為多少歐?此時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩又為多少?P N=U N I aNN220

9、0=110*I aN*0.8I aN=25A IfN=110/82.7 =1.33A Pf= UfIfN =146.3W Uf= RfIfN 額定轉(zhuǎn)矩 TN=9.55 PN/ nN =14Nm 額定電流時(shí)的反電勢(shì) EN=UN-INRa =110V-0.4*25 =100V 直接啟動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)電流 Ist=UN/Ra =110/0.4 =275A 啟動(dòng)電阻 2IN> UN/ (Ra+Rst Rst>1.68 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 Ke =(UN-INRa/nN =0.066 Ia= UN/ (Ra+Rst =52.9A T=KtIa =9.55*0.066*52.9 =33.34Nm 3.16 直

10、流電動(dòng)機(jī)用電樞電路串電阻的辦法啟動(dòng)時(shí)，為什么要逐漸切除啟動(dòng)電阻？如切出太 快，會(huì)帶來(lái)什么后果？ 如果啟動(dòng)電阻一下全部切除,在切除瞬間,由于機(jī)械慣性的作用使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不能突 變,在此瞬間轉(zhuǎn)速維持不變,機(jī)械特性會(huì)轉(zhuǎn)到其他特性曲線上,此時(shí)沖擊電流會(huì)很大,所以 采用逐漸切除啟動(dòng)電阻的方法.如切除太快,會(huì)有可能燒毀電機(jī). 3.17 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)（調(diào)速）與固有的速度變化在概念上有什么區(qū)別 ？ 速度變化是在某機(jī)械特性下,由于負(fù)載改變而引起的,二速度調(diào)節(jié)則是某一特定的負(fù)載下, 靠人為改變機(jī)械特性而得到的. 3.18 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)有哪些方法進(jìn)行調(diào)速？它們的特點(diǎn)是什么？ 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法： 第一改變電樞電路外

11、串接電阻 Rad 特點(diǎn)在一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩下，串接不同的電阻可以得到不同的轉(zhuǎn)速，機(jī)械特性較軟，電阻越 大則特性與如軟，穩(wěn)定型越低，載空或輕載時(shí)，調(diào)速范圍不大，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速困難，在 調(diào)速電阻上消耗大量電量。 第二改變電動(dòng)機(jī)電樞供電電壓 特點(diǎn) 當(dāng)電壓連續(xù)變化時(shí)轉(zhuǎn)速可以平滑無(wú)級(jí)調(diào)速，一般只能自在額定轉(zhuǎn)速以下調(diào)節(jié)，調(diào)速 特性與固有特性相互平行，機(jī)械特性硬度不變，調(diào)速的穩(wěn)定度較高，調(diào)速范圍較大，調(diào) 速時(shí)因電樞電流與電壓無(wú)關(guān)，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，適應(yīng)于對(duì)恒轉(zhuǎn)矩型負(fù)載。可以靠調(diào)節(jié)電 樞電壓來(lái)啟動(dòng)電機(jī)，不用其它啟動(dòng)設(shè)備， 第三改變電動(dòng)機(jī)主磁通 特點(diǎn)可以平滑無(wú)級(jí)調(diào)速，但只能弱詞調(diào)速，即在額定轉(zhuǎn)速以上調(diào)節(jié)，調(diào)速特性較軟，且

12、 受電動(dòng)機(jī)換向條件等的限制，調(diào)速范圍不大，調(diào)速時(shí)維持電樞電壓和電流步變，屬恒功 率調(diào)速。 3.19 直流電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)與制動(dòng)兩種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的根本區(qū)別何在？ 電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)狀態(tài)特點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)所發(fā)出的轉(zhuǎn)矩 T 的方向與轉(zhuǎn)速 n 的方向相同.制動(dòng)狀態(tài) 特點(diǎn)使電動(dòng)機(jī)所發(fā)的轉(zhuǎn)矩 T 的方向與轉(zhuǎn)速 n 的方向相反 3.20 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)有哪幾種制動(dòng)方法？它們的機(jī)械特性如何？試比較各種制動(dòng)方法的優(yōu) 缺點(diǎn)。 1 反饋制動(dòng) 機(jī)械特性表達(dá)式:n=U/Ke -(Ra+RadT/keKt 2 T 為負(fù)值,電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí),反饋制動(dòng)狀態(tài)下的機(jī)械特性是第一象限電動(dòng)狀態(tài)下的機(jī)械特性第二 象限內(nèi)的延伸. 反饋制動(dòng)狀態(tài)下附加電阻越大電動(dòng)

13、機(jī)轉(zhuǎn)速越高.為使重物降速度不至于過高,串接的附加電阻 不宜過大.但即使不串任何電阻,重物下放過程中電機(jī)的轉(zhuǎn)速仍過高.如果放下的件較重. 則采用這種制動(dòng)方式運(yùn)行不太安全. 2 反接制動(dòng) 電源反接制動(dòng) 電源反接制動(dòng)一般應(yīng)用在生產(chǎn)機(jī)械要求迅速減速停車和向的場(chǎng)合以及要求經(jīng)常正反轉(zhuǎn)的機(jī) 械上. 倒拉反接制動(dòng) 倒拉反接制動(dòng)狀態(tài)下的機(jī)械特性曲線實(shí)際上是第一象限電動(dòng)狀態(tài)下的機(jī)械特性區(qū)現(xiàn)在第 四象限中的延伸,若電動(dòng)反向轉(zhuǎn)在電動(dòng)狀態(tài),則倒拉反接制動(dòng)狀態(tài)下的機(jī)械特性曲就是 第三象限中電動(dòng)狀態(tài)下的機(jī)械特性曲線在第二象限延伸.它可以積低的下降速度,保證 生產(chǎn)的安全,缺點(diǎn)是若轉(zhuǎn)矩大小估計(jì)不準(zhǔn) ,則本應(yīng)下降的重物可能向上升 ,機(jī)械特性 硬 度小,速度穩(wěn)定性差. 3 能耗制動(dòng) 機(jī)械特性曲線是通過原點(diǎn),且位于第二象限和第四象限的一條直線,優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)出現(xiàn)像倒 拉制動(dòng)那樣因?yàn)閷?duì) TL 的大小估計(jì)錯(cuò)誤而引起重物上升的事故.運(yùn)動(dòng)速度也較反接制動(dòng)時(shí) 穩(wěn)定. 3.21 一臺(tái)直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)一臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)，在電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)重物勻速上升時(shí)講電樞電源突 然反接，試?yán)脵C(jī)械特性從機(jī)電過程上說明： 從反接開始到系統(tǒng)新的穩(wěn)定平衡狀態(tài)之間， 電動(dòng)機(jī)經(jīng)歷了幾