機(jī)電傳動(dòng)控制_直流電機(jī)的工作原理及特性PPt

1、電動(dòng)機(jī)包括：直流電動(dòng) 直流電動(dòng)機(jī)：良好百 雖然直流電機(jī)j 易、維護(hù)方 ，交流電機(jī)的調(diào). 在速度調(diào)節(jié) 元同簡(jiǎn)單、制造容 是由于長(zhǎng)期以來(lái) 有得到很好的解決，正反轉(zhuǎn)和啟、制動(dòng)頻繁 轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械上，仍采用卑刷桿換向器I直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理7 HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)機(jī)座主蟹嚴(yán)31電樞繞組電樞鐵心冬砲工卄冬 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1裝置等組成子（通常稱作電樞） 矩和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 組、換向器、軸和風(fēng)扇等1.直流電機(jī)靜止部分稱作定 作用一產(chǎn)生磁場(chǎng) 由主磁極、換直流電機(jī)電樞鐵

2、芯圓柱形樞繞組）一通常由0 . 5 mm厚的 壓而成，鐵芯上有 個(gè)用處：1）作為主磁2）嵌庁繞組元件電樞統(tǒng)組的元欝及嵌放方袪生足夠的電動(dòng)勢(shì) 口絕緣材料并且直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和換向極換向極鐵心改善換向。換向極裝在兩 主磁極之間，是由鐵心和 繞組構(gòu)成。鐵心一般 塊鋼或鋼板加工 向極繞組與電樞纟1/丈的部分稱為磁軛。機(jī)座通常由鑄鐵（鋼 有兩個(gè)作用1）固定主磁2）作為磁冬砲工卄冬 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY電刷裝置作用-把直流電壓、直流電% （電刷與換向器由電刷、刷銅絲辮組*換向磁極數(shù)一主 磁極的個(gè)數(shù)磁極對(duì)數(shù)=磁極數(shù)/2玄母板/固緊環(huán)固緊螺釘子.轉(zhuǎn)

3、關(guān)于磁場(chǎng)的幾個(gè)物理量/VW2000 6000)0磁感應(yīng)強(qiáng)度H 磁場(chǎng)強(qiáng)度Rf 一一鐵磁材料導(dǎo)磁系數(shù) Mo 真空中的導(dǎo)磁系數(shù) 鐵磁材料有磁滯 現(xiàn)象、磁滯損耗、1渦流損耗。關(guān)于磁場(chǎng)的幾個(gè)物理量 3.e:1:導(dǎo)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向三者互相垂v:磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度Wb/m2 v:導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)速度米/秒冬砲工卄冬 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY關(guān)于磁場(chǎng)的幾個(gè)物理量用用在導(dǎo)體上的電:磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度Wb/m2 i：導(dǎo)體中的電流AF磁壓降H心F = R 磁阻 Rm 磁路歐姆定律交變電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生at time 直流電機(jī)作發(fā)電切機(jī)運(yùn)行時(shí)，電樞受力 在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)，電樞 線圈的兩

4、根有效邊每 一邊在N極下是 方向，在S極 一方向。電刷靜止不動(dòng)，因 片上引出的電流方向不人, 間會(huì)出現(xiàn)極性不變的電動(dòng)勻 壓。（方向不變但大小2 振電動(dòng)勢(shì)）冬砲工卄冬 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY直流電動(dòng)機(jī)的工作原理要使電樞受到一個(gè)方在 于:何將流過(guò)線 即進(jìn)行所謂“換.換向器的裝置，換向 線圏邊中電流始終是 凡能連續(xù)的旋轉(zhuǎn)。可以作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行也可以作 原理在電機(jī)理論中稱為可逆原理當(dāng)線圈邊在不同 圈中的電流方向及 向”。為此必 器配合電刷可保證 一個(gè)方向圖3.5直流發(fā)電圖3.6直流電動(dòng)機(jī)的工作原理圖Kt轉(zhuǎn)矩常數(shù)（pN/2na）=9 55Ke勵(lì)磁方

5、式圖3.7直流發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖并勵(lì)直流E：電動(dòng)勢(shì)；n：電樞轉(zhuǎn)速；在發(fā)電機(jī)中電動(dòng)E與la方的磁通；與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)出電功率的電源電動(dòng)勢(shì)，為反電動(dòng)勢(shì)，它與外加電壓產(chǎn)3 2直流T：電磁轉(zhuǎn)矩NmKt :與電O: 一對(duì)磁極的 發(fā) 原動(dòng)(3 2)初Ia :電樞電流A；亠 t=955Ke);為阻轉(zhuǎn)矩，方向與n相反，+ T0，（TO為空載損耗轉(zhuǎn)矩） 磁轉(zhuǎn)矩T為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩，方向與n相 （兀為負(fù)載轉(zhuǎn)矩）發(fā)電機(jī)：阻轉(zhuǎn) 矩及空載扌電動(dòng)機(jī)：直流發(fā)電機(jī)與直流力轉(zhuǎn)矩之問(wèn)的茉系巨必須與電磁轉(zhuǎn)I轉(zhuǎn)矩必須與機(jī)械負(fù)載 平衡。f電磁轉(zhuǎn)矩暫時(shí)小于阻轉(zhuǎn) 磁通不變，反電動(dòng)勢(shì)減小電樞電 專矩增加f電磁轉(zhuǎn)矩與阻轉(zhuǎn)矩平衡，屣 工大芋HEFEI

6、UNIVERSITY OF TECHNOLOGY直流發(fā)電機(jī)與直流他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)電壓平衡方程式U = E /aR風(fēng)(3.3)(3E = Ken圖3.9他勵(lì)發(fā)電機(jī)的空載特性曲線 戈特性E f (if )動(dòng)勢(shì)、自動(dòng)調(diào)整，適應(yīng)負(fù)勺轉(zhuǎn)矩平衡。IaRa :電弓注意：電動(dòng)電樞載的變化電量和機(jī)械量都符合1什么是額定值& 電機(jī)制造廠的一些電UfN(V)流 I fN (A)牛下的電動(dòng)機(jī)效率nN功磁方式等直流發(fā)電機(jī)與直流七羅 HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)4直流電動(dòng)機(jī)的額定功軸上輸出機(jī)械功率 等于額定 再乘以電出的電功率 壓和額定電流的乘積 =UNIN屣 工大芋HEF

7、EI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY例題直流發(fā)電機(jī)與直流課本P46, 3.6題： - *、已知某他勵(lì)直流電動(dòng)1/電流和額定轉(zhuǎn)矩。直流發(fā)電機(jī)與直流例題解：I Pn = UnIIn=385A;= 47. 74Nm亠曰匕疋關(guān)系n=f(T) 轉(zhuǎn)矩，它與電動(dòng) 空載轉(zhuǎn)矩T0To圖3. 16他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性T KtQI aIqURan Ke0Ken0 - An絕對(duì)硬特性08 堵轉(zhuǎn)矩堵轉(zhuǎn)電流（3.14 ）屣 工大芋HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY當(dāng)n=0時(shí)，（3.13 ）式為RaUKeKT _ no/ Ra I機(jī)械特性硬度機(jī)械特性圖引入機(jī)械特性硬度： 0二 d

8、T/dn =(A T/A=1/斜率用。來(lái)衡量機(jī)P值越AnTn分為三類: 步電動(dòng)機(jī)的性，2 TN變電動(dòng)機(jī)參數(shù)的方法 變量中任有一個(gè)或一個(gè) 的機(jī)械特性即為人為機(jī)械固有機(jī)械特性：當(dāng)他勵(lì)電動(dòng)機(jī)電壓 通=On，電樞沒(méi)有串聯(lián)電阻 機(jī)械特性稱為固有機(jī)械特性：他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)營(yíng)冷/工大芋七HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY根據(jù)固有機(jī)械特性估算相關(guān)數(shù)據(jù)根據(jù)固有機(jī)械特性可估算以下數(shù)據(jù)：電樞電阻Ra:通I2aRa占總損耗另Pn下的銅耗。因車功率UNIN - nN UNINUnIn=(0 50.75) (1-nN)UNIN (UNIN)是額定運(yùn)行條件下電,且此時(shí)Ia=INN - INRa（

9、3.16）Un / （g）/ nN求額定轉(zhuǎn)矩pN = 9.55 PnCDnKtNIN = 955 KeNIN根據(jù)(0, n0) 和 (TN, nN)兩點(diǎn)，就可 作出他勵(lì)電動(dòng)機(jī):i 機(jī)械特性曲線n電動(dòng)機(jī)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)七/ HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY人為機(jī)械特性動(dòng)機(jī)參數(shù)的方 變量中任有一個(gè) 寸得到的機(jī)械特性即 U，5 Rad)/*屣 工大芋HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY電為:R = Ra + Rad寺性的方程式吟T = n0 - An Kt b n21.電樞端串聯(lián)電阻時(shí)的人為機(jī)械特 3. 18 電2 T = n0 - KT（3.1

10、8）械特性營(yíng)q/工大芋七HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY的限制，只能在低由于勵(lì)磁線圈發(fā)熱和丫 電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流和它對(duì) 于其額定值所以，任 和轉(zhuǎn)速當(dāng)n=0時(shí)，因?yàn)?，?dāng)n = 0時(shí)， *口I = Ist = U/Ra =常 所以，T 隨的候，減小， 知轉(zhuǎn)速n 動(dòng)機(jī)尚有剩 發(fā)生飛車現(xiàn)，決不允許lf=0 一般直流他勵(lì)電動(dòng)“失磁”保護(hù)。注意：勵(lì)磁電流If減小的 當(dāng)=0時(shí)，根據(jù) 趨于8。雖然實(shí)際上If=0E 磁,工0， 象。加反壓和踏如負(fù)載加電壓 弱勵(lì)磁 反電運(yùn)行時(shí)，電 矩TL =常數(shù)，外 阻均不變，問(wèn)減 新的穩(wěn)態(tài)值后，電樞 大于、小于還是等Ra不變，則電樞反電勢(shì)E減少 后，電

11、樞反電勢(shì)E E=0, 繞組電阻Ra很小，所以直接加額定電壓?jiǎn)?突增到額定電流的十多倍！他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)換向情況惡化，產(chǎn)(2)過(guò)大轉(zhuǎn)矩丁“=人 將損壞拖動(dòng) 因此在啟他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)在電樞電路中串聯(lián)金起動(dòng)電阻Rst逐步切除。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)具有一段啟動(dòng)電阻的降壓?jiǎn)?dòng)a)啟動(dòng)快,2JwTb，此時(shí)轉(zhuǎn)速不變，但電 T突然增大。此種啟動(dòng)方法對(duì)生產(chǎn)機(jī)械他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)屣 工大芋HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY多級(jí)啟動(dòng)因此，采取多級(jí)（分鄉(xiāng) 動(dòng)電阻。我國(guó)生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)控制柜是按快速啟動(dòng)的 原則設(shè)計(jì)的，或T）取的大 均勻的加速度，使電 善電動(dòng)機(jī)的換向情況，緩和 機(jī)械的有害沖

12、擊。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)流不超過(guò)額定電流的兩倍，求 ?此時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為多少？啟動(dòng)，啟動(dòng)電流仍限制為額定電 ，電源電壓應(yīng)為多少？屣 工大芋HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)例題分析4TN = 9 55PN/nNIst = UN/Ra =10Ist故RadU而啟動(dòng)gNIst=955耳-邸丿/珥=1.27 Nm/A轉(zhuǎn)矩tN x2In = =231 Nm=UN/(他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)40 V他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)1速，稱為調(diào)速。直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)可亍法氣配合方法他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)與異 雜，價(jià)格高，維護(hù)也不方 特的優(yōu)點(diǎn)。然結(jié)構(gòu)復(fù) I上有其獨(dú)級(jí)調(diào)速（注：

13、異步機(jī)改2.調(diào)有級(jí)調(diào)速）。；速比可達(dá)200以上（調(diào)速比等 小轉(zhuǎn)速之比）。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)1速度調(diào)節(jié)在一定的負(fù)載下，人為達(dá)到改變電速度變化-由于負(fù)n0” A 3- 25 述 /1翩圖326速度變化xK/口Tz t欲改變電動(dòng)R adK石速，可以改變電樞端電樞 電壓U，或改變勵(lì)磁磁通他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)1電氣調(diào)速方法：在一定負(fù)載情況下 人為地使電機(jī)轉(zhuǎn)1由轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)1額定J額定磁通已設(shè)計(jì)使得鐵芯 變磁通一般應(yīng)用在弱磁的 般可以使轉(zhuǎn)速?gòu)念~定(1)調(diào)壓限制： 因?yàn)樘岣唠妱?dòng) 耐壓的限制， 比額定電壓提 壓的情況，到繞組絕緣 樞電壓只容許 改變U應(yīng)用在降 下調(diào)速。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)1改變電樞電

14、路串接電阻砸的特性性變軟，穩(wěn)定性差; 載時(shí)調(diào)速范圍不大；門無(wú)級(jí)調(diào)速困難；電阻上消耗大量電能；4啟動(dòng)電阻不能用來(lái)調(diào)速。 適用于起重機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)1Ra +Rad .屣 工大芋HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGYURa TAn =T = n0 AnKeQ KtKe20電樞中串入電阻，使阻增大則轉(zhuǎn)速下降，操作方便。 性軟，穩(wěn)定性差?？偭繐p耗大，只用于小型直流電機(jī)。不變，即電機(jī)的特， 變陡（斜率變大）， 矩下，“。特性他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)1續(xù)平滑調(diào)速，在門“ 速;4可以靠調(diào)節(jié)電樞電壓 而不用啟動(dòng)設(shè)備來(lái)啟動(dòng) 電動(dòng)機(jī)。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)1改變電動(dòng)機(jī)主磁通小容量系統(tǒng)在勵(lì)

15、磁電路 串接可調(diào)電阻Rf調(diào)節(jié)R 而改變If；涇大容量系統(tǒng) 管整流裝 電。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)1HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY改變電動(dòng)機(jī)主磁通通常同調(diào)壓調(diào)速配合使用（n以 下用調(diào)壓，n0以上用調(diào)磁通的方 法）。3. 29通只能向上調(diào)，受機(jī)械本 調(diào)速設(shè)備簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)， 機(jī)械特性較硬，穩(wěn)定， 對(duì)專門生產(chǎn)的調(diào)磁動(dòng)機(jī)，其幅度可達(dá)34, 1240 r/min。1)不變，電動(dòng)機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)其 小。法只適用于恒功率調(diào)速（如用于切削他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)的工作狀態(tài)(b)制動(dòng)狀態(tài)態(tài)：(發(fā)電狀態(tài))轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n方向相反。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)n的方向相反，電動(dòng)機(jī) 電能。（穩(wěn)定和過(guò)渡狀態(tài)）他勵(lì)直

16、流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)電氣制動(dòng)包括以下三 反饋制動(dòng)（或動(dòng)方法， 的轉(zhuǎn)矩（即制動(dòng)轉(zhuǎn)矩）， 使系統(tǒng)較快地停下。I的工作機(jī)構(gòu)獲得穩(wěn)定的下他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)反饋制動(dòng)一他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng):E,出1皿正日向E饋制動(dòng)，bTn02; 動(dòng)結(jié)束，n02 ； 動(dòng)，n02Tc/*屣 工大芋HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY反饋制動(dòng)電樞電壓突然下降時(shí)的反/他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)反饋制動(dòng)電樞電壓突然下降時(shí)的反,計(jì) 圖&呼電樞電 的反n Fd:.U2 v E圖3.他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)提升電 動(dòng)狀態(tài)丿In | n0 Ia = -Ia-TmTm與n反方向制動(dòng) 改變Rad改變下降的nRad太大n很高不安全丿他

17、勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)通過(guò)調(diào)整電樞端串接的電阻， 可以改變?cè)撾姍C(jī)的機(jī)械特性, 從而能控制下放重物的速度他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)反饋； 制動(dòng)狀態(tài)電動(dòng)狀態(tài)n n0)Ra=-丁皿=Kt0(-厶)動(dòng)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他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)源之正端流出，T也反向，即 動(dòng)狀態(tài)。既反饋電能， 費(fèi)制動(dòng)狀態(tài)。1特點(diǎn)：轉(zhuǎn)速高于 當(dāng)E U時(shí)， 具有向電源反饋 T變得與n 又有制動(dòng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)屣 工大芋HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY反饋制動(dòng)2機(jī)械特性機(jī)械特性的方程式同A3反饋制動(dòng)運(yùn)行實(shí)質(zhì) 功率平衡方程式: 電樞將軸上輸后，大部 路的銅扌 電動(dòng)4反饋+Rad)+ H

18、a)率變?yōu)殡姶殴β蔈Ia(UIa)，小部分變?yōu)殡姌谢乜谂c電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)。想空載轉(zhuǎn)速情況下的位位能負(fù)載下放。轉(zhuǎn)速高他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)當(dāng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的 E中的任一個(gè)在外部 二者由方向相反變； 運(yùn)行于反接制動(dòng)把改變電樞 稱為電源、把改變電動(dòng)勢(shì) 變了方向，即 ,電動(dòng)機(jī)都將動(dòng)稱為倒他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)電源反接制動(dòng)E = 一U - la (Ra + RTl(b)屈/ U - Ra + Rad tKe KeK(3.23)注意：反接時(shí)u 與E相加，電流 很大，需要用 Rad限流。屣 工大芋HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY電源反接制動(dòng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)缺點(diǎn)：當(dāng)n下降 這時(shí)若電樞還不 動(dòng)。由于在反