電機學課件第9章直流電動機

第九章直流電主要內(nèi)容：直流電動機的勵磁方式；直流電動機的基本方程式；直流電動機的機械特性和工作特性；第九章直流電概直流電動機的運直流電動機的工直流電動機的直流電動機的6直流電動機的電磁制動 第九章直流電 基本要了解直流依據(jù)掌握直掌握直流掌握直流 作業(yè):概直流電動機的功能：直流電能→機直流電動機的勵磁方式：他勵、并勵、串勵、復勵I(lǐng)Ia

MM I

MIF UUIIaI

IIFMIIaIf1If

IIaIfIf2IfIfMIfI

IIfMIf短復勵直流電

長復勵直流電 nGnGT網(wǎng)上運行，U保持不變。發(fā)電機狀態(tài) II Ea

Ia

Uf PMEaIa

11) n Ean=n0時直流電動狀PMEaIa直流電動狀P2UI

Ia

nMT nMT當n<n0時 IaPMEaIaP2UI

直流電能→機械 If If 電網(wǎng)→直流電 同一臺直流電機，既可作電動機運行又可作發(fā)電機運行，這就是直流電機的可逆原理 Ea<U時，為直流電動機。直流電動）（（直流電動機各物理量的正方向按電動機慣例TnMT2EaIFTnMT2EaIF TnM II Uf r rj電樞電勢 EaCe

TnMEaITnMEaIF UEaIa勵磁回路的電勢平衡UfIf若為并勵直流電動機，則有UUfIIaI

直流電動機 作用在直流電動機轉(zhuǎn)軸上的電磁轉(zhuǎn)矩T；驅(qū)動轉(zhuǎn)

TnMT2EaITnMT2EaIF 0機械負載的轉(zhuǎn)矩T2電磁轉(zhuǎn)矩：TCtIa轉(zhuǎn)矩平衡

制動TT2T0式中

T0為總負載電磁功 PMEaIa全部的機械功率T。 TnMEaTnMEaIF IIaIUEaIa 1

I2RI2

TnMT2EaIF PTnMT2EaIF TT2PMPMT2 P2P2pmpFe1P2pmpFepapcup式中,p為并勵直流電動機的ppmpFepapcu

P2 TnMEaIF ITnMEaIF I1

p2 I2

f fIf fI2 0mP1

PMEaIa P2并勵直流電動機的功他勵直流電PUIE

I2R

TnTnM PpP

他勵直流電動機的功率平衡

IUf Ir12pmpFepa rjP2式中,ppmpFepapcu為他勵直流電動機的總損 I2

TnMp0pmpFeTnM

PMEaI

T2I他勵直流電動機的功率流程 IUf 復習重

【例題9-11）轉(zhuǎn)速特 2）轉(zhuǎn)矩特 3）效率特機械特性的表達 2）他勵直流電動機的固有機械特他勵直機械特性的求 5）電動機穩(wěn)定運行的條他勵直流=f(P2的關(guān)系或n、T、=f(Ia)的關(guān)直流電動機的額定勵磁電流：U=UN、I=IN、n=nN、時的勵磁電流定義：當U=UN、IfIfN時，n=f(IaUEaIaEaCen

nU IaCenUNIa

UN Ra C C

n n 0an 0a TCtIT當Ia很小時，電樞反應的作用很TCTIaIa當 較大時，電樞反應的去作用使主磁通有所減小，曲 向下彎曲 1

1

p0I2 UNI

pp0

pI2R I2

可變損

0p0pmpFe 不變損0I當當不變損耗=可變損耗時，效率最高他勵直流直流電動機的機械特性：、勵磁電流In與電磁轉(zhuǎn)矩T之=的關(guān)系。UEaIa(RaTCI

n Ra

T

C CC Ea

式中，n

Ce

為理想

為機械CeCt如果忽略電樞反應的去磁作用，I I n U TnC CC CC 0式中，nU 為理想空載轉(zhuǎn)速；0Ce

n2 2CeCt

為固有機械特性的結(jié)論：他勵直流電動機的固械特性是一條硬機械特性 n UN TnC CC2 實際空載n0n0T0額定

額定轉(zhuǎn)速變化nN

n0nN

人為機械特性：人為地改變電源電壓U、勵磁電流If樞回路中串聯(lián)電阻Rs時所得到的機械特1電樞回保持UUN,I I時的人

不變，只在電樞回路中串入電阻nUN RaRSC CC2 n

T T1電樞回nUN RaRSC CC2 n

X理想空載轉(zhuǎn)速n0與固械特性相

RS20

RaRS1RaT2減小氣保持U=UN，RS=0，只減小氣隙磁通時的人為機械特性n

221X理想空載轉(zhuǎn)速n0隨磁通的

Y特性斜率與磁通的平方成反比，隨磁通的減弱而增大，3改變電保持If=IfN，RS=0，只改變電樞端電壓U時的人為機n CeN

CeCtN

n22特點X理想空

與電樞

成正比，隨電樞電壓的變化而變化 Y特性斜率不變，與固有機械特性相同。改變電樞電壓U的他勵直流電動機的固有機械特性是一條過理想(nn0,T0)，斜率 求理想空載轉(zhuǎn)速

RaCC

的直

Ce

式中，Ce

UNIN求機械特性的斜率RCC

Ra29.55(CeN2生變化離開原來的平衡狀態(tài)，如果擾動后電動機能恢復到原來的A點：T=TL，n=nA

nf(TL當擾動使轉(zhuǎn)速由 nA時TTL 當擾動使轉(zhuǎn)速由 ，結(jié)論：A點是系統(tǒng)的穩(wěn)定，結(jié)論：A點是系統(tǒng)的穩(wěn)定

nAn0

AnfT當擾動使轉(zhuǎn)速由 nB時T 當擾動使轉(zhuǎn)速由 時

0

nf(TLnfBTT即使擾 ，系統(tǒng)也將一，不能回到B5）nnf(TLnnf(TLAAnf在交點的轉(zhuǎn)速之上有T<TL,轉(zhuǎn)速之下則0

nf 電動機穩(wěn)定運行的

dTdTL 注意：在恒轉(zhuǎn)矩負載條件下，具有下降的機械特性的電動TnMTTnMT2IF I

TnTnMII Uf r rj串勵直流串勵直流電動機的機械特性：U=UNRS=常數(shù)時，n=f(T)串勵直流電動機的固有機械

IIFM串勵直流電動機的IIaI f(I當負載較小時，磁路kIfkIkIfTCtIa

C A磁路不飽和A磁路不飽和時機械特性曲BCkT或n nC C T T

當負載較大磁通基本上為一常數(shù)，A磁路飽和時機A磁路飽和時機械特性BCBCnUN

TCe CeCt2UN

CCC 飛車飛車現(xiàn)ABC串勵直流電動機n條非線 n1n

100%

P1P4 4 n并n并勵為主的電動并串0串勵為主的復電動T 復習重他勵直流他勵直流起動的基1起動轉(zhuǎn)2起動電流要小，限制在安全范圍之3起動設備簡單、經(jīng)濟、可靠直流電動機的起動方法1直接起23直接起起動瞬間的電樞電I

UNaRR適用范圍：小型直流電動電樞回路定義：起動時，在電樞回路中串入起動電阻，以限制電流，起動結(jié)束后將電阻切U

起動瞬間的電樞電 Rs RsRsM

UNR U

RaRS1RS2RSn e3fe3f2d2d 1 I

三級電阻起動時電動 RaRs1 RaRs1Rs2R RaRs1Rs2Rs3 優(yōu)點：起動設備簡單，操作降壓起定義：起動時，通過降低電樞端電壓的方法來限制電流起動瞬間的電樞電I

a 適用范圍：大容量頻繁起動的直流電動機和各類電子傳對調(diào)速性能的基本要求：1調(diào)速范圍：電動機拖動額定負載時，所能達到的最大轉(zhuǎn)速與最2調(diào)速的平滑性：在一定的調(diào)速范圍內(nèi)，調(diào)速

Dnini3調(diào)速的經(jīng)濟性:主要指調(diào)速設備的投資和調(diào)速過程中的能1.n RaRsC CC2n

Tn0他勵直流電動機的調(diào)1改變電樞回路中的串聯(lián)電阻Rs調(diào)速2改變氣隙磁通調(diào)速3改變電樞端電壓U調(diào)速1）改變電樞回路中的串聯(lián)電阻RS調(diào)速原理nRs

RaRSCe CeCt2不變，

Tn0T不變時，n思考題：他勵直流電動機帶恒轉(zhuǎn)矩負載運行，采用電 1）改變電樞回路中的串聯(lián)電阻RSnARRnARRBAA他勵直流電動機帶恒轉(zhuǎn)矩負載運行，采用電樞回路

aa串電阻調(diào)

nEa2

UIa1(RaRs2)E1 UE1

Rs1改變電樞回路中的串聯(lián)電阻RS設備簡單，操作方便輕載時低速時速變化屬有級調(diào)速時效率低，不經(jīng)濟轉(zhuǎn)速只能往下調(diào)

0

RS

RS2

RaRS1RaRS3T減小氣隙磁通定義：和電樞回路電阻R不變，僅減小電動機的勵磁電流I而使主磁通減小以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的方調(diào)速原 n Tn C CC

Ce nCeCt一般情況下，n0比T2）減小氣隙磁通AA他勵直流電動機載運行，采用弱磁調(diào)

nn

B 1Ia2

1 112 11

nEa

1

UIa2Ra12

UIa1Ra 2減小氣隙磁通優(yōu)點1調(diào)速設備簡單，控制方2調(diào)速的3調(diào)速時電動機的效率基本不缺點1轉(zhuǎn)速只

n2121T TL2最高轉(zhuǎn)速受電動機機械強度及換向的限制，調(diào)速范圍不大，一般D2~3改變電樞端電壓U調(diào)速原理 n Tn C CC U T不變時，n3）改變電樞端電壓UNAn1B工作AA0Ia20

n2

Ea

U2Ia1RaU1Ia1Ra

3）改變電樞端電壓U優(yōu)點調(diào)速范可實現(xiàn)缺點

n0

轉(zhuǎn)速只能往下調(diào)起來，在額定轉(zhuǎn)速以上，采用弱磁調(diào)速，在額定轉(zhuǎn)速以下變電樞端電壓調(diào)速同樣也適用于并勵直流電動機和復勵直【例9-2串勵直流電動機的機 nCe

RaTCekT

U R C

sCCC

串勵直流電動機的調(diào)電樞回路串聯(lián)電阻Rs改變電樞端電壓U調(diào)速改變If與Ia的比值電樞回路串聯(lián)電阻Rs n

URaTT

RaRs

CeCtCn電樞串電阻的人為機械特結(jié)論

RS2

Ra0T

RS改變電樞端電壓U nCe

URaTT

RaRs

C CCC UUU2U2U1U145降低電樞端電壓的結(jié)論 0T改變If與Ia的比值假 If當磁路不飽和時,有kIfkT

Ct

TCt T k k

CeCtkTì改變If與Ia的比值調(diào)速的方T電樞分流 2勵磁繞組分電樞分 k

TM CTMIfIaI

123 n 123特點XRash中有功率損耗，效率低YRash體積較笨0T串勵繞 n

k R

CeCtk

MI Ia

f

Ia

n n特點 率損耗較小 1只略有降低 10TTCtIa改變直流電動機轉(zhuǎn)向保持電樞繞組兩端極性不變，將勵磁繞組反保持勵磁繞組極性不變，將電樞繞組反電動狀態(tài)：T與n的方向電磁制

能耗制反接制動電壓反接限速反1.Tn電Tn

nTn3Bn電動狀AnTn3Bn電動狀A0Tn aE a

I

TnBnA制動狀0T制動狀TnTnnaEa0n 0

I T從能量方向看，此時電機進入發(fā)電狀態(tài)，發(fā)出電能，回保持If的大小及方向不變，將開關(guān)S向下合閘，使電樞脫 電網(wǎng)而經(jīng)制動電阻RLU Ia T

運S 制MTnI運S 制MTnIn

T CC 制動

B電動機拖動

nARaA工作點A特

抗性負

RaT能耗制動操作簡單，便于現(xiàn)準確停

1）適用對象：反抗性性負載 制動方法：需要制動時，保持制動原理

+U運SI制Ia na a

T IRanBnAnBnACTLRa0DT R n

a LCe CeCt2n0T制動過程工作點ABnBnnBnACTLRa0DT特點低速時能量損適用對象：位能性恒轉(zhuǎn)矩負制動方法：保持If

倒拉反制TnEaI電v制GU_機械特性n RaRLC CCn

T

2）U

nn

LIaL

T n

Ra BC段：正向電動n0TC n

C負載作用下電（下放重物

RaTL DCD段：反向工作點：ABC

復習要直流電動機的起動方小直流電動機按勵勵與并勵只是接線有所不同，運行特性是相同他勵直流電動機 I并勵直流串勵直流

IIaIIIaI直流電機的運行是可逆的，同一臺電機既可在一定條發(fā)電機運行，將輸入的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔埽挥挚稍诹項l 電動機運行，將輸入的直流電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能a當aU的電動勢與電樞電流方向相反，稱為反電勢，電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)平衡方程式和功率平衡方程式是直流電動機的基本方程式， UEaIa轉(zhuǎn)矩平衡方他勵直流PM1P2PMPM1pcupfP2PMp0

TT2T01P2pmpFepa1P2pmpFepapcupf直流電動機的機械特性：電動機在電樞電壓U、勵磁電流、電樞回路總電阻一定的條件下，轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩之間的n)n RaRSC CC2n

Tn0他勵直流電動機的固有機械特性：U=UN，If=IfN，電樞回n UN TnC C CC 電動機穩(wěn)定運行的

dT

，說明在恒轉(zhuǎn)矩負件下，具有下降的機械特性的電動機能夠穩(wěn)定直流電動機的起動轉(zhuǎn)矩與起動電流成正比，大的起動電流帶來大的起動轉(zhuǎn)矩。所以直流電動機具有良好的起動直流電動機具有良好的調(diào)速性能，這是它的突他勵直流電動機的調(diào)速方法改變電樞回路n2

Ea

減小氣隙磁通調(diào)速；

Ea2 2改變電樞端電壓調(diào)速

n2

Ea

[例題9-1]有一臺他勵直流電動機，PN=40kW，UN=220V，電動機的輸入功率P1和總損耗(2)電樞銅耗pCu、電磁功率PM和鐵耗與機械耗之和pFe+pm(3)額定電磁轉(zhuǎn)矩TN、輸出轉(zhuǎn)矩T2和空載制動轉(zhuǎn)矩T0解：(1)輸入功

1UN p1

46200400006200(W電樞銅

I I

0.0783440(W電磁功PM1pCu46200344042760(W鐵耗與機pFepmPMPNpa 額定電磁 9.55 9.5542760408(NnNnN輸出

T9.55

9.5540000382(Nn2nN空載制動

T0TNT2N40838226(N[例題9-2]一臺并勵直流電動機N=83%，電樞回路總電阻Ra=0.32Ω，IfN=1.7A，假設總負載制動轉(zhuǎn)矩不突然在電樞回路中串入1.0Ω電阻時的電樞電流、電樞電勢、電磁轉(zhuǎn)矩，以及最后穩(wěn)定時突然將電源電壓降為200V，計算最后穩(wěn)定時的轉(zhuǎn)速(假設磁路線性突然調(diào)節(jié)勵磁回路電阻，使磁通減少20%，計算最后穩(wěn)定時解:(1)在電樞回路中串入電阻瞬間，因轉(zhuǎn)速瞬間維持磁通也不變，所以電樞電勢不變，Ea額定電流I

UNN

電樞電流 INI 54.761.753.06(電樞電 UN IaN 電樞回路串入電阻瞬間的電電樞電I

Ea220203a電磁轉(zhuǎn)

Ra

0.32T9.55EaIa9.5520312.8824.97(Nm) IaIaN53.06電樞EaUNIa

RS)22053.06(0.321)150(V穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)NnEa N

1501000739(r/min)將電源電壓降為200VTCtNIaNCtI電樞

53.06220a電樞電

EaUIaRa20058.370.32181.3(V穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)n

N n181.32201000982(r/N N

磁通減