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文檔簡介
緒論緒論.pptx第1章直流電機.pptx第2章直流電動機的電力拖動.pptx第3章變壓器.pptx第4章三相異步電動機.pptx第5章三相異步電動機的電力拖動.pptx第6章其他用途的電動機.pptx第7章控制電機.pptx第8章電力拖動系統(tǒng)中電動機的選擇.pptx全套可編輯PPT課件一、電機及電力拖動系統(tǒng)概述1.電機的概念
電機是發(fā)電機(機械能轉(zhuǎn)換為電能)和電動機(電能轉(zhuǎn)換為機械能)的統(tǒng)稱,它是一種利用電磁感應(yīng)定律和電磁力定律,將能量或信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換或變換的電磁機械裝置。一般發(fā)電機在電路中用字母G表示,它的主要作用是將機械能轉(zhuǎn)換為電能。目前常用的是利用熱能、水能、風(fēng)能等推動發(fā)電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)發(fā)電。電動機在電路中用字母M表示,它的主要作用是產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)矩,作為用電器或各種機械的動力源。電機是電氣化的核心,是機電一體化的重要基礎(chǔ)。因此,電機工業(yè)是機械工業(yè)的重要組成部分。隨著國民經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,電機工業(yè)的發(fā)展也不斷深化、完善。2.電機的主要分類電機主要包括直流電機和交流電機,如圖0-1所示。(1)直流電機。直流電機是電機的主要類型之一,一臺直流電機既可作為發(fā)電機使用,也可作為電動機使用,能夠?qū)崿F(xiàn)直流電能和機械能之間的相互轉(zhuǎn)換。直流電機具有以下特點。①直流電動機具有較寬的調(diào)速范圍,平滑的無級調(diào)速特性,可實現(xiàn)頻繁的無級快速啟動、制動和反轉(zhuǎn)。②過載能力強,能承受頻繁的沖擊負(fù)載,能滿足自動化生產(chǎn)系統(tǒng)中的各種特殊運行要求。③直流發(fā)電機能提供無脈動的大功率直流電源,電勢波形較好,對電磁干擾的影響小,且輸出電壓容易精確地調(diào)節(jié)和控制。④制造工藝復(fù)雜,消耗有機金屬較多,生產(chǎn)成本高。⑤由于直流電機運行時電刷和換向器之間容易產(chǎn)生火花,因而可靠性較差,維護保養(yǎng)困難。根據(jù)勵磁方式的不同,直流電機可分為四種類型:他勵直流電機、并勵直流電機、串勵直流電機、復(fù)勵直流電機。(2)交流電機。交流電機是用于實現(xiàn)機械能和交流電能相互轉(zhuǎn)換的驅(qū)動設(shè)備。交流電機結(jié)構(gòu)簡單,制造方便,結(jié)構(gòu)比較牢固,容易做成高轉(zhuǎn)速、高電壓、大電流、大容量的電機。交流電機功率的覆蓋范圍很大,從幾瓦到幾十萬千瓦、甚至上百萬千瓦。由圖0-1可見,交流電機分為同步電機和異步電機兩大類。同步電機可用來作為發(fā)電機和電動機使用。其中,同步電動機的轉(zhuǎn)速與所接電網(wǎng)的頻率之間存在著嚴(yán)格不變的關(guān)系。異步電機主要用于電動機使用,它通常分為籠型電動機和繞線型電動機。異步電動機的定子繞組由電源供給勵磁電流,建立磁場,電磁感應(yīng)的作用使轉(zhuǎn)子繞組感生電流,產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩,實現(xiàn)電機能量轉(zhuǎn)換。因其轉(zhuǎn)子電流是由電磁感應(yīng)作用產(chǎn)生的,所以,異步電動機也稱為感應(yīng)電動機。3.電動機拖動用電動機拖動生產(chǎn)機械的拖動方式,稱為電機拖動或電力拖動。與其他原動機相比,電動機的控制方法更為簡便,并且可以實現(xiàn)遙控和自動控制。電力拖動系統(tǒng)主要由電動機、傳動機構(gòu)和控制設(shè)備(包括反饋裝置)三個基本環(huán)組成。反饋裝置往往也是用控制電機實現(xiàn)反饋功能的。例如,可用測速發(fā)電機檢測電動機的轉(zhuǎn)速,用旋轉(zhuǎn)變壓器檢測電動機的角位移,用感應(yīng)同步器檢測工作機械的位移等。電力拖動流程框圖如圖0-2所示。4.電動機的主要應(yīng)用直流電動機應(yīng)用廣泛,其中應(yīng)用最廣的是直流電動工具,其已取代手工工具廣泛應(yīng)用于機械、建筑、機電等行業(yè)以及冶金設(shè)備安裝,橋梁架設(shè),住宅裝修,農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn),醫(yī)療衛(wèi)生等各個方面,并且廣為個體勞動者及家庭使用,是一種量大面廣的機械化工具,發(fā)展前景十分廣闊。此外,在許多工業(yè)部門,大型軋鋼設(shè)備、大型精密機床、礦井卷揚機、市內(nèi)電車、電纜設(shè)備等要求線速度嚴(yán)格一致的地方,通常都采用直流電動機作為原動機來拖動工作機械,向負(fù)載輸出機械能。在控制系統(tǒng)中,直流電機還有其他用途,如測速電機、伺服電機等。直流電動機的技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了100多年的歷史,電動機自身的理論基本成熟。隨著電工技術(shù)的發(fā)展,對電能的轉(zhuǎn)換、控制及高效使用的要求越來越高。電磁材料的性能不斷提高,電工電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用,為電動機的發(fā)展注入了新活力。未來電動機將沿著體積更小、機電能量轉(zhuǎn)換效率更高、控制更靈活的方向繼續(xù)發(fā)展。同步電動機可以吸收領(lǐng)先性的無功功率,在要求改善功率因數(shù)的條件下,不調(diào)速的大功率電機選用同步電動機。同步電動機也用于負(fù)載變化時要求轉(zhuǎn)速恒定不變的情況。異步電動機分為三相異步電動機和單相異步電動機兩大類。三相異步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、價格低廉、運行可靠等優(yōu)點,還具有較高的運行效率和較好的運行特性,從空載到滿載接近恒速運行,在工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)機械化、民用電器等方面應(yīng)用廣泛,需求量居各種電機之首(占90%左右),在電網(wǎng)總負(fù)荷中占65%左右。單相異步電動機用于只有單相電源的家用電器和醫(yī)療設(shè)備中。
在實際應(yīng)用中,啟動轉(zhuǎn)矩、調(diào)速性能要求不高的各種機床、水泵、通風(fēng)機可選用普通籠型異步電動機;功率不大、有級調(diào)速的電梯等可選用多速電動機;而調(diào)速范圍較大,調(diào)速要求平滑的龍門刨床、高精度機床、可逆軋鋼機等選用可變頻調(diào)速的同步電動機或異步電動機。二、本課程的性質(zhì)、內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法本課程是電氣自動化技術(shù)、機電一體化技術(shù)、生產(chǎn)過程自動化技術(shù)等專業(yè)的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課,是將“電機原理”和“電力拖動基礎(chǔ)”兩門課程的內(nèi)容有機結(jié)合,主要分析研究直流電機、變壓器、三相異步電動機的基本理論及其電力拖動的基本規(guī)律,簡單介紹常用交流電動機、常用控制電機的原理及應(yīng)用和電力拖動系統(tǒng)電動機容量的選擇問題。本課程是運用電工基礎(chǔ)的基本理論分析研究各類電機內(nèi)部的電磁物理過程,從而得到各類電機的一般規(guī)律及其特性。但它與電工基礎(chǔ)等基礎(chǔ)課的性質(zhì)不同,在電機與拖動課程中,不僅有理論的分析推導(dǎo),磁場的抽象敘述,而且要用基本理論分析研究比較復(fù)雜的又往往帶有機、電、磁綜合性的工程實際問題。這是本課程的特點,也是學(xué)習(xí)的難點。因此,必須有良好的學(xué)習(xí)方法才能學(xué)好本課程。這里提供以下學(xué)習(xí)方法供參考。(1)學(xué)習(xí)之前,必須理解與掌握電和磁的基本概念,能夠熟練運用電磁感應(yīng)定律、安培定律、電路和磁路定律、力學(xué)、機械制圖等已學(xué)過的知識。(2)學(xué)習(xí)過程中,對于電機結(jié)構(gòu),要弄清各主要部件的組成和作用;對于有關(guān)公式,要從物理概念上去理解和記憶,不要死記硬背。本課程涉及電機的類型較多,要注意各種電機結(jié)構(gòu)的異同點、電磁關(guān)系和能量轉(zhuǎn)換關(guān)系的異同點、拖動問題的異同點等,運用總結(jié)對比的方法融會貫通,加深理解。分析實際問題時,要運用工程的觀點和方法,突出主要矛盾,忽略次要矛盾,從而簡化實際問題的分析和計算過程。(3)為了提高課堂學(xué)習(xí)效果,課前應(yīng)預(yù)習(xí),一是對相關(guān)的已學(xué)知識進(jìn)行回顧和補遺,二是把將要學(xué)到的內(nèi)容瀏覽一遍,對新的名詞和術(shù)語及相關(guān)內(nèi)容有所了解,便于有的放矢地聽課;課后應(yīng)及時復(fù)習(xí)和小結(jié),并選做適當(dāng)?shù)乃伎寂c練習(xí)題,以鞏固所學(xué)的理論知識,提高理解和應(yīng)用能力。(4)必須進(jìn)行必要的實驗和實習(xí),一是對基本理論進(jìn)行驗證,二是培養(yǎng)和提高實際操作技能和工作能力。電機與拖動為后續(xù)“自動控制原理”“交、直流調(diào)速系統(tǒng)”“工廠電氣控制設(shè)備”等課程做基礎(chǔ)技術(shù)準(zhǔn)備,為日后工作中對電力拖動設(shè)備的技術(shù)管理和生產(chǎn)第一線的選配、安裝調(diào)試、操作、維護與檢修等工作打下良好的基礎(chǔ)。三、電機理論中常用的物理概念和基本電磁定律電磁感應(yīng)是電機最基本的工作原理。因此,要想了解電機的工作原理及性能,必須具備電、磁方面的基礎(chǔ)知識。在電工基礎(chǔ)課程中,已經(jīng)學(xué)習(xí)了有關(guān)電路及磁路的知識。為了進(jìn)一步掌握電機、變壓器的工作原理及性能,需要準(zhǔn)備必要的基礎(chǔ)知識,下面對磁路方面的知識進(jìn)行復(fù)習(xí)和補充。1.磁感應(yīng)強度
磁場是由電流產(chǎn)生的。描述磁場強弱及方向的物理量是磁感應(yīng)強度(磁通密度),用B表示。磁感應(yīng)強度與產(chǎn)生它的電流之間的關(guān)系用畢奧-薩伐爾定律描述,磁力線的方向與電流的方向滿足右手螺旋關(guān)系,如圖0-3所示。為了形象地描繪磁場,常采用磁感應(yīng)線(磁力線)來表示。磁力線是無頭無尾的閉合曲線。如圖0-4所示,分別畫出了直線電流、環(huán)形電流、螺線管電流產(chǎn)生的磁力線。2.磁通和磁場強度(1)磁通。磁感應(yīng)強度B描述的只是空間某一點的磁場,若要描述一個給定面上的磁場,就要用另一個物理量,即磁通量,簡稱磁通。如果在勻強磁場中有一個與磁場方向垂直的平面,面積為A,則磁通Φ為
Φ=BA
(0-1)磁感應(yīng)強度B的單位是特斯拉(T),面積A的單位是平方米(m2),則磁通Φ的單位是韋伯(Wb)。如果B的單位為高斯(Gs),A的單位為平方厘米(cm2),則Φ的單位是麥克斯韋(Mx)。1Mx=10?8
Wb
(0-2)磁感應(yīng)強度可以看成是單位面積內(nèi)的磁通,所以磁感應(yīng)強度又稱磁通密度。(2)磁場強度。磁場強度是計算磁場時引用的物理量,用H表示,B=μH,單位為安培/米(A/m)。式中的μ為磁導(dǎo)率,真空中的磁導(dǎo)率μ0≈4π×10?7
H/m,μr=μ/μ0
為導(dǎo)磁介質(zhì)的相對磁導(dǎo)率。非鐵磁材料的相對磁導(dǎo)率近似為1。3.鐵磁材料的磁化特性(1)鐵磁材料的磁化。將鐵、鈷和鎳等鐵磁材料放進(jìn)磁場后,磁場將明顯增強,鐵磁材料呈現(xiàn)很強的磁性,這種現(xiàn)象稱為鐵磁材料的磁化。(2)起始磁化曲線和磁滯回線。
①起始磁化曲線。將一塊未磁化的鐵磁材料進(jìn)行磁化,當(dāng)磁場強度H由零逐漸增加時,B=f(H)描述的曲線就稱為起始磁化曲線,其形狀如圖0-5(a)所示。在ab段,隨著H的增加,B增加較快。在bc段,隨著H的增加,B增加非常緩慢,為磁化曲線的飽和段。②磁滯回線。如圖0-5(b)所示,當(dāng)鐵磁材料被磁化一個循環(huán)時,就得到一個閉合曲線abcdefa。當(dāng)H從零增加到Hm
時,B相應(yīng)地從零增加到Bm
;然后逐漸減小H,B值將沿曲線ab下降。當(dāng)H=0時,B值并不等于零,而是Br,這就是剩磁。當(dāng)H在Hm和-Hm之間反復(fù)變化時,呈現(xiàn)磁滯現(xiàn)象的B-H閉合曲線,稱為磁滯回線。鐵磁材料(如鐵、鎳、鈷等)的磁導(dǎo)率μ是真空磁導(dǎo)率μ0的幾千倍到幾萬倍。對于鐵磁材料,磁導(dǎo)率μ除了比μ0大得多外,還與磁場強度及物質(zhì)磁狀態(tài)的歷史有關(guān),所以鐵磁材料的μ不是一個常數(shù)。在工程計算中,不按H=B/μ進(jìn)行計算,而是事先用實驗的方式測出鐵磁材料在不同磁場強度H下對應(yīng)的B-H曲線。該曲線不是單值的,而是具有磁滯回線的特點,即在同一個大小的磁場強度H下,對應(yīng)著兩個B值,這就是說,究竟是對應(yīng)著哪一個B值還要看鐵磁材料工作狀態(tài)的歷史情況。當(dāng)鐵磁材料的磁滯回線較窄時,可以用它的平均磁化曲線(即基本磁化曲線)進(jìn)行計算,這樣B與H之間便呈現(xiàn)單值關(guān)系。同時還要指出,磁化特性的另一個特點是具有飽和性。圖0-5(a)所示的鐵磁材料的起始磁化特性,它與平均磁化特性差距甚小。當(dāng)磁場強度從零增大時,B隨H增加較慢,之后,B隨H的增加而迅速增大(ab段),過了b點,B的增加緩慢了(bc段),最后為cd段,又呈直線。其中a點為跗點,b點為膝點,c點為飽和點。過了飽和點c,鐵磁材料的磁導(dǎo)率趨近于μ0。磁滯回線較窄的鐵磁材料屬于軟磁材料,如硅鋼片、鐵鎳合金、鑄鋼等。這些材料磁導(dǎo)率較高,磁滯回線包圍面積小,磁滯損耗小,多用于制造電機、變壓器的鐵心。硬磁材料,如鎢鋼、鈷鋼等,其磁滯回線較寬,主要用作永久磁鐵。4.安培力通過電工基礎(chǔ)的學(xué)習(xí),我們已經(jīng)知道,在永磁體及通電導(dǎo)線周圍存在磁場,但是,怎樣表示磁場的強弱呢?磁場最基本的特性是對磁場中的通電導(dǎo)體有力的作用,研究磁場的強弱就是從分析通電導(dǎo)體在磁場中的受力情況入手。磁場對場中載流導(dǎo)體施加的力稱為安培力。在勻強磁場中,若載流直導(dǎo)線與磁場感應(yīng)強度B方向垂直,導(dǎo)體的有效長度為l,流過導(dǎo)體的電流為I,載流直導(dǎo)線所受的力為f,則f=BLI(0-3)用左手定則確定安培力f的方向,即把左手伸開,大拇指與其他四指成90°,如果磁力線指向手心,其他四指指向?qū)Ь€中電流的方向,則大拇指指向的就是導(dǎo)線受力的方向,如圖0-6所示。謝謝欣賞THANKYOUFORWATCHING第一章直流電機隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展,電能的應(yīng)用遍布各行各業(yè),而電機擔(dān)負(fù)著電能的生產(chǎn)、傳輸、分配及應(yīng)用等重要任務(wù),是在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過程中不可缺少的主要設(shè)備。要想掌握電機的工作原理和特性,就必須了解其基本結(jié)構(gòu)。直流電機是直流電能和機械能相互轉(zhuǎn)換的旋轉(zhuǎn)電機。根據(jù)能量轉(zhuǎn)換方向的不同,直流電機可分為直流發(fā)電機和直流電動機兩大類。直流發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)換為電能,直流電動機將電能轉(zhuǎn)換為機械能。
本章主要介紹直流電機的基本工作原理、結(jié)構(gòu)和運行特性。直流電機的基本工作原理1直流電機的基本結(jié)構(gòu)和銘牌2直流電機的電樞電動勢、電磁轉(zhuǎn)矩和電磁功率3直流電動機的運行原理4目錄CONTENTS直流電動機的換向5直流電機的基本工作原理1一、直流發(fā)電機的工作原理直流發(fā)電機通常由外部機械裝置拖動其旋轉(zhuǎn),以此產(chǎn)生電能輸出。直流發(fā)電機的工作原理如圖1-1所示。圖中N、S表示磁極,在電機工作時磁極固定不動,稱為定子。abcd表示固定在可旋轉(zhuǎn)導(dǎo)磁圓柱體上的線圈,在發(fā)電機工作時,線圈連同導(dǎo)磁圓柱體由原動機帶動不斷旋轉(zhuǎn),所以它們稱為直流電機的轉(zhuǎn)子(電樞)。線圈的首末端a、d分別連接到兩個相互絕緣并可隨線圈一同轉(zhuǎn)動的導(dǎo)電片上,該導(dǎo)電片稱為換向片。圖中A、B表示電刷,電刷與外電路連接,在電機工作時固定不動。在定子和轉(zhuǎn)子之間有一定的間隙存在,稱為氣隙。直流發(fā)電機基于電磁感應(yīng)定律工作,即在磁感應(yīng)強度為B的磁場中,若導(dǎo)體做切割磁力線運動,則在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。若B、l、v三者相互垂直,則感應(yīng)電動勢e為e=Blv(1-1)式中,B為磁感應(yīng)強度,T;l為導(dǎo)體長度,m;v為導(dǎo)體切割磁力線的速度,m/s;e為導(dǎo)體的感應(yīng)電動勢,V,e的方向由右手定則確定。如圖1-1(a)所示,當(dāng)線圈按逆時針方向運動時,線圈ab邊在N極范圍內(nèi),產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢方向從b到a;線圈cd邊在S極范圍內(nèi),產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢方向從d到c。如圖1-1(b)所示,當(dāng)線圈旋轉(zhuǎn)180°以后,ab邊轉(zhuǎn)到S極范圍內(nèi),cd邊就轉(zhuǎn)到N極范圍內(nèi)。此時用右手定則判斷可知,線圈cd邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢方向是從c到d,線圈ab邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢方向是從a到b。由于電刷固定不動,因此,與線圈d端連接的電刷A的電位仍為正,與線圈a端連接的電刷B的電位仍為負(fù)。由此可知,當(dāng)線圈不停旋轉(zhuǎn)時,電刷A始終是正電位,電刷B始終是負(fù)電位。因此,由兩電刷引出的是具有恒定方向的電動勢,即直流電動勢。實際的直流發(fā)電機的電樞是根據(jù)實際應(yīng)用情況配有多匝線圈的,線圈分布于電樞鐵心表面的不同位置,并按照一定規(guī)律連接起來,構(gòu)成電機的電樞繞組。相應(yīng)地,換向片的數(shù)量要根據(jù)線圈匝數(shù)的多少來確定。磁極也是根據(jù)實際需要將N、S極交替放置多對,相應(yīng)地,電刷的個數(shù)要根據(jù)磁極的個數(shù)來確定。二、直流電動機的工作原理直流電動機基于電磁力定律工作,即通電導(dǎo)體在磁場中會受到電磁力的作用,當(dāng)磁力線與導(dǎo)體中電流的方向相互垂直時,作用在通電導(dǎo)體上的電磁力F的大小為F=BLI(1-2)式中,B為磁感應(yīng)強度,T;l為導(dǎo)體長度,m;I為載流導(dǎo)體中流過的電流,A;F為電磁力,N,F(xiàn)的方向由左手定則確定。如果直流電機的轉(zhuǎn)子不用原動機拖動,而把它的電刷A、B接在電壓為U的直流電源上,此時線圈中將有電流通過。如圖1-2(a)所示,電刷A是正電位,B是負(fù)電位。在N極范圍內(nèi),線圈ab中的電流從a到b;在S極范圍內(nèi),線圈cd中的電流從c到d。根據(jù)電磁力定律,線圈ab邊受到向左的電磁力,cd邊受到向右的電磁力。由于磁場是均勻的,導(dǎo)體中流過的電流也相同,因此,線圈ab邊和cd邊所受電磁力的大小相等,方向相反,于是線圈按逆時針方向轉(zhuǎn)動。如圖1-2(b)所示,當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過180°后,線圈ab與cd的位置調(diào)換,但由于電刷和換向片的作用,線圈ab中的電流從b到a,線圈cd中的電流從d到c。根據(jù)電磁力定律,線圈ab邊受到向右的電磁力,cd邊受到向左的電磁力,線圈仍然按逆時針方向轉(zhuǎn)動。可見,雖然導(dǎo)體中的電流是交變的,但線圈的旋轉(zhuǎn)方向始終不變。與直流發(fā)電機一樣,實際的直流電動機的電樞并非單一線圈,磁極也并非一對。三、直流電機的可逆性原理由前面的分析可知,一臺直流電機理論上既可以作為電動機運行,也可以作為發(fā)電機運行,只是前提條件不同。當(dāng)直流電機的電刷A、B接在電壓為U的直流電源上時,電機運行在電動機狀態(tài),線圈按一定方向不停旋轉(zhuǎn),通過齒輪或皮帶等機構(gòu)拖動負(fù)載工作,把電能轉(zhuǎn)換為機械能;當(dāng)用原動機拖動直流電機的電樞時,電機運行在發(fā)電機狀態(tài),兩電刷引出的是具有恒定方向的電動勢,負(fù)載上得到的是具有恒定方向的電壓和電流,從而把機械能轉(zhuǎn)換為電能。在電機理論中,一臺電機既能做電動機運行又能做發(fā)電機運行的原理稱為可逆性原理。直流電機的基本結(jié)構(gòu)和銘牌2一、直流電機的基本結(jié)構(gòu)直流電機的基本結(jié)構(gòu)都是相同的,主要由靜止部分和旋轉(zhuǎn)部分構(gòu)成,在靜止部分和旋轉(zhuǎn)部分之間要有一定的氣隙,其中靜止部分稱為定子,旋轉(zhuǎn)部分稱為轉(zhuǎn)子。圖1-3所示為直流電機的結(jié)構(gòu)。1.定子部分
直流電機的定子部分主要由主磁極、換向極、機座和電刷裝置組成。(1)主磁極。主磁極一般由主磁極鐵心和主磁極繞組(勵磁繞組)組成,其作用是在定子和轉(zhuǎn)子之間的氣隙中建立主磁場,使電樞繞組在此磁場的作用下產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩。主磁極鐵心柱體稱為極身;靠近氣隙一端較寬的部分稱為極靴,極靴的主要作用是使氣隙磁通密度分布均勻,并與極身一起支撐勵磁繞組。為了盡可能地減小渦流損耗和磁滯損耗,主磁極鐵心一般由1~1.5mm厚的低碳鋼板疊壓而成,整個磁極用螺釘固定在機座上。直流電機主磁極的結(jié)構(gòu)如圖1-4所示。(2)換向極。換向極主要由鐵心和繞組組成,裝在電機兩主磁極之間的幾何中心線上,又稱附加極,其主要作用是改善電機的換向性能。一般電機容量超過1kW時應(yīng)安裝換向極。(3)機座。機座通常由鑄鋼和厚鋼板焊接而成,其主要作用有兩個:一是作為電機磁路的一部分;二是用來固定主磁極、換向極及端蓋等部件,起機械支承的作用。(4)電刷裝置。電刷裝置是直流電機重要的組成部分,其作用是將旋轉(zhuǎn)的電樞繞組與固定不動的外電路相連接,并與換向器相配合,把電樞中的交變電流變成電刷上的直流,或是將電刷上的直流變成電樞上的交流。2.轉(zhuǎn)子部分直流電機的轉(zhuǎn)子主要由電樞鐵心、電樞繞組和換向器組成,如圖1-5所示。(1)電樞鐵心。電樞鐵心是電機主磁路的一部分,主要用來嵌放電樞繞組。由于電機運行時電樞與氣隙磁場間的相對運動將引起磁滯及渦流損耗,因此,為了減小損耗,電樞鐵心通常用兩面涂有厚度為0.5mm的絕緣漆的硅鋼片疊壓而成,并固定在轉(zhuǎn)子支架或轉(zhuǎn)軸上。(2)電樞繞組。電樞繞組是直流電機的主要電路部分,由許多按一定規(guī)律連接的絕緣線圈(導(dǎo)線)組成。其主要作用是產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩,是實現(xiàn)機械能與電能互相轉(zhuǎn)換的重要部件。在電機中每一個線圈為一個元件。根據(jù)連接規(guī)律的不同,電樞繞組可分為單疊繞組、復(fù)疊繞組、單波繞組和復(fù)波繞組等,電機中常見的繞組連接方式是單疊繞組和單波繞組。①單疊繞組。單疊繞組的特點是元件的首尾兩端分別接到相鄰的兩個換向片上,并且前一個元件的尾端與后一個元件的首端接在同一個換向片上,如圖1-6所示。
②單波繞組。單波繞組的特點是把在磁場中位置差不多對應(yīng)的元件連接起來,元件所連接的換向片相隔較遠(yuǎn),如圖1-7所示。(3)換向器。換向器由許多燕尾形狀的銅質(zhì)換向片與片間云母片組成圓筒形狀套在鋼套筒上,最后用螺母壓緊構(gòu)成。其主要作用是與電刷一起將直流電動機輸入的直流電流轉(zhuǎn)換為電樞繞組內(nèi)的交變電流,或?qū)⒅绷靼l(fā)電機電樞繞組中的交變電動勢轉(zhuǎn)換為直流電動勢,向外電路輸出直流電。二、直流電機的銘牌數(shù)據(jù)電機制造廠按照國家標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)電機的設(shè)計和試驗數(shù)據(jù),規(guī)定了電機的正常運行狀態(tài)和條件,稱為額定運行情況。表征電機額定運行情況的各種數(shù)據(jù)稱為額定值。額定值一般都標(biāo)注在電機的銘牌上,所以也稱為銘牌數(shù)據(jù),它是正確合理使用電機的依據(jù)。除了電機的額定值以外,電機的銘牌上一般還標(biāo)有電機的工作方式、絕緣等級、防護等級,以及電機的產(chǎn)品型號、出廠編號、出廠日期等。常見的電機的銘牌上標(biāo)有以下數(shù)據(jù):1.額定功率PN
額定功率指電機在額定狀態(tài)下運行時電機的輸出功率,單位為kW。對于發(fā)電機而言,額定功率指的是發(fā)電機電刷間輸出的電功率,它等于額定電壓UN
與額定電流IN
的乘積,即PN=UNIN
;對于電動機而言,額定功率指的是電機軸上所輸出的機械功率,它等于額定電壓與額定電流的乘積再乘以電機的機械效率ηN,即PN=UNINηN。2.額定電壓UN
額定電壓指電機在額定狀態(tài)下運行時電樞出線端的平均電壓,單位為V。對于發(fā)電機而言,額定電壓指的是輸出電壓;對于電動機而言,額定電壓指的是輸入電壓。3.額定電流IN
額定電流指電機在額定電壓下,運行于額定功率時對應(yīng)的電流值,單位為A。
4.額定轉(zhuǎn)速nN
額定轉(zhuǎn)速指電機在額定功率下運行時對應(yīng)額定轉(zhuǎn)矩下的轉(zhuǎn)速,單位為r/min。5.勵磁方式
勵磁方式是指直流電機的勵磁繞組與其電樞繞組的連接方式。根據(jù)不同的連接方式,常見的直流電機的勵磁方式有他勵、并勵、復(fù)勵和串勵等,如圖1-8所示。6.額定勵磁電流IfN
額定勵磁電流表示對應(yīng)于額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速及額定功率時的勵磁電流,單位為A。7.工作方式電機一般有三種工作方式,即S1(連續(xù)工作制)、S2(短時工作制)、S3(斷續(xù)周期工作制)。8.絕緣等級
電機允許達(dá)到的最高溫度是由電機使用絕緣材料的耐熱程度決定的,絕緣材料的耐熱程度稱為絕緣等級。不同的絕緣材料,其最高允許溫度不同。電機中常用的絕緣材料分五個等級:A、E、B、F、H,其中A級絕緣耐熱程度最差,H級絕緣耐熱程度最強。9.防護等級
防護等級是以字母IP和其后面的兩位數(shù)表示的。IP為國際防護的英文縮寫。IP后面第一位數(shù)字代表第一種防護形式(防塵)的等級,共分七個等級。第二位數(shù)字代表第二種防護形式(防水)的等級,共分九個等級。數(shù)字越大,表示防護的能力越強。直流電機的電樞電動勢、電磁轉(zhuǎn)矩和電磁功率3一、直流電機的電樞電動勢電機旋轉(zhuǎn)時,電樞繞組切割主磁場產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢稱為電樞電動勢。它是指直流電機電樞繞組上正、負(fù)電刷間產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。當(dāng)元件數(shù)目較多時,任何瞬時構(gòu)成的支路情況是相同的,且每個導(dǎo)體都分布在具有相同極性的磁極下,故可先求出每個導(dǎo)體感應(yīng)電動勢的平均值,再乘以電樞導(dǎo)體總數(shù)即為電樞電動勢。由電磁感應(yīng)定律知,每個導(dǎo)體中的感應(yīng)電動勢為
ep=Bp
lv
(1-4)式中,Bp
為平均氣隙磁通密度,T。
二、直流電機的電磁轉(zhuǎn)矩通電的電樞在氣隙磁場中產(chǎn)生電磁力,而電磁轉(zhuǎn)矩是由電磁力產(chǎn)生的。由于電樞繞組中各元件產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩同向,因此,可以先求出每個導(dǎo)體的平均電磁力及電磁轉(zhuǎn)矩,再乘以電樞導(dǎo)體總數(shù)即為總電磁轉(zhuǎn)矩。每個導(dǎo)體在磁場中所受電磁力的大小為式中,Ia為電樞電流,A。每個導(dǎo)體的電磁轉(zhuǎn)矩(單位N·m)為式中,D為電樞鐵心直徑,mm。式(1-10)左右兩端同時乘以電樞導(dǎo)體總數(shù)N可得總電磁轉(zhuǎn)矩,即
(1-11)將式(1-5)和式(1-9)代入式(1-11)可得電機電磁轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式為
(1-12)式中,CT
為轉(zhuǎn)矩常數(shù),。通常,總電磁轉(zhuǎn)矩Tem
與磁通Φ、電樞電流Ia
成正比。轉(zhuǎn)矩常數(shù)CT與電動勢常數(shù)Ce之間的關(guān)系為三、直流電機的電磁功率由動力學(xué)可知,機械功率為轉(zhuǎn)矩與角速度的乘積。同樣,對于直流電機而言,電磁功率為電磁轉(zhuǎn)矩Tem與轉(zhuǎn)子角速度Ω的乘積,它反映了直流電機機電能量轉(zhuǎn)換的功率。根據(jù)式(1-8)和式(1-12)可求得電磁功率為式(1-14)給出了電磁功率在電氣和機械兩個方面的不同表達(dá)形式,它符合能量守恒定律。其物理意義是:對于直流發(fā)電機而言,從原動機所吸收的機械功率TemΩ全部轉(zhuǎn)換為電功率EaIa
輸出;對于直流電動機而言,從電源所吸收的電功率EaIa
全部轉(zhuǎn)換為機械功率TemΩ輸出。直流電動機的運行原理4直流電動機在進(jìn)行機電能量轉(zhuǎn)換時,必須要有能反映其內(nèi)部電磁轉(zhuǎn)換過程和內(nèi)外的機電能量轉(zhuǎn)換過程的方程式,即基本平衡方程式?;酒胶夥匠淌街饕须妱觿萜胶夥匠淌健⒐β势胶夥匠淌健⑥D(zhuǎn)矩平衡方程式。在寫基本平衡方程式前應(yīng)定好各參量的方向,通??梢匀我庖?guī)定。一旦定好后所有的方程式都應(yīng)按參考方向進(jìn)行計算,一般按圖1-9所示的參考方向規(guī)定,各參量的方向與規(guī)定的參考方向一致時為正,反之為負(fù)。一、電動勢平衡方程式由基爾霍夫定律可知電樞回路的電動勢平衡方程為
U=Ea+IaRa
(1-15)式中,U為電樞兩端的電壓,V;Ra
為電樞電阻,Ω。二、功率平衡方程式將式(1-15)兩邊同時乘以電樞電流Ia,得電源輸入功率為P1=Pem+Pcu
(1-16)式中,P1
為電源輸入功率,W;Pem
為電磁功率,W;PCu
為電樞回路繞組電阻及電刷與換向器表面接觸電阻上的損耗,稱為銅損耗,W。通常,電磁功率Pem可表示為Pem=P2+P0
(1-17)式中,P2
為直流電動機輸出機械功率,W;P0
為空載損耗,W。空載損耗P0
可表示為P0=
Pmec
+PFe
+Padd
(1-18)式中,Pmec
為機械摩擦損耗,W;PFe為鐵損耗,W;Padd
為附加損耗,W。由式(1-16)、式(1-17)和式(1-18)可得
(1-19)式中,ΣP為總損耗,
,W。由此可得直流電動機的效率為
(1-20)三、轉(zhuǎn)矩平衡方程式將式(1-17)兩邊同時除以角速度Ω,得轉(zhuǎn)矩平衡方程式為
Tem=T2+
T0
(1-21)式中,Tem
為電磁轉(zhuǎn)矩,N·m;T2
為電動機的輸出機械轉(zhuǎn)矩,N·m;T0
為空載轉(zhuǎn)矩,N·m。直流電動機的換向5直流電機在使用過程中最常出現(xiàn)的問題是換向不良,因此,解決換向不良就成為直流電機保養(yǎng)和維修最主要的任務(wù)。良好換向的前提是電刷與換向器之間穩(wěn)定的滑動接觸,主要是保持換向器氧化膜動態(tài)平衡,為此必須滿足必要的機械、電氣條件和適當(dāng)?shù)奈锢?、化學(xué)因素。當(dāng)必要的機械、電氣條件不能滿足,或物理、化學(xué)因素要改變時,由于氧化膜動態(tài)平衡的改變,滑動接觸變得不穩(wěn)定,就會產(chǎn)生換向火花。一、換向火花產(chǎn)生的原因產(chǎn)生換向火花的原因可以歸結(jié)為下面幾個方面。1.電磁原因如果換向元件內(nèi)的合成電勢不等于零,根據(jù)電磁理論,換向元件中產(chǎn)生的附加換向電流就會造成電刷前后刷邊電流密度分布不均勻,電刷與換向片接觸或脫離時,元件內(nèi)換向附加電流并未為零,元件內(nèi)的電磁能會以火花形式釋放出來。延遲換向火花產(chǎn)生在后刷邊;超越換向火花產(chǎn)生在前刷邊。電樞繞組開焊或片間(匝間)短路都會造成電路上的不對稱,亦將造成嚴(yán)重火花。當(dāng)電樞繞組為不對稱多重繞組時,由于支路間的電勢不對稱,在換向元件中產(chǎn)生一個脈動電勢,將產(chǎn)生空載火花,負(fù)載時將加大。電刷不在幾何中心線上時,如換向元件進(jìn)入主極區(qū),換向元件因切割主磁通,將產(chǎn)生空載火花。2.機械原因換向器表面工作狀態(tài)不良,如換向器突片或變形、片間云母片突出、換向器表面粗糙、電樞動平衡不好和電機振動等都將造成電刷與換向器之間無法保持穩(wěn)定接觸,從而產(chǎn)生火花。電刷和刷握的工作狀態(tài)不良,如電刷與刷握的間隙不合適,電刷壓力不均勻、過大或過小,電刷材質(zhì)不合適和刷握結(jié)構(gòu)形式不合適等,都將影響滑動接觸,也將產(chǎn)生火花。3.電機負(fù)載與周圍環(huán)境當(dāng)電機嚴(yán)重過載時,由于電抗電勢增加,換向極磁路飽和,電刷電流密度過大,換向火花將加大。沖擊性負(fù)載、電流變化率過高將導(dǎo)致?lián)Q向極磁通滯后,造成換向困難而產(chǎn)生火花。濕度太高或太低、溫度過高或過低、周圍存在油霧或有害性氣體和含塵量過高等都會導(dǎo)致氧化膜平衡的破壞,無法形成正常氧化膜而影響正常滑動接觸,進(jìn)而產(chǎn)生火花。總之,產(chǎn)生換向火花的因素很多,而很多因素又是相互影響的。在分析和檢查換向火花產(chǎn)生原因時,必須根據(jù)實際運行條件來加以區(qū)分,以針對性地解決。這里主要給出了與換向器和電刷有關(guān)的問題的分析及解決方法。二、換向器的保養(yǎng)與維修方法換向火花產(chǎn)生的原因是多種多樣的,必須在復(fù)雜眾多的因素中,找到主要原因,針對性地排除故障,恢復(fù)正常的換向。尋找換向惡化的原因,通常稱換向條件正?;瘷z查,是直流電機換向事故處理的最常用方法。其原理是:一臺直流電機在剛投入運行或過去一直運行,換向一直是正常的,而在以后運行過程中,換向逐漸變壞或突然惡化,說明電機在換向惡化前,其運行狀態(tài)、滑動接觸、電機結(jié)構(gòu)和各部件工作情況是正常的。在電機運行過程中,某些部件的工作狀態(tài)發(fā)生了改變,從而破壞了滑動接觸,改變了正常的換向狀態(tài),從而導(dǎo)致?lián)Q向的惡化。如果通過各種檢查項目,對影響電機換向的機械電氣條件和物理化學(xué)因素進(jìn)行全面檢查和調(diào)整,使其能恢復(fù)原來的正常狀態(tài),則換向也能恢復(fù)正常。換向正?;瘷z查是采用不同的檢查方法,尋找換向事故原因并排除故障,通常包括下面幾個項目。1.換向器片間電阻測量當(dāng)電樞繞組發(fā)生斷線、開焊、匝間短路,或換向器發(fā)生升高片斷裂、片間短路時,造成電磁上的不對稱,將產(chǎn)生換向火花。測量片間電阻就能發(fā)現(xiàn)電機是否存在上述故障。片間電阻測量通常采用壓降法,也可以采用專用片間電阻測量儀。用壓降法測量片間電阻時,把相等的測量電流依次通入兩個相鄰換向片,并用毫伏表測量通電兩換向片間的電壓。如果電樞繞組和換向器的焊接是良好的,沒有短路開焊或斷線,則全部換向器片間電壓應(yīng)該相等(非全均壓出現(xiàn)很小變化)。片間電阻測量的最大值或最小值與平均值之比,誤差應(yīng)不大于5%。測量結(jié)果如不符合上述標(biāo)準(zhǔn),說明電樞繞組和換向器存在開焊或短路,則故障點所在的換向器片間電阻與平均值之間出現(xiàn)較大差別,可以確定故障所在部位和性質(zhì)。如果電樞繞組是混合繞組(蛙繞組),由于在換向片之間構(gòu)成了復(fù)雜的等值電路,當(dāng)繞組并頭套或換向器有一處焊接不良或開焊時,片間電阻即出現(xiàn)以極對數(shù)為周期的正弦變化,其中最高峰值即為故障所在位置。相反,當(dāng)繞組和片間有短路點時,片間電阻變化的最低點即為故障所在位置。2.換向器擺度檢查換向器在長期運行后,云母材料中有機物的揮發(fā)產(chǎn)生收縮、緊固件的松動等使整體結(jié)構(gòu)松弛而片間壓力降低,產(chǎn)生變形和突片。當(dāng)換向器變形或偏心時,在運行時將使電刷跳動,滑動接觸穩(wěn)定性受到干擾,產(chǎn)生機械性火花,嚴(yán)重時火花加大,換向器表面出現(xiàn)燒傷和氧化膜破壞,導(dǎo)致?lián)Q向惡化。高速電機和多重路繞組電機的換向,對于換向器變形更為敏感。當(dāng)電機換向火花較大,而且發(fā)現(xiàn)電刷跳動現(xiàn)象時,必須檢查換向器擺度。(1)換向器擺度測量。換向器擺度測量通常有以下兩種方法。①在低速運行或盤車時,可用千分表直接測量。在千分表的端頭上套一個絕緣套,千分表座最好是磁吸式的,吸牢在鐵板制成的機座上。根據(jù)電機盤車時千分表指針的擺動范圍和換向器對應(yīng)部位,即可測得換向器擺度和確定突片位置。②對于無法盤車和非低速運行的電機,換向器的擺度可用測振儀來測量。先將測振儀進(jìn)行校準(zhǔn),在測振探頭——拾振器的探桿上套一個絕緣套,可手持或用套圈固定拾振器,使之接觸電刷壓板或刷握的壓指,即可從測振儀讀得換向器擺度。如果將測振儀的輸出接至示波器或記錄器,即可讀得變形數(shù)值并觀察振動波形。用測振儀測得的換向器擺度有時會有一定誤差,這是由于電機在高速轉(zhuǎn)動時,電刷的起伏幅度中,不僅有換向器的擺度,還包括了電刷的慣性跳動。(2)允許擺度。在測量擺度時,應(yīng)區(qū)分是換向器原因,還是凸片(或凹片)原因。當(dāng)換向器由于變形和偏心造成擺度時,在電機旋轉(zhuǎn)時,擺度是逐漸過渡的,換向片之間徑向的變化梯度較小,電刷的隨從性較好。由凸片(或凹片)造成的換向器擺度,其換向片局部位置在半徑方向的變化梯度較大,電刷隨從性不好,易引起電刷跳動,對滑動接觸的影響較大。當(dāng)換向器擺度超過額定值時,換向器必須進(jìn)行車削。3.換向器表面工作狀態(tài)的檢查換向器表面工作狀態(tài)是保持良好滑動接觸的重要因素之一。換向火花較大時,必須檢查換向器表面狀態(tài),換向器云母片質(zhì)量不好、云母片突出、換向片倒棱不直均會引起換向火花;換向器表面出現(xiàn)條紋、斑紋也會使換向火花加大;云母溝中積存碳粉和換向片擠銅產(chǎn)生銅毛刺會產(chǎn)生換向火花和閃絡(luò)。如果發(fā)現(xiàn)上述現(xiàn)象,必須立即清理換向器表面,使其工作狀態(tài)恢復(fù)正常。有害的換向火花會造成換向器表面燒傷,除一般燒傷外,有時會出現(xiàn)有規(guī)律的燒傷。通常燒傷的規(guī)律有重路數(shù)型、極距型、槽距型等,這時必須分析換向火花產(chǎn)生的電磁原因,找出問題并加以解決。三、電刷的保養(yǎng)與維修方法1.電刷中性面的檢查直流電機電刷中性面位置,一般應(yīng)嚴(yán)格在主磁極幾何中心線上,對于大型電機、可逆運行電機和高速電機尤其如此。因為當(dāng)電刷偏離主極中性面時,換向?qū)l(fā)生超前或延遲??v軸電樞會使電機的外特性發(fā)生變化,對可逆運行電機來說,兩個轉(zhuǎn)向下轉(zhuǎn)速不同,外特性不同,兩個轉(zhuǎn)向的換向強弱也不同。在電刷偏離中性面位置較大時,由于換向元件進(jìn)入主極磁通區(qū),電機將產(chǎn)生空載火花。電刷中性面檢查方法如下:將全部電刷篩起,在勵磁繞組出線端上連接一組蓄電池和一個刀閘開關(guān),再用毫伏表依次測量相隔一個極距的換向片,當(dāng)切斷和閉合開關(guān)時,毫伏表上指針將要擺動,毫伏表讀數(shù)最小位置所對應(yīng)換向片位置,即為電刷中性面的位置。在中性面確定后,將刷架或刷焊座圈固定螺釘松開,移動刷回使刷握中心線與中性面對正,此時再緊固固定螺釘,并用漆在機座與刷上做好標(biāo)志。應(yīng)該注意的是中性面檢查應(yīng)在刷距、極距調(diào)整后進(jìn)行,以減少誤差。2.刷距、極距和氣隙的檢查與調(diào)整直流電機各排電刷之間的距離、主極之間和換向極之間的距離應(yīng)力求相等。因為刷距和極距不等會造成各排電刷下被短路的元件在磁場中的位置不一樣,換向極磁場和換向元件電抗電勢波形不重合,造成電磁上的不對稱,各個刷架下火花不等會使電機換向不正常。(1)刷距的檢查與調(diào)整。刷距誤差通常為±0.5mm,一般用鋪紙等方法來檢查和調(diào)整,方法如下:首先將電機上一排刷架電刷位置調(diào)整好,使這排電刷邊緣正好與一個換向片邊緣相重合,然后在換向器表面鋪一張紙,在接縫處做好搭接標(biāo)記后取下,將紙以極數(shù)進(jìn)行等分。畫好等分線后,再鋪在換向器上,使調(diào)整好刷焊和刷握墊片,使每個刷架刷握中電刷的邊緣正好壓在一條等分線上,再將全部電刷落下,電刷邊緣與等分的距離就是刷距等分的誤差。如將全部電刷按等分線調(diào)整,則可糾正刷距誤差。應(yīng)該注意,在調(diào)整刷桿和刷握墊片時,應(yīng)使刷握離換向器表面距離符合要求。(2)極距的檢查和調(diào)整。由于磁極固定螺釘在運行后松動,極距分布將出現(xiàn)誤差,極距允許誤差為±0.75mm。極距較準(zhǔn)確的測量一般采用磁極極靴上畫中心線,再用游標(biāo)卡尺和卡鉗等進(jìn)行測量。當(dāng)電機裝配完后,電樞不能抽出的情況下,可以用卡鉗測量極靴邊緣之間的距離,也可以測量出極距等分誤差。(3)氣隙的檢查與調(diào)整。直流電機各主極和各換向極與電樞間隙(δ)必須均等,如氣隙不均,則各極下磁阻不等,在相同的勵磁磁勢下磁通量不相等,在部分刷架下火花就會較大。同時,由于主極下磁通量不等,還將出現(xiàn)電樞繞組內(nèi)環(huán)流和單邊磁拉力,當(dāng)電機運行后,由于機座變形、軸承磨損等原因,均會出現(xiàn)氣隙不均問題。為使定子和電樞間的氣隙沿圓周各點保持均勻,設(shè)計規(guī)定允許誤差如下:當(dāng)δ≤3mm時,允許誤差為±10%;當(dāng)δ>3mm時,允許誤差為±5%。氣隙的測量可采用塞尺進(jìn)行。在對氣隙進(jìn)行測量時,極靴和電樞表面的漆膜必須刮去,測量處必須直接接觸電樞和極靴疊片。此外,對于大中型直流電機,要防止鐵心圓度不準(zhǔn)確和轉(zhuǎn)軸彎曲造成氣隙值偏差。為得到準(zhǔn)確的氣隙平均值,應(yīng)將轉(zhuǎn)子位置每次盤車90°,共測量4次。3.電刷與刷握工作性能的檢查(1)電刷彈簧壓力的調(diào)整。合適的電刷壓力是保持滑動接觸的重要條件:電刷壓力過小,造成電刷跳動和接觸壓降不穩(wěn)定;壓力過大則可能造成電刷機械磨損增加,換向器溫升增高,電刷壓力不均勻,會造成各電刷之間電流分布不均和個別電刷的火花。電刷彈簧壓力一般應(yīng)保持在16~24kPa,而且電刷間的壓力差不超過±10%。電刷的壓力與電刷材質(zhì)和換向器表面圓周速度有關(guān),應(yīng)合理選定。電刷彈簧壓力測定方法如下:用彈簧秤在電刷提起方向鉤起電刷壓指,在電刷下墊一紙片,當(dāng)紙片能被輕輕拉出時,彈簧秤的讀數(shù)就是電刷彈簧壓力。(2)刷握間隙的檢查。電刷與刷握的配合應(yīng)保持合適間隙并應(yīng)符合一定公差。間隙過大,電刷在刷握內(nèi)晃動,影響接觸的穩(wěn)定,有時還產(chǎn)生“啃邊”現(xiàn)象;間隙過小,影響電刷在刷握內(nèi)的自由滑動,甚至被“卡死”。(3)刷握離換向器表面距離的檢查。由于刷架和刷握固定螺釘?shù)淖冃?,刷握離換向器表面距離將會發(fā)生變化。刷握離換向器表面距離應(yīng)保持在(2.5±0.5)mm范圍內(nèi)。刷握離換向器表面距離與電刷應(yīng)保持一定,這與防止振動有很大關(guān)系。雙斜刷握與換向器表面距離還會影響電刷寬度,當(dāng)距離過大時,電刷將產(chǎn)生“頂角”,影響工作。刷握距離可用厚度為2~3mm的絕緣板進(jìn)行檢查,當(dāng)距離超過允許值時,可用2.5mm厚絕緣板墊在刷握下,作為調(diào)整基準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整。(4)電刷材質(zhì)和鏡面檢查。電刷型號是否符合要求,鏡面是否出現(xiàn)異常,在換向火花較大時必須檢查。電刷是構(gòu)成滑動接觸的主要部件,電刷材質(zhì)和工作狀態(tài)對換向影響很大,若電刷牌號不合適或工作狀態(tài)不正常,將影響滑動接觸,或造成換向惡化。不同型號的電刷最好不要混用。電刷鏡面在換向正常時是平滑光亮的。換向火花較大時,就會出現(xiàn)霧狀和灼痕。當(dāng)電刷中含有碳化硅和金剛砂等雜質(zhì)時,鏡面中會出現(xiàn)白色斑點或在旋轉(zhuǎn)方向留下細(xì)溝。濕度過大或有酸性氣體,電刷表面將出現(xiàn)鍍銅現(xiàn)象。技能訓(xùn)練?直流電機的參數(shù)測定1.實訓(xùn)目的(1)掌握直流電機參數(shù)的測定方法,用伏安法測量直流電機的冷態(tài)電樞回路電阻和勵磁回路電阻。(2)進(jìn)一步加深對直流電機兩個回路的理解。2.實訓(xùn)工具和儀表(1)直流電機:220V,12.4A,1500r/min。(2)滑動變阻器:300Ω,3A。(3)電壓表:300V/75V。(4)直流電流表:30A。(5)功率表:5A,300V。(6)轉(zhuǎn)速計:測量轉(zhuǎn)速。(7)導(dǎo)線若干,開關(guān),電叉。3.實訓(xùn)方法和步驟(1)伏安法測直流電機電樞繞組冷態(tài)電阻。圖1-10為實驗接線圖,具體步驟如下。①按實驗接線圖將各元器件可靠連接。測量電樞繞組時,不接入勵磁繞組。②測量室溫和電機鐵心溫度并記錄,兩者比較確認(rèn)電機處于冷態(tài)。③將滑動變阻器R調(diào)至最大值,然后接通電源,調(diào)節(jié)R使實驗電流為變阻器額定電流(3A),測量此時繞組的電壓值和電流值,并記錄于表1-1中。④將繞組旋轉(zhuǎn)120°機械角,重復(fù)測量一次并記錄,之后再將繞組旋轉(zhuǎn)120°測量一次并記錄。(2)伏安法測直流電機勵磁繞組冷態(tài)電阻。圖1-11為實驗接線圖,具體步驟如下。①按實驗接線圖將各元器件可靠連接。測量勵磁繞組時,不接入電樞繞組。②將滑動變阻器R調(diào)至最大值,然后接通電源,調(diào)節(jié)滑動變阻器R使實驗電流接近勵磁電流額定值,測量此時繞組電壓值和電流值,并記錄于表1-2中。5.注意事項(1)在測量直流電機冷態(tài)電樞電阻時,為防止因?qū)嶒炿娏鬟^大而引起繞組的溫度上升,應(yīng)調(diào)節(jié)滑動變阻器使實驗電流不超過電機額定電流的10%。(2)測試過程中應(yīng)高度重視人身安全,一定要在確認(rèn)無人觸碰裸露導(dǎo)線、接線端子的情況下方能合閘供電。當(dāng)要改接導(dǎo)線或進(jìn)行其他涉電操作時,首先應(yīng)斷開電源。(3)注意保護設(shè)備、儀器不受損害,接線完畢后應(yīng)仔細(xì)檢查,防止錯接漏接,嚴(yán)格按照設(shè)備、儀器操作規(guī)程進(jìn)行操作,嚴(yán)禁擅自改變測量方案,嚴(yán)禁進(jìn)行不熟悉的操作。思考與練習(xí)1.直流電機的基本結(jié)構(gòu)主要包括哪兩大部分?它們的作用主要是什么?2.一臺直流電動機額定功率PN=180kW,額定電壓UN=230V,效率ηN=89.5%,求額定輸入功率和額定電流。3.為什么一臺直流電機既可以作為電動機運行又可以作為發(fā)電機運行?4.已知某直流電動機的額定功率PN=240kW,額定電壓UN=460V,額定轉(zhuǎn)速nN=600r/min,試求該電動機的額定電流。思考與練習(xí)5.已知某直流發(fā)電機的額定功率PN=10kW,額定電壓UN=230V,額定轉(zhuǎn)速nN=2850r/min,效率ηN=85%,求它的額定電流及額定負(fù)載時的輸入功率。6.如何判斷直流電機是運行于發(fā)電機狀態(tài)還是電動機狀態(tài)?能量轉(zhuǎn)換關(guān)系如何?7.為什么直流電機的電樞中的電流是交變電流?直流電機的換向器是如何將交變電流轉(zhuǎn)換成電刷上的直流電的?謝謝欣賞THANKYOUFORWATCHING第二章直流電動機的電力拖動電動機作為原動機,生產(chǎn)機械作為負(fù)載,電動機帶動生產(chǎn)機械運轉(zhuǎn)的方式稱為電力拖動。電力拖動系統(tǒng)是由電動機拖動,并且通過傳動機構(gòu)帶動生產(chǎn)機械運動的一種動力學(xué)系統(tǒng)。電力拖動系統(tǒng)一般由電動機、控制設(shè)備、傳動機構(gòu)、生產(chǎn)機械和電源五部分組成。電動機把電能轉(zhuǎn)換成機械能,通過傳動機構(gòu)(或直接)驅(qū)動生產(chǎn)機械工作。傳動機構(gòu)是把電動機的旋轉(zhuǎn)運動經(jīng)過中間變速或變換運動方式后,再傳給生產(chǎn)機械(有些情況下,電動機直接拖動生產(chǎn)機械,而不需要傳動機構(gòu))。生產(chǎn)機械是執(zhí)行某一生產(chǎn)任務(wù)的機械設(shè)備,是電力拖動的對象??刂圃O(shè)備由各種控制元器件組成,用以控制電動機,從而實現(xiàn)對生產(chǎn)機械的控制。為了向電動機及電氣控制設(shè)備供電,電源是不可缺少的。本章主要介紹電力拖動系統(tǒng)的運動方程式、機械特性、啟動、制動和調(diào)速等內(nèi)容。電力拖動系統(tǒng)的運動方程式和負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性1他勵直流電動機的工作特性和機械特性2他勵直流電動機的啟動3他勵直流電動機的制動4目錄CONTENTS他勵直流電動機的調(diào)速5電力拖動系統(tǒng)的運動方程式和負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性1一、電力拖動系統(tǒng)的運動方程式多數(shù)情況下,電力拖動系統(tǒng)在運行時,電動機作為原動機輸出轉(zhuǎn)矩,而生產(chǎn)機械作為電動機的負(fù)載,如機床、起重機械、風(fēng)機、泵等,負(fù)載的轉(zhuǎn)矩一般為制動轉(zhuǎn)矩。傳動機構(gòu)是指連接電動機和負(fù)載的裝置。如果忽略電動機的空載轉(zhuǎn)矩T0,根據(jù)牛頓第二定律可知,電力拖動系統(tǒng)的運動方程式可以表示為式中,Tem為電動機的輸出電磁轉(zhuǎn)矩,N·m;TL
為負(fù)載轉(zhuǎn)矩,N·m;J為運動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量,kg·m2;Ω為系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)的角速度,rad/s。
在實際工程計算中,一般用轉(zhuǎn)速n代替角速度Ω來表示系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動速度,用飛輪慣量或稱飛輪矩GD2
來代替轉(zhuǎn)動慣量J來表示系統(tǒng)的機械慣性,Ω與n、J與GD2
的關(guān)系為式中,n為轉(zhuǎn)速,r/min;m與G為旋轉(zhuǎn)體的質(zhì)量和重量,kg與N;r與D為慣性半徑與直徑,m;g為重力加速度,m/s2。把式(2-2)、式(2-3)代入式(2-1)中,可得運動方程式的實用形式:式中,GD2
為旋轉(zhuǎn)體的飛輪矩,N·m2。應(yīng)注意,式(2-4)中的375具有加速度量綱;而飛輪矩GD2
是反映物體旋轉(zhuǎn)慣性的一個整體物理量,電動機和生產(chǎn)機械的飛輪矩GD2
可以從產(chǎn)品樣本和有關(guān)設(shè)計資料中查到。由式(2-4)可知,系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)運動可分為以下三種狀態(tài)。二、電力拖動系統(tǒng)負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性電力拖動系統(tǒng)的運動方程式表明電力拖動系統(tǒng)的運行狀態(tài)(加速、減速和勻速)由電動機的電磁轉(zhuǎn)矩Tem
和生產(chǎn)機械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL
的共同作用來決定。要對運動方程式進(jìn)行求解,除了要知道電動機的機械特性n=f(Tem)外,還需要知道負(fù)載的機械特性n=f(TL)。負(fù)載的機械特性也稱負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性,簡稱負(fù)載特性。下面首先介紹生產(chǎn)機械的負(fù)載特性。不同類型的生產(chǎn)機械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性基本上可分為以下三大類。1.恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載是指生產(chǎn)機械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL
的大小與轉(zhuǎn)速n無關(guān),即無論轉(zhuǎn)速如何變化,負(fù)載的轉(zhuǎn)矩大小都保持不變。根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的方向是否與轉(zhuǎn)向有關(guān),恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載又可分為反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載和位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。(1)反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的特點是:負(fù)載的大小恒定不變,而負(fù)載的方向總是與轉(zhuǎn)速的方向相反,即負(fù)載的性質(zhì)總是起反抗運動作用的阻轉(zhuǎn)矩性質(zhì)。顯然,反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性曲線在第一和第三象限內(nèi),如圖2-1(a)所示。皮帶運輸機、軋鋼機、機床的刀架平移和行走機構(gòu)等由摩擦力產(chǎn)生負(fù)載轉(zhuǎn)矩的機械都屬于反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。(2)位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的特點是:無論轉(zhuǎn)速如何改變,負(fù)載的大小和方向都恒定不變。如起重機,無論是提升重物還是下放重物,由物體重力產(chǎn)生的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小和方向都是始終不變的。因此,位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的特性曲線位于第一和第四象限,如圖2-1(b)所示。2.恒功率負(fù)載恒功率負(fù)載的特點是:負(fù)載的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的乘積為一常數(shù),即
常數(shù),即負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL和轉(zhuǎn)速n成反比。恒功率負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性曲線是一條雙曲線,如圖2-2所示。
某些生產(chǎn)工藝過程要求具有恒功率負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性。例如,車床的切削,粗加工時需要較大的吃刀量和較低的轉(zhuǎn)速,精加工時需要較小的吃刀量和較高的轉(zhuǎn)速;又如,軋鋼機軋制鋼板時,小工件需要高速度低轉(zhuǎn)矩,大工件需要低速度高轉(zhuǎn)矩。這些工藝要求都是恒功率負(fù)載特性。3.風(fēng)機、泵類負(fù)載風(fēng)機、水泵、油泵、螺旋槳等機械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩基本與轉(zhuǎn)速的平方成正比,即TL∝kn2,其中k是比例常數(shù)。這類負(fù)載的負(fù)載特性曲線是一條拋物線,如圖2-3中曲線1所示。以上介紹的幾種負(fù)載特性是由各種實際負(fù)載中概括出來的典型負(fù)載特性。實際的生產(chǎn)機械的負(fù)載特性可能是以上幾種典型特性的結(jié)合。例如,實際的通風(fēng)機不僅具有風(fēng)機負(fù)載的特性,由于其軸承上還有一定的摩擦轉(zhuǎn)矩,因而實際通風(fēng)機的負(fù)載特性如圖2-3中曲線2所示。他勵直流電動機的工作特性和機械特性2一、他勵直流電動機的工作特性他勵直流電動機的工作特性是指電壓U=UN(常數(shù))、電樞回路不串入附加電阻、勵磁電流If=IfN(常數(shù))時,電動機的轉(zhuǎn)速n、電磁轉(zhuǎn)矩Tem
和效率η三者與輸出功率P2
之間的關(guān)系,用曲線n=f(P2)、Tem=f(P2)、η=f(P2)表示。實際運行中,由于電樞電流Ia比較容易測量,且Ia
與P2
成正比改變,因此,一般用曲線n=f(Ia)、Tem=f(Ia)、η=f(Ia)表示他勵直流電動機的工作特性。1.轉(zhuǎn)速特性他勵直流電動機的轉(zhuǎn)速特性是指電動機運行在額定電壓UN
和額定勵磁電流IfN
狀態(tài)時,轉(zhuǎn)速與電樞電流之間的關(guān)系,用曲線n=f(Ia)表示,如圖2-4中曲線1所示。由得轉(zhuǎn)速公式為(2-5)當(dāng)負(fù)載增大時,電動機輸出的機械功率P2
增大,輸入功率P1
也隨之增大。因為端電壓不變,電樞電流Ia
增大,轉(zhuǎn)速n減小,所以轉(zhuǎn)速特性曲線是一條略微向下傾斜的直線。2.轉(zhuǎn)矩特性
他勵直流電動機的轉(zhuǎn)矩特性是指電動機運行在額定電壓UN
和額定勵磁電流IfN狀態(tài)時,電磁轉(zhuǎn)矩與電樞電流之間的關(guān)系,用曲線Tem=f(Ia)表示,如圖2-4中曲線3所示。由式(1-12)可知,當(dāng)磁通Φ恒定時,電磁轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比。由于電磁轉(zhuǎn)矩上升的速率比電流要慢一些,因此,隨著電磁轉(zhuǎn)矩的增大,轉(zhuǎn)矩特性曲線為一條斜率逐漸下降的曲線。3.效率特性他勵直流電動機的效率特性是指電動機運行在額定電壓UN
和額定勵磁電流IfN狀態(tài)時,效率與電樞電流的關(guān)系,用曲線η=f(Ia)表示,如圖2-4中曲線2所示。由基本平衡方程式分析知當(dāng)直流電動機的電樞電流Ia
增大時,效率很快上升,但是當(dāng)電樞電流Ia
增大到一定值時,電樞繞組的銅損耗隨著電樞電流Ia
的增大快速增加,從而導(dǎo)致效率下降。故他勵直流電動機的效率特性曲線是一條先上升后下降的曲線。二、他勵直流電動機的機械特性1.他勵直流電動機的機械特性方程式
他勵直流電動機的機械特性是指電動機在穩(wěn)定運行情況下,轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩Tem
之間的關(guān)系,用曲線n=f(Tem)表示,如圖2-5所示。它是電動機機械性能的主要表現(xiàn),是分析電動機的啟動、調(diào)速和制動等問題的重要工具。將直流電動機的電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式代入直流電機電動勢平衡方程式中,可以得到他勵直流電動機的機械特性方程式為式中,R為電樞回路總電阻,R=Ra+RS,RS
為電樞回路串聯(lián)電阻,Ra
為電樞電阻;n0
為電磁轉(zhuǎn)矩Tem=0時的轉(zhuǎn)速,稱為理想空載轉(zhuǎn)速,在實際情況下,由于電動機的理想空載轉(zhuǎn)矩與電磁轉(zhuǎn)矩都不等于零,因此,實際空載轉(zhuǎn)速略小于理想空載轉(zhuǎn)速,;β為機械特性曲線斜率,;Δn為轉(zhuǎn)速降,?n=βTem
。由?n=βTem
可知,轉(zhuǎn)速降Δn與機械特性曲線的斜率β成正比。當(dāng)電動機的電磁轉(zhuǎn)矩由零逐漸增大時,轉(zhuǎn)速從n0
開始逐漸下降,其下降的數(shù)值即為轉(zhuǎn)速降Δn。通常在β較大時稱電動機的機械特性較軟,β較小時稱電動機的機械特性較硬。2.他勵直流電動機的固有機械特性他勵直流電動機的固有機械特性是指當(dāng)電動機電源電壓和勵磁磁通為額定值,且電樞回路不串聯(lián)電阻時的機械特性,其表達(dá)式為3.他勵直流電動機的人為機械特性與他勵直流電動機的固有機械特性相對應(yīng)的是人為機械特性。人為機械特性是指當(dāng)人為地改變電源電壓、勵磁磁通或者電樞回路串電阻時得到的機械特性。本章的第五節(jié)中會對他勵直流電動機的人為機械特性進(jìn)行詳細(xì)分析。他勵直流電動機的啟動3啟動是指當(dāng)電動機接通電源后,由靜止?fàn)顟B(tài)加速到穩(wěn)定運行狀態(tài)的過程。電動機在啟動時,必須先給勵磁回路通入額定勵磁電流,然后給電樞回路通入電壓。由直流電機的電動勢平衡方程式可知,當(dāng)電動機在額定電壓UN下運行時,電樞電流Ia
為式中,Ea為電樞電動勢,V。
當(dāng)電動機剛啟動時,轉(zhuǎn)速n=0,感應(yīng)電動勢Ea=CeΦn=0,此時電樞電流Ia即為啟動電流。由于電樞電阻Ra較小,在額定電壓下啟動電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電動機的最大允許電流,這樣會燒毀電動機。因此,直流電動機一般不能直接啟動,常常需要給電樞回路串入電阻再通電啟動或者采用降低啟動電壓的方式啟動。一、他勵直流電動機的直接啟動電動機在額定勵磁電流和額定電樞電壓下直接啟動時,在啟動瞬間,轉(zhuǎn)速n=0,電樞電動勢Ea=0,則電樞電流Ia
為啟動電流Ist,電磁轉(zhuǎn)矩為啟動轉(zhuǎn)矩Tst。此時,由直流電機電動勢平衡方程式可得電機直接啟動時的電流和電磁轉(zhuǎn)矩為因為電樞繞組的電阻很小,故由式(2-10)可知,此時的啟動電流較大,通常Ist=?(10~20)
IN
。過大的啟動電流一方面會使電動機在換向時產(chǎn)生較強的火花,甚至形成環(huán)火;另一方面會使電樞繞組因過熱而燒毀。同時,大電流產(chǎn)生的大轉(zhuǎn)矩會損壞傳動機構(gòu)。因此,除了小容量的電動機允許直接啟動外,普通容量和大容量的直流電動機均不允許直接啟動。通常采取增加啟動設(shè)備或限制電流的措施來控制電動機的啟動過程。一般直流電動機的啟動有如下要求。(1)要有足夠大的啟動轉(zhuǎn)矩,一般Tst≥?(1.1~1.2)
TN
。(2)啟動電流要限制在一定范圍之內(nèi)。(3)啟動設(shè)備簡單、可靠。由式(2-10)可知,啟動時限制電流的方法有兩種:一是增加電樞回路電阻;二是降低電樞電壓。二、他勵直流電動機電樞回路串聯(lián)電阻啟動電樞回路串聯(lián)電阻啟動是指電動機在額定電壓下啟動時,在其電樞回路中串入分級電阻,在啟動過程中將分級電阻逐個斷開,啟動結(jié)束時分級電阻全部斷開。圖2-6所示為電樞回路串聯(lián)電阻啟動的原理圖。啟動時,觸頭KM1、KM2、KM3斷開,分級電阻全部串入電樞回路。在啟動過程中,依次閉合觸頭KM3、KM2、KM1。啟動結(jié)束時,觸頭KM1、KM2、KM3全部閉合,電動機穩(wěn)定運行。電樞回路串聯(lián)電阻啟動的機械特性如圖2-7所示。現(xiàn)結(jié)合機械特性曲線分析其啟動過程。啟動時,斷開觸頭KM1、KM2、KM3,分級電阻全部串聯(lián)入電樞回路,啟動電流Ist
為式中,R為串聯(lián)分級電阻后電樞回路的總電阻,
啟動瞬間的機械特性為圖2-7中曲線1上的a點。由于啟動轉(zhuǎn)矩Tst
大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL,因此,電動機開始加速,電樞電動勢Ea
逐漸增大,電樞電流和電磁轉(zhuǎn)矩逐漸減小,工作點沿曲線1箭頭方向上升。當(dāng)轉(zhuǎn)速增大到n1
時,電動機的工作點對應(yīng)曲線1上的b點(此時電流降為I′st,轉(zhuǎn)矩降為T′st)。閉合觸頭KM3,切除電阻Rst3
的瞬間,由于機械慣性,轉(zhuǎn)速不會突變,所以工作點由曲線1上的b點沿水平方向平移到曲線2上的c點,此時電動機又處于啟動轉(zhuǎn)矩(Tst1)大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩(TL)的狀態(tài),工作點沿曲線2箭頭方向再次上升。同理,當(dāng)工作點到達(dá)d點和f點時,依次閉合觸頭KM2、KM1,切除電阻Rst2、Rst1,當(dāng)啟動過程結(jié)束時,電動機穩(wěn)定運行于曲線4上的h點。一般情況下,在電樞繞組串聯(lián)電阻啟動的過程中,電阻的切除過程全部由自動控制設(shè)備完成。電樞回路串聯(lián)電阻啟動的優(yōu)點是操作簡單、可靠,缺點是啟動時電阻消耗的電能較多,效率較低。三、他勵直流電動機的降壓啟動降壓啟動是指啟動前降低電動機電樞繞組兩端的電壓,以減小啟動電流Ist的啟動方法,當(dāng)直流電源電壓可調(diào)時可以采用此方法。降壓啟動的機械特性如圖2-8所示。啟動時,通過降低電源電壓,使啟動電流限制在電動機允許范圍內(nèi)。隨著電動機轉(zhuǎn)速的上升,電樞電動勢Ea逐漸增大,電樞電流和電磁轉(zhuǎn)矩逐漸減小,工作點沿圖2-8中曲線1箭頭方向開始上升。當(dāng)工作點到達(dá)a點時,升高電源電壓,使電樞電流和電磁轉(zhuǎn)矩增大到一定數(shù)值。由于在升高電壓的瞬間轉(zhuǎn)速不能突變,因此,工作點由曲線1上的a點平移到曲線2的b點。此時,由于啟動轉(zhuǎn)矩Tst1
大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL,因此,電動機繼續(xù)加速,工作點沿曲線2箭頭方向繼續(xù)上升。同理,當(dāng)電源電壓升到額定值時,啟動過程結(jié)束,電動機穩(wěn)定運行于圖2-8中的e點。降壓啟動的優(yōu)點是啟動過程快、平穩(wěn),而且能量損耗??;缺點是需要專用電源設(shè)備,投資大。他勵直流電動機的制動4電動機的制動主要分為機械制動和電氣制動兩大類,這里主要考慮電氣制動過程。電動機的電氣制動是指當(dāng)電動機的電磁轉(zhuǎn)矩Tem
與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反時,電動機由運行狀態(tài)進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)的過程。此時電磁轉(zhuǎn)矩Tem
為制動轉(zhuǎn)矩,電動機將機械能轉(zhuǎn)換為電能。常見的電氣制動方法有能耗制動、反接制動和回饋制動。一、他勵直流電動機能耗制動能耗制動是指電動機把拖動系統(tǒng)的動能轉(zhuǎn)換為電能并消耗在電樞回路的電阻上,直到電動機停止轉(zhuǎn)動的過程。圖2-9為他勵直流電動機能耗制動電路原理圖。當(dāng)電動機處于電動狀態(tài)時,觸頭KM閉合、KM1斷開。能耗制動時,觸頭KM斷開、KM1閉合,能耗電阻Rb接入電樞回路,實現(xiàn)能耗制動。此時電動機為制動狀態(tài),電動機靠生產(chǎn)機械慣性力的拖動而發(fā)電(當(dāng)作發(fā)電機運行),動能轉(zhuǎn)換為電能并消耗在電阻Ra+Rb
上,直到電動機停止轉(zhuǎn)動為止。將UN=0,Φ=ΦN,R=Ra+Rb
代入電動機的機械特性方程式,可知能耗制動時的機械特性為由式(
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