船舶電力拖動系統(tǒng)-直流電機

主要內(nèi)容

MainContent任務(wù)1直流電機任務(wù)2變壓器任務(wù)3交流異步電動機任務(wù)4控制電機及在船舶上的應(yīng)用任務(wù)5船舶常用控制電器4.1直流電機DCmotor

直流電動機感性認識（圖片）一、直流電動機的基本工作原理直流電源電刷換向器電樞繞組4.1.1直流電機的工作原理4.1直流電機a.電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用（左手定則）

b.換向器的作用：保證流入的磁極下的電流方向不變（直流電）

c.基本工作原理

通過電刷將直流電源加到電動機換向器上，換向器與電樞線圈相連，電樞中有電流流過，電樞電流受磁場作用力而使得電樞轉(zhuǎn)動。由于電刷和換相器的作用，每一極性下的導(dǎo)體中的電流方向始終不變，產(chǎn)生單方向的電磁轉(zhuǎn)矩，使電樞向一個方向旋轉(zhuǎn)，這就是直流電動機的基本工作原理。

4.1直流電機二、直流發(fā)電機的基本工作原理同一臺電機，既可作電動機運行又可作發(fā)電機運行的原理，在電機理論中稱為可逆原理。當原動機以某一轉(zhuǎn)速拖動轉(zhuǎn)子（電樞）旋轉(zhuǎn)，電樞繞組切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，形成感應(yīng)電流，通過電刷流過負載，實現(xiàn)機械能轉(zhuǎn)換成電能。發(fā)電機：電樞電流與電樞電壓方向相反，輸入轉(zhuǎn)距，輸出電能；電動機：電樞電流與電樞電壓方向相同，消耗電能，輸出轉(zhuǎn)距。4.1直流電機4.1.2直流電機的構(gòu)造、勵磁方式一、直流電機的構(gòu)造（一）定子組成：機座、主磁極、換向極、端蓋、軸承、和電刷等。作用：產(chǎn)生磁場、支撐作用。1）主磁極組成：由主極鐵心、勵磁繞組組成、作用：產(chǎn)生工作磁場。2）換向極組成：由鐵心、繞組組成。換向極繞組與電樞繞組串聯(lián)。作用：改善電機的換向性能，防止產(chǎn)生電弧火花。3）電刷裝置接通外電路與電樞繞組。和換向器一起將繞組內(nèi)交流電—轉(zhuǎn)換為外部直流電。4）機座固定與支撐作用，另外也是磁路的一部分。4.1直流電機主磁極換向極電刷裝置4.1直流電機機座磁極勵磁繞組直流電動機結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)子換向器（二）轉(zhuǎn)子（電樞）包括電樞鐵心、繞組、換向器和轉(zhuǎn)軸等1）電樞鐵心：由0.35—0.5mm厚的硅鋼片疊制而成。2）電樞繞組：由絕緣導(dǎo)線繞制的電樞線圈組成3）換向器：由絕緣材料相隔的銅片做成，并固定在軸上。轉(zhuǎn)子換向器4.1直流電機二、直流電機的勵磁方式根據(jù)勵磁線圈和轉(zhuǎn)子繞組的聯(lián)接關(guān)系，勵磁式的直流電機又可細分為：他勵電動機：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的電源分開。并勵電動機：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞并聯(lián)到同一電源上。串勵電動機：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞串聯(lián)接到同一電源上。復(fù)勵電動機：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的聯(lián)接有串有并，接在同一電源上。4.1直流電機三、直流電機的銘牌數(shù)據(jù)直流電機的額定數(shù)據(jù)主要有以下幾種。1、額定容量（功率）PN

（單位：KW）直流電動機PN=UNINりN

（輸出機械能）直流發(fā)電機PN=UNIN

（輸出電能）2、額定電壓UN

（單位：V）在額定情況下，電刷兩端輸出（發(fā)電機）或輸入（電動機）的電壓。3、額定電流IN

（單位：A）在額定情況下，電刷流入或流出的電流。4、額定轉(zhuǎn)速nN

（單位：r/min）在額定功率、額定電壓、額定電流時電機的轉(zhuǎn)速。5、額定勵磁電流IfN（單位：A）6、銘牌上沒有的額定值：額定轉(zhuǎn)矩TN

、額定效率りN

其中TN=9.55PN/nN

りN

：在帶額定負載運行是，輸出機械功率與輸入功率之比。4.1直流電機4.1.3直流電機的運行特性一、直流電動機的機械特性電勢平衡方程：4.1直流電機（1）他（或并）勵電動機，由于每極磁通、理想空載轉(zhuǎn)速和系數(shù)

均為常數(shù)，故轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩T的增加而降低。但由于電樞電阻很小，轉(zhuǎn)速隨負載的變化不大，如圖2.14曲線1所示。（2）串勵電動機，由于串勵磁通中隨負載的增加而增加，從而使轉(zhuǎn)速隨負載的增加而迅速下降（曲線2），是軟機械特性。此外，因為空載時串勵磁通

，故理想空載轉(zhuǎn)速趨于無窮大，有空載“飛車”的危險。（3）復(fù)勵電動機的機械特性介于并勵和串勵之間（曲線3），若串勵比較強，則它既具有串勵的軟特性又有安全的理想空載轉(zhuǎn)速。4.1直流電機1、空載特性條件：I=0，n=nN。特性：E=f（If）或

U0=f（If）實質(zhì)：——磁化曲線。與同步發(fā)電機相似，也是電機磁路的磁化曲線。一、直流發(fā)電機的機械特性4.1直流電機2、自勵發(fā)電機的建壓條件1)電機磁路中要有剩磁。如果沒有剩磁，可用其他直流電源(例如干電池)給主磁極充磁；2)勵磁電流產(chǎn)生的磁場要與剩磁場方向相同。因此勵磁繞組并聯(lián)到電樞兩端的極性正確，如果并聯(lián)極性不正確，可將并勵繞組并到電樞繞組的兩個端頭對調(diào)；3)勵磁回路的總電阻小于建壓臨界電阻。4.1直流電機3、外特性電壓平衡方程為：4.1直流電機4.1.4直流電機的起動、調(diào)速及反轉(zhuǎn)一、直流電動機的起動

因為起動時，轉(zhuǎn)速為零，電樞感應(yīng)的電勢為零，根據(jù)電壓平衡方程，起動時電樞電流Ia=（U-Ea）/Ra=U/Ra。而∵電樞電阻通常很小，所以起動電流很大（10～20倍的額定電流）?！?.5kW以上的直流電動機不能直接起動，否則Ia、T沖擊很大，火花很大。

起動方法：在保持最大勵磁電流情況下，1.電樞回路串電阻起動；2.降壓起動。起動電流控制在1.5～2.0In。

注：1.起動時，勵磁磁場通常應(yīng)該最大，才能減少起動電流，并增加起動轉(zhuǎn)矩；2.電樞繞組串聯(lián)的起動電阻不能采用滑動變阻器，應(yīng)采用分段切除的變阻器（∵大電流）。4.1直流電機4.1直流電機4.1直流電機二、直流電動機的調(diào)速直流電動機的機械特性表達式為：

由機械特性，可知直流電動機的基本調(diào)速方法有三種：——

可分別單獨調(diào)節(jié)和同時配合調(diào)節(jié)。

1.電樞回路串電阻調(diào)速；

2.弱磁調(diào)速；

3.降壓調(diào)速4.1直流電機1、

電樞串電阻調(diào)速

特點：簡單、有級，但特性變軟、電阻耗能大?？蛰d調(diào)速不明顯。屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速：帶恒額定轉(zhuǎn)矩調(diào)速時，電流不會超過額定值。

所謂“恒轉(zhuǎn)矩”/“恒功率”調(diào)速，主要指適合于所帶負載的類型，即后面所講的“容許輸出”。4.1直流電機2、改變主磁通的調(diào)速

由于電動機磁路已經(jīng)確定，且設(shè)計時一般電機磁路都處于“半飽和”狀態(tài)。因此，改變主磁通只能減少，不能增加（增加則飽和，且勵磁損耗大），固常稱為“弱磁調(diào)速”。

弱磁則n、I增加，只有當TL減小，即I=T/（KTΦ）不變，使I不超過額定值，∵I=T/(KTΦ)，E≈U不變，而P=EI=KeΦnT/(KTΦ)∝nT?！嗾{(diào)速時應(yīng)保持P恒定，即屬于“恒功率調(diào)速”。特點：特性變軟，可無級(平滑)調(diào)速。4.1直流電機3、改變電樞電壓的調(diào)速

降壓調(diào)速：理想空載轉(zhuǎn)速減小，電動機的轉(zhuǎn)速也相應(yīng)減小。屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。方法：1.G-M系統(tǒng)(可通過改變直流發(fā)電機的勵磁)，2.晶閘管整流裝置(改變導(dǎo)通角)，從而改變電動機的電壓。降壓和弱磁結(jié)合的調(diào)速：一般的調(diào)速規(guī)律：nN以下恒轉(zhuǎn)矩，保證足夠的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩；nN以上則為恒功率，保證電動機不過載。

特點：特性硬度不變,無級調(diào)速,屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。4.1直流電機二、直流電動機的制動

他勵直流電動機的制動也包括：反接、能耗、回饋等三種。但是應(yīng)該注意：∵電樞電阻很小，∴反接制動和能耗制動一般都需串入電阻限制電流。1.反接制動：特征：電樞電壓與電動勢方向相同。也有電源反接和倒拉反接兩種。

電源反接：電樞回路串入大的電阻，同時將電源極性反向。

倒拉反接：帶位能性恒轉(zhuǎn)矩負載時，在電樞回路串入很大的電阻，電動機產(chǎn)生的電