機械傳動控制 - 直流電機的工作原理及特性

第三章直流電機的

工作原理及特性3.1直流電機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理3.2直流發(fā)電機3.3直流電動機的機械特性3.4直流他勵電動機的啟動特性3.5直流他勵電動機的調(diào)速特性3.6直流他勵電動機的制動特性第三章直流電機的

工作原理及特性重點和難點重點①機械特性是分析啟動、調(diào)速和制動特性的依據(jù)，所以機械特性是電動機內(nèi)容的重中之重

②他勵直流電動機的啟動特性

③他勵直流電動機的調(diào)壓調(diào)速特性

第三章直流電機的

工作原理及特性難點本章較難理解的內(nèi)容是電流、電勢的換向過程和電動機的制動過程；電動機在各種運轉(zhuǎn)狀態(tài)下電磁轉(zhuǎn)矩

TM、負載轉(zhuǎn)矩TL、轉(zhuǎn)速n、電樞電流Ia和電勢E等符號的確定。

作業(yè)：3.83.153.18第三章直流電機的工作原理及特性

3.1直流電機的基本結(jié)構(gòu)和

工作原理換向器定子轉(zhuǎn)子3.1.1直流電機的基本結(jié)構(gòu)第三章直流電機的工作原理及特性

3.1直流電機的基本結(jié)構(gòu)和

工作原理3.1.1直流電機的基本結(jié)構(gòu)(定子剖面圖)主磁極換向極磁極數(shù)－主磁極的個數(shù)磁極對數(shù)=磁極數(shù)/2第三章直流電機的工作原理及特性

3.1直流電機的基本結(jié)構(gòu)和

工作原理3.1.1直流電機的基本結(jié)構(gòu)(轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖）轉(zhuǎn)子換向片轉(zhuǎn)軸電樞線圈電樞鐵芯硅鋼沖片第三章直流電機的工作原理及特性

3.1直流電機的基本結(jié)構(gòu)和

工作原理3.1.1直流電機的基本結(jié)構(gòu)(轉(zhuǎn)子硅鋼沖片圖）第三章直流電機的工作原理及特性

3.1直流電機的基本結(jié)構(gòu)和

工作原理3.1.1直流電機的基本結(jié)構(gòu)(換向器圖）電刷換向片第三章直流電機的工作原理及特性

3.1.2直流電機的工作原理有關(guān)磁場的幾個物理量1.磁感應(yīng)強度B(磁場強弱和方向)NS電流方向NS右手螺旋法則非鐵磁材料鐵磁材料磁感應(yīng)強度磁場強度鐵磁材料導磁系數(shù)真空中的導磁系數(shù)鐵磁材料有磁滯現(xiàn)象、磁滯損耗、渦流損耗。第三章直流電機的工作原理及特性

3.1.2直流電機的工作原理有關(guān)磁場的幾個物理量2.鐵磁材料的磁化曲線（鐵、鎳、鈷及它們的合金）第三章直流電機的工作原理及特性

3.1.2直流電機的工作原理有關(guān)磁場的幾個物理量3.

右手定則左手定則

B---磁感應(yīng)強度v---速度方向e---感應(yīng)電勢I---電流方向f---電磁力方向第三章直流電機的工作原理及特性

3.1.2直流電機的工作原理有關(guān)磁場的幾個物理量4.

電路

磁路電流

I

磁通

φ電動勢

E

磁通勢

F電壓降

U=IR

磁壓降電阻

R

磁阻

Rm歐姆定律磁路歐姆定律第三章直流電機的工作原理及特性

3.1.2直流電機的工作原理Ke—電勢常數(shù)(pN/60a)Kt---轉(zhuǎn)矩常數(shù)(pN/2πa)=9.55KeNSne,i第三章直流電機的工作原理及特性

3.2直流發(fā)電機他勵并勵串勵復(fù)勵勵磁方式第三章直流電機的工作原理及特性

3.2.1他勵發(fā)電機當發(fā)電機空載時，Ia=0空載特性第三章直流電機的工作原理及特性

3.2.1他勵發(fā)電機他勵發(fā)電機的外特性電壓變化率大約為5%～10%第三章直流電機的工作原理及特性

3.2.2并勵發(fā)電機電壓平衡方程并勵發(fā)電機工作的條件1.要有剩磁；2.勵磁電流產(chǎn)生的磁場方向和剩磁方向相同；3.Rf’不能太大。()()10.3//7.3IIIIRUIRUIRIEUfaffaa?+==￠=-=第三章直流電機的工作原理及特性

3.2.2并勵發(fā)電機U0并勵發(fā)電機自勵和外特性Ifn=Rf=c第三章直流電機的工作原理及特性

3.2.3復(fù)勵發(fā)電機U0主勵磁補償繞組IUIN復(fù)勵發(fā)電機外特性過復(fù)勵平復(fù)勵欠復(fù)勵第三章直流電機的工作原理及特性

3.3直流電動機的機械特性3.3.1

他勵電動機的機械特性電壓平衡方程第三章直流電機的工作原理及特性

3.3.1

他勵電動機的機械特性n=f(T)n0---理想空載轉(zhuǎn)速（T=0）△n—速度降T0堵轉(zhuǎn)矩堵轉(zhuǎn)電流機械特性硬度nn0TdT他勵電動機的機械特性硬特性β＞10軟特性β＜10絕對硬特性β→∞第三章直流電機的工作原理及特性

3.3.1

他勵電動機的機械特性當n=0時，（3.13）式為第三章直流電機的工作原理及特性

3.3.1

他勵電動機的機械特性1.固有機械特性

n=f(T)由求（1）估算電樞電阻RaU=UN,φ=ΦnRad=0第三章直流電機的工作原理及特性

3.3.1

他勵電動機的機械特性1.固有機械特性

n=f(T)（2）計算額定條件下反電勢第三章直流電機的工作原理及特性

3.3.1

他勵電動機的機械特性（3）求理想空載轉(zhuǎn)速（4）求額定轉(zhuǎn)矩1.固有機械特性

n=f(T)第三章直流電機的工作原理及特性

3.3.1

他勵電動機的機械特性2.人為機械特性（改變U、φ、Rad）1)串接電阻Rad第三章直流電機的工作原理及特性

3.3.1

他勵電動機的機械特性2.人為機械特性（改變U、φ、Rad）1)串接電阻Rad串接電阻后1.

n0不變；2.K斜率變大即機械特性變軟。第三章直流電機的工作原理及特性

3.3.1

他勵電動機的機械特性2.人為機械特性（改變U、φ、Rad）1.改變n0(減小)2.斜率k不變機械特性硬度不變1.n0增加2.斜率變大，特性變軟第三章直流電機的工作原理及特性

3.3.2串勵電動機的機械特性軟特性代入（3.13）得第三章直流電機的工作原理及特性

3.3.3復(fù)勵電動機的機械特性具有他勵和串勵電動機的性質(zhì)他勵磁通φes=70%總磁通串勵磁通φs=30%總磁通他勵復(fù)勵串勵第三章直流電機的工作原理及特性

電動機的機械特性例題

例3-1

一臺他勵直流電動機在穩(wěn)態(tài)下運行時，電樞反電勢E＝E1，如負載轉(zhuǎn)矩TL=常數(shù)，外加電壓和電樞電路中的電阻均不變，問減弱勵磁使轉(zhuǎn)速上升到新的穩(wěn)態(tài)值后，電樞反電勢將如何變化?是大于、小于還是等于E1?解

兩個已知條件，一個是負載轉(zhuǎn)矩TL＝常數(shù)；一個是從一個穩(wěn)態(tài)到另一個穩(wěn)態(tài)(而不涉及瞬態(tài)過程)，電樞反電勢是穩(wěn)態(tài)值。

注意：從不能判斷E是如何變化的第三章直流電機的工作原理及特性

電動機的機械特性例題例3-2

一臺他勵直流電動機，功率PN=5.5KW,UN=220V,IN=31A,nN=1500r/min,忽略損耗，認為額定運行時的電磁轉(zhuǎn)矩近似等于輸出轉(zhuǎn)矩，試繪制電機近似的固有機械特性。解：n=f(TL)是一條直線，故只要兩點，理想空載點（0，n0）(TN,,nN)(1)估算Ra第三章直流電機的工作原理及特性

電動機的機械特性例題(2)求n0(3)求TN也可求第三章直流電機的工作原理及特性

3.4直流他勵電動機的啟動特性啟動時n=0E=0

啟動電流啟動電流不得大于（1.5～2）額定電流原則:1.T1(I1)≤2TN2.T2(I2)基本相同多段啟動電阻啟動的他勵電動機第三章直流電機的工作原理及特性

3.4直流他勵電動機的啟動特性第三章直流電機的工作原理及特性

3.5直流他勵電動機的調(diào)速特性速度調(diào)節(jié)-----在一定的負載下，人為改變參數(shù)，達到改變電動機穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。速度變化-----由于負載發(fā)生變化而引起電動機轉(zhuǎn)速改變。第三章直流電機的工作原理及特性

3.5直流他勵電動機的調(diào)速特性3.5.1電樞電路外串電阻Rad缺點1.機械特性變軟，穩(wěn)定性差；2.輕載時調(diào)速范圍不大；3.無級調(diào)速困難；電阻上消耗大量電能；4.啟動電阻不能用來調(diào)速適用于起重機、卷揚機。第三章直流電機的工作原理及特性

3.5直流他勵電動機的調(diào)速特性3.5.2改變電壓調(diào)速特點1.連續(xù)平滑調(diào)速，在UN以下調(diào)速；2.機械特性硬度不變；3.調(diào)速時電流不變，轉(zhuǎn)矩不變，恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。4.利用降壓啟動電機,而不用其他設(shè)備。第三章直流電機的工作原理及特性

3.5直流他勵電動機的調(diào)速特性T1<T2<T3T3T2UnnT1Ua0調(diào)節(jié)特性3.5.2改變電壓調(diào)速(調(diào)節(jié)特性n=f(U))始動電壓第三章直流電機的工作原理及特性

3.5直流他勵電動機的調(diào)速特性3.5.3改變主磁通φ特點（1）只能在n0以上進無級調(diào)速；（2）機械特性變軟，調(diào)速范圍不大；（3）恒功率調(diào)速（P=UIa）通常同調(diào)壓調(diào)速配合使用（n0以下用調(diào)壓，n0以上用調(diào)磁通的方法）。注意！輕載時產(chǎn)生飛車事故第三章直流電機的工作原理及特性

3.6直流他勵電動機的制動特性制動─是從穩(wěn)定轉(zhuǎn)速開始減速到停止或者限制位能負載下降速度的一種運轉(zhuǎn)狀態(tài)。電動狀態(tài)：電動機發(fā)出的T和n方向相同；制動狀態(tài)：（發(fā)電狀態(tài)）轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n方向相反。穩(wěn)定的制動狀態(tài)(n=C)過渡的制動狀態(tài)(n是變化的)第三章直流電機的工作原理及特性

3.6.1反饋制動特點：n>n0Ia=-Ia

+TM→-TM電動機變成發(fā)電機機械能變成電能向電源饋送稱為反饋第三章直流電機的工作原理及特性

3.6.1反饋制動降壓調(diào)速過程中的反饋制動下放電動狀態(tài)下放制動狀態(tài)提升電動狀態(tài)

a點→b點n↑E↑Ia↓-TM↓制動矩B點→C點│n│>n0Ia=-Ia-TM→TM與n反方向制動改變Rad改變下降的nRad太大n很高不安全下放重物時的反饋制動過程第三章直流電機的工作原理及特性

3.6.2反接制動1.電源反接制動反接電動正向電動反接制動位能負載時制動注意：反接時U與E相加，電流很大用Rad限流應(yīng)用：快停、經(jīng)常正反轉(zhuǎn)第三章直流電機的工作原理及特性

3.6.2反接制動2.倒拉反接制動(串接Rad