No.04第四章 直流電機的工作原理及特性4ppt課件

第四章直流電機的工作原理及特性 4 1直流電機的基本結構和工作原理4 2直流發(fā)電機4 3直流電動機的機械特性4 4直流他勵電動機的啟動特性4 5直流他勵電動機的調速特性4 6直流他勵電動機的制動特性 主要內容 第四章直流電機的工作原理及特性4 1直流電機的基本結構和工作原理 4 1 1直流電機的基本結構 換向器 定子 轉子 第四章直流電機的工作原理及特性4 1直流電機的基本結構和工作原理 4 1 1直流電機的基本結構 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 第四章直流電機的工作原理及特性4 1直流電機的基本結構和工作原理 4 1 1直流電機的基本結構 轉子結構圖 轉子 換向片 轉軸 電樞線圈 第四章直流電機的工作原理及特性4 1直流電機的基本結構和工作原理 4 1 1直流電機的基本結構 轉子硅鋼沖片圖 電樞鐵芯硅鋼沖片 第四章直流電機的工作原理及特性4 1直流電機的基本結構和工作原理 電刷 換向片 4 1 1直流電機的基本結構 換向器圖 第四章直流電機的工作原理及特性4 1 2直流電機的工作原理 有關磁場的幾個物理量1 磁感應強度B 磁場強弱和方向 N S N S N N S S 電流方向 右手螺旋法則 第四章直流電機的工作原理及特性4 1 2直流電機的工作原理 有關磁場的幾個物理量2 右手定則左手定則 B 磁感應強度v 速度方向e 感應電勢 I 電流方向f 電磁力方向 第四章直流電機的工作原理及特性4 1 2直流電機的工作原理 有關磁場的幾個物理量3 電路磁路電流I磁通 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 第四章直流電機的工作原理及特性4 1 2直流電機的工作原理 N S n e i Ke 電勢常數(shù) pN 60a Km 轉矩常數(shù) pN 2 a 9 55Ke 1 電動勢E 根據(jù)電磁學原理 兩電刷間的感應電動勢為 式中 E 感應電動勢 V 對磁極的磁通 Wb n 電樞轉速 r min Ke 與電機結構有關的常數(shù) 直流發(fā)電機中 電動勢的方向總是與電流的方向相同 被稱為電源電動勢 直流電動機中 電動勢的方向總是與電流的方向相反 被稱為反電動勢 第四章直流電機的工作原理及特性4 1 2直流電機的工作原理 2 電磁轉矩TM 電樞繞組中的電流和磁通相互作用 產(chǎn)生電磁力和電磁轉矩 其大小可用如下公式表示 式中 TM 電磁轉矩 N m 對磁極的磁通 Wb Ia 電樞電流 A Km 與電機結構有關的常數(shù) Km 9 55Ke 第四章直流電機的工作原理及特性4 1 2直流電機的工作原理 直流發(fā)電機和直流電動機的電磁轉矩的作用是不同的 發(fā)電機的電磁轉矩是阻轉矩 它與電樞轉動的方向或原動機的驅動轉矩的方向相反 因此 在等速轉動時 原動機的轉矩T1必須與發(fā)電機的電磁轉矩TM及空載損耗轉矩T0相平衡 電動機的電磁轉矩是驅動轉矩 它使電樞轉動 因此 電動機的電磁轉矩TM必須與機械負載轉矩TL及空載損耗轉矩T0相平衡 第四章直流電機的工作原理及特性4 1 2直流電機的工作原理 應用單軸拖動系統(tǒng)的動力學方程 從以上分析可知 直流電機作發(fā)電機運行和作電動機運行時 雖然都產(chǎn)生電動勢E和電磁轉矩TM 但二者的作用正好相反 第四章直流電機的工作原理及特性4 1 2直流電機的工作原理 第四章直流電機的工作原理及特性4 2直流發(fā)電機 他勵 并勵 串勵 復勵 勵磁方式 第四章直流電機的工作原理及特性4 2他勵發(fā)電機 當發(fā)電機空載時 Ia 0 空載特性 電壓平衡方程 第四章直流電機的工作原理及特性4 3直流電動機的機械特性 4 3 1他勵電動機電壓平衡方程 n f T T0 n0 理想空載轉速 T 0 n 速度降 第四章直流電機的工作原理及特性4 3直流電動機的機械特性 4 3 2他勵電動機機械特性 nn0 TdT 當n 0時 4 13 式為 堵轉矩堵轉電流機械特性硬度 他勵電動機的機械特性 硬特性 10 軟特性 10 絕對硬特性 第四章直流電機的工作原理及特性4 3直流電動機的機械特性 4 3 2他勵電動機機械特性 1 固有機械特性n f T 由求 1 估算電樞電阻Ra 第四章直流電機的工作原理及特性4 3直流電動機的機械特性 4 3 2他勵電動機機械特性 第四章直流電機的工作原理及特性4 3 1他勵電動機的機械特性 2 計算額定條件下反電勢 3 求理想空載轉速 4 求額定轉矩 第四章直流電機的工作原理及特性4 3 1他勵電動機的機械特性 2 人為機械特性 改變U 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 n 2 人為機械特性 改變U 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 第四章直流電機的工作原理及特性4 3直流電動機的機械特性 4 3 2他勵電動機機械特性 第四章直流電機的工作原理及特性電動機的機械特性例題 例4 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 第四章直流電機的工作原理及特性電動機的機械特性例題 例4 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矩近似等于輸出轉矩 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 第四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 第四章直流電機的工作原理及特性4 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 第四章直流電機的工作原理及特性4 4直流他勵電動機的啟動特性 多段啟動電阻啟動 原則T1 I1 2TN2 T2 I2 基本相同 第四章直流電機的工作原理及特性4 4直流他勵電動機的啟動特性 多段啟動電阻啟動的啟動控制 啟動前 合上電源開關Q1和Q2 勵磁回路通電 為啟動做好準備 按下啟動按鈕SB2 KM線圈得電并自鎖 主觸頭閉合 接通電動機電樞回路 串入電阻R1 R2 R3降壓啟動 當電動機轉速從零開始上升時 接觸器KM1線圈電壓也隨之上升 達到KM1的動作值時 KM1線圈得電 動合觸頭閉合 將電阻R1短接 電動機轉速繼續(xù)上升 隨后KM2和KM3動合觸頭閉合 將電阻R2和R3短接 全壓啟動 第四章直流電機的工作原理及特性4 4直流他勵電動機的啟動特性 時間繼電器控制的啟動線路 啟動前 合上電源開關Q1和Q2 勵磁回路通電 為啟動做好準備 按下啟動按鈕SB2 KM線圈得電并自鎖 主觸頭閉合 接通電動機電樞回路 串入電阻R1 R2 R3降壓啟動 當電動機轉速從零開始上升時 接觸器KM1線圈電壓也隨之上升 達到KM1的動作值時 KM1線圈得電 動合觸頭閉合 將電阻R1短接 電動機轉速繼續(xù)上升 隨后KM2和KM3動合觸頭閉合 將電阻R2和R3短接 全壓啟動 第四章直流電機的工作原理及特性4 5直流他勵電動機的調速特性 速度調節(jié) 在一定的負載下 人為改變參數(shù) 達到改變電動機穩(wěn)定轉速 速度變化 由于負載發(fā)生變化而引起電動機轉速改變 第四章直流電機的工作原理及特性4 5直流他勵電動機的調速特性 4 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 輕載時調速范圍不大 3 無級調速困難 電阻上消耗大量電能 4 啟動電阻不能用來調速 適用于起重機 卷揚機 第四章直流電機的工作原理及特性4 5直流他勵電動機的調速特性 4 5 2改變電壓調速 特點1 連續(xù)平滑調速 在nN以下調速 2 機械特性硬度不變 3 調速時電流不變 轉矩不變 恒轉矩調速 4 利用降壓啟動電機而不用其他設備 第四章直流電機的工作原理及特性4 5直流他勵電動機的調速特性 4 5 2改變電壓調速 調節(jié)特性n f U 始動電壓 電樞電流與電壓無關 第四章直流電機的工作原理及特性4 5直流他勵電動機的調速特性 4 5 3改變主磁通 特點 1 只能在n0以上進無級調速 2 機械特性變軟 調速范圍不大 3 恒功率調速 P UIa 通常同調壓調速配合使用 n0以下用調壓 n0以上用調磁通的方法 注意 輕載時產(chǎn)生飛車事故 第四章直流電機的工作原理及特性4 6直流他勵電動機的制動特性 制動 是從穩(wěn)定轉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) 轉矩T與轉速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 第四章直流電機的工作原理及特性4 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 第四章直流電機的工作原理及特性4 6 1反饋制動 降壓調速過程中的反饋制動 第四章直流電機的工作原理及特性4 6 1反饋制動 調磁通調速過程中的反饋制動 T n3 n01 注意 反饋制動只在調磁降速過程中產(chǎn)生 Rf n TL 第四章直流電機的工作原理及特性4 6 1反饋制動 下放重物時的反饋制動過程 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 第四章直流電機的工作原理及特性4 6 2反接制動 1 電源反接制動 注意 反接時U與E相加 電流很大用Rad限流應用 快停 經(jīng)常正反轉 反接電動 正向電動 反接制動 位能負載時制動 第四章直流電機的工作原理及特性4 6 2反接制動 反接制動控制線路 第四章直流電機的工作原理及特性4 6 2反接制動 2 倒拉反接制動 串接Rad改變斜率法 注意 這里T沒有反向選用不同的Rad可改變下放速度但不能太小 交叉點必須在四象限 第四章直流電機的工作原理及特性4 6 3能耗制動 U 0串接Rad 位能負載制動狀態(tài)優(yōu)點 運行速度穩(wěn)定不會出現(xiàn)倒拉制動那樣因計算不準而引起不降反而上升的事故 注意 Rad不能太小I Imax 反抗矩負載制動優(yōu)點 不會出現(xiàn)反向起動的危險 第四章直流電機的工作原理及特性4 6 3能耗制動 U 0串接Rad 能耗制動控制線路 第四章直流電機的工作原理及特性4 6 3能耗制動 正常接線可有三種運轉狀態(tài)反轉 接線方