直流電機(jī)的工作原理及特性

3直流電機(jī)的工作原理及特性3.1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理3.2直流發(fā)電機(jī)3.3直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性3.4直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性3.5直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性3.6直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)特性13.1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理3.1.1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)換向器定子轉(zhuǎn)子2定子剖面圖主磁極換向極磁極數(shù)－主磁極的個(gè)數(shù)磁極對(duì)數(shù)=磁極數(shù)/23轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)子換向片轉(zhuǎn)軸電樞線圈4轉(zhuǎn)子硅鋼沖片圖電樞鐵芯硅鋼沖片5換向器圖電刷換向片63.1.2直流電機(jī)的工作原理有關(guān)磁場(chǎng)的幾個(gè)物理量

1.磁感應(yīng)強(qiáng)度B(磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向)NSNSNNSS電流方向右手螺旋法則72.鐵磁材料的磁化曲線（鐵、鎳、鈷及它們的合金）磁感應(yīng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度鐵磁材料導(dǎo)磁系數(shù)真空中的導(dǎo)磁系數(shù)非鐵磁材料鐵磁材料鐵磁材料有磁滯現(xiàn)象、磁滯損耗、渦流損耗。83.

右手定則左手定則B---磁感應(yīng)強(qiáng)度v---速度方向e---感應(yīng)電勢(shì)I---電流方向f---電磁力方向94.

電路

磁路電流

I

磁通

φ電動(dòng)勢(shì)

E

磁通勢(shì)

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10NSne,iKe—電勢(shì)常數(shù)(pN/60a)Kt---轉(zhuǎn)矩常數(shù)(pN/2πa)=9.55Ke113.2直流發(fā)電機(jī)他勵(lì)并勵(lì)串勵(lì)復(fù)勵(lì)勵(lì)磁方式123.2.1他勵(lì)發(fā)電機(jī)當(dāng)發(fā)電機(jī)空載時(shí)，Ia=0空載特性電壓平衡方程13他勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性電壓變化率大約為5%～10%要想保持端電壓不變，必須相應(yīng)增加勵(lì)磁電流！條件：n和If為常數(shù)時(shí)143.2.2并勵(lì)發(fā)電機(jī)電壓平衡方程并勵(lì)發(fā)電機(jī)工作的條件：1.要有剩磁；2.勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向和剩磁方向相同；3.Rf’不能太大。15U0并勵(lì)發(fā)電機(jī)自勵(lì)和外特性Ifn和Rf為常數(shù)163.2.3復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)主勵(lì)磁補(bǔ)償繞組IUU0IN復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)外特性過(guò)復(fù)勵(lì)平復(fù)勵(lì)欠復(fù)勵(lì)173.3直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性3.3.1

他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性電壓平衡方程183.3.1

他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性n=f(T)T0n0---理想空載轉(zhuǎn)速（T=0）△n—速度降19nn0Tst

T當(dāng)n=0時(shí)，（3.13）式為啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)電流機(jī)械特性硬度他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性硬特性β＞10軟特性β＜10絕對(duì)硬特性β→∞201.固有機(jī)械特性

n=f(T)由ＰＮ、UN、IN、nN求Ra、KeN、n0、TN（1）估算電樞電阻Ra21（2）計(jì)算額定條件下反電勢(shì)（3）求理想空載轉(zhuǎn)速（4）求額定轉(zhuǎn)矩222.人為機(jī)械特性（改變U、φ、Rad）串接電阻后1.

n0不變；2.K鈄率變大即機(jī)械特性變軟。n232.人為機(jī)械特性（改變U、φ、

Rad）1.改變n0(減小)2.鈄率k不變機(jī)械特性硬度不變1.n0增加2.鈄率變大，特性變軟243.3.2串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性代入（3.13）得軟特性253.3.3復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性具有他勵(lì)和串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的性質(zhì)他勵(lì)磁通φes=70%總磁通串勵(lì)磁通φs=30%總磁通他勵(lì)復(fù)勵(lì)串勵(lì)26電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性例題

例3-1

一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)在穩(wěn)態(tài)下運(yùn)行時(shí)，電樞反電勢(shì)E＝E1，如負(fù)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(wèn)減弱勵(lì)磁使轉(zhuǎn)速上升到新的穩(wěn)態(tài)值后，電樞反電勢(shì)將如何變化?是大于、小于還是等于E1?解

兩個(gè)已知條件，一個(gè)是負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL＝常數(shù)；一個(gè)是從一個(gè)穩(wěn)態(tài)到另一個(gè)穩(wěn)態(tài)(而不涉及瞬態(tài)過(guò)程)，電樞反電勢(shì)是穩(wěn)態(tài)值。

注意：從不能判斷E是如何變化的27例3-2

一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，功率PN=5.5KW,UN=220V,IN=31A,nN=1500r/min,忽略損耗，認(rèn)為額定運(yùn)行時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩近似等于輸出轉(zhuǎn)矩，試?yán)L制電機(jī)近似的固有機(jī)械特性。解：n=f(TL)是一條直線，故只要兩點(diǎn)，理想空載點(diǎn)（0，n0）(TN,,nN)(1)估算Ra28(2)求n0(3)求TN也可求293.4直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性啟動(dòng)時(shí)n=0E=0

啟動(dòng)電流啟動(dòng)電流不得大于（1.5～2）額定電流30多段啟動(dòng)電阻啟動(dòng)的他勵(lì)電動(dòng)機(jī)原則T1(I1)≤2TN2.T2(I2)基本相同313.5直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性速度調(diào)節(jié)-----在一定的負(fù)載下，人為改變參數(shù)，達(dá)到改變電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。速度變化-----由于負(fù)載發(fā)生變化而引起電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速改變。323.5.1電樞電路外串電阻Rad特點(diǎn)1.機(jī)械特性變軟，穩(wěn)定性差；2.輕載時(shí)調(diào)速范圍不大；3.無(wú)級(jí)調(diào)速困難；電阻上消耗大量電能；4.啟動(dòng)電阻不能用來(lái)調(diào)速。適用于起重機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)。333.5.2改變電壓調(diào)速特點(diǎn)1.連續(xù)平滑調(diào)速，在nN以下調(diào)速；2.機(jī)械特性硬度不變；3.調(diào)速時(shí)電流不變，轉(zhuǎn)矩不變，恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。4.利用降壓?jiǎn)?dòng)電機(jī)而不用其他設(shè)備。343.5.2改變電壓調(diào)速(調(diào)節(jié)特性n=f(U))始動(dòng)電壓T1<T2<T3T3T2UnnT1Ua0調(diào)節(jié)特性353.5.3改變主磁通φ特點(diǎn)（1）只能在nN以上進(jìn)無(wú)級(jí)調(diào)速；（2）機(jī)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（nN以下用調(diào)壓，nN以上用調(diào)磁通的方法）。注意！輕載時(shí)產(chǎn)生飛車事故363.6直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)特性制動(dòng)─是從穩(wěn)定轉(zhuǎn)速開(kāi)始減速到停止或者限制位能負(fù)載下降速度的一種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。電動(dòng)狀態(tài)：電動(dòng)機(jī)發(fā)出的T和n方向相同；制動(dòng)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(dòng)狀態(tài)(n=C)過(guò)渡的制動(dòng)狀態(tài)(n是變化的)373.6.1反饋制動(dòng)特點(diǎn)：n>n0Ia=-Ia

+TM→-TM電動(dòng)機(jī)變成發(fā)電機(jī)機(jī)械能變成電能向電源饋送稱為反饋38降壓調(diào)速過(guò)程中的反饋制動(dòng)39調(diào)磁通調(diào)速過(guò)程中的反饋制動(dòng)n3>n01注意：反饋制動(dòng)只在調(diào)磁降速過(guò)程中產(chǎn)生Φ↑Rf↓n↓40下放重物時(shí)的反饋制動(dòng)過(guò)程下放電動(dòng)狀態(tài)下放制動(dòng)狀態(tài)提升電動(dòng)狀態(tài)

a點(diǎn)→b點(diǎn)n↑E↑Ia↓-TM↓制動(dòng)矩B點(diǎn)→C點(diǎn)│n│>n0Ia=-Ia-TM→TM與n反方向制動(dòng)改變Rad改變下降的nRad太大n很高不安全413.6.2反接制動(dòng)1.電源反接制動(dòng)注意：反接時(shí)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)反接電動(dòng)正向電動(dòng)反接制動(dòng)位能負(fù)載時(shí)制動(dòng)422.倒拉反接制動(dòng)(串接Rad改變斜率法)注意：這里T沒(méi)有反向選用不同的Rad可改變下放速度但不能太小，交叉點(diǎn)必須在四象限433.6.3能耗制動(dòng)(U=0串接Rad)位能負(fù)載制動(dòng)狀態(tài)優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)行速度穩(wěn)定不會(huì)出現(xiàn)倒拉制動(dòng)那樣因計(jì)算不準(zhǔn)而引起不降反而上升的事故反抗矩負(fù)載制動(dòng)優(yōu)點(diǎn)：不會(huì)出現(xiàn)反向起動(dòng)的危險(xiǎn)注意：Rad不能太小I<Imax44正常接線可有三種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)反轉(zhuǎn)接線方法不同四象限對(duì)應(yīng)反轉(zhuǎn)狀態(tài)正轉(zhuǎn)狀態(tài)正常接線可有三種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)正轉(zhuǎn)45小結(jié)

重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)①機(jī)械特性是分析啟動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)特性的依據(jù)，所以機(jī)械特性是電動(dòng)機(jī)內(nèi)容的重中之重

②他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性

③他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓調(diào)速特性

難點(diǎn)本章較難理解的內(nèi)容是電流、電勢(shì)的換向過(guò)程和電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)過(guò)程；電動(dòng)機(jī)在各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下電磁轉(zhuǎn)矩

TM、負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL、轉(zhuǎn)速n、電樞電流Ia和電勢(shì)E等符號(hào)的確定。

46習(xí)題3.83.15473.8解：（1）估算電阻Ra=0.5（1-PN/UNIN）UN/IN=0.5×110（1-5500/110×62）/62=0.18KeN=（UN-INRa）/nN=（110-62×0.18）1000=0.1V/r.min-1（2）求n0n0=UN/KeN=110/0.1=1100r/min本章習(xí)題解答48（3）求TNTN=9.55×PN/nN=9.55×5500/1000=52.5N.m52.510001100Tn493.15解：（1）

IN=PN/NUN=2200/0.8×110=25A（2）求IfN=Uf/Rf=110/82.7=1.33A（3）Pf=Uf

IfN=110×1.33=0.146kw（4）TN=9.55×PN/nN=9.55×2200/1500=14N.m（5）E=KeN

nN=UN-INRa=110-25×0.4=100V（6）