機電傳動控制教案3

1、第三章 直流電機的工作原理及特性本章要求掌握直流電機的基本工作原理及特性，特別是直流電動機的機械特性；掌握直流電動機啟動、調(diào)速和制動的各種方法以及各種方法的優(yōu)缺點和應(yīng)用場所。8/21/20221電機 利用電磁作用原理進行能量轉(zhuǎn)換的機械裝置8/21/20222直流電機 1、進行直流電能與機械能 之間的轉(zhuǎn)換2、直流電動機主要應(yīng)用場合： 起動性能和調(diào)速性能好，過載能力大 ；3、直流發(fā)電機主要應(yīng)用場合： 供給直流電動機、電解、電鍍等所需的直流電能 4、主要缺點： 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用有色金屬多，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，價格昂貴，運行可靠性差 8/21/2022331 直流電機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理結(jié)構(gòu)要點：定子、轉(zhuǎn)子、

2、換向器原理要點：電磁感應(yīng)定律、電磁力定律、電路定律以及電勢方程、轉(zhuǎn)矩方程、電壓方程分類：直流電機按照勵磁方式的不同分為他勵、并勵、串勵、復(fù)勵四種8/21/20224一、直流電機的基本結(jié)構(gòu)8/21/202258/21/20226直流電機的組成1、定子：產(chǎn)生磁場、支撐電機2、轉(zhuǎn)子：產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢，進行能量轉(zhuǎn)換8/21/20227（一） 定子部分1主磁極：產(chǎn)生主磁場。主磁極鐵心勵磁繞組2、換向極：改善換向3、機座 固定 主磁路的一部分4、電刷裝置 引入或引出直流電壓和直流電流 主磁極換向極8/21/20228電刷盒8/21/20229轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖電樞繞組換向器電樞鐵心轉(zhuǎn)軸8/21/20221

3、08/21/202211（二） 轉(zhuǎn)子(電樞)部分1、電樞鐵心作為主磁通磁路的主要部分嵌放電樞繞組2、電樞繞組 能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件， 產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢以實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換3、換向器 ：與電刷配合使用 直流電動機中：將外加直流電源轉(zhuǎn)換為電樞線圈中的交變電流，使電磁轉(zhuǎn)矩的方向恒定不變；直流發(fā)電機中：將電樞線圈中感應(yīng)產(chǎn)生的交變電動勢轉(zhuǎn)換為對外引出的方向不變的直流電動勢。8/21/202212電樞鐵心鋼片、換向器8/21/202213二直流電機的基本工作原理建立在電磁力和電磁感應(yīng)的基礎(chǔ)上 8/21/202214（一）直流發(fā)電機的工作原理8/21/2022158/21/202216直流發(fā)電機基本工作原理

4、原動機驅(qū)動電樞在磁場中旋轉(zhuǎn)電樞線圈的有效邊切割磁力線電樞線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢 e交變的感應(yīng)電勢在換向器的作用下變換成電刷之間的直流電勢E接負載后，電樞中產(chǎn)生電流 i載流導(dǎo)體在磁場中受到電磁力作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T原動機克服T的作用將機械能轉(zhuǎn)變成電能8/21/202217（二）直流電動機的工作原理8/21/2022188/21/202219直流電動機基本工作原理電樞線圈通電后在磁場中成為 載流導(dǎo)體載流導(dǎo)體在磁場中受到電磁力 作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T電樞在電磁轉(zhuǎn)矩T作用下旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)的電樞線圈又切割磁力線，從而產(chǎn)生感應(yīng)電勢E由于換向器的作用，感應(yīng)電勢E總是與外加電壓的方向相反，稱為反電勢8/21/202220三、

5、電勢方程、轉(zhuǎn)矩方程和電壓方程電勢方程電壓平衡方程發(fā)電機電動機轉(zhuǎn)矩方程8/21/20222132 直流發(fā)電機8/21/202222一直流發(fā)電機的分類 1、他勵直流發(fā)電機：勵磁繞組由外電源提供電流2、自勵發(fā)電機：勵磁電流為電樞電流或為電樞電流的一部分，可分為：并勵直流發(fā)電機串勵直流發(fā)電機復(fù)勵直流發(fā)電機8/21/202223直流發(fā)電機的四種勵磁方式8/21/202224二、他勵發(fā)電機8/21/202225空載特性8/21/202226外特性U=f(I) 8/21/202227三、并勵發(fā)電機 ， 8/21/202228并勵發(fā)電機的工作原理8/21/202229并勵發(fā)電機的電壓建立的條件1、發(fā)電機的磁極

6、要有剩磁。2、起始勵磁電流所產(chǎn)生的磁場的方向與剩磁磁場的方向相同，這樣，磁場才能加強。3、合適的電阻Rf，當(dāng)Rf過大時，電壓就建立不起來。8/21/202230并勵發(fā)電機的外特性8/21/202231四、復(fù)勵發(fā)電機優(yōu)點：在正常運行范圍內(nèi)，其端電壓變化不大。8/21/20223233 直流電動機的機械特性機械特性是直流電動機最重要的運行特性。機械特性反映了電機轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系。機械特性是分析研究電機啟動、調(diào)速和制動的重要依據(jù)。機械特性分固有機械特性和人為機械特性。8/21/202233一、他勵電動機的機械特性8/21/202234（一）他勵電動機的機械特性表達式直流電動機的機械特性的一般表達

7、式 8/21/202235機械特性曲線及其方程8/21/202236（二）機械特性硬度1定義 2、分類 (1)絕對硬特性( ) (2)硬特性( 10) (3)軟特性( U，T與n反方向，發(fā)電機運行狀態(tài)當(dāng)En0實例：1）電車下坡；2）突降U；3）卷揚機下放重物。特性：E=Ken；U=E+IR當(dāng)n n0時，EU，導(dǎo)致Ia反向，從而T反向，電動機轉(zhuǎn)為發(fā)電機運行狀態(tài)，將機械能轉(zhuǎn)變成電能，向電網(wǎng)反饋，故稱之為反饋制動。8/21/202270電車下坡的反饋制動特點：nn0 Ia0 TMn01注意：反饋制動只在調(diào)磁降速過程中產(chǎn)生-TTL8/21/202273下放重物時的反饋制動過程制動矩下放電動狀態(tài)a點b點

8、nEIa-TM 下放制動狀態(tài)b點 C點nn0Ia0、TM T與n反方向 制動改變Rad改變下降的nRad太大n很高不安全8/21/202274(二）反接制動電樞電壓U和電樞電勢E在外部條件的作用下，方向由相反變?yōu)橐恢?，由此使得T與n的方向相反，故稱之為反接制動。將改變電樞電壓U所產(chǎn)生的反接制動稱為電源反接制動。將改變電樞電勢E所產(chǎn)生的反接制動稱為倒拉反接制動。8/21/202275電源反接時的反接制動過程正向電動反接制動反接電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)8/21/202276倒拉反接制動狀態(tài)下的機械特性注意：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8/21/202277（三）能耗制動(U=0串接Rad)狀態(tài)下的機械特性反抗負載制動優(yōu)點：不會出現(xiàn)反向起動的危險位能負載制動狀態(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(zhǔn)而引起不降反而上升的事故注意：Rad不能太小IImax8/21/202278直流他勵電動機各種運行狀態(tài)下的機械特性正常接線可有三種運轉(zhuǎn)狀態(tài)正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)狀態(tài)8/21/202279小 結(jié)重點和難點一、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