經(jīng)濟學第一章-直流電動機課件

第一章直流電動機

第一節(jié)直流電機的基本原理與結構第二節(jié)直流電機電磁轉矩和電樞電動勢第三節(jié)他勵直流電動機的機械特性第四節(jié)他勵直流電動機的起動和反轉第五節(jié)他勵直流電動機的制動第六節(jié)他勵直流電動機的調速12/29/2022 第一章直流電動機第一節(jié)直流電機的基本原理與結第一節(jié)直流電機的基本原理與結構

一、直流電機的工作原理

（一）直流發(fā)電機工作原理12/29/2022第一節(jié)直流電機的基本原理與結構一、直流電機的工作原理（（二）直流電動機工作原理12/29/2022（二）直流電動機工作原理12/27/2022二、直流電機的基本結構

（一）定子：由主磁極、換向磁極、機座、端蓋和電刷裝置等組成（二）轉子：由電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉軸和風扇等組成。（三）氣隙12/29/2022二、直流電機的基本結構（一）定子：由主磁極、換向磁極三、直流電機的勵磁方式

直流電機的勵磁繞組的供電方式稱為勵磁方式12/29/2022三、直流電機的勵磁方式直流電機的勵磁繞組的供電方式稱為勵磁四、直流電機的銘牌數(shù)據(jù)和主要系列（一）直流電機的銘牌數(shù)據(jù)1、電機型號2、額定功率PN

3、額定電壓UN

4、額定電流IN

5、額定轉速nN6、電動機額定效率ηN

7、勵磁方式8、額定勵磁電壓ULN9、額定勵磁電流ILN10、定額12/29/2022四、直流電機的銘牌數(shù)據(jù)和主要系列（一）直流電機的銘牌數(shù)據(jù)（二）直流電機主要系列

Z4系列一般用途的小型直流電動機。ZT系列廣調速直流電動機。ZJ系列精密機床用直流電動機。ZTD系列電梯用直流電動機。ZZJ系列起重冶金用直流電動機。ZD2、ZF2系列中型直流電動機。ZQ系列直流牽引電動機。Z-H系列船用直流電動機。ZA系列防爆安全用電動機。ZLJ系列

力矩直流電動機。

12/29/2022（二）直流電機主要系列Z4系列一般用途的第二節(jié)直流電機電磁轉矩和電樞電動勢

一、電磁轉矩

T=CTφIa

T＝9550P/n二、電樞電動勢

Ea＝Ceφn電樞電動勢的方向與電樞電流相反，在電路中起著限制電流的作用。

電磁轉矩的方向由每極磁通和電樞電流的方向決定。

12/29/2022第二節(jié)直流電機電磁轉矩一、電磁轉矩T=CTφIa第三節(jié)他勵直流電動機的機械特性一、他勵直流電動機的機械特性方程式

（一）電動勢平衡方程式

U＝Ea+IaRa12/29/2022第三節(jié)他勵直流電動機的機械特性一、他勵直流電動機的機械（二）他勵直流電動機機械特性方程式

n=12/29/2022（二）他勵直流電動機機械特性方程式n=12/27/202n=二、他勵直流電動機的固有機械特性

當他勵直流電動機的電源電壓、磁通為額定值，電樞回路未接附加電阻時的機械特性稱為固有機械特性三、他勵直流電動機的人為機械特性

人為地改變電動機氣隙磁通ф、電源電壓U和電樞回路串聯(lián)電阻R等參數(shù)，獲得的機械特性為人為機械特性。

12/29/2022n=二、他勵直流電動機的固有機械特性當他勵直流電1、電樞回路串接電阻R時的人為特性

n=12/29/20221、電樞回路串接電阻R時的人為特性n=12/27/2022、改變電源電壓時的人為機械特性

n=12/29/20222、改變電源電壓時的人為機械特性n=12/27/20223、改變磁通時的人為機械特性

n=12/29/20223、改變磁通時的人為機械特性n=12/27/2022第四節(jié)他勵直流電動機的起動和反轉

一、起動方法

生產(chǎn)機械對直流電動機的起動要求是：起動轉矩T足夠大，因為只有T大于負載轉矩T時，電動機方可順利起動；起動電流I不可太大；起動設備操作方便，起動時間短，運行可靠，成本低廉。

1、全壓起動

起動電流Ist=UN/Ra

起動轉矩

Tst=CTφNIst

12/29/2022第四節(jié)他勵直流電動機的起動和反轉一、起動方法生2、減壓起動

起動電壓Ust=IstRa

=(1.5-2)

IN

Ra3、電樞回路串電阻起動起動電流Ist=

UN/(Ra+

Rst)12/29/20222、減壓起動起動電壓3、電樞回路串電阻起動起動電流12/他勵直流電動機4級起動機械特性

12/29/2022他勵直流電動機4級起動機械特性12/27/2022二、直流他勵電動機反轉

1）改變勵磁電流方向

2）改變電樞電壓極性由于他勵直流電動機的勵磁繞組匝數(shù)多、電感大，勵磁電流從正向額定值變到負向額定值的時間長，反向過程緩慢，而且在勵磁繞組反接斷開瞬間，繞組中將產(chǎn)生很大的自感電動勢，可能造成絕緣擊穿。所以實際應用中大多采用改變電樞電壓極性的方法來實現(xiàn)電動機的反轉。12/29/2022二、直流他勵電動機反轉1）改變勵磁電流方向2）改變電樞電第五節(jié)他勵直流電動機的制動常用的電氣制動有能耗制動、反接制動和發(fā)電回饋制動。此時電動機電磁轉矩T與轉速n的方向相反，其機械特性在第Ⅱ、第Ⅳ象限內。

一、能耗制動

1、制動原理12/29/2022第五節(jié)他勵直流電動機的制動常用的電氣制動有能耗2、機械特性

n==-1）停車時的能耗制動2）穩(wěn)定運行狀態(tài)的能耗制動12/29/20222、機械特性n=

當電動機拖動的是位能性負載，在下放重物時采用能耗制動，從a→b→O為其能耗制動過程。但在O點，拖動系統(tǒng)在位能負載轉矩作用下開始反轉，電樞電勢反向，電樞電流反向，電磁轉矩反向，這時機械特性進入第Ⅳ象限，如上圖虛線所示。隨著轉速的增加，電磁轉矩也增加，直到電磁轉矩等于負載轉矩，獲得穩(wěn)定運行，重物獲得勻速下放。此狀態(tài)稱為穩(wěn)定能耗制動運行狀態(tài)。12/29/2022當電動機拖動的是位能性負載，在下放重物時采用能耗制動二、反接制動

（一）電樞反接制動

1、制動原理

Ia=

=-12/29/2022二、反接制動（一）電樞反接制動1、制動原理Ia=2、機械特性

n=（二）倒拉反接制動

這種制動方法一般發(fā)生在卷揚電動機由提升重物轉為下放重物的情況下。12/29/20222、機械特性n=（二）倒拉反接制動這種制動方法1、制動原理

2、機械特性n=12/29/20221、制動原理2、機械特性n=12/27/2022三、發(fā)電回饋制動

（一）位能負載高速拖動電動機時的發(fā)電回饋制動

當電動機轉速高于理想空載轉速，電樞電流的方向與電動狀態(tài)時相反，電動機向電源回饋電能，電磁轉矩方向與電動狀態(tài)時相反，為制動性質。這種電機運行狀態(tài)稱為發(fā)電回饋制動。發(fā)電回饋制動可出現(xiàn)在降低電樞電壓調速時以及位能負載高速拖動電動機場合。

12/29/2022三、發(fā)電回饋制動（一）位能負載高速拖動電動機時的發(fā)電回饋制n=

機械特性方程式12/29/2022n=機械特性方程式12/27/2022（二）降低電樞電壓調速時的發(fā)電回饋制動12/29/2022（二）降低電樞電壓調速時的發(fā)電回饋制動12/27/2022制動形式優(yōu)

點缺

點應用場合能耗制動1．制線路簡單、平穩(wěn)可靠，制動過程中不吸收電能，經(jīng)濟、安全2．可以實現(xiàn)準確停車制動效果隨轉速下降而成比例減小

適用于要求減速平穩(wěn)場合，例如反抗性負載準確停車。另應用于下放重物反接制動1．電樞反接制動轉矩隨轉速變化較小，制動轉矩較恒定，制動強烈而迅速2．倒拉反接制動的轉速可以很低，安全性好。1．電樞反接制動有自動反轉的可能性。在轉速接近零時，應及時切斷電源2．倒拉反接制動從電網(wǎng)吸收大量電能電樞反接制動應用于頻繁正、反轉的電力拖動系統(tǒng)。倒拉反接制動不能用于停車，只能應用于起動設備以較低的穩(wěn)定轉速下放重物發(fā)電回饋制動1．制動簡單可靠，不需改變電動機接線2．能量反饋到電網(wǎng)，比較經(jīng)濟1．在轉速大于理想空載轉速時才能產(chǎn)生制動，應用范圍較窄2．不能實現(xiàn)停車應用于位能負載的穩(wěn)定高速下降場合在降壓和弱磁調速的過渡過程中可能出現(xiàn)這種制動狀態(tài)直流電動機制動形式的比較和應用場合

12/29/2022制動形式優(yōu)點缺點應用場合能耗制動1．制線路簡他勵直流電動機四個象限的機械特性曲線12/29/2022他勵直流電動機四個象限的機械特性曲線12/27/2022第六節(jié)他勵直流電動機的調速

由直流電動機機械特性方程式n＝可知，人為地改變電樞電壓U、電樞回路總電阻R和主磁通Ф都可改變轉速n。所以，直流他勵電動機的調速方法有：降壓調速、電樞回路串電阻調速和弱磁通調速三種。12/29/2022第六節(jié)他勵直流電動機的調速由直流電動機一、改變電樞電路串聯(lián)電阻的調速

這種調速方法適用于小容量電動機調速。但調速電阻不能用起動變阻器代替，因為起動電阻是短時使用的，而調速電阻則是連續(xù)工作的。

12/29/2022一、改變電樞電路串聯(lián)電阻的調速這種調速方法適用于小二、降低電樞電壓調速

調壓調速由于性能好，廣泛用于自動控制系統(tǒng)中。12/29/2022二、降低電樞電壓調速調壓調速由于性能好，廣泛用于自動控制系三、減弱磁通調速

弱磁調速可獲得大于電動機理想空載轉速的調速性能。12/29/2022三、減弱磁通調速弱磁調速可獲得大于電動機理想空載轉速的調速他勵直流電動機調速方法比較調速方法調速范圍相對

穩(wěn)定性平滑性經(jīng)濟性應

用串電阻調速在額定負載下調速范圍為2，輕載時調速范圍更小差差調速設備投資少，電能損耗大對調速性能要求不高的場合，適用于與恒轉矩負載配合降壓調速一般為8左右：100kW以上電機可達10左右；1kW以下的電動機為3左右好好調速設備投資大，電能損耗小對調速要求高的場合，適用于與恒轉矩負載配合弱磁調速一般直流電動機為1.2左右。變磁通電機最大可達4較好好調速設備投資少，電能損耗小一般與降壓調速配合使用，適用于恒功率負載配合12/29/2022他勵直流電動機調速方法比較調速方法調速范圍相對第三章結束謝謝使用!12/29/2022第三章結束謝謝使用!12/27/2022

第一章直流電動機

第一節(jié)直流電機的基本原理與結構第二節(jié)直流電機電磁轉矩和電樞電動勢第三節(jié)他勵直流電動機的機械特性第四節(jié)他勵直流電動機的起動和反轉第五節(jié)他勵直流電動機的制動第六節(jié)他勵直流電動機的調速12/29/2022 第一章直流電動機第一節(jié)直流電機的基本原理與結第一節(jié)直流電機的基本原理與結構

一、直流電機的工作原理

（一）直流發(fā)電機工作原理12/29/2022第一節(jié)直流電機的基本原理與結構一、直流電機的工作原理（（二）直流電動機工作原理12/29/2022（二）直流電動機工作原理12/27/2022二、直流電機的基本結構

（一）定子：由主磁極、換向磁極、機座、端蓋和電刷裝置等組成（二）轉子：由電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉軸和風扇等組成。（三）氣隙12/29/2022二、直流電機的基本結構（一）定子：由主磁極、換向磁極三、直流電機的勵磁方式

直流電機的勵磁繞組的供電方式稱為勵磁方式12/29/2022三、直流電機的勵磁方式直流電機的勵磁繞組的供電方式稱為勵磁四、直流電機的銘牌數(shù)據(jù)和主要系列（一）直流電機的銘牌數(shù)據(jù)1、電機型號2、額定功率PN

3、額定電壓UN

4、額定電流IN

5、額定轉速nN6、電動機額定效率ηN

7、勵磁方式8、額定勵磁電壓ULN9、額定勵磁電流ILN10、定額12/29/2022四、直流電機的銘牌數(shù)據(jù)和主要系列（一）直流電機的銘牌數(shù)據(jù)（二）直流電機主要系列

Z4系列一般用途的小型直流電動機。ZT系列廣調速直流電動機。ZJ系列精密機床用直流電動機。ZTD系列電梯用直流電動機。ZZJ系列起重冶金用直流電動機。ZD2、ZF2系列中型直流電動機。ZQ系列直流牽引電動機。Z-H系列船用直流電動機。ZA系列防爆安全用電動機。ZLJ系列

力矩直流電動機。

12/29/2022（二）直流電機主要系列Z4系列一般用途的第二節(jié)直流電機電磁轉矩和電樞電動勢

一、電磁轉矩

T=CTφIa

T＝9550P/n二、電樞電動勢

Ea＝Ceφn電樞電動勢的方向與電樞電流相反，在電路中起著限制電流的作用。

電磁轉矩的方向由每極磁通和電樞電流的方向決定。

12/29/2022第二節(jié)直流電機電磁轉矩一、電磁轉矩T=CTφIa第三節(jié)他勵直流電動機的機械特性一、他勵直流電動機的機械特性方程式

（一）電動勢平衡方程式

U＝Ea+IaRa12/29/2022第三節(jié)他勵直流電動機的機械特性一、他勵直流電動機的機械（二）他勵直流電動機機械特性方程式

n=12/29/2022（二）他勵直流電動機機械特性方程式n=12/27/202n=二、他勵直流電動機的固有機械特性

當他勵直流電動機的電源電壓、磁通為額定值，電樞回路未接附加電阻時的機械特性稱為固有機械特性三、他勵直流電動機的人為機械特性

人為地改變電動機氣隙磁通ф、電源電壓U和電樞回路串聯(lián)電阻R等參數(shù)，獲得的機械特性為人為機械特性。

12/29/2022n=二、他勵直流電動機的固有機械特性當他勵直流電1、電樞回路串接電阻R時的人為特性

n=12/29/20221、電樞回路串接電阻R時的人為特性n=12/27/2022、改變電源電壓時的人為機械特性

n=12/29/20222、改變電源電壓時的人為機械特性n=12/27/20223、改變磁通時的人為機械特性

n=12/29/20223、改變磁通時的人為機械特性n=12/27/2022第四節(jié)他勵直流電動機的起動和反轉

一、起動方法

生產(chǎn)機械對直流電動機的起動要求是：起動轉矩T足夠大，因為只有T大于負載轉矩T時，電動機方可順利起動；起動電流I不可太大；起動設備操作方便，起動時間短，運行可靠，成本低廉。

1、全壓起動

起動電流Ist=UN/Ra

起動轉矩

Tst=CTφNIst

12/29/2022第四節(jié)他勵直流電動機的起動和反轉一、起動方法生2、減壓起動

起動電壓Ust=IstRa

=(1.5-2)

IN

Ra3、電樞回路串電阻起動起動電流Ist=

UN/(Ra+

Rst)12/29/20222、減壓起動起動電壓3、電樞回路串電阻起動起動電流12/他勵直流電動機4級起動機械特性

12/29/2022他勵直流電動機4級起動機械特性12/27/2022二、直流他勵電動機反轉

1）改變勵磁電流方向

2）改變電樞電壓極性由于他勵直流電動機的勵磁繞組匝數(shù)多、電感大，勵磁電流從正向額定值變到負向額定值的時間長，反向過程緩慢，而且在勵磁繞組反接斷開瞬間，繞組中將產(chǎn)生很大的自感電動勢，可能造成絕緣擊穿。所以實際應用中大多采用改變電樞電壓極性的方法來實現(xiàn)電動機的反轉。12/29/2022二、直流他勵電動機反轉1）改變勵磁電流方向2）改變電樞電第五節(jié)他勵直流電動機的制動常用的電氣制動有能耗制動、反接制動和發(fā)電回饋制動。此時電動機電磁轉矩T與轉速n的方向相反，其機械特性在第Ⅱ、第Ⅳ象限內。

一、能耗制動

1、制動原理12/29/2022第五節(jié)他勵直流電動機的制動常用的電氣制動有能耗2、機械特性

n==-1）停車時的能耗制動2）穩(wěn)定運行狀態(tài)的能耗制動12/29/20222、機械特性n=

當電動機拖動的是位能性負載，在下放重物時采用能耗制動，從a→b→O為其能耗制動過程。但在O點，拖動系統(tǒng)在位能負載轉矩作用下開始反轉，電樞電勢反向，電樞電流反向，電磁轉矩反向，這時機械特性進入第Ⅳ象限，如上圖虛線所示。隨著轉速的增加，電磁轉矩也增加，直到電磁轉矩等于負載轉矩，獲得穩(wěn)定運行，重物獲得勻速下放。此狀態(tài)稱為穩(wěn)定能耗制動運行狀態(tài)。12/29/2022當電動機拖動的是位能性負載，在下放重物時采用能耗制動二、反接制動

（一）電樞反接制動

1、制動原理

Ia=

=-12/29/2022二、反接制動（一）電樞反接制動1、制動原理Ia=2、機械特性

n=（二）倒拉反接制動

這種制動方法一般發(fā)生在卷揚電動機由提升重物轉為下放重物的情況下。12/29/20222、機械特性n=（二）倒拉反接制動這種制動方法1、制動原理

2、機械特性n=12/29/20221、制動原理2、機械特性n=12/27/2022三、發(fā)電回饋制動

（一）位能負載高速拖動電動機時的發(fā)電回饋制動

當電動機轉速高于理想空載轉速，電樞電流的方向與電動狀態(tài)時相反，電動機向電源回饋電能，電磁轉矩方向與電動狀態(tài)時相反，為制動性質。這種電機運行狀態(tài)稱為發(fā)電回饋制動。發(fā)電回饋制動可出現(xiàn)在降低電樞電壓調速時以及位能負載高速拖動電動機場合。

12/29/2022三、發(fā)電回饋制動（一）位能負載高速拖動電動機時的發(fā)電回饋制n=

機械特性方程式12/29/2022n=機械特性方程式12/27/2022（二）降低電樞電壓調速時的發(fā)電回饋制動12/29/2022（二）降低電樞電壓調速時的發(fā)電回饋制動12/27/2022制動形式優(yōu)

點缺

點應用場合能耗制動1．制線路簡單、平穩(wěn)可靠，制動過程中不吸收電能，經(jīng)濟、安全2．可以實現(xiàn)準確停車制動效果隨轉速下降而成比例減小

適用于要求減速平穩(wěn)場合，例如反抗性負載準確停車。另應用于下放重物反接制動1．電樞反接制動轉矩隨轉速變化較小，制動轉矩較恒定，制動強烈而迅速2．倒拉反接制動的轉速可以很低，安全性好。1．電樞反接制動有自動反轉的可能性。在轉速接近零時，應及時切斷電源2．倒拉反接制動從電網(wǎng)吸收大量電能電樞反接制動應用于頻繁正、反轉的電力拖動系統(tǒng)。倒拉反接制動不能用于停車，只能應用于起動設備以較低的穩(wěn)定轉速下放重物發(fā)電回饋制動1．制動簡單可靠，不需改變電動機接線2．能量反饋到電網(wǎng)，比較經(jīng)濟1．在轉速大于理想空載轉速時才能產(chǎn)生制動，應用范圍較窄2．不能實現(xiàn)停車應用于位能負載的穩(wěn)定高速下