直流電機的工作原理及特性

3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13.1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)－主磁極的個數(shù)磁極對數(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)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)強度磁場強度鐵磁材料導(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)強度v---速度方向e---感應(yīng)電勢I---電流方向f---電磁力方向94.

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10NSne,iKe—電勢常數(shù)(pN/60a)Kt---轉(zhuǎn)矩常數(shù)(pN/2πa)=9.55Ke113.2直流發(fā)電機他勵并勵串勵復(fù)勵勵磁方式123.2.1他勵發(fā)電機當(dāng)發(fā)電機空載時，Ia=0空載特性電壓平衡方程13他勵發(fā)電機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)增加勵磁電流！條件：n和If為常數(shù)時143.2.2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。15U0并勵發(fā)電機自勵和外特性Ifn和Rf為常數(shù)163.2.3復(fù)勵發(fā)電機主勵磁補償繞組IUU0IN復(fù)勵發(fā)電機外特性過復(fù)勵平復(fù)勵欠復(fù)勵173.3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183.3.1

他勵電動機的機械特性n=f(T)T0n0---理想空載轉(zhuǎn)速（T=0）△n—速度降19nn0Tst

T當(dāng)n=0時，（3.13）式為啟動轉(zhuǎn)矩啟動電流機械特性硬度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→∞201.固有機械特性

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

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

Rad）1.改變n0(減小)2.鈄率k不變機械特性硬度不變1.n0增加2.鈄率變大，特性變軟243.3.2串勵電動機的機械特性代入（3.13）得軟特性253.3.3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26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27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Ra28(2)求n0(3)求TN也可求293.4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30多段啟動電阻啟動的他勵電動機原則T1(I1)≤2TN2.T2(I2)基本相同313.5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。323.5.1電樞電路外串電阻Rad特點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。333.5.2改變電壓調(diào)速特點1.連續(xù)平滑調(diào)速，在nN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。343.5.2改變電壓調(diào)速(調(diào)節(jié)特性n=f(U))始動電壓T1<T2<T3T3T2UnnT1Ua0調(diào)節(jié)特性353.5.3改變主磁通φ特點（1）只能在nN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（nN以下用調(diào)壓，nN以上用調(diào)磁通的方法）。注意！輕載時產(chǎn)生飛車事故363.6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)373.6.1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38降壓調(diào)速過程中的反饋制動39調(diào)磁通調(diào)速過程中的反饋制動n3>n01注意：反饋制動只在調(diào)磁降速過程中產(chǎn)生Φ↑Rf↓n↓40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413.6.2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(yīng)用：快停、經(jīng)常正反轉(zhuǎn)反接電動正向電動反接制動位能負載時制動422.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433.6.3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反抗矩負載制動優(yōu)點：不會出現(xiàn)反向起動的危險注意：Rad不能太小I<Imax44正常接線可有三種運轉(zhuǎn)狀態(tài)反轉(zhuǎn)接線方法不同四象限對應(yīng)反轉(zhuǎn)狀態(tài)正轉(zhuǎn)狀態(tài)正常接線可有三種運轉(zhuǎn)狀態(tài)正轉(zhuǎn)45小結(jié)

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

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。

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）