直流電機(jī)考前復(fù)習(xí)

直流電機(jī)考前復(fù)習(xí).第一頁(yè)，共63頁(yè)。直流電機(jī)的基本原理第二頁(yè)，共63頁(yè)。一、直流電機(jī)的基本工作原理以直流電動(dòng)機(jī)為例。1直流電動(dòng)機(jī)外施于電機(jī)出線端的電壓U與電流I是直流，通過(guò)換向器與電刷的作用而使流過(guò)電樞繞組內(nèi)部的電流ia是交流，此電刷與換向器實(shí)質(zhì)上是起了逆變的作用。2電樞繞組電流與氣隙磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁力，使轉(zhuǎn)子受到一個(gè)力矩，稱為電磁轉(zhuǎn)矩T。在T的作用下轉(zhuǎn)子沿T的方向旋轉(zhuǎn)并帶動(dòng)軸上的機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩，從而把從電源吸收的電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能從軸上輸出，電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向一致，是驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。第三頁(yè)，共63頁(yè)。3電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞繞組導(dǎo)體切割氣隙磁場(chǎng)磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，在電樞內(nèi)部，此感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)ea也是交流，其方向始終與ia相反，故稱反電動(dòng)勢(shì)。4雖然電樞繞組是旋轉(zhuǎn)的而且電樞電流又是交流，但是從空間上看，N極或S極下的電樞導(dǎo)體電流方向不變，即電樞電流所生的磁場(chǎng)（稱為電樞磁場(chǎng)）在空間上是一個(gè)靜止不變的恒定磁場(chǎng)。第四頁(yè)，共63頁(yè)。二、電機(jī)的可逆原理同一臺(tái)電機(jī)由于外界條件的不同，既可作發(fā)電機(jī)運(yùn)行也可作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，稱為電機(jī)的可逆原理，不僅適用于直流電機(jī)，也適合于交流電機(jī)。第五頁(yè)，共63頁(yè)。三、直流電機(jī)的電樞繞組1直流電機(jī)的電樞繞組元件的第一節(jié)距式中z為電樞槽數(shù)，p為主磁極極對(duì)數(shù)。2直流電機(jī)電樞繞組的全部元件通過(guò)換向器而連接成一個(gè)閉合的回路，由于沿回路中各元件的電動(dòng)勢(shì)之和為零，所以不會(huì)產(chǎn)生環(huán)流。3直流電機(jī)電樞繞組為雙層繞組，設(shè)元件數(shù)為s，換向片數(shù)為k，槽數(shù)為z，則有s=k=z。第六頁(yè)，共63頁(yè)。4直流電機(jī)的電刷數(shù)目等于主磁極數(shù)2p，安放電刷的原則是：被電刷短路的元件的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零。使正負(fù)電刷間獲得電動(dòng)勢(shì)最大，所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩最大。為此，電刷的實(shí)際位置應(yīng)與主磁極軸線對(duì)準(zhǔn)。由于此時(shí)被電刷所短路的兩元件邊處于幾何中心線，所以又習(xí)慣簡(jiǎn)稱為電刷處于幾何中性線上。第七頁(yè)，共63頁(yè)。5對(duì)于單疊繞組，換向器節(jié)距yk=y=1，式中y為合成節(jié)距；其并聯(lián)支路數(shù)a=p。6對(duì)于單波繞組，；其

并聯(lián)支路數(shù)a=1與極數(shù)無(wú)關(guān)。所以對(duì)單波繞組而言，理論上只用一對(duì)正負(fù)電刷，但實(shí)際仍常取2p個(gè)電刷。第八頁(yè)，共63頁(yè)。四、直流電機(jī)的磁場(chǎng)1以直流電動(dòng)機(jī)為例，直流電機(jī)各種勵(lì)磁方式的特點(diǎn)是：他勵(lì)：?jiǎn)为?dú)供電。并勵(lì)：由同一個(gè)直流電源供電。串勵(lì)：勵(lì)磁繞組與電樞繞組相串聯(lián)。復(fù)勵(lì)：有兩套勵(lì)磁繞組。先串后并為長(zhǎng)復(fù)勵(lì)；先并后串為短復(fù)勵(lì)。第九頁(yè)，共63頁(yè)。2直流電機(jī)空載時(shí)的氣隙磁場(chǎng)僅由勵(lì)磁繞組所生的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)所建立。空載時(shí)的主磁通與勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)的關(guān)系曲線稱為電機(jī)的磁化曲線。當(dāng)If較小時(shí)，磁路未飽和，曲線呈線性，當(dāng)If較大時(shí)，磁路飽和使曲線拐彎，電機(jī)磁化曲線呈飽和特性。電機(jī)通常工作在略帶飽和區(qū)。電機(jī)的磁化曲線僅與電機(jī)尺寸及所用材料有關(guān)，因而也與飽和度有關(guān)，但是與勵(lì)磁方式無(wú)關(guān)。第十頁(yè)，共63頁(yè)。3直流電機(jī)負(fù)載時(shí)的氣隙磁場(chǎng)是由勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)與電樞電流所建立的電樞磁動(dòng)勢(shì)共同建立的。稱負(fù)載時(shí)電樞電流所生的電樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)氣隙中主磁場(chǎng)的影響為電樞反應(yīng)。分為交軸電樞反應(yīng)和直軸電樞反應(yīng)。第十一頁(yè)，共63頁(yè)。五、直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)、電磁轉(zhuǎn)矩和電磁功率1電樞電動(dòng)勢(shì)是指從一對(duì)正負(fù)電刷間引出的的直流電動(dòng)勢(shì)，數(shù)值上等于一條之路內(nèi)所有串聯(lián)導(dǎo)體電動(dòng)勢(shì)之和。2電磁轉(zhuǎn)矩是電樞繞組所有載流導(dǎo)體與主磁場(chǎng)相互作用所生的力矩之和。3電磁功率是指直流電機(jī)在電磁感應(yīng)作用下機(jī)械能與電能相互轉(zhuǎn)換的功率。第十二頁(yè)，共63頁(yè)。六、直流電機(jī)的基本方程式1直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式（1）直流電動(dòng)機(jī)慣例應(yīng)注意Ea與Ia方向相反，為反電動(dòng)勢(shì)，T與n轉(zhuǎn)向一致，是驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。（2）電動(dòng)勢(shì)平衡方程式；（3）轉(zhuǎn)矩平衡方程式；（4）功率平衡方程式。第十三頁(yè)，共63頁(yè)。2直流發(fā)電機(jī)的基本方程式直流發(fā)電機(jī)的慣例應(yīng)注意Ea與Ia方向一致，為反電動(dòng)勢(shì)，T與n轉(zhuǎn)向相反，是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩?；痉匠淌剑旱谑捻?yè)，共63頁(yè)。七、直流電機(jī)的運(yùn)行特性1直流電動(dòng)機(jī)的工作特性直流電動(dòng)機(jī)的工作特性是指轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩及效率和電樞電流的關(guān)系曲線。第十五頁(yè)，共63頁(yè)。2直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性（1）他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的空載特性形狀與其電機(jī)磁化曲線相似，其本質(zhì)是反映了勵(lì)磁電流與由它建立的主磁通在電樞中所生的電樞電動(dòng)勢(shì)之間的關(guān)系，而與勵(lì)磁方式無(wú)關(guān)。（2）他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的外特性是一條略為下降的硬特性，而并勵(lì)的外特性下降更大些，直流發(fā)電機(jī)一般不采用串勵(lì)方式。第十六頁(yè)，共63頁(yè)。（3）并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的自勵(lì)條件必須有剩磁。如果沒(méi)有剩磁，需用其它直流電源對(duì)其“充磁”。產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向必須與剩磁方向相同。（由激磁繞組接法和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)向決定）勵(lì)磁回路的總電阻必須小于相應(yīng)轉(zhuǎn)速下的臨界電阻。第十七頁(yè)，共63頁(yè)。八、直流電機(jī)的換向1定義電刷是電樞電流方向的分界。在電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，某一元件每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)電刷就要改變一次電流的方向，叫換向。把從元件被電刷短路直到換向結(jié)束所用的時(shí)間叫換向周期。第十八頁(yè)，共63頁(yè)。2換向元件中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（1）當(dāng)電刷位于幾何中性線且未裝換向極時(shí)，換向元件中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有：電抗電動(dòng)勢(shì)（包括自感和互感電動(dòng)勢(shì)）；電樞反應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。是換向元件切割電樞磁動(dòng)勢(shì)建立的電樞反應(yīng)磁通所產(chǎn)生的。第十九頁(yè)，共63頁(yè)。（2）電刷位于幾何中線且裝有換向極時(shí)裝換向極的目的是為了改善換向，消除電刷下的電磁性火花。換向極必須位于幾何中線；換向極繞組必須與電樞回路串聯(lián)；其接法應(yīng)使換向極所建立的換向極磁場(chǎng)與電樞反應(yīng)刺痛方向相反；換向極磁路應(yīng)不飽和。換向極磁動(dòng)勢(shì)在抵消了電樞磁動(dòng)勢(shì)之后，在換向區(qū)氣隙中建立換向極磁場(chǎng)。換向元件切割磁場(chǎng)所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)，方向與電抗電動(dòng)勢(shì)相反，所以是幫助換向的。第二十頁(yè)，共63頁(yè)。3改善換向的辦法裝換向極。移刷。選用合適的電刷。適當(dāng)增加電刷接觸電阻以減小換向環(huán)流。，此外，須注意使用環(huán)境應(yīng)有利于換向器表面氧化膜的形成。第二十一頁(yè)，共63頁(yè)。直流電機(jī)的電力拖動(dòng)第二十二頁(yè)，共63頁(yè)。一、電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式1電力拖動(dòng)系統(tǒng)的基本運(yùn)動(dòng)方程式T-TL=GD2375dndt運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的判別：穩(wěn)態(tài)；加速；減速第二十三頁(yè)，共63頁(yè)。2多軸系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式（1）負(fù)載轉(zhuǎn)矩的折算傳動(dòng)機(jī)構(gòu)損耗的轉(zhuǎn)矩為多軸系統(tǒng)需等效為單軸系統(tǒng)。等效指系統(tǒng)傳遞的功率不變。第二十四頁(yè)，共63頁(yè)。提升和下放重物時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩折算提升重物時(shí)，電動(dòng)機(jī)負(fù)擔(dān)了下放重物時(shí)，負(fù)載負(fù)擔(dān)了第二十五頁(yè)，共63頁(yè)。（2）飛輪矩的折算折算原則：折算前后系統(tǒng)動(dòng)能不變工作機(jī)構(gòu)做提升和下放重物運(yùn)動(dòng)時(shí)，飛輪矩與平移運(yùn)動(dòng)時(shí)相同第二十六頁(yè)，共63頁(yè)。3電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件穩(wěn)定運(yùn)行必須滿足Tem=TL，且能抗干擾。判斷電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定工作點(diǎn)的條件：1）電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與負(fù)載機(jī)械特性的交點(diǎn)；2）在交點(diǎn)處必須滿足:第二十七頁(yè)，共63頁(yè)。二、生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載：反抗性和位能性。恒功率負(fù)載：負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比。風(fēng)機(jī)負(fù)載特性：負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速平方成正比。第二十八頁(yè)，共63頁(yè)。三、他勵(lì)（并勵(lì)）直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性1一般形式第二十九頁(yè)，共63頁(yè)。2固有特性0nTn0TN自然特性第三十頁(yè)，共63頁(yè)。3人為機(jī)械特性第三十一頁(yè)，共63頁(yè)。四、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)1啟動(dòng)方法（1）直接啟動(dòng)（2）限制啟動(dòng)電流的方法-應(yīng)滿勵(lì)磁。第三十二頁(yè)，共63頁(yè)。五、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)1制動(dòng)運(yùn)行一般保持磁通為額定磁通，其大小方向不變，使電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)向相反，其特點(diǎn)是從軸上吸收機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能而消耗在電機(jī)內(nèi)部或反饋電網(wǎng)。電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)機(jī)械TnTL電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)機(jī)械TnTL

電動(dòng)狀態(tài)制動(dòng)狀態(tài)第三十三頁(yè)，共63頁(yè)。URa+RZn=CeCTCe

2Tem(1)方法：保持If大小方向不變，將電樞回路從電網(wǎng)脫離經(jīng)制動(dòng)電阻Rz閉合。(2)參數(shù)特點(diǎn)：U=0,,電樞回路總電阻R=Ra+Rz因而有：2能耗制動(dòng)第三十四頁(yè)，共63頁(yè)。(1)方法：保持If大小方向不變，令電樞經(jīng)制動(dòng)電阻Rz而反接于電網(wǎng)。(2)參數(shù)特點(diǎn)：U=-UN，,電樞回路總電阻R=Ra+Rz因而有：3反接制動(dòng)：電壓反向的反接制動(dòng)第三十五頁(yè)，共63頁(yè)。(1)方法：保持If及端電壓不變，僅在電樞回路串入足夠大的制動(dòng)電阻Rz。(2)參數(shù)特點(diǎn)：U=UN，R=Ra+Rz,電樞回路總電阻且Rz足夠大。可見只要Rz選擇得當(dāng)，就可使負(fù)載以極低轉(zhuǎn)速下放。3反接制動(dòng)：電動(dòng)勢(shì)反向的反接制動(dòng)第三十六頁(yè)，共63頁(yè)。反接制動(dòng)的運(yùn)行特點(diǎn)制動(dòng)運(yùn)行時(shí)實(shí)際轉(zhuǎn)向與其理想空載轉(zhuǎn)速方向相反；制動(dòng)過(guò)程中一方面從電網(wǎng)吸收電功率，另一方面又從軸上輸入機(jī)械功率，兩者都轉(zhuǎn)換成電功率而消耗在電樞回路電阻上。第三十七頁(yè)，共63頁(yè)。(1)正向回饋制動(dòng)(電壓不反向的回饋制動(dòng))電車下坡時(shí)，若電機(jī)參數(shù)都不變，則最后穩(wěn)定于機(jī)械特性向第二象限延伸段。nTTL1An0TL2BOCCDnTTLAn0UNBOU1n01突然降低端電壓的瞬間，電機(jī)工作于降壓人為特性的第二象限延伸段，在轉(zhuǎn)速降至n0前的過(guò)程屬回饋制動(dòng)。4回饋制動(dòng)第三十八頁(yè)，共63頁(yè)。(2)反向回饋制動(dòng)(電壓反向的回饋制動(dòng))方法：保持If大小方向不變，將電樞反接，從而使位能性負(fù)載以較高的轉(zhuǎn)速穩(wěn)速下放。為使下放轉(zhuǎn)速不至太高通常取Rz=0使重物穩(wěn)速下放的轉(zhuǎn)速為：nTTLAn0-n0BCO-UN,Ra+RZnTTLAn0-n0BO-UN,Ra4回饋制動(dòng)第三十九頁(yè)，共63頁(yè)?；仞佒苿?dòng)時(shí)的運(yùn)行特點(diǎn)回饋制動(dòng)時(shí)，電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)向與其理想空載轉(zhuǎn)速方向一致，且n>n0。因而Ea>U，且Ea與Ia方向一致。電機(jī)將軸上輸入的機(jī)械功率轉(zhuǎn)換成電能而送回電網(wǎng)。第四十頁(yè)，共63頁(yè)。六、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速1調(diào)速方法電樞回路串電阻調(diào)速；降壓調(diào)速；弱磁調(diào)速。第四十一頁(yè)，共63頁(yè)。2調(diào)速指標(biāo)調(diào)速范圍；靜差率；調(diào)速平滑性；調(diào)速時(shí)電動(dòng)機(jī)的容許輸出；在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)，如果使其電流始終等于IN，則電機(jī)既能充分利用又能安全運(yùn)行，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的輸出功率與轉(zhuǎn)矩分別為調(diào)速時(shí)容許輸出功率和容許輸出轉(zhuǎn)矩。經(jīng)濟(jì)性。第四十二頁(yè)，共63頁(yè)。（2）恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載采用恒功率調(diào)速方式時(shí)，電機(jī)不能充分利用。（1）恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式時(shí)，只要使電動(dòng)機(jī)的TN=

TL，則在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)都做到T=

TN

=

TL

=

Tl，電機(jī)既安全又充分利用，是最理想的配合，此時(shí)nN

=

nmax

，PN

=

PLmax（4）恒功率負(fù)載采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式時(shí)，電機(jī)不能充分利用。（3）恒功率負(fù)載采用恒功率調(diào)速方式時(shí)，只要使電動(dòng)機(jī)的PN

=

PL

=

Pl，就可在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)都做到T=

Tl，此時(shí)nN

=

nmin

，TN

=

TLmax

3調(diào)速方式與負(fù)載性質(zhì)的配合第四十三頁(yè)，共63頁(yè)。七、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的過(guò)渡過(guò)程1定義當(dāng)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載、參數(shù)或運(yùn)行方式等發(fā)生變化時(shí)，由于系統(tǒng)具有慣性，使之從一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)變?yōu)榱硪粋€(gè)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)各物理量的改變不可能瞬時(shí)完成，必須經(jīng)一個(gè)連續(xù)變化的過(guò)程，稱為過(guò)渡過(guò)程。在此過(guò)程中，各物理量隨時(shí)間的變化規(guī)律稱為拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。第四十四頁(yè)，共63頁(yè)。2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械過(guò)渡過(guò)程的一般解：電樞電流變化規(guī)律：電磁轉(zhuǎn)矩變化規(guī)律：轉(zhuǎn)速變化規(guī)律：第四十五頁(yè)，共63頁(yè)。2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械過(guò)渡過(guò)程的一般解：加速度變化規(guī)律：過(guò)渡過(guò)程時(shí)間：其中：第四十六頁(yè)，共63頁(yè)。

3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)各種方法的啟動(dòng)、制動(dòng)、調(diào)速、負(fù)載變化或反轉(zhuǎn)等的機(jī)械過(guò)渡過(guò)程均可以利用以上各通式求解其動(dòng)態(tài)特性，只是式中的TM值、各起始值、終了值、穩(wěn)定值應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況而定。第四十七頁(yè)，共63頁(yè)。直流電機(jī)習(xí)題第四十八頁(yè)，共63頁(yè)。1某車床電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，已知車刀切削力F=2000N，工件直徑d=150mm，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n=1450r/min，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的各級(jí)速比j1=2,j2=1.5,j3=2，各轉(zhuǎn)軸的飛輪矩為：GDd2=3.5N.m2(指電動(dòng)機(jī)軸)，GD12=2N.m2,GD22=2.7N.m2,GD32=9N.m2，各級(jí)傳動(dòng)效率都是0.9，求：

1）切削功率；

2）電動(dòng)機(jī)輸出功率；

3）系統(tǒng)總飛輪矩；

4）忽略電動(dòng)機(jī)空載轉(zhuǎn)矩時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩；

5）車床開車未切削時(shí)，若電動(dòng)機(jī)加速度dn/dt=800r/（min.s），忽略電動(dòng)機(jī)空載轉(zhuǎn)矩但不忽略傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)矩?fù)p耗，求電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩。第四十九頁(yè)，共63頁(yè)。解：1）切削功率：切削線速度為則切削功率為：

2）電動(dòng)機(jī)輸出功率：3）系統(tǒng)總飛輪矩：第五十頁(yè)，共63頁(yè)。4）電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩：或：5）開車未切削時(shí)電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩：第五十一頁(yè)，共63頁(yè)。型他勵(lì)直流電機(jī)，，，，，電樞串電阻調(diào)速，要求求：電動(dòng)機(jī)帶額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)的最低轉(zhuǎn)速；調(diào)速范圍；電樞需串入電阻最大值；運(yùn)轉(zhuǎn)在最低速帶額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)，電動(dòng)機(jī)的輸入功率（忽略空載M0）及外串電阻上的損耗。2第五十二頁(yè)，共63頁(yè)。解：根據(jù)題意得（1）求最低轉(zhuǎn)速（2）求D第五十三頁(yè)，共63頁(yè)。3)電樞需串入電阻最大值Rc:4)輸入功率、輸出功率、損耗：第五十四頁(yè)，共63頁(yè)。3上題中的電動(dòng)機(jī)降低電源電壓調(diào)速，要求