認(rèn)識(shí)直流電動(dòng)機(jī)含緒論和直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)

電機(jī)驅(qū)動(dòng)與伺服控制

項(xiàng)目一認(rèn)識(shí)電動(dòng)機(jī)及調(diào)速方式任務(wù)1認(rèn)識(shí)直流電動(dòng)機(jī)（含緒論）和直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)

（1）直流電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)、用途、主要技術(shù)參數(shù)；（2）電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程，負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性；（3）他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。（1）直流電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)、用途、主要技術(shù)參數(shù)；（2）他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。本單元無(wú)

知識(shí)點(diǎn)技能點(diǎn)重點(diǎn)1.1直流電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)、用途、主要技術(shù)參數(shù)1.1.1直流電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)1.調(diào)速范圍寬，易于平滑調(diào)節(jié)2.過(guò)載、起動(dòng)、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大3.易于控制，可靠性高4.調(diào)速時(shí)能量損失較小1.1.2直流電動(dòng)機(jī)的用途

直流電機(jī)的基本功能是實(shí)現(xiàn)直流電能和機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)換。直流電機(jī)調(diào)速范圍廣、平滑，具有良好的起動(dòng)、制動(dòng)和調(diào)速性能，因而一般應(yīng)用于生產(chǎn)工藝要求較高的生產(chǎn)機(jī)械，常應(yīng)用于對(duì)調(diào)速要求高的場(chǎng)所：軋鋼機(jī)、艦船推進(jìn)、造紙、挖掘機(jī)。1.1.3直流電動(dòng)機(jī)的技術(shù)參數(shù)1.額定功率：電機(jī)按規(guī)定的工作方式運(yùn)行時(shí)所能提供的輸出功率。

●對(duì)于電動(dòng)機(jī)，額定功率是指轉(zhuǎn)子軸上輸出的機(jī)械功率；●對(duì)于發(fā)電機(jī)，額定功率則是指電刷輸出端輸出的電功率。2.額定電壓：電樞繞組能夠安全工作的最大電壓?！駥?duì)于電動(dòng)機(jī)是電刷輸出端的輸入電壓；●對(duì)于發(fā)電機(jī)是電刷輸出端的輸出電壓。3.額定電流：電機(jī)按規(guī)定的工作方式運(yùn)行時(shí)，電樞繞組允許通過(guò)的最大電流。（并勵(lì)機(jī)和復(fù)勵(lì)機(jī)指得是總電流）5.額定效率

在額定條件下電機(jī)的輸出功率與輸入功率之比。額定數(shù)據(jù)之間存在著如下關(guān)系：

直流電動(dòng)機(jī)：電動(dòng)機(jī)軸上輸出的額定轉(zhuǎn)矩：

（PN的單位為kw）4.額定轉(zhuǎn)速

在額定電壓、額定電流、和輸出額定功率運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速。1.1.4直流電動(dòng)機(jī)的工作原理直流電動(dòng)機(jī)是怎樣轉(zhuǎn)起來(lái)的？依據(jù)：電磁力定律B—磁密，l—導(dǎo)體有效長(zhǎng)度，i—電流方向由左手定則判定電磁力定律產(chǎn)生力矩要兩個(gè)必要條件：有一個(gè)磁場(chǎng)存在；導(dǎo)體中有電流。結(jié)論：只要兩個(gè)線(xiàn)圈邊在不同的極下能及時(shí)改變電流方向，即可使得直流電動(dòng)機(jī)得到持續(xù)的同方向的電磁轉(zhuǎn)矩，從而朝著同一方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。由換向器和電刷來(lái)完成。N-S極為一對(duì)在空間固定不動(dòng)的磁極（可以是電磁鐵也可以是永久磁鐵）；兩個(gè)磁極之間裝著一個(gè)可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵磁材料制成的圓柱體（稱(chēng)為電樞），圓柱體上裝有一個(gè)線(xiàn)圈ax。如圖左所示。當(dāng)a導(dǎo)體在N極下，b導(dǎo)體在S極下時(shí)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩逆時(shí)針?lè)较虍?dāng)a導(dǎo)體在S極下，b導(dǎo)體在N極下時(shí)。

產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩順時(shí)針?lè)较螂姌袛[動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)化模型磁極電樞目前位置：ab線(xiàn)圈邊在N極下，cd線(xiàn)圈邊在S下目前位置：cd線(xiàn)圈邊在N極下，ab線(xiàn)圈邊在S下線(xiàn)圈中電流方向A→a→b→c→d→B電樞逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)線(xiàn)圈中電流方向A→d→c→b→a→B電樞逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)ab邊:電流a→b,電磁力方向逆時(shí)針

cd邊:電流c→d

,電磁力方向逆時(shí)針ab邊:電流b→

a,電磁力方向逆時(shí)針

cd邊:電流d

→c,電磁力方向逆時(shí)針磁極電樞換向器電刷(靜止）直流電動(dòng)機(jī)工作原理結(jié)論：

（1）電刷和換向器裝置將電刷外部的直流電流變成了線(xiàn)圈內(nèi)部的交流電流，從而實(shí)現(xiàn)了換向。

（2）對(duì)直流電動(dòng)機(jī)而言，電刷和換向器起到了由外部電源直流到內(nèi)部繞組交流的轉(zhuǎn)換作用，即相當(dāng)于一個(gè)機(jī)械式逆變器。1.1.5直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)1—換向器；2—電刷裝置；3—機(jī)座；4—主磁極；5—換向極；6—端蓋；7—風(fēng)扇；8—電樞繞組；9—電樞鐵心直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)剖面圖電機(jī)由兩大部分組成:靜止部分——定子旋轉(zhuǎn)部分——轉(zhuǎn)子（電樞）轉(zhuǎn)子定子端蓋（1）主磁極：

主磁極的作用是產(chǎn)生氣隙磁場(chǎng)。主磁極由主磁極鐵心和勵(lì)磁繞組組成，主磁極鐵心一般由1.0~1.5mm厚的鋼板沖片疊壓鉚緊組成，鐵心中的上部套有勵(lì)磁繞組的部分稱(chēng)為極身，下面擴(kuò)展的部分稱(chēng)為極靴。勵(lì)磁繞組由絕緣銅線(xiàn)繞制而成，勵(lì)磁繞組套在主磁極鐵心上通以直流電流來(lái)建立磁場(chǎng)。整個(gè)主磁極用螺釘固定在機(jī)座上。1、定子部分a)主磁極b)換向極主磁極和換向極（2）換向極換向極裝在兩極之間。其作用是用來(lái)改善換向，也是由鐵心和繞組組成，換向極繞組與電樞繞組串聯(lián)。如圖b所示。（3）機(jī)座電機(jī)定子的外殼部分稱(chēng)為機(jī)座。機(jī)座的主體部分作為磁極間的通路，這部分稱(chēng)為磁軛。機(jī)座同時(shí)用來(lái)固定主磁極、換向極和端蓋，起到整個(gè)電機(jī)的支撐和固定作用。（4）電刷裝置電刷裝置是電樞電路的引入（或引出）裝置，通過(guò)它可以把電機(jī)旋轉(zhuǎn)部分的電流引出到靜止的電路里，它與換向器配合才能使電機(jī)獲得直流電機(jī)的效果。電刷裝置由電刷、刷盒、刷桿座和銅絲辮等組成。

直流電機(jī)的電刷裝置（1）電樞鐵心電樞鐵心是主磁通磁路的主要部分，同時(shí)用來(lái)嵌放電樞繞組。為了降低電機(jī)運(yùn)行時(shí)的電樞鐵心中產(chǎn)生的渦流損耗和磁滯損耗，電樞鐵心一般用0.5mm厚的硅鋼片沖片疊壓而成為一圓柱體，將其安裝在轉(zhuǎn)軸上。電樞的外圓開(kāi)有電樞槽，槽內(nèi)嵌入電樞繞組。

2、轉(zhuǎn)子（電樞部分）（a）電樞鐵心沖片（b）電樞鐵心直流電機(jī)的電樞鐵心沖片和鐵心（2）電樞繞組電樞繞組的作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電勢(shì)，是電機(jī)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵部件。電樞繞組疊放在電樞鐵心的槽內(nèi)，是由按一定規(guī)律聯(lián)接的線(xiàn)圈組成，它是直流電機(jī)的電路部分。（3）換向器

換向器的作用是把電樞繞組內(nèi)部的交流電流轉(zhuǎn)換為電刷間的直流電流。換向器由許多換向片組成，片間用云母絕緣，電樞繞組的每個(gè)線(xiàn)圈的兩端分別接到兩個(gè)換向片上。如圖所示。直流電機(jī)的換向器（4）轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸起轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的支撐作用，需要一定的強(qiáng)度和剛度，一般用圓鋼加工而成。1.2電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程，負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性1.2.1直流電動(dòng)機(jī)及其電力拖動(dòng)

用各種原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的工作機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)，完成一定生產(chǎn)任務(wù)的過(guò)程稱(chēng)之為拖動(dòng)。用電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)稱(chēng)為電力拖動(dòng)。電力拖動(dòng)系統(tǒng)一般由控制設(shè)備、電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)機(jī)械和電源五部分組成。它們之間的關(guān)系如圖所示。1.2.2電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式1.運(yùn)動(dòng)方程式電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程式描述了系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)取決于作用在原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的各種轉(zhuǎn)矩。根據(jù)如圖給出的系統(tǒng)，可寫(xiě)出拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式：其中為系統(tǒng)的慣性轉(zhuǎn)矩。運(yùn)動(dòng)方程的實(shí)用形式：系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的三種狀態(tài)1)當(dāng)或時(shí),系統(tǒng)處于靜止或恒轉(zhuǎn)速運(yùn)行狀態(tài)，即處于穩(wěn)態(tài)。2)當(dāng)或時(shí),系統(tǒng)處于加速運(yùn)行狀態(tài)，即處于動(dòng)態(tài)。3)當(dāng)或時(shí),系統(tǒng)處于減速運(yùn)行狀態(tài)，即處于動(dòng)態(tài)。常把或稱(chēng)為動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩,把稱(chēng)為靜負(fù)載轉(zhuǎn)矩。首先確定電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)檗D(zhuǎn)速的正方向，然后規(guī)定：2、運(yùn)動(dòng)方程式中轉(zhuǎn)矩正、負(fù)號(hào)的規(guī)定（1）電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的正方向相同時(shí)為正，相反時(shí)為負(fù)。（2）負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的正方向相同時(shí)為負(fù)，相反時(shí)為正。（3）慣性轉(zhuǎn)矩的大小和正負(fù)號(hào)由和的代數(shù)和決定。1.2.3負(fù)載的機(jī)械特性負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性，就是負(fù)載的機(jī)械特性，簡(jiǎn)稱(chēng)負(fù)載特性。1.恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性

恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性是指生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)的特性。分反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載和位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載兩種。(1)反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載(2)位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載TZnTZnTZn2.恒功率負(fù)載特性

恒功率負(fù)載特點(diǎn)是：負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的乘積為一常數(shù)，即與成反比，特性曲線(xiàn)為一條雙曲線(xiàn)。Tzn3.泵與風(fēng)機(jī)類(lèi)負(fù)載特性

負(fù)載的轉(zhuǎn)矩基本上與轉(zhuǎn)速的平方成正比。負(fù)載特性為一條拋物線(xiàn)。Tzn理想的通風(fēng)機(jī)特性實(shí)際通風(fēng)機(jī)特性Tz01.3.1機(jī)械特性的表達(dá)式直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指電動(dòng)機(jī)在電樞電壓、勵(lì)磁電流、電樞回路電阻為恒值的條件下，即電動(dòng)機(jī)處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系：由電機(jī)的電路原理圖可得機(jī)械特性的表達(dá)式：稱(chēng)為理想空載轉(zhuǎn)速。實(shí)際空載轉(zhuǎn)速1.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性1、固有機(jī)械特性當(dāng)時(shí)的機(jī)械特性稱(chēng)為固有機(jī)械特性：2、人為機(jī)械特性當(dāng)改變或或得到的機(jī)械特性稱(chēng)為人為機(jī)械特性。由于電樞電阻很小，特性曲線(xiàn)斜率很小，所以固有機(jī)械特性是硬特性。1.3.1固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性(1)電樞串電阻時(shí)的人為特性

保持不變,只在電樞回路中串入電阻的人為特性特點(diǎn)：1）不變，變大；

2）越大，特性越軟。(2)降低電樞電壓時(shí)的人為特性

保持不變，只改變電樞電壓時(shí)的人為特性：特點(diǎn)：1)

隨變化,不變；2)不同,曲線(xiàn)是一組平行線(xiàn)。(3)減弱勵(lì)磁磁通時(shí)的人為特性

保持不變，只改變勵(lì)磁回路調(diào)節(jié)電阻的人為特性：特點(diǎn)：1）弱磁，

增大；

2）弱磁，增大

處于某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行的電力拖動(dòng)系統(tǒng)，由于受到某種擾動(dòng)，導(dǎo)致系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化而離開(kāi)原來(lái)的平衡狀態(tài)，如果系統(tǒng)能在新的條件下達(dá)到新的平衡狀態(tài)，或者當(dāng)擾動(dòng)消失后系統(tǒng)回到原來(lái)的轉(zhuǎn)速下繼續(xù)運(yùn)行，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的，否則系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。在A點(diǎn)，系統(tǒng)平衡擾動(dòng)使轉(zhuǎn)速有微小增量，轉(zhuǎn)速由上升到，。擾動(dòng)消失,系統(tǒng)減速，回到A點(diǎn)運(yùn)行。擾動(dòng)使轉(zhuǎn)速有微小下降，由下降到。擾動(dòng)消失,系統(tǒng)加速，回到A點(diǎn)運(yùn)行。1.3.2電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行條件電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的充分必要條件是：在B點(diǎn)，系統(tǒng)平衡擾動(dòng)使轉(zhuǎn)速有