第三章直流電動(dòng)機(jī)

第三章直流電動(dòng)機(jī)第一節(jié)直流電機(jī)的基本原理與結(jié)構(gòu)第二節(jié)直流電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電動(dòng)勢(shì)第三節(jié)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性第四節(jié)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和反轉(zhuǎn)第五節(jié)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)第六節(jié)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速2023/7/7第一節(jié)直流電機(jī)的基本原理與結(jié)構(gòu)

一、直流電機(jī)的工作原理

（一）直流發(fā)電機(jī)工作原理2023/7/7（二）直流電動(dòng)機(jī)工作原理2023/7/7二、直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

（一）定子：由主磁極、換向磁極、機(jī)座、端蓋和電刷裝置等組成（二）轉(zhuǎn)子：由電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇等組成。（三）氣隙2023/7/7三、直流電機(jī)的勵(lì)磁方式

直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組的供電方式稱為勵(lì)磁方式2023/7/7四、直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)和主要系列（一）直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)1、電機(jī)型號(hào)2、額定功率PN

3、額定電壓UN

4、額定電流IN

5、額定轉(zhuǎn)速nN6、電動(dòng)機(jī)額定效率ηN

7、勵(lì)磁方式8、額定勵(lì)磁電壓ULN9、額定勵(lì)磁電流ILN10、定額2023/7/7（二）直流電機(jī)主要系列

Z4系列一般用途的小型直流電動(dòng)機(jī)。

ZT系列廣調(diào)速直流電動(dòng)機(jī)。

ZJ系列精密機(jī)床用直流電動(dòng)機(jī)。

ZTD系列電梯用直流電動(dòng)機(jī)。

ZZJ系列起重冶金用直流電動(dòng)機(jī)。

ZD2、ZF2系列中型直流電動(dòng)機(jī)。

ZQ系列直流牽引電動(dòng)機(jī)。

Z-H系列船用直流電動(dòng)機(jī)。

ZA系列防爆安全用電動(dòng)機(jī)。

ZLJ系列

力矩直流電動(dòng)機(jī)。

2023/7/7第二節(jié)直流電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電動(dòng)勢(shì)

一、電磁轉(zhuǎn)矩

T=CTφIa

T＝9550P/n二、電樞電動(dòng)勢(shì)Ea＝Ceφn

電樞電動(dòng)勢(shì)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(zhuǎn)矩的方向由每極磁通和電樞電流的方向決定。2023/7/7第三節(jié)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性一、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程式

（一）電動(dòng)勢(shì)平衡方程式

U＝Ea+IaRa2023/7/7（二）他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性方程式n=2023/7/7n=二、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性

當(dāng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電源電壓、磁通為額定值，電樞回路未接附加電阻時(shí)的機(jī)械特性稱為固有機(jī)械特性三、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的人為機(jī)械特性

人為地改變電動(dòng)機(jī)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(jī)械特性為人為機(jī)械特性。

2023/7/71、電樞回路串接電阻R時(shí)的人為特性

n=2023/7/72、改變電源電壓時(shí)的人為機(jī)械特性n=2023/7/73、改變磁通時(shí)的人為機(jī)械特性n=2023/7/7第四節(jié)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和反轉(zhuǎn)

一、起動(dòng)方法

生產(chǎn)機(jī)械對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)要求是：起動(dòng)轉(zhuǎn)矩T足夠大，因?yàn)橹挥蠺大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩T時(shí)，電動(dòng)機(jī)方可順利起動(dòng)；起動(dòng)電流I不可太大；起動(dòng)設(shè)備操作方便，起動(dòng)時(shí)間短，運(yùn)行可靠，成本低廉。

1、全壓起動(dòng)

起動(dòng)電流Ist=UN/Ra

起動(dòng)轉(zhuǎn)矩

Tst=CTφNIst

2023/7/72、減壓起動(dòng)

起動(dòng)電壓Ust=IstRa

=(1.5-2)

IN

Ra3、電樞回路串電阻起動(dòng)起動(dòng)電流Ist=

UN/(Ra+

Rst)2023/7/7他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)4級(jí)起動(dòng)機(jī)械特性

2023/7/7二、直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)1）改變勵(lì)磁電流方向2）改變電樞電壓極性

由于他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組匝數(shù)多、電感大，勵(lì)磁電流從正向額定值變到負(fù)向額定值的時(shí)間長(zhǎng)，反向過程緩慢，而且在勵(lì)磁繞組反接斷開瞬間，繞組中將產(chǎn)生很大的自感電動(dòng)勢(shì)，可能造成絕緣擊穿。所以實(shí)際應(yīng)用中大多采用改變電樞電壓極性的方法來實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)。2023/7/7第五節(jié)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)

常用的電氣制動(dòng)有能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)和發(fā)電回饋制動(dòng)。此時(shí)電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n的方向相反，其機(jī)械特性在第Ⅱ、第Ⅳ象限內(nèi)。

一、能耗制動(dòng)

1、制動(dòng)原理2023/7/72、機(jī)械特性n==-1）停車時(shí)的能耗制動(dòng)2）穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的能耗制動(dòng)2023/7/7

當(dāng)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的是位能性負(fù)載，在下放重物時(shí)采用能耗制動(dòng)，從a→b→O為其能耗制動(dòng)過程。但在O點(diǎn)，拖動(dòng)系統(tǒng)在位能負(fù)載轉(zhuǎn)矩作用下開始反轉(zhuǎn)，電樞電勢(shì)反向，電樞電流反向，電磁轉(zhuǎn)矩反向，這時(shí)機(jī)械特性進(jìn)入第Ⅳ象限，如上圖虛線所示。隨著轉(zhuǎn)速的增加，電磁轉(zhuǎn)矩也增加，直到電磁轉(zhuǎn)矩等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，獲得穩(wěn)定運(yùn)行，重物獲得勻速下放。此狀態(tài)稱為穩(wěn)定能耗制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。2023/7/7二、反接制動(dòng)

（一）電樞反接制動(dòng)

1、制動(dòng)原理

Ia=

=-2023/7/72、機(jī)械特性

n=（二）倒拉反接制動(dòng)

這種制動(dòng)方法一般發(fā)生在卷揚(yáng)電動(dòng)機(jī)由提升重物轉(zhuǎn)為下放重物的情況下。2023/7/71、制動(dòng)原理

2、機(jī)械特性n=2023/7/7三、發(fā)電回饋制動(dòng)

（一）位能負(fù)載高速拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)的發(fā)電回饋制動(dòng)

當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高于理想空載轉(zhuǎn)速，電樞電流的方向與電動(dòng)狀態(tài)時(shí)相反，電動(dòng)機(jī)向電源回饋電能，電磁轉(zhuǎn)矩方向與電動(dòng)狀態(tài)時(shí)相反，為制動(dòng)性質(zhì)。這種電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)稱為發(fā)電回饋制動(dòng)。發(fā)電回饋制動(dòng)可出現(xiàn)在降低電樞電壓調(diào)速時(shí)以及位能負(fù)載高速拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)場(chǎng)合。

2023/7/7n=

機(jī)械特性方程式2023/7/7（二）降低電樞電壓調(diào)速時(shí)的發(fā)電回饋制動(dòng)2023/7/7制動(dòng)形式優(yōu)

點(diǎn)缺

點(diǎn)應(yīng)用場(chǎng)合能耗制動(dòng)1．制線路簡(jiǎn)單、平穩(wěn)可靠，制動(dòng)過程中不吸收電能，經(jīng)濟(jì)、安全2．可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確停車制動(dòng)效果隨轉(zhuǎn)速下降而成比例減小

適用于要求減速平穩(wěn)場(chǎng)合，例如反抗性負(fù)載準(zhǔn)確停車。另應(yīng)用于下放重物反接制動(dòng)1．電樞反接制動(dòng)轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速變化較小，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩較恒定，制動(dòng)強(qiáng)烈而迅速2．倒拉反接制動(dòng)的轉(zhuǎn)速可以很低，安全性好。1．電樞反接制動(dòng)有自動(dòng)反轉(zhuǎn)的可能性。在轉(zhuǎn)速接近零時(shí)，應(yīng)及時(shí)切斷電源2．倒拉反接制動(dòng)從電網(wǎng)吸收大量電能電樞反接制動(dòng)應(yīng)用于頻繁正、反轉(zhuǎn)的電力拖動(dòng)系統(tǒng)。倒拉反接制動(dòng)不能用于停車，只能應(yīng)用于起動(dòng)設(shè)備以較低的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速下放重物發(fā)電回饋制動(dòng)1．制動(dòng)簡(jiǎn)單可靠，不需改變電動(dòng)機(jī)接線2．能量反饋到電網(wǎng)，比較經(jīng)濟(jì)1．在轉(zhuǎn)速大于理想空載轉(zhuǎn)速時(shí)才能產(chǎn)生制動(dòng)，應(yīng)用范圍較窄

2．不能實(shí)現(xiàn)停車應(yīng)用于位能負(fù)載的穩(wěn)定高速下降場(chǎng)合在降壓和弱磁調(diào)速的過渡過程中可能出現(xiàn)這種制動(dòng)狀態(tài)直流電動(dòng)機(jī)制動(dòng)形式的比較和應(yīng)用場(chǎng)合

2023/7/7他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)四個(gè)象限的機(jī)械特性曲線2023/7/7第六節(jié)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

由直流電動(dòng)機(jī)機(jī)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(zhuǎn)速n。所以，直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有：