電機與電氣控制技術 第3版 課件 第3、4章 直流電動機、常用控制電機

第三章直流電機

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)他勵直流電動機運行原理與機械特性第四節(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3/6/20244:04PM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3/6/20244:04PM（二）直流電動機工作原理3/6/20244:04PM二、直流電機的基本結構

（一）定子（二）轉子（三）氣隙3/6/20244:04PM三、直流電機的勵磁方式

a)他勵直流電機b)并勵直流電機c)串勵直流電機d)復勵直流電機3/6/20244:04PM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

3/6/20244:04PM（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。

3/6/20244:04PM第二節(jié)直流電動機的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

3/6/20244:04PM第三節(jié)他勵直流電動機的運行原理與機械特性一、直流電動機的基本方程式

（一）電動勢平衡方程式

U＝Ea+IaRa

3/6/20244:04PM（二）功率平衡方程式直流電動機輸入的電功率是不可能全部轉換成機械功率的，因為在轉換的過程中存在著各種損耗。按其性質可分為機械損耗Pm，鐵心損耗PFe，銅損PCu和附加損耗PS四種。

電動機總損耗ΣP＝

Pm+PFe+PCu+PS電網(wǎng)向電動機輸入的電功率P1＝UI＝UIa

電動機輸出的機械功率P2＝P1－ΣP

直流電動機的效率

η=(P2/P1)×100％3/6/20244:04PM（三）轉矩平衡方程式

二、他勵直流電動機的機械特性

（一）他勵直流電動機機械特性方程式

n=3/6/20244:04PM（二）他勵直流電動機的固有機械特性

n=（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。

3/6/20244:04PM1、電樞回路串接電阻R時的人為特性

n=3/6/20244:04PM2、改變電源電壓時的人為機械特性

n=3/6/20244:04PM3、改變磁通時的人為機械特性

n=3/6/20244:04PM第四節(jié)他勵直流電動機的起動和反轉

一、起動方法

生產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

Ist=UN/Ra

Tst=CTφNIst

3/6/20244:04PM2、減壓起動

Ust=Ist

Ra

=(1.5-2)

IN

Ra3、電樞回路串電阻起動Ist=

UN/(Ra+

Rst

)3/6/20244:04PM他勵直流電動機4級起動機械特性

二、他勵直流電動機反轉

1）改變勵磁電流方向

2）改變電樞電壓極性3/6/20244:04PM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

3/6/20244:04PM當電動機拖動的是位能性負載時，下放重物能耗制動的電路工作情況。3/6/20244:04PM二、反接制動

（一）電樞反接制動

Ia=

=-3/6/20244:04PM（二）倒拉反接制動

這種制動方法一般發(fā)生在提升重物轉為下放重物的情況下。

3/6/20244:04PM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（二）降低電樞電壓調速時的發(fā)電回饋制動3/6/20244:04PM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。3/6/20244:04PM一、改變電樞電路串聯(lián)電阻的調速

3/6/20244:04PM二、降低電樞電壓調速

3/6/20244:04PM三、減弱磁通調速3/6/20244:04PM第三章結束謝謝使用!3/6/20244:04PM第一節(jié)伺服電動機

第二節(jié)測速發(fā)電機

第三節(jié)步進電動機

第四章

常用控制電機

3/6/20244:04PM第一節(jié)

伺服電動機

按伺服電動機使用電源性質不同，可分為直流伺服電動機和交流伺服電動機。

一、直流伺服電動機

采用電樞控制時，其機械特性方程為

n=3/6/20244:04PM工作原理機械特性3/6/20244:04PM二、交流伺服電動機（一）結構

3/6/20244:04PM（二）工作原理

交流伺服電動機的工作原理與具有起動繞組的單相異步電動機相似。

3/6/20244:04PM

當轉子電阻為不同值且控制電壓Uc=0時的正向轉矩、反向轉矩以及合成轉矩T的機械特性曲線。

3/6/20244:04PM交流伺服電動機的機械特性曲線。

3/6/20244:04PM（三）控制方式

其控制方式有幅值控制、相位控制和幅值-相位控制三種。

三、伺服電動機的應用3/6/20244:04PM第二節(jié)

測速發(fā)電機

一、直流測速發(fā)電機

測速發(fā)電機是一種測速元件，它將輸入的機械轉速轉換為電壓信號輸出。按照測速發(fā)電機輸出信號的不同，可分為直流和交流兩大類。3/6/20244:04PM

直流測速發(fā)電機的輸出特性

3/6/20244:04PM二、交流測速發(fā)電機

交流測速發(fā)電機有異步式和同步式兩類，在自動控制系統(tǒng)中應用較廣的為交流異步測速發(fā)電機。交流異步測速發(fā)電機結構與杯形轉子伺服電動機相同。

3/6/20244:04PM交流測速發(fā)電機輸出特性3/6/20244:04PM三、測速發(fā)電機的應用3/6/20244:04PM第三節(jié)

步進電動機

步進電動機是利用電磁鐵原理將電脈沖信號轉換成相應角位移的控制電機。每輸入一個脈沖，電動機就轉動一個角度或前進一步，其輸出的角位移或線位移與輸入脈沖數(shù)成正比，轉速與脈沖頻率成正比。因此，步進電動機又稱為脈沖電動機。在數(shù)字控制系統(tǒng)中步進電動機作為執(zhí)行元件，獲得廣泛應用。步進電動機種類繁多，按運行方式可分為旋轉型和直線型，通常使用的多為旋轉型，旋轉型步進電動機又有反應式（磁阻式）、永磁式和感應式三種。3/6/20244:04PM一、三相反應式步進電動機的結構

三相反應式步進電動機結構示意圖。

3/6/20244:04PM二、工作原理（一）單三拍控制步進電動機工作原理

單三拍控制中的“單”是指每次只有一相控制繞組通電，通電順序為U→V→W→U或按U→W→V→U順序?！叭摹笔侵附?jīng)過三次切換控制繞組的電脈沖為一個循環(huán)。

3/6/20244:04PM（二）六拍方式控制步進電動機工作原理

六拍控制方式中三相控制繞組通電順序按U→UV→V→VW→W→WU→U進行3/6/20244:04PM（三）雙三拍控制步進電動機工作原理

雙三拍控制是指每次有兩相繞組同時通電，且按照UV→VW→WU→UV順序進行。按雙三拍通電方式運行時，它的步距角和單三拍控制方式相同，皆為30°