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直流電機的根本結(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本章內(nèi)容安排：第三章直流電動機的工作原理及其特性

3.0重點和難點重點：〔1〕電動機機械特性是最重要的內(nèi)容，是分析啟動、調(diào)速、制動的理論根底；〔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：〔1〕電流、電勢的換向過程和電動機的制動過程；〔2〕電動機在各種運轉(zhuǎn)狀態(tài)下電磁轉(zhuǎn)矩T、負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL、轉(zhuǎn)速n、電樞電流Ia和電勢E等符號確實定。第三章直流電動機的工作原理及其特性

3.1直流電動機的根本結(jié)構(gòu)和工作原理直流電機的機構(gòu)包括定子和轉(zhuǎn)子兩大局部定子用于建立磁場，并作為機械支撐；轉(zhuǎn)子〔亦稱電樞〕用于產(chǎn)生感應(yīng)電勢、電流，實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換3.1.1直流電機的根本結(jié)構(gòu)第三章直流電動機的工作原理及其特性

3.1直流電動機的根本結(jié)構(gòu)和工作原理直流電機是以導(dǎo)體在磁場中運動產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和載流導(dǎo)體在磁場中受力為根底來實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的。直流電機分電動機和發(fā)電機。3.1.1直流電機的根本結(jié)構(gòu)第三章直流電動機的工作原理及其特性

3.1直流電動機的根本結(jié)構(gòu)和工作原理直流電機的工作原理是建立在電磁力和電磁感應(yīng)的根底之上的。3.1.2直流電機的工作原理直流電機中能量轉(zhuǎn)換的方向是可逆的。同一臺電機既可做發(fā)電機運行，將機械能轉(zhuǎn)換為電能，也可作電動機運行，將電能轉(zhuǎn)換為機械能。第三章直流電動機的工作原理及其特性

3.1直流電動機的根本結(jié)構(gòu)和工作原理3.1.2直流電機的工作原理左、右手定那么感應(yīng)電勢運動速度磁感應(yīng)強度電流電磁力磁感應(yīng)強度右手定那么左手定那么右手定那么用于確定動生電動勢左手定那么用于判斷安培力第三章直流電動機的工作原理及其特性

3.1直流電動機的根本結(jié)構(gòu)和工作原理3.1.2直流電機的工作原理發(fā)電機依電磁感應(yīng)定理〔右手定那么〕電動機依安培電磁力定律〔左手定那么〕第三章直流電動機的工作原理及其特性

3.1直流電動機的根本結(jié)構(gòu)和工作原理3.1.2直流電機的工作原理Ke—電勢常數(shù)Kt---轉(zhuǎn)矩常數(shù)=9.55Ke第三章直流電動機的工作原理及其特性

3.1直流電動機的根本結(jié)構(gòu)和工作原理3.1.2直流電機的工作原理電機在不同運行方式下E和T的作用第三章直流電動機的工作原理及其特性

3.2直流發(fā)電機按勵磁方式分類〔a〕他勵〔b〕并勵〔c〕串勵〔d〕復(fù)勵常用的是他勵和并勵第三章直流電機的工作原理及特性

3.2.1他勵發(fā)電機當(dāng)發(fā)電機空載時，Ia=0空載特性：發(fā)電機空載及轉(zhuǎn)速為常數(shù)〔額定值〕的條件下，電動勢E與勵磁電流If之間的關(guān)系電壓平衡方程()5.3/RUI=IIa=()3.3()/RUEIaa-=

RIEUaa-=()4.3即發(fā)電機的電勢為負(fù)載電壓和電樞電阻壓降所平衡，〔與電動機相區(qū)別〕第三章直流電機的工作原理及特性

他勵發(fā)電機他勵發(fā)電機的外特性表示發(fā)電機端電壓U與負(fù)載電流I之間的關(guān)系曲線從空載到滿載〔額定負(fù)載〕電壓的變化率第三章直流電機的工作原理及特性

并勵發(fā)電機電壓平衡方程并勵發(fā)電機電壓建立的條件：1.發(fā)電機的磁極要有剩磁；2.起始勵磁電流所產(chǎn)生的磁場方向與剩磁磁場的方向相同；3.勵磁電路電阻Rf不能太大。第三章直流電機的工作原理及特性

3.3直流電動機的機械特性

他勵電動機的機械特性電壓平衡方程電動機的外加電樞電壓為電樞的反電勢和電阻壓降所平衡〔與發(fā)電機相區(qū)別〕第三章直流電機的工作原理及特性

3.3.1他勵電動機的機械特性n=f(T)

將直流電機的電勢方程和轉(zhuǎn)矩方程代入直流電動機電壓平衡方程式中，整理可得他勵直流電機的機械特性方程為：理想空載轉(zhuǎn)速第三章直流電機的工作原理及特性

3.3.1他勵電動機的機械特性TdTnn0硬特性β＞10軟特性β＜10絕對硬特性β→∞機械特性硬度軟特性硬特性絕對硬特性轉(zhuǎn)矩變化dT與所引起的轉(zhuǎn)速變化dn的比值，用于衡量機械特性的平直程度。機械特性硬度第三章直流電機的工作原理及特性

3.3.1他勵電動機的機械特性1.固有機械特性〔自然特性〕是指在額定電壓和額定磁通下，電樞電路內(nèi)不接任何電阻時的n=f〔T〕曲線。當(dāng)U=UN，Φ=φN時，n=f〔T〕是一條直線。通常用〔0，n0〕和〔TN，nN〕兩點來作直線。電機正轉(zhuǎn)在第一象限，反轉(zhuǎn)在第三象限。第三章直流電機的工作原理及特性

3.3.1他勵電動機的機械特性1.固有機械特性

n=f(T)〔1〕估算電樞電阻Ra第三章直流電機的工作原理及特性

3.3.1他勵電動機的機械特性〔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)矩第三章直流電機的工作原理及特性

3.3.1他勵電動機的機械特性例：一臺Z2-51型他勵電動機，PN=5.5kW，UN=220V，IN=31A，nN=1500r/min，認(rèn)為額定運行時的電磁轉(zhuǎn)矩近似等于額定輸出轉(zhuǎn)矩，試?yán)L出這臺電機近似的固有機械特性。解：因他勵電動機的n=f〔T〕是一條直，故只要求出：〔0，n0〕、〔TN，nN〕兩點即可。第三章直流電機的工作原理及特性

3.3.1他勵電動機的機械特性1I71.0)(5.0IUUPRNNNNNaW=-=估算Ra計算KeФN計算n0求TN畫出機械特性曲線第三章直流電機的工作原理及特性

3.3.1他勵電動機的機械特性2.人為機械特性是指供電電壓或磁通不是額定值、電樞電路內(nèi)接有外加電阻Rad時的機械特性；電動機的啟動、調(diào)速、制動的方法就是利用人為機械特性。第三章直流電機的工作原理及特性

3.3.1他勵電動機的機械特性2.人為機械特性〔改變U、φ、Rad〕1)串接電阻Rad串接電阻后1.n0不變；K斜率變大即Δn變大，特性變軟。由同一點〔O，n0〕出發(fā)的一組曲線第三章直流電機的工作原理及特性

3.3.1他勵電動機的機械特性1.n0隨著U的變化而改變2.平行于固有特性曲線的一簇曲線2.人為機械特性〔改變U、φ、Rad〕2〕改變電壓第三章直流電機的工作原理及特性

3.3.1他勵電動機的機械特性2.人為機械特性〔改變U、φ、Rad〕3〕改變磁通1.n0增加2.隨著φ的降低，斜率變大，T減小，n>nN，電動機工作在交點左側(cè)區(qū)語注意：消弱磁通時，注意“飛車〞現(xiàn)象，一般要加“失磁〞保護。第三章直流電機的工作原理及特性

3.4直流他勵電動機的啟動特性啟動時n=0E=0

啟動電流假設(shè)直接啟動，那么啟動電流很大，造成危害第三章直流電機的工作原理及特性

3.4直流他勵電動機的啟動特性常用啟動方法有兩種：降壓啟動和電樞回路外接電阻啟動。生產(chǎn)機械對電機啟動的要求是：有足夠的啟動轉(zhuǎn)矩、啟動時間短、啟動平穩(wěn)。限流Ist=〔1.5-2〕IN第三章直流電機的工作原理及特性

3.4直流他勵電動機的啟動特性1.降壓啟動U＜UN→n↑、E↑→↑U→U=UN、n=nN2.電樞回路內(nèi)串接外加電阻啟動滿足啟動要求：Ist=UN/〔Ra+Rst〕Rst〔3-4級〕T1、T2的數(shù)值按照電動機的具體啟動條件決定：T1=〔1.6-2〕TNT2=〔〕TN第三章直流電機的工作原理及特性

3.4直流他勵電動機的啟動特性外接電阻啟動例題：一臺他勵直流電動機，其額定數(shù)據(jù)為：PN=17kW，UN=220V，IN=91A，nN=1500r/min,Ra=0.22Ω。試求：第三章直流電機的工作原理及特性

3.4直流他勵電動機的啟動特性〔1〕TN=？〔2〕直接啟動時的Ist=？〔3〕如果要使啟動電流不超過額定電流的兩倍，求啟動電阻為多少？此時啟動轉(zhuǎn)矩為多少？〔4〕如果采用降壓啟動，啟動電流不超過額定電流的兩倍，電源電壓應(yīng)為多少？第三章直流電機的工作原理及特性

3.4直流他勵電動機的啟動特性解：〔1〕TN=？〔2〕直接啟動時的Ist=？第三章直流電機的工作原理及特性

3.4直流他勵電動機的啟動特性〔3〕串入啟動電阻Rad啟動轉(zhuǎn)矩：注意：第三章直流電機的工作原理及特性

3.4直流他勵電動機的啟動特性〔4〕降壓啟動時的電源電壓：第三章直流電機的工作原理及特性

3.5直流他勵電動機的調(diào)速特性調(diào)速——在一定的負(fù)載條件下，人為地改變電機的機械特性，以改變電機的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。注意：速度調(diào)節(jié)與速度變化是兩個完全不同的概念。速度變化是在某條機械特性下，由于負(fù)載改變而引起的，而速度調(diào)節(jié)那么是在某一特定的負(fù)載下，靠人為改變機械特性而得到的。由式子可知調(diào)速可采用的的三種方式為：1.改變電樞供電電壓U；2.改變電樞電阻Rad；3.改變磁通Φ。第三章直流電機的工作原理及特性

3.5直流他勵電動機的調(diào)速特性第三章直流電機的工作原理及特性

3.5直流他勵電動機的調(diào)速特性電樞電路外串電阻Rad調(diào)速特點：1.Rad越大，特性越軟；2.空載和輕載時調(diào)速范圍不大；3.無級調(diào)速困難；4.電阻上消耗大量電能。應(yīng)用：已很少采用，僅在有些起重機、卷揚機等設(shè)備中采用第三章直流電機的工作原理及特性

3.5直流他勵電動機的調(diào)速特性改變電壓調(diào)速工作點由b點過渡到g點U1↑→UNnb、E暫時不變電流IL↑→IgTL↑→Tg在g點由于Tg＞TL→系統(tǒng)加速n↑→E↑→I↓→T↓工作點由g點向a點移動到a點：T=TL、n=na〔系統(tǒng)穩(wěn)定〕第三章直流電機的工作原理及特性

3.5直流他勵電動機的調(diào)速特性改變電壓調(diào)速特點1.在在nN以下調(diào)速，可實現(xiàn)平滑無級調(diào)速；2.機械特性硬度不變，調(diào)速穩(wěn)定性高，范圍大；3.調(diào)速時電樞電流不變，轉(zhuǎn)矩不變，恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速；4.可以利用調(diào)壓方法啟動電動機。第三章直流電機的工作原理及特性

3.5直流他勵電動機的調(diào)速特性改變主磁通φ調(diào)速特點〔1〕可在nN以上實現(xiàn)無級調(diào)速；〔2〕機械特性變軟，調(diào)速范圍??；〔3〕屬于恒功率調(diào)速〔調(diào)速時P=UIa不變〕第三章直流電機的工作原理及特性

3.6直流他勵電動機的制動特性定義：

制動是指從某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速開始減速到停止或者限制位能負(fù)載下降速度的一種運轉(zhuǎn)狀態(tài)。制動和自然停車的區(qū)別：

制動和自然停車是兩個不同的概念。從能量轉(zhuǎn)換角度來看：

電動機有電動和制動兩種運轉(zhuǎn)狀態(tài)。電動狀態(tài)T與n方向相同；制動狀態(tài)T與n方向相反。第三章直流電機的工作原理及特性

3.6直流他勵電動機的制動特性直流他勵電動機制動形式有：反響制動反接制動能耗制動第三章直流電機的工作原理及特性

3.6.1反響制動電動機在負(fù)載的拖動下，其實際轉(zhuǎn)速大于理想空載轉(zhuǎn)速n0〔即n>n0〕，E>U，電樞電流Ia反向，電磁轉(zhuǎn)矩T反向變成制動轉(zhuǎn)矩，電動機工作在發(fā)電機狀態(tài)，把機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，向電源饋送，故稱反響制動，也稱再生制動或發(fā)電制動。常見發(fā)生場合〔1〕電動機帶動位能轉(zhuǎn)矩型負(fù)載的情況，如電車下坡，重物下放時；〔2〕降壓調(diào)速變速的瞬間；〔3〕增磁調(diào)速變速的瞬間。第三章直流電機的工作原理及特性

3.6.1反響制動電動機帶動位能轉(zhuǎn)矩型負(fù)載：電車下坡在二、四象限，反響制動狀態(tài)，電動機的機械特性的表達(dá)式仍為：所不同的是T改變了符號，而理想空載轉(zhuǎn)速和斜率均與電動狀態(tài)下一致。Tp位能負(fù)載轉(zhuǎn)矩第三章直流電機的工作原理及特性

3.6.1反響制動電動機帶動位能轉(zhuǎn)矩型負(fù)載：下放重物下放電動狀態(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很高不平安第三章直流電機的工作原理及特性

3.6.1反響制動降壓調(diào)速變速的瞬間即：當(dāng)n02＜n1時，U2＜E，那么電流Ib為負(fù)值并產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，從b點到n02這一段工作在制動狀態(tài)。突變?yōu)榈谌轮绷麟姍C的工作原理及特性

3.6.1反響制動增加磁通調(diào)速的瞬間電動機在弱磁狀態(tài)用增加磁通Ф的方法來降速時，也產(chǎn)生反響制動過程，以實現(xiàn)迅速減速。第三章直流電機的工作原理及特性

3.6.2反接制動當(dāng)他勵直流電機的電樞電壓U或電樞電勢E中任何一個在外部條件作用下改變了方向，即兩者由方向相反變?yōu)榉较蛞恢聲r，電動機即處于反接制動狀態(tài)。分為：電源反接制動〔改變U〕倒拉反接制動〔改變E〕第三章直流電機的工作原理及特性

3.6.2反接制動電源反接制動U突然反接變?yōu)?U，機械特性變?yōu)?/p>

系統(tǒng)狀態(tài)由1的a點變到2的b點，電磁轉(zhuǎn)矩變?yōu)樨?fù)值，此時在電磁轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的作用下使轉(zhuǎn)速迅速下降，系統(tǒng)狀態(tài)沿著直線2由b點向c點移動，當(dāng)n=0時反接制動結(jié)束。正向電動反接制動反向電動反響制動在c點處，反接制動結(jié)束，此時假設(shè)不切斷電源，將導(dǎo)致反向啟動。分對抗性負(fù)載和位能性負(fù)載兩種情況。分別平衡與d點或f點。注意：反接制動期間，E和U是串聯(lián)相加，為了限制電樞電流Ia，應(yīng)有足夠大的限流電阻。反抗轉(zhuǎn)矩平衡點位能轉(zhuǎn)矩平衡點電源反接制動改變U第三章直流電機的工作原理及特性

3.6.2反接制動應(yīng)用：要求迅速停車、減速、反向、經(jīng)常正反轉(zhuǎn)的機械上第三章直流電機的工作原理及特性

3.6.2反接制動倒拉反接制動改變E提升重物時，當(dāng)電機處于正向電動狀態(tài)，系統(tǒng)工作點為a點，n=na正向電動平衡點圖3.35（b）倒拉反接制動機械特性第三章直流電機的工作原理及特性

3.6.2反接制動倒拉反接制動改變E欲下放重物，傳入Rad，人為機械特性改變，工作點由a到c，不平衡，沿2曲線移動反接制動平衡點圖3.35〔b〕倒拉反接制動機械特性