電工及電子技術(shù)A1--直流電機(jī).ppt

1、電工-電氣技術(shù)，陳海川，2010-2，第8章，DC電機(jī)，8.1 DC電機(jī)的結(jié)構(gòu)，8.2電機(jī)的基本工作原理，8.4并聯(lián)勵(lì)磁電機(jī)的起動(dòng)和換向，8.3電機(jī)的機(jī)械特性，8.5并聯(lián)勵(lì)磁電機(jī)的調(diào)速，8.1 DC電機(jī)的結(jié)構(gòu)，雖然它比三相交流異步電機(jī)更復(fù)雜，但由于其調(diào)速性能好，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，要求高調(diào)速或需要大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的生產(chǎn)機(jī)械往往由DC電機(jī)驅(qū)動(dòng)。DC電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：(1)調(diào)速性能好，調(diào)速范圍寬，易于平滑調(diào)節(jié)。(2)起動(dòng)和制動(dòng)力矩大，容易快速起動(dòng)和停止。(3)易于控制。使用：1)軋機(jī)、電力機(jī)車、大中型刨煤機(jī)、礦井提升機(jī)、提升設(shè)備和其他具有大調(diào)速范圍的大型設(shè)備。2)以電池為電源的場所，如汽車、拖拉機(jī)、電氣技術(shù)、8.1電

2、機(jī)結(jié)構(gòu)、極掌、極心、勵(lì)磁繞組、框架、轉(zhuǎn)子、磁極以及由定子(極)、轉(zhuǎn)子(電樞)和框架組成的DC電機(jī)磁路。2.轉(zhuǎn)子(電樞)由鐵芯、繞組(線圈)和換向器組成。1。定子(磁極)，通過直流電流激勵(lì)：磁極上的線圈產(chǎn)生磁通量，稱為勵(lì)磁。用于在電機(jī)中產(chǎn)生磁場。換向器，也稱為換向器，具有整流功能，由楔形銅片組成，如圖所示，銅片之間相互絕緣。安裝在轉(zhuǎn)軸上是DC電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。其功能是使電樞繞組中的電流方向交替，從而保證電磁轉(zhuǎn)矩方向保持不變。電工技術(shù)，電工技術(shù)1。獨(dú)立勵(lì)磁電機(jī)的勵(lì)磁繞組和電樞繞組分別由兩個(gè)DC電源供電。根據(jù)勵(lì)磁方式，DC電機(jī)可分為單獨(dú)勵(lì)磁電機(jī)、并聯(lián)勵(lì)磁電機(jī)、串聯(lián)勵(lì)磁電機(jī)和復(fù)合勵(lì)磁電機(jī)。2.并聯(lián)勵(lì)磁電

3、機(jī)的勵(lì)磁繞組和電樞繞組并聯(lián)，由DC電源供電。4.復(fù)合勵(lì)磁電機(jī)的勵(lì)磁線圈與轉(zhuǎn)子的電樞串聯(lián)和并聯(lián)，并與同一個(gè)電源相連。串聯(lián)勵(lì)磁電機(jī)的勵(lì)磁線圈和轉(zhuǎn)子電樞串聯(lián)在同一電源上。8.2、DC電機(jī)的基本工作原理DC從兩個(gè)電刷之間引入電樞繞組，電樞電流的方向如圖所示。由于換向器片與電源固定連接，無論線圈如何轉(zhuǎn)動(dòng)，S極有效側(cè)的電流方向總是向內(nèi)，N極有效側(cè)的電流方向總是向外。電機(jī)的電樞繞組通電后，它被迫順時(shí)針旋轉(zhuǎn)(左手定則)。電刷、換向器和換向器的作用：將外部直流電轉(zhuǎn)換成內(nèi)部交流電，以保持轉(zhuǎn)矩方向不變。電工技術(shù)，當(dāng)線圈在磁場中旋轉(zhuǎn)時(shí)，它會(huì)在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。根據(jù)右手定則，感應(yīng)電動(dòng)勢的方向與電流的方向相反。1。電

4、樞感應(yīng)電動(dòng)勢，E=EK n，電氣技術(shù)，從圖中可以看出，電樞感應(yīng)電動(dòng)勢E總是與電樞電流或施加的電壓相反，因此它被稱為反電動(dòng)勢。其中：u施加電壓Ra繞組電阻，2。電樞電路電壓平衡型，電子技術(shù)，3。電磁轉(zhuǎn)矩，單位：(韋伯)、Ia(安培)、t(牛頓米)、DC電機(jī)電樞繞組中的電流(電樞電流Ia)與磁通量相互作用產(chǎn)生電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩，DC電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩公式為，4。扭矩平衡當(dāng)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，電磁扭矩必須與機(jī)械負(fù)載扭矩和空載損耗扭矩相平衡，即T=KT Ia。在電氣工程中，當(dāng)電機(jī)軸上的機(jī)械負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩會(huì)通過電機(jī)轉(zhuǎn)速、電動(dòng)勢和電樞電流的變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而適應(yīng)負(fù)載變化，保持新的平衡。轉(zhuǎn)矩平衡過程，例如：讓

5、施加的電樞電壓u保持不變，T=T2(平衡)，此時(shí)，如果T2突然增大，調(diào)整過程就達(dá)到一個(gè)新的平衡點(diǎn)(Ia，pIn)。T2，n，Ia，T，E，8.3電機(jī)的機(jī)械特性，特性然后，讓：T=KT Ia=KT Ia，也就是說，分流電機(jī)的磁通是恒定的，轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比。是由下列公式得到的，其中，n=f (T)特性曲線、當(dāng)并聯(lián)電機(jī)的負(fù)載變化時(shí)，速度n的變化不大。通過改變電樞電壓和電樞電路串電阻可以得到人工特征曲線。電工學(xué)，例如：有一個(gè)同步勵(lì)磁電機(jī)，其額定數(shù)據(jù)如下：功率=22千瓦，功率=110伏，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)=1000轉(zhuǎn)/分鐘，=0.84，已知Rf=27.5，Ra=0.04。嘗試3360 (1) (2)失電保護(hù)裝

6、置和保護(hù)裝置；(3)額定扭矩t；(4)反電動(dòng)勢e .解決方法：(1) P2是輸出功率，額定輸入功率是額定電流，額定勵(lì)磁電流，額定電樞電流，電氣技術(shù)，(2)電樞電路銅損，勵(lì)磁電路銅損，總損耗功率，空載損耗功率，(3)額定轉(zhuǎn)矩，(4)反電動(dòng)勢，8.4并聯(lián)勵(lì)磁電機(jī)的起動(dòng)和換向，起動(dòng)，DC電機(jī)不允許在額定電壓下運(yùn)行。如果最后一個(gè)太大，換向器會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的火花，燒壞換向器；開始時(shí)，n=0，1。起動(dòng)問題：(1)起動(dòng)電流大，(2)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，起動(dòng)時(shí)為(1020)TN，造成機(jī)械沖擊，損壞傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。一般來說，最后一個(gè)限制為(1.52.5)英寸。2。開始方法，3。注意事項(xiàng)：(1)電樞串聯(lián)電阻起動(dòng)法，(2)降壓起動(dòng)法

7、：起動(dòng)工作時(shí)，DC電機(jī)的勵(lì)磁電路必須接通，不應(yīng)斷開，起動(dòng)時(shí)應(yīng)充分勵(lì)磁。否則，磁路中只有一點(diǎn)剩磁，這可能導(dǎo)致事故：在全磁下將Rst設(shè)置為最大值，并逐漸減小Rst以增加n，最大啟動(dòng)電壓Ust是，電氣技術(shù)，(1)如果電機(jī)靜止，因?yàn)檗D(zhuǎn)矩太小(T=KT Ia)，電機(jī)將不會(huì)啟動(dòng)，那么反電動(dòng)勢為零，電樞電流非常大，電樞繞組有被燒壞的危險(xiǎn)。(2)當(dāng)電機(jī)帶負(fù)載運(yùn)行時(shí)，如果勵(lì)磁電路斷開，反電動(dòng)勢立即減小，電樞電流增加。同時(shí)，由于產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩不滿足負(fù)載的需要，電機(jī)將減速并停止運(yùn)行，這將進(jìn)一步促進(jìn)電樞電流的增加，甚至燒壞電樞繞組和換向器。(3)如果電機(jī)空載運(yùn)行，可能會(huì)導(dǎo)致失控，這可能會(huì)對電機(jī)造成嚴(yán)重的機(jī)械損壞，并由于電

8、樞電流過大而燒壞繞組。電子技術(shù)，2。反向旋轉(zhuǎn)，電磁轉(zhuǎn)矩：T=KT Ia，(1)改變勵(lì)磁電流的方向。(2)改變電樞電流的方向。注意：改變旋轉(zhuǎn)方向時(shí)，勵(lì)磁電流和電樞電流的方向不能同時(shí)改變。改變DC電機(jī)轉(zhuǎn)向有兩種方式：8.5分流(單獨(dú)勵(lì)磁)電機(jī)調(diào)速。與異步電動(dòng)機(jī)相比，并聯(lián)(分勵(lì))電動(dòng)機(jī)雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴、維護(hù)不便，但在調(diào)速性能上有其獨(dú)特的優(yōu)勢。1.調(diào)速平穩(wěn)，可無級調(diào)速(注：將異步電機(jī)的調(diào)速改為極對數(shù)的方法稱為無級調(diào)速)。2.調(diào)速范圍大，調(diào)速比可達(dá)200以上(調(diào)速比等于最大速度與最小速度之比)，因此用于機(jī)械變速的齒輪箱可以大大簡化。主要優(yōu)點(diǎn)：從速度公式：可以看出，DC電機(jī)的調(diào)速常用以下兩種方法。電

9、氣技術(shù)，可以看出，在u不變的情況下，改變可以改變轉(zhuǎn)速n，8.5.1改變磁通調(diào)速，保持電樞電壓u不變，并改變勵(lì)磁電流If(調(diào)節(jié)Rf)來改變磁通。根據(jù)公式，Rf If n，一般來說，只有減小勵(lì)磁電流(削弱磁通)的方法用于調(diào)速，即改變磁通調(diào)速的方法是：減小磁通，n只能向上調(diào)整。改變機(jī)械特性如圖所示。電氣技術(shù)、速度控制過程：直到T=TC達(dá)到新的平衡。電壓u保持恒定，磁通量減小。電氣技術(shù)，電氣技術(shù)，(1)調(diào)速平穩(wěn)，可實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，應(yīng)注意：8.5.2改變電壓進(jìn)行調(diào)速。從速度公式可知，調(diào)節(jié)電壓u和n0變化，但斜率不變，因此速度調(diào)節(jié)特性是一組平行曲線。特性曲線，改變電壓調(diào)速：的特性，(1)運(yùn)行時(shí)電壓不允許超過

10、正，所以只能向下調(diào)節(jié)。(2)機(jī)械性能堅(jiān)硬，降低電壓后硬度不變，穩(wěn)定性好。電氣技術(shù)，(3)電樞電壓的均勻調(diào)節(jié)可以得到平滑的無級調(diào)速。(4)調(diào)速范圍大。速度控制程序：保持額定電流并降低電樞電壓。變電壓調(diào)速需要電壓可調(diào)的專用設(shè)備，投資成本高。近年來，晶閘管整流電源已被廣泛用于調(diào)節(jié)電機(jī)的電壓和磁場來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。電氣技術(shù)，電氣技術(shù)，示例：有一個(gè)單獨(dú)激勵(lì)的電機(jī)，稱為u=220v，ia=53.8a，n=1500r/min ra=0.7。今天，電樞電壓降低了1.5，而負(fù)載轉(zhuǎn)矩沒有變化。扭矩減少了多少？解：由T=KT Ia，在保持負(fù)載轉(zhuǎn)矩和勵(lì)磁電流不變的情況下，電流保持不變。8.5.3電樞電路串聯(lián)電阻調(diào)速，

11、電樞串聯(lián)電阻，使n和n0保持不變，即電機(jī)的特性曲線變陡(斜率變大)，并且在相同的轉(zhuǎn)矩下，n .特性曲線如圖所示。Ra，電樞電路串聯(lián)電阻調(diào)速需要在電樞中連接特殊電阻，并且轉(zhuǎn)速隨著電阻的增加而降低，所以n只能降低。特點(diǎn)：(1)設(shè)備簡單，操作方便。(2)機(jī)械特性軟，穩(wěn)定性差。(3)能量損失大，僅用于小型DC機(jī)器。電氣技術(shù)，電氣技術(shù)，1。電機(jī)軸輸出的額定功率PN:機(jī)械功率。2。額定電壓UN :額定工作條件下施加在電樞上的DC電壓。(示例：110伏、220伏、440伏)，3。在額定電壓IN :下，軸上輸出額定功率時(shí)的電流(并聯(lián)勵(lì)磁包括勵(lì)磁和電樞電流)。三者之間的關(guān)系：PN=UNIN(效率)；4.額定速度nN:在PN、UN、IN時(shí)的速度。DC電機(jī)的轉(zhuǎn)速一般在500轉(zhuǎn)/分以上。DC馬達(dá)的速度可以非常低(例如每分鐘幾轉(zhuǎn))或非常高(每分鐘超過3000轉(zhuǎn))。注意：調(diào)速為無調(diào)速要求的電機(jī)，最大轉(zhuǎn)速不能超過1.2nN。DC電機(jī)的額定值、電氣技術(shù)、(3)恒功率負(fù)載(當(dāng)p為常數(shù)時(shí)，t和n成反比)，并且應(yīng)選擇具有軟特性的電機(jī)來驅(qū)動(dòng)。例如電力機(jī)車。選用DC電機(jī)特性型式：(1)對于生產(chǎn)機(jī)械如金屬加工和起重機(jī)械，應(yīng)選用具有硬特性的電機(jī)(轉(zhuǎn)矩恒定，與轉(zhuǎn)速無關(guān))。(2)通風(fēng)機(jī)械負(fù)荷，機(jī)械負(fù)荷t1與轉(zhuǎn)速n的平方成正比。這類機(jī)械還應(yīng)由具有硬特性的