电机与电器4直流电机课件

电机与电器4直流电机课件14 直流电机直流电机 是旋转电机的主要类型之一。主要用途：是旋转电机的主要类型之一。主要用途：1、用作电动机：具有良好控制性能。、用作电动机：具有良好控制性能。2、用作发电机：用作直流电源，用在化学工业中的电解、电、用作发电机：用作直流电源，用在化学工业中的电解、电镀等设备，汽车、拖拉机交通工具的直流电源。镀等设备，汽车、拖拉机交通工具的直流电源。3、做励磁机用：同步发电机要用直流发电机作为励磁机。、做励磁机用：同步发电机要用直流发电机作为励磁机。4、信号传递、执行：直流测速发电机将机械信号转换为电信、信号传递、执行：直流测速发电机将机械信号转换为电信号号。直流伺服电动机将控制信号转换为机械信号。直流伺服电动机将控制信号转换为机械信号。电机与电器4直流电机课件24.1.1 直流电动机、发电机的工作原理直流电动机、发电机的工作原理4.1 直流电机的工作原理直流电机的工作原理FFU+NS电刷电刷换向片换向片IIFFFFU+NS电刷电刷换向片换向片IIEEEE电动机电动机FFFFNSIIIIEEEE+负载负载+发电机发电机电源电源电机与电器4直流电机课件34.2 直流电机分类和主要结构和分类直流电机分类和主要结构和分类电机与电器4直流电机课件4直流电机按励磁方式直流电机按励磁方式 磁极上的线圈通以直流电产生磁通，称为励磁。磁极上的线圈通以直流电产生磁通，称为励磁。他励电动机：励磁线圈与转子电枢的电源分开；他励电动机：励磁线圈与转子电枢的电源分开；并励电动机：励磁线圈与转子电枢并联到同一电源上；并励电动机：励磁线圈与转子电枢并联到同一电源上；串励电动机：励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上；串励电动机：励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上；复励电动机：励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在复励电动机：励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在同一电源上。同一电源上。M他励他励UfIfIaUMM他励他励UfIfIaUM并励并励UIfM并励并励UIfM串励串励UMM串励串励UM复励复励UMM复励复励U电机与电器4直流电机课件52极直流电机的磁场极直流电机的磁场电机与电器4直流电机课件6 4极直流电机极直流电机电机与电器4直流电机课件74.3 直流电机电枢电势和电磁转矩（电电枢枢电电势势）nKEea （单单根根导导体体的的电电势势）Blve （发发电电机机）aaaRIUE （电电动动机机）aaaRIEU MIa+UMMRaIaEa+U（单单根根导导体体的的电电磁磁力力）Bilf maMKI （电电枢枢转转矩矩表表达达式式）电机与电器4直流电机课件8我们已经知道我们已经知道电磁转矩还有一种能够表达式：电磁转矩还有一种能够表达式：因此，因此，mPM （电电磁磁功功率率）（机机械械角角速速度度）maMKI （电电枢枢转转矩矩表表达达式式）9.55260aaeaeamaE IKnIKIKIn =9.55meKK电机与电器4直流电机课件91、并（它）励电动机的机械特性、并（它）励电动机的机械特性：n=f(T)nnTKKRKUKRIUKEnmeaeeaaea 024.4 直流电动机电机与电器4直流电机课件10例例4.5.1 并励直流电动机：并励直流电动机：PN=10kW，UN=220V，nN=1000r/min，N=80%，Ra=0.3，Rf=150，试求，试求:(1)额定工作下的额定工作下的励磁电流励磁电流If、输入功率、输入功率P1、电机额定电流、电机额定电流IN、电枢电流电枢电流Ia、电枢感应电势、电枢感应电势Ea、Ke、额定转矩、额定转矩TN；(2)负载转矩下降为额定转矩的一半，电机的转速负载转矩下降为额定转矩的一半，电机的转速n。解：解：（1）励磁电流励磁电流：输入功率：输入功率：额定电流：额定电流：电枢电流：电枢电流：感应电势：感应电势：WPPNk5.129.0/10000/1 ARUIfNf47.1150/220/AUPINN6.85220/1012.5/31 AIIIfNa35.5547.18.56 ；VRaIUEaNaN203.40.353.55220 电机与电器4直流电机课件11 由于感应电势由于感应电势 所以所以 额定转矩额定转矩:（2）负载转矩下降一半时，电枢电流也会下降一半，即）负载转矩下降一半时，电枢电流也会下降一半，即 此时的电枢电势：此时的电枢电势：此时电机对应的转速此时电机对应的转速NeaNnKE 203.42034.010004.203 NaNenEKmNnPTNNN 5.951000/1000055.9/55.9AIa27.68235.55 22027.68 0.3211.7aEV min/10402034.07.211rKEnea 注意额定转矩注意额定转矩额定电磁转矩额定电磁转矩电机与电器4直流电机课件122、串励电动机的机械特性、串励电动机的机械特性：n=f(T)eafaeKIRRUKEn)(afIK 2afmamIKKIKT aafefaafeIIKKRRIKKUn fefafmfeKKRRKKTKKUn21KTKUn 串励电动机的机械特性串励电动机的机械特性（1）软特性（重载时磁通饱和，）软特性（重载时磁通饱和，渐变为下倾的直线）。渐变为下倾的直线）。（2）T小时，转速高；小时，转速高；T大时，大时，转速低，转速低，起动和过载能力强起动和过载能力强。（3）牛马特性。）牛马特性。电机与电器4直流电机课件13例例4.5.2 串励直流电动机：串励直流电动机：UN=220V，IN=40A，nN=1000r/min，电枢回路总电阻电枢回路总电阻Ra=0.5，假设磁路不饱和，且，假设磁路不饱和，且Km/Ke=9.55，问问:（1）电枢电流电枢电流Ia=IaN/2时，电动机的转速和电磁转矩是多少？时，电动机的转速和电磁转矩是多少？（2）如果电磁转矩保持上述值不变，电压降低到）如果电磁转矩保持上述值不变，电压降低到110V，电动，电动机的转速和电流又各为多少？电枢感应电势机的转速和电流又各为多少？电枢感应电势Ea、Ke；额定；额定转矩转矩TN；解解：（：（1）当当Ia=IaN/2时，时，22040 0.5200aNNaNaEUIRV 2000.21000aNeEKn 119.5522119.550.24019.122maeaTKIKIN m 电机与电器4直流电机课件14 此时，此时，电机转速：电机转速：（2）如果电磁转矩保持上述值不变，电流也保持）如果电磁转矩保持上述值不变，电流也保持1/2不变。不变。电压降到电压降到110V时，时，电流变为电流变为1/2，所以，所以11020 0.5100aNaaEUI RV 22020 0.5210aNaaEUI RV 1001000/min110.222aaeeEEnrKK 电电机机转转速速2102100/min110.222aaeeEEnrKK 110.2=0.122eeKK 9.559.55 0.1 2019.1eaTKIN m 电电磁磁转转矩矩电机与电器4直流电机课件153、不同励磁方式电机特性比较不同励磁方式电机特性比较21KTKUn 串串励励电电机机的的机机械械特特性性：TKKRKUnmeae 2性性：他他、并并励励电电机机的的机机械械特特电机与电器4直流电机课件164 4、他（并）励直流电动机的调速、他（并）励直流电动机的调速 调速方法：电枢回路串电阻、改变电压、改变励磁三种。调速方法：电枢回路串电阻、改变电压、改变励磁三种。1 1）电枢回路串电阻调速）电枢回路串电阻调速 （1 1）n nn nN N；（2 2）轻载时调速效果不明显；）轻载时调速效果不明显；有级调速，有级调速，（3 3）低速时特性软，影响调速效果；）低速时特性软，影响调速效果；（4 4）难以实现无级调速；）难以实现无级调速；（5 5）电阻上的能耗大，造成效率低。）电阻上的能耗大，造成效率低。只适用于对调速要求不高的中小型电机。只适用于对调速要求不高的中小型电机。nnTKKRKUKRIUKEnmeaeeaaea 02电机与电器4直流电机课件172 2）改变电压调速（一般是降压）改变电压调速（一般是降压）（1 1）n nn nN N；（2 2）容易实现无级调速；）容易实现无级调速；（3 3）调速特性好，硬度高；）调速特性好，硬度高；（4 4）能耗小。）能耗小。广泛应用于对起制动和调速广泛应用于对起制动和调速 要求较高的场合。要求较高的场合。注意：并励和复励电动机由于改注意：并励和复励电动机由于改变电源电压的同时也会改变磁通大变电源电压的同时也会改变磁通大小，所以不适合改变电压调速。小，所以不适合改变电压调速。nnTKKRKUKRIUKEnmeaeeaaea 02电机与电器4直流电机课件183）改变励磁调速（一般是弱磁调速）改变励磁调速（一般是弱磁调速）特点是：特点是：（1）nnN；（；（1.22倍倍nN)（2）无级调速；）无级调速；（3）最高转速受机械强度限制，）最高转速受机械强度限制，D不大；不大；（4）控制方便，能耗小。）控制方便，能耗小。应当注意：直流电动机运行时，励磁回应当注意：直流电动机运行时，励磁回 路不能断开，否则，由于仅有很小的剩路不能断开，否则，由于仅有很小的剩 磁，可能造成磁，可能造成“飞车飞车”事故，或者出现过事故，或者出现过 大的电枢电流而烧坏绕组。大的电枢电流而烧坏绕组。nnTKKRKUKRIUKEnmeaeeaaea 02电机与电器4直流电机课件195 5、串励电动机的调速、串励电动机的调速1 1）串电阻调速：曲线）串电阻调速：曲线3 32 2）降低电源电压调速：曲线）降低电源电压调速：曲线2 22 2）改变励磁调速：减小励磁）改变励磁调速：减小励磁（在励磁绕组上并联电阻、（在励磁绕组上并联电阻、串联绕组改为并联）曲线串联绕组改为并联）曲线4 4；增加励磁，如并联绕组改为串联，增加励磁，如并联绕组改为串联，如曲线如曲线5 5。()afaaeeURRIEnKK fefafmfeKKRRKKTKKUn电机与电器4直流电机课件206、直流电动机的起动直流电动机的起动 它、并励电动机起动时电流电流倍数等于起动转矩倍数。它、并励电动机起动时电流电流倍数等于起动转矩倍数。串励电动机起动转矩倍数大于起动电流倍数，因此适合重串励电动机起动转矩倍数大于起动电流倍数，因此适合重载起动。复励电动机处在上述两者之间。载起动。复励电动机处在上述两者之间。起动方法：直接起动、降压启动、电枢回路串电阻起动。起动方法：直接起动、降压启动、电枢回路串电阻起动。1 1）直接起动电流大，因为：）直接起动电流大，因为：刚起动时，由于刚起动时，由于n n=0=0，E Ea a=0=0，则电枢电流为：，则电枢电流为：NI)2010(aaaaRUREUI电机与电器4直流电机课件212 2）降压起动）降压起动并励电机不适合降压起动并励电机不适合降压起动串励电机适合降压起动串励电机适合降压起动电机与电器4直流电机课件223 3）电枢回路串电阻起动电枢回路串电阻起动 电机与电器4直流电机课件237 7、直流电动机的反转、直流电动机的反转 反转的条件：电磁转矩反向。反转的条件：电磁转矩反向。反转方法：电枢电流反向；磁场反向（过程慢，不常采反转方法：电枢电流反向；磁场反向（过程慢，不常采用）。用）。它励电动机一般用电枢绕组反接实现电机反转。原因：它它励电动机一般用电枢绕组反接实现电机反转。原因：它励电机的励磁绕组电感较大，励磁电流反向的过渡过程较励电机的励磁绕组电感较大，励磁电流反向的过渡过程较长，反向磁通建立较慢。如果电动机容量大，又对反转过长，反向磁通建立较慢。如果电动机容量大，又对反转过程所需时间要求不高，也有采用励磁绕组反接的。程所需时间要求不高，也有采用励磁绕组反接的。注意并励电机的反转方法。注意并励电机的反转方法。电机与电器4直流电机课件244.5 并励直流发电机并励直流发电机一、并励发电机的自励建压一、并励发电机的自励建压（1）空载自励建压过程：剩磁产生微弱的剩磁电压，进而产生）空载自励建压过程：剩磁产生微弱的剩磁电压，进而产生更大的励磁电流，产生更大的磁场，正反馈作用，电压建立更大的励磁电流，产生更大的磁场，正反馈作用，电压建立起来了。起来了。0fafffdIEUI RLdt稳定工作点稳定工作点电机与电器4直流电机课件25（2）自励条件自励条件（a）电机必须有剩磁。否则，必须先充磁。）电机必须有剩磁。否则，必须先充磁。（b）励磁绕组接法与电机转向正确配合，使励磁与剩磁方）励磁绕组接法与电机转向正确配合，使励磁与剩磁方向一致，这样才能形成正反馈。向一致，这样才能形成正反馈。（c）励磁回路总电阻）励磁回路总电阻Rf小于临界场阻值。小于临界场阻值。Rf大大Rf更大更大Rf不大不小不大不小Rf大大电机与电器4直流电机课件26二、并励发电机的外特性：二、并励发电机的外特性：工作特性是指保持发电机的转速工作特性是指保持发电机的转速n不变时，端电压不变时，端电压U和电机电流和电机电流I的关系：的关系：由曲线可见，在负载电流变化时，必须增加励磁，积复励由曲线可见，在负载电流变化时，必须增加励磁，积复励电机是个好选择。电机是个好选择。)(IfU 他励并励U0I电压下降的原因：电压下降的原因：1、电枢反应使磁通减小；、电枢反应使磁通减小；2、并励电机端电压下降引起励磁回路压降。、并励电机端电压下降引起励磁回路压降。fI0I积复励电机积复励电机