3章直流电机的工作原理及特性

,第三章 直流电机的工作原理及特性,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 直流电机的工作原理及特性,3.1,直流电机的基本结构和工作原理,3.2,直流发电机,3.3,直流电动机的机械特性,3.4,直流他励电动机的启动特性,3.5,直流他励电动机的调速特性,3.6,直流他励电动机的制动特性,3.1,直流电机的基本结构和工作原理,3.1.1,直流电机的基本结构,直流电机的基本结构：定子、转子。,定子作用：产生主磁场和在机械上支撑电机。,转子作用：产生感应电势或产生机械转矩以实现能量转换。,转子,电枢：转轴、电枢铁心、绕组、换向器、风扇,定子：机座、主磁极、换向极、端盖、轴承、电刷,主,磁极的作用是产生恒定、有一定空间分布形状的气隙磁通密度。由主磁极铁心和放置在铁心上的励磁绕组构成 。铁心由极身和极靴组成，极靴使气隙磁通密度分布均匀。对励磁绕组支撑。,换向极即附加极，改善直流电动机换向，,1KW,以上电机均按装。,直流电机机座有整体机座、叠片式机座。,电枢铁心是主磁路的一部分，同时支撑电枢绕组。,电枢绕组是直流电机的重要组成部分。由绝缘导体绕制而成。每一个线圈称为一个元件，多个元件有规律地连接在一起形成电枢绕组。槽内直线部分称为元件有效部分，槽两端把有效部分连接起来的部分称为端接部分。,换向器又称为整流子，对于发电机其作用是将电枢绕组的交流电变成外部的直流电。对于电动机是将外部的直流换成电枢绕组中的交流电。,换向片由导电性好 、硬度大、耐磨性能好的紫铜或铜合金制成。,换向片的底部做成燕尾形状，嵌在有云母绝缘的,V,形钢环内，换向片间以,0.6,1.2mm,的云母作为绝缘，以螺栓压紧。,电刷,装置把电机电枢中的电流与外部静止电路相连或把外部电源与电机电枢相连。,3.1.2,直流电机的基本工作原理,直流电机分为直流电动机和直流发电机两大类。,一、直流发电机的工作原理,右手定则,当有,原动机拖动转子以一定的转速旋转时，根据电磁感应定律，,abcd,中将产生感应电动势，每边导体感应电动势大小为,直流电机做电动机运行。左手定则。通电导体在磁场中受到电磁力的作用，形成力矩，旋转，同时切割磁场产生感生电动势，与外加电源方向相反，故称为反电势。,直流电机电枢绕组中的电流与磁通,作用，产生电磁力和电磁转矩。,电机运行方式,E,与,Ia,的方向,E,的作用,T,的性质,转矩之间的关系,发电机,相同,电源电动势,阻转矩,T,1,=T+T,0,电动机,相反,反电动势,驱动转矩,T=T,L,+T,0,3.2,直流发电机,按励磁方式分为：他励、并励、串励、复励。,3.2.1,他励发电机,E,U,0,E,I,t,o,R,外特性：当转速,n,、励磁电流,I,f,为常数时，发电机输出电压和负载电流之间的关系称为外特性。,电压调整率,发电机端电压随负载电流的增大而减小的程度,3.2.2,并励发电机,并励直流发电机自励的三个条件,1,电机必须有剩磁,2,励磁绕组并联到电枢的极性必须正确,(,加强原来的剩磁）,3,励磁回路中的总电阻必须小于该转速下的临界电阻,3.2.3,复励发电机,R,R,f,如右图所示为复励发电机原理图,复励发电机的端电压随负载电流增大，下降趋势比并励发电机弱，原因是复励发电机随负载电流增大时，由于串励绕组产生的磁通也将增大，补偿了并励绕组由于端电压下降而导致的磁通的下降。,3.3,直流电动机的机械特性,按励磁方式：他励、并励、串励和复励。,3.3.1,他励直流电动机的机械特性,1.,固有机械特性,一、固有特性的求取,2.,人为机械特性,3.3.2,串励电动机的机械特性,串励电动机的显著特点是励磁电流即是电枢电流。其机械特性与他励电动机有差别。分两段考虑：,第一段：电动机负载较轻，因此电枢电流较小，可以近似认为每极磁通,与电枢电流,Ia,成正比。即,=,CIa,。,第二段：当电动机负载较大时，磁路趋于饱和，可以近似认为,=,常数，此时机械特性曲线近似于一条直线。,串励电动机负载大小对转速影响较大，启动电流很大从而导致起动转矩大。适合于起重运输机械等。,不允许空载运行。不可以简单改变电枢电压极性方法来改变转速反向，只单独改变电枢或者励磁电压极性可以改变转速反向。,3.3.3,复励电动机的机械特性,具有他励和串励两个励磁绕组。积复励电动机，即串励和他励绕组所产生的磁通方向是相同的。,因为具有串励和他励两个绕组，所以复励电动机机械特性介于串励电动机和他励电动机之间。,3.4,直流他励电动机的启动特性,直流电动机启动的方法：,降压启动。,电枢回路串电阻启动。,3.5,直流他励电动机的调速特性,速度变化：是在某条机械特性上，由于负载变化而导致的电动机转速的变化。,速度调节：在某一特定负载下，靠人为改变机械特性参数而实现的。,从上式可知，调速的方法有三种：,改变电动机电枢电压的方法。（额定电压以下范围,改变电枢回路的电阻。,改变励磁磁通的方法。（弱磁）,3.5.1,改变电枢电路外串电阻,Rad,优点：调速方法简单。,缺点：机械特性软，稳定度低。调速范围受负载大小影响。实现无级调速困难，能量消耗在电阻上。,3.5.2,改变电动机电枢供电电压,U,调压调速的特点：,可以实现无级调速；,调速特性与固有特性相平行，机械特性硬度不变，调速的稳定度较高，调速范围较大；,调速时，因电枢电流与电压无关，且,=N,，故电动机转矩,T=,K,t,N,I,a,不变，属于恒转矩调速。,可以通过调节电枢电压来启动电动机，不需其它启动设备。,3.5.3,改变电动机主磁通,弱磁调速的特点：,可以平滑无级调速，只能弱磁（？），即在额定转速以上调速。,调速特性较软，且受电动机换向等条件限制。普通他励电动机最高转速不得超过额定转速的,1.2,倍。,调速时维持电枢电压,U,和电枢电流,Ia,不变，即功率,P=,UIa,不变，属于恒功率调速，该方法适合于恒功率负载调速。,3.6,直流他励电动机的制动特性,制动：是使电动机从某一稳定转速开始减速到停止或者是限制位能负载下降速度的一种运转状态。,自然停车：电动机脱离电网，靠很小的摩擦阻转矩消耗机械能，使转速慢慢下降到零。,电动状态的特点：电动机的电磁转矩与电动机的转速方向相同。,电动机的制动状态：电动机的电磁转矩与电动机的转速方向相反。,电动机的两种制动状态：,卷扬机下放重物时为限制位能性负载的下降速度，电动机的转速不变，保持重物稳速下降，属于稳定的制动状态。,降速或者停车制动时，电动机的转速是变化的，属于过渡的制动状态。,共同点：电磁转矩与电动机转速方向相反。区别：转速是否稳定。,制动的三种形式：反馈制动、反接制动、能耗制动。,3.6.1,反馈制动,电动机原来运行在第一相限，即正向电动状态，在外部条件作用下，实际转速大于理想空载转速,n0,时，电动机即运行于反馈制动状态。电动机正转时，反馈制动状态多的机械特性是第一相限中电动状态多的机械特性在第二相限中的延伸。,电动机电枢电压突然降低使电动机转速降低的过程中，也会出现反馈制动状态。,同理在弱磁状态下，用增加磁通,在方法降速时，也能产生反馈制动过程。,卷扬机下放重物时所产生的反馈制动过程。,3.6.2,反接制动,1.,电源反接制动,2.,倒拉反接制动,倒拉反转的反接制动状态的机械特性是第一象限的机械特性在第四象限的延伸。随电枢回路所串电阻的增大，上升的速度逐渐减小，当电阻为某一特定值时，速度等于零。继续增大电阻，速度反向，并且随所串电阻的增大多增大。,3.6.3,能耗制动,保持他励直流电动机的励磁不变，切断电枢电源，并在电枢回路中串入一个制动电阻，则电动机处于制动状态，此即为能耗制动。,电动机具有电动和制动两种运行状态，同一种接线方式下，既可以运行在电动状态，也可以运行在制动状态。,