直流电机的工作原理及特性课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,单击此处编辑母版标题样式,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,直流电机可用做电动机，将电能转化为机械能。电动机运动。,直流电机可用做发电机，将机械能转化为电能。直流发电机做为直流电源，供给直流电动机。,第三章 直流电机的工作原理及特性直流电机可用做电动机，将电能,1,一、直流电机的基本结构,直流电机：包括定子（磁极）和转子，定子与转子由空气隙分开。,定子：产生主磁场，支撑电机。由主磁极、,换向极,、机座、端盖、,轴承组成。电刷用电刷座固家在定子上。,转子：产生感应电动势和和产生机械转矩。包括电枢绕组、电枢,铁芯、换向器、轴、风扇,一、直流电机的基本结构直流电机：包括定子（磁极）和转子，定子,2,判定通电导体在磁场中受力方向的左手定则,判定通电导体在磁场中受力方向的左手定则,3,判定通电导体在磁场中受力方向的左手定则,伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一平面内；让磁感线从手心进入，并使拇指指向导线运动方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向。这就是判定导线切割磁感线时感应电流方向的右手定则。,判定通电导体在磁场中受力方向的左手定则 伸开右手，使拇指与其,4,用右手握住通电螺线管，让四指指向电流的方向，那么大拇指所指的那一端是通电螺线管的,N,极。,用右手握住通电螺线管，让四指指向电流的方向，那么大拇指所指的,5,主磁极：,包括主磁极铁芯、励磁绕组、磁极下面扩大部分的极靴。,主磁极产生主磁场。极靴使通过空气隙中的磁通分布合理，使励,磁绕组牢固固定在铁芯上。,机座：,固定主磁极、换向极、端盖，用地脚螺栓将电机固定在基,础上。,主磁极：包括主磁极铁芯、励磁绕组、磁极下面扩大部分的极靴。,6,换向极：,上下,NS,为主磁极，水平方向有一对较小的磁极即,换向极，线圈旋转到换向的位置，如果没有换向极，那么线,圈中的电流较大，形成很大的电压，从而产生很大的电场强,度，击穿空气产生火花。在水平方向加一对磁通较小的,磁极，当换向的时候，线圈水平，而线圈要继续运动除了要,切割 主磁极的磁感线外，还要切割换向极的磁感线，从而产,生反电动势，就会减小线圈中的电流，从而减小换向火花。,N,S,换向极：上下NS为主磁极，水平方向有一对较小的磁极即 NS,7,电枢绕组：,产生感应电动势及电磁转矩。嵌入电枢铁芯的槽中。,换向器：,对发电机而言，将电枢绕组内感应的交流电动势转换电,刷间的直流电动势。对电动机而言，将外加的直流电流转换为电,枢绕组的交流电流。换向器由彼此隔开的换向片组成。,电枢绕组：产生感应电动势及电磁转矩。嵌入电枢铁芯的槽中。,8,二 直流电机的简化,电机具有一对磁极、电枢绕组只是一个线圈，线圈两端分别接两个换向片，换向片上压着电刷,A,和,B,。,二 直流电机的简化电机具有一对磁极、电枢绕组只是一个线圈，,9,三 直流电机做发电机,E=K,e,n,E,电刷间的电动势（,V,）,为一对磁极的磁通（,Wb,）,n,电枢转速（,r/min,）,K,e,与电机结构有关的常数,电枢绕组由柴油机驱动在磁场中旋转，两根有效边感应出电动势，每一有效边电动势是交变的，在,N,极是一个方向，在,S,极是相反方向。电刷,A,总是与北极有效边连接的换向片接触，电刷,B,总是与南极有效边连接的换向片接触，电刷间就出现一个极性不变的电动势，接有负载时，就产生一定方向的电流。电动势与电流方向相同,三 直流电机做发电机 E=Ke n 电枢绕组由,10,四 直流电机做电动机,T=K,t,I,a,T,电磁转矩（,N,m,）,一对磁极的磁通（,Wb,）,I,a,电枢电流（,A,）,K,t,与电机结构有关常数,K,t,9.55,K,e,将直流电源接在电刷间，使电流流入电枢绕组，,N,极有效边的电流总是一个方向，,S,极有效边的电流总是相反方向，产生电磁力使电枢绕组转动，有效边从北极转到南极，电流的方向同时改变，使电磁力的方向不变。电枢绕组在磁场中受力转动，产生的感应电动势与外加电压方向相反，是反电动势。电动势与电流方向相反。,四 直流电机做电动机 T=KtIa 将直流电源,11,五 直流发电机的励磁方式,他励发电机的励磁绕组由外电源供电，励磁电流不受电枢端电压或电枢端电流影响。其它三种的励磁电流为电枢电流或为他的一部份不，称为自励发电机。,他励,并励,串励,复励,串励,+,并励,五 直流发电机的励磁方式 他励发电机的励磁绕组由外,12,等效电路图,它励,并励,串励,复励,等效电路图它励并励串励复励,13,六 他励发电机的特性（,发电机电动势与电流方向相同,）,R,负载电组，,I,负载电流，是励磁调节电阻，,R,a,电枢电阻。,I,a,电枢电流，,E,和,U,发电机的电动势和端电压,U=E-I,a,R,a,I,a,=,（,E-U,）,/R,a,I,a,=I I=U/R,当空载时，,I,a,I=0,：,U=U,0,=E=K,e,n,（,U,0,空载端电压,）,磁通,取决于励磁电流,I,f,，,I,f,通过改变励磁调节电阻 来调节。,空载特性曲线：,电动势,E,与励磁电流,I,f,之间的关系曲线,E=f(I,f,),I,f,=0,，有电动势,E,/,，由磁极的剩磁产生的。,改变励磁电流,I,f,就能获得所需的电动势,E,。,六 他励发电机的特性（发电机电动势与电流方向相同）,14,他励发电机的外特性曲线,保持转速,n,为额定值，调节励磁电流,I,f,，获得空载电压,U,0,，接上负载，端电压下降。发电机的转速,n,和励磁电流,I,f,为常数，端电压,U,与负载电流,I,之间的关系曲线,U=f,（,I,）。,他励发电机的负载电流,I,增加，电枢电压,I,a,R,a,增加，端电压,U,下降，,U,N,和,I,N,额定电压与额定电流。（,T=K,t,I,a,）,他励发电机，从空载到额定负载电压的变化率约为,5%10%,他励发电机的外特性曲线,15,并励发电机的特性,R,负载电组，,I,负载电流，是励磁调节电阻，,R,a,电枢电阻。,I,a,电枢电流，,E,和,U,发电机的电动势和端电压，小灯泡,8,欧,R,f,励磁电路电阻（励磁绕组的电阻和励磁调节电阻）约几百欧,U=E-I,a,R,a,I,a,=,（,E-U,）,/R,a,（,I,f,励磁电流）,I=U/R,，,I,f,=U/R,f,，,R,f,R,a,，,I,a,=I+I,f,I U=U,0,=E=K,e,n,并励发电机电压的建立,1,、磁极要有剩磁，发电机被恒速驱动旋转时，电枢绕组切割磁力线产生很小的电动势,E,/,，在励磁电路中产生很小的起始励磁电流。,2,、起始励磁电流产生的磁场方向与剩磁磁场方向相同，磁场增强，电动势增强，励磁电流增大。磁通增大，电动势增大。励磁电流与电动势不会无限增大。,并励发电机的特性U=E-IaRa Ia=（E-U）/Ra,16,I,f,励磁电流，,R,f,励磁电路电阻,3,、曲线,E=f(I,f,),是并励发电机的空载特性曲线，直线,E=I,f,R,f,是从励磁电路得出，（,R,a,R,f,）,两条线的交点建立起电动势,E,与励磁电流,I,f,大小方程式。这个点的电动势是并励发电机两个电刷间稳定输出的电动势。,4,、,R,f,增大，直线斜率增大，角度变大，,R,f,过大，可能没有交点，将励磁调节电阻减小。,并励发电机外特性曲线,并励发电机接负载后，转速,n,一定，励磁电路电阻,R,f,一定，发电机端电压,U,与负载电流,I,的关系式,U=f,（,I,）。与他励发电机外特性曲线类似。,过大,If励磁电流，Rf励磁电路电阻过大,17,八 他励直流电动机的机械特性曲线,八 他励直流电动机的机械特性曲线,18,为了衡量电动机转速随负载（电磁转矩）变化的情况，引入机械特性硬度：,为了衡量电动机转速随负载（电磁转矩）变化的情况，引入机械特性,19,九 他励直流电动机的固有机械特性曲线,额定电压,U,N,和额定磁通,N,下和电枢电路,内不外接任何电阻时的的机械特性,n=f,（,T,）,曲线。额定功率,P,N,，额定电压,U,N,，额定电流,I,N,，额定转速,n,N,，可以求出,R,a,，,K,e,N,，,n,0,，,T,N,九 他励直流电动机的固有机械特性曲线,20,十 他励直流电动机的人为机械特性曲线,定义：供电电压、磁通不为额定值，电枢电路串接附加电阻时的,机械特性。,1,、电枢回路串接附加电阻,R,ad,时的人为机械特性,（,1,）二者的理想空载转速,n,0,是相同的；,（,2,）转速降,n,却变大了，即特性变软。,R,ad,越大越软,U=U,N,、,N,、,R,a,用,R,a,+R,ad,替代、有人为机械特性方程式,十 他励直流电动机的人为机械特性曲线（1）二者的理想空载转,21,2,、改变电枢电压,U,时的人为机械特性,N,，,R,ad=0,，,额定磁通和线圈不串接附加电阻的人为,机械特性方程为：,由于电机的绝缘强度等因素，只能在额定电压以下改变其,特性。,2、改变电枢电压U时的人为机械特性N，Rad=0，额,22,3,、改变磁通,时的人为机械特性,U,U,N,，,R,ad=0,，,额定电压和线圈不串接附加电阻的人为,机械特性方程为：,3、改变磁通时的人为机械特性UUN，Rad=0，额定电,23,3,、改变磁通,时的人为机械特性,U,U,N,，,R,ad=0,，,额定电压和线圈不串接附加电阻的人为,机械特性方程为：,3、改变磁通时的人为机械特性UUN，Rad=0，额定电,24,十一 直流他励电动机的启动特性,十一 直流他励电动机的启动特性,25,1,、限制直流电动机的启动电流,1、限制直流电动机的启动电流,26,2,、具有一段启动电阻的他励电动机,2、具有一段启动电阻的他励电动机,27,3,、具有三段启动电阻的他励电动机,3、具有三段启动电阻的他励电动机,28,十二 直流他励电动机的调速特性,调速：,在一定的负载转矩下，人为改变,串入电枢回路的电阻,R,ad,、,电枢供电电压,U,、主磁通,等,电动机的电路参数，以改变电动机的稳定转速。,负载转矩一定时，电动机在特性曲线,1,上的点,A,，以,n,A,转速稳定运行，增加电枢电阻后，在特性曲线,2,上的点,B,，以,n,B,转速稳定运行,速度变化：,由于电动机负载转矩发生变化引起的电机转速的变化。,负载转矩由,T,1,增加到,T,2,，电动机的转速由,n,A,降低,n,B,到，它是沿某一条机械特性曲线发生的转速变化。,十二 直流他励电动机的调速特性,29,1,、他励直流电动机的电枢回路串电阻调速,1、他励直流电动机的电枢回路串电阻调速,30,2,、他励电动机改变电枢供电电压调速,2、他励电动机改变电枢供电电压调速,31,1,制动与启动,启动：施电于电动机使电动机速度从静止加速到某一稳定转速,;,制动：使电动机速度从某一稳定转速减速到停止或是限制位能负载下降速度（使重物匀速下降）。,十三 他励直流电动机的制动特性,1制动与启动十三 他励直流电动机的制动特性,32,2,制动与自然停车,1,）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，直到转速为零而停车。这种停车过程需时较长，不能满足生产机械快速、准确停车的要求；,2,）制动：,外加阻力转矩，使电动机迅速停车。为了提高生产效率，保证产品质量，需要加快停车过程，实现准确停车等，要求电动机运行在制动状态,2制动与自然停车,33,3,电动机的两种工作状态,电动状态：,输出转矩,T,的作用方向与转速,n,的方向相同。卷扬机提升重物时，将电源输入的电能转换机械能，使重物以速度,u,上升。,2,）制动状态：,电动机输出转矩,T,的作用方向与转速,n,的方向相反。重物匀速下降，电动机发出与转速,n,相反的转矩,T,，以吸收重物的位能，