直流電機ppt課件
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第9章 直流電動機,9.1 直流電機的構造,9.2 直流電機的基本工作原理,9.4 并勵電動機的起動與反轉(zhuǎn),9.3 直流電動機的機械特性,9.5 并勵(他勵)電動機的調(diào)速,1,第9章 直流電動機,1. 了解直流電動機的基本構造和工作原理。 2. 掌握他勵(并勵)和串勵直流電動機的電 壓與電流的關系式,接線圖、機械特性。 3. 搞清他勵(并勵)和串勵直流電動機的起 動、反轉(zhuǎn)和調(diào)速的基本原理和基本方法。,本章要求,2,9.1 直流電機的構造,直流電動機雖然比三相交流異步電動機結構復雜,維修也不便,但由于它的調(diào)速性能較好和起 動轉(zhuǎn)矩較大,因此,對調(diào)速要求較高的生產(chǎn)機械或 者需要較大起動轉(zhuǎn)矩的生產(chǎn)機械往往采用直流電動 機驅(qū)動。,直流電機的優(yōu)點:,(1) 調(diào)速性能好, 調(diào)速范圍廣, 易于平滑調(diào)節(jié)。 (2) 起動、制動轉(zhuǎn)矩大, 易于快速起動、停車。 (3) 易于控制。,應用:,1) 軋鋼機、電氣機車、中大型龍門刨床、礦山豎井 提升機以及起重設備等調(diào)速范圍大的大型設備。 2) 用蓄電池做電源的地方,如汽車、拖拉機等,3,,9.1.1 直流電動機的構造,極掌,極心,勵磁繞組,機座,轉(zhuǎn)子,直流電動機的磁極和磁路,直流電機由定 子(磁極)、轉(zhuǎn)子 (電樞)和機座等 部分構成。,4,2. 轉(zhuǎn)子(電樞) 由鐵心、繞組(線圈)、換向器組成。,1. 磁極,勵磁: 磁極上的線圈通以直流電產(chǎn)生磁通,稱 為勵磁。,用來在電機中產(chǎn)生磁場。,5,1. 他勵電動機 勵磁繞組和電樞繞組分別由兩個直流電源供電。,9.1.2 直流電機的分類,直流電機按照勵磁方式可分為他勵電動機、并勵電動機、串勵電動機和復勵電動機,2. 并勵電動機 勵磁繞組和電樞繞組并聯(lián),由一個直流電源供電。,6,,,,,,,,,,圖3-10 并勵電動機的工作特性,,,7,,圖3-14 復勵電動機的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性,,復勵,串勵,并勵,,8,4. 復勵電動機 勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的聯(lián)接有串有并,接在同一電源上。,3. 串勵電動機 勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞串聯(lián)接到同一電源上。,9,圖3-12 串勵電動機的工作特性,10,,,圖3-13 串勵電動機的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性,11,9.2 直流電機的基本工作原理,12,9.2 直流電機的基本工作原理,,直流電從兩電刷之間通入電樞繞組,電樞電流方向如圖所示。由于換向片和電源固定聯(lián)接,無論線圈怎樣轉(zhuǎn)動,總是S極有效邊的電流方向向里, N極有效邊的電流方向向外。電動機電樞繞組通電后中受力(左手定則)按順時針方向旋轉(zhuǎn)。,電刷,換向片,換向器作用: 將外部直流電 轉(zhuǎn)換成內(nèi)部的 直流電,以保 持轉(zhuǎn)矩方向不 變。,13,線圈在磁場中旋轉(zhuǎn),將在線圈中產(chǎn)生感應電動勢。由右手定則,感應電動勢的方向與電流的方向相反。,1. 電樞感應電動勢,E= KE ? n,14,由圖可知,電樞感應電動勢E與電樞電流或外加電壓方向總是相反,所以稱反電勢。,式中:U — 外加電壓 Ra — 繞組電阻,2. 電樞回路電壓平衡式,15,3. 電磁轉(zhuǎn)矩,單位: ? (韋伯),Ia (安) ,T (牛頓?米),直流電動機電樞繞組中的電流(電樞電流Ia)與磁通?相互作用,產(chǎn)生電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩,直流電機的電磁轉(zhuǎn)矩公式為,4. 轉(zhuǎn)矩平衡關系,電動機的電磁轉(zhuǎn)矩T為驅(qū)動轉(zhuǎn)矩, 它使電樞轉(zhuǎn)動。 在電機運行時,電磁轉(zhuǎn)矩必須和機械負載轉(zhuǎn)矩及空 載損耗轉(zhuǎn)矩相平衡,即,T=KT ?Ia,16,當電動機軸上的機械負載發(fā)生變化時,通過電動機轉(zhuǎn)速、電動勢、電樞電流的變化,電磁轉(zhuǎn)矩將自動調(diào)整,以適應負載的變化,保持新的平衡。,轉(zhuǎn)矩平衡過程,例:,設外加電樞電壓 U 一定,T=T2 (平衡),此時, 若T2突然增加,則調(diào)整過程為,達到新的平衡點(Ia ?、 P入?) 。,T2 ?,,n?,Ia ?,T ?,E?,,,17,9.3 直流電動機的機械特性,,特點: 勵磁繞組與電樞并聯(lián),由圖可求得,由上分析可知:,當電源電壓U和勵磁回路的電阻Rf一定時, 勵 磁電流If和磁通?不變,即? = 常數(shù)。則,18,9.3 直流電動機的機械特性,,令:,,T=KT ?Ia = K Ia,即:并勵電動機的磁通 ? = 常數(shù),轉(zhuǎn)矩與電樞電流 成正比。,,由以下公式,求得,19,式中:,n= f (T) 特性曲線,,,并勵電動機在負載變化時, 轉(zhuǎn)速 n 的變化不大—硬機械特性(自然特性)。,改變電樞電壓和電樞回路串電阻可得人工特性曲線,動畫,20,例: 有一并勵電動機,其額定數(shù)據(jù)如下:P2=22KW, UN=110V, nN=1000r/min, ? = 0.84, 并已知 Rf= 27.5? ,Ra= 0.04? , 試求: (1) 額定電流I , 額定 電樞電流Ia及額定勵磁電流If ; (2) 損耗功率?PaCu , 及?PO ; (3) 額定轉(zhuǎn)矩T; (4) 反電動勢E。,解:(1) P2是輸出功率,額定輸入功率為,額定電流,額定勵磁電流,額定電樞電流,21,(2)電樞電路銅損,勵磁電路銅損,總損失功率,空載損耗功率,(3)額定轉(zhuǎn)矩,(4)反電動勢,22,9.4 并勵電動機的起動與反轉(zhuǎn),起動,直流電動機不允許在額定電壓UN下直接起動。,Iast太大會使換向器產(chǎn)生嚴重的火花,燒壞換向器;,起動時,n =0 ?,1. 起動問題:,起動電流大,起動轉(zhuǎn)矩大,起動時,起動轉(zhuǎn)矩為(10~20)TN , 造成機械沖擊,使傳動機構遭受損壞。,一般Iast限制在(1.5~2.5)IN。,23,2.起動方法,3.注意事項,(1) 電樞串電阻起動法,(2) 降壓起動法:,直流電動機在起動和工作時,勵磁電路一定要接通,不能讓它斷開,而且起動時要滿勵磁。否則,磁路中只有很少的剩磁,可能產(chǎn)生事故:,在滿磁下將Rst置最大處,逐漸減小Rst使n升高。,最大起動電壓Ust為,24,(1)如果電動機是靜止的,由于轉(zhuǎn)矩太小(T=KT? Ia) , 電機將不能起動,這時反電動勢為零,電樞電流 很大,電樞繞組有被燒壞的危險。,(2)如果電動機在有載運行時斷開勵磁回路,反電動勢 E立即減小而使電樞電流增大,同時由于所產(chǎn)生的 轉(zhuǎn)矩不滿足負載的需要,電動機必將減速而停轉(zhuǎn), 更加促使電樞電流的增大,以至燒毀電樞繞組和換向器。,(3)如果電機在空載運行,可能造成飛車,使電機遭 受嚴重的機械損傷,而且因電樞電流過大而將繞組 燒壞。,(? ? ? E ? ?Ia? ?T ? T0 ? n?飛車),25,2.反轉(zhuǎn),例:串勵的單相手電鉆,利用勵磁電流和電樞電流兩者的方向同時改變時而轉(zhuǎn)向不變的原理,采用特別的串勵電動機,使手電鉆用單相交流電源或直流電源供電均可。,電磁轉(zhuǎn)矩: T=KT? Ia,(1) 改變勵磁電流的方向。 (2) 改變電樞電流的方向。,注意:改變轉(zhuǎn)動方向時,勵磁電流和電樞電流兩者的方向不能同時變。,改變直流電機轉(zhuǎn)向的方法有兩種:,26,9.5 并勵(他勵)電動機的調(diào)速,并勵(他勵)電動機與異步電動機相比,雖然結 構復雜,價格高,維護也不方便,但在調(diào)速性能上 由其獨特的優(yōu)點。,1. 調(diào)速均勻平滑,可以無級調(diào)速(注:異步機改 變極對數(shù)調(diào)速的方法叫有級調(diào)速)。 2. 調(diào)速范圍大,調(diào)速比可達200 以上(調(diào)速比等 于最大轉(zhuǎn)速和最小轉(zhuǎn)速之比),因此機械變速 所用的齒輪箱可大大簡化。,主要優(yōu)點:,由轉(zhuǎn)速公式:,可見直流電機調(diào)速方法有三種。,27,可見:在U 一定的情況下,改變?可改變轉(zhuǎn)速n 。,9.5.1 改變磁通調(diào)速,保持電樞電壓U不變,改變勵磁電流If (調(diào)Rf)以改變磁通? 。,由式,Rf?? If?? ? ? ? n?,一般只采用減少勵磁電流(減弱磁通)的方法調(diào)速, 即,?改變磁通調(diào)速的方法:,減小磁通,n只能上調(diào)。,改變?時的機械特性如圖。,動畫,28,調(diào)速過程:,直至T=TC達到新的平衡。,電壓U保持一定,減小磁通? 。,29,(1)調(diào)速平滑,可得到無級調(diào)速;但只能向上調(diào),受 機械本身強度所限,n不能太高。 (2) 調(diào)速設備簡單,經(jīng)濟,電流小,便于控制。 (3) 機械特性較硬,穩(wěn)定性較好。 (4) 對專門生產(chǎn)的調(diào)磁電動機,其調(diào)速幅度可達3~4, 例如530~2120 r/min及310~1 240 r/min 。,減小? 調(diào)速的特點:,(1) 若調(diào)速后 Ia 保持不變,電動機在高速運轉(zhuǎn)時其負載轉(zhuǎn)矩必須減小。 (2) 這種調(diào)速方法只適用于恒功率調(diào)速(如用于切削機 床)。,使用調(diào)磁調(diào)速時應注意:,,30,9.5.2 改變電壓調(diào)速,由轉(zhuǎn)速公式知: 調(diào)電壓U,n0變化,但斜率不變,所以調(diào)速特性是一組平行曲線。,,特性曲線,改變電壓調(diào)速的特點:,(1)工作時電壓不允許超過UN ,而n ? U, 所以調(diào)速 只能向下調(diào)。,(2)機械特性較硬,并且電壓降低后硬度不變,穩(wěn) 定性好。,31,(3)均勻調(diào)節(jié)電樞電壓,可得到平滑無級調(diào)速。,(4)調(diào)速幅度較大。,調(diào)速過程:,保持If 為額定,減小電樞電壓。,改變電壓調(diào)速需要用電壓可以調(diào)節(jié)的專用設備,投資費用較高。 近年來已普遍采用晶閘管整流電源對電動機進行調(diào)壓和調(diào)磁,以改變它的轉(zhuǎn)速。,32,例: 有一他勵電動機, 已知U=220V , Ia=53.8A, n=1500r/min Ra=0.7 ? 。今將電樞電壓降低一 半,而負載轉(zhuǎn)矩不變,問轉(zhuǎn)速降低多少?,解: 由T=KT ? Ia可知,在保持負載轉(zhuǎn)矩和勵磁電 流不變的條件下,電流也保持不變。,電壓降低后的轉(zhuǎn)速n′對原來的轉(zhuǎn)速n之比為,33,9.5.3 電樞回路串電阻調(diào)速,電樞中串入電阻,使? n ?、 n0不變,即電機的特性曲線 變陡(斜率變大),在相同力 矩下,n?。特性曲線如圖。,Ra,電樞回路串電阻調(diào)速需 在電樞中串入專用電阻,電阻增大則轉(zhuǎn)速下降, 因此 n 只能下調(diào)。,特點:(1) 設備簡單,操作方便。,(2)機械特性軟,穩(wěn)定性差。,(3)能量損耗大,只用于小型直流機。,,,Ra + R,34,1.額定功率PN: 電機軸上輸出的機械功率。,2.額定電壓UN : 額定工作情況下的電樞上加 的直流電壓。(例:110V,220V,440V),3.額定電流IN : 額定電壓下軸上輸出額定功 率時的電流(并勵包括勵磁和電樞電流)。 三者關系:PN=UNIN? ( ?:效率),4.額定轉(zhuǎn)速nN: 在PN , UN , IN 時的轉(zhuǎn)速。 直流電機的轉(zhuǎn)速一般在500r/min 以上。特 殊的直流電機轉(zhuǎn)速可以做到很低(如每分 鐘幾轉(zhuǎn))或很高(每分鐘3000轉(zhuǎn)以上)。,注意: 調(diào)速時對于沒有調(diào)速要求的電機,最大轉(zhuǎn)速 不能超過1.2nN 。 。,直流電動機的額定值,35,(3) 恒功率負載(P 一定時,T和n 成反比),要選 軟特性電機拖動。如:電氣機車等。,直流電動機特性類型的選擇:,(1) 恒轉(zhuǎn)矩的生產(chǎn)機械(TL一定,和轉(zhuǎn)速無關)要選 硬特性的電動機,如:金屬加工、起重機械等。,(2) 通風機械負載,機械負載 TL 和轉(zhuǎn)速 n 的平方成正比。這類機械也要選硬特性的電動機拖動。,直流電機有四個出線端,電樞繞組、勵磁繞組 各兩個,可通過標出的字符和繞組電阻的大小 區(qū)別。,9.5.4 電動機的連接,(1) 繞組的阻值范圍,電樞繞組的阻值在零點幾歐姆到1~2歐姆。,36,,他勵(并勵)電機的勵磁繞組的阻值有幾百歐姆。,串勵電機的勵磁繞組的阻值與電樞繞組的相當。,(2)繞組的符號,(1) 繞組的阻值范圍,電樞繞組的阻值在零點幾歐姆到1~2歐姆。,37,- 配套講稿:
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