电机与拖动控制：第三章直流电机的工作原理及特性

1、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 直流电动机的机械特性 3.3 直流他励电动机的启动特性 3.4 直流他励电动机的调速特性 3.5 直流他励电动机的制动特性 3.6 串励直流电动机,机电传动控制,3.1 直流电机的基本结构和工作原理一、 直流电机的工作原理,磁极数主磁极的个数 磁极对数=磁极数/2,二、直流电机的基本结构 1.定子剖面图,2.转子结构图,转子,换向片,转轴,电枢线圈,3.转子硅钢冲片,电枢铁芯硅钢冲片,4.换向器图,电刷,换向片,5. 总体结构,三、电磁转矩和感应电动势 电磁转矩 感应电动势 四、直流电动机分类 按励磁方式分为： 他

2、励、并励、串励和复励,3.2 直流电动机的机械特性,3.2.1 他励电动机的机械特性 1.他励电动机的电路原理,2.他励电动机电枢回路中 的电压平衡方程式,3.他励电动机的机械特性,n0：理想空载转速,4.机械特性硬度与机械特性曲线,当n=0时，为电机堵转转矩,电动机正转与反转机械特性曲线,5.他励电动机的人为机械特性 固有机械特性,获得人为机械特性的方法只有3种（改变U、Rad）： 电枢回路中串接电阻Rad 改变电枢电压U 改变磁通 （1）电枢回路中串接电阻 Rad的人为机械特性,特点：特性曲线变软，Rad、n越大、特性越软,图3-18（b,2）改变电枢电压U的人为机械特性 条件,特点：特性

3、硬度不变、n不变、 U 降低、n0变小,3）改变磁通时的人为机械特性 条件,特点：特性硬度变软，n0变大，n变大、起动力矩Tst变小。 注意：=0时，理论上n，实际上n上升到超过机械强度 容许的值，发生“飞车”。 他励直流电动机运行中，决不允许励磁电路短开或If=0。 措施：1）起动前先加励磁；2）设置“失磁”保护,3.3 直流他励电动机的起动特性,1. 他励电动机的起动要求 （1）起动前 n=0 ，E=0，Ra很小，若直接起动，电流Ist很大,2）起动要求： 起动转矩足够大，能够在短时间起动,3）直流他励电动机不允许直接起动的原因,起动电流不能太大,起动设备简单、可靠、操作方便,2. 直流他

4、励电动机的起动方法 （1）降压起动 原理,起动时： 起动后,2）电枢回路外串起动电阻的起动 原理；电枢电路外串起动电阻Rst 来限制起动电流,外串一段起动电阻的电路,外串一段起动电阻的起动特性与过程,外串3段起动电阻的起动特性与过程,调整电阻可实现： 1. 各段T1(I1)2TN 2.各段T2(I2) 相同 3. T1与T2设置为,外串3段起动电阻的电路,图3-24（b,3.4 直流他励电动机的调速特性,一、速度调节与速度变化 速度调节： 在一定的负载下，人为改变参数，达到改变电动机稳定转速。 速度变化：由于负载发生变化而引起电动机转速改变,速度调节曲线,速度变化曲线,二、调速方法,改变电动机

5、电枢电路外串电阻Rad调速 改变电动机电枢电压U调速 改变电动机主磁通调速,1. 改变电枢电路外串电阻Rad调速,2.调速的特点 机械特性较软，稳定性较差； 不能实现无级调速； 耗能大，在调速电阻Rad要消耗电能,2.改变电枢电压调速,调速的过程,调速的特点 ： （1）连续平滑调速，实现nN以下调速； （2）机械特性硬度不变； （3）降压调速装置也可用于起动电机，可省去起动设备,3.改变主磁通调速,调速的范围,调速的特点 （1）能实现在nN以上的弱磁无级调速； （2）机械特性变软，调速范围不大， nmax1.2 nN ； （3）在调速中U与Ia保持不变，为恒功率调速（P=UIa） （4）通常同

6、调压调速配合使用， nN以下用调压调速， nN以上用减弱磁通的调速方法,1.制动概念与作用： 制动转矩的概念：与旋转方向相反的转矩为制动转矩。 制动运行的作用：使电力拖动系统快速减速、停车或匀速下降重物。 2.电机的运动状态： 电动状态：电动机产生的的电磁转矩T和旋转方向n相同，电磁转矩T 是动力矩；电动状态是将电能转变为机械能；由于电机的正、反转，电动状态位于第一、第三象限。 制动状态：电磁转矩T与转速n方向相反，电磁转矩T 是阻力矩；在制动状态时，电动机工作在发电状态，它将机械能转变为电能全部消耗掉或大部分回馈给电网；制动状态位于第二、第四象限,3.5 直流他励电动机的制动特性,3.电动与

7、制动状态图示,电动状态,制动状态,一、 反馈制动,1.位能负载产生的反馈制动,2.电枢电压突然降低的反馈制动,3.卷扬机下放重物时的反馈制动,卷扬机下放重物时反馈制动特性曲线,二、 反接制动,1.电源反接制动,电源反接制动原理,注意: 电枢电压反向瞬间,电枢电流很大，所以电枢回路应接入限流电阻Rad； 低速时电枢电流仍较大，所以转矩较大，速度为零时应切断电源，否则电机反转,电源反接制动原理图示,电源反接制动机械特性,2. 倒拉反接制动 （1）倒拉反接制动产生的条件 他励电动机拖动位能性负载，电枢回路串入较大的限流电阻Rad，特性曲线由1变为2； （2）倒拉反接制动原理,3）倒拉反接制动过程,倒拉反接制动原理图示,倒拉反接制动机械特性曲线,三、能耗制动,1.能耗制动产生的条件 切除电源( U=0串接) ，电枢回路串入限流电阻Rad （Rad0 ） 2.能耗制动的原理,3.能耗制动的过程,4.能耗制动的原理图示,5.能耗制动的机械特性曲线,6.他励直流电动机各种运动状态下的机