激光设备控制技术教材——第一章第四节讲解

1、第四节直流电动机本节重点分析并励直流电动机的基本方程式，并简要介绍可逆原理和他励直流发电机的工作特性。一、直流电机的可逆原理比较直流电动机与直流发电机的结构和工作原理，可以发现：一台直流电机既可以作为发电机运行，也可以作为电动机运行， 只是其输入输出的条件不同而已。如果在电刷两端加上直流电源，将电能输入电枢，则从电机轴上输出机械能，驱动生产机械工作，这时直流电机将电能转换为机械能， 工作在电动机状态。如果用原动机驱动直流电机的电枢旋转，从电机轴上输入机械能， 则从电刷两端可以引出直流电动势，输出直流电能，这时直流电机将机械能转换为直流电能，工作在发电机状态。同一台电机，既能作发电机运行，又能作

2、电动机运行的原理，称为电机的可逆原理。任何直流电机都是可逆的， 但这并不是说是厂商提供的直流机可以不分发电机和电动机了。因为电机是有额定工作状态的，这也是制造厂家为该电机设计的最佳工作状态，若混用，会不同程度的偏离最佳工作状态，使电机的性能变坏。实际的直流电动机和直流发电机在设计时 考虑了工作特点的一些差别， 因此有所不同。例如直流发电机的额定电压略高于直流电动机， 以补偿线路的电压降，便于两者配合使用。直流发电机的额定转速略低于直流电动机，便于选配原动机。二、直流电动机的基本方程式图1-17为并励直流电动机的工作原理图。以它为例分析电动势、转矩和功率之间的关 系。直流并励电动机的励磁绕组与电

3、枢绕组并联，由同一直流电源供电。接通直流电源后， 励磁绕组中流过励磁电流 f 建立主磁场；电枢绕组中流过电枢电流la，电枢电流与主磁场作用产生电磁转矩 T,使电枢朝转矩T的方向以转速n旋转，将电能转换为机械能，带动生 产机械工作。1. 电动势平衡方程式直流并励电动机通电旋转后，电枢导体切割主磁场，产生电枢电动势Ea,在电动机中，此电动势的方向与电枢电流 la的方向相反，称为反电动势。电源电压 U除了提供电枢内阻 压降laRa外，主要用来与电枢电动势 Ea相平衡。列出电动势平衡方程式：U = Ea |aRa( 1_13 )电动运行图1-17并励电动机电枢回路与励磁回路电路2 转矩平衡方程式直流电

4、动机正常工作时，作用在轴上的转矩有三个：一个是电磁转矩T,方向与转速n方向相同，为驱动性质转矩；一个是电动机空载损耗形成的转矩To,是电动机空载运行时的制动转矩，方向总与转速n方向相反；还有一个是轴上所带生产机械的负载转矩Tl, 一T2。可得直流电动机的转矩平衡(1-14)T J +T。般为制动性质转矩。Tl在大小上也等于电动机的输出转矩 方程式：3 功率平衡方程式直流电动机也要满足能量守恒原则，输入功率Pi、输出功率P2和损耗功率p的关系应有功率平衡方程式：R =F2 +瓦 p(1-15)例 1.4 一台并励直流电动机，PN=96kW , Un=440V , In=255A , Il=5A

5、, nN=500r/min ,电枢回路总电阻 Ra=0.078 Q。试求： 额定输出转矩； 在额定电流时的电磁转矩。P96工103解： TN =9.55=9.551833.6N mnN500 la = lN - Il =255-5 = 250AEa 二Un -laR, =440-250 0.78 = 420.5VP二Eala=420.5 250=105.125kWP105.125汇 103T =9.559.552008N mnN500例1.5一台并励直流发电机，铭牌数据如下：FN-23kW U-230V, nN-1500r/min，励磁回路R=57.5 Q,电枢电阻 R=0.1 Q，不计电枢反

6、应和磁路饱和。现将这台电机改为并励直 流电动机运行，把电枢两端和励磁绕组两端都接到220V的直流电源上，运行时维持电枢电流为原额定值，试求电动机的下列数据：转速n；电磁功率P;电磁转矩T。解:IfUnRf23057.5A = 4APnUn23 103230= 100Ala = lN lf =100 4 =104A Ea 二UN RJa =230 0.1 104 = 240.4VCj：二旦=2404 = 0.1603nN1500Ea 二Un -Raia =220-0.1 104 = 209.6VCe：-220C - 220 0.1603 =0.1533230230EaCe：:厂209.6r /

7、min =1367 r / min0.1533 P =Eala =209.6 104W =21.798kW T =9.55 321.798 109.55 -1367= 152.27N m7三、直流电动机的工作特性直流电动机的工作特性是指U=Un、lf=lfN时，电动机转速n、电磁转矩T和效率n三者与输出功率P2之间的关系，下面以他励直流电动机为例进行分析。1.转速特性当 U=U n、If=l fN 时，Ea =CenU =Ea+IaRa-图1-18他励电动机的转速特性Un _ I aRaU n RaRa .I a 二 n0 - I CeCeGCeGCe图中，若忽略电枢反应的去磁作用， 转速与负载电流按线性关系变化 （图中下方直线） 若考虑电枢反应的电磁作用时， 转速的下降会减少，他励电动机的转速特性将是一条略微下 倾的曲线（图中上方曲线）。2. 转矩特性转矩特性是指当 U = Un、lf=|fN时，T=f（la）,如图1-19所示。由于T=CTG|a，当Ia 很小时，电枢反应的去磁作用很小，有T =CTGla= la，当la较大时，电枢反应的去磁作用使主磁通有所减小，曲线向下弯曲。