机电传动控制第三章

1、第三章第三章 直流电机的直流电机的 工作原理及特性工作原理及特性n3.1 直流电机的基本结构和工作原理n3.2 直流发电机n3.3 直流电动机的机械特性n3.4 直流他励电动机的启动特性n3.5 直流他励电动机的调速特性n3.6 直流他励电动机的制动特性第三章第三章 直流电机的直流电机的 工作原理及特性工作原理及特性n重点n直流电机的基本工作原理及特性，特别是直流电动机的机械特性；n直流电动机启动、调速和制动的各种方法以及各种方法的优缺点和应用场所。第三章第三章 直流电机的直流电机的 工作原理及特性工作原理及特性n分类：n直流电动机n调速范围广，易于平滑调速;n起动、制动和过载转矩大;n易于控

2、制，可靠性高;n启动性能和调速性能好n交流电动机n结构简单、制造容易、维护方便、运行可靠。n直流电机:n电动机(将电能转化为机械能)n发电机(将机械能转化为电能)n直流电动机应用：n速度调节要求较高，正、反转和启、制动频繁或多单元同步协调运转的生产机械上，采用直流电动机拖动。第三章 直流电机的工作原理及特性3.1 3.1 直流电机的基本结构和直流电机的基本结构和 工作原理工作原理第三章 直流电机的工作原理及特性3.1 3.1 直流电机的基本结构和直流电机的基本结构和 工作原理工作原理n3.1.1 直流电机的基本结构n定子n作用：产生主磁场和在机械上支撑电机n结构：主磁极、换向极、机座、端盖和轴

3、承n转子 n作用：产生感应电势或产生机械转矩以实现能量的转换n结构：电枢铁心、电枢绕组、换向器、轴、风扇n直流电机：n直流电动机：电能-机械能n直流发电机：机械能-电能n直流发电机用途：主要作为直流电源第三章 直流电机的工作原理及特性3.1 3.1 直流电机的基本结构和直流电机的基本结构和 工作原理工作原理n3.1.1 直流电机的基本结构换向器定子转子第三章 直流电机的工作原理及特性3.1 3.1 直流电机的基本结构和直流电机的基本结构和 工作原理工作原理n3.1.1 直流电机的基本结构 (定子剖面图)主磁极换向极磁极数主磁极的个数磁极对数=磁极数/2第三章 直流电机的工作原理及特性3.1 3

4、.1 直流电机的基本结构和直流电机的基本结构和 工作原理工作原理n3.1.1 直流电机的基本结构 (转子结构图）转子换向片转轴电枢线圈第三章 直流电机的工作原理及特性 3.1 3.1 直流电机的基本结构和直流电机的基本结构和 工作原理工作原理n3.1.1 直流电机的基本结构 (转子硅钢冲片图）电枢铁芯硅钢冲片第三章 直流电机的工作原理及特性 3.1 3.1 直流电机的基本结构和直流电机的基本结构和 工作原理工作原理n3.1.1 直流电机的基本结构 (换向器图）电刷换向片第三章 直流电机的工作原理及特性3.1.2 直流电机直流电机的工作原理的工作原理有关磁场的几个物理量有关磁场的几个物理量 1.

5、 磁感应强度磁感应强度B(磁场强弱和方向)NSNSNNSS电流方向右手螺旋法则第三章 直流电机的工作原理及特性 3.1.2 直流电机直流电机的工作原理的工作原理有关磁场的几个物理量有关磁场的几个物理量2. 右手定则右手定则 左手定则左手定则 B-磁感应强度v-速度方向e-感应电势I-电流 方向f-电磁力 方向第三章 直流电机的工作原理及特性3.1.2 直流电机直流电机的工作原理的工作原理n有关磁场的几个物理量有关磁场的几个物理量n3. 电路电路 磁路磁路n电流 I 磁通 n电动势 E 磁通势 Fn电压降 U=IR 磁压降n电阻 R 磁阻 Rmn欧姆定律 磁路欧姆定律RU(E)I mRNIF)(

6、mRFHl第三章 直流电机的工作原理及特性3.1.2 3.1.2 直流电机的工作原理直流电机的工作原理（电磁力和电磁感应）（电磁力和电磁感应）NSne,i) 1 . 3(nKEe2 . 3atIKTKe电势常数 Kt-转矩常数=9.55Ke第三章 直流电机的工作原理及特性3.1.2 3.1.2 直流电机的工作原理直流电机的工作原理n可逆原理：n直流电机可作为发电机和电动机运行n电刷端加直流电动机n原动机拖动电枢发电机n比较：电机运行方式与a的方向的作用的性质转矩之间关系发电机电动机相同相反电源电动势反电动势阻转矩驱动转矩例TL瞬时T TL 加速 MIKTaREUInKETIEnataae/ )

7、(起始加速到a点瞬时n不变MIKTaRREUIestTICEnKERatstaa/ )(a过渡到b nTIEnTMaRIEUnKETTMaaeLM0第三章 直流电机的工作原理及特性3.43.4 直流他励直流他励电动机的启动特性电动机的启动特性多段启动电阻启动的他励电动机NNTTTT2 . 11 . 126 . 121原则1. T1(I1)2TN2. T2(I2)基本相同第三章 直流电机的工作原理及特性3.53.5 直流他励直流他励电动机的电动机的调速调速特性特性速度调节-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。第三章 直流电机的工

8、作原理及特性3.53.5 直流他励直流他励电动机的电动机的调速调速特性特性21. 302KTnTKKRRKUnteadae3.5.1 电枢电路外串电阻Rad特点1.nnN2.启动电阻不能作为调速电阻3.机械特性变软，稳定性差；4.轻载时调速范围不大；5.无级调速困难；电阻上消耗大量电能；适用于起重机、卷扬机。第三章 直流电机的工作原理及特性3.53.5 直流他励直流他励电动机的电动机的调速调速特性特性3.5.2 改变电压调速特点1.连续平滑调速，在nN以下调速；2.机械特性硬度不变；3.调速时电流不变，转矩不变，恒转矩调速。4.利用降压启动电机而不用其他设备。第三章 直流电机的工作原理及特性3

9、.53.5 直流他励直流他励电动机的电动机的调速调速特性特性3.5.3 改变主磁通特点（1）在n0(弱磁)以上进无级调速；（2）机械特性变软，调速范围不大,nmaxn0 +Ia -Ia +TM-TMaeaaaRnnnKEUIREUI0atMatMIKTIKT电动机变成发电机机械能变成电能向电源馈送称为反馈第三章 直流电机的工作原理及特性3.6.1 3.6.1 反馈反馈制动制动l例：电车下坡l电车走平路时，工作在电动状态，TM=Tr，在a点稳定E+ U -nTTrIvUE第三章 直流电机的工作原理及特性3.6.1 3.6.1 反馈反馈制动制动l例：电车下坡l电车下坡时，增加了位能负载转矩Tp，方

10、向与Tr相反。- U +EnTpTrIvT瞬时T不变，TM-(Tr-Tp)=Tp0nE=Ken U=E+IaRa IaT=Kt Ia T0,Ia0 n 最终到b点达到新的稳定平衡，nn0,EU第三章 直流电机的工作原理及特性3.6.1 3.6.1 反馈反馈制动制动第三章 直流电机的工作原理及特性3.6.1 3.6.1 反馈反馈制动制动adabadaaRREUIRREUI21降压调速过程中的反馈制动LMLbbTTnnTTIIEUnn22102第三章 直流电机的工作原理及特性3.6.1 3.6.1 反馈反馈制动制动下放重物时的反馈制动过程下放重物时的反馈制动过程下放电动状态下放制动状态提升电动状态

11、 a点b点nEIa TM 制动矩B点 C点nn0 Ia=-Ia-TMTM与n反方向制动改变Rad改变下降的nRad太大n很高不安全第三章 直流电机的工作原理及特性3.6.2 3.6.2 反接反接制动制动n1.电源反接制动22. 3adaaRRIUE23. 32TKKRRKUnteadae注意：反接时U与E相加，电流很大用Rad限流应用：快停、经常正反转反接电动正向电动反接制动位能负载时制动第三章 直流电机的工作原理及特性3.6.2 3.6.2 反接反接制动制动n2.倒拉反接制动(串接Rad改变斜率法)24. 3adaaRRIUE25. 32TKKRRKUnteadae注意：这里T没有反向选用不

12、同的Rad可改变下放速度但不能太小，交叉点必须在四象限第三章 直流电机的工作原理及特性3.6.3 3.6.3 能耗能耗制动制动( (U=0串接Rad) )26. 3adaaRRIE27. 32TKKRRnteada位能负载制动状态优点：运行速度稳定不会出现倒拉制动那样因计算不准而引起不降反而上升的事故反抗矩负载制动优点：不会出现反向起动的危险注意：Rad不能太小IImax第三章 直流电机的工作原理及特性3.6.3 3.6.3 能耗能耗制动制动正常接线可有三种运转状态反转接线方法不同四象限对应反转状态正转状态正常接线可有三种运转状态正转第三章 直流电机的工作原理及特性 小小 结结n 重点和难点n重点机械特性是分析启动、调