电控与PLC应用技术(工程高端培训)

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任务一、蓄电池搬运车电动机的认识与使用

一、任务描述蓄电池搬运车等设备中直流电动机结构、种类和基本参数的认识;电动机工作电路分析、接线和操作使用。二、教学目标认识各种直流电动机的结构、特点和应用，了解直流电机铭牌中型号和额定值的含义，掌握额定值的简单计算，直流电动机主电路的绘制能力和接线、操作能力，直流电动机的初步选型能力。三、任务分析

一台直流电机既可作为发电机使用，也可作为电动机使用,它们的能量转换过程是可逆的。

用作发电机可以获得直流电源。用作电动机，具有良好的调速性能和起动性能。四、知识点直流电机的特点和用途。直流电机的基本结构

。直流电机的工作原理。直流电机的额定值。直流电机的励磁方式直流电动的机械特性直流电动机的起动，调速，制动方法

五、实现他励直流电动机的简单操作使用认识、检测并记录直流电动机及其相关设备的规格、量程和额定值绘制直流电动机工作的电路图连接直流电动机的工作电路通电启动直流电动机改变电动机的转速改变电动机的转向六、测试直流电动机的机械特性和调速方法绘制并连接直流他励电动机的工作电路测取直流他励电动机的固有机械特性电枢串电阻调速降低电枢电压调速减弱磁通调速七、直流电动机的启动和制动方法的操作使用绘制并连接直流他励电动机的工作电路直流电动机电枢串电阻启动和减压启动直流电动机的反接制动直流电动机的能耗制动八、总结与讨论1.几种直流电动机启动方法的比较2.几种直流电动机制动方法的比较3.几种直流电动机调速方法的比较4.实践中出现的问题及解决本单元内容到此结束，谢谢！

一.直流电机的特点和用途相关知识

1.直流电机的特点

★

直流发电机的电势波形较好，对电磁干扰的影响小。★

直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑。

直流电动机过载能力较强☆

由于存在换向器，其制造复杂，价格较高。

直流发电机直流电动机2.直流电机的用途大型轧钢机地铁列车城市电车

电力机车电动自行车造纸机电解铝车间电镀车间信号的传递

==>作为测量元件-->直流测速发电机

==>作为执行元件-->直流伺服电动机

直流测速发电机直流伺服电动机返回二、直流电机的基本结构部件1、定子作用：产生主磁场机座主磁极换向极端盖电刷作用：建立主磁场。主磁极1—固定主磁极的螺钉

2—主磁极铁心

3—励磁绕组

直流电机的主磁极作用：改善直流电机的换向情况，使电机运行时不产生有害的火花。换向极端盖作用：将定转子连为一体，同时端盖对电机内部还起防护作用。

与换向器配合可以把转动的电枢绕组电路和外电路相连接，并把电枢绕组中的交流电转变成电刷两端的直流电。电刷装置作用：产生感应电动势和电磁转矩，是直流电机能量转换的核心。部件：电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴、轴承、风扇等。转子

既是主磁路的组成部分，又是电枢绕组支撑部分；电枢绕组就嵌放在电枢铁心的槽内。电枢铁心

产生感应电动势和电磁转矩，从而实现机电能量转换。电枢绕组

电枢绕组中每个线圈上的两个端头接在不同换向片上。

换向器返回

三、直流电机的工作原理

物理模型图磁极对N,S不动线圈（绕组）abcd

旋转换向片1，2旋转电刷及出线A,B不动（a）

（b)

（c）

(d)（c）

(d)

发电机的工作原理原动机拖动转子以每分钟N转旋转

直流发电机的工作原理

定子（不动部件）上的励磁绕组通过直流电流(称为励磁电流If)时产生恒定磁场（励磁磁场，主磁场）；原动机带动电枢线圈旋转切割主磁场B,转速n(r/min)；电枢线圈的导体中将产生感应电势e=Blv；通过换向器与电刷的作用，可以引出单向（直流）的端电势eAB。直流发电机原理电枢线圈内电势、电流方向是交流电；直流发电机运行时的几点结论电刷间为直流电势，线圈中感应电势与电流方向一致产生的电磁转矩M与转子转向相反，是制动性质直流电动机的原理示意图直流电动机的工作原理1.电机内部有磁场存在。2.将直流电源通过电刷接通电枢绕组，使电枢导体有电流流过。3.载流的转子（即电枢）导体将受到电磁力f的作用f=BLIa（左手定则）4.所有导体产生的电磁力作用于转子，使转子以n(转/分)旋转，以便拖动机械负载。外施电压、电流是直流，电枢线圈内电流是交流直流电动机运行时的几点结论线圈中感应电势与电流方向相反产生的电磁转矩M与转子转向相同，是驱动性质321直流发电机如何得到幅值较为恒定的直流电势？直流电机电枢单个导体中感应电势的性质？直流电机通过电刷引出的感应电势的性质？返回四、直流电机的额定值额定值——是电机制造厂对电机正常运行时有关的电量或机械量所规定的数据。额定值也是制造厂和用户进行产品设计或试验的依据。额定值通常标在各电气的铭牌上，故又叫铭牌值。⒈额定功率PN

电机在额定状态下运行时，电机的输出功率。

★★★---------------------------注意-------------------------------------★★★

对于直流发电机，PN是指输出的电功率。它等于额定电压和额定电流的乘积，PN＝UNIN

对于直流电动机，PN是指输出的机械功率。所以公式中还应有效率ηN存在。PN＝UNINηN

★★★--------------------------------------------------------------------★★★

从电源吸收的电功率，通过电磁感应作用，转换成轴上的机械功率；直流电动机直流发电机

原动机克服电磁转矩的制动作用所做的机械功率等于通过电磁感应作用在电枢回路所得到的电功率。

⒉额定电压UN

指额定状态下电枢出线端的电压，以"V"为量纲单位。⒊额定电流IN

指电机在额定电压、额定功率时的电枢电流值，以“A”为量纲单位。⒋额定转速nN

指额定状态下运行时转子的转速，以r/min为量纲单位。⒌额定励磁电流If

指电机在额定状态时的励磁电流值。返回五、直流电机的励磁方式

直流电机产生磁场的励磁绕组的接线方式称为励磁方式。实质上就是励磁绕组和电枢绕组如何联接，就决定了它是什么样的励磁方式。

（a）他励（b）并励（c）串励（d）复励I＝IaI＝Ia＝IfI=Ia+IfI=If2=Ia+If1返回六、直流电机的机械特性n——电枢转速（r/min）ф――每极磁通，（Wb）p――极对数a――支路对数N――电枢总导体数式中：1.电枢电动势：电枢绕组正、负电刷间的感应电动势——电动势常数（N∙m）2.电磁转矩式中：——转矩常数ф――每极磁通，（Wb）p――极对数a――支路对数N――电枢总导体数直流电动机的基本方程式各物理量正方向的规定：

电枢电动势Ea与电流Ia方向相反；电磁转矩T与转速n方向一致。RaIaIEaT,nU电枢回路电势平衡式：U>Ea他励直流发电机的基本方程式各物理量正方向的规定：

电枢电动势Ea与电流Ia方向一致；电磁转矩T与转速n方向相反，为制动转矩。RLRaIaIEaTUn电枢回路电势平衡式：U<Ea

直流他励发电机的空载特性

空载特性指当发电机的转速恒定，空载电动势与励磁电流的关系

直流发电机的外特性

外特性

外特性是指在、等于额定状态下,常数的情况下，直流发电机端电压与负载电流之间的关系IaIaRaUEaUIf调整特性

直流发电机的调整特性直流他励电机的工作特性他励直流电动机

直流电动机的机械特性

固有机械特性返回他励直流电动机的起动

电动机接入电源后，转速从零逐渐上升到稳定转速的过程，称为起动。对电动机起动的基本要求：（1）起动转矩要大-------起动时间要短；（2）起动电流要小------保证电源供电质量；（3）起动设备要简单、经济、可靠。七、直流电机的起动、反转、调速、制动方法直接起动：直接加额定电压起动。缺点：（1）电网电压波动大，影响同一电源的其他设备正常运行。（2）使电动机换向恶化，使在换向器与电刷之间产生强烈火花。（3）起动转矩过大，产生机械冲击。1他励直流电机直接起动2电枢回路串电阻起动

将起动电阻串入电枢回路，待转速上升后，逐步将起动电阻切除。

起动时，降低端电压，随着转速的上升，逐步提高电枢电压，并使电枢电流限制在一定范围内。优点：起动电流小，起动过程平滑、能量损耗少。缺点：专用降压设备，成本较高。3降压起动方法（1）在励磁电流方向不变即磁场方向不变时，将电枢电压反接。（2）在电枢电压的极性不变时，改变励磁电流的方向。

他励直流电动机的反转调速方法

电枢回路串电阻变电枢电压变磁通该调速的特点：1.只能从额定转速往下调；2.转速越低机械特性越软，负载波动时转速稳定性差；3.电枢所串电阻流过的电流大，电能损耗大；4.转速越低、损耗越大，调速的经济性差；5.电机空载时几乎无调速作用；串电枢电阻调速1.只能从额定转速往下调；2.机械特性较硬；3.当电枢电压可连续调时，转速也可调，可实现无级调速；调压调速的特点1.调速平滑，可实现无级调速；2.调速经济，控制方便；3.机械特性较硬，稳定性好；4.但调速范围小，不超过2nN弱磁调速特点他励直流电动机的制动1能耗制动2电源反接制动

电机原先处于电动运行状态，现将电源接反，其电枢电流反向，所以电磁力矩反向，与电机转速方向相反，成为制动力矩，所以称此状态为电源反接制动。这时的电流将很大，必需串入电枢电阻，将电流限制在允许范围之内。当串入大的电枢电阻R后，特性变得很软，电枢电流减小，电磁力矩小于负载力矩，作减速运动，随着转速下降，反电势减小，电枢电流、转矩要回升，当转速降到零时，电磁转矩还是比负载转矩小，此时的电机就会在负载力矩的作用下反转于C点，转速方向与电磁转矩相反，电磁转矩成了制动转矩。由于转速反向，使得电枢电势反向，故也称发电工作状态。3倒接反接制动倒拉反接制动特点由于电源电压、电枢电势、电枢电流的方向相同，所以电源在向电机供电，电机也在利用机械能发电，能量大都消耗在电枢回路的电阻上。串入的反接电阻越大，则倒