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1、电机及机床电气控制第1页，本讲稿共23页教学目标：教学目标：1、直流电动机工作特性2、直流电动机的启动、制动方法3、直流电动机的调速方法4、电动机的启动、制动控制电路教学重点和难点：教学重点和难点：1、直流电动机的启动、制动方法2、直流电动机的调速方法3、电动机的启动、制动控制电路电机及机床电气控制电机及机床电气控制第2页，本讲稿共23页教学方法：教学方法：项目教学法：1、引出问题；2项目分析；3、行为引导法；4、学练结合学时、教具、课前准备：学时、教具、课前准备：学时：6学时 教具：教具：三相异步电机、三相异步电机控制装备、万用表 课前准备：课前准备：学生预习相关课程知识；设备调试；规范标准
2、准备；电机及机床电气控制电机及机床电气控制第3页，本讲稿共23页 教学过程：教学过程：一、项目提出一、项目提出 直流电机是通以直流电流的旋转电机，是将电能互转换成机械能的设备。与交流电机相比优点是调速性能好，启动转矩大，过载能力强，在启动和调速要求较高的场合应用广泛；不足之处是直流电机结构复杂，成本高，运行维护困难。电机及机床电气控制电机及机床电气控制第4页，本讲稿共23页 二、项目分析二、项目分析 直流电机是通以直流电流的旋转电机，是电能和机械能相互转换的设备。将机械能转换为电能的是直流发电机，将电能转换为机械能是直流电动机。直流电动机具有良好的调速特性和宽广的调速范围，在调速性能和指标要求
3、较高的场合，直流电机得到了广泛的应用。直流电机是如何工作和机械特性是使用直流电机的必要知识；掌握直流电机的调速方法是关键技能点。电机及机床电气控制电机及机床电气控制第5页，本讲稿共23页 三、项目计划及决策三、项目计划及决策 1、控制设备的准备：DZSZ-1D型电机及电器自动控制实验装置。万用表的准备。2、工作准备 直流电机控制的启动、停止、运行线路方案准备。3、电源配备 四、项目实施四、项目实施 知识点一知识点一 直流电机的基本原理与结构直流电机的基本原理与结构电机及机床电气控制电机及机床电气控制第6页，本讲稿共23页 一）直流电机的工作原理一）直流电机的工作原理 1、直流发电机工作原理 2
4、、直流电动机的工作原理电机及机床电气控制电机及机床电气控制第7页，本讲稿共23页 二、直流电机的基本结构二、直流电机的基本结构 直流电机的结构示意图如图所示。它由定子和转子两个基本部分组成。a)为结构图b)为轴向截面图。a)b)a)1端盖 2风扇 3机座 4电枢 5主磁极6刷架 7换向器 8接线板 9出线盒10换向器 b)1机座 2主磁极 3转轴 4电枢铁心 5换向磁极 6电枢绕组 7换向器 8电刷电机及机床电气控制电机及机床电气控制第8页，本讲稿共23页 三）、直流电机的励磁方式三）、直流电机的励磁方式 分为他励直流电机、并励直流电机、串励直流电机与复励直流电机等四种，如图所示。a)他励直流
5、电机 b）并励直流电机 c）串励直流电机 d）复励直流电机电机及机床电气控制电机及机床电气控制第9页，本讲稿共23页 四）直流电机的铭牌数据和主要系列四）直流电机的铭牌数据和主要系列 1、直流电机的铭牌数据、直流电机的铭牌数据 1）电机型号 2）额定功率PN 3）额定电压UN 4）额定电流IN 5）额定转速nN 6）电动机额定效率N 2、直流电机主要系列、直流电机主要系列 Z4系列：一般用途的小型直流电动机；ZT系列：广调速直流电动机；ZJ系列：精密机床用直流电动机；电机及机床电气控制电机及机床电气控制第10页，本讲稿共23页 知识点二知识点二 直流电动机的电磁转矩和电枢电动势直流电动机的电磁
6、转矩和电枢电动势 一）、电磁转矩一）、电磁转矩 直流电动机的电磁转矩T的大小可表示为 T=CTIa 式中CT与电动机结构有关的常数；每极磁通（Wb）Ia电枢电流（）T电磁转矩（N.m）二）、电枢电动势二）、电枢电动势图2-1-9 电枢电动势和电流 直流电动机两电刷间总的电枢电动势的大小为 Ea=Cen 电机及机床电气控制电机及机床电气控制第11页，本讲稿共23页 a)b)他励直流电动机结构示意图和电路图 知识点三知识点三 他励直流电动机的运行原理与机械特性他励直流电动机的运行原理与机械特性a）结构示意图 b）电路图电机及机床电气控制电机及机床电气控制第12页，本讲稿共23页一）、直流电动机的基
7、本方程式一）、直流电动机的基本方程式1、电动势平衡方程式 U=Ea+IaRa 式中U电枢电压（V）Ia电枢电流（A）Ra电枢回路中总电阻（）2、功率平衡方程式 1）机械损耗Pm 2）铁心损耗PFe 3)铜耗PCu4)附加损耗Ps 直流电动机总损耗P为 P=Pm+PFe+PCu+Ps 则输出机械功率P2为 P2=Pem-PFe-Pm=Pem-P0 =P1-PCua-P0=P1-P 则直流电动机的功率为 =100%=100%他励直流电动机功率流程图电机及机床电气控制电机及机床电气控制第13页，本讲稿共23页 二）、他励直流电动机的机械特性二）、他励直流电动机的机械特性 1、他励直流电动机的机械特性
8、方程式、他励直流电动机的机械特性方程式 由他励直流电动机电动势平衡方程式 U=Ea+Ia(Ra+Rpa)=Ea+IaR 最终可得机械特性方程式：T 他励直流电动机机械特性 式中Ce、CT、由电动机结构决定的常数。当U、R数值不变时，转速n与电磁转矩T为线性关系，其机械特性曲线如图所示。电机及机床电气控制电机及机床电气控制第14页，本讲稿共23页 2、他励直流电动机的固有机械特性、他励直流电动机的固有机械特性 其特性方程式为 由于电枢绕组的电阻Ra阻值很小，而n值大，因此n很小，固有机械特性为硬特性。3、他励直流电动机的人为机械特性、他励直流电动机的人为机械特性 1）电枢回路串联电阻Rpa是的人
9、为特性 电枢回路串联电阻Rpa时的人为机械特性方程为电机及机床电气控制电机及机床电气控制第15页，本讲稿共23页他励直流电动机电枢回路串电阻的人为机械特性 （1）理想空载转速n0保持不变；（2）机械特性的斜率随Rpa的增大而增大，特性曲线变软。图为不同Rpa时的一组人为机械特性曲线，从图中可以看出改变电阻Rpa大小，可以使电动机的转速发生变化，因此电枢回路串电阻可用于调速。电机及机床电气控制电机及机床电气控制第16页，本讲稿共23页图他励直流电动机降压的人为机械特性 （1）理想空载转速n0正比于电压U，U下降时，n0成正比例减小；（2）特性曲线斜率不变，图为调节电压的一组人为机械特性曲线，它是
10、一组平行直线。因此，降低电源电压也可用于调速，U越低，转速越低。电机及机床电气控制电机及机床电气控制第17页，本讲稿共23页图他励直流电动机电枢回路串电阻起动控制主电路图知识点四知识点四 他励直流电动机的起动和反转他励直流电动机的起动和反转一）起动方法一）起动方法1全压起动 2减压起动。3电枢回路串电阻起动 电机及机床电气控制电机及机床电气控制第18页，本讲稿共23页 知识点五知识点五 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动一）、能耗制动1、制动原理能耗制动a)能耗制动控制电路图 b）能耗制动电路图电机及机床电气控制电机及机床电气控制第19页，本讲稿共23页。能耗制动机械特性图电动机拖动位能
11、性负载能耗制动电路图 2、机械特性 将U=0，R=Ra+Rbk代人式（4-10）中，便可获得能耗制动的机械特性方程 (2-1-21)能耗制动机械特性曲线是一条过坐标原点，位于第象限的直线，如图所示电机及机床电气控制电机及机床电气控制第20页，本讲稿共23页 a)b)电枢反接制动 a)控制电路图 b)机械特性 二）、反接制动二）、反接制动反接制动有电枢反接制动和倒拉反接制动两种方式。1、电枢反接制动 1）制动原理电机及机床电气控制电机及机床电气控制第21页，本讲稿共23页 拓展与提高拓展与提高 一、电机调速的概念一、电机调速的概念 二、二、调速静态技术指标调速静态技术指标 1静差率 2调速范围
12、3平滑性 4、经济性 主要考虑设备的初投资、调速时电能的损耗及运行的维修费用等。五、项目检查五、项目检查 检查掌握直流电机的工作过程情况，首先应了解直流发电原理，在此基础上掌握直流电动机工作过程。然后通过再进一步掌握直流电动机的工作特性以及调速方法。三种调速方法及线路搭接检查。电机及机床电气控制电机及机床电气控制第22页，本讲稿共23页 六、教学评估六、教学评估 1 直流电机中为何要用电刷和换向器，它们有何作用?2 简述直流电动机的工作原理。3 直流电动机的励磁方式有哪几种?画出其电路。4 试写出直流电动机的基本方程式，它们的物理意义各是什么?5 何为直流电动机的机械特性，写出他励直流电动机的机械特性方程式。6 何为直流电动机的固有机械特性与人为机械特性?电机及机床电气控制电机及机床电气控制第23页，本讲稿共23页