第4章 直流电机.ppt

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1、第四章 直流电机 第四章 直流电机电机的分类及应用直流电机的结构与原理直流发电机直流电动机的机械特性直流他励电动机的启动特性直流他励电动机的调速特性直流他励电动机的制动特性第四章 直流电机 4.1 电机的分类及应用交流电动机交流电动机电动机电动机直流电动机：直流电动机：鼠笼式鼠笼式绕线式绕线式异步机异步机同步机同步机他励、异励、串励、复励他励、异励、串励、复励第四章 直流电机 4.2 直流电机的结构和原理第四章 直流电机 基本构造：基本构造：定子、转子定子、转子。电刷、换向器作用：电刷、换向器作用：起机械整流器作用起机械整流器作用。后续基本。后续基本原理中进一步介绍（元件交流，电刷两端直流）。

2、原理中进一步介绍（元件交流，电刷两端直流）。第四章 直流电机 风叶风叶风叶风叶磁极磁极磁极磁极电刷电刷电刷电刷电枢转子电枢转子电枢转子电枢转子转转转转轴轴轴轴换向器换向器换向器换向器换向片换向片换向片换向片压紧环压紧环压紧环压紧环电枢绕组电枢绕组电枢绕组电枢绕组绕组端部绕组端部绕组端部绕组端部结构结构细说细说换换换换向向向向器器器器第四章 直流电机 主主磁磁极极励励磁磁绕绕组组转转子子转转轴轴定定子子转转子子电枢铁心电枢铁心 其槽孔中放置电枢绕组其槽孔中放置电枢绕组电枢绕组电枢绕组 产生感应电动势产生感应电动势转轴转轴 输入或输出机械功率输入或输出机械功率机座机座 起支撑作用起支撑作用;作为部

3、分磁路作为部分磁路主磁极主磁极 产生主磁通产生主磁通换向极换向极 产生附加磁场，产生附加磁场，改善换向改善换向电刷电刷 引入或引出直流电引入或引出直流电换向器换向器 与电刷一起，共同完成与电刷一起，共同完成 直流电和交流电的转换直流电和交流电的转换换向极换向极换向绕组换向绕组第四章 直流电机 第四章 直流电机 1.1.电枢感应电动势电枢感应电动势电枢感应电动势电枢感应电动势 KE:与电机结构有关的常数与电机结构有关的常数n:电动机转速电动机转速(r/min)：磁通磁通(Wb)E=KE n2.2.电枢回路电压平衡式电枢回路电压平衡式电枢回路电压平衡式电枢回路电压平衡式第四章 直流电机 T T=K

4、 KT T I Ia aK KT T:与电机结构有关的常数与电机结构有关的常数与电机结构有关的常数与电机结构有关的常数 :线圈所处位置的磁通线圈所处位置的磁通线圈所处位置的磁通线圈所处位置的磁通(WbWb)I Ia a ：电枢绕组中的电流电枢绕组中的电流电枢绕组中的电流电枢绕组中的电流(A)(A)3.3.电磁转矩电磁转矩电磁转矩电磁转矩4.4.转矩平衡关系转矩平衡关系转矩平衡关系转矩平衡关系T T2 2:机械负载转矩机械负载转矩机械负载转矩机械负载转矩T T0 0:空载转矩空载转矩空载转矩空载转矩 K KT T9.55K9.55KE E第四章 直流电机 电机运行方式E和Ia a 的方向E的作用

5、T的性质转矩之间的关系发电机相同电源电动势阻转矩T1 1T T0 0电动机相反反电动势驱动转矩T TL L T0 0表4.1 电机在不同运行方式下，E和T的作用第四章 直流电机 额定功率PN指电机在铭牌规定的额定状态下运行时，电机的输出功率，以W为量纲单位。若大于1kW或1MW时,则用kW或MW表示。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。PNUNIN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N存在。PNUNINN第四章 直流电机 2.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。3.额定电流IN指电机在额定电压、额定功率时的电枢

6、电流值，以“A”为量纲单位。4.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。5.额定励磁电流If指电机在额定状态时的励磁电流值。第四章 直流电机 4.3 直流发电机UUfIaM+_+_If他励他励他励他励1、他励：直流电机的励磁电流由其它直流电源单独供给。如图所示。他励直流发电机的电枢电流和负载电流相同，即：第四章 直流电机 4.3 直流发电机2、并励：发电机的励磁绕组与电枢绕组并联。并励直流发电机的总电流等于电枢电流与励磁电流之和。即：IaUM+_If+_IE并励并励并励并励第四章 直流电机 4.3 直流发电机3、串励：发电机的励磁绕组与电枢绕组串联。并励直流发电机的电

7、流、电枢电流与励磁电流都相等。即：串励串励串励串励UIa+_IfM第四章 直流电机 4.3 直流发电机4、复励：部分磁极绕组与电枢绕组并联，部分串连。复励复励U+_IMIa第四章 直流电机 以他励电机为例，如图规定各物理量的参考方向1、电枢电动势和电动势平衡方程 为电枢回路总电阻，为正负电刷与换向器表面的接触压降。则电动势平衡方程为：电枢电动势：从方程式可见，直流发电机第四章 直流电机 2、电磁转矩和转矩平衡方程电磁转矩：直流发电机轴上有三个转矩：原动机输入给发电机的驱动转矩 、电磁转矩 和机械摩擦及铁损引起的空载转矩 。平衡方程为：3、励磁特性公式直流发电机的励磁电流If:每极气隙磁通:第四

8、章 直流电机 1、空载特性定义：当 、时，直流发电机的空载特性是非线性的的，上升与下降的过程是不相同的。实际中通常取平均特性曲线作为空载特性曲线。空载时，。由于 ，因此空载特性实质上就是 。由于 正比于 ，所以空载特性曲线的形状与空载磁化特性曲线相同。空载特性曲线上升分支空载特性曲线下降分支平均空载特性曲线第四章 直流电机 2、外特性定义：当 、时，外特性曲线如图所示 由曲线可见，负载电流增大时，端电压有所下降。他励并励 根据 可知，端电压下降有两个原因：一是在励磁电流一定情况下，负载电流增大，电枢反应的去磁作用使每极磁通量减少，使电动势减少；另一个原因是电枢回路上的电阻压降随负载电流增大而增

9、加，使端电压下降。第四章 直流电机 3、调节特性定义：当 、时，外特性曲线如图所示 由曲线可见，在负载电流变化时，若保持端电压不变，必须改变励磁电流，补偿电枢反应及电枢回路电阻压降对对输出端电压的影响。第四章 直流电机 并励的励磁是由发电机本身的端电压提供的，而端电压是在励磁电流作用下建立的，这一点与他励发电机不同。并励发电机建立电压的过程称为自励过程，满足建压的条件称为自励条件。IaUM+_If+_IE并励并励并励并励第四章 直流电机 1、自励条件 曲线1为空载特性曲线，曲线2为励磁回路总电阻 特性曲线，也称场阻线 。原动机带动发电机旋转时，如果主磁极有剩磁，则电枢绕组切割剩磁通感应电动势。

10、在电动势作用下励磁回路产生 。如果励磁绕组和电枢绕组连接正确，产生与剩磁方向相同的磁通，使主磁路磁通增加，电动势增大，增加。如此不断增长，直到励磁绕组两端电压与 相等时，达到稳定的平衡工作点A。增大 ，场阻线变为曲线3时，称为临界电阻 。如图所示。若再增加励磁回路电阻，发电机将不能自励。第四章 直流电机 可见，并励直流发电机的自励条件有：2、空载特性 并励发电机的空载特性与他励发电机的空载特性一样，也是磁化曲线。由于励磁电压不能反向，所以它的空载特性曲线只在第一象限。（1）电机的主磁路有剩磁（3）励磁回路的总电阻小于该转速下的临界电阻（2）并联在电枢绕组两端的励磁绕组极性要正确第四章 直流电机

11、 3、外特性4、调节特性 并励发电机的电枢电流，比起他励发电机仅仅多了一个励磁电流，所以调节特性与他励发电机的相差不大。对并励发电机，除了像他励发电机存在的电枢反应去磁作用和电枢回路上的电阻压降使端电压下降外，还有第三个原因：由于上述两个原因使端电压下降，引起励磁电流减小，端电压进一步下降。并励发电机的外特性与他励发电机相似，也是一条下降曲线。第四章 直流电机 4.4 直流电动机的机械特性1、他励直流电动机的机械特性（1）转速特性定义：当 、时，由方程式可得 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。如图所示。（2）转矩特性定义：当 、时，考虑电枢反应的作用，转矩上升的速度比电流上

12、升的慢。如图所示。转矩表达式第四章 直流电机 4.4 直流电动机的机械特性1、他励直流电动机的机械特性（3）机械特性综合上面的转速特性：及 转矩特性：可得电动机的机械特性：第四章 直流电机 4.4 直流电动机的机械特性1、他励直流电动机的机械特性（3）机械特性若令若令，则n0nNTNTn n其中n0被称为理想空载转速第四章 直流电机 4.4 直流电动机的机械特性1、他励直流电动机的机械特性（3）机械特性定义：机械特性的硬度：根据电动机机械硬度的不同，可把电动机分成以下三类：a、绝对硬特性电机（）：如交流同步电机b、硬特性电机（10）：如直流他励电动机、交流异步电机c、软特性电机（T0 n 飞车

13、飞车第四章 直流电机 措施：措施：他励直流电动机一定要有失磁保护。他励直流电动机一定要有失磁保护。一般在励磁绕组加失压继电器或欠一般在励磁绕组加失压继电器或欠流继电器。当失压或欠流时，自动流继电器。当失压或欠流时，自动切断电枢电源切断电枢电源U U。M他励他励UfIfIaUKM1KM1第四章 直流电机 4.7 直流他励电动机的制动特性制动的概念 电动机的电磁转矩方向与旋转方向相反时，就称为电动机处于制动状态。制动的分类机械制动电磁的制动电气制动的方法能耗制动反接制动回馈制动 第四章 直流电机 4.7 直流他励电动机的制动特性1、反馈制动、反馈制动 当位能性负载快速下放物体时，当当位能性负载快速

14、下放物体时，当当位能性负载快速下放物体时，当当位能性负载快速下放物体时，当nnnn0 0时，使时，使时，使时，使EUEU，由原来的电动状态转为发电状态。由原来的电动状态转为发电状态。由原来的电动状态转为发电状态。由原来的电动状态转为发电状态。电枢电流电枢电流 同样同样同样同样电枢电流方向改变，所以电磁转矩方向也改变，电枢电流方向改变，所以电磁转矩方向也改变，为制动转矩。为制动转矩。mgmgn n-T-Tn0T-TLB因为此时因为此时因为此时因为此时P P1 1=UIUIa a00时，时，n0;T0;所以，机械所以，机械特性应在二、四象限，并通过原点。特性应在二、四象限，并通过原点。nn0TTLAB-TU=0UfIaM+_+_If