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1、 海南风光 第15讲 第9章直流电动机 第9章直流电动机 9 1概述9 2工作原理9 3电枢电动势及电压平衡关系9 4电磁转矩9 5机械特性9 6直流电动机的调速9 7直流电动机的使用和额定值 9 1概述 与异步电动机相比 直流电动机的结构复杂 使用和维护不如异步机方便 而且要使用直流电源 9 2工作原理 一 工作原理 电刷 换向片 注意 换向片和电源固定联接 线圈无论怎样转动 总是上半边的电流向里 下半边的电流向外 电刷压在换向片上 由左手定则 通电线圈在磁场的作用下 使线圈逆时针旋转 由右手定则 线圈在磁场中旋转 将在线圈中产生感应电动势 感应电动势的方向与电流的方向相反 直流发电机 用右
2、手定则判感应电动势Ea的方向 电枢绕组电阻Ra 感应电动势 输出电压 二 直流电机的构成 直流电机由定子 转子和机座等部分构成 机座 磁极 励磁绕组 转子 励磁式直流电动机结构 1 转子 又称电枢 由铁芯 绕组 线圈 换向器组成 2 定子 定子的分类 励磁的定义 磁极上的线圈通以直流电产生磁通 称为励磁 根据励磁线圈和转子绕组的联接关系 励磁式的直流电机又可细分为 他励电动机 励磁线圈与转子电枢的电源分开 并励电动机 励磁线圈与转子电枢并联到同一电源上 串励电动机 励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上 复励电动机 励磁线圈与转子电枢的联接有串有并 接在同一电源上 9 3电枢电动势及电压平衡关系
3、 电枢通入电流后 产生电磁转矩 使电机在磁场中转动起来 通电线圈在磁场中转动 又会在线圈中产生感应电动势 用E表示 一 电枢中的感应电动势 根据右手定则知 E和原通入的电流方向相反 其大小为 单位 韦伯 n 转 每分 E 伏 二 电枢绕组中电压的平衡关系 因为E与通入的电流方向相反 所以叫反电势 U 外加电压Ra 绕组电阻 9 4电磁转矩 一 电磁转矩 单位 韦伯 Ia 安培 T 牛顿 米 由转矩公式可知 1 产生转矩的条件 必须有励磁磁通和电枢电流 2 改变电机旋转的方向 改变电枢电流的方向或者改变磁通的方向 二 转矩平衡关系 电磁转矩T为驱动转矩 在电机运行时 必须和外加负载和空载损耗的阻
4、转矩相平衡 即 转矩平衡过程 当负载转矩 TL 发生变化时 通过电机转速 电动势 电枢电流的变化 电磁转矩自动调整 以实现新的平衡 例 设外加电枢电压U一定 T TL T0 平衡 这时 若TL突然增加 则调整过程为 与原平衡点相比 新的平衡点 Ia P入 机械特性指的是电机的电磁转矩和转速间的关系 下边以他励和串励电机为例说明 他励电动机和并励电动机的特性一样 9 5机械特性 一 他励电动机的机械特性 n0 理想空载转速 即T 0时的转速 实际工作时 由于有空载损耗 电机的T不会为0 当T 时n 但由于他励电动机的电枢电阻Ra很小 所以在负载变化时 转速n的变化不大 属硬机械特性 根据n T公
5、式画出特性曲线 串励的特点 励磁线圈的电流和电枢线圈的电流相同 二 串励电动机的机械特性 设磁通和电流成正比 即 K Ia 则 据此公式做出T n曲线 1 T 0时 在理想情况下 n 但实际上负载转矩不会为0 不会工作在T 0的状态 但空载时T很小 n很高 串励不允许空载运行 以防转速过高 串励特性 2 随转矩的增大 n下降得很快 这种特性属软机械特性 2 恒功率负载 P一定时 T和n成反比 要选软特性电机拖动 如 电气机车等 直流电动机特性类型的选择 1 恒转矩的生产机械 TL一定 和转速无关 要选硬特性的电动机 如 金属加工 起重机械等 9 6直流电动机的调速 与异步电动机相比 直流电动机
6、结构复杂 价格高 维护不方便 但它的最大优点是调速性能好 下面以他励电动机为例说明直流电动机的调速方法 1 调速均匀平滑 可以无级调速 2 调速范围大 调速比可达200 他励式 以上 调速比等于最大转速和最小转速之比 直流电动机调速的主要优点是 由该式可知 n和 有关 在U一定的情况下 改变 可改变n 在励磁回路中串上电阻Rf 改变Rf大小调节励磁电流 从而改变 的大小 一 改变磁通 调磁 1 原理 其中 K If Rf If n 但在额定情况下 已接近饱和 If再加大 对 影响不大 所以这种增加磁通的办法一般不用 Rf If n 减弱磁通是常用的调速方法 If的调节有两种情况 概念 改变磁通
7、调速的方法 减小磁通 n只能上调 2 特性的变化 调速过程 U一定 则 暂时T TL 1 调速平滑 可做到无级调速 但只能向上调 受机械本身强度所限 n不能太高 2 调的是励磁电流 该电流比电枢电流小得多 调节控制方便 3 减小 调速的特点 二 改变电枢电压调速 由转速特性方程知 调电枢电压U n0变化 斜率不变 所以调速特性是一组平行曲线 1 特性曲线 2 改变电枢电压调速的特点 1 工作时电枢电压一定 电压调节时 不允许超过UN 而n U 所以调速只能向下调 2 可得到平滑 无级调速 3 调速幅度较大 Uf 110V固定 U 0 110V可调 改变电枢电压调速方案举例 例 已知他励电动机的
8、PN 2 2KW UN 220V IaN 12 4ARa 0 5 nN 1500r min 求 1 TL 0 5TN时 n 2 0 8 N时 n 解 1 TL 0 5TN时 2 0 8 N时 这种调速方法耗能较大 只用于小型直流机 串励电机也可用类似的方法调速 三 改变转子电阻调速 在电枢中串入电阻 使 n n0不变 即电机的特性曲线变陡 斜率变大 在相同力矩下 n 9 7直流电动机的使用和额定值 限制Iast的措施 1 启动时在电枢回路串电阻 2 启动时降低电枢电压 一 使用 1 启动 启动时 n 0 Ea 0 若加入额定电压 则 Iast太大会使换向器产生严重的火花 烧坏换向器 一般Ias
9、t限制在 2 2 5 IaN内 1 若电动机原本静止 由于励磁转矩T KT Ia 而 0 电机将不能启动 因此 反电动势为零 电枢电流会很大 电枢绕组有被烧毁的危险 2 如果电动机在有载运行时磁路突然断开 则E Ia T和 可能不满足TL的要求 电动机必将减速或停转 使Ia更大 也很危险 措施 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流继电器 当失压或欠流时 自动切断电枢电源U 2 反转 电动机的转动方向由电磁力矩的方向确定 1 反接制动 3 制动 制动的所采用的方法 反接制动 能耗制动 发电回馈制动 电阻R的作用是限制电源反接制动时电枢的电流过大 2 能耗制动 电枢断电
10、后立即接入一个电阻 特殊情况下 例如汽车下坡时 吊车重物下降时 在重力的作用下n n0 n0理想空载转速 这时电动机变成发电机 电磁转矩成为阻转矩 从而限制电机转速过分升高 3 发电回馈制动 直流电机有四个出线端 电枢绕组 励磁绕组各两个 可通过标出的字符和绕组电阻的大小区别 4 连接 1 绕组的阻值范围 电枢绕组的阻值在零点几欧姆到1 2欧姆 他励 并励电机的励磁绕组的阻值有几百欧姆 串励电机的励磁绕组的阻值与电枢绕组的相当 2 绕组的符号 二 额定值 1 额定功率PN 电机轴上输出的机械功率 2 额定电压UN 额定工作情况下的电枢上加的直流电压 例 110V 220V 440V 3 额定电流IN 额定电压下 轴上输出额定功率时的电流 并励应包括励磁电流和电枢电流 三者关系 PN UNIN 效率 注意 调速时对于没有调速要求的电机 最大转速不能超过1 2nN 4 额定转速nN 在PN UN IN时的转速 直流电机的转速等级一般在500r min以上 特殊的直流电机转速可以做到很低 如 每分钟几转 或很高 每分钟3000转以上
