《第3章直流电机3334353637383学时第31周第41周课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第3章直流电机3334353637383学时第31周第41周课件（51页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、东南大学机械工程学院,1,第三章 直流电机,3.1 电机中的基本电磁知识 3.2 直流电机的工作原理和基本结构 3.3 直流发电机 3.4 直流电动机 3.5 直流他励电动机的机械特性 3.6 直流他励电动机的启动 3.7 直流他励电动机的调速 3.8 直流他励电动机的制动,东南大学机械工程学院,2,3.3 直流发电机,3.3.1 他励直流发电机,图3.13他励发电机原理电路图,1.基本方程式,图3.5直流发电机的工作原理图,东南大学机械工程学院,3,3.3 直流发电机,3.3.1 他励直流发电机,图3.13他励发电机原理电路图,1.基本方程式,如发电机空载： Ia 0 则： U EKan,电
2、压与电流关系:U=E- Ia Ra Ia =(E- U)/ Ra I=Ia I =U/ R,的大小由If 决定， If 与Rf有关,东南大学机械工程学院,4,3.3 直流发电机,3.3.1 他励直流发电机,图3.13他励发电机原理电路图,图3.14他励发电机空载特性,空载特性:Ia=0 ， n为0或固定值，U= f(If) E=Ken =f(If),2.特性曲线,东南大学机械工程学院,5,3.3 直流发电机,3.3.1 他励直流发电机,图3.14他励发电机空载特性,空载特性:Ia=0 ， n为0或固定值，U= f(If) E=Ken =f(If),2.特性曲线,空载特性表明：可利用改变励磁电流
3、的方法来获得所需的电压,东南大学机械工程学院,6,3.3 直流发电机,3.3.1 他励直流发电机,2.特性曲线,外特性表明：从空载到满载，发动机的输出电压会下降。如欲保持端电压不变，必须增加励磁电流。,外特性: n, If常数 U=f(I) E=Ken =f(If),电压与电流关系:U=E- Ia Ra Ia =(E- U)/ Ra I=Ia I =U/ R,图3.15他励发电机外特性,东南大学机械工程学院,7,3.3 直流发电机,3.3.2 并励直流发电机,图3.15并励发电机原理电路图,1.基本方程式,电压与电流关系:U=E- Ia Ra Ia =(E- U)/ Ra If= U/ Rf
4、I =U/ R Ia =I+ If I,东南大学机械工程学院,8,3.3 直流发电机,3.3.2 并励直流发电机,图3.16并励发电机电压的建立,1.基本方程式,图3.15并励发电机原理电路图,空载特性,东南大学机械工程学院,9,3.3 直流发电机,3.3.2 并励直流发电机,图3.16并励发电机电压的建立,1.基本方程式,并励发电机电压建立的条件： 1、磁极有剩磁。(充磁) 2、励磁电流产生与剩磁磁场方向相同的磁场。（改变励磁绕组的接线） 3、合适的励磁电阻Rf （励磁电阻小于与运行转速相对应的的临界阻值）,东南大学机械工程学院,10,3.3 直流发电机,3.3.2 并励直流发电机,图3.1
5、6并励发电机电压的建立,1.基本方程式,并励发电机外特性曲线和他励基本相似（下降更多）,东南大学机械工程学院,11,3.3 直流发电机,3.3.3 复励直流发电机,图3.17复励发电机原理电路图,1.基本方程式,注意：在并励发动机中，其端电压随负载的增大而下降，但复励发动机中，当负载增大时，串励绕组能自动增加磁通，以补偿端电压的下降。 所以在正常运行过程中，其端电压变化不大。（优点）,东南大学机械工程学院,12,3.4 直流电动机,3.4.1 他励和并励直流电动机,图3.18 他励和并励直流电动机原理电路图,1.基本方程式,按励磁方法可分为:他励、并励、串励、复励四类,东南大学机械工程学院,1
6、3,3.4 直流电动机,3.4.1 他励和并励直流电动机,电动机的转速特性,电动机的机械特性,理想空载转速,东南大学机械工程学院,14,3.4 直流电动机,3.4.2 串励直流电动机,1.基本方程式,图3.19 串励直流电动机原理电路图和特性,东南大学机械工程学院,15,1、轻载时如：,双曲线,3.4 直流电动机,3.4.2 串励直流电动机,1.基本方程式,2、载荷重时,机械特征曲线为一直线,东南大学机械工程学院,16,3.4 直流电动机,3.4.2 串励直流电动机,1.基本方程式,用于：电气机车等 注：不许空载运行（或皮带传动） 、反转时不能改变磁通的方向,？,东南大学机械工程学院,17,3
7、.4 直流电动机,3.4.3 复励直流电动机,1.基本方程式,图3.19 串励直流电动机原理电路图和特性,东南大学机械工程学院,18,3.4 直流电动机,3.4.3 复励直流电动机,1.基本方程式,根据两个线圈磁通的方向可分为：积复励电动机和差复励电动机。 其机械特性界于他励和复励之间,东南大学机械工程学院,19,3.5 直流他励电动机的机械特性,基本方程式,图3.21 他励直流电动机机械特性,东南大学机械工程学院,20,3.5 直流他励电动机的机械特性,图3.21 他励直流电动机机械特性,理想空载转速,转矩变化会引起速度的变化,东南大学机械工程学院,21,机械特性硬度：转矩dT与所引起的转速
8、变化dn的比值,根据硬度的大小，可将电动机机械特性分为三类： 1、绝对硬特性（）：如同步电动机的机械特性 2、硬特性（10）：如直流他励电动机的机械特性 3、软特性（10）：如直流串励电动机的机械特性 可根据具体的生产机械选用何种机械特性的电动机。,3.5 直流他励电动机的机械特性,东南大学机械工程学院,22,机械特性可分为： 固有机械特性（自然特性）和人为机械特性,固有机械特性指额定条件下的n=f(T)。 人为机械特性指供电电压和磁通不是额定值、电枢电路内接有外加电阻时的机械特性。,3.5.1 直流他励电动机的固有机械特性,东南大学机械工程学院,23,举例：,根据电机铭牌估算其固有的机械特性
9、,在额定条件下： 例：UN, N,是额定值，Ke,Kt,Ra都是常数， 电机铭牌：给出PN,UN,IN,nN 求（估算）：Ra, Ke,n0,T N 画出n = f(T);,东南大学机械工程学院,24,举例（p24）,东南大学机械工程学院,25,举例：,根据电机铭牌估算其固有的机械特性,东南大学机械工程学院,26,直流他励电动机正反转时的固有机械特性,正反转的相对性,东南大学机械工程学院,27,人为机械特性指：供电电压和磁通不是额定值、电枢电路内接有外加电阻时的机械特性。 1、电枢回路中串接附加电阻时的人为机械特性 2、改变电枢电压U时的人为机械特性 3、改变磁通时的机械特性,3.5.2 直流
10、他励电动机的人为机械特性,东南大学机械工程学院,28,1、电枢串电阻的机械特性,机械特性方程：,东南大学机械工程学院,29,2、改变电压的人为机械特性,机械特性方程：,注：只能调低,东南大学机械工程学院,30,3、改变磁通的人为机械特性,机械特性方程：,注：严重过载（TL不变 ）和飞车 （ 减少为0）,所以：直流他励电动机，必须先加励磁电流，且不许励磁电流断开或励磁电流为零（有失磁保护）,东南大学机械工程学院,31,电动机在末启动之前n0，E0，而 很小，所以，将电动机直接接入电网并施加额定电压时，启动电流 将很大，一般情况下能达到其额定电流的10倍20倍。,直流电机的两种启动方法：1、降压启
11、动。2、电枢电路内串接外加电阻启动。,3.6 直流他励电动机的启动,这样大的启动电流： 1)使电动机在换向过程中产生危险的火花，烧化整流子，过大的电枢电流 可能引起绕组的损坏； 2）而且产生于启动电流成正比的启动转矩，会在机械系统和传动机构中产生过大的动态转矩冲击，使机械传动部件损坏； 3）对供电电网来说，过大的启动电流将使保护装置动作，切断电源造成事故，或者引起电网电压的下降，影响其它负载的正常运行。 一般规定瞬时电流不大于额定电流的1.52倍。,东南大学机械工程学院,32,直流电机的两种启动方法：1、降压启动。2、电枢电路内串接外加电阻启动。,3.6 直流他励电动机的启动,降压启动，即在启
12、动瞬间，降低供电电源电压，随着转速n的升高，反电动势E升高，再逐步提高供电电压，最后达到额定电压时，电动机达到所要求的转速。直流发电机电动机组和晶闸管整流装置电动机组等就是采用这种降压方式启动的。直流发电机电动机组和晶闸管整流装置电动机组等就是采用这种降压方式启动的。,在电枢回路内串接外加电阻启动，此时启动电流 将收到外加启动电阻的限制，随着电机转速n的升高，反电动势E增大，再逐步切除外加电阻直到全部切除，电动机达到所要求的转速。,东南大学机械工程学院,33,3.6 直流他励电动机的启动,东南大学机械工程学院,34,三段启动电阻：降低切换时的冲击电流,一般选用：T1=(1.62)TN T2=(
13、1.11.2)TN,东南大学机械工程学院,35,注意：速度变化和速度调节的区别 速度变化：电动机的负载转矩发生变化引起的转速变化； 速度调节：在某一特定的负载下，靠人为改变机械特性而得到的转速变化。,3.6 直流他励电动机的启动,东南大学机械工程学院,36,机械特性方程：,3.7 直流他励电动机的调速,1) 、改变电枢电路串接电阻2)、改变电动机电枢供电电压U 3)、改变电动机主磁通,东南大学机械工程学院,37,1、改变电枢串接电阻调速,机械特性方程：,特点：1、调速设备简单，可靠，成本低。 2、机械特性软。 3、空载或轻载时，调速范围不大。 4、无级调速困难，能耗大。 用于：起重机、卷扬机等
14、。,东南大学机械工程学院,38,2、改变电枢电压调速,机械特性方程：,特点：1、速度可无级调节。 2、调速特性与固有机械特性平行，特性硬。 3、恒转矩调速（电枢电流与的电压无关）。 4、调压可兼启动，不需其它启动设备。(直流发电机组、晶闸管整流装置等),U,Ia,Ta,n,E,Ia,Ta,dn/dt,Ta= TL,东南大学机械工程学院,39,3、改变主磁通调速,机械特性方程：,特点：1、速度可无级调节（弱磁调速、额定转速以上）。 2、调速特性软，调速范围不大（不超过额定转速的1.2倍） 3、希望调压时维持P=UIa不变，恒功率调速。 4、很少单独使用，一般与调压调速配合使用 （nne:弱磁调速
15、） 例31 p59,东南大学机械工程学院,40,稳定的制动状态（转速不变）、过渡制动状态（转速变化）、 自然停车、电气制动和机械制动（包括液压制动等）、,3.8 直流他励电动机的制动,东南大学机械工程学院,41,根据直流电动机处于制动时的外部条件和能量传递的情况，制动状态可分为：反馈制动、反接制动、能耗制动三种形式。,3.8 直流他励电动机的制动,东南大学机械工程学院,42,反馈制动1、2,（实际转速大于理想空载转速时电机运行在反馈制动状态）,东南大学机械工程学院,43,反馈制动3,东南大学机械工程学院,44,反馈制动4,电动机在弱磁状态用增加磁通的方法来降速 N 1 2,东南大学机械工程学院
16、,45,1、电源反接制动(改变电枢电压U的方向),反接制动,注意：必须串入足够大的限流电阻Rad,东南大学机械工程学院,46,2、倒拉反接制动(改变电枢电势E的方向),东南大学机械工程学院,47,能耗制动,在电动状态时，把外施电枢电压U突然降为零，而将电枢串接一个附加电阻Rad短接起来。电流反向。,注意：反抗性负载和位能性负载的稳定运行点不同,东南大学机械工程学院,48,直流他励电动机各种运行状态的机械特性,电动机运行在制动状态的主要特性： 1、电磁转矩与旋转方向相反（在2、4象限）。 2、电动机的作业是将运动部分储存的动能或位能转换成电能，电动机变为发电机，电枢电流与电枢电势同向。把电能反馈给电网或消耗在电枢回路中。,东南大学机械工程学院,49,习题2、一台他励直流电动机，其额定数据为：PN=17kW,UN=220V,IN=91A,nN=1500r/min,Ra=0.22,试求：1、额定转矩TN2
