马昕教授电力拖动与运动控制课件2--+直流电动机

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1、第一章 直流电动机,马 昕,北京化工大学计算机模拟与系统安全工程研究中心 教育部化工安全工程研究中心 国家安全生产监督管理总局危险化学品生产系统故障预防及监控基础实验室 北京化工大学信息科学与技术学院,主要内容,1.1 直流电动机的基本工作原理与结构 基本工作原理 直流电动机的结构 直流电动机的铭牌数据 1.2 直流电动机的电枢反应 直流电动机的空载磁场 直流电动机的电枢磁场 电枢反应 1.3 直流电动机的电枢电动势和电磁转矩 电枢电动势 电磁转矩 1.4 直流电动机 直流电动机的励磁方式 他励直流电动机的基本方程式,主要内容,1.5 电力拖动系统的运动方程式 单轴拖动系统的运动方程式 运动方

2、程式中正、负号的规定 拖动系统的运动状态 他励直流电动机的反转 1.6 生产机械的负载转矩特性 恒转矩负载特性 恒功率负载特性 通风机型负载特性 1.7 他励直流电动机的机械特性 机械特性方程式 固有机械特性和人为机械特性,主要内容,1.8 他励直流电动机的启动 直接启动 电枢回路串电阻启动 降低电枢电压启动 1.9 他励直流电动机的电气制动 能耗制动 反接制动 回馈制动 1.10 他励直流电动机的调速 调速指标 调速方法 直流调速系统使用的可控直流电源,2018/12/8,第一章 直流电动机,5,主要内容,1.1 直流电动机的基本工作原理与结构 基本工作原理 直流电动机的结构 直流电动机的铭

3、牌数据 1.2 直流电动机的电枢反应 1.3 直流电动机的电枢电动势和电磁转矩 1.4 直流电动机 1.5 电力拖动系统的运动方程式 1.6 生产机械的负载转矩特性 1.7 他励直流电动机的机械特性 1.8 他励直流电动机的启动 1.9 他励直流电动机的电气制动 1.10 他励直流电动机的调速,2018/12/8,第一章 直流电动机,6,电 动 机 示 意 图,一、基本工作原理与结构,2018/12/8,第一章 直流电动机,7,基 本 工 作 原 理,一、基本工作原理与结构,2018/12/8,第一章 直流电动机,8,一、基本工作原理与结构,2018/12/8,第一章 直流电动机,9,一、基本

4、工作原理与结构,基本工作原理 N、S：定子磁极 a、b、c、d：转子线圈 首端a和末端d连接到换向器上，通过电刷连接外电路 工作原理： 电枢线圈通入直流电流，导体在定子磁场中受电磁力作用，产生电磁转矩，线圈在此转矩作用下旋转 虽然导体中流通的电流为交变的，但是电磁转矩方向不变,2018/12/8,第一章 直流电动机,10,一、基本工作原理与结构,基本结构,2018/12/8,第一章 直流电动机,11,一、基本工作原理与结构,基本结构,2018/12/8,第一章 直流电动机,12,一、基本工作原理与结构,2018/12/8,第一章 直流电动机,13,一、基本工作原理与结构,2018/12/8,第

5、一章 直流电动机,14,定子部分,机座（磁轭）：固定部件，形成电机磁路 主磁极：产生气隙磁场，由主磁极铁心和主磁极绕组（励 磁绕组）组成 换向极：改善换向，由换向极铁心和换向极绕组组成 电刷装置：与换向器配合，将电枢绕组电路和外电路连接， 并将电枢绕组中的交流量转变成电刷端的直流量,主磁极示意图,换向极示意图,电刷装置示意图,2018/12/8,第一章 直流电动机,15,转子部分,电枢铁心：形成电机磁路，安放电枢绕组 电枢绕组：直流电动机的主要组成部分，产生感应电动势 换向器：改善换向,电枢铁心示意图,换向器示意图,2018/12/8,第一章 直流电动机,16,直流电动机的铭牌数据,2018/

6、12/8,第一章 直流电动机,17,直流电动机的铭牌数据,额定运行情况：根据电机的设计和试验数据，按照国家标准规定的电机的正常运行状态和条件 额定值（铭牌数据）：表征电机额定运行情况的各种数据,2018/12/8,第一章 直流电动机,18,主要内容,1.1 直流电动机的基本工作原理与结构 1.2 直流电动机的电枢反应 直流电动机的空载磁场 直流电动机的电枢磁场 电枢反应 1.3 直流电动机的电枢电动势和电磁转矩 1.4 直流电动机 1.5 电力拖动系统的运动方程式 1.6 生产机械的负载转矩特性 1.7 他励直流电动机的机械特性 1.8 他励直流电动机的启动 1.9 他励直流电动机的电气制动

7、1.10 他励直流电动机的调速,2018/12/8,第一章 直流电动机,19,二、直流电动机的电枢反应,直流电动机的磁场是由主磁极产生的励磁磁场和电枢绕组电流产生的电枢磁场合成的一个合成磁场 直流电动机的运行特性在很大程度上取决于该磁场特性,2018/12/8,第一章 直流电动机,20,空载：电动机轴上不带机械负载运行 此时，电枢电流等于零或近似等于零 空载磁场可以认为仅仅是励磁电流通过励磁绕组产生的励磁磁通所建立,1. 直流电动机的空载磁场,2018/12/8,第一章 直流电动机,21,1. 直流电动机的空载磁场,2018/12/8,第一章 直流电动机,22,励磁磁通可以分为两大类： 主磁通

8、：同时交链励磁绕组和电枢绕组，占绝大多数 漏磁通：不进入电枢绕组，经过气隙直接进入临近的磁极 或磁轭，小部分 主磁通是直流电动机进行电磁感应和能量转换所必需的， 漏磁通只能使直流电动机效率降低,主磁场在电机中的分布,动画演示,1. 直流电动机的空载磁场,2018/12/8,第一章 直流电动机,23,直流电动机在带载运行时，电枢绕组中有电流通过，产生电枢磁场。,电枢磁场在电机中的分布,电枢电流的方向总是以电刷为界限划分。只要电刷固定不 动，电枢磁场即静止不动 电枢磁场与主磁场共同在气隙里建立合成磁场,动画演示,2. 直流电动机的电枢磁场,2018/12/8,第一章 直流电动机,24,电枢反应：电

9、枢磁场对主磁场的影响 电枢反应对磁场的影响如下： 使磁极下的磁力线扭斜，磁通密度分布不均匀，合成磁场发生畸变 使主磁场削弱，每个磁极下的磁通发生变化,合成磁场在电机中的分布,动画演示,3. 电枢反应,2018/12/8,第一章 直流电动机,25,主要内容,1.1 直流电动机的基本工作原理与结构 1.2 直流电动机的电枢反应 1.3 直流电动机的电枢电动势和电磁转矩 电枢电动势 电磁转矩 1.4 直流电动机 1.5 电力拖动系统的运动方程式 1.6 生产机械的负载转矩特性 1.7 他励直流电动机的机械特性 1.8 他励直流电动机的启动 1.9 他励直流电动机的电气制动 1.10 他励直流电动机的

10、调速,2018/12/8,第一章 直流电动机,26,1. 直流电动机的电枢电动势,电枢绕组在磁场中转动时产生的感应电动势 电枢电动势：直流电动机正、负电刷之间的感应电动势 计算方法： 电枢电动势即为每条支路里的感应电动势，可先求出一根导体在一个极距范围内切割气隙磁通密度的平均感应电动势，再乘以一条支路里总的导体数即为电枢电动势,三、电枢电动势和电磁转矩,2018/12/8,第一章 直流电动机,27,1. 直流电动机的电枢电动势,三、电枢电动势和电磁转矩,2018/12/8,第一章 直流电动机,28,1. 直流电动机的电枢电动势,三、电枢电动势和电磁转矩,2018/12/8,第一章 直流电动机,

11、29,2. 直流电动机的电磁转矩,电磁转矩：通电的电枢绕组在磁场中受到的电磁力与电动机 电枢铁心半径之积称为电磁转矩,三、电枢电动势和电磁转矩,2018/12/8,第一章 直流电动机,30,2. 直流电动机的电磁转矩,制造好的直流电动机其电磁转矩仅与电枢电流和气隙磁通成正比,三、电枢电动势和电磁转矩,2018/12/8,第一章 直流电动机,31,2. 直流电动机的电磁转矩,三、电枢电动势和电磁转矩,2018/12/8,第一章 直流电动机,32,主要内容,1.1 直流电动机的基本工作原理与结构 1.2 直流电动机的电枢反应 1.3 直流电动机的电枢电动势和电磁转矩 1.4 直流电动机 直流电动机

12、的励磁方式 他励直流电动机的基本方程式 1.5 电力拖动系统的运动方程式 1.6 生产机械的负载转矩特性 1.7 他励直流电动机的机械特性 1.8 他励直流电动机的启动 1.9 他励直流电动机的电气制动 1.10 他励直流电动机的调速,2018/12/8,第一章 直流电动机,33,直流电动机的励磁方式 他励、并励、串励、复励 他励直流电动机的基本方程式 电动势平衡方程式、转矩平衡方程式、功率平衡方程式,四、他励直流电动机,2018/12/8,第一章 直流电动机,34,1. 直流电动机的励磁方式,2018/12/8,第一章 直流电动机,35,1. 直流电动机的励磁方式,2018/12/8,第一章

13、 直流电动机,36,电动势平衡方程式,2. 他励直流电动机的基本方程式,2018/12/8,第一章 直流电动机,37,转矩平衡方程式,2. 他励直流电动机的基本方程式,2018/12/8,第一章 直流电动机,38,功率平衡方程式,直流电动机功率流图,2. 他励直流电动机的基本方程式,2018/12/8,第一章 直流电动机,39,主要内容,1.1 直流电动机的基本工作原理与结构 1.2 直流电动机的电枢反应 1.3 直流电动机的电枢电动势和电磁转矩 1.4 直流电动机 1.5 电力拖动系统的运动方程式 单轴拖动系统的运动方程式 运动方程式中正、负号的规定 拖动系统的运动状态 他励直流电动机的反转

14、 1.6 生产机械的负载转矩特性 1.7 他励直流电动机的机械特性 1.8 他励直流电动机的启动 1.9 他励直流电动机的电气制动 1.10 他励直流电动机的调速,2018/12/8,第一章 直流电动机,40,电力拖动系统是由电动机拖动生产机械系统，生产机 械称为电动机的负载。,五、电力拖动系统的运动方程式,2018/12/8,第一章 直流电动机,41,单轴拖动系统：电动机输出直接拖动生产机械运转的系统,1. 单轴拖动系统的运动方程式,2018/12/8,第一章 直流电动机,42,what,1. 单轴拖动系统的运动方程式,2018/12/8,第一章 直流电动机,43,1. 单轴拖动系统的运动方

15、程式,2018/12/8,第一章 直流电动机,44,2. 运动方程式中正、负号的规定,2018/12/8,第一章 直流电动机,45,3. 拖动系统的运动状态,2018/12/8,第一章 直流电动机,46,要使电动机反转，必须改变电磁转矩的方向，而电磁转矩的方向由磁通方向和电枢电流的方向决定 只要将磁通或者电枢电流中的任意一个参数改变方向，电磁转矩即可改变方向 常用的直流电动机反转实现方法有： 改变励磁电流方向：保持电枢两端电压极性不变，将励磁绕组反接，使励磁电流反向，磁通即改变方向 改变电枢电压极性：保持励磁绕组两端的电压极性不变，将电枢绕组反接，电枢电流即改变方向,4. 他励直流电动机的反转

16、,2018/12/8,第一章 直流电动机,47,主要内容,1.1 直流电动机的基本工作原理与结构 1.2 直流电动机的电枢反应 1.3 直流电动机的电枢电动势和电磁转矩 1.4 直流电动机 1.5 电力拖动系统的运动方程式 1.6 生产机械的负载转矩特性 恒转矩负载特性 恒功率负载特性 通风机型负载特性 1.7 他励直流电动机的机械特性 1.8 他励直流电动机的启动 1.9 他励直流电动机的电气制动 1.10 他励直流电动机的调速,2018/12/8,第一章 直流电动机,48,生产机械运行时常用负载转矩标志其负载的大小 负载转矩特性：表征生产机械的转速与负载转矩之间的关系 三种常见生产机械特性：,恒转矩负载特性（反抗性、位能性） 恒功率负载特性 通风型负载特性,六、生产机械的负载转矩特性,2018/12/8,第一章 直流电动机,49,所谓恒转矩负载是指 生产机械的负载转矩Tl的大小不随转速n变化，Tl的大小为常数 根据负载转矩的方向特点又分为反抗性和位能性负载两种,1. 恒转矩负载特性,2018/12/8,第一章 直流电动机,50,（1）反抗性恒转矩负载,特点： 负载转矩的大小不