《电机及其应用 教学课件 ppt 作者 葛永国 第2章 直流电机的特性与应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电机及其应用 教学课件 ppt 作者 葛永国 第2章 直流电机的特性与应用（56页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第2章 直流电机的特性与应用,主编,第2章 直流电机的特性与应用,2.1 直流电动机的机械特性 电动机处于稳态运行时，转速n与电磁转矩T之间存在函数关系，即n=f（T)。由于转速和转矩都是机械运行时的物理量，因而把这个函数称为电动机的机械特性。,第2章 直流电机的特性与应用,2.1.1 直流电机中的电动势、转矩和功率 根据电磁感应定律可知，无论是直流发电机还是直流电动机，运行时电枢绕组都会切割磁场，产生感应电动势，在电路闭合的情况下，电枢绕组中就会有电流通过（带负载)，电枢电流与磁场相互作用就会产生电磁转矩。 1.电枢感应电动势Ea Ea=Cen（21）,图2-1 直流电动机中的反电动势 a)
2、反电动势的方向 b)并励电动机电路图,第2章 直流电机的特性与应用,2.电磁转矩T 直流电机的电磁转矩是由电枢电流与气隙磁场相互作用产生的电磁力而形成的。 T=CTIa（24） 3.电磁功率Pem Pem=T=EaIa（25） 4.电磁功率和电磁转矩之间的关系 T=9550/n（29） 2.1.2 他励(或并励)直流电动机的机械特性 1.机械特性公式 n=U/T=n0T=n0n（210）,第2章 直流电机的特性与应用,图2-2 他励直流电动 机的机械特性曲线,图2-3 电枢串电阻时的人 为机械特性曲线,第2章 直流电机的特性与应用,2.固有机械特性 n=-T（213） 3.人为机械特性 (1)
3、电枢串电阻时的人为机械特性：保持U=UN、N不变，在电枢回路中串入电阻Rs时的人为机械特性方程为 n=-T（214） (2)降低电枢电压时的人为机械特性：保持=N、R=Ra(Rs=0)，改变电枢绕组端电压U时的人为机械特性方程为 n=-T（215）,第2章 直流电机的特性与应用,(3)减弱励磁磁通时的人为机械特性：调节励磁回路电阻Rf，就可以改变励磁电流，从而改变励磁磁通。 保持U=UN、R=Ra（Rs=0)不变，电枢回路不串电阻，减弱磁通时的人为机械特性方程为,图2-5 减弱励磁磁通时的 人为机械特性曲线,图2-4 降低电枢绕组端电压时的 人为机械特性曲线,第2章 直流电机的特性与应用,2.
4、1.3 串励直流电动机的机械特性 1.固有机械特性 图2-6所示为串励直流电动机的电路图。 (1)串励直流电动机的固有机械特性曲线 是一条非线性的双曲线，随着负载转矩 的增大(或减小)，转速自动减小(或增大)， 保持功率基本不变，即有很好的牵引性能。 (2)理想空载转速为无穷大。 (3)T与Ia的平方成正比，因而串励直流电 动机的起动转矩大，过载能力强。,图2-6 串励直流电动机的电路图,第2章 直流电机的特性与应用,2.人为机械特性 串励直流电动机同样可以采用电枢串电阻、改变电源电压和改变磁通的方法来获得各种人为机械特性，以适应负载和工艺的要求。,图2-7 串励直流电动机的固 有机械特性曲线
5、,图2-8 串励直流电动机的 人为机械特性曲线,第2章 直流电机的特性与应用,2.1.4 复励直流电动机的机械特性 复励直流电动机的特点是励磁绕组分为两部分：一部分与电枢电路串联，另一部分与电枢电路并联，如图29所示。这种类型的电动机融合了串励、并励两种励磁方式的运行特性。复励直流电动机的串励绕组使电动机产生较高的转矩，而其并励绕组便于转速控制和调节。在工业中，复励直流电动机比其他类型的直流电动机用得更多。复励直流电动机的转矩不如串励直流电动机的转矩高，但大于并励直流电动机的转矩；复励直流电动机的转速调节功能不如并励直流电动机好，但要比串励直流电动机强。各种直流电动机的机械特性比较如图210所
6、示。,第2章 直流电机的特性与应用,图2-10 各种直流电动机的机械特性比较,2.2 直流电动机的起动、反转和调速,图2-9 复励直流电动机的电路图,第2章 直流电机的特性与应用,2.2.1 直流电动机的起动 1.起动原理 电动机的起动是指电动机接通电源后，由静止状态加速到稳定运行状态的过渡过程。 Tst=CTIst（220） 2.起动方法 为了限制起动电流，直流电动机的起动方法有两种：一是降低电枢电压(减压)起动；二是电枢回路串电阻起动。 (1)减压起动：目前，经常采用的是晶闸管可控整流电路作为直流电动机的电源电压调节器。 用减压起动的方法起动并励直流电动机时必须注意：起动时必须加上额定的励
7、磁电压，使磁通一开始就有额定值。否则电动机的起动电流虽然比较大，但起动转矩较小，电动机仍无法起动。,第2章 直流电机的特性与应用,(2)电枢回路串电阻起动：在电枢回路中串联起动电阻，使起动电流不超过允许的数值。,图2-11 电枢回路串电阻起动原理图 a)并励直流电动机起动电路 b)串励直流电动机起动电路,第2章 直流电机的特性与应用,2.2.2 直流电动机的反转 1.改变转向的原理 要改变直流电动机的旋转方向，就需要改变直流电动机的电磁转矩方向，而电磁转矩的方向取决于定子主磁极磁通和电枢电流的方向。 2.改变转向的方法 (1)永磁式直流电动机的反转：因为其定子磁极为永久磁铁，所以只要改变电枢电
8、源极性即可实现反转。 (2)并励直流电动机的反转：由于并励直流电动机的励磁绕组匝数多、电感大，在进行反接时因电流突变，将会产生很大的感应电动势，不但在开关或接触器的主触头上产生电弧，而且也容易把励磁绕组的绝缘层击穿。,第2章 直流电机的特性与应用,(3)串励直流电动机的反转：串励直流电动机电枢绕组两端的电压很高，而励磁绕组两端的电压很低，反接容易，故常采用励磁绕组反接的方法实现反转。,第2章 直流电机的特性与应用,2.2.3 直流电动机的调速 1.调速原理 所谓调速，就是在所拖动的负载不变的前提下，人为改变电动机运行的转速。 改变电动机的参数就是人为地改变电动机的机械特性，从而使负载工作点发生
9、变化，转速随之改变。可见，在调速前后，电动机必然运行在不同的机械特性上。如果机械特性不变，因负载变化而引起电动机转速的改变不能称为调速，而是称为转速变化。,第2章 直流电机的特性与应用,2.调速方法 (1)改变电枢电压U调速(调压调速)：改变电枢电压U时，机械特性的斜率不变，所以调速的稳定性好；电压可连续变化，调速的平滑性好，调速范围宽；电动机电压不允许超过额定值，因此转速只能由额定转速往低调，属于恒转矩调速；所需设备较复杂，成本较高，但电能损耗小，效率高；还可用于减压起动。,图2-12 减小磁通调速原理图 a)并励直流电动机 b)串励直流电动机,第2章 直流电机的特性与应用,(2)减小磁通调
10、速(调磁调速)：当直流电动机的电源电压不变时，如使主磁通减小，则电动机的转速就相应地升高。 减小磁通调速在励磁回路中进行，电流小，故能量损耗小，控制方便；由于电动机铁心磁饱和的影响，磁通只能减小，故转速只能从额定转速向上调，且调速范围一般来讲比较窄，只能作辅助调速之用；所需设备简单。 (3)电枢回路串电阻调速：这种调速电路与电枢串电阻起动电路相同。,第2章 直流电机的特性与应用,图2-13 他励直流电 动机实训接线图,第2章 直流电机的特性与应用,2.起动步骤 (1)接线与检查：接线前应保证220V总电源开关在断开位置，按图2-13所示接好线路。 (2)调节变阻器：将RPs调到阻值最大位置；将
11、RPf调到阻值最小位置。 (3)操作准备：起动前应清理现场，电动机轴附近不能有杂物；连接导线要理顺并固定好，不能与电动机轴接触或缠绕；高处的东西要摆放好，谨防掉落；操作人员头发不能太长，衣服要整齐，操作时不要带手套；分工协作，作好监护。,第2章 直流电机的特性与应用,(4)开启总电源开关：观察电源电压是否正常，不正常时立即切断电源，进行检查。 (5)合上开关S1：观察电流表A2是否正常，若指针反偏、指针满刻度或数值异常，立即切断S1，进行检查。 (6)合上开关S2：观察电流表A1是否正常，电动机转子是否转动。 (7)调节RPs：减小RPs，直至短接，电动机稳定运行，起动结束。,第2章 直流电机
12、的特性与应用,3.调速 分别改变串入电动机电枢回路的调节电阻RPs和励磁回路的调节电阻RPf的值，观察电动机转速和电流表A1、A2的变化情况，记录变化规律。 4.停机与反转操作 (1)停机步骤：先切断电枢电源开关S2，再切断励磁电源开关S1，电动机自由停车。 (2)反转操作：在断电停机的情况下，将电枢绕组的两端A1、A2或励磁绕组的两端F1、F2对调后，再按以上起动步骤起动电动机，观察电动机的转向，并记录。 5.恢复现场 实训结束后，切断总电源，拆除并整理好导线，清理垃圾，整理好笔记，准备写实训报告。,第2章 直流电机的特性与应用,实训2 积复励直流电动机的正确连接 1.实训说明 当电动机为差
13、复励时，并励磁场将决定电动机空载或轻载时的旋转方向。 2.积复励直流电动机的连接步骤 (1)负载与电动机不连接。 (2)将串励绕组和电枢绕组接在一起而不接并励绕组，将外加电源与电动机连接，如图2-14a所示。 (3)短时接上电源来确定旋转方向，加入电源的时间必须非常短，因为电动机此时像串励电动机空载运行。,第2章 直流电机的特性与应用,(4)将并励绕组端子与输入电源连接，再次合上电源，检查旋转方向，如图2-14b所示。,图2-14 积复励直流电动机的连接方法 a)首先连接成串励测转向 b)连接并励绕组再测转向,第2章 直流电机的特性与应用,2.3 直流电动机的制动 根据电磁转矩T和转速n之间的
14、关系，可以把电动机分为两种运行状态：T与n同方向时，称为电动运行状态，简称电动状态；T与n反方向时，称为制动运行状态，简称制动状态。电动状态时，电磁转矩为驱动转矩；制动状态时，电磁转矩为制动转矩。,第2章 直流电机的特性与应用,2.3.1 反接制动 1.电枢反接制动 利用改变加在电枢绕组上的电压方向(使Ia反向)或改变励磁电流的方向(使反向)，来使电磁转矩T反向成为制动转矩的制动方法称为电枢反接制动。,图2-15 直流电动机电枢反接 制动电路原理图,第2章 直流电机的特性与应用,图2-16 直流电动机倒拉反接制动 a)接线图 b)机械特性,2.倒拉反接制动 直流电动机倒拉反接接线图如图2-16
15、a所示，机械特性曲线如图所示。 Ia=/+=+/+0（224）,第2章 直流电机的特性与应用,2.3.2 能耗制动 他励直流电动机能耗制动原理图如图217所示。先将KM1断开，电动机电枢绕组与电源脱离，电枢电压U=0，如图217a所示；再将KM2闭合，电枢绕组通过电阻Rbk构成闭合电路。在电路切换瞬间，由于机械惯性，电动机的转速不能突变，转速n仍保持原电动状态的大小和方向，因此电枢电动势Ea的大小和方向不变，根据电动机的电压平衡方程式,第2章 直流电机的特性与应用,图2-17 他励直流电动机能耗制动 a)U=0时 b)制动状态时,第2章 直流电机的特性与应用,2.3.3 回馈制动 由式Ia=（
16、UEa)/Ra可看出，当电机作电动机状态运行时，电源电压U大于反电动势Ea，即UEa，故Ia与U同方向。如电动机在运行时由于某种原因使EaU（例如起重机下放重物、运输机械下坡等)，则电枢电流Ia方向就改变了，即Ia与U方向相反，电机向电网输送电能，由电磁转矩T=CTIa，可见T也随Ia的反向而改变方向，即与电动机旋转方向相反，为制动转矩。 1.正向回馈制动 由式Ea=Cen可知，如果电动机的磁通不变(并励、他励直流电动机即如此)，只要电机的速度n高于理想空载转速n0即可使EaU。,第2章 直流电机的特性与应用,平路前进时，负载转矩为摩擦阻转矩TL10。当电车在下坡路上前进时，负载转矩就为摩擦阻转矩与位能性拖动转矩的合成转矩，因二者方向相反，而后者数值比前 者大，则电车下坡时的总负载 转矩TL20，如图218所示。,图2-18 电动机拖动电车时正向回馈制动,第2章 直流电机的特性与应用,图2-19 电动机减压减速时正向回馈制动,图2-20 他励直流电动 机反向回馈制动,第2章 直流电机的特性与
