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1、辽宁工程技术大学电机与拖动课程设计第一章直流电动机工作原理(a)(b)图1-1直流电动机工作原理示意图图1.1是一台直流电机的最简单模型。N和S是一对固定的磁极，可以是电磁铁，也 可以是永久磁铁。磁极之间有一个可以转动的铁质圆柱体，称为电枢铁心。铁心表面固定 一个用绝缘导体构成的电枢线圈abed，线圈的两端分别接到相互绝缘的两个半圆形铜片（换向片）上，它们的组合在一起称为换向器，在每个半圆铜片上又分别放置一个固定不动 而与之滑动接触的电刷 A和B，线圈abed通过换向器和电刷接通外电路。将外部直流电源加于电刷 A（正极）和B（负极）上，则线圈abed中流过电流，在导体ab 中，电流由a指向b，
2、在导体ed中，电流由e指向d。导体ab和ed分别处于N S极磁 场中，受到电磁力的作用。用左手定则可知导体ab和ed均受到电磁力的作用，且形成的转矩逆时针方向旋转，如图1-1（a）所示。当电枢旋转180，导体ed转到N极下，ab转 到S极下，如图1-1（b）所示，由于电流仍从电刷A流入，使ed中的电流变为由d流向e， 而ab中的电流由b流向a，从电刷B流出，用左手定则判别可知，电磁转矩的方向仍是逆 时针方同。由此可见，加于直流电动机的直流电源，借助于换向器和电刷的作用，使直流电动机 电枢线圈中流过的电流，方向是交变的，从而使电枢产生的电磁转矩的方向恒定不变，确 保直流电动机朝确定的方向连续旋转
3、。这就是直流电动机的基本工作原理。#辽宁工程技术大学电机与拖动课程设计第二章直流电动机的分类根据励磁方式的不同，直流电机可以分为他励、并励、串励和复励四种#辽宁工程技术大学电机与拖动课程设计#辽宁工程技术大学电机与拖动课程设计#辽宁工程技术大学电机与拖动课程设计他励电机电路图并励电机电路图#辽宁工程技术大学电机与拖动课程设计#辽宁工程技术大学电机与拖动课程设计串励电机电路图(b)图2-1直流电动机按励磁方式的分类#辽宁工程技术大学电机与拖动课程设计#辽宁工程技术大学电机与拖动课程设计第三章他励直流电动机的机械特性在他励电动机中，Ua, Ra, If保持不变时，电动机的转速n与电磁转矩T之间的关
4、系 称为他励电动机的机械特性。根据公式：T 二 ClaE =Ce* n5仝+尿可得，他励电动机的转速与转矩之间有如下关系:RaCeCt2n E UaaRaUaIaRaUan =CE CeCeCeCe当Ua、Ra、G为常数时，n =f T为一条向下倾斜的直线，如图3所示:0TnT图3-0 他励直流电动机的固有特性其中：no 称为理想空载转速；CeR ,2称为机械特性的斜率，大小反映软特性与硬特性； CECT2厶n二：TRa T称为负载时的转速降。CECT 由于电枢电路电阻Ra很小，所以机械特性的斜率很小，硬度很大，固有特性为硬特性。3.1固有机械特性U二Un、门-你 电枢回路不串电阻时的机械特性
5、。其方程式为：EUa -laRa U a 1 aRaU aRa TRn2 I = n0 -CeCeCeCeCeCeCt：条稍稍向下由于Ra较小，特性的斜率小，所以他励直流电动机的固有机械特性是 倾斜的直线，如3-2所示：图3-1他励直流电动机的固有特性#辽宁工程技术大学电机与拖动课程设计#辽宁工程技术大学电机与拖动课程设计固有特性称为硬特性，其额定转速变化率为: ：nnN 100%nN3-2所示:3.2 电枢串接电阻时的人为机械特性将电枢回路串接电阻，而保持电源电压和励磁磁通不变其机械特性如图图3-2电枢串接电阻时的人为机械特性与固有机械特性相比，电枢串接电阻时的人为机械特性具有如下一些特点：
6、1理想空载转速与固有特性时相同，且不随串接电阻Ra的变化而变化；2、随着串接电阻的加大，特性的斜率 加大，转速降落 n加大，特性变软，稳定性 变差；3、机械特性由与纵坐标轴交于一点 n=n但具有不同斜率的射线族所组成；4、串入的附加电阻越大，电枢电流流过附加电阻所产生的损耗就越大。3.3 改变电源电压时的人为机械特性此时电枢回路附加电阻Rka=O，磁通保持不变。改变电源电压，一般是由额定电压向 下改变。由机械特性方程，得出这时的人为机械特性如图3-3所示。与固有机械特性相比，当电源电压降低时，其机械特性的特点为：1特性斜率不变，理想空载转速n。降低；2、机械特性曲线平行下移，机械特性由一组平行
7、线所组成；3、不变，机械特性的硬度不变。#辽宁工程技术大学电机与拖动课程设计减小励磁电流时的人为特性#辽宁工程技术大学电机与拖动课程设计#辽宁工程技术大学电机与拖动课程设计减小励磁电流I，则磁通G减小，n0增加,-增加，减小，人为特性如图3-4所示:#辽宁工程技术大学电机与拖动课程设计#辽宁工程技术大学电机与拖动课程设计#辽宁工程技术大学电机与拖动课程设计#辽宁工程技术大学电机与拖动课程设计第四章他励直流电机的制动为了满足生产和生活的需要，电力拖动系统往往需要使电动机尽快停转或者由高速运 行迅速转为低速运行，为此需要对电动机进行制动，同时对于位能性负载的工作结构，为了获得稳定的下降速度也需要对
8、电动机进行制动。制动是电动机一个重要的运行状态，其运行的特点是电磁转矩Tm的方向与旋转方向n 相反。3.1 他励直流电动机的制动种类他励直流电动机的制动方法包括能耗制动、反接制动和回馈制动三种。3.2 回馈制动他励电动机回馈制动的特点是：使电动机的转速大于理想空载转速，因而E Ua，电机处于发电状态，将系统的动能转换成电能回馈给电网。回馈制动又分为以下两种类型。4.2.1正向回馈制动一一电车下坡电车在平地行驶或上坡时，负载转矩 Tl阻碍电车前往行驶。如图4-1所示:图4-1回馈制动电车下坡过程系统工作在机械特性与负载特性2的交点a上。电车下坡时，Tl反向变成帮助电车向 下加速行驶，负载特性变为
9、特性3。在T和-人的共同作用下，n加速，工作点由a点沿特 性1向上移动。到达no时，T =0，但- Tl ：0，即-Tl与n方向相同，在-Tl作用下，电机 继续加速，工作点越过no继续向上移动。这时T反向，成为阻止电车下坡的制动转矩。但Tl I a T |，工作点继续上移，直至机械特性1与负载特性3的交点b为止，T=Tl , 电车恒速往下行驶。自从工作点越过 no后，n .n,使得E Ua，电动机就进入了回馈制 动过程，到达b点后，电机便处于回馈制动运行。由于这种回馈制动，电枢电压方向没有 改变，故称正向回馈制动。正向回馈制动与电机状态相比，虽然n、E、Ua的方向都未改变，但因E Ua，使得l
10、a以及T反向，两者的区别如图4-2所示：3(a )电动状态(b)制动状态E#辽宁工程技术大学电机与拖动课程设计#辽宁工程技术大学电机与拖动课程设计图4-2 正向回馈制动时的电路图正向回馈制动在调速过程中也时常出现，当电动机减速时，若减速后的理想空载转速低于减速前的转速，电机便会在调速过程的某一阶段处于正向回馈制动过程。如图4-3所示：(a)改变电枢电压调速(b)改变励磁电流调速图4-3调速时出现的正向回馈制动在改变电枢电压调速和改变励磁电流调速时，工作点都要从 a点平移到b点，然后经 c点到达d点稳定运行。在bc阶段，n n0，电机处于正向回馈制动过程中。它的存在， 有利于缩短bc短的时间，加
11、快调速过程。4.2.2反向回馈制动一一下放重物制动时，将电枢电压反向，并且在电枢回路中串联一个制动电阻&。制动前后的电路图如图4-4所示:- _O O（a ）电动状态(b)制动状态#辽宁工程技术大学电机与拖动课程设计#辽宁工程技术大学电机与拖动课程设计图4-4反向回馈制动时的电路图这时，电动机拖动的是位能性恒转矩负载。如图4-5所示:#辽宁工程技术大学电机与拖动课程设计#辽宁工程技术大学电机与拖动课程设计图4-5回馈制动下放重物过程制动前，系统运行在机械特性1与负载特性3的交点a上。制动瞬间，工作点平移到人 为特性2上的b点，T反向，n迅速下降。当工作点到达c点时，在T和TL的共同作用下， 电
12、动机反向起动，工作点沿特性2继续下移。到达d点时，转矩等于理想空载转矩，T=0, 但Tl 0，在重物的重力作用下，系统继续反向加速，工作点继续下移。当工作点到达e点时，T =Tl，系统重新稳定运行。这时的电动机在比理想空载转速高的转速下稳定下放 重物。在上述制动过程中，bc段电机处于电压反向反接制动过程，cd段电机处于反向起动过程，de段电机处于回馈制动过程，在e点电机处于回馈制动运行。由于这种回馈制动是在电枢电压反向后得到的，故称反向回馈制动。反向回馈制动运行时，与图4-4(a)的电动状态时相比，如图4-4 (b)所示，由于n 反向，E反向，且E Ua，Ia方向不变，T方向不变，但与n方向相
13、反，成为制动转矩。 电机处于发电状态，将系统的动能转换成电能送回电源。回馈制动的效果也与制动电阻Rb的大小有关。Rb小，则特性2的斜率小，转速低，下 放重物慢。由图4-4 (b)可知，回馈制动运行时，为简化分析，只取各量的绝对值，而不考虑其 正负，贝URaRbE -UCEn-UaT（Cen -Ua）可见，若要以转速n下放负载转矩Tl的重物，制动电阻应为CTRa T （ Ce：n- Ua）- Ra tl _To忽略To，贝UCT不Ra Ce：F -Ua) - RaTl采用回馈制动下放重物时，转速很高，超过了理想空载转矩，要注意转速不得超过电机允许的最高转矩(产品目录或电机手册中可以查到)。同时还
14、要注意有上式求得的 Rb还要满足Rb _ 5 - Ra的要求。1 amax结论他励电动机回馈制动就是使电动机的转速大于理想空载转速，因而E Ua，电机处于发电状态，将系统的动能转换成电能回馈给电网。如果直流电源采用电力电子设备，则需要有逆变装置才能将电能回馈给电网回馈制动主要分为一下两种：正向回馈制动一电车 下坡电动机车下坡时，重力加速度将使车速增高，为了安全需要制动限速。当电动机转 速升高而增大的电枢感应电动势大于电网电压时，电动机便变为发电机运行，它的电枢电 流和电磁转矩的方向都将倒转，就限制了转速进一步增高，起了制动作用。电枢电流方向 倒转，电功率回馈到电网，故称为回馈制动，回馈的电功率来源于电动机车下坡时所释放 出来的位能。反向回馈制动一下放重物#辽宁工程技术大学电机与拖动课程设计心得
