《机电传动控制课件 郝用兴第3章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机电传动控制课件 郝用兴第3章（40页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第3章直流电机的工作原理及特性本章重点：本章重点：1.直流电机的机械特性；直流电机的机械特性；2.直流电机的基本方程和能量转换关系直流电机的基本方程和能量转换关系2.直流电机的启动、调速和制动的方法及应直流电机的启动、调速和制动的方法及应用场合用场合3.1直流电机的基本结构和工作原理定子：主磁极、换向极、机座和电刷装置转子：电枢铁芯、电枢绕组、换向器、转 轴和风扇3.1.1直流电机的基本结构3.1.2 直流电机的工作原理1. 直流发电机的工作原理2. 直流电动机的工作原理3.1.3 直流电机的可逆性对于一台直流电机，究竟是作为发电机运行还是作电动机运行，关键在于外加的条件，也就是输入功率的形式
2、。如用原动机拖动直流电机的电枢旋转，则从电刷端可以引出直流电动势作为直流电源，电机将机械能转换成电能而成为发电机；如在电刷上加直流电压，将电能输入电枢，则从电机轴上输出机械能，拖动生产机械，将电能转换成机械能而成为电动机。3.2直流发电机和电动机的基本方程3.2.1直流电机的励磁方式根据励磁绕组的励磁方法来分类，直流电机可分为他励和自励两类。他励：励磁电流是由另外的直流电源单独供电的。自励：励磁电流是由电机电枢提供，它又可分为三类：并励、串励和复励。 a) 他励，其励磁绕组与电枢绕组无连接关系，由其他励，其励磁绕组与电枢绕组无连接关系，由其他电源对励磁绕组供电；他电源对励磁绕组供电；b) 并励
3、，其励磁绕组与电枢绕组相并联；并励，其励磁绕组与电枢绕组相并联；c) 串励，其励磁绕组与电枢绕组串联后，再接于直串励，其励磁绕组与电枢绕组串联后，再接于直流电源流电源d)所示为复励，有并励和串励两个励磁绕组所示为复励，有并励和串励两个励磁绕组 3.2.2 直流发电机的基本方程电压平衡方程 转矩平衡方程 3.2.3 直流电动机的基本方程式 电压平衡方程转矩平衡方程 功率平衡方程 3.3 直流电动机的机械特性 3.3.1 机械特性方程的一般表达式 称称为转速降落，它反映了速降落，它反映了电枢枢电阻在运行阻在运行时消耗能量的大小及运行消耗能量的大小及运行过程中相程中相对稳定的好定的好坏。坏。 3.3
4、.2 电动机的铭牌数据 额定功率额定电压额定电流额定转速额定转矩 3.3.3 机械特性的计算 1.固有机械特性固有机械特性（1）估算电枢电阻 （2）求反电动势 （3）求理想空载转速（4）求额定转矩（5）绘出机械特性曲线 2.人为机械特性人为机械特性 （1）电枢回路串附加电阻时的人为特性 （2）改变电枢电压时的人为特性 （3）改变磁通时的人为特性 34 直流他励电动机的启动特性 启动电流 1降低电枢电压启动2电枢回路串电阻启动 图3-14 具有一段启动电阻的他励电动机3.5 直流他励电动机的调速特性 3.5.1 改变电枢电路外串电阻调速调速方法的特点是简单，但缺点是机械特性较软，速度的稳定性差；
5、空载或轻载时调速范围不大；在调速电阻上耗能多。因此目前应用很少，仅在起重机、卷扬机等低速运转时间不长的传动系统中使用。 3.5.2 改变电动机电枢供电电压调速可实现无级调速，由于机械特性硬度不变，所以调速的稳定性高，调速范围较大，是直流传动系统中应用最广泛的调速方法。但受电枢材料绝缘性能的限制，电枢电压必须在低于额定电压范围内变化，故该调速方法只能在额定转速以下调节。 3.5.3 改变电动机主磁通调速可实现无级调速，但只能采用弱磁升速的方法，即在额定转速以上调节。由于调速特性较软，且受电动机换向条件和机械强度的限制，最高转速不得超过额定转速的1.2倍，所以调速范围不大。一般与调压调速配合使用,
6、即在额定转速以下，采用降压调速，而在额定转速以上，则采用弱磁调速。 图3-18 改变主磁通的调速特性 3.6 他励电动机的制动特性 就能量转换而言，电动机有两种运行状态，即电动状态和制动状态。 电动状态的特点是电动机发出的转矩与转速的方向相同。电动机的制动状态有两种形式： 1、稳定的制动，如卷扬机、起重机下放重物，维持重物的匀速下降。 2、过渡的制动，如生产机械由高速旋转迅速降速或停车，速度变化。 制动状态分为回馈制动、反接制动和能耗制动三种形式。 3.6.1 回馈制动 当电动机在外部条件作用下使其实际转速大于其理想空载转速时，感应电势大于电源电压，使电枢电流反向，电磁转矩也反向变为制动转矩，
7、此时，电动机变为发电机，将机械能变为电能向电网馈送，故称回馈制动或再生发电制动。 回馈制动时的电压方程和机械特性方程 回馈制动的能量关系 电机将轴上多余的机械能变为电能，一部分消耗在电阻上，一部分回馈给了电网，故这种制动方式是一种较为节能的制动方式。 3.6.2 反接制动 反接制动是指电动机的电枢电压或电枢反电势中的任何一个在外部条件的作用下，改变方向，即二者由方向相反变为顺极性串联的制动方式。 电源反接制动的电压方程和机械特性方程 电源反接制动的应用和能量关系 倒拉反接制动 若在电枢回路中串入一个较大的电阻，电枢电流将减少，电磁转矩减少，当速度降至0时，在位能性负载转矩作用下电机被迫反转并加
8、速。电势变为与电源电压同向，而电枢电流，方向不变，电磁转矩方向也不变，但随着反向转速的升高而增加，至b点时系统进入稳定运行。由于这时U与E同极性串联，电磁转矩方向与实际旋转方向相反，故称为反接制动。 倒拉反接制动的电压方程和机械特性方程 倒拉反接制动的应用和能量关系 3.6.3 能耗制动 一台运行于正转电动状态将电枢电路从电源中脱离，并串接一个附加电阻。由于机械惯性，电机旋转方向不变，电枢电势也不变，电势在电枢和电阻形成的回路内产生电流反向，即，则电磁转矩也反向成为制动转矩。 能耗制动的电压方程和机械特性方程 能耗制动的应用和能量关系 表表3-3：各种制动方法的优缺点和适用场合的比较：各种制动
9、方法的优缺点和适用场合的比较制动形制动形式式优点优点缺点缺点适用场合适用场合回馈制回馈制动动1.1.不需要改接线路即可不需要改接线路即可从电动状态自行转换到从电动状态自行转换到回馈制动状态回馈制动状态2.2.电能可以回馈电网，电能可以回馈电网，较经济较经济时，制动不能实时，制动不能实现现可应用于位能性可应用于位能性负载稳速下放的负载稳速下放的场合场合反接制反接制动动1.1.制动过程中制动转矩制动过程中制动转矩较稳定，制动效果较强较稳定，制动效果较强烈烈2.2.在电动机停转时也存在电动机停转时也存在制动转矩在制动转矩1.1.制动过程有大制动过程有大量的能量损耗量的能量损耗2.2.制动到转速为制动到转速为零时如不切断电零时如不切断电源，会自行反向源，会自行反向启动启动可应用于位能性可应用于位能性负载低速稳定下负载低速稳定下放及要求迅速反放及要求迅速反转、制动强烈的转、制动强烈的场合场合能耗制能耗制动动1.1.制动减速平稳、可靠制动减速平稳、可靠2.2.控制线路简单控制线路简单3.3.便于实现准确停车便于实现准确停车1.1.制动转矩随转制动转矩随转速成比例地减小速成比例地减小2.2.制动效果不如制动效果不如反接制动反接制动可应用于不要求可应用于不要求反转、减速要求反转、减速要求平稳的场合平稳的场合
