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1、工程四工程四工程四工程四 直流电机的运转控制直流电机的运转控制直流电机的运转控制直流电机的运转控制 电机及机床电器控制电机及机床电器控制电机及机床电器控制电机及机床电器控制天津轻工职业技术学院天津轻工职业技术学院天津轻工职业技术学院天津轻工职业技术学院天津轻工职业技术学院天津轻工职业技术学院天津轻工职业技术学院天津轻工职业技术学院天津轻工职业技术学院天津轻工职业技术学院天津轻工职业技术学院天津轻工职业技术学院教学目的：教学目的：1、直流电动机任务特性、直流电动机任务特性2、直流电动机的启动、制动方法、直流电动机的启动、制动方法3、直流电动机的调速方法、直流电动机的调速方法4、电动机的启动、制动
2、控制电路、电动机的启动、制动控制电路教学重点和难点：教学重点和难点：1、直流电动机的启动、制动方法、直流电动机的启动、制动方法2、直流电动机的调速方法、直流电动机的调速方法3、电动机的启动、制动控制电路、电动机的启动、制动控制电路电机及机床电气控制电机及机床电气控制教学方法：教学方法： 工程教学法：工程教学法：1、引出问题；、引出问题；2工程分析；工程分析；3、行为引导法；行为引导法；4、学练结合、学练结合学时、教具、课前预备：学时、教具、课前预备： 学时：学时：6学时学时 教具：三相异步电机、三相异步电机控制配备、教具：三相异步电机、三相异步电机控制配备、万用表万用表 课前预备：学生预习相关
3、课程知识；设备调试；课前预备：学生预习相关课程知识；设备调试；规范规范预备；规范规范预备；电机及机床电气控制电机及机床电气控制 教学过程：教学过程： 一、工程提出一、工程提出 直流电机是通以直流电流的旋转电机，是将电能直流电机是通以直流电流的旋转电机，是将电能互转换成机械能的设备。互转换成机械能的设备。 与交流电机相比优点是调速性能好，启动转矩大，与交流电机相比优点是调速性能好，启动转矩大，过载才干强，在启动和调速要求较高的场所运用广泛；过载才干强，在启动和调速要求较高的场所运用广泛；缺乏之处是直流电机构造复杂，本钱高，运转维护困缺乏之处是直流电机构造复杂，本钱高，运转维护困难。难。 电机及机
4、床电气控制电机及机床电气控制 二、工程分析二、工程分析 直流电机是通以直流电流的旋转电机，是电能和直流电机是通以直流电流的旋转电机，是电能和机械能相互转换的设备。将机械能转换为电能的是直机械能相互转换的设备。将机械能转换为电能的是直流发电机，将电能转换为机械能是直流电动机。流发电机，将电能转换为机械能是直流电动机。 直流电动机具有良好的调速特性和广大的调速范直流电动机具有良好的调速特性和广大的调速范围，在调速性能和目的要求较高的场所，直流电机得围，在调速性能和目的要求较高的场所，直流电机得到了广泛的运用。到了广泛的运用。 直流电机是如何任务和机械特性是运用直流电机直流电机是如何任务和机械特性是
5、运用直流电机的必要知识；掌握直流电机的调速方法是关键技艺点。的必要知识；掌握直流电机的调速方法是关键技艺点。电机及机床电气控制电机及机床电气控制 三、工程方案及决策三、工程方案及决策 1、控制设备的预备：、控制设备的预备： DZSZ-1D型电机及电器自动控制实验安装。万用型电机及电器自动控制实验安装。万用表的预备。表的预备。 2、任务预备、任务预备 直流电机控制的启动、停顿、运转线路方案预备。直流电机控制的启动、停顿、运转线路方案预备。 3、电源配备、电源配备 四、工程实施四、工程实施 知识点一知识点一 直流电机的根本原理与构造直流电机的根本原理与构造电机及机床电气控制电机及机床电气控制 一一
6、直流电机的任务原理直流电机的任务原理 1、直流发电机任务原理、直流发电机任务原理 2、直流电动机的任务原理、直流电动机的任务原理电机及机床电气控制电机及机床电气控制 二、直流电机的根本构造二、直流电机的根本构造 直流电机的构造表示图如下图。它由定子和转子两直流电机的构造表示图如下图。它由定子和转子两个根本部分组成。个根本部分组成。a)为构造图为构造图b)为轴向截面图。为轴向截面图。 a) b)a)1端盖 2风扇 3机座 4电枢 5主磁极6刷架 7换向器 8接线板 9出线盒10换向器 b) 1机座 2主磁极 3转轴 4电枢铁心 5换向磁极 6电枢绕组 7换向器 8电刷电机及机床电气控制电机及机床
7、电气控制 三三、直流电机的励磁方式、直流电机的励磁方式 分为他励直流电机、并励直流电机、串励直流电机分为他励直流电机、并励直流电机、串励直流电机与复励直流电机等四种，如下图。与复励直流电机等四种，如下图。a)他励直流电机 b并励直流电机 c串励直流电机 d复励直流电机电机及机床电气控制电机及机床电气控制 四直流电机的铭牌数据和主要系列四直流电机的铭牌数据和主要系列 1、直流电机的铭牌数据、直流电机的铭牌数据 1电机型号电机型号 2额定功率额定功率PN 3额定电压额定电压UN 4额定电流额定电流IN 5额定转速额定转速nN 6电动机额定效率电动机额定效率N 2、直流电机主要系列、直流电机主要系列
8、 Z4系列：普通用途的小型直流电动机；系列：普通用途的小型直流电动机； ZT系列：广调速直流电动机；系列：广调速直流电动机； ZJ系列：精细机床用直流电动机；系列：精细机床用直流电动机；电机及机床电气控制电机及机床电气控制 知识点二知识点二 直流电动机的电磁转矩和电枢电动势直流电动机的电磁转矩和电枢电动势 一、电磁转矩一、电磁转矩 直流电动机的电磁转矩直流电动机的电磁转矩T的大小可表示为的大小可表示为 T=CTIa 式中式中CT与电动机构造有关的常数；与电动机构造有关的常数； 每极磁通每极磁通Wb Ia电枢电流电枢电流 T电磁转矩电磁转矩N.m 二二、电枢电动势、电枢电动势图2-1-9 电枢电
9、动势和电流 直流电动机两电刷间总的电枢电动势的大小为 Ea=Cen 电机及机床电气控制电机及机床电气控制 a) b)他励直流电动机构造表示图和电路图 知识点三知识点三 他励直流电动机的运转原理与机械特性他励直流电动机的运转原理与机械特性a构造表示图 b电路图电机及机床电气控制电机及机床电气控制一、直流电动机的根本方程式一、直流电动机的根本方程式1、电动势平衡方程式、电动势平衡方程式 U= Ea+IaRa 式中式中U电枢电压电枢电压V Ia电枢电流电枢电流A Ra电枢回路中总电阻电枢回路中总电阻2、功率平衡方程式、功率平衡方程式 1机械损耗机械损耗Pm 2铁心损耗铁心损耗PFe 3)铜耗铜耗PC
10、u4)附加损耗附加损耗Ps 直流电动机总损耗直流电动机总损耗P为为 P =Pm+ PFe+ PCu + Ps 那么输出机械功率那么输出机械功率P2为为 P2=Pem-PFe- Pm= Pem-P0 =P1-PCua- P0= P1-P 那么直流电动机的功率为那么直流电动机的功率为 = 100%= 100% 他励直流电动机功率流程图电机及机床电气控制电机及机床电气控制 二、他励直流电动机的机械特性二、他励直流电动机的机械特性 1、他励直流电动机的机械特性方程式、他励直流电动机的机械特性方程式 由他励直流电动机电动势平衡方程式由他励直流电动机电动势平衡方程式 U=Ea+Ia(Ra+Rpa)=Ea+
11、IaR 最终可得机械特性方程式：最终可得机械特性方程式： T 他励他励直流电动机机械特性直流电动机机械特性 式中式中Ce、CT 、由电动机构造决议的常数。由电动机构造决议的常数。 当当U、R数值不变时，转速数值不变时，转速n与电磁转矩与电磁转矩T为线性关为线性关系，其机械特性曲线如下图。系，其机械特性曲线如下图。电机及机床电气控制电机及机床电气控制 2、他励直流电动机的固有机械特性、他励直流电动机的固有机械特性 其特性方程式为其特性方程式为 由于电枢绕组的电阻由于电枢绕组的电阻Ra阻值很小，而阻值很小，而n值大，值大，因此因此n很小，固有机械特性为硬特性。很小，固有机械特性为硬特性。 3、他励
12、直流电动机的人为机械特性、他励直流电动机的人为机械特性 1电枢回路串联电阻电枢回路串联电阻Rpa是的人为特性是的人为特性 电枢电枢回路串联电阻回路串联电阻Rpa时的人为机械特性方程为时的人为机械特性方程为电机及机床电气控制电机及机床电气控制他励直流电动机电枢回路串电阻的人为机械特性 1理想空载转速n0坚持不变； 2机械特性的斜率随Rpa的增大而增大，特性曲线变软。图为不同Rpa时的一组人为机械特性曲线，从图中可以看出改动电阻Rpa大小，可以使电动机的转速发生变化，因此电枢回路串电阻可用于调速。电机及机床电气控制电机及机床电气控制图他励直流电动机降压的人为机械特性 1理想空载转速n0正比于电压U
13、，U下降时，n0成正比例减小； 2特性曲线斜率不变，图为调理电压的一组人为机械特性曲线，它是一组平行直线。因此，降低电源电压也可用于调速，U越低，转速越低。电机及机床电气控制电机及机床电气控制图他励直流电动机电枢回路串电阻起动控制主电路图知识点四知识点四 他励直流电动机的起动和反转他励直流电动机的起动和反转一一起动方法起动方法1全压起动全压起动 2减压起动。减压起动。3电枢回路串电阻起动电枢回路串电阻起动 电机及机床电气控制电机及机床电气控制 知识点五知识点五 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动一一、能耗制动、能耗制动1、制动原理、制动原理能耗制动a)能耗制动控制电路图 b能耗制动电路图
14、电机及机床电气控制电机及机床电气控制。能耗制动机械特性图电动机拖动位能性负载能耗制动电路图 2、机械特性 将U=0，R=Ra+Rbk代人式4-10中，便可获得能耗制动的机械特性方程 (2-1-21) 能耗制动机械特性曲线是一条过坐标原点，位于第象限的直线，如下图电机及机床电气控制电机及机床电气控制 a) b)电枢反接制动 a)控制电路图 b)机械特性 二二、反接制动、反接制动反接制动有电枢反接制动和倒拉反接制动两种反接制动有电枢反接制动和倒拉反接制动两种方式。方式。 1、电枢反接制动、电枢反接制动 1制动原理制动原理电机及机床电气控制电机及机床电气控制 拓展与提高拓展与提高 一、电机调速的概念
15、一、电机调速的概念 二、二、 调速静态技术目的调速静态技术目的 1静差率静差率 2调速范围调速范围 3平滑性平滑性 4、经济性、经济性 主要思索设备的初投资、调速时电能的损耗及主要思索设备的初投资、调速时电能的损耗及运转的维修费用等。运转的维修费用等。 五、工程检查五、工程检查 检查掌握直流电机的任务过程情况，首先应了检查掌握直流电机的任务过程情况，首先应了解直流发电原理，在此根底上掌握直流电动机任务解直流发电原理，在此根底上掌握直流电动机任务过程。然后经过再进一步掌握直流电动机的任务特过程。然后经过再进一步掌握直流电动机的任务特性以及调速方法。性以及调速方法。 三种调速方法及线路搭接检查。三
16、种调速方法及线路搭接检查。电机及机床电气控制电机及机床电气控制 六、教学评价六、教学评价 1 直流电机中为何要用电刷和换向器，它们有何直流电机中为何要用电刷和换向器，它们有何作用作用? 2 简述直流电动机的任务原理。简述直流电动机的任务原理。 3 直流电动机的励磁方式有哪几种直流电动机的励磁方式有哪几种?画出其电路。画出其电路。 4 试写出直流电动机的根本方程式，它们的物理试写出直流电动机的根本方程式，它们的物理意义各是什么意义各是什么? 5 何为直流电动机的机械特性，写出他励直流电何为直流电动机的机械特性，写出他励直流电动机的机械特性方程式。动机的机械特性方程式。 6 何为直流电动机的固有机械特性与人为机械特何为直流电动机的固有机械特性与人为机械特性性?电机及机床电气控制电机及机床电气控制
