十章直流电机ppt课件.ppt
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1、第9章 直流电动机(4学时),9.1 直流电机的构造,9.2 直流电机的基本工作原理,9.4 并励电动机的起动与反转,9.3 直流电动机的机械特性,9.5 并励(他励)电动机的调速,第9章 直流电动机,1. 了解直流电动机的基本构造和工作原理。 2. 掌握他励(并励)和串励直流电动机的电 压与电流的关系式,接线图、机械特性。 3. 搞清他励(并励)和串励直流电动机的起 动、反转和调速的基本原理和基本方法。,本章要求,9.1 直流电机的构造,直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构复杂,维修也不便,但由于它的调速性能较好和起 动转矩较大,因此,对调速要求较高的生产机械或 者需要较大起动转矩的生产机
2、械往往采用直流电动 机驱动。,直流电机的优点:,(1) 调速性能好, 调速范围广, 易于平滑调节。 (2) 起动、制动转矩大, 易于快速起动、停车。 (3) 易于控制。,应用:,1) 轧钢机、电气机车、中大型龙门刨床、矿山竖井 提升机以及起重设备等调速范围大的大型设备。 2) 用蓄电池做电源的地方,如汽车、拖拉机等,9.1.1 直流电动机的构造,极掌,极心,励磁绕组,机座,转子,直流电动机的磁极和磁路,直流电机由定 子(磁极)、转子 (电枢)和机座等 部分构成。,2. 转子(电枢) 由铁心、绕组(线圈)、换向器组成。,1. 磁极,励磁: 磁极上的线圈通以直流电产生磁通,称 为励磁。,用来在电机
3、中产生磁场。,1. 他励电动机 励磁绕组和电枢绕组分别由两个直流电源供电。,9.1.2 直流电机的分类,直流电机按照励磁方式可分为他励电动机、并励电动机、串励电动机和复励电动机,2. 并励电动机 励磁绕组和电枢绕组并联,由一个直流电源供电。,4. 复励电动机 励磁线圈与转子电枢的联接有串有并,接在同一电源上。,3. 串励电动机 励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。,9.2 直流电机的基本工作原理,9.2 直流电机的基本工作原理,直流电从两电刷之间通入电枢绕组,电枢电流方向如图所示。由于换向片和电源固定联接,无论线圈怎样转动,总是S极有效边的电流方向向里, N极有效边的电流方向向外。电动机电枢
4、绕组通电后中受力(左手定则)按顺时针方向旋转。,电刷,换向片,换向器作用: 将外部直流电 转换成内部的 直流电,以保 持转矩方向不 变。,线圈在磁场中旋转,将在线圈中产生感应电动势。由右手定则,感应电动势的方向与电流的方向相反。,1. 电枢感应电动势,E= KE n,由图可知,电枢感应电动势E与电枢电流或外加电压方向总是相反,所以称反电势。,式中:U 外加电压 Ra 绕组电阻,2. 电枢回路电压平衡式,3. 电磁转矩,单位: (韦伯),Ia (安) ,T (牛顿米),直流电动机电枢绕组中的电流(电枢电流Ia)与磁通相互作用,产生电磁力和电磁转矩,直流电机的电磁转矩公式为,4. 转矩平衡关系,电
5、动机的电磁转矩T为驱动转矩, 它使电枢转动。 在电机运行时,电磁转矩必须和机械负载转矩及空 载损耗转矩相平衡,即,T=KT Ia,当电动机轴上的机械负载发生变化时,通过电动机转速、电动势、电枢电流的变化,电磁转矩将自动调整,以适应负载的变化,保持新的平衡。,转矩平衡过程,例:,设外加电枢电压 U 一定,T=T2 (平衡),此时, 若T2突然增加,则调整过程为,达到新的平衡点(Ia 、 P入) 。,T2 ,n,Ia ,T ,E,9.3 直流电动机的机械特性,特点: 励磁绕组与电枢并联,由图可求得,由上分析可知:,当电源电压U和励磁回路的电阻Rf一定时, 励 磁电流If和磁通不变,即 = 常数。则
6、,9.3 直流电动机的机械特性,令:,T=KT Ia = KT Ia,即:并励电动机的磁通 = 常数,转矩与电枢电流 成正比。,由以下公式,求得,式中:,n= f (T) 特性曲线,并励电动机在负载变化时, 转速 n 的变化不大硬机械特性(自然特性)。,改变电枢电压和电枢回路串电阻可得人工特性曲线,动画,例: 有一并励电动机,其额定数据如下:P=22KW, UN=110V, nN=1000r/min, = 0.84, 并已知 Rf= 27.5 ,Ra= 0.04 , 试求: (1) 额定电流I , 额定 电枢电流Ia及额定励磁电流If ; (2) 损耗功率PaCu , 及PO ; (3) 额定
7、转矩T; (4) 反电动势E。,解:(1) P2是输出功率,额定输入功率为,额定电流,额定励磁电流,额定电枢电流,(2)电枢电路铜损,励磁电路铜损,总损失功率,空载损耗功率,(3)额定转矩,(4)反电动势,9.4 并励电动机的起动与反转,起动,直流电动机不允许在额定电压UN下直接起动。,Iast太大会使换向器产生严重的火花,烧坏换向器;,起动时,n =0 ,1. 起动问题:,(1) 起动电流大,(2) 起动转矩大,起动时,起动转矩为(1020)TN , 造成机械冲击,使传动机构遭受损坏。,一般Iast限制在(1.52.5)IN。,2.起动方法,3.注意事项,(1) 电枢串电阻起动法,(2) 降
8、压起动法:,直流电动机在起动和工作时,励磁电路一定要接通,不能让它断开,而且起动时要满励磁。否则,磁路中只有很少的剩磁,可能产生事故:,在满磁下将Rst置最大处,逐渐减小Rst使n升高。,最大起动电压Ust为,(1)如果电动机是静止的,由于转矩太小(T=KT Ia) , 电机将不能起动,这时反电动势为零,电枢电流 很大,电枢绕组有被烧坏的危险。,(2)如果电动机在有载运行时断开励磁回路,反电动势 E立即减小而使电枢电流增大,同时由于所产生的 转矩不满足负载的需要,电动机必将减速而停转, 更加促使电枢电流的增大,以至烧毁电枢绕组和换 向器。,(3)如果电机在空载运行,可能造成飞车,使电机遭 受严
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