直流电动机解决方案.ppt

第1章 直流电机 ;目录;直流电机是直流发电机和直流电动机的总称。直流电机是可逆的，即一台直流电机既可作为发电机运行，又可作为电动机运行。当用作发电机时，将机械能转换为电能；当用作电动机时，将电能转换为机械能。直流发电机和直流电动机在结构上没有差别。 直流电动机和交流电动机相比，具有良好的起动性能和调速性能，因此广泛应用于对调速性能要求较高的机械设备上，如矿井卷扬机、挖掘机、大型机床、电力机车、船舶推进器、纺织及造纸机械等。 ;1.1.1 直流电机的结构 直流电机主要由定子和转子(电枢)两大部分构成。 定子的主要作用是产生主磁场并作为机械支撑，它主要由主磁极、换向磁极、机座和电刷装置组成。转子的作用是产生感应电动势和电磁转矩，它主要由转子铁心、转子绕组、换向器、转轴和风扇组成。直流电机的径向示意图如图1-1所示。 ;;;;;1.1.2 ??流电机的工作原理 1．直流发电机的工作原理 ;2．直流电动机工作原理 ;;;1.2 直流电机的励磁方式和铭牌;;1.2.2 直流电机的铭牌;直流电机的额定值主要有： 1.额定功率PN：指电机在铭牌规定的额定运行状态下的输出功率，以W为单位，若1KW或1MW时，则以KW、MW为单位。 2.额定电压UN：指额定运行状况下，直流发电机的输出电压或者直流电动机的输入电压，单位为V 3.额定电流IN：额定负载时允许电机长期输入（电动机）或输出（发电机）的电流，单位为A 4.额定转速nN：电机在额定电压和额定负载时的旋转速度，单位为 r / min;[例1-1] 一台直流发电机的额定数据如下：PN＝200kW，UN＝230V，nN＝1450r /min，ηN＝90％，求该发电机的额定电流和输入功率各为多少? 解：;[例1-2] 一台直流电动机额定数据如下：PN＝160kW，UN=220V，nN＝1500r/min，ηN＝90％，求额定电流和输入功率各为多少? 解： ;1.3 直流电动机的基本平衡方程式和机械特性;1.3.2 直流电动机的机械特性;3．他励直流电动机的人为机械特性 在固有机械特性方程式中，当电压U、磁通?、转子回路电阻中任意一个参数改变而获得的特性，称为直流电动机的人为机械特性。 ;2）改变转子电压时的人为机械特性 在?＝?N，R=Ra的条件下，改变转子电压U时的人为机械特性方程式为 ;1.4 直流电动机的起动和反转;全压启动的主要危害 转子绕组绝缘损坏，甚至烧断绕组；换向火花增大，烧坏换向器；对电源造成很大的冲击，波及同一电网上的其他设备。另外，直接起动时的起动转矩为Tst=Cm ? Ist 由于起动电流Ist本身很大，所以起动转矩也很大，较大的起动转矩对电动机的机械传动部分产生很大的冲击力，造成机械性损伤。因此，只有容量很小的电机，才采用全压起动。稍大容量的电动机起动时必须采取措施限制起动电流。 ; 2．降压起动 从上边的分析可知，电动机起动瞬间，n=0，Ea=0，Ia=U／Ra。如果降低电源电压，就可以减小起动电流。随着转速的上升，反电动势Ea逐渐增大，将电源电压逐步升到额定值，使电动机达到额定转速。在整个起动过程中，利用自动控制装置，使电压连续升高，保持转子电流为最大允许电流，从而使系统在较大的加速转矩下迅速起动。这是一种比较理想的起动方法。 减压起动的优点是既限制了起动电流，起动过程又平稳、能量损耗小。缺点是必须有单独的可调压直流电源、起动设备复杂、初期投资大，多用于要求经常起动的场合和大中型电动机的起动，实际使用的直流伺服系统多采用这种起动方法。目前，广泛应用的是大功率半导体器件所组成的可控整流电源，它不仅可以用于直流电动机的调速，而且还可用于降压起动。;3．转子回路串电阻起动 ;1.4.2 直流电动机的反转;1.5 直流电动机的调速;2．改变转子电压调速 ;1.6 直流电动机的制动; 能耗制动的优点是：制动减速较平稳可靠；控制线路较简单；当转速减至零时，制动转矩也减小到零，便于实现准确停车。其缺点是：制动转矩随转速下降成正比地减小，影响到制动效果。能耗制动适用于不可逆运行，制动减速要求较平稳的情况。;2．反接制动 ;3．回馈制动 当直流电动机轴上受到和转速方向一致的外加转矩的作用时，将使电动机加速超过理想空载转速，即nn0。此时转子电动势大于电源电压，即Ea=Ce?nU=Ce?n0 ,转子电流改变了方向，电磁转矩Te成为制动转矩。电动机由电动状态变为发电状态，把外力输入的机械能变成电能回馈给电网，因此电动机的这种运行状态称作为回馈制动。 回馈制动的优点是：不需要改接线路即可从电动状态自行转换到制动状态，将轴上的机械功率变为电功率反馈回电网，简便可靠而经济。 缺点是只有当nn0时才能产生回馈制动，故不能用来使电动机停车，所以其应用范