[工学]5-直流电机原理与控制.ppt

1.直流电机的构造 一、直流电动机的构造 表征电机额定运行情况的各种数据称为额定值。额定值一般标注在电机的铭牌上，所以又称为铭牌数据。它是正确合理使用电机的依据。铭牌数据主要包括电机型号、额定功率、额定电压、额定电流、额定转速和额定励磁电流及励磁方式等，此外还有电机的出厂数据，如出厂编号、出厂日期等。 国产电机型号一般采用大写的汉语拼音字母和阿拉伯数字表示，其格式为：第一部分用大写的拼音表示产品代号，第二部分用阿拉伯数字表示设计序号，第三部分用阿拉伯数字表示机座代号，第四部分用阿拉伯数字表示电枢铁芯长度代号。 在电机的铭牌上还标有其他数据，如励磁电压、出厂日期、出厂编号等。额定值是选用或使用电机的主要依据。电机在运行时的各种数据可能与额定值不同，由负载大小决定。若电机的电流正好等于额定值，称为满载运行；若电机的电流超过额定值，称为过载运行；若比额定值小得多，称为轻载运行。长期轻载运行使电机的容量不能充分利用。故在选择电机时，应根据负载的要求，尽可能使电机运行在额定值附近。 二、直流电机的基本工作原理 直流电机工作原理总结 在直流电动机中元件或线匝中感应电动势为交变电动势，通过换向器的作用，正电刷始终和一种极性下的导体相连，负电刷始终和另一种极性的导体相连，故电刷引出的是直流电动势。 在直流电动机中，导体中的电流是交变的，与导体所处的位置的极性是相互变化，故导体受力及力矩方向不变。 不论在发电机，还是电动机中，e、f同时存在。 在发电机中：e、i同方向，电磁力或力矩与n方向相反； 在电动机中：e、i反方向，电磁力或力矩与n方向相同； 直流电动机是可逆的。 直流电动机的机械特性：是在稳定运行情况下，电动机的转速与电磁转矩之间的关系，即n=f(T)。 一）他励直流电动机机械特性方程式 1．机械特性方程式 还可以写成: n=n0－βT=n0－Δn （三）他励直流电动机的机械特性 β：机械特性斜率 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）。 n0 nN TN n 0 T ? n ?nN很小，大约为3%~8% 2．机械特性曲线如图所示。 二）他励直流电动机的固有机械特性 当他励直流电动机的电源电压、磁通为额定值，电枢回路未接附加电阻Rpa时的机械特性称为固有机械特性，其特性方程为 由于电枢绕组的电阻Ra阻值很小，而φN值大，因此Δn很小，固有机械特性为硬特性。 三）他励直流电动机的人为机械特性 为人为机械特性：人为地改变电动机气隙磁通φ、电源电压U和电枢回路串联电阻Rpa等参数，获得的机械特性。 （1）人为机械特性方程为 1．电枢回路串接电阻Rpa时的人为特性 （2）人为机械特性的特点为 1）理想空载转速n0保持不变； 2）机械特性的斜率β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。 从图中可以看出改变电阻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。 2．改变电源电压时的人为机械特性 （1）人为机械特性方程为 （2）人为机械特性的特点为 1）理想空载转速n0正比于电压U，U下降时，n0成正比例减小； 2）特性曲线斜率β不变。 图为调节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。 他励直流电动机降压的人为机械特性 3．改变磁通时的人为机械特性 （1）人为机械特性方程式为 （2）人为机械特性的特点是 1）理想空载转速与磁通成反比，减弱磁通φ，n0升高； 2）斜率β与磁通二次方成反比，减弱磁通使斜率增大。 图所示为一组减弱磁通的人为机械特性曲线，随着φ减弱，n0升高，曲线斜率变大。若用于调速，则φ越小，转速越高。 他励直流电动机减弱磁通的人为机械特性 第四节 他励直流电动机的起动和反转 一、起动方法 1．全压起动 （1）全压起动：是在电动机磁场磁通为φN情况下，在电动机电枢上直接加以额定电压的起动方式。 起动电流Ist为：Ist= 起动转矩Tst为：Tst=CTφNIst （2）他励直流电动机不允许直接起动 因为他励直流电动机电枢电阻Ra阻值很小，额定电压下直接起动的起动电流很大，通常可达额定电流的10－20倍，起动转矩也很大。过大的起动电流引起电网电压下降，影响其他用电设备的正常工作，同时电动机自身的换向器产生剧烈的火花。而过大的起动转矩可能会使轴上受到不允许的机械冲击。所以全压起动只限于容量很小的直流电动机。 2．减压起动 减压起动：是起动前将施加在电动机电枢两端的电源电压降低，以减小起动电流Ist的起动方式。 起动电流通常