機電傳動控制直流電機分解PPT教案

1、會計學(xué)1機電傳動控制直流電機分解機電傳動控制直流電機分解2作電源用-直流發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)化為直流電能；作-直流電動機將直流電能轉(zhuǎn)化為機械能；做用一般小于10萬kW即100MW的單機同步發(fā)電機要用直流發(fā)電機作為勵磁機。-直流測速發(fā)電機將機械信號轉(zhuǎn)換為電信號-直流伺服電動機將控制信號轉(zhuǎn)換為機械信號。直流電機的用途第1頁/共82頁3直流電機的基本知識第2頁/共82頁4第3頁/共82頁5第4頁/共82頁61 1、主磁極：主磁極：勵磁繞組上加上直流勵磁繞組上加上直流電壓，勵磁繞組上有勵磁電流流過，電壓，勵磁繞組上有勵磁電流流過，使定子鐵心產(chǎn)生固定磁場，即定子使定子鐵心產(chǎn)生固定磁場，即定子的主要作用是產(chǎn)生

2、磁場。的主要作用是產(chǎn)生磁場。2 2、電樞線圈：電樞線圈：在固定的磁場中旋在固定的磁場中旋轉(zhuǎn)，主要作用是產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或轉(zhuǎn)，主要作用是產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或機械轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換。機械轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換。3-43-4、換向器、電刷：換向器、電刷：電刷固定在電刷固定在定子上不動，換向片與電樞繞組一定子上不動，換向片與電樞繞組一起旋轉(zhuǎn)，電刷與換向片保持滑動接起旋轉(zhuǎn)，電刷與換向片保持滑動接觸。觸。對發(fā)電機而言，換向器的作用是將電樞繞組感應(yīng)的交流電動勢轉(zhuǎn)換成電刷間的直流電動勢；對電動機而言，換向器的作用則是將外加的直流電源轉(zhuǎn)換為電樞繞組的交變電源，并在每一磁極下，電樞導(dǎo)體的電流方向不變，以產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)

3、矩。第5頁/共82頁7第6頁/共82頁8第7頁/共82頁9第8頁/共82頁10第9頁/共82頁11第10頁/共82頁12磁路未飽和磁路飽和第11頁/共82頁13第12頁/共82頁14問題：問題： 1 1、勵磁電流從何而來、勵磁電流從何而來? ? 2 2、電壓如何建立、電壓如何建立? ?第13頁/共82頁15第14頁/共82頁16問題：三個條件不滿足，怎么辦?第15頁/共82頁17第16頁/共82頁18T=KtIa發(fā)電機：T為阻轉(zhuǎn)矩，方向與n相反，原動機轉(zhuǎn)矩T1=T+T0電動機： T為拖動轉(zhuǎn)矩，方向與n相同， T = TL+T0E=Ke n發(fā)電機：E為電源電動勢，方向與Ia相同電動機： E為反電

4、動勢，方向與Ia相反發(fā)電機：E= U+ IaRa電源電動勢為負載電壓和電樞電阻電壓所平衡。電動機： U = E + IaRa 電動機外加電樞電壓為電樞反電動勢和電樞電阻電壓所平衡靜態(tài)平衡，動態(tài)調(diào)整第17頁/共82頁19第18頁/共82頁20第19頁/共82頁21第20頁/共82頁22nKERIEUeaa,aeaeIKRKUntaatKTIIKT/nnTKKRKUnteae02eKUnnT00時，理想空載轉(zhuǎn)速：%100nTdndT機械特性硬度：第21頁/共82頁23%100nTdndT機械特性硬度：），如同步電動機等絕對硬特性（)1(等交流異步電動機的上部，如直流他勵電動機，硬特性（)10)2(

5、，如直流串勵電動機等軟特性（)10)3(第22頁/共82頁24TKKRKUnteae2當U =UN ，= N ，且Ra，Ke，Kt 都為常數(shù)，故機械特性曲線n =f(T)是一條直線。確定兩點，1）理想空載點（0， n0 ）；2）額定運行點（ TN ， nN）。就可得到機械特性曲線?？梢杂摄懪茢?shù)據(jù)求出：額定功率PN，額定電壓UN，額定電流IN，額定轉(zhuǎn)速nN，等。由上述數(shù)據(jù)可以求出Ra，Ke，n0，TN第23頁/共82頁25輸出功率輸入功率NPNNNNNNNIUIUPIUNNIU）（ 1NNaNIURI)1)(75. 05 . 0(2NNaIUR/)1)(75. 05 . 0()/(NNNIUP為

6、電動機的效率勢額定運行條件下的反電aNNNeNRIUnKENaNNenRIUK:%75%502占總功耗的在額定負載下銅耗aaRI1 1）估算電樞電阻）估算電樞電阻RaRa2 2）求）求K Ke e 第24頁/共82頁26）（eNKUn/03 3）求理想空載轉(zhuǎn)速）求理想空載轉(zhuǎn)速 min/55. 9rWNsradWNNmNnPwPT4 4）求額定轉(zhuǎn)矩）求額定轉(zhuǎn)矩5）因此，由（0， n0 ）和（ TN ， nN）就可得到機械特性曲線。第25頁/共82頁27解：1）估算電樞電阻Ra71.0)1 (5 .0NNNNNaIUIUPRrpmVnRIUKNaNNe/132.0）（2 2）求）求K Ke e r

7、pmKUneN1667/0）（3 3）求理想空載轉(zhuǎn)速）求理想空載轉(zhuǎn)速mNnPTNNN.3555.94 4）求額定轉(zhuǎn)矩）求額定轉(zhuǎn)矩5）得到機械特性曲線:第26頁/共82頁28第27頁/共82頁29nnTKKRKUnKTIIKTIKRKUnnKERIEUmeaemaamaeaeeaa02/,第28頁/共82頁30第29頁/共82頁31adNteaNeNRTKKRKUn串2（1）二者的理想空載轉(zhuǎn)速是相同的；（2）轉(zhuǎn)速降卻變大了，即特性變軟。 nnTKKRRKUnNteadaNeN02第30頁/共82頁32nnTKKRKUnNteaNe02第31頁/共82頁33nnTKKRKUnmeaeN02從上式看

8、出，改變勵磁磁通時，n0變大， sttstIKT每條人為特性曲線都與固有特性曲線相交，交點左邊的一段在固有特性之上，交點右邊的一段在固有特性之下。而額定條件下，電動機總是工作在交點的左邊。nKERIEUnea，時0astRUI/第32頁/共82頁34注意：磁通過分削弱后，注意：磁通過分削弱后，如果負載轉(zhuǎn)矩不變，將如果負載轉(zhuǎn)矩不變，將使電動機電流大大增加使電動機電流大大增加而嚴重過載。而嚴重過載。他勵電動機啟動前必須先加勵磁電流，在運轉(zhuǎn)過程中，他勵電動機啟動前必須先加勵磁電流，在運轉(zhuǎn)過程中，決不允許勵磁電路斷開或勵磁電流為零。決不允許勵磁電路斷開或勵磁電流為零。他勵電動機在使用中一般設(shè)有他勵電動

9、機在使用中一般設(shè)有“失磁失磁”保護。保護。LamTIKT為什么？勵磁電流為零時，電動機的剩磁將會使電動機的速度上升到機械強度所不允許的數(shù)值，通常稱為“飛車” mLaKTI/第33頁/共82頁35關(guān)于減弱磁通時的人為特性關(guān)于減弱磁通時的人為特性第34頁/共82頁36第35頁/共82頁37aCICKRKCTKUTKKRKUneateNteaeN/2以上特性近似為雙曲線以上特性近似為雙曲線兩段特性曲線組合在一起，就構(gòu)成了串勵電動機完整的特性曲線！CKIKTmam/2mKCT /第36頁/共82頁38特點：1）負載的大小對轉(zhuǎn)速影響很大：負載轉(zhuǎn)矩大時，電動機轉(zhuǎn)速低；負載轉(zhuǎn)矩小時，電動機很快上升。 這一特

10、性有利于牽引車：重載時，自行降低運行速度確保運行安全；輕載時，又自行升高速度以提高生產(chǎn)率。2）啟動時的勵磁電流大，因此在電網(wǎng)或電動機容許啟動電流一定時，啟動轉(zhuǎn)矩比他勵電動機大。注意：不允許空載運行注意：不允許空載運行! 為什么？為什么？第37頁/共82頁39能否改變電源極性使能否改變電源極性使電動機反轉(zhuǎn)？電動機反轉(zhuǎn)？改變電源極性則電樞電流Ia與T=KtIa方向不變，則電動機不能反轉(zhuǎn)。1、改變電樞的接線極性2、改變勵磁繞組的接線極性二者選其一第38頁/共82頁40 機電傳動系統(tǒng)是一個由電動機拖動、通過傳動機構(gòu)帶動生產(chǎn)機械運轉(zhuǎn)的整體。電動機種類繁多，特性各異；生產(chǎn)機械的負載特性也是各種各樣。但從動

11、力學(xué)角度分析，它們都服從統(tǒng)一規(guī)律。第39頁/共82頁41第40頁/共82頁42dtdnGDdtdJTTLM3752dLMTTT結(jié)論：結(jié)論：電動機的轉(zhuǎn)矩總是由負載轉(zhuǎn)矩（靜態(tài)轉(zhuǎn)矩）和動態(tài)轉(zhuǎn)矩所平衡！電動機的轉(zhuǎn)矩總是由負載轉(zhuǎn)矩（靜態(tài)轉(zhuǎn)矩）和動態(tài)轉(zhuǎn)矩所平衡！第41頁/共82頁43dtdnGDTTLM3752運動系統(tǒng)有兩種不同的運動狀態(tài)：003752dtdndtdnGDTTTLMd，即1.穩(wěn)態(tài)（TM=TL)轉(zhuǎn)速n為常數(shù)，傳動系統(tǒng)以恒速運動-穩(wěn)態(tài)，加速，即003752dtdndtdnGDTTTLMd2.動態(tài)（ TM ! =TL)傳動系統(tǒng)以加速或減速運動-動態(tài)，減速，即003752dtdndtdnGDTTT

12、LMd第42頁/共82頁44nTTLM、 由于傳動系統(tǒng)有各種，相應(yīng)地運動方程式中轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩就有不同的符號。 當TM的實際作用方向與n的方向相同時，TM取與n相同的符號，否則取與n相反的符號； 當TL的實際作用方向與n的方向相反時，TL取與n相同的符號，否則取與n相反的符號。第43頁/共82頁45nTTLM、dtdnGDTTLM3752v若TL與n的符號相同（同為正或同為負），則表示TL的作用方向相同，為制動轉(zhuǎn)矩；若TL與n的符號相反，則表示TL的作用方向相同，為拖動轉(zhuǎn)矩。v若TM與n的符號相同（同為正或同為負），則表示TM的作用方向相同，為拖動轉(zhuǎn)矩；若TM與n的符號相反，則表示TM的作用方向相

13、反，為制動轉(zhuǎn)矩。第44頁/共82頁46第45頁/共82頁47dtdnGDTTLM3752第46頁/共82頁48dtdnGDTTLM3752dtdnGDTTML3752第47頁/共82頁49第48頁/共82頁50反抗轉(zhuǎn)矩：又稱摩擦性轉(zhuǎn)矩，因摩擦、非彈性體的壓縮、拉伸與扭轉(zhuǎn)等作用而產(chǎn)生的負載轉(zhuǎn)矩。機械加工過程中切削力產(chǎn)生的負載轉(zhuǎn)矩就是反抗轉(zhuǎn)矩。其特點如下：轉(zhuǎn)矩大小恒定不變；作用方向始終與速度n的方向相反，當n的方向發(fā)生變化時，它的作用方向也隨之發(fā)生變化，恒與運動方向相反，即總是阻礙運動的。 按轉(zhuǎn)矩正方向的約定可知，反抗轉(zhuǎn)矩恒與轉(zhuǎn)速n取相同的符號，即n為正方向時TL為正，特性在第一象限；n為負方向時

14、TL為負，特性在第三象限， 位能轉(zhuǎn)矩：由物體的的重力和彈性體的壓縮、拉伸與扭轉(zhuǎn)等作用而產(chǎn)生的負載轉(zhuǎn)矩，其特點為：轉(zhuǎn)矩大小恒定不變；作用方向不變，與運動方向無關(guān)，即在某一方向阻礙運動，而在另一方向促進運動。 不難理解，在運動方程式中，反抗轉(zhuǎn)矩TL的符號是正的；位能轉(zhuǎn)矩TL的符號則有時為正，有時為負。第49頁/共82頁512CnTL虛線表示在有摩擦負載的實際情況 根據(jù)離心機原理工作的：如離心式鼓風(fēng)機、水泵等第50頁/共82頁52CnTL實驗室中模擬負載用的他勵電動機，當勵磁電流和電樞電阻固定不變時，其電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成正比，即呈現(xiàn)直線型機械特性。 負載轉(zhuǎn)矩TL隨n的增加成正比地增大第51頁/共82頁

15、53nCTL如在車床加工過程中，粗加工時，切削量大，負載阻力大，開低速；精加工時，切削量小，負載阻力小，開高速。但在不同轉(zhuǎn)速下，切削功率基本不變。即呈現(xiàn)恒功率型機械特性。 負載轉(zhuǎn)矩TL與轉(zhuǎn)速n成反比第52頁/共82頁54第53頁/共82頁55第54頁/共82頁56第55頁/共82頁57故a點是系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點a點點:TM-TL=0當負載當負載TL突然增大到突然增大到TL時，由于機械慣性，速時，由于機械慣性，速度度n和電動機的輸出轉(zhuǎn)矩不能突變，此時和電動機的輸出轉(zhuǎn)矩不能突變，此時TM-TL0,系統(tǒng)要加速，系統(tǒng)要加速，n要上升，當?shù)揭仙?，當?shù)絘點時，點時，系統(tǒng)在平衡點穩(wěn)定運行系統(tǒng)在平衡點穩(wěn)定運行

16、第56頁/共82頁58故b點不是系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點b點點:TM-TL=0當負載突然增大時，由于機械慣性，速度當負載突然增大時，由于機械慣性，速度n和電動和電動機的輸出轉(zhuǎn)矩不能突變，此時機的輸出轉(zhuǎn)矩不能突變，此時TM-TL0,使使n上升，上升，進入到進入到a點穩(wěn)定工作，回不到點穩(wěn)定工作，回不到b點。點。第57頁/共82頁59第58頁/共82頁60第59頁/共82頁61TKKRRKUnteadae2第60頁/共82頁62第61頁/共82頁63為常數(shù)，所以TL常數(shù)時，穩(wěn)定運行下的電樞電流Ia也是一個常數(shù),與電樞電壓U無關(guān)。第62頁/共82頁641）可以平滑無級調(diào)速，只能弱磁調(diào)速，在額定轉(zhuǎn)速以上調(diào)節(jié)；2

17、）調(diào)速特性較軟，且受電動機換向條件等的限制，普通他勵電動機的最高轉(zhuǎn)速不得超過額定轉(zhuǎn)速的1.2倍，調(diào)速范圍不大； 第63頁/共82頁653）調(diào)速時維持電樞電壓和電樞電流不變，電動機的輸出功率不變，恒功率調(diào)速。4)基于弱磁調(diào)速范圍不大，它往往是和調(diào)壓調(diào)速配合使用，即在額定轉(zhuǎn)速以下，用降壓調(diào)速，而在額定轉(zhuǎn)速以上，則用弱磁調(diào)速。第64頁/共82頁66解：額定轉(zhuǎn)矩1）U=180VmNnPTNNN.1455.9rpmVnRIUKNaNNNe/13.0ANmKKNeNt/24.155.9rpmTKKRKUnNNteaNe123622）磁通=0.8NrpmVKKNee/104.08 .0ANmKKNtt/99

18、.08 .0rpmTKKRKUnNteae196223）電樞回路中串入附加電阻Rad=2歐時rpmTKKRRKUnNNteadaNeN13682第65頁/共82頁67幾個基本的概念第66頁/共82頁68第67頁/共82頁69電動狀態(tài)制動狀態(tài)第68頁/共82頁70吸收或消耗負載的機械能第69頁/共82頁71第70頁/共82頁72adaaRREUI1EURREUIadab22第71頁/共82頁73串接電阻是為了限制重物下降速度。但nn0，運行不安全正轉(zhuǎn)時，特性在第一象限，電動機提升重物；改變電源極性，理想空載轉(zhuǎn)速為-n0,特性在第三象限，電動機反轉(zhuǎn)電動機反向下放速度LTtKeKadRaReKNUeKaRaINUn2 第72頁/共82頁74第73頁/共82頁75TKKRRKUIKRRKUnteadaeeadae2）（）（