激光設備控制技術教材——第一章第四節(jié)講解

1、第四節(jié)直流電動機本節(jié)重點分析并勵直流電動機的基本方程式，并簡要介紹可逆原理和他勵直流發(fā)電機的工作特性。一、直流電機的可逆原理比較直流電動機與直流發(fā)電機的結構和工作原理，可以發(fā)現(xiàn)：一臺直流電機既可以作為發(fā)電機運行，也可以作為電動機運行， 只是其輸入輸出的條件不同而已。如果在電刷兩端加上直流電源，將電能輸入電樞，則從電機軸上輸出機械能，驅動生產(chǎn)機械工作，這時直流電機將電能轉換為機械能， 工作在電動機狀態(tài)。如果用原動機驅動直流電機的電樞旋轉，從電機軸上輸入機械能， 則從電刷兩端可以引出直流電動勢，輸出直流電能，這時直流電機將機械能轉換為直流電能，工作在發(fā)電機狀態(tài)。同一臺電機，既能作發(fā)電機運行，又能作

2、電動機運行的原理，稱為電機的可逆原理。任何直流電機都是可逆的， 但這并不是說是廠商提供的直流機可以不分發(fā)電機和電動機了。因為電機是有額定工作狀態(tài)的，這也是制造廠家為該電機設計的最佳工作狀態(tài)，若混用，會不同程度的偏離最佳工作狀態(tài)，使電機的性能變壞。實際的直流電動機和直流發(fā)電機在設計時 考慮了工作特點的一些差別， 因此有所不同。例如直流發(fā)電機的額定電壓略高于直流電動機， 以補償線路的電壓降，便于兩者配合使用。直流發(fā)電機的額定轉速略低于直流電動機，便于選配原動機。二、直流電動機的基本方程式圖1-17為并勵直流電動機的工作原理圖。以它為例分析電動勢、轉矩和功率之間的關 系。直流并勵電動機的勵磁繞組與電

3、樞繞組并聯(lián)，由同一直流電源供電。接通直流電源后， 勵磁繞組中流過勵磁電流 f 建立主磁場；電樞繞組中流過電樞電流la，電樞電流與主磁場作用產(chǎn)生電磁轉矩 T,使電樞朝轉矩T的方向以轉速n旋轉，將電能轉換為機械能，帶動生 產(chǎn)機械工作。1. 電動勢平衡方程式直流并勵電動機通電旋轉后，電樞導體切割主磁場，產(chǎn)生電樞電動勢Ea,在電動機中，此電動勢的方向與電樞電流 la的方向相反，稱為反電動勢。電源電壓 U除了提供電樞內(nèi)阻 壓降laRa外，主要用來與電樞電動勢 Ea相平衡。列出電動勢平衡方程式：U = Ea |aRa( 1_13 )電動運行圖1-17并勵電動機電樞回路與勵磁回路電路2 轉矩平衡方程式直流電

4、動機正常工作時，作用在軸上的轉矩有三個：一個是電磁轉矩T,方向與轉速n方向相同，為驅動性質轉矩；一個是電動機空載損耗形成的轉矩To,是電動機空載運行時的制動轉矩，方向總與轉速n方向相反；還有一個是軸上所帶生產(chǎn)機械的負載轉矩Tl, 一T2?？傻弥绷麟妱訖C的轉矩平衡(1-14)T J +T。般為制動性質轉矩。Tl在大小上也等于電動機的輸出轉矩 方程式：3 功率平衡方程式直流電動機也要滿足能量守恒原則，輸入功率Pi、輸出功率P2和損耗功率p的關系應有功率平衡方程式：R =F2 +瓦 p(1-15)例 1.4 一臺并勵直流電動機，PN=96kW , Un=440V , In=255A , Il=5A

5、, nN=500r/min ,電樞回路總電阻 Ra=0.078 Q。試求： 額定輸出轉矩； 在額定電流時的電磁轉矩。P96工103解： TN =9.55=9.551833.6N mnN500 la = lN - Il =255-5 = 250AEa 二Un -laR, =440-250 0.78 = 420.5VP二Eala=420.5 250=105.125kWP105.125匯 103T =9.559.552008N mnN500例1.5一臺并勵直流發(fā)電機，銘牌數(shù)據(jù)如下：FN-23kW U-230V, nN-1500r/min，勵磁回路R=57.5 Q,電樞電阻 R=0.1 Q，不計電樞反

6、應和磁路飽和?，F(xiàn)將這臺電機改為并勵直 流電動機運行，把電樞兩端和勵磁繞組兩端都接到220V的直流電源上，運行時維持電樞電流為原額定值，試求電動機的下列數(shù)據(jù)：轉速n；電磁功率P;電磁轉矩T。解:IfUnRf23057.5A = 4APnUn23 103230= 100Ala = lN lf =100 4 =104A Ea 二UN RJa =230 0.1 104 = 240.4VCj：二旦=2404 = 0.1603nN1500Ea 二Un -Raia =220-0.1 104 = 209.6VCe：-220C - 220 0.1603 =0.1533230230EaCe：:廠209.6r /

7、min =1367 r / min0.1533 P =Eala =209.6 104W =21.798kW T =9.55 321.798 109.55 -1367= 152.27N m5#三、直流電動機的工作特性直流電動機的工作特性是指U=Un、lf=lfN時，電動機轉速n、電磁轉矩T和效率n三者與輸出功率P2之間的關系，下面以他勵直流電動機為例進行分析。1.轉速特性當 U=U n、If=l fN 時，#Ea =Ce®nU =Ea+IaRa-圖1-18他勵電動機的轉速特性Un _ I aRaU n RaRa .I a 二 n0 - I CeCeGCeGCe>圖中，若忽略電樞反應的去磁作用， 轉速與負載電流按線性關系變化 （圖中下方直線） 若考慮電樞反應的電磁作用時， 轉速的下降會減少，他勵電動機的轉速特性將是一條略微下 傾的曲線（圖中上方曲線）。2. 轉矩特性轉矩特性是指當 U = Un、lf=|fN時，T=f（la）,如圖1-19所示。由于T=CTG|a，當Ia 很小時，電樞反應的去磁作用很小，有T =CTGla= la，當la較大時，電樞反應的去磁作用使主磁通有所減小，曲線向下彎曲。