機(jī)電傳動(dòng)控制教案3

1、第三章 直流電機(jī)的工作原理及特性本章要求掌握直流電機(jī)的基本工作原理及特性，特別是直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性；掌握直流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)的各種方法以及各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用場所。8/21/20221電機(jī) 利用電磁作用原理進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的機(jī)械裝置8/21/20222直流電機(jī) 1、進(jìn)行直流電能與機(jī)械能 之間的轉(zhuǎn)換2、直流電動(dòng)機(jī)主要應(yīng)用場合： 起動(dòng)性能和調(diào)速性能好，過載能力大 ；3、直流發(fā)電機(jī)主要應(yīng)用場合： 供給直流電動(dòng)機(jī)、電解、電鍍等所需的直流電能 4、主要缺點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用有色金屬多，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，價(jià)格昂貴，運(yùn)行可靠性差 8/21/2022331 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理結(jié)構(gòu)要點(diǎn)：定子、轉(zhuǎn)子、

2、換向器原理要點(diǎn)：電磁感應(yīng)定律、電磁力定律、電路定律以及電勢方程、轉(zhuǎn)矩方程、電壓方程分類：直流電機(jī)按照勵(lì)磁方式的不同分為他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)、復(fù)勵(lì)四種8/21/20224一、直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)8/21/202258/21/20226直流電機(jī)的組成1、定子：產(chǎn)生磁場、支撐電機(jī)2、轉(zhuǎn)子：產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動(dòng)勢，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換8/21/20227（一） 定子部分1主磁極：產(chǎn)生主磁場。主磁極鐵心勵(lì)磁繞組2、換向極：改善換向3、機(jī)座 固定 主磁路的一部分4、電刷裝置 引入或引出直流電壓和直流電流 主磁極換向極8/21/20228電刷盒8/21/20229轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖電樞繞組換向器電樞鐵心轉(zhuǎn)軸8/21/20221

3、08/21/202211（二） 轉(zhuǎn)子(電樞)部分1、電樞鐵心作為主磁通磁路的主要部分嵌放電樞繞組2、電樞繞組 能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件， 產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動(dòng)勢以實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換3、換向器 ：與電刷配合使用 直流電動(dòng)機(jī)中：將外加直流電源轉(zhuǎn)換為電樞線圈中的交變電流，使電磁轉(zhuǎn)矩的方向恒定不變；直流發(fā)電機(jī)中：將電樞線圈中感應(yīng)產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢轉(zhuǎn)換為對(duì)外引出的方向不變的直流電動(dòng)勢。8/21/202212電樞鐵心鋼片、換向器8/21/202213二直流電機(jī)的基本工作原理建立在電磁力和電磁感應(yīng)的基礎(chǔ)上 8/21/202214（一）直流發(fā)電機(jī)的工作原理8/21/2022158/21/202216直流發(fā)電機(jī)基本工作原理

4、原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電樞在磁場中旋轉(zhuǎn)電樞線圈的有效邊切割磁力線電樞線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢 e交變的感應(yīng)電勢在換向器的作用下變換成電刷之間的直流電勢E接負(fù)載后，電樞中產(chǎn)生電流 i載流導(dǎo)體在磁場中受到電磁力作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T原動(dòng)機(jī)克服T的作用將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能8/21/202217（二）直流電動(dòng)機(jī)的工作原理8/21/2022188/21/202219直流電動(dòng)機(jī)基本工作原理電樞線圈通電后在磁場中成為 載流導(dǎo)體載流導(dǎo)體在磁場中受到電磁力 作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T電樞在電磁轉(zhuǎn)矩T作用下旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)的電樞線圈又切割磁力線，從而產(chǎn)生感應(yīng)電勢E由于換向器的作用，感應(yīng)電勢E總是與外加電壓的方向相反，稱為反電勢8/21/202220三、

5、電勢方程、轉(zhuǎn)矩方程和電壓方程電勢方程電壓平衡方程發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩方程8/21/20222132 直流發(fā)電機(jī)8/21/202222一直流發(fā)電機(jī)的分類 1、他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)：勵(lì)磁繞組由外電源提供電流2、自勵(lì)發(fā)電機(jī)：勵(lì)磁電流為電樞電流或?yàn)殡姌须娏鞯囊徊糠?，可分為：并?lì)直流發(fā)電機(jī)串勵(lì)直流發(fā)電機(jī)復(fù)勵(lì)直流發(fā)電機(jī)8/21/202223直流發(fā)電機(jī)的四種勵(lì)磁方式8/21/202224二、他勵(lì)發(fā)電機(jī)8/21/202225空載特性8/21/202226外特性U=f(I) 8/21/202227三、并勵(lì)發(fā)電機(jī) ， 8/21/202228并勵(lì)發(fā)電機(jī)的工作原理8/21/202229并勵(lì)發(fā)電機(jī)的電壓建立的條件1、發(fā)電機(jī)的磁極

6、要有剩磁。2、起始勵(lì)磁電流所產(chǎn)生的磁場的方向與剩磁磁場的方向相同，這樣，磁場才能加強(qiáng)。3、合適的電阻Rf，當(dāng)Rf過大時(shí)，電壓就建立不起來。8/21/202230并勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性8/21/202231四、復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)優(yōu)點(diǎn)：在正常運(yùn)行范圍內(nèi)，其端電壓變化不大。8/21/20223233 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性機(jī)械特性是直流電動(dòng)機(jī)最重要的運(yùn)行特性。機(jī)械特性反映了電機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系。機(jī)械特性是分析研究電機(jī)啟動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)的重要依據(jù)。機(jī)械特性分固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性。8/21/202233一、他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性8/21/202234（一）他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性表達(dá)式直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性的一般表達(dá)

7、式 8/21/202235機(jī)械特性曲線及其方程8/21/202236（二）機(jī)械特性硬度1定義 2、分類 (1)絕對(duì)硬特性( ) (2)硬特性( 10) (3)軟特性( U，T與n反方向，發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)當(dāng)En0實(shí)例：1）電車下坡；2）突降U；3）卷揚(yáng)機(jī)下放重物。特性：E=Ken；U=E+IR當(dāng)n n0時(shí)，EU，導(dǎo)致Ia反向，從而T反向，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)為發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能，向電網(wǎng)反饋，故稱之為反饋制動(dòng)。8/21/202270電車下坡的反饋制動(dòng)特點(diǎn)：nn0 Ia0 TMn01注意：反饋制動(dòng)只在調(diào)磁降速過程中產(chǎn)生-TTL8/21/202273下放重物時(shí)的反饋制動(dòng)過程制動(dòng)矩下放電動(dòng)狀態(tài)a點(diǎn)b點(diǎn)

8、nEIa-TM 下放制動(dòng)狀態(tài)b點(diǎn) C點(diǎn)nn0Ia0、TM T與n反方向 制動(dòng)改變Rad改變下降的nRad太大n很高不安全8/21/202274(二）反接制動(dòng)電樞電壓U和電樞電勢E在外部條件的作用下，方向由相反變?yōu)橐恢?，由此使得T與n的方向相反，故稱之為反接制動(dòng)。將改變電樞電壓U所產(chǎn)生的反接制動(dòng)稱為電源反接制動(dòng)。將改變電樞電勢E所產(chǎn)生的反接制動(dòng)稱為倒拉反接制動(dòng)。8/21/202275電源反接時(shí)的反接制動(dòng)過程正向電動(dòng)反接制動(dòng)反接電動(dòng)位能負(fù)載時(shí)制動(dòng)注意：反接時(shí)U與E相加，電流很大,用Rad限流應(yīng)用：快停、經(jīng)常正反轉(zhuǎn)8/21/202276倒拉反接制動(dòng)狀態(tài)下的機(jī)械特性注意：T沒有反向選用不同的Rad可改變下放速度但不能太小，交叉點(diǎn)必須在四象限8/21/202277（三）能耗制動(dòng)(U=0串接Rad)狀態(tài)下的機(jī)械特性反抗負(fù)載制動(dòng)優(yōu)點(diǎn)：不會(huì)出現(xiàn)反向起動(dòng)的危險(xiǎn)位能負(fù)載制動(dòng)狀態(tài)優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)行速度穩(wěn)定不會(huì)出現(xiàn)倒拉制動(dòng)那樣因計(jì)算不準(zhǔn)而引起不降反而上升的事故注意：Rad不能太小IImax8/21/202278直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)各種運(yùn)行狀態(tài)下的機(jī)械特性正常接線可有三種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)狀態(tài)8/21/202279小 結(jié)重點(diǎn)和難點(diǎn)一、重點(diǎn)1、機(jī)械特性是分析啟動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)特性的依據(jù)，所以機(jī)械特性是電動(dòng)機(jī)內(nèi)容的重中之重 2、他勵(lì)直流