第3章 直流电机的工作原理及PPT课件
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高中物理 直流电机的基本原理与结构课件
Ia
U Ea Ra
0
电磁转矩T为制动性质转矩，电动机向电源
回馈电能，此时电机运行状态称为发电回馈制动。
2．应用：位能负载高速下放和降低电枢电压调速等场
合。
1．制动原理：由直流电动机拖动的电车在平路行驶，当电
车下坡时电磁转矩T与负载转矩TL（包括摩擦转矩Tf）共 同作用，使电动机转速上升，当n＞no时，Ea＞U，Ia反向， T反向成为制动转矩，电动机运行在发电回馈制动状态。
（3－3）
式中 Ce一与电动机结构有关的另一常数；
φ一每极磁通（Wb）；
n一电动机转速（r／min）；
Ea一电枢电动势（V）。 如图3－9所示，直流电动机在旋转时，电枢电动势Ea的 大小与每极磁通φ和电动机转速n的乘积成正比，它的方向与电
枢电流方向相反，在电路中起着限制电流的作用。
第三节 他励直流电动机的运行原 理与机械特性
能耗制动开始瞬间电动机电枢电流为
Ia
UEa Ea RaRbk RaRbk
（3-20）
2．机械特性 能耗制动的机械特性方程
二、反接制动 反接制动有（1）电枢反接制动（2）倒拉反接制动两种方式。 （一）电枢反接制动 1．制动原理：电枢反接制动是将电枢反接在电源上，同时电枢 回路要串接制动电阻RBk。控制电路如图3-21所示。
2．机械特性：倒拉反接制动的机械特性方程式为
机械特性曲线如图3－22b所示 综上所述，电动机进人倒拉反接制动状态必须有位
能负载反拖电动机，同时电枢回路必须串人较大的电阻。 此时位能负载转矩为拖动转矩，而电动机的电磁转矩是制 动转矩，它抑制重物下放的速度，使其安全下放。
三、发电回馈制动 1．发电回馈制动：当电动机转速高于理想空载转速， 即n＞no时，电枢电动势Ea大于电枢电压U，电枢电流，
直流电机的工作原理PPT课件
要维持电动机状态，外部输入 电动势必须大于电枢内部切割运动 产生的感应电动势。
Te
1 2
e v
i
i e
v
第23页/共29页
直流电动机工作的条件是： 1、直流电机内部需要有磁场存在 2、将电机外部接入直流电源 3、外部输入电动势必须大于电枢内部运动感应电动势
直流电动机的特点是： 1、将输入的电功率转换为机械功率输出 2、利用换向器和电刷将外部的直流电逆变成内部电 枢线圈中的交变电动势 3、外部输入电流的方向与电枢线圈中感应电势的方 向相反。 4、电磁转矩起驱动作用
电枢绕组绝缘导体ab与cd构成的线圈安放在电枢铁芯上转子换向器电枢绕组的首段和末端分别连到圆弧形的铜片换向片上换向片直接相互绝缘换向片构成的整体叫换向器
二、分析电机原理常用物理量及常用的基本定律 （一）常用物理量 1.磁感应强度B：描述磁场强弱和磁场方向的物理量。
通电直导线的磁场
通电螺旋管的磁场
2.磁通Φ：垂直穿过某一截面s的磁感应强度B的通量。 Φ=B•S第1页/共29页
f
i
3
Te
i
2
f
1
ba n逆时针转向
第19页/共29页
二、直流电动机工作原理（ f=Bli,方向：左手定则）
b
d
4
a
A
c
2
1
B
第20页/共29页
二、直流电动机的工作原理（f=Bli,方向：左手定则）
f
i
Te
i
1
f
2
f i
Te
i
2
f
1
1 感应电流方向： b →a , c →d 电压：A+ B-
2 无e 3 感应电流方向： a →b , d→c
《机电传动技术》第三章 直流电机的工作原理及特性
T = TL +T0
转矩平衡过程 当电动机轴上的机械负载发生变化时， 当电动机轴上的机械负载发生变化时，通过电 动机转速、电动势、电枢电流的变化， 动机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁转矩将 自动调整，以适应负载的变化，保持新的平衡。 自动调整，以适应负载的变化，保持新的平衡。 一定， (平衡 此时， 平衡)， 例：设外加电枢电压 U 一定，T=TL (平衡)，此时， 突然增加， 若TL突然增加，则调整过程为 E = KEΦn E↓ ↓ TL ↑ n↓ ↓ T↑
（3）求理想空载转速
根据（0，n0）和（TN，nN）两点，就可以作出他励电动 机的机械特性曲线。
正反转时的机械特性
2 、人为机械特性
人为机械特性是指人为地改变电动机电枢外加 电压、励磁磁通的大小以及电枢回路串接附加电 阻所得到的机械特性。直流他励电动机有三种人 为机械特性。
Ra U n= − T = n0 − ∆n 2 KeΦ Ke Kt Φ
n
d T
– U + 直流电从两电刷之间通入电枢绕组， 直流电从两电刷之间通入电枢绕组，电枢电流 方向如图所示 由于换向片和电源固定联接， 如图所示。 方向如图所示。由于换向片和电源固定联接，无论 线圈怎样转动，总是S极有效边的电流方向向里 极有效边的电流方向向里, 线圈怎样转动，总是 极有效边的电流方向向里 N 极有效边的电流方向向外。电动机电枢 极有效边的电流方向向外。电动机电枢绕组通电后 中受力(左手定则 按顺时针方向旋转。 左手定则)按顺时针方向旋转 中受力 左手定则 按顺时针方向旋转。
转子
转子部分：转子又称为电枢，包括电枢铁心、 电枢铁心、 转子部分 电枢铁心 电枢绕组、换向器、风扇、 电枢绕组、换向器、风扇、轴等
电机与电力拖动 第3章 直流电机的基本理论讲解
3.6 直流电动机稳态运行时的基本方程式和工作特性（重点)
3.6.1 直流电动机稳态运行时的基本方程式（电压、转矩、功率）
1 电压平衡方程式
+ Ia
If +
U Ea M
U
－
－
2 转矩平衡方程式
励磁电路： U = Rf If 电枢电路： U= Ea + Ra Ia
U： 端电压；
Ea ：电枢电动势； Ra ：电枢回路电阻； Rf ：励磁回路电阻； U>Ea时：电动机； U<Ea时：发电机；
If
Ia
Ea : 感应电动势
Uf
Ea MU
Ia :电枢电流 Ra :电枢电阻 I f :绕组电流
Rf Ra
Rf :绕组电阻
他励 I I N I f Ia
U UN Ea IaRa
U UN I f Rf
Ra
If
U
M
Rf
并励
Ea
I IN I f Ia U UN Ea IaRa
P
Ea
I
；
a
n ::转机速械；角速度, (2n ) / 60；
转矩的求法：T CT Ia
CT : 转矩常数CT ( pN ) /(2a); p : 磁极对数；
Ia：电枢电流I N ;
题2：一台他励直流电动机的额定数据为PN＝17kW，UN＝220V，nN＝1000r/min， IN＝92A，电枢绕组的电阻Ra＝0.2Ω，电刷压降2△Ub＝2V。试计算：（1）电 动机的额定电磁转矩。（2）理想空载转速和实际空载转速。（3）电动机的 输出转矩保持为额定值不变，在电枢回路中串入0.3Ω电阻，求电动机转速。
第3章 直流电机的工作原理及特性
3.20
C2 K eC
第二段 Φ ＝C
Ra U n T n0 n 2 K e K e K t
串励电动机的机械特性相关分析
1． 硬度 2． 优点
1）串励电动机负载的大小对电动机的转速影响较大 2）起动时的励磁电流大
3、注意事项
（1）不容许空载运行。 （2）反转运行不能用改变电源极性的方式。
3· 直流电机的基本结构和工作原理 1
结构要点：定子、转子、换向器 原理要点：电磁感应定律、电磁力定律、 电路定律以及电势方程、转矩方程、电压 方程 分类：直流电机按照励磁方式的不同分为 他励、并励、串励、复励四种
一、直流电机的基本结构
直流电机的组成
1、定子：产生磁场、支撑电机 2、转子：产生电磁转矩和感应电动势，进 行能量转换
直流电机作发电机运行和作电动机运行时，虽然都产生电
动势E和电磁转矩T，但作用正好相反。
电机运行 方式 转矩之间的 关系
E与I的方 向
E的作用
T的性质
发电机 电动机
相同 相反
电源电动 势 反电动势
阻转矩 驱动转 矩
T1=T+ T0 T= TL+ T0
电路方程
发电机
E U I a Ra U E I a Ra
（二）直流电动机的工作原理
直流电动机基本工作原理
电枢线圈通电后在磁场中成为 载流导体 载流导体在磁场中受到电磁力 作用产生电磁转矩T 电枢在电磁转矩T作用下旋转 旋转的电枢线圈又切割磁力线，从而产生感 应电势E 由于换向器的作用，感应电势E总是与外加电 压的方向相反，称为反电势
三、电动势和电磁转矩
1. 电动势E 根据电磁学原理，两电刷间有感应电动势。
第三章 直流电机
（1）用原动机拖动电枢逆时 针方向恒速转动（原动机输入 机械力【机械功率】） （2）线圈边ab和cd以相同转 速顺次切割不同极性磁极下的 磁场，线圈中产生了交变的电 动势；（机械能转换为电能） （3）换向器配合电刷对电流 的换向作用，电刷A、B端的 电动势为直流电动势。（交流 转换为直流）
Flash：电刷上的电动势
一台直流电机作为
电动机运行——在直流电机的两电刷端上加上直流电压，电枢旋 转，拖动生产机械旋转 ，输出机械能；
电能转换为机械能
发电机运行——用原动机拖动直流电机的电枢，电刷端引出直流 电动势，作为直流电源，输出电能。
机械能转为电能
注意：不要孤立的看待发电机和电动机问题
视频：直流发电机－直流电动机系统
换向器节距:yc=(K-1)/p=7
元件数S＝槽数Q＝换向片数K＝15；
yc =8-1=7
y1＝4-1=3
电流流向： A1—5号换向片－5上－8下－12上－15下－4上－7下－11上－14下 －3上－6下－10上－13下－2上－5下－12号换向片－B1 A2—12号换向片4上－7下－11上－14下－3上－－6下－10上－3下 －15上－15号换向片－B2
N
N － U ＋
＋ U －
S
S
由电磁力产生转矩的过程：
（1）线圈ax中通入直流电流时,电流从 a端流入，从x端流出；
B
A（2）线圈边a和x上均受到电磁力，根
据左手定则确定力的方向。 （3）这一对电磁力形成了作用于电枢 的一个电磁转矩，将产生逆时针旋转。
把这个装有线圈的铁质 圆柱体称为电枢。 （1）按照这种模式下，电枢将如何运动？
P 1
额定电流
N
PN
12 13.45(kw) 0.892
第3章 直流电机的工作原理及特性
直流电机的磁路
二、直流电机的工作原理
1.直流电机具有可逆性
一台直流电机原则上既可以作为电动机运行，也可以 作为发电机运行，只是外界条件不同而已。
发电机——若用原动机拖动电枢恒速旋转，就可以从
电刷端引出直流电动势而作为直流电源对负载供电； 电动机——若在电刷端外加直流电压，电机就可以带 动轴上的机械负载旋转，从而把电能转变成机械能。 这种同一台电机能作电动机或作发电机运行的原理， 在电机理论中称为可逆原理。
(1) 转矩方程式 T ＝ KtΦIa (2) 电势方程式 E ＝ KeΦ n (3) 电压平衡方程式 U＝E＋IaRa
他励电动机的 机械特性
一、直流他励电动机的机械特性表达式
Ra U n T 2 K eΦ K e K tΦ n 0 n
其中：n0 为理想空载转速 n0′为实际空载转速 △n 为转速降
概述
直流电机的铭牌数据
额定功率PN
指轴上输出 电动机 发电机 指电刷间输出 额定条件下电机 的机械功率 的额定电功率 所能提供的功率 额定电压U N 额定电流I N 在额定工况下，电机 在额定电压下，运行于 出线端的平均电压 额定转速n 额定功率时对应的电流
N
发电机:是指输出额定电压； 电动机:是指输入额定电压。
④学会用机械特性的四个象限分析直流电动机运行状态；
⑤学会根据他励直流电动机的铭牌技术数据，确定电动 机启动等运行特性。
重点
由于机械特性是根据转矩、电势、电压平衡方程式推
导出来的，而机械特性又是分析启动、调速和制动特 性的依据，所以机械特性是电动机内容的重中之重；
他励直流电动机的启动特性；
他励直流电动机的调压调速特性。
直流发电机工作原理图
直流电机工作原理 ppt课件
47
1.2.2直流电机空载时的磁场
直流电机空载是指电机对外无功率输出、不带负载空转的 一种状态。直流电机空载时，励磁绕组内有励磁电流，电 动机电枢电流很小可忽略而发电机电枢电流为零，这时电 机的磁场由励磁电流单独建立。
个相互绝缘的半圆形铜质换相片上，换相
片形成的整体称为换相器。换相器固定在
转轴上，且与转轴绝缘。换相片上安放着
一对固定不动的电刷B1和B2，电刷能与外
电路连接。
ppt课件
8
气隙磁密分布
图1-2a) 气隙磁密分布波形图
ppt课件
9
定子、转子和气隙
定子(stator) 在空中固定不动的部分（主磁极、电刷等）
ppt课件
26
换向器
换向器由许多相互绝缘的换向片组 成，作用是将电枢绕组中的交流电 整流成刷间的直流电或将刷间的直 流电逆变成电枢绕组中的交流电。
ppt课件
27
换向片和换向器
图1-7 换向片和换向器
ppt课件
28
3、气隙
为了使电机能够运转，定子和转子 之间要留有一定大小的间隙，此间 隙称为气隙，它是主磁路的一部分。
换向器和电刷作用(brush)
换向器和电刷的共同作用：①将线圈中的交流 电势整流成刷间的直流电势；②把转动的电路 与外面不转的电路连接。
从刷间电势波形看，电势脉动很大，为了减小 电势的脉动程度，实际电机采用很多元件组成 电枢线圈，均匀分布在电枢表面，并按一定规 律连接，刷间串联元件数增多，脉动减小，就 得到所需的直流电。
把机械能转换为电能的直流电机称 为直流发电机(dc generators )。
把电能转换为机械能的直流电机称 为直流电动机(dc motor )。
第三章 直流电机原理(最新)
第3章 直流电机原理 章
3.1直流电机的用途、结构及基本工作原理 直流电机的用途、 直流电机的用途 3.2直流电机的励磁磁场 直流电机的励磁磁场 3.3直流电机的电枢绕组 直流电机的电枢绕组 3.4 直流电机的负载磁场及电枢反应 3.5 直流电机的感应电势与电磁转矩 3.6 直流发电机 3.7 直流电动机 3.8 直流电机的换向
1.定子 定子
主磁极； 换向磁极； 机座； 主磁极； 换向磁极； 机座；电刷
主磁极 主磁极的作 用是建立主磁场。 用是建立主磁场。
S N N S
主磁极
换向磁极
换向极:它的作用是改善直流电机的换向情况， 换向极 它的作用是改善直流电机的换向情况， 它的作用是改善直流电机的换向情况 使电机运行时不产生有害的火花。 使电机运行时不产生有害的火花。
– – – – 调速范围广，平滑。 过载、起动、制动转矩大。 易于控制，可靠性高 调速时能量损耗小
• 直流电机缺点
– 换向困难 – 结构复杂，维修不方便 – 价格高
用途、 §3-1用途、结构及基本工作原理 用途
二、直流电机的工作原理
（1）直流发电机的工作原理
Shockwave Flash Object
第二节矩y2:在相串连的两个元件中，第一个元件的下层 第二节矩 边与第二个元件的上层边在电枢表面上所跨的距离，称为 第二节矩。第二节矩用y2表示，也用虚槽数计算。
合成节矩y：相串连的两个元件的对应边在电枢表面所跨的距 合成节矩y 离，称为合成节矩。 叠绕组： 叠绕组：y = y1 - y2
Shockwave Flash Object
随着的增大，铁心部分所需磁势 将很快增大，磁化曲线偏离气隙 线而开始弯曲，进入饱和区． 饱和系数 Φ0 a b c
3.1直流电机的用途、结构及基本工作原理 直流电机的用途、 直流电机的用途 3.2直流电机的励磁磁场 直流电机的励磁磁场 3.3直流电机的电枢绕组 直流电机的电枢绕组 3.4 直流电机的负载磁场及电枢反应 3.5 直流电机的感应电势与电磁转矩 3.6 直流发电机 3.7 直流电动机 3.8 直流电机的换向
1.定子 定子
主磁极； 换向磁极； 机座； 主磁极； 换向磁极； 机座；电刷
主磁极 主磁极的作 用是建立主磁场。 用是建立主磁场。
S N N S
主磁极
换向磁极
换向极:它的作用是改善直流电机的换向情况， 换向极 它的作用是改善直流电机的换向情况， 它的作用是改善直流电机的换向情况 使电机运行时不产生有害的火花。 使电机运行时不产生有害的火花。
– – – – 调速范围广，平滑。 过载、起动、制动转矩大。 易于控制，可靠性高 调速时能量损耗小
• 直流电机缺点
– 换向困难 – 结构复杂，维修不方便 – 价格高
用途、 §3-1用途、结构及基本工作原理 用途
二、直流电机的工作原理
（1）直流发电机的工作原理
Shockwave Flash Object
第二节矩y2:在相串连的两个元件中，第一个元件的下层 第二节矩 边与第二个元件的上层边在电枢表面上所跨的距离，称为 第二节矩。第二节矩用y2表示，也用虚槽数计算。
合成节矩y：相串连的两个元件的对应边在电枢表面所跨的距 合成节矩y 离，称为合成节矩。 叠绕组： 叠绕组：y = y1 - y2
Shockwave Flash Object
随着的增大，铁心部分所需磁势 将很快增大，磁化曲线偏离气隙 线而开始弯曲，进入饱和区． 饱和系数 Φ0 a b c
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发电机的激磁电流为电枢电流或电枢电流 的一部分.它又分为:
(1)并激发电机; (2)串激发电机; (3)复激发电机.
6
下面分析他激和并激发电机的电路图和外特性.
1.他激发电机原理电路图
3.他激和并激发电机的 外特性曲线
电源----------外特性
U=f(I) 硬特性
从空载到满载电压变化率5%-10%
主磁极 电枢 换向器 电刷装置
2
直流电机的结构图
剖面图：电枢1； 主磁极2向片3； 连接片4；云母环2
3
2.直流电机的基本工作原理
简化为一对磁极,一个线圈
发电机
电动机 4
2.直流电机的基本方程式
1)感E应电K势eEn
式中:E-电动势(V); -
一对磁极的磁通(Wb);
右图为具有三段起动电阻的
他激电动机电路原理图和起
动特性,
其起动特性就是前面刚刚学
习过的一种人工机械特性.
18
3.5直流他激电动机的调速特性
nKUeRKaeKtRa2dT
由直流他激电动机人工机械特性方程式 直流电动机的调速方法:
式中, Ke,Kt,Ra 均为常数,因此,电动机有3种调速方法 1.变电枢电路外接电阻Rad; 2.变电枢电压U;
2.并激发电机原理电路图
7
3.3直流电动机的机械特性
1.他激和并激直流电动机的机械特性 1)原理电路图
8
2)直流电动机机械特性方程式
直流电动机电枢电压平衡方程式
UEIaRa
E Ken
式中,Ra为电枢电阻.以 代入得:
n
U
Ke
Re
Ke
Ia
由 T Kt Ia 将Ia值再代入,得::
nK U eKeR Kat2Tn0n
3)注意事项:
直流串激电动机不允许 17
空载运行----飞车事故.
3.4 直流他激电动机的起动特性
直流他激电动机的起动电流 是额定电流的(10-20)倍,不 允许直接起动.限制其起动电 流的方法有两种.
1.降压起动:
组成SCR-M自动调速系统的 起动环节.是后面学习的一个 重点.
2.电枢电路串外接电阻起动
只允许在额定电压以下调节.
在后面的自动调速系统学习中 有广泛的应用.
15
(3)改变磁通的人工机械特性 nK U eKeR Kat2Tn0n
从机械特性方程可知,改变 磁通时,电动机的理想空载 转速和转速降落都会随磁通 的变化而变化.
磁通只能在额定值以下调节, 理想空载转速和转速降落都 要增大-------弱磁增速.
n-电枢转速(r/min); Ke -与结构有关的常数.
2)电磁转矩T
T KtIa
式中:
T-电磁转矩(Nm);
-一对磁极的磁通(Wb);
Ia-电枢电流(A);
Kt-与结构有关的常数.
5
3.2 直流发电机
1.按激磁方法分类 1)他激发电机:
发电机的激磁绕组由外电源供电. 2)自激发电机:
使用中,要防止电动机过载, 更要防止飞车,因此,直流他 激电动机设有失磁保护.
16
2.串激直流电动机的机械特性
1)特点:电枢电流就是激 磁电流.
2)机械特性分析:
第一段,电动机轻载时, 机械特性具有双曲线的 形状,理想空载转速趋近 无穷大.
第二段,电动机负载较重 时,磁路趋于饱和,机械特 性近似一条直线.
上式为直流电动机机械特性的一般表达式
9
3)机械特性硬度
在机械特性方程式中,
no称为理想空载转速;
△n称为转速降落.
机械特性硬度是衡量机械特性平直程度的:
dT T
dn n
绝对硬特性 .如交流同步电动机的机械特性
＞10 硬特性 如直流他激电动机和异步电动机的机械特性
＜10 软特性 如直流串激电动机的机械特性 10
3.变磁通 .
19
1.改变电枢电路外接电阻调速
电动机电枢电路串电阻 后,其人工机械特性如右 图示.
1)应用: 起重机,卷扬机; 2)缺点:机械特性软,实现无级调 速困难; 3)注意:串电阻调速与起动特性相 似,但起动电阻与调速电阻不同.
Ra0500751Up NN INU IN N =0.71
KeN
UN
INRa nN
=0.132
no
UN K e N
=1667r/min
TN
9 55
PN nN
=35Nm
13
4)电动机人工机械特性(三种)
nK U eKeR Kat2Tn0n (1)电枢回路串附加电阻Rad的人工机械特性 在自然机械特性方程式中,用(Rad+Ra)代替Ra,得到
11
2)自然机械特性曲线的作法
已知电动机的PN,UN,IN,nN,由公式可计算出Ra,
Ke N, no,TN,找出两个点,即理想空载点(o,no)和额定运
行点(TN,nN),通过这两点作出自然机械特性.
(1)电枢电阻Ra的估算:
Ra0500751Up NN INU IN N
(2)理想空载转速no计算:
串电阻的人工机械特性方程式: nK U eN R K aeK dtR2aTn0n
14
附加电阻Rad越大,机械特性越软.
(2)改变电枢电压的人工机械特性
nK U eKeR Kat2Tn0n
no
UN K e N
随U的变化而变化
U改变,但转速降不变
.因此,变电枢电压的人工机械 特性是一簇与自然机械特性 平行的特性曲线.
第3章 直流电机的工作原理及特性
掌握直流电机的电势方程式，转 矩方程式和电压平衡方程式； 掌握直流电动机的机械特性，特 别是人工机械特性；
掌握直流电动机起动，制动，调 速的各种方法和应用场所；
了解用机械特性来分析直流电动 机运行状态的方法。
1
3.1直流电机的基本结构和工作原理
1.直流电机的基本结构
机械特性曲线n=f(T)
nK U eKeR Kat2Tn0n
4.固有(自然)机械特性和人工机械特性
1)他激直流电动机的自然机械特性(正转) 在额定电压,额定磁通,电枢电路内不外接电阻时的
机械特性即为自然机械特性. 额定负载时,转速降 落不多,是硬特性;
金属切削机床,冷轧 机,造纸机等宜于选 用硬特性的电动机.
KeN
UN
INRa nN
n0
UN K e N
(3)额定转矩Nn的计算:
TN
9 55 PN nN
12
3)举例
(1)一台Z2-51型直流他激电动机,已知额定功率 5.5kW,额定电压220V,额定电流31A,额定转速 1500r/min,忽略损耗,求自然机械特性.
解:分析 只要求出理想空载点和额定运行点,就可 绘出机械特性.
(1)并激发电机; (2)串激发电机; (3)复激发电机.
6
下面分析他激和并激发电机的电路图和外特性.
1.他激发电机原理电路图
3.他激和并激发电机的 外特性曲线
电源----------外特性
U=f(I) 硬特性
从空载到满载电压变化率5%-10%
主磁极 电枢 换向器 电刷装置
2
直流电机的结构图
剖面图：电枢1； 主磁极2向片3； 连接片4；云母环2
3
2.直流电机的基本工作原理
简化为一对磁极,一个线圈
发电机
电动机 4
2.直流电机的基本方程式
1)感E应电K势eEn
式中:E-电动势(V); -
一对磁极的磁通(Wb);
右图为具有三段起动电阻的
他激电动机电路原理图和起
动特性,
其起动特性就是前面刚刚学
习过的一种人工机械特性.
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3.5直流他激电动机的调速特性
nKUeRKaeKtRa2dT
由直流他激电动机人工机械特性方程式 直流电动机的调速方法:
式中, Ke,Kt,Ra 均为常数,因此,电动机有3种调速方法 1.变电枢电路外接电阻Rad; 2.变电枢电压U;
2.并激发电机原理电路图
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3.3直流电动机的机械特性
1.他激和并激直流电动机的机械特性 1)原理电路图
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2)直流电动机机械特性方程式
直流电动机电枢电压平衡方程式
UEIaRa
E Ken
式中,Ra为电枢电阻.以 代入得:
n
U
Ke
Re
Ke
Ia
由 T Kt Ia 将Ia值再代入,得::
nK U eKeR Kat2Tn0n
3)注意事项:
直流串激电动机不允许 17
空载运行----飞车事故.
3.4 直流他激电动机的起动特性
直流他激电动机的起动电流 是额定电流的(10-20)倍,不 允许直接起动.限制其起动电 流的方法有两种.
1.降压起动:
组成SCR-M自动调速系统的 起动环节.是后面学习的一个 重点.
2.电枢电路串外接电阻起动
只允许在额定电压以下调节.
在后面的自动调速系统学习中 有广泛的应用.
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(3)改变磁通的人工机械特性 nK U eKeR Kat2Tn0n
从机械特性方程可知,改变 磁通时,电动机的理想空载 转速和转速降落都会随磁通 的变化而变化.
磁通只能在额定值以下调节, 理想空载转速和转速降落都 要增大-------弱磁增速.
n-电枢转速(r/min); Ke -与结构有关的常数.
2)电磁转矩T
T KtIa
式中:
T-电磁转矩(Nm);
-一对磁极的磁通(Wb);
Ia-电枢电流(A);
Kt-与结构有关的常数.
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3.2 直流发电机
1.按激磁方法分类 1)他激发电机:
发电机的激磁绕组由外电源供电. 2)自激发电机:
使用中,要防止电动机过载, 更要防止飞车,因此,直流他 激电动机设有失磁保护.
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2.串激直流电动机的机械特性
1)特点:电枢电流就是激 磁电流.
2)机械特性分析:
第一段,电动机轻载时, 机械特性具有双曲线的 形状,理想空载转速趋近 无穷大.
第二段,电动机负载较重 时,磁路趋于饱和,机械特 性近似一条直线.
上式为直流电动机机械特性的一般表达式
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3)机械特性硬度
在机械特性方程式中,
no称为理想空载转速;
△n称为转速降落.
机械特性硬度是衡量机械特性平直程度的:
dT T
dn n
绝对硬特性 .如交流同步电动机的机械特性
＞10 硬特性 如直流他激电动机和异步电动机的机械特性
＜10 软特性 如直流串激电动机的机械特性 10
3.变磁通 .
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1.改变电枢电路外接电阻调速
电动机电枢电路串电阻 后,其人工机械特性如右 图示.
1)应用: 起重机,卷扬机; 2)缺点:机械特性软,实现无级调 速困难; 3)注意:串电阻调速与起动特性相 似,但起动电阻与调速电阻不同.
Ra0500751Up NN INU IN N =0.71
KeN
UN
INRa nN
=0.132
no
UN K e N
=1667r/min
TN
9 55
PN nN
=35Nm
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4)电动机人工机械特性(三种)
nK U eKeR Kat2Tn0n (1)电枢回路串附加电阻Rad的人工机械特性 在自然机械特性方程式中,用(Rad+Ra)代替Ra,得到
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2)自然机械特性曲线的作法
已知电动机的PN,UN,IN,nN,由公式可计算出Ra,
Ke N, no,TN,找出两个点,即理想空载点(o,no)和额定运
行点(TN,nN),通过这两点作出自然机械特性.
(1)电枢电阻Ra的估算:
Ra0500751Up NN INU IN N
(2)理想空载转速no计算:
串电阻的人工机械特性方程式: nK U eN R K aeK dtR2aTn0n
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附加电阻Rad越大,机械特性越软.
(2)改变电枢电压的人工机械特性
nK U eKeR Kat2Tn0n
no
UN K e N
随U的变化而变化
U改变,但转速降不变
.因此,变电枢电压的人工机械 特性是一簇与自然机械特性 平行的特性曲线.
第3章 直流电机的工作原理及特性
掌握直流电机的电势方程式，转 矩方程式和电压平衡方程式； 掌握直流电动机的机械特性，特 别是人工机械特性；
掌握直流电动机起动，制动，调 速的各种方法和应用场所；
了解用机械特性来分析直流电动 机运行状态的方法。
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3.1直流电机的基本结构和工作原理
1.直流电机的基本结构
机械特性曲线n=f(T)
nK U eKeR Kat2Tn0n
4.固有(自然)机械特性和人工机械特性
1)他激直流电动机的自然机械特性(正转) 在额定电压,额定磁通,电枢电路内不外接电阻时的
机械特性即为自然机械特性. 额定负载时,转速降 落不多,是硬特性;
金属切削机床,冷轧 机,造纸机等宜于选 用硬特性的电动机.
KeN
UN
INRa nN
n0
UN K e N
(3)额定转矩Nn的计算:
TN
9 55 PN nN
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3)举例
(1)一台Z2-51型直流他激电动机,已知额定功率 5.5kW,额定电压220V,额定电流31A,额定转速 1500r/min,忽略损耗,求自然机械特性.
解:分析 只要求出理想空载点和额定运行点,就可 绘出机械特性.