激光設(shè)備控制技術(shù)教材——第一章第四節(jié)講解

1、第四節(jié)直流電動(dòng)機(jī)本節(jié)重點(diǎn)分析并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式，并簡要介紹可逆原理和他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的工作特性。一、直流電機(jī)的可逆原理比較直流電動(dòng)機(jī)與直流發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，可以發(fā)現(xiàn)：一臺(tái)直流電機(jī)既可以作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，也可以作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)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(jī)軸上輸出機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械工作，這時(shí)直流電機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能， 工作在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)。如果用原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)的電樞旋轉(zhuǎn)，從電機(jī)軸上輸入機(jī)械能， 則從電刷兩端可以引出直流電動(dòng)勢(shì)，輸出直流電能，這時(shí)直流電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為直流電能，工作在發(fā)電機(jī)狀態(tài)。同一臺(tái)電機(jī)，既能作發(fā)電機(jī)運(yùn)行，又能作

2、電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的原理，稱為電機(jī)的可逆原理。任何直流電機(jī)都是可逆的， 但這并不是說是廠商提供的直流機(jī)可以不分發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)了。因?yàn)殡姍C(jī)是有額定工作狀態(tài)的，這也是制造廠家為該電機(jī)設(shè)計(jì)的最佳工作狀態(tài)，若混用，會(huì)不同程度的偏離最佳工作狀態(tài)，使電機(jī)的性能變壞。實(shí)際的直流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí) 考慮了工作特點(diǎn)的一些差別， 因此有所不同。例如直流發(fā)電機(jī)的額定電壓略高于直流電動(dòng)機(jī)， 以補(bǔ)償線路的電壓降，便于兩者配合使用。直流發(fā)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速略低于直流電動(dòng)機(jī)，便于選配原動(dòng)機(jī)。二、直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式圖1-17為并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作原理圖。以它為例分析電動(dòng)勢(shì)、轉(zhuǎn)矩和功率之間的關(guān) 系。直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)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(lì)磁繞組中流過勵(lì)磁電流 f 建立主磁場(chǎng)；電樞繞組中流過電樞電流la，電樞電流與主磁場(chǎng)作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩 T,使電樞朝轉(zhuǎn)矩T的方向以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，帶動(dòng)生 產(chǎn)機(jī)械工作。1. 電動(dòng)勢(shì)平衡方程式直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)通電旋轉(zhuǎn)后，電樞導(dǎo)體切割主磁場(chǎng)，產(chǎn)生電樞電動(dòng)勢(shì)Ea,在電動(dòng)機(jī)中，此電動(dòng)勢(shì)的方向與電樞電流 la的方向相反，稱為反電動(dòng)勢(shì)。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(dòng)勢(shì) Ea相平衡。列出電動(dòng)勢(shì)平衡方程式：U = Ea |aRa( 1_13 )電動(dòng)運(yùn)行圖1-17并勵(lì)電動(dòng)機(jī)電樞回路與勵(lì)磁回路電路2 轉(zhuǎn)矩平衡方程式直流電

4、動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，作用在軸上的轉(zhuǎn)矩有三個(gè)：一個(gè)是電磁轉(zhuǎn)矩T,方向與轉(zhuǎn)速n方向相同，為驅(qū)動(dòng)性質(zhì)轉(zhuǎn)矩；一個(gè)是電動(dòng)機(jī)空載損耗形成的轉(zhuǎn)矩To,是電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行時(shí)的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，方向總與轉(zhuǎn)速n方向相反；還有一個(gè)是軸上所帶生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tl, 一T2?？傻弥绷麟妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡(1-14)T J +T。般為制動(dòng)性質(zhì)轉(zhuǎn)矩。Tl在大小上也等于電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩 方程式：3 功率平衡方程式直流電動(dòng)機(jī)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(guān)系應(yīng)有功率平衡方程式：R =F2 +瓦 p(1-15)例 1.4 一臺(tái)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，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(zhuǎn)矩； 在額定電流時(shí)的電磁轉(zhuǎn)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(tái)并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)，銘牌數(shù)據(jù)如下：FN-23kW U-230V, nN-1500r/min，勵(lì)磁回路R=57.5 Q,電樞電阻 R=0.1 Q，不計(jì)電樞反

6、應(yīng)和磁路飽和。現(xiàn)將這臺(tái)電機(jī)改為并勵(lì)直 流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，把電樞兩端和勵(lì)磁繞組兩端都接到220V的直流電源上，運(yùn)行時(shí)維持電樞電流為原額定值，試求電動(dòng)機(jī)的下列數(shù)據(jù)：轉(zhuǎn)速n；電磁功率P;電磁轉(zhuǎn)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 m7三、直流電動(dòng)機(jī)的工作特性直流電動(dòng)機(jī)的工作特性是指U=Un、lf=lfN時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n、電磁轉(zhuǎn)矩T和效率n三者與輸出功率P2之間的關(guān)系，下面以他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)為例進(jìn)行分析。1.轉(zhuǎn)速特性當(dāng) U=U n、If=l fN 時(shí)，Ea =CenU =Ea+IaRa-圖1-18他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特性Un _ I aRaU n RaRa .I a 二 n0 - I CeCeGCeGCe圖中，若忽略電樞反應(yīng)的去磁作用， 轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流按線性關(guān)系變化 （圖中下方直線） 若考慮電樞反應(yīng)的電磁作用時(shí)， 轉(zhuǎn)速的下降會(huì)減少，他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特性將是一條略微下 傾的曲線（圖中上方曲線）。2. 轉(zhuǎn)矩特性轉(zhuǎn)矩特性是指當(dāng) U = Un、lf=|fN時(shí)，T=f（la）,如圖1-19所示。由于T=CTG|a，當(dāng)Ia 很小時(shí)，電樞反應(yīng)的去磁作用很小，有T =CTGla= la，當(dāng)la較大時(shí)，電樞反應(yīng)的去磁作用使主磁通有所減小，曲線向下彎曲。