機電傳動控制第2次課

1、第3章 直流電機的工作原理及特性掌握直流電機的電勢方程式，轉(zhuǎn)矩方程式和電壓平衡方程式； 掌握直流電動機的機械特性，特別是人工機械特性； 掌握直流電動機起動，制動，調(diào)速的各種方法和應用場所； 了解用機械特性來分析直流電動機運行狀態(tài)的方法。 3.1直流電機的基本結構和工作原理直流電機的結構包括定子(磁極)和轉(zhuǎn)子(電樞)，之間由氣隙分開。定子(磁極)的構成：主磁極、換向極、機座、端蓋、軸承等。磁極的作用：產(chǎn)生主磁場和在機械上支撐電機。電刷：固定在定子上。3.1.1.直流電機的基本結構，如圖3.1轉(zhuǎn)子(電樞)的構成：電樞鐵芯、電樞繞阻、換向器、軸、風扇等組成。轉(zhuǎn)子的作用：產(chǎn)生感應電動勢及產(chǎn)生機械轉(zhuǎn)矩以

2、實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換。主磁極、換向極二極直流電機剖面圖1電樞；2主磁極；3勵磁繞阻；4換向極；5換向極繞阻；6機座主磁極的構成：主磁極鐵芯、勵磁繞阻。主磁極的作用：產(chǎn)生主磁場。主磁極材質(zhì)：1.0-1.5mm硅鋼片疊壓制成。換向極作用：改善電樞電流的換向性能。構成：鐵芯、繞阻。位置：兩個主磁極的中間。機座作用：固定主磁極、換向極和端蓋等，作為整個電機的支架。材質(zhì)：鑄鋼或鋼板。電樞鐵心鋼片電樞鐵芯材質(zhì)：硅鋼片疊成，圓柱狀，表面沖槽，槽內(nèi)嵌放電樞電阻。其上的軸向通風孔可以加強鐵芯的冷卻。材質(zhì)：鑄鋼或鋼板。電樞繞阻作用：是直流電機產(chǎn)生感應電動勢及電磁轉(zhuǎn)矩得以實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的關鍵部分。材質(zhì)：一般由銅線繞成，包上

3、絕緣支后嵌入電樞鐵芯的槽中。為了防止電樞在運動中的離心力將繞阻甩出槽外，用槽楔將繞阻揳在槽內(nèi)。 換向器1套筒;2云母環(huán);3換向片換向器作用：發(fā)電機：將電樞繞阻內(nèi)感應的交流電動勢轉(zhuǎn)換成電刷間的直流電動勢。電動機：將外加的直流電流轉(zhuǎn)換為電樞繞阻的交流電流，保證每一磁極下電樞導體的電流方向不變，以產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩。材質(zhì)：彼此絕緣的銅片間隔云母材料組合而成。每個換向片都與電樞繞阻連接。電刷裝置構成：電刷、電刷座。作用：與換向器保持滑動接觸，將電樞繞阻與外電路接通。位置：固定在定子上。 3.1.2、直流電機工作原理、直流電機工作原理 直流電機的主要結構可簡化為一對磁極直流電機的主要結構可簡化為一對磁極

4、,一個線圈一個線圈，其工作原其工作原理是基于電磁感應定律和電磁力定律的。理是基于電磁感應定律和電磁力定律的。直流電動機直流電動機是根據(jù)載流導體在磁場中受力這一基本原理工作是根據(jù)載流導體在磁場中受力這一基本原理工作的。的。直流發(fā)電機直流發(fā)電機則是根據(jù)切割磁場的導體會產(chǎn)生感生電勢這一基則是根據(jù)切割磁場的導體會產(chǎn)生感生電勢這一基本理論工作的。本理論工作的。發(fā)電機電動機電磁力定律已知電流方向和磁感線方向，判斷通電導體在磁場中受力方向：左手定則：伸開左手，讓磁感線穿入手心（手心對準N極，手背對準S極），四指指向電流方向，那么大拇指的方向就是導體受力方向。載流導體在磁場中將會受到力的作用，若磁場與載流導體

5、互相垂直 作用在導體上的電磁力大小為： = B taTKI電磁感應定理 右手定則(確定導體切割磁感線運動時在導體中產(chǎn)生的感應電流方向的定則，用于發(fā)電機原理) ： 右手平展，使大拇指與其余四指垂直，并且都跟手掌在一個平面內(nèi)。把右手放入磁場中，若磁感線垂直進入手心（當磁感線為直線時，相當于手心面向N極），大拇指指向?qū)Ь€運動方向，則四指所指方向為導線中感應電流（感生電動勢）的方向。 在磁場中運動的導體將會感應電勢，若磁場、導體和導體的運動方向三者互相垂直則作用導體中感應的電勢大小為： = Bv -一對磁極的磁通(Wb); Ia-電樞電流(A); Kt-與結構有關的常數(shù). 1)感應電勢E 3.1.3.

6、直流電機的基本方程式2)電磁轉(zhuǎn)矩T taTKI一對磁極的磁通(Wb); n-電樞轉(zhuǎn)速(r/min); Ke -與結構有關的常數(shù). 式中:E-電動勢(V);式中: T-電磁轉(zhuǎn)矩(Nm);nKEe3.2 直流發(fā)電機1.按勵磁方法分類 1)他勵發(fā)電機： 發(fā)電機的勵磁繞組由外電源供電. 2)自勵發(fā)電機： 發(fā)電機的勵磁電流為電樞電流或電樞電流的一部分。它又分為：(1)并勵發(fā)電機：(2)串勵發(fā)電機：(3)復勵發(fā)電機。n+B-AUdSiNaceeI2、直流發(fā)電機工作原理、直流發(fā)電機工作原理 直流發(fā)電機是根據(jù)導體在磁場中作切割運動就會產(chǎn)生感生電直流發(fā)電機是根據(jù)導體在磁場中作切割運動就會產(chǎn)生感生電動勢這一基本的

7、電磁理論而制成的。原動機拖動轉(zhuǎn)子逆時針方向動勢這一基本的電磁理論而制成的。原動機拖動轉(zhuǎn)子逆時針方向旋轉(zhuǎn)，在線圈旋轉(zhuǎn)，在線圈abcd中就有感生電動勢產(chǎn)生，根據(jù)電磁感應定律中就有感生電動勢產(chǎn)生，根據(jù)電磁感應定律可知，導體可知，導體ab和和cd中產(chǎn)生的感生電動勢中產(chǎn)生的感生電動勢e相等相等.1.他勵發(fā)電機原理他勵發(fā)電機原理電樞回路方程為：電樞回路方程為：Ea=U+IaRa式中式中Ra為電樞回路總電阻，為電樞回路總電阻，它包括電刷接觸電阻和電樞繞組內(nèi)阻。它包括電刷接觸電阻和電樞繞組內(nèi)阻。勵磁回路方程為：勵磁回路方程為：Uf=IfRf式中式中Rf為勵磁回路總電阻，為勵磁回路總電阻，它包括勵磁回路外串電阻

8、和勵磁繞組內(nèi)阻。它包括勵磁回路外串電阻和勵磁繞組內(nèi)阻。從發(fā)電機電壓基本方程式可見：電樞電勢從發(fā)電機電壓基本方程式可見：電樞電勢Ea必須大于電樞端電必須大于電樞端電壓壓U，這也是判斷電機是否處于發(fā)電運行狀態(tài)的依據(jù)。，這也是判斷電機是否處于發(fā)電運行狀態(tài)的依據(jù)。 2.并勵發(fā)電機并勵發(fā)電機U=Ea-IaR aIa= (Ea-U)/Ra If=U/RfI=U/RIa=If+II根據(jù)基爾霍夫電壓定律得：并勵發(fā)電機的自勵條件和外特性 自勵過程：并勵發(fā)電機建立電壓的過程。 并勵發(fā)電機的特點是勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)，由發(fā)電機自并勵發(fā)電機的特點是勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)，由發(fā)電機自已供給勵磁電流，而不需要另外勵磁電源。已供給勵磁電流，而不需要另外勵磁電源。 一、并勵直流發(fā)電機的自勵條件 并勵發(fā)電機的建壓過程 并勵直流發(fā)電機自