章直流電機的工作原理及特性演示文稿

章直流電機的工作原理及特性演示文稿當(dāng)前1頁，總共34頁。3.1直流電機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

直流電機的基本結(jié)構(gòu)直流電機的基本結(jié)構(gòu)：定子、轉(zhuǎn)子。定子作用：產(chǎn)生主磁場和在機械上支撐電機。轉(zhuǎn)子作用：產(chǎn)生感應(yīng)電勢或產(chǎn)生機械轉(zhuǎn)矩以實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)子——電樞：轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心、繞組、換向器、風(fēng)扇定子：機座、主磁極、換向極、端蓋、軸承、電刷當(dāng)前2頁，總共34頁。當(dāng)前3頁，總共34頁。主磁極的作用是產(chǎn)生恒定、有一定空間分布形狀的氣隙磁通密度。由主磁極鐵心和放置在鐵心上的勵磁繞組構(gòu)成。鐵心由極身和極靴組成，極靴使氣隙磁通密度分布均勻。對勵磁繞組支撐。換向極即附加極，改善直流電動機換向，1KW以上電機均按裝。直流電機機座有整體機座、疊片式機座。電樞鐵心是主磁路的一部分，同時支撐電樞繞組。電樞繞組是直流電機的重要組成部分。由絕緣導(dǎo)體繞制而成。每一個線圈稱為一個元件，多個元件有規(guī)律地連接在一起形成電樞繞組。槽內(nèi)直線部分稱為元件有效部分，槽兩端把有效部分連接起來的部分稱為端接部分。當(dāng)前4頁，總共34頁。換向器又稱為整流子，對于發(fā)電機其作用是將電樞繞組的交流電變成外部的直流電。對于電動機是將外部的直流換成電樞繞組中的交流電。換向片由導(dǎo)電性好、硬度大、耐磨性能好的紫銅或銅合金制成。換向片的底部做成燕尾形狀，嵌在有云母絕緣的V形鋼環(huán)內(nèi)，換向片間以0.6～1.2mm的云母作為絕緣，以螺栓壓緊。電刷裝置把電機電樞中的電流與外部靜止電路相連或把外部電源與電機電樞相連。當(dāng)前5頁，總共34頁。3.1.2直流電機的基本工作原理直流電機分為直流電動機和直流發(fā)電機兩大類。一、直流發(fā)電機的工作原理右手定則當(dāng)前6頁，總共34頁。當(dāng)有原動機拖動轉(zhuǎn)子以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，abcd中將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，每邊導(dǎo)體感應(yīng)電動勢大小為當(dāng)前7頁，總共34頁。直流電機做電動機運行。左手定則。通電導(dǎo)體在磁場中受到電磁力的作用，形成力矩，旋轉(zhuǎn)，同時切割磁場產(chǎn)生感生電動勢，與外加電源方向相反，故稱為反電勢。當(dāng)前8頁，總共34頁。直流電機電樞繞組中的電流與磁通φ作用，產(chǎn)生電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩。電機運行方式E與Ia的方向E的作用T的性質(zhì)轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系發(fā)電機相同電源電動勢阻轉(zhuǎn)矩T1=T+T0電動機相反反電動勢驅(qū)動轉(zhuǎn)矩T=TL+T0當(dāng)前9頁，總共34頁。3.2直流發(fā)電機按勵磁方式分為：他勵、并勵、串勵、復(fù)勵。當(dāng)前10頁，總共34頁。3.2.1他勵發(fā)電機EU0EItoR當(dāng)前11頁，總共34頁。外特性：當(dāng)轉(zhuǎn)速n、勵磁電流If為常數(shù)時，發(fā)電機輸出電壓和負載電流之間的關(guān)系稱為外特性。電壓調(diào)整率

發(fā)電機端電壓隨負載電流的增大而減小的程度當(dāng)前12頁，總共34頁。3.2.2并勵發(fā)電機并勵直流發(fā)電機自勵的三個條件1電機必須有剩磁2勵磁繞組并聯(lián)到電樞的極性必須正確(加強原來的剩磁）3勵磁回路中的總電阻必須小于該轉(zhuǎn)速下的臨界電阻當(dāng)前13頁，總共34頁。復(fù)勵發(fā)電機RR’f如右圖所示為復(fù)勵發(fā)電機原理圖復(fù)勵發(fā)電機的端電壓隨負載電流增大，下降趨勢比并勵發(fā)電機弱，原因是復(fù)勵發(fā)電機隨負載電流增大時，由于串勵繞組產(chǎn)生的磁通也將增大，補償了并勵繞組由于端電壓下降而導(dǎo)致的磁通的下降。當(dāng)前14頁，總共34頁。3.3直流電動機的機械特性按勵磁方式：他勵、并勵、串勵和復(fù)勵。3.3.1他勵直流電動機的機械特性當(dāng)前15頁，總共34頁。1.固有機械特性當(dāng)前16頁，總共34頁。一、固有特性的求取當(dāng)前17頁，總共34頁。2.人為機械特性當(dāng)前18頁，總共34頁。3.3.2串勵電動機的機械特性串勵電動機的顯著特點是勵磁電流即是電樞電流。其機械特性與他勵電動機有差別。分兩段考慮：第一段：電動機負載較輕，因此電樞電流較小，可以近似認為每極磁通Φ與電樞電流Ia成正比。即Φ=CIa。當(dāng)前19頁，總共34頁。第二段：當(dāng)電動機負載較大時，磁路趨于飽和，可以近似認為Φ=常數(shù)，此時機械特性曲線近似于一條直線。串勵電動機負載大小對轉(zhuǎn)速影響較大，啟動電流很大從而導(dǎo)致起動轉(zhuǎn)矩大。適合于起重運輸機械等。不允許空載運行。不可以簡單改變電樞電壓極性方法來改變轉(zhuǎn)速反向，只單獨改變電樞或者勵磁電壓極性可以改變轉(zhuǎn)速反向。當(dāng)前20頁，總共34頁。3.3.3復(fù)勵電動機的機械特性具有他勵和串勵兩個勵磁繞組。積復(fù)勵電動機，即串勵和他勵繞組所產(chǎn)生的磁通方向是相同的。因為具有串勵和他勵兩個繞組，所以復(fù)勵電動機機械特性介于串勵電動機和他勵電動機之間。當(dāng)前21頁，總共34頁。3.4直流他勵電動機的啟動特性直流電動機啟動的方法：⑴降壓啟動。⑵電樞回路串電阻啟動。當(dāng)前22頁，總共34頁。當(dāng)前23頁，總共34頁。3.5直流他勵電動機的調(diào)速特性速度變化：是在某條機械特性上，由于負載變化而導(dǎo)致的電動機轉(zhuǎn)速的變化。速度調(diào)節(jié)：在某一特定負載下，靠人為改變機械特性參數(shù)而實現(xiàn)的。當(dāng)前24頁，總共34頁。從上式可知，調(diào)速的方法有三種：⑴改變電動機電樞電壓的方法。（額定電壓以下范圍⑵改變電樞回路的電阻。⑶改變勵磁磁通的方法。（弱磁）當(dāng)前25頁，總共34頁。3.5.1改變電樞電路外串電阻Rad優(yōu)點：調(diào)速方法簡單。缺點：機械特性軟，穩(wěn)定度低。調(diào)速范圍受負載大小影響。實現(xiàn)無級調(diào)速困難，能量消耗在電阻上。當(dāng)前26頁，總共34頁。3.5.2改變電動機電樞供電電壓U調(diào)壓調(diào)速的特點：⑴可以實現(xiàn)無級調(diào)速；⑵調(diào)速特性與固有特性相平行，機械特性硬度不變，調(diào)速的穩(wěn)定度較高，調(diào)速范圍較大；⑶調(diào)速時，因電樞電流與電壓無關(guān)，且Φ=ΦN，故電動機轉(zhuǎn)矩T=KtΦNIa不變，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。⑷可以通過調(diào)節(jié)電樞電壓來啟動電動機，不需其它啟動設(shè)備。當(dāng)前27頁，總共34頁。3.5.3改變電動機主磁通Φ弱磁調(diào)速的特點：⑴可以平滑無級調(diào)速，只能弱磁（？），即在額定轉(zhuǎn)速以上調(diào)速。⑵調(diào)速特性較軟，且受電動機換向等條件限制。普通他勵電動機最高轉(zhuǎn)速不得超過額定轉(zhuǎn)速的1.2倍。⑶調(diào)速時維持電樞電壓U和電樞電流Ia不變，即功率P=UIa不變，屬于恒功率調(diào)速，該方法適合于恒功率負載調(diào)速。當(dāng)前28頁，總共34頁。3.6直流他勵電動機的制動特性制動：是使電動機從某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速開始減速到停止或者是限制位能負載下降速度的一種運轉(zhuǎn)狀態(tài)。自然停車：電動機脫離電網(wǎng)，靠很小的摩擦阻轉(zhuǎn)矩消耗機械能，使轉(zhuǎn)速慢慢下降到零。電動狀態(tài)的特點：電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與電動機的轉(zhuǎn)速方向相同。電動機的制動狀態(tài)：電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與電動機的轉(zhuǎn)速方向相反。電動機的兩種制動狀態(tài)：⑴卷揚機下放重物時為限制位能性負載的下降速度，電動機的轉(zhuǎn)速不變，保持重物穩(wěn)速下降，屬于穩(wěn)定的制動狀態(tài)。⑵降速或者停車制動時，電動機的轉(zhuǎn)速是變化的，屬于過渡的制動狀態(tài)。共同點：電磁轉(zhuǎn)矩與電動機轉(zhuǎn)速方向相反。區(qū)別：轉(zhuǎn)速是否穩(wěn)定。當(dāng)前29頁，總共34頁。制動的三種形式：反饋制動、反接制動、能耗制動。3.6.1反饋制動

電動機原來運行在第一相限，即正向電動狀態(tài)，在外部條件作用下，實際轉(zhuǎn)速大于理想空載轉(zhuǎn)速n0時，電動機即運行于反饋制動狀態(tài)。電動機正轉(zhuǎn)時，反饋制動狀態(tài)多的機械特性是第一相限中電動狀態(tài)多的機械特性在第二相限中的延伸。

電動機電樞電壓突然降低使電動機轉(zhuǎn)速降低的過程中，也會出現(xiàn)反饋制動狀態(tài)。同理在弱磁狀態(tài)下，用增加磁通Φ在方法降速時，也能產(chǎn)生反饋制動過程。當(dāng)前30頁，總共34頁。卷揚機下放重物時所產(chǎn)生的反饋制動過程。當(dāng)前31頁，總共34頁。3.6.2反接制動1.電源反接制動當(dāng)前32頁，總共34頁。2.倒拉反接制動倒拉反轉(zhuǎn)的反接制動狀態(tài)的機械特性是第一象限的