机电传动控制(第3章)直流电机的工作原理及特性

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1、第三章直流电机的工作原理及特性重点掌握：•了解直流电机的基本结构及工作原理；•掌握直流电动机的机械特性；•掌握直流电动机启动、调速和制动等各种特性；•掌握直流电动机电压平衡方程、机械特性方程及其相关的计算方法。3．1直流电机的基本结构和工作原理一、直流电机的基本结构直流电机的组成可分为定子、转子和换向器三大部分。二、直流电机的基本工作原理1、作为发电机工作2、作为电动机工作电机运行方式E与I的方向E的作用T的性质转矩之间的关系发电机相同电源电动势阻转矩T1=T+T0电动机相反反电动势驱动转矩T=TL+T0发电机运行条件：1.存在磁场φ2.需

2、外加机械能即由原动机输入T1，最终产生感生电势E和感生电流Ia，输出直流电U。电动机运行条件：1.存在磁场φ2.外加直流电U，最终产生电磁转矩T使转子以转速n旋转。四、直流电动机的分类3．2他励直流电动机的机械特性一、机械特性方程3．2他励直流电动机的机械特性一、机械特性方程电压平衡方程机械特性方程机械特性的硬度（1）绝对硬特性（2）硬特性>10（3）软特性<10机械特性的软硬无好坏之分。实际中应根据生产机械和工艺过程的具体要求来选用电机。对于直流他励电动机其特性硬一些好。二、固有机械特性在额定条件（额定电压UN和额定磁通N)下

3、和电枢电路内不外接任何电阻时的机械特性n=f(T)即:(1)估算电枢电阻Ra固有特性的计算方法：(2)求还可以根据要求进一步求出以下变量(1)求理想空载转速:n0(2)求额定转矩:三、人为机械特性人为地改变U和Φ的大小以及电枢回路串接附加电阻Rad所得到的机械特性。1.电枢回路中串接附加电阻时的人为特性电压平衡方程式为：人为机械特性方程式为：2.改变电枢电压U时的人为特性1）特性曲线平行，k不变；2）转速降落不变，硬度不变；3）由于U≤UN，所以n≤nN3．改变磁通时的人为特性2）Φ≤ΦN，n≥nN1）随着Φ的减小，n0增加，k变大，特性变

4、软；例3.1：一台Z2系列他励直流电动机，PN=22KW,UN=220V,IN=116A,nN=1500r/min，试计算：1.固有机械特性2.电枢回路串Rad=0.4Ω电阻的人为特性3.电源电压降为100V时的人为特性4.弱磁至Φ=ΦN时的人为特性3．3直流他励电动机的启动特性一、启动特性在未启动之前n=0,E=0这个电流很大，一般情况下能达到其额定电流的（10～20）倍以上。直流电动机不允许直接启动λst为过载能力系数，通常为1.5到2.5二、启动方法1.降压启动：2.电枢回路串电阻启动1)串一段电阻启动2)串多段电阻逐级切除的启动方法3

5、．4直流他励电动机的调速特性一、速度调节和速度变化速度调节：在负载不变的条件下，人为地改变电动机的电路参数，以改变电动机的稳定转速。速度变化：在电动机参数不变的条件下，由于负载波动引起的速度的改变。二、调速方法从直流他励电动机机械特性方程式直流电动机调速的方法有以下三种：改变串入电枢回路的电阻Rad；改变电枢供电电压U改变主磁通1、改变电枢电路外串电阻调速特点：1）R增加，k增加，特性变软2）有级调速3）R越大，耗能越大2．改变电动机电枢供电电压U3）恒转矩调速1）可以实现无级调节2）特性曲线互相平行，机械特性硬度不变，调速范围较大；4）U

6、≤UN，n≤nN3．改变电动机主磁通1）可以实现无级调节2）随着Φ的减小，n0增加，k变大，特性变软；3）恒功率调速4）Φ≤ΦN，n≥nN3．5直流他励电动机的制动特性1．制动与启动启动：电动机速度从静止加速到某一稳定转速的一种运动状态；制动：电动机速度是从某一稳定转速开始减速到停止或是限制位能负载下降速度的一种运转状态。2.制动与自然停车1）自然停车：电动机脱离电网，靠很小的摩擦阻转矩消耗机械能使转速慢慢下降，直到转速为零而停车。2）制动：电动机脱离电网，外加阻力转矩使电动机迅速停车。3.电动机的两种工作状态1)电动状态：n与T同向2）制

7、动状态：n与T反向4.电动机工作在制动状态下的两种情况1）使转速迅速减速到停止；2）限制位能负载的下降速度。一、反馈制动（也称再生制动或发电制动）特点：1）在外部条件的作用下，n>n0；2）n与T反向1．电车走下坡路时的反馈制动2．电枢电压突然下降时的反馈制动二、反接制动特点：1）U与E由相反变为相同；2）T与转速n的方向相反。改变U的方向所产生的反接制动称为电源反接制动；改变E的方向所产生的反接制动称为倒拉反接制动。1．电源反接制动电动机的机械特性为：2．倒拉反接制动三、能耗制动例3-2有一台他励电动机，PN＝5.6kW，UN＝220V，I

8、N＝3lA，nN＝1000r／min，Ra＝0.4Ω，负载转矩TL＝49N·m，电动机的过载倍数λ＝2，试计算：(1)电动机拖动摩擦性负载，采用能耗制动过程停车，电