机电传动控制3-直流电机.ppt

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1、第三章直流电机的工作原理及特性要求掌握直流电机的基本工作原理及特性掌握直流电动机启动、调速和制动的各种方法及各种优缺点和应用场所。1作电源用-直流发电机将机械能转化为直流电能；作动力用-直流电动机将直流电能转化为机械能；做励磁机用一般小于10万kW即100MW的单机同步发电机要用直流发电机作为励磁机。信号传递-直流测速发电机将机械信号转换为电信号信号传递-直流伺服电动机将控制信号转换为机械信号。直流电机的用途2工作原理组成结构机械特性启动特性调速特性制动特性电动机为什么运动？发电机为什么能发电？电动机和发电机完成基本功能需要的部件？电机转速与

2、转矩之间的关系改变电机参数对机械特性的影响改变电机参数使电机快速停止改变电机参数使电机平滑启动直流电机的基本知识3直流电机的基本原理4直流电机的组成轴承末端机座主磁极励磁绕组风扇换相器电枢绕组电枢铁芯5直流电机的组成1、电枢：线圈绕组2、主磁极：产生磁场，由铁芯和励磁线圈组成，也可是永久磁铁。3、励磁绕组：通以励磁电流6直流电机各部分的功能1、主磁极：励磁绕组上加上直流电压，励磁绕组上有励磁电流流过，使定子铁心产生固定磁场，即定子的主要作用是产生磁场。2、电枢线圈：在固定的磁场中旋转，主要作用是产生感应电动势或机械转矩，实现能量的转换。3-4、换

3、向器、电刷：电刷固定在定子上不动，换向片与电枢绕组一起旋转，电刷与换向片保持滑动接触。对发电机而言，换向器的作用是将电枢绕组感应的交流电动势转换成电刷间的直流电动势；对电动机而言，换向器的作用则是将外加的直流电源转换为电枢绕组的交变电源，并在每一磁极下，电枢导体的电流方向不变，以产生恒定的电磁转矩。7直流电动机8直流电动机的基本原理9直流电动机的基本原理电磁转矩：电枢绕组中的电流与励磁磁通相互作用，产生电磁力和电磁转矩。T=KtIa：反电动势：电枢在磁场中转动时，线圈中要产生感应电动势，其方向与电流或外加电压的方向总是相反。E=Ken为励

4、磁磁通Ke、Kt为常数Kt＝9.55Ke10直流发电机11直流发电机的基本原理12直流发电机工作原理E=Ken：电源电动势T=KtIa：电磁转矩—阻转矩为励磁磁通Ke、Kt为常数Kt＝9.55Ke13电动状态和发电状态的区别能量转换方式电磁转矩作用电动势的作用E与I的方向不同电动机将电能转换成机械能发电机将机械能转换成电能电动机电磁转矩促使电机转动发电机电磁转矩阻碍电机转动电动机电动势减少电流发电机电动势增加电流电动机的E与I方向相反发电机E与I方向相同14分析电机特性的三个基本方程式转矩方程式电势方程式电压平衡方程式T=KtIa发电机：

5、T为阻转矩，方向与n相反，原动机转矩T1=T+T0电动机：T为拖动转矩，方向与n相同，T=TL+T0E=Ken发电机：E为电源电动势，方向与Ia相同电动机：E为反电动势，方向与Ia相反发电机：E=U+IaRa电源电动势为负载电压和电枢电阻电压所平衡。电动机：U=E+IaRa电动机外加电枢电压为电枢反电动势和电枢电阻电压所平衡静态平衡，动态调整15直流电机的结构与励磁方式他励并励串励复励串励+并励16等效电路图他励并励串励复励17他励发电机U=E-IaRaIa=（E-U）/RaIa=II=U/R当空载时，I=0：U=U0=E=Ken18他励发电

6、机的特性空载特性：空载或转速为常数（额定值）时，输出电压与励磁电流的关系。E和成正比，但和If不是成正比，而是磁化曲线。空载特性曲线与磁化曲线相似。空载特性曲线不是从坐标原点开始，在If=0，已有一个由剩磁产生的电动势E’(2%~5%额定电压)磁路未饱和磁路饱和U0=E=Ken19他励发电机的特性外特性：额定转速和一定励磁下，输出电压和负载电流之间的关系。保持发电机的转速n为额定值，调节励磁电流以获得所需的空载电压U0,然后接上负载，当负载增加时，发电机的端电压逐渐下降。下降的原因：（1）电枢电阻压降的存在；（2）电枢反应去磁作用。从空载到

7、满载（额定负载）电压变化率：∆U=（U0-UN）/UN*100%---(2%~5%)。欲保持端电压不变，必须相应增加励磁电流。U0=E=Ken20并励发电机U=E-IaRaIa=（E-U）/RaI=U/RIf=U/RfIa=I+If问题：1、励磁电流从何而来?2、电压如何建立?Rf（几百Ω）、Ra（小于1Ω）Ia≈I21并励发电机的特性正常工作条件：1、发电机的磁极有剩磁。电枢绕组切割剩磁磁力线产生一个很小的电动势E’，进而在励磁电路中产生一个小小的励磁电流。2、励磁电流产生的磁场与剩磁方向相同。这样磁场才能加强，磁场的加强使电动势随之增大，电

8、动势的增大又使励磁电流增大，再次增大磁通和电动势。直到最终使磁场达到饱和。22并励发电机的特性3、E=IfRf和E=f（If）有交点E=