3 直流电机的工作原理及特性

直流他励电动机的制动特性本章内容安排：重点和难点重点：（1）电动机机械特性是最重要的内容，是分析启动、调速、制动的理论基础；（2）他励直流电动机的启动特性；（3）他励直流电动机的调压调速特性。难点：（1）电流、电势的换向过程和电动机的制动过程；（2）电动机在各种运转状态下电磁转矩T、负载转矩TL、转速n、电枢电流Ia和电势E等符号的确定。直流电动机的基本结构和工作原理直流电机的机构包括定子和转子两大部分定子用于建立磁场，并作为机械支撑；转子（亦称电枢）用于产生感应电势、电流，实现机电能量转换3.1.1直流电机的基本结构直流电动机的基本结构和工作原理直流电机是以导体在磁场中运动产生感应电动势和载流导体在磁场中受力为基础来实现机电能量转换的。直流电机分电动机和发电机。3.1.1直流电机的基本结构直流电动机的基本结构和工作原理直流电机的工作原理是建立在电磁力和电磁感应的基础之上的。3.1.2直流电机的工作原理直流电机中能量转换的方向是可逆的。同一台电机既可做发电机运行，将机械能转换为电能，也可作电动机运行，将电能转换为机械能。直流电机的工作原理左、右手定则感应电势运动速度磁感应强度电流电磁力磁感应强度右手定则左手定则右手定则用于确定动生电动势左手定则用于判断安培力直流电机的工作原理发电机依电磁感应定理（右手定则）电动机依安培电磁力定律（左手定则）直流电机的工作原理)1.3(nKEe2.3atIKTKe—电势常数Kt---转矩常数=9.55Ke郑州大学远程教育学院第三章直流电动机的工作原理及其特性3.2直流发电机按励磁方式分类（a）他励（b）并励（c）串励（d）复励常用的是他励和并励他励发电机当发电机空载时，Ia=0nKEUe0fIfE空载特性：发电机空载及转速为常数（额定值）的条件下，电动势E与励磁电流If之间的关系电压平衡方程5.3/RUIIIa3.3/RUEIaa-RIEUaa-4.3即发电机的电势为负载电压和电枢电阻压降所平衡，（与电动机相区别）他励发电机IfU他励发电机的外特性表示发电机端电压U与负载电流I之间的关系曲线从空载到满载（额定负载）电压的变化率6.3%1000-NNUUUU并励发电机电压平衡方程并励发电机电压建立的条件：1.发电机的磁极要有剩磁；2.起始励磁电流所产生的磁场方向与剩磁磁场的方向相同；3.励磁电路电阻Rf不能太大。他励电动机的机械特性电压平衡方程电动机的外加电枢电压为电枢的反电势和电阻压降所平衡（与发电机相区别）=f(T)将直流电机的电势方程和转矩方程代入直流电动机电压平衡方程式中，整理可得他励直流电机的机械特性方程为：nnTKKRKUnteae--02理想空载转速硬特性β＞10软特性β＜10绝对硬特性β→∞机械特性硬度软特性硬特性绝对硬特性转矩变化dT与所引起的转速变化dn的比值，用于衡量机械特性的平直程度。机械特性硬度固有机械特性（自然特性）是指在额定电压和额定磁通下，电枢电路内不接任何电阻时的n=f（T）曲线。当U=UN，Φ=φN时，n=f（T）是一条直线。通常用（0，n0）和（TN，nN）两点来作直线。电机正转在第一象限，反转在第三象限。=f(T)（1）估算电枢电阻Ra15.3175.050.0175.050.02NNNNNaNNNaaIUIUPRIURI--～～他励电动机的机械特性（2）计算额定条件下反电势16.3/NaNNNeaNNNNeNNenRIUKRIUnKEK--（3）求理想空载转速NeNKUn/0（4）求额定转矩17.355.9NNNNnPPT他励电动机的机械特性例：一台Z2-51型他励电动机，已知PN=5.5kW，UN=220V，IN=31A，nN=1500r/min，认为额定运行时的电磁转矩近似等于额定输出转矩，试绘出这台电机近似的固有机械特性。解：因他励电动机的n=f（T）是一条直，故只要求出：（0，n0）、（TN，nN）两点即可。)(5.0IUUPRNNNNNaW-NaNNNeNeNnRIUKKUn-0NaNNNeNeNnRIUKKUn-0mNnPTNNN351500105.555.955.93估算Ra计算KeФN计算n0求TN画出机械特性曲线人为机械特性是指供电电压或磁通不是额定值、电枢电路内接有外加电阻Rad时的机械特性；电动机的启动、调速、制动的方法就是利用人为机械特性。人为机械特性（改变U、φ、Rad）1)串接电阻Rad串接电阻后1.n0不变；2.K斜率变大即Δn变大，特性变软。3.由同一点（O，n0）出发的一组曲线他励电动机的机械特性13.3002nnKTnTKKRKUnteae---1.n0随着U的变化而改变2.平行于固有特性曲线的一簇曲线2.人为机械特性（改变U、φ、Rad）2）改变电压人为机械特性（改变U、φ、Rad）3）改变磁通1.n0增加2.随着φ的降低，斜率变大，T减小，nnN，电动机工作在交点左侧区语注意：消弱磁通时，注意“飞车”现象，一般要加“失磁”保护。直流他励电动机的启动特性aaaaREUIRIEU/11.3-启动时n=0E=0启动电流NNstIRUI2010/～若直接启动，则启动电流很大，造成危害直流他励电动机的启动特性常用启动方法有两种：降压启动和电枢回路外接电阻启动。生产机械对电机启动的要求是：有足够的启动转矩、启动时间短、启动平稳。限流Ist=（1.5-2）IN＜UN→n↑、E↑→↑U→U=UN、n=nN2.电枢回路内串接外加电阻启动满足启动要求：Ist=UN/（Ra+Rst）Rst（3-4级）T1、T2的数值按照电动机的具体启动条件决定：T1=（1.6-2）TNT2=（1.1-1.2）TN郑州大学远程教育学院例题：一台他励直流电动机，其额定数据为：PN=17kW，UN=220V，IN=91A，nN=1500r/min,Ra=0.22Ω。试求：第三章直流电机的工作原理及特性3.4直流他励电动机的启动特性（1）TN=？（2）直接启动时的Ist=？（3）如果要使启动电流不超过额定电流的两倍，求启动电阻为多少？此时启动转矩为多少？（4）如果采用降压启动，启动电流不超过额定电流的两倍，电源电压应为多少？2.1081500101755.955.93解：（1）TN=？（2）直接启动时的Ist=？ARUIaNst100022.0220-99.022'aNNadNadaNstRIURIRRUI第三章直流电机的工作原理及特性3.4直流他励电动机的启动特性（3）串入启动电阻Rad启动转矩：mNIInRIUIKIKTNstNaNNstNesttst--2312150022.09122055.955.955.9''''注意：NNststTIIT直流他励电动机的启动特性（4）降压启动时的电源电压：VRIRIUaNast4022.09122'直流他励电动机的调速特性调速——在一定的负载条件下，人为地改变电机的机械特性，以改变电机的稳定转速。注意：速度调节与速