电力拖动与运动控制第一章

第一章直流电动机主要内容1.1直流电动机的基本工作原理与结构基本工作原理直流电动机的结构直流电动机的铭牌数据1.2直流电动机的电枢反应直流电动机的空载磁场直流电动机的电枢磁场电枢反应1.3直流电动机的电枢电动势和电磁转矩电枢电动势电磁转矩1.4直流电动机直流电动机的励磁方式他励直流电动机的基本方程式重点内容主要内容1.5电力拖动系统的运动方程式单轴拖动系统的运动方程式运动方程式中正、负号的规定拖动系统的运动状态他励直流电动机的反转1.6生产机械的负载转矩特性恒转矩负载特性恒功率负载特性通风机型负载特性1.7他励直流电动机的机械特性机械特性方程式固有机械特性和人为机械特性主要内容1.8他励直流电动机的启动直接启动电枢回路串电阻启动降低电枢电压启动1.9他励直流电动机的电气制动能耗制动反接制动回馈制动1.10他励直流电动机的调速调速指标调速方法直流调速系统使用的可控直流电源CSSSE2019/8/4第一章直流电动机5主要内容1.1直流电动机的基本工作原理与结构基本工作原理直流电动机的结构直流电动机的铭牌数据1.2直流电动机的电枢反应1.3直流电动机的电枢电动势和电磁转矩1.4直流电动机1.5电力拖动系统的运动方程式1.6生产机械的负载转矩特性1.7他励直流电动机的机械特性1.8他励直流电动机的启动1.9他励直流电动机的电气制动1.10他励直流电动机的调速CSSSE2019/8/4第一章直流电动机6电动机示意图一、基本工作原理与结构CSSSE2019/8/4第一章直流电动机7基本工作原理一、基本工作原理与结构CSSSE2019/8/4第一章直流电动机8一、基本工作原理与结构CSSSE2019/8/4第一章直流电动机9一、基本工作原理与结构基本工作原理N、S：定子磁极a、b、c、d：转子线圈首端a和末端d连接到换向器上，通过电刷连接外电路工作原理：电枢线圈通入直流电流，导体在定子磁场中受电磁力作用，产生电磁转矩，线圈在此转矩作用下旋转虽然导体中流通的电流为交变的，但是电磁转矩方向不变CSSSE2019/8/4第一章直流电动机10一、基本工作原理与结构基本结构定子：机座、主磁极、换向极、电刷装置直流电动机转子：电枢铁心、电枢绕组、换向器气隙：定、转子间的间隙CSSSE2019/8/4第一章直流电动机11一、基本工作原理与结构基本结构1.风扇2.机座3.电枢4.主磁极5.刷架6.换向器7.接线板8.出线盒9.换向极10.端盖直流电动机的结构图CSSSE2019/8/4第一章直流电动机12一、基本工作原理与结构CSSSE2019/8/4第一章直流电动机13一、基本工作原理与结构CSSSE2019/8/4第一章直流电动机14定子部分机座（磁轭）：固定部件，形成电机磁路主磁极：产生气隙磁场，由主磁极铁心和主磁极绕组（励磁绕组）组成换向极：改善换向，由换向极铁心和换向极绕组组成电刷装置：与换向器配合，将电枢绕组电路和外电路连接，并将电枢绕组中的交流量转变成电刷端的直流量主磁极示意图换向极示意图电刷装置示意图CSSSE2019/8/4第一章直流电动机15转子部分电枢铁心：形成电机磁路，安放电枢绕组电枢绕组：直流电动机的主要组成部分，产生感应电动势换向器：改善换向电枢铁心示意图换向器示意图CSSSE2019/8/4第一章直流电动机16直流电动机的铭牌数据CSSSE2019/8/4第一章直流电动机17直流电动机的铭牌数据额定运行情况：根据电机的设计和试验数据，按照国家标准规定的电机的正常运行状态和条件额定值（铭牌数据）：表征电机额定运行情况的各种数据/minNNNNPWUVIAnr额定功率：电动机转轴上输出的机械功率额定电压：电动机输入的额定电压额定电流：电动机在额定电压下，运行于额定功率时的电流值额定转速：对应于额定电压、额定电流，电动机运行于额定功率时所对应的转速CSSSE2019/8/4第一章直流电动机18主要内容1.1直流电动机的基本工作原理与结构1.2直流电动机的电枢反应直流电动机的空载磁场直流电动机的电枢磁场电枢反应1.3直流电动机的电枢电动势和电磁转矩1.4直流电动机1.5电力拖动系统的运动方程式1.6生产机械的负载转矩特性1.7他励直流电动机的机械特性1.8他励直流电动机的启动1.9他励直流电动机的电气制动1.10他励直流电动机的调速CSSSE2019/8/4第一章直流电动机19二、直流电动机的电枢反应直流电动机的磁场是由主磁极产生的励磁磁场和电枢绕组电流产生的电枢磁场合成的一个合成磁场直流电动机的运行特性在很大程度上取决于该磁场特性CSSSE2019/8/4第一章直流电动机20空载：电动机轴上不带机械负载运行此时，电枢电流等于零或近似等于零空载磁场可以认为仅仅是励磁电流通过励磁绕组产生的励磁磁通所建立1.直流电动机的空载磁场CSSSE2019/8/4第一章直流电动机21直流电动机空载时磁场分布1.极靴2.极身3.定子磁轭4.励磁线圈5.气隙6.电枢齿7.电枢磁轭动画演示1.直流电动机的空载磁场CSSSE2019/8/4第一章直流电动机22励磁磁通可以分为两大类：主磁通：同时交链励磁绕组和电枢绕组，占绝大多数漏磁通：不进入电枢绕组，经过气隙直接进入临近的磁极或磁轭，小部分主磁通是直流电动机进行电磁感应和能量转换所必需的，漏磁通只能使直流电动机效率降低主磁场在电机中的分布动画演示1.直流电动机的空载磁场CSSSE2019/8/4第一章直流电动机23直流电动机在带载运行时，电枢绕组中有电流通过，产生电枢磁场。电枢磁场在电机中的分布电枢电流的方向总是以电刷为界限划分。只要电刷固定不动，电枢磁场即静止不动电枢磁场与主磁场共同在气隙里建立合成磁场动画演示2.直流电动机的电枢磁场CSSSE2019/8/4第一章直流电动机24电枢反应：电枢磁场对主磁场的影响电枢反应对磁场的影响如下：•使磁极下的磁力线扭斜，磁通密度分布不均匀，合成磁场发生畸变•使主磁场削弱，每个磁极下的磁通发生变化合成磁场在电机中的分布动画演示3.电枢反应CSSSE2019/8/4第一章直流电动机25主要内容1.1直流电动机的基本工作原理与结构1.2直流电动机的电枢反应1.3直流电动机的电枢电动势和电磁转矩电枢电动势电磁转矩1.4直流电动机1.5电力拖动系统的运动方程式1.6生产机械的负载转矩特性1.7他励直流电动机的机械特性1.8他励直流电动机的启动1.9他励直流电动机的电气制动1.10他励直流电动机的调速CSSSE2019/8/4第一章直流电动机261.直流电动机的电枢电动势电枢绕组在磁场中转动时产生的感应电动势电枢电动势：直流电动机正、负电刷之间的感应电动势计算方法：电枢电动势即为每条支路里的感应电动势，可先求出一根导体在一个极距范围内切割气隙磁通密度的平均感应电动势，再乘以一条支路里总的导体数即为电枢电动势三、电枢电动势和电磁转矩CSSSE2019/8/4第一章直流电动机271.直流电动机的电枢电动势260260aaaaaaaeBLvBBBLBLnvppnLnep一根导体中的感应电动势为一个主磁极下的平均气隙磁通密度与每极主磁通之间满足，即线速度为极距；为极对数；为电枢转速；为导体有效长度可得三、电枢电动势和电磁转矩CSSSE2019/8/4第一章直流电动机281.直流电动机的电枢电动势'''26600eaeeeeapNNpNEenCnCnaCaNaCCa每条支路中的感应电动势为电动势常数，仅与电动机结构有关为电枢导体总数；为电枢并联支路对数三、电枢电动势和电磁转矩CSSSE2019/8/4第一章直流电动机292.直流电动机的电磁转矩电磁转矩：通电的电枢绕组在磁场中受到的电磁力与电动机电枢铁心半径之积称为电磁转矩222aaadadaafBLiIiaIDTfpD一根导体在磁场中所受电磁力为一根导体中流过的电流为电枢总电流一根电枢导体产生的电磁转矩为电枢铁心直径三、电枢电动势和电磁转矩CSSSE2019/8/4第一章直流电动机302.直流电动机的电磁转矩制造好的直流电动机其电磁转矩仅与电枢电流和气隙磁通成正比'222222224aaaddemadTdTddaDDNfNBLiIIIDDpBLNLNNaLaTNTpIaCCaNII总的电磁转矩三、电枢电动势和电磁转矩CSSSE2019/8/4第一章直流电动机312.直流电动机的电磁转矩''''''29.559.55TTTTeTeTepNCaCCAWbNmCCCCCC为转矩常数，仅与电动机结构有关当电枢电流单位为，磁通单位为时，电磁转矩单位为、均为电动机结构常数，两者之间的数量关系为三、电枢电动势和电磁转矩CSSSE2019/8/4第一章直流电动机32主要内容1.1直流电动机的基本工作原理与结构1.2直流电动机的电枢反应1.3直流电动机的电枢电动势和电磁转矩1.4直流电动机直流电动机的励磁方式他励直流电动机的基本方程式1.5电力拖动系统的运动方程式1.6生产机械的负载转矩特性1.7他励直流电动机的机械特性1.8他励直流电动机的启动1.9他励直流电动机的电气制动1.10他励直流电动机的调速CSSSE2019/8/4第一章直流电动机33直流电动机的励磁方式他励、并励、串励、复励他励直流电动机的基本方程式电动势平衡方程式、转矩平衡方程式、功率平衡方程式四、他励直流电动机CSSSE2019/8/4第一章直流电动机34根据直流电动机励磁绕组和电枢绕组与电源连接关系的不同，直流电动机可分为他励式并励式串励式复励式1.直流电动机的励磁方式CSSSE2019/8/4第一章直流电动机351.直流电动机的励磁方式CSSSE2019/8/4第一章直流电动机36电动势平衡方程式dadaUEIRUIER：电枢两端电压：电枢电流：电枢电动势：电枢电阻2.他励直流电动机的基本方程式CSSSE2019/8/4第一章直流电动机37转矩平衡方程式00lemmleTTTTTT：电磁转矩：负载转矩：空载转矩2.他励直流电动机的基本方程式CSSSE2019/8/4第一章直流电动机38功率平衡方程式122cuacubcufemcuacubcufwFeadPPPPPPPPPPPPPP直流电动机功率流图2.他励直流电动机的基本方程式CSSSE2019/8/4第一章直流电动机39主要内容1.1直流电动机的基本工作原理与结构1.2直流电动机的电枢反应1.3直流电动机的电枢电动势和电磁转矩1.4直流电动机1.5电力拖动系统的运动方程式单轴拖动系统的运动方程式运动方程式中正、负号的规定拖动系统的运动状态他励直流电动机的反转1.6生产机械的负载转矩特性1.7他励直流电动机的机械特性1.8他励直流电动机的启动1.9他励直流电动机的电气制动1.10他励直流电动机的调速CSSSE2019/8/4第一章直流电动机40电力拖动系统是由电动机拖动生产机械系统，生产机械称为电动机的负载。电源控制设备电动机传动机构生产机械电力拖动系统组成示意图五、电力拖动系统的运动方程式CSSSE2019/8/4第一章直流电动机41单轴拖动系统：电动机输出直接拖动生产机械运转的系统2llFNFFNmkgmaamsF牛顿第二定律直线运动：拖运动方程式动力：阻力：物体的质量：物体获得的加速度1.单轴拖动系统的运动方程式CSSSE2019/8/4第一章直流电动机422elmlemTNmTNmradsJkdTTtgdmJ旋转运动：电动机的拖动转矩电磁转矩：生产机械的阻力运动矩负载转矩：拖动系统的旋转角速度：拖动系统的转动惯量方程式whatlvdvFFmdtms：物体运动的线速度1.单轴拖动系统的运动方程式CSSSE2019/8/4第一章直流电动机43222224mkgGNgmsG