电枢串联电阻时的人为机械特性课件.ppt
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- 电枢 串联 电阻 人为 机械 特性 课件
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1、1重庆大学自动化学院重庆大学自动化学院2直流电机复习直流电机复习直流电机框架直流电机框架34一、直流电动机的工作原理和结构一、直流电动机的工作原理和结构安培定律(电磁力定律)安培定律(电磁力定律)载流导体在磁场中受到的力载流导体在磁场中受到的力表达式为:表达式为:电机的工作要求:电机的工作要求:能够产生大小方向可以稳定的转矩。能够产生大小方向可以稳定的转矩。因此因此,直流电机工作条件直流电机工作条件: 磁场:需要产生磁场磁场:需要产生磁场 通电线圈:对通电线圈的要求通电线圈:对通电线圈的要求FBil 直流电机的磁场直流电机的磁场 励磁方式励磁方式供给励磁绕组电流而产生励磁磁动势的方式供给励磁绕
2、组电流而产生励磁磁动势的方式 不管哪种励磁方式,直流电机的磁场是通过直流电产生的不管哪种励磁方式,直流电机的磁场是通过直流电产生的磁场,磁场,其大小和空间分布是固定不变的。其大小和空间分布是固定不变的。 电枢反应:电枢反应:负载电流所产生的磁场对励磁磁场的影响。负载电流所产生的磁场对励磁磁场的影响。5/2 通电绕组:通电绕组:6 对通电绕组通电的要求:对通电绕组通电的要求: 要求转矩的大小方向不变,要求绕组中的电流方要求转矩的大小方向不变,要求绕组中的电流方向与线圈位置有关向与线圈位置有关 因此电枢线圈中电流为交流,直流电动机电枢线因此电枢线圈中电流为交流,直流电动机电枢线圈产生的电势为交流,
3、其方向与电流方向相反。圈产生的电势为交流,其方向与电流方向相反。 通电线圈:处于相同极性磁极下的导体所受电磁力通电线圈:处于相同极性磁极下的导体所受电磁力的方向保持不变,亦即相同极性磁极下导体中电流的方向保持不变,亦即相同极性磁极下导体中电流方向不变;方向不变;-所以线圈处于不同磁极下电流方向所以线圈处于不同磁极下电流方向需要相应变化需要相应变化78主磁极主磁极换向磁极换向磁极电刷装置电刷装置机座机座端盖端盖磁极铁心磁极铁心励磁绕组励磁绕组电刷电刷刷握刷握绝缘支架绝缘支架压紧力调整装置压紧力调整装置转子转子定子定子直直流流电电机机转转 轴轴电枢铁心电枢铁心电枢绕组电枢绕组换换 向向 器器9直流
4、电动机工作原理的几点结论直流电动机工作原理的几点结论 外施电压、电流是直流电,电枢线圈内电流是交外施电压、电流是直流电,电枢线圈内电流是交流电;流电; 线圈是旋转的,电枢电流是交变的。电枢电流产线圈是旋转的,电枢电流是交变的。电枢电流产生的磁场在空间上是恒定不变的;生的磁场在空间上是恒定不变的;10直流电机工作原理的特点直流电机工作原理的特点不管是直流电动机还是直流发电机,都需要一个不管是直流电动机还是直流发电机,都需要一个空间分布不变的磁场;空间分布不变的磁场;电枢绕组中必须有多个线圈,线圈之间通过串联电枢绕组中必须有多个线圈,线圈之间通过串联形成一个无头无尾的闭合回路;形成一个无头无尾的闭
5、合回路;电机结构中必须有换向器和电刷,电刷放置在电电机结构中必须有换向器和电刷,电刷放置在电势最小的线圈位置;势最小的线圈位置;通过电刷,电枢绕组形成两条并联的支路,而且通过电刷,电枢绕组形成两条并联的支路,而且线圈内流过的电流为交流;线圈内流过的电流为交流; 11额定功率额定功率(PN,kW )额定条件下电机所能提供的功率额定条件下电机所能提供的功率电动机电动机指轴上输出的指轴上输出的机械功率机械功率发电机发电机指电刷间输出的指电刷间输出的额定电功率额定电功率额定电压额定电压(UN,V)在额定工况下,电机出线端的平均在额定工况下,电机出线端的平均电压电压发电机发电机是指输出额定电压;是指输出
6、额定电压;电动机电动机是指输入额定电压。是指输入额定电压。二、直流电机的额定值二、直流电机的额定值 三、电机的运行三、电机的运行 改变电枢电压的运行变化过程改变电枢电压的运行变化过程 改变电枢电阻的运行变化过程改变电枢电阻的运行变化过程 改变励磁磁场的运行变化过程改变励磁磁场的运行变化过程 改变负载转矩的运行变化过程改变负载转矩的运行变化过程 运行状态的分析方法:运行状态的分析方法:物理量的变化、机械特性物理量的变化、机械特性的表示。的表示。1213分析分析14四、直流电机的电动势和电磁转矩公式四、直流电机的电动势和电磁转矩公式eTaTCIaeECn 以上公式就回答了有电流就一定会有转矩,以上
7、公式就回答了有电流就一定会有转矩,有转速就一定会有电势有转速就一定会有电势 剩下的问题就是:剩下的问题就是:转矩与转速的关系,电流转矩与转速的关系,电流与电势的关系。与电势的关系。15五、直流电机的基本方程式(稳态、他励)五、直流电机的基本方程式(稳态、他励)1. 电动势平衡方程式电动势平衡方程式aaaUER IaEMUaIeT0T2TnfIfUe20dTTTJdt2. 转矩平衡方程式转矩平衡方程式16 直流电动机的功率平衡方程式直流电动机的功率平衡方程式 Pe为转换成机械功率的电磁功率为转换成机械功率的电磁功率(机械能)(机械能) pCua=Ia2Ra为电枢回路上的为电枢回路上的铜耗,也称可
8、变损耗铜耗,也称可变损耗 pc为电刷为电刷接触损耗接触损耗3. 功率平衡方程式功率平衡方程式第六节第六节 直流电机的运行原理直流电机的运行原理12(2)(2)aaacaaaaaacaeCuacPUIUII RUEIE II RU IPpp 17 pFe为电机铁耗为电机铁耗 pmech为机械损耗为机械损耗 pFe+ pmech为空载损耗,也称为空载损耗,也称不变损耗不变损耗 P2输出机械功率输出机械功率20202()eeFemechPTTTPpPpp 0Femechppp18pCuapmech六、直流电机的功率流程图六、直流电机的功率流程图直流拖动与应用直流拖动与应用1922d60375 dzn
9、GDnTTt GD2飞轮惯量(飞轮惯量(Nm2),),GD2=4gJ 机械惯性机械惯性 反映在系统的飞轮反映在系统的飞轮惯量上,使转速不能突变惯量上,使转速不能突变 20直流拖动与应用直流拖动与应用 1.恒转矩负载特性恒转矩负载特性负载转矩负载转矩Tz 与转速与转速n 大小大小无无关的特性关的特性 反抗性反抗性(反作用)(反作用)恒转矩负载特性的特点恒转矩负载特性的特点转矩转矩Tz 总与运动方向相反,位于一三象限(金属压延机构、总与运动方向相反,位于一三象限(金属压延机构、机床平移机构等)机床平移机构等) 位能性恒转矩负载特性的特点位能性恒转矩负载特性的特点转矩转矩Tz具有固定的方具有固定的方
10、向,由拖动某些具有位能的部件造成,位于一四象限向,由拖动某些具有位能的部件造成,位于一四象限七、负载特性七、负载特性 nTznTz21 通风机转矩负载特性通风机转矩负载特性转矩转矩与转速大小有关,基本上与转与转速大小有关,基本上与转速的平方成正比速的平方成正比 2、通风机负载特性、通风机负载特性 2KnTz22 恒功率负载转矩特性恒功率负载转矩特性负载转矩基本上与转速负载转矩基本上与转速成反比,功率基本不变成反比,功率基本不变(如车床等如车床等) 3、恒功率负载特性、恒功率负载特性 nKTz12609.559.55zzzznPTTT nKK23 R电枢回路总电阻电枢回路总电阻 Ce电动是常数电
11、动是常数 CT转矩常数转矩常数TCCRCUnTee2八、直流电动机的机械特性八、直流电动机的机械特性 24 机械特性的特点机械特性的特点 机械特性是一条向下倾机械特性是一条向下倾斜的直线斜的直线 斜率越大,速度降落越斜率越大,速度降落越大,机械特性越软大,机械特性越软 几个关键点几个关键点 理想空载点理想空载点(0,n0) 实际空载点实际空载点(T0 , n0) 额定工作点额定工作点(TN,nN ) 起动点起动点(Tst,0)机械特性小结机械特性小结TCCRCUnTee2 机械特性的定义机械特性的定义电动机的转速电动机的转速n与电磁转矩与电磁转矩T 的关系的关系 n=f(T) 固有机械特性固有
12、机械特性当他励电动机电压及磁通均为当他励电动机电压及磁通均为额定值,电枢没有串联电阻时的机械特性额定值,电枢没有串联电阻时的机械特性人为机械特性人为机械特性 通过改变电动机参数获得的机通过改变电动机参数获得的机械特性械特性 电枢串联电阻时的人为机械电枢串联电阻时的人为机械特性(典型特点)特性(典型特点) 改变电压时的人为机械改变电压时的人为机械特性特性(典型特点(典型特点) 减弱电动机磁通时的人为机械减弱电动机磁通时的人为机械特性特性(典型特点(典型特点)25 电枢串联电阻时的人为机械特性(典型特点)电枢串联电阻时的人为机械特性(典型特点)26RaRa+R27 电力拖动系统稳定运行的充分必要条
13、件:电力拖动系统稳定运行的充分必要条件: 必要条件必要条件机械特性和负载转矩特性有交点机械特性和负载转矩特性有交点 T=Tz 充分条件充分条件在交点对应的转速之上在交点对应的转速之上TTz 记忆方式:记忆方式:在交点之上要降下来,必须负载转矩大;在交点之上要降下来,必须负载转矩大;在交点之下,要升上去,必须电磁转矩大。在交点之下,要升上去,必须电磁转矩大。九、稳定性判据九、稳定性判据 28 起动存在的问题起动存在的问题电流大、转矩大电流大、转矩大 解决方法解决方法降压起动、串阻起动降压起动、串阻起动十、直流电动机的起动十、直流电动机的起动 291.能耗制动的含义、实现方法、实现的过程(需要能耗
14、制动的含义、实现方法、实现的过程(需要注意串联电阻的计算方法)注意串联电阻的计算方法)十一、直流电动机的制动十一、直流电动机的制动 ABC2azeTRRnTC C 302. 转速反向的反接制动的实现、特点、电阻计算转速反向的反接制动的实现、特点、电阻计算RaRa+R313. 电枢反接的反接制动的实现、特点、电阻计算电枢反接的反接制动的实现、特点、电阻计算324. 回馈制动回馈制动电机额定电流为70A,电动机带动一个位能负载,在固有特性上作回馈制动下放,Ia=60A, 求电动机反向下放转速。33制动部分小结:制动部分小结: 1.对反抗性负载而言:能耗制动能够准确实现停对反抗性负载而言:能耗制动能
15、够准确实现停车;车; 2.对位能性负载而言,所有制动过程都需要在转对位能性负载而言,所有制动过程都需要在转速接近零时断开电机;速接近零时断开电机; 3.能耗制动运行在一、二、四象限能耗制动运行在一、二、四象限 4.电压反向的反接制动运行一、二、三、四象限,电压反向的反接制动运行一、二、三、四象限,且稳定运行转速大于理想空载转速。且稳定运行转速大于理想空载转速。 5.转速反向的反接制动运行于一、四象限,只对转速反向的反接制动运行于一、四象限,只对位能性负载有效。位能性负载有效。 6.所有制动过程中,电压反向的反接制动减速最所有制动过程中,电压反向的反接制动减速最快。快。 7.能耗制动、电压反向的
16、反接制动受最大允许电能耗制动、电压反向的反接制动受最大允许电流的限制。流的限制。341.调速方法调速方法十二、直流电动机的调速十二、直流电动机的调速 2. 各种调速方法的特点各种调速方法的特点改变改变Ua调压调速,从额定转速向下调速调压调速,从额定转速向下调速改变励磁磁通改变励磁磁通在减弱磁通时调速,称弱磁调速在减弱磁通时调速,称弱磁调速改变电枢电阻改变电枢电阻串阻调速,从额定转速向下调速串阻调速,从额定转速向下调速3536A AB B3721NA AB B直流电机小结直流电机小结 电枢串电阻:可以用于起动、调速、转速反向的电枢串电阻:可以用于起动、调速、转速反向的反接制动;反接制动; 所以的
17、变化过程都可以从两个方面进行描述:状所以的变化过程都可以从两个方面进行描述:状态量的变化和机械特性线的表示态量的变化和机械特性线的表示 机械特性:定义、固有机械特性、人为机械特性机械特性:定义、固有机械特性、人为机械特性 直流电机运行过程中需要注意电枢电流的控制。直流电机运行过程中需要注意电枢电流的控制。3839 测试题:测试题: 1、直流电动机电枢绕组中流过的电流是直流还、直流电动机电枢绕组中流过的电流是直流还是交流(是交流( )。)。 2、直流电动机电枢绕组的作用是、直流电动机电枢绕组的作用是( )。)。 3、直流电机电枢反应的结果是(、直流电机电枢反应的结果是( )和)和( ) 。 4、
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