《电机驱动与调速》第03讲（直流电机机械特性）.ppt

学学会会学学习习学学到到技技能能第第 3 3 讲讲项目项目1 1 直流电动机及其驱动直流电动机及其驱动 任务任务1 1 直流电动机直流电动机情景情景3 3 直流电机的电磁转矩与机械特性直流电机的电磁转矩与机械特性教学目标教学目标 1.1.熟悉熟悉直流电动机的电磁转矩；直流电动机的电磁转矩；2.2.掌握掌握直流电机的机械特性。直流电机的机械特性。教学重点教学重点 直流电动机的电磁转矩直流电动机的电磁转矩教学难点教学难点 机械特性机械特性教学方法教学方法 探究式、演示、情境交融、启发互动式教学法探究式、演示、情境交融、启发互动式教学法教学手段教学手段 多媒体教学、动画演示教学多媒体教学、动画演示教学作业布置作业布置 作业题作业题1-1-3 32教学过程：教学过程：情景情景3 3 直流电动机的电磁转矩与机械特性直流电动机的电磁转矩与机械特性 1 1、直流电动机的电枢电动势和电磁转矩、直流电动机的电枢电动势和电磁转矩 （1 1）电枢电动势）电枢电动势 电枢绕组中的感应电动势称为电枢电动势。电枢电动势是指直流电机正、电枢绕组中的感应电动势称为电枢电动势。电枢电动势是指直流电机正、负电刷之间的感应电动势，也就是每个支路里的感应电动势。负电刷之间的感应电动势，也就是每个支路里的感应电动势。电枢感应电动势计算公式为电枢感应电动势计算公式为 N N为电枢绕组，为电枢绕组，p p为磁极对数，为磁极对数，a a为电枢绕组并联支路数；电动势常数为电枢绕组并联支路数；电动势常数CECE仅取仅取决于电机结构。磁通决于电机结构。磁通 的单位为的单位为WbWb，转速，转速n n为为r/minr/min，感应电动势，感应电动势EaEa为为V V。可见可见直流电机的感应电动势与电机结构、气隙磁通和电机转速有关直流电机的感应电动势与电机结构、气隙磁通和电机转速有关。3 （2 2）直流电动机的电磁转矩）直流电动机的电磁转矩 直流电机运行时，其电枢中产生感应电动势和电磁转矩。直流电机运行时，其电枢中产生感应电动势和电磁转矩。电动运行时，电磁转矩为拖动转矩，通过电机轴带动负载，电电动运行时，电磁转矩为拖动转矩，通过电机轴带动负载，电枢感应电动势为反向电动势与电枢所加外电压相平衡；枢感应电动势为反向电动势与电枢所加外电压相平衡；发电运行时，电磁转矩为阻转矩，电枢感应电动势为正向电动发电运行时，电磁转矩为阻转矩，电枢感应电动势为正向电动势向外输出电压，供给直流负载。势向外输出电压，供给直流负载。电枢绕组流过电枢电流产生的电磁力与电机电枢铁心半径之积电枢绕组流过电枢电流产生的电磁力与电机电枢铁心半径之积称为电磁转矩。电磁转矩计算公式为称为电磁转矩。电磁转矩计算公式为 电枢电流电枢电流IaIa的单位为的单位为A A，电磁转矩，电磁转矩T T的单位为的单位为N.mN.m。直流电机电磁转矩与电枢电流和气隙磁通成正比。直流电机电磁转矩与电枢电流和气隙磁通成正比。4 2 2、直流电动机的机械特性、直流电动机的机械特性 （1 1）固有机械特性）固有机械特性 他他励励直直流流电电动动机机的的机机械械特特性性指指在在一一定定电电压压和和励励磁磁电电流流条条件件下下，电磁转矩与转速的关系。电磁转矩与转速的关系。直流电机的转速表达式为直流电机的转速表达式为 转矩的表达式为转矩的表达式为T=CT=CM MIaIa，可得直流电机的机械特性表达式，可得直流电机的机械特性表达式5 固有机械特性曲线如图固有机械特性曲线如图1-101-10所示。所示。其中其中n n0 0叫做理想空载转速，叫做理想空载转速，叫做机械特性的斜率。叫做机械特性的斜率。RaRa很小故很小故小，可见小，可见直流电动机固有机械特性硬直流电动机固有机械特性硬。图图1-10 1-10 固有机械特性固有机械特性 图图1-11 1-11 串接电阻机械特性串接电阻机械特性 6 （2 2）人为机械特性）人为机械特性 1 1）电枢回路串入电阻）电枢回路串入电阻R R 机械特性变为如下的形式机械特性变为如下的形式 机械特性曲线如图机械特性曲线如图1-111-11所示。所示。可见电枢回路中可见电枢回路中串入一个电阻串入一个电阻后，理想空载转速后，理想空载转速n n0 0保持不变；保持不变；机械特性斜率机械特性斜率增加，增加，特性变软特性变软；随；随R R增大，转速降增大，转速降nn增大，特性增大，特性变得更软。变得更软。7 2 2）改变电压）改变电压U U 改变电压时的机械特性方程为改变电压时的机械特性方程为 改变电压改变电压U U时的机械特性曲线如图时的机械特性曲线如图1-121-12所示。所示。图图1-12 1-12 改变电压机械特性改变电压机械特性 图图1-131-13弱磁机械特性弱磁机械特性 比较发现，改变电枢电压时，空载转速比较发现，改变电枢电压时，空载转速n n0 0随电压降低而降低，斜率保持不变。随电压降低而降低，斜率保持不变。可见可见改变电压时的人为机械特性是与固有机械特性平行的一簇斜线改变电压时的人为机械特性是与固有机械特性平行的一簇斜线。8 3 3）弱磁）弱磁 在额定磁通下运行时直流电机已经接近饱和，改变磁通实际上在额定磁通下运行时直流电机已经接近饱和，改变磁通实际上是减弱磁通。对他励直流电动机，具体方法是在励磁回路中串接电是减弱磁通。对他励直流电动机，具体方法是在励磁回路中串接电阻来达到减弱磁通的目的。阻来达到减弱磁通的目的。弱磁时的机械特性方程为弱磁时的机械特性方程为 减弱磁通减弱磁通时的机械特性曲线如图时的机械特性曲线如图1-131-13所示。所示。减弱磁通减弱磁通空载转速空载转速n n0 0升高，机械特性斜率升高，机械特性斜率随磁通的减小而随磁通的减小而增大，起动转矩随磁通的减弱而减小增大，起动转矩随磁通的减弱而减小。910