直流电机篇.ppt

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1、直流电机篇直流电机篇第第5 5章章 直流电机的运行分析直流电机的运行分析第第6 6章章 直流电机的运行特性直流电机的运行特性 本篇主要讨论直流电机的基本结构和工作原理，讨论本篇主要讨论直流电机的基本结构和工作原理，讨论直流电机的磁场分布、感应电动势、电磁转矩、电枢反应直流电机的磁场分布、感应电动势、电磁转矩、电枢反应及影响、换向及改善换向方法，从应用角度分析直流发电及影响、换向及改善换向方法，从应用角度分析直流发电机的运行特性和直流电动机的工作特性。机的运行特性和直流电动机的工作特性。第第4 4章章 直流电机概览直流电机概览直流电机直流电机 本篇主要内容本篇主要内容l直流电机的工作原理和基本结

2、构直流电机的工作原理和基本结构l直流电枢绕组（直流电枢绕组（难点难点）l空载和负载时直流电机的磁场（空载和负载时直流电机的磁场（难点难点重点重点）l直流电机的感应电动势和电磁转矩（直流电机的感应电动势和电磁转矩（重点重点）l直流电机的基本方程（直流电机的基本方程（重点重点）l直流发电机的运行特性（直流发电机的运行特性（重点重点）l直流电动机的运行特性（直流电动机的运行特性（重点重点）l直流电动机的起动、调速和制动直流电动机的起动、调速和制动直流电机直流电机 直流电机概览直流电机概览4.1 直流电机的用途和基本工作原理直流电机的用途和基本工作原理 4.2 直流电机的结构直流电机的结构4.3 直流

3、电机的励磁方式直流电机的励磁方式返回4.4 直流电机的额定值直流电机的额定值直流电机直流电机 4.1 直流电机的工作直流电机的工作原理和基本结构原理和基本结构1.直流电机的用途直流电机的用途2.直流电机的基本结构直流电机的基本结构直流电机直流电机 4.1.1 直流电机的用途直流电机的用途l优点优点调速范围宽广、调速范围宽广、平滑、经济；平滑、经济；过载、起动、过载、起动、制动转矩大。制动转矩大。直流发电机把机械能转化为电能；直流发电机把机械能转化为电能；直流电动机把电能转化为机械能。直流电动机把电能转化为机械能。直流电动机的特点：直流电动机的特点：l缺点缺点结构复杂、成结构复杂、成本高；本高；

4、可靠性较差。可靠性较差。直流电机直流电机 4.1.2 直流电机的工作原理直流电机的工作原理l直流直流发电机发电机的原理的原理l直流直流电动机电动机的原理的原理D.C.Generator&Motor直流电机直流电机 1 1、直流电动势的产生直流电动势的产生电磁感应定律：电磁感应定律：满足右手定则满足右手定则为随时间正负交变的电动势结论：结论：直流电机直流电机 结论：结论：为脉动的直流电动势。为脉动的直流电动势。由于旋转电刷和静止换向器的由于旋转电刷和静止换向器的作用作用，直流电机直流电机 2 2、平均电磁转矩的产生平均电磁转矩的产生电磁力定律：电磁力定律：满足左手定则满足左手定则以单线圈简化模型

5、为例，进行以单线圈简化模型为例，进行分析。分析。显然，在电刷间接入直流电源后，显然，在电刷间接入直流电源后，在线圈中就有直流电流流过。在线圈中就有直流电流流过。直流电机直流电机 直流电机换向器将外部的直流电变成了内部交替变化的直流电机换向器将外部的直流电变成了内部交替变化的电流。电流。图中电刷相对于磁极的位置保证了，无论线圈边处在图中电刷相对于磁极的位置保证了，无论线圈边处在N N极下，还是极下，还是S S极下，线圈电流均产生逆时针方向的电磁极下，线圈电流均产生逆时针方向的电磁力矩，从而使转子获得了一个固定方向的电磁转矩。力矩，从而使转子获得了一个固定方向的电磁转矩。直流电机直流电机 要点小结

6、要点小结l单个线圈中，电动势是单个线圈中，电动势是交变交变的；的；l通过换向器与电刷的配合，可以将交流电通过换向器与电刷的配合，可以将交流电通过机械通过机械“整流整流”的作用，转换成脉动的的作用，转换成脉动的直直流电流电；l为了为了减小脉动减小脉动影响，实际的电枢绕组由多影响，实际的电枢绕组由多个线圈串联构成。个线圈串联构成。直流电机直流电机 4.2 直流电机的基本结构直流电机的基本结构直流电机直流电机 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电枢绕组电枢绕组电枢铁心电枢铁心换向器换向器转轴转轴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

7、紧力调整装置定子定子转子转子直直流流电电机机（产生励（产生励（产生励（产生励 磁磁场）磁磁场）磁磁场）磁磁场）（产生电动势，流过电（产生电动势，流过电（产生电动势，流过电（产生电动势，流过电流，产生电磁转矩）流，产生电磁转矩）流，产生电磁转矩）流，产生电磁转矩）直流电机直流电机 直流电机的基本结构直流电机的基本结构风扇机座电枢铁心和绕组主磁极电刷换向器接线板接线盒励磁绕组端盖直流电机直流电机 更多的直流电机更多的直流电机直流电机直流电机 励磁绕组、换向器、电刷励磁绕组、换向器、电刷直流电机直流电机 励磁方式励磁方式IfUEaI+-IaUEa,IaI+-UfIf+-IfEaI+-IaUIaEaI

8、=If+-U并励并励串励串励复励复励他励他励自励自励Ia=IIa=I+IfIa=I=IfIa=I+If电枢：电枢：Armature磁场：磁场：FieldU=Uf4.3直流电机直流电机 4.4 直流电机的额定值直流电机的额定值l额定功率额定功率PN（W，kW）l额定电压额定电压UN（V，kV）l额定电流额定电流IN（A，kA）l额定转速额定转速nN（r/min）l额定励磁电压额定励磁电压UfN（V，kV）额定状态下电机的额定状态下电机的输出输出功率功率发电机：发电机：PN=UNIN（电功率）（电功率）电动机：电动机：PN=UNINN（机械功率）（机械功率）额定效率额定效率N额定转矩额定转矩TN直

9、流电机直流电机 额定条件下电机额定条件下电机所能提供的功率所能提供的功率指电刷间输出的指电刷间输出的额定电功率额定电功率发电机发电机指轴上输出指轴上输出的机械功率的机械功率电动机电动机发电机：是指输出额定电压；发电机：是指输出额定电压；电动机：是指输入额定电压。电动机：是指输入额定电压。在额定工况下，电机在额定工况下，电机出线端的平均电压出线端的平均电压在额定电压下，运行于在额定电压下，运行于额定功率时对应的电流额定功率时对应的电流在额定电压、额定电流下，运在额定电压、额定电流下，运行于额定功率时对应的转速行于额定功率时对应的转速.对应于额定电压、额定电流、额对应于额定电压、额定电流、额定转速

10、及额定功率时的励磁电流定转速及额定功率时的励磁电流电机铭牌上还标有其它数电机铭牌上还标有其它数据，如励磁电压、出厂日据，如励磁电压、出厂日期、出厂编号等。期、出厂编号等。直流电机直流电机 第第5章章 直流电机的运行分析直流电机的运行分析5.2 直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组5.3 电枢绕组的感应电动势与电机的电磁转矩电枢绕组的感应电动势与电机的电磁转矩5.4 直流电机的基本方程式直流电机的基本方程式5.5 直流电机的换向问题直流电机的换向问题5.1 直流电机的磁场直流电机的磁场直流电机直流电机 l空载时直流电机的气隙磁场空载时直流电机的气隙磁场l负载时的电枢磁动势和电枢反应负载时的电枢磁

11、动势和电枢反应分析思路分析思路基本概念基本概念交轴电枢磁动势交轴电枢磁动势交轴电枢反应（交轴电枢反应（重点重点难点难点）直轴电枢磁动势直轴电枢磁动势直轴电枢反应直轴电枢反应5.1 直流电机的磁场直流电机的磁场直流电机直流电机 5.1.1 空载时直流电机的气隙磁场空载时直流电机的气隙磁场l空载磁场空载磁场：当电枢电流为零或很小：当电枢电流为零或很小时，由励磁电流单独建立的磁场。时，由励磁电流单独建立的磁场。空载磁通用空载磁通用m表示。表示。m0fl主磁通主磁通：经过气隙，同时交链励磁：经过气隙，同时交链励磁绕组和电枢绕组的磁通，用绕组和电枢绕组的磁通，用0表示，表示，它是机电能量转换的桥梁它是机

12、电能量转换的桥梁。l漏磁通漏磁通：不经过气隙，仅与励磁绕：不经过气隙，仅与励磁绕组交链的磁通，用组交链的磁通，用f表示。它不参表示。它不参与机电能量转换。与机电能量转换。l主磁场分布主磁场分布：气隙磁密在一个极下：气隙磁密在一个极下按按平顶波平顶波规律分布。规律分布。m直流电机直流电机 直流电机的磁化曲线直流电机的磁化曲线OF00FF0 0FF a ab bc c磁化曲线磁化曲线气隙线气隙线I If f直流电机直流电机 5.1.2 负载时电枢电流的磁场负载时电枢电流的磁场分析思路分析思路电枢电流电枢电流ia电枢磁动势电枢磁动势fa电枢磁场电枢磁场ba空载磁场空载磁场b0气隙合成磁场气隙合成磁场

13、b电枢反应电枢反应直流电机直流电机 负载时的电枢磁动势和电枢反应负载时的电枢磁动势和电枢反应分析思路（图解）分析思路（图解）励磁电流形成的磁场励磁电流形成的磁场电枢电流形成的磁场电枢电流形成的磁场负载时的磁场负载时的磁场直流电机直流电机 负载时的电枢磁动势和电枢反应负载时的电枢磁动势和电枢反应几个基本概念几个基本概念电枢磁动势：电枢电流产生的磁动势。电枢磁动势：电枢电流产生的磁动势。电枢反应：电枢磁动势对主磁场的影响。电枢反应：电枢磁动势对主磁场的影响。直轴（直轴（d轴）：主极轴线。轴）：主极轴线。dq交轴（交轴（q轴）：与直轴正交的轴线。轴）：与直轴正交的轴线。几何中性线：相邻两主极之间的几

14、何中性线：相邻两主极之间的中心线，也就是交轴。中心线，也就是交轴。物理中性线：电枢圆周上通过圆物理中性线：电枢圆周上通过圆心和磁通密度为心和磁通密度为0点的直线。点的直线。几何几何中性线中性线物理物理中性线中性线Direct AxisQuadrature Axis直流电机直流电机 线负荷线负荷 Line Load设：电刷位于几何中性线，设：电刷位于几何中性线，电枢绕组流过电流电枢绕组流过电流ia，则：电枢磁动势只有交轴分量。则：电枢磁动势只有交轴分量。线负荷线负荷：电枢圆周表面单位长度：电枢圆周表面单位长度上的安培导体数。上的安培导体数。I Ia a2 2a a=i ia a直流电机直流电机

15、5.1.3 交轴电枢磁动势交轴电枢磁动势fa(x)ba(x)结论：结论：l电枢磁动势电枢磁动势是一个是一个三三角形波角形波，其轴线位置，其轴线位置与电刷的轴线位置重与电刷的轴线位置重合。合。l电枢磁动势波形的位电枢磁动势波形的位置在空间保持不变。置在空间保持不变。l当电刷位于几何中性当电刷位于几何中性线上时，电枢磁动势线上时，电枢磁动势为为交轴电枢磁动势交轴电枢磁动势。l交轴电枢磁密是一个交轴电枢磁密是一个马鞍形波马鞍形波。直流电机直流电机 交轴电枢反应交轴电枢反应Quadrature Axis Armature Reaction交轴电枢反应交轴电枢反应交轴电枢磁动势对主磁场的影响交轴电枢磁动

16、势对主磁场的影响直流电机直流电机 b0ba(x)b(x)O交轴电枢反应（交轴电枢反应（2）Q-Axis Armature Reaction结论结论1：每个主极下，主磁场一半被：每个主极下，主磁场一半被削弱削弱、另一半被、另一半被加强加强，交轴电枢反应使气隙磁场交轴电枢反应使气隙磁场b发生发生畸变畸变，物理中性线，物理中性线偏离偏离几何几何中性线一个中性线一个角度。角度。结论结论2：对：对发电机发电机，物理中性线，物理中性线顺着顺着电机的旋转方向偏离几电机的旋转方向偏离几何中性线一个何中性线一个角度；对角度；对电动机电动机，物理中性线，物理中性线逆着逆着电机的旋电机的旋转方向偏离几何中性线一个转

17、方向偏离几何中性线一个角度。角度。结论结论3：不计铁心饱和时，主磁场一半被削弱、另一半被加：不计铁心饱和时，主磁场一半被削弱、另一半被加强，去磁作用与助磁作用恰好相等，使得强，去磁作用与助磁作用恰好相等，使得每极总磁通量不变每极总磁通量不变，0。结论结论4：考虑铁心饱和时，交轴电枢反应的去磁作用大于助：考虑铁心饱和时，交轴电枢反应的去磁作用大于助磁作用，使得磁作用，使得每极总磁通量略有减小每极总磁通量略有减小，U；电动机状态：电动机状态：EaU（发电机）发电机）EaU（电动机）电动机）直流电机直流电机 5.5 直流电机的换向问题直流电机的换向问题 为了分析方便假定换向片的宽度等于为了分析方便假

18、定换向片的宽度等于电刷的宽度。电刷的宽度。直流电机的某一个元件经过电刷，从一条支路换到另一条直流电机的某一个元件经过电刷，从一条支路换到另一条支路时支路时,元件里的电流方向改变，即元件里的电流方向改变，即换向换向。电枢移到电刷与换向片电枢移到电刷与换向片2 2接触时，元接触时，元件件1 1的被短路，电流被分流。的被短路，电流被分流。电刷与换向片电刷与换向片1 1接触时，元件接触时，元件1 1 中的中的电流方向如图所示，大小为电流方向如图所示，大小为 。电刷仅与换向片电刷仅与换向片2 2接触时，元件接触时，元件1 1 中中的电流方向如图所示，大小为的电流方向如图所示，大小为元件11 2直流电机直

19、流电机 换向问题很复杂，换向不良会在电刷与换向片之间产生换向问题很复杂，换向不良会在电刷与换向片之间产生火花。当火花大到一定程度，可能损坏电刷和换向器表面，火花。当火花大到一定程度，可能损坏电刷和换向器表面，使电机不能正常工作。使电机不能正常工作。产生火花的原因很多，除了电磁原因外，还有机械的原产生火花的原因很多，除了电磁原因外，还有机械的原因。此外换向过程还伴随着电化学和电热学等现象。因。此外换向过程还伴随着电化学和电热学等现象。元件从开始换向到换向终了所经历的时间，称为元件从开始换向到换向终了所经历的时间，称为换向周换向周期期。换向周期通常只有千分之几秒。直流电机在运行中，电。换向周期通常

20、只有千分之几秒。直流电机在运行中，电枢绕组每个元件在经过电刷时都要经历换向过程。枢绕组每个元件在经过电刷时都要经历换向过程。5.5.1 换向过程换向过程直流电机直流电机 5.5.2 换向的电磁理论换向的电磁理论换向元件中的电动势：换向元件中的电动势：自感电动势自感电动势 和互感电动势和互感电动势 ：换向元件（线圈）在换向过：换向元件（线圈）在换向过程中电流改变而产生的。程中电流改变而产生的。切割电动势切割电动势 ：在几何中性线处，由于电枢反应在存在，电：在几何中性线处，由于电枢反应在存在，电枢反应磁密不为零，在换向元件中感应切割电动势。枢反应磁密不为零，在换向元件中感应切割电动势。换向元件中的

21、合成电动势为：换向元件中的合成电动势为：根据楞次定律，自感电动势、互感电动势和切割电动势总根据楞次定律，自感电动势、互感电动势和切割电动势总是阻碍换向的。是阻碍换向的。换向电动势换向电动势 ：在几何中性线处，换向元件在换向磁场中感应：在几何中性线处，换向元件在换向磁场中感应的电动势。换向电动势是帮助换向的。的电动势。换向电动势是帮助换向的。直流电机直流电机 换向元件中的电流：换向元件中的电流：设两相邻的换向片与电刷的接触电阻分别是设两相邻的换向片与电刷的接触电阻分别是 和和 ，元件，元件自身的电阻为自身的电阻为 ,流过的电流为流过的电流为 ,元件与换向片间的连线电阻为元件与换向片间的连线电阻为

22、 ,元件在换向时的回路方程：元件在换向时的回路方程：忽略元件电阻和元件与换向片间的连线电阻，并设电刷与忽略元件电阻和元件与换向片间的连线电阻，并设电刷与换向片的接触总电阻为换向片的接触总电阻为 ，则可推导出换向元件中的电流变，则可推导出换向元件中的电流变化规律为化规律为直流电机直流电机 一、直线换向当当 时换向元件电流随时间时换向元件电流随时间线性变化。线性变化。当当 时换向元件电流随时间不时换向元件电流随时间不是线性变化，出现电流延迟现象。是线性变化，出现电流延迟现象。二、延迟换向当当 时换向元件电流随时间再时换向元件电流随时间再是线性变化，出现电流超前现象。是线性变化，出现电流超前现象。三

23、、超越换向直线换向直线换向延迟换向延迟换向超越换向超越换向直流电机直流电机 5.5.3 改善换向的方法改善换向的方法 改善换向一般采用以下方法：改善换向一般采用以下方法：选择合适的电刷，增加换向片与电刷之间的接触电阻选择合适的电刷，增加换向片与电刷之间的接触电阻装设换向磁极装设换向磁极位于几何中性线处装换向磁位于几何中性线处装换向磁极。换向绕组与电枢绕组串极。换向绕组与电枢绕组串联，在换向元件处产生换向联，在换向元件处产生换向磁动势抵消电枢反应磁动势磁动势抵消电枢反应磁动势大型直流电机在主磁极大型直流电机在主磁极极靴内安装补偿绕组极靴内安装补偿绕组补偿绕组与电枢绕组串联，产生补偿绕组与电枢绕组

24、串联，产生的磁动势抵消电枢反应磁动势的磁动势抵消电枢反应磁动势返回返回直流电机直流电机 第第6章章 直流电机的运行特性直流电机的运行特性返回6.1 直流发电机的运行特性直流发电机的运行特性6.2 直流电动机的机械特性和工作特性直流电动机的机械特性和工作特性6.3 6.3 直流电动机的起动、调速与制动直流电动机的起动、调速与制动直流电机直流电机 6.1直流发电机的运行特性直流发电机的运行特性1.他励发电机的特性他励发电机的特性空载特性空载特性外特性外特性 调节特性调节特性2.并励发电机的特性并励发电机的特性空载特性空载特性外特性（自励条件外特性（自励条件重点重点）3.复励发电机的特性复励发电机的

25、特性直流电机直流电机 定义定义:当当 、时，时，直流发电机的空载特性是非线直流发电机的空载特性是非线性的的，上升与下降的过程是不相性的的，上升与下降的过程是不相同的。实际中通常取平均特性曲线同的。实际中通常取平均特性曲线作为空载特性曲线。作为空载特性曲线。空载时空载时空载特性曲线上升分支空载特性曲线上升分支空载特性曲线下降分支空载特性曲线下降分支平均空载特性曲线平均空载特性曲线空载特性实质上就是空载特性实质上就是 。6.1.1 他励发电机的特性他励发电机的特性-空载特性空载特性直流电机直流电机 定义：当定义：当 、时，时，由曲线可见，负载电流增大时，端由曲线可见，负载电流增大时，端电压有所下降

26、。电压有所下降。他励他励并励 根据根据 可知端电压下降可知端电压下降有两个原因：有两个原因：(一一)在励磁电流一定情况下，负载电流增大，电枢反应的去磁在励磁电流一定情况下，负载电流增大，电枢反应的去磁作用使每极磁通量减少，使电动势减少；作用使每极磁通量减少，使电动势减少；(二二)电枢回路上的电阻压降随负载电流增大而增加，使端电压电枢回路上的电阻压降随负载电流增大而增加，使端电压下降。下降。为什为什么低么低?6.1.1 他励发电机的特性他励发电机的特性-外特性外特性直流电机直流电机 定义：当定义：当 、时，时，由曲线可见，在负载电流变化由曲线可见，在负载电流变化时，若保持端电压不变，必须改变时，

27、若保持端电压不变，必须改变励磁电流，补偿电枢反应及电枢回励磁电流，补偿电枢反应及电枢回路电阻压降对对输出端电压的影响路电阻压降对对输出端电压的影响.6.1.1 他励发电机的特性他励发电机的特性-调节特性调节特性直流电机直流电机 6.1.2 并励发电机的特性并励发电机的特性-空载特性空载特性 并励发电机的空载特性与一般电机的空载并励发电机的空载特性与一般电机的空载特性一样，也是磁化曲线。由于励磁电压不能特性一样，也是磁化曲线。由于励磁电压不能反向，所以它的空载特性曲线只在第一象限。反向，所以它的空载特性曲线只在第一象限。直流电机直流电机 并励发电机的励磁是由发电机本身的端电压提并励发电机的励磁是

28、由发电机本身的端电压提供的，而端电压是在励磁电流作用下建立的，这一供的，而端电压是在励磁电流作用下建立的，这一点与他励发电机不同。并励发电机建立电压的过程点与他励发电机不同。并励发电机建立电压的过程称为自励过程，满足建压的条件称为自励条件。称为自励过程，满足建压的条件称为自励条件。6.1.2 并励发电机的特性并励发电机的特性-外特性外特性直流电机直流电机 自励建压过程自励建压过程 曲线曲线1 1为空载特性曲线曲线为空载特性曲线曲线2 2为励磁回路总电阻为励磁回路总电阻 特性曲线，特性曲线，也称场阻线也称场阻线 。原动机带动发电机旋转时，如果主磁原动机带动发电机旋转时，如果主磁极有剩磁，则电枢绕

29、组切割剩磁通感应电极有剩磁，则电枢绕组切割剩磁通感应电动势。在电动势作用下励磁回路产生动势。在电动势作用下励磁回路产生 。增大增大 ,场阻线变为曲线场阻线变为曲线3 3时，时，称为临界电阻称为临界电阻 。若再增加励磁回路电阻，发电机将不能自励。若再增加励磁回路电阻，发电机将不能自励。如果励磁绕组和电枢绕组连接正确，如果励磁绕组和电枢绕组连接正确，励磁电流产生与剩磁方向相同的磁通，使励磁电流产生与剩磁方向相同的磁通，使主磁路磁通增加，电动势增大，主磁路磁通增加，电动势增大，增加。增加。如此不断增长，直到励磁绕组两端的电压如此不断增长，直到励磁绕组两端的电压与与 相等，达到稳定的平衡工作点相等，达

30、到稳定的平衡工作点A A。直流电机直流电机 可见，并励直流发电机的自励条件有：可见，并励直流发电机的自励条件有：（1）电机的主磁路有剩磁（3）励磁回路的总电阻小于该转速下的临界电阻（2）并联在电枢绕组两端的励磁绕组极性要正确思考题思考题电机正转能自电机正转能自励励,反转能自励反转能自励吗吗?自励条件自励条件直流电机直流电机 调节特性调节特性 并励发电机的电枢电流，比起他励发电机仅仅多了一个励磁并励发电机的电枢电流，比起他励发电机仅仅多了一个励磁电流，所以调节特性与他励发电机的相差不大。电流，所以调节特性与他励发电机的相差不大。对并励发电机，除了像他励发电机存在的电枢反应去磁作对并励发电机，除了

31、像他励发电机存在的电枢反应去磁作用和电枢回路上的电阻压降使端电压下降外，还有第三个原因：用和电枢回路上的电阻压降使端电压下降外，还有第三个原因：由于上述两个原因使端电压下降，引起励磁电流减小，端电压由于上述两个原因使端电压下降，引起励磁电流减小，端电压进一步下降。进一步下降。并励发电机的外特性与他励发电机相似，也是一条下降曲线。并励发电机的外特性与他励发电机相似，也是一条下降曲线。返回6.1.2 并励发电机的特性并励发电机的特性-外特性外特性直流电机直流电机 直流电动机直流电动机What is a D.C.Motor?输入直流电能输入直流电能输出机械能输出机械能直流电机直流电机 6.2直流电动

32、机的运行特性直流电动机的运行特性1.工作特性工作特性速率特性：速率特性：nf(P2)转矩特性：转矩特性：Tef(P2)效率特性：效率特性：f(P2)2.机械特性（机械特性（重点重点）n=f(Te)运行特性与运行特性与电动机的励电动机的励磁方式有很磁方式有很大的关系。大的关系。以下分以下分并励并励、串励、他励串励、他励分别介绍分别介绍3.电力拖动系统的稳定运行条件电力拖动系统的稳定运行条件直流电机直流电机 并励电动机的工作特性并励电动机的工作特性前提：前提：U=UN，If=IfN(Rf=C)；分析：；分析：n,Te,=f(P2)n0n=f(P2)T0Te=f(P2)T2=f(P2)P2O励磁回路

33、励磁回路不允许断开！不允许断开！=f(P2)直流电机直流电机 TeN并励电动机的并励电动机的机械特性机械特性前提：前提：U=UN，Rf=C；分析：；分析：nf(Te)TeOnn0RaRaR”aRaRaR”a硬特性硬特性软特性软特性直流电机直流电机 If并励电动机的机械特性并励电动机的机械特性(2)TeNTeOnn0RaRaR”aIf=CRaRaIf I”fTeOnTeN结论：结论：1.增加电枢回路电阻增加电枢回路电阻Ra，机械特性变软，机械特性变软，转速转速下降下降。2.增加励磁回路电阻增加励磁回路电阻Rf，机械特性变软，机械特性变软，转速转速升高升高。直流电机直流电机 串励电动机的工作特性串

34、励电动机的工作特性前提：前提：U=UN，Ia=Is=I；分析：；分析：n,Te,=f(Ia)n=f(Ia)IaOTe=f(Ia)=f f(I Ia a)串励电动机不串励电动机不允许空载运行！允许空载运行！直流电机直流电机 串励电动机的串励电动机的机械特性机械特性前提：前提：U=UN，Ia=Is=I；分析：；分析：n=f(Te)n=f(Te)TeOn直流电机直流电机 串励电动机的机械特性串励电动机的机械特性(2)RsTeOnRsR”sRsRsUNU2U3UNTeNU1U2U3一组平行线一组平行线直流电机直流电机 直流电动机机械特性对比直流电动机机械特性对比励磁励磁方式方式他励他励(变变U)并励并

35、励(变变Ra、Rf)串励串励(变变Rs)主主要要特特点点优点优点1：机械特：机械特性硬度不变。性硬度不变。优点优点2：转速可：转速可调高、也可调调高、也可调低。低。缺点：需专用缺点：需专用调压直流电源调压直流电源。优点：调速简单、优点：调速简单、方便。方便。缺点缺点1：能耗大。：能耗大。缺点缺点2：增加：增加Ra只能只能调低转速，增加调低转速，增加Rf只只能调高转速。且机能调高转速。且机械特性会变软。械特性会变软。优点：起动转优点：起动转矩大，过载能矩大，过载能力强。力强。缺点缺点1：软机：软机械特性。械特性。缺点缺点2：轻载：轻载时容易飞速。时容易飞速。直流电机直流电机 电力拖动系统稳定运行

36、的条件电力拖动系统稳定运行的条件l什么是电力拖动系统什么是电力拖动系统l稳定的物理概念稳定的物理概念l电力拖动系统稳定运行分析电力拖动系统稳定运行分析l电力拖动系统稳定运行条件电力拖动系统稳定运行条件直流电机直流电机 电力拖动系统电力拖动系统电力拖动系统电力拖动系统Power Driving System电动机电动机机械负载机械负载电源电源控制设备控制设备直流电机直流电机 稳定的物理概念稳定的物理概念不稳定平衡不稳定平衡稳定平衡稳定平衡平衡状态平衡状态平衡状态平衡状态直流电机直流电机 电力拖动系统稳定运行分析电力拖动系统稳定运行分析电压发生波动电压发生波动负载发生波动负载发生波动直流电机直流电

37、机 电力拖动系统不稳定运行分析电力拖动系统不稳定运行分析电压发生波动电压发生波动负载发生波动负载发生波动直流电机直流电机 电力拖动系统稳定运行条件电力拖动系统稳定运行条件下降的机械特性曲线下降的机械特性曲线直流电机直流电机 6.3 直流电动机起动、调速与制动直流电动机起动、调速与制动1.直流电动机的直流电动机的起动起动2.直流电动机的直流电动机的调速调速3.直流电动机的直流电动机的制动制动直流电机直流电机 6.3.1 直流电动机的起动直流电动机的起动l起动的概念起动的概念l直接直接起动起动l电枢回路电枢回路串电阻器串电阻器起动起动l降压降压起动起动三三种种起起动动方方法法直流电机直流电机 起动

38、起动 Startingl起步、起跑、起飞起步、起跑、起飞l起动起动：电动机接上电源，转速：电动机接上电源，转速从零达到稳定转速的过程。从零达到稳定转速的过程。l电动机起动的基本要求电动机起动的基本要求起动转矩大起动转矩大起动电流小起动电流小起动设备简单、经济、可靠起动设备简单、经济、可靠tOnnN直流电机直流电机 直流电动机起动的特点直流电动机起动的特点起动时：起动时：n0Ea=Cen0，U=Ea+IaRaIaRaIa=IstU/Ra，起动电流大，必须加以限制。，起动电流大，必须加以限制。Te=CTIaIa Te 起动转矩大起动转矩大起动电流小起动电流小矛盾矛盾直流电机直流电机 直接起动直接起

39、动方法：先合方法：先合Q1建立建立再合再合Q2 起动起动特点：特点：q操作简单操作简单q无需任何附加起动设备无需任何附加起动设备q冲击电流大，冲击电流大，Ist=(1020)INq只适用于小型直流电动机的起动。只适用于小型直流电动机的起动。直流电机直流电机 三点起动器三点起动器电枢回路串变阻器起动电枢回路串变阻器起动方法：在电枢回路串联一个起动器。方法：在电枢回路串联一个起动器。特点：特点：q可以有效抑制起动电流可以有效抑制起动电流 Ist=U/(Ra+Rst)q需要附加起动设备需要附加起动设备q产生额外的电阻损耗产生额外的电阻损耗q适应于小容量并励电动机适应于小容量并励电动机TeOnn0R=

40、0R1R2TL直流电机直流电机 降压起动降压起动方法：方法：q保持励磁电流不变保持励磁电流不变(他励他励)；q降低电源电压，控制起动电流。降低电源电压，控制起动电流。特点：特点：q节能节能q需要专用的直流调压电源需要专用的直流调压电源直流电机直流电机 6.3.2 直流电动机的调速直流电动机的调速l调速的概念调速的概念l调速的方法调速的方法调压调速调压调速调电枢电阻调速调电枢电阻调速调励磁电流调速调励磁电流调速电枢控制电枢控制磁场控制磁场控制直流电机直流电机 l电动机调速的基本要求电动机调速的基本要求调速范围：调速范围：D=nmax/nmin平滑性平滑性经济性经济性调速设备简单、可靠、操作方便调

41、速设备简单、可靠、操作方便调速调速 Speed Governingl调速：调节转速、转速控制调速：调节转速、转速控制tOnn1t1nN直流电机直流电机 IaN他励和并励电动机的调速他励和并励电动机的调速电枢回路串电阻调速电枢回路串电阻调速l优点：调备简单、操作方便，转速可连续调节。优点：调备简单、操作方便，转速可连续调节。l缺点：耗能，只能调低转速，轻载时调速范围不大。缺点：耗能，只能调低转速，轻载时调速范围不大。tOn1nNt1TeOnn0R=0R1R2TLTe=CTIa直流电机直流电机 他励和并励电动机的调速他励和并励电动机的调速调压调速调压调速l优点优点操作方便，操作方便，转速可上、下连

42、续调节，转速可上、下连续调节，节能，节能，机械特性硬度不变。机械特性硬度不变。l缺点缺点调速设备复杂，价格高。调速设备复杂，价格高。TeOnU1UNU2U3UNTeNU1U2U3直流电机直流电机 他励和并励电动机的调速他励和并励电动机的调速调励磁电流调速调励磁电流调速l优点：调速设备简单，操作方便、控制灵活，转速可连续调节，节优点：调速设备简单，操作方便、控制灵活，转速可连续调节，节能，效率高。能，效率高。l缺点：机械特性变软，只能调高转速，有缺点：机械特性变软，只能调高转速，有“飞车飞车”的危险。的危险。If2n0If1If3If1If2If3TeOnTeNnnNn1IaNIa1iatOTe

43、=CTIa直流电机直流电机 串励电动机的调速串励电动机的调速Rs1TeOnRs2Rs3Rs1Rs2U2U3TL调速方式调速方式主要优点主要优点主要缺点主要缺点改变改变Rs简单简单只能调低转速只能调低转速改变改变U转速可调低、可调高转速可调低、可调高复杂复杂直流电机直流电机 6.3.3 直流电动机的制动直流电动机的制动l制动的概念制动的概念l制动的方法制动的方法直流电机直流电机 制动制动 Brakingl制动制动停车、刹车、限速（电磁方法）停车、刹车、限速（电磁方法）l电动机制动的基本要求电动机制动的基本要求制动迅速、经济、简单制动迅速、经济、简单l直流电动机制动的方法直流电动机制动的方法能耗制

44、动能耗制动、反接制动反接制动、回馈制动回馈制动l共同点共同点在维持原有磁场大小和方向不变的情况下，改变电在维持原有磁场大小和方向不变的情况下，改变电枢电流方向，以获得制动性质的电磁转矩。枢电流方向，以获得制动性质的电磁转矩。直流电机直流电机 直流电动机的能耗制动直流电动机的能耗制动l方法方法励磁回路不变，将电枢回路从电源励磁回路不变，将电枢回路从电源断开，接到制动电阻断开，接到制动电阻RL上。上。l原理原理U=Ea+Ia(Ra+RL)=0，Ia=-Ea/(Ra+RL)Te=CTIa电磁转矩从电磁转矩从驱动驱动变为变为制动制动。直流电机直流电机 直流电动机的能耗制动直流电动机的能耗制动CBRa+

45、RL+U-电动电动IanTeM+Ea IfTeRL制动制动IaTLTenn0RaAO直流电机直流电机 直流电动机的反接制动直流电动机的反接制动l方法方法励磁回路不变，将加在电枢回路的电励磁回路不变，将加在电枢回路的电压反接。压反接。l原理原理-U=Ea+Ia(Ra+RL)Ia=-(U+Ea)/(Ra+RL)将产生很大的制动性质的电磁转矩。将产生很大的制动性质的电磁转矩。直流电机直流电机 直流电动机的反接制动直流电动机的反接制动+U -电动电动IanTeM+Ea QIfRLTe制动制动IanTen0RaAOBRa+RLC-n0直流电机直流电机 串励直流电动机的回馈制动串励直流电动机的回馈制动l方法方法电网电压不变，将串励绕组改为他电网电压不变，将串励绕组改为他励绕组，维持励磁电流不变。励绕组，维持励磁电流不变。l原理原理U=Ea+IaRan Ea EaUIa反向反向发电机发电机产生制动性质的电磁转矩。产生制动性质的电磁转矩。直流电机直流电机 能耗制动能耗制动电动（反转）电动（反转）直流电机的四象限运行直流电机的四象限运行T Te en nO O电动（正转）电动（正转）发电发电回馈制动回馈制动发电发电回馈制动回馈制动能耗制动能耗制动反接制动反接制动反接制动反接制动