直流电机复习培训讲学

1,重庆大学自动化学院,电机学及拖动基础,2,直流电机复习,3,测试题： 1、直流电动机电枢绕组中流过的电流是直流还是交流（ ）。 2、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（ ）。 4、一台他励式直流电动机拖动位能性负载运行，如果只增大电枢电阻，当电动机达到新的稳定运行状态时，电动机的电磁转矩、电枢电流和转速变不变化？其变化过程如何？,5,8、一台他励直流电动机的额定数据为：e220，Ie=100A，e19 Kw，e =1000转分，a0.2，电动机拖动额定恒转矩负载（位能性负载）运行。试求： 输入功率、电磁功率和空载损耗功率。 电动机的直接起动转矩和起动电流。 若采用降压调速，求使电动机以600转分的转速运行时的电枢电压。 （4）设电动机电枢最大允许电流为200A，若要实现从额定转速运行切换到以-600转分运行，有几种方法可以实现，并计算各种方法时电枢回路需要串入多大电阻？,6,7,工作原理：有电流为什么会产生转矩？ 有转速为什么会产生电势？ 运行：有了转矩会有什么样的运行状态？ 能量：运行状态的变化如何反映到电路上？,8,一、直流电动机的工作原理与结构,安培定律（电磁力定律）载流导体在磁场中受到的力 因此,直流电机工作条件: 磁场：励磁方式和磁场的特点 通电线圈：对通电线圈的要求,9,需要载流导体在磁场中受到的力能形成方向不变的转矩 而磁场是固定不变的,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方向不变；-所以线圈处于不同磁极下电流方向需要相应变化 所需的结构条件换向器和电刷。,10,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流电； 线圈中感应电动势与电流方向相反； 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；,11,额定功率(PN，kW )额定条件下电机所能提供的功率 电动机指轴上输出的机械功率 发电机指电刷间输出的额定电功率 额定电压(UN，V)在额定工况下，电机出线端的平均电压 发电机是指输出额定电压； 电动机是指输入额定电压。,二、直流电机的额定值,12,额定电流(IN， A)在额定电压下，运行于额定功率时对应的电流 直流发电机 直流电动机 额定转速(nN，r/min)在额定电压、额定电流下，运行于额定功率时对应的转速 额定励磁电压(UfN，V)对应于额定电压、额定电流、额定转速及额定功率时的励磁电流,13,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，线圈之间通过串联形成一个无头无尾的闭合回路； 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； 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；,14,励磁方式供给励磁绕组电流而产生励磁磁动势的方式 他励励磁绕组与电枢绕组无连接，由独立电源供电 自励并励、串励和复励 并励励磁绕组与电枢绕组并联 串励励磁绕组与电枢绕组串联 复励一个励磁绕组与电枢绕组并联，另一个串联。,三、直流电机的励磁方式及电枢反应,15,电枢反应此时的电机气隙磁场是由励磁磁动势和电枢磁动势共同产生的。电枢磁动势对气隙磁场的影响称为电枢反应。 电枢反应呈现去磁作用,三、直流电机的励磁方式及电枢反应,16,直流电机磁场的特点,直流电机磁场的空间分布是固定不变的； 直流电机磁场空间的每一个磁场大小是不同的。,17,四、直流电机的电动势和电磁转矩公式,以上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 剩下的问题就是：转矩与转速的关系，电流与电势的关系。,18,五、直流电机的基本方程式（稳态、他励）,1. 电动势平衡方程式,2. 转矩平衡方程式,19,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 pCua=Ia2Ra为电枢回路上的铜耗，也称可变损耗 pc为电刷接触损耗,3. 功率平衡方程式,第六节 直流电机的运行原理,20,pFe为电机铁耗 pmech为机械损耗 pFe+ pmech为空载损耗，也称不变损耗 P2输出机械功率,21,六、直流电机的功率流程图,22,1.恒转矩负载特性负载转矩Tz 与转速n 大小无关的特性 反抗性恒转矩负载特性的特点转矩Tz 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） 位能性恒转矩负载特性的特点转矩Tz具有固定的方向，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,23,通风机转矩负载特性转矩与转速大小有关，基本上与转速的平方成正比,2、通风机负载特性,24,恒功率负载转矩特性负载转矩基本上与转速成反比，功率基本不变(如车床等),3、恒功率负载特性,25,R电枢回路总电阻 Ce电动是常数 CT转矩常数,八、直流电动机的机械特性,26,机械特性的特点 机械特性是一条向下倾斜的直线 斜率越大，速度降落越大，机械特性越软 几个关键点 理想空载点(0，n0) 实际空载点(T0 ， n0) 额定工作点(TN，nN ) 起动点(Tst，0),机械特性小结,27,电力拖动系统稳定运行的充分必要条件： 必要条件机械特性和负载转矩特性有交点 T=Tz 充分条件在交点对应的转速之上TTz 记忆方式：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。,九、稳定性判据,28,起动存在的问题电流大、转矩大 解决方法降压起动、串阻起动,十、直流电动机的起动,29,1.能耗制动的实现、特点、电阻计算,十一、直流电动机的制动,2. 转速反向的反接制动的实现、特点、电阻计算,3. 电枢反接的反接制动的实现、特点、电阻计算,30,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车； 2.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； 3.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，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快。 7.能耗制动、电压反向的反接制动受最大允许电流的限制。,31,1.调速方法,十二、直流电动机的调速,2. 各种调速方法的特点,改变Ua调压调速，从额定转速向下调速 改变励磁磁通在减弱磁通时调速，称弱磁调速 改变电枢电阻串阻调速，从额定转速向下调速,32,十三、变压器的特点 1.利用电磁感应定律工作，实现变压，变压前后电压之间没有直接电的联系。 2.由于其各部分在工作中静止不动，故称为器 3.将某一等级的交流电压变成同一频率的另一个电压 4.变压器不仅可以变压，而且可以变流、变负载、变相位。,33,变压的关系：与绕组的匝数成正比 变流的关系：与绕组的匝数成反比，但原副边电流之间是正比关系 变负载：与匝数的平方成正比。,34,联结法三相变压器绕组的联结方式，星形和三角形联结 高压绕组首端由A、B、C表示，末端由X、Y、Z表示； 低压绕组首端由a、b、c表示，末端由x、y、z表示。,十四、三相变压器的电路系统联结组,1、联结法,35,联结组三相变压器一、二次绕组线电压的相位关系的不同组合 三相变压器的相位： 与 之间顺时钟所转过的角度。,2、联结组,第六节 三相变压器,36,3、同名端： 单相变压器原副边的电势不是同相就是反相。 同名端一、二次绕组被同一交变的主磁通交链，在任一瞬间，一次绕组一端点电位为正，二次绕组也有一端点电位为正。这两个端点为“同名端”，在旁边用“”表示,37,a,b,c,n,N,a,b,c,n,N,38,我对直流电机的思考,直流电机部分： 1.直流电机产生的原理：为什么要多线圈；为什么要换向。 2.直流电机的结构具备的特点。（电枢绕组） 3.直流电机所产生的转矩和电势大小跟哪些因素有关？ 4.直流电动机的能量传递过程。 5.直流电动机的运行状态与哪些变量有关？ 6.电力拖动系统具备什么条件才能保证系统稳定？（负载转矩的特性）,39,7.直流电动机起动存在的问题和解决方案？ 8.直流电动机运行状态改变有哪些手段，这些手段对其运行状态的结果有何关系？具体的变化过程。 9.直流电动机铭牌数据的含义。 例如： 1.直流电动机电枢绕组流过的电流是直流还是交流？每一个线圈所产生的电势是直流还是交流？,40,2.当改变电枢电压后，电机运行状态的变化过程和变化结果. 3.直流电动机的电磁功率是何种形式的能量，其大小与哪些变量有关？ 4.任意一个电力拖动系统是否是稳定的，如何判断？ 5.要求以某种转速运行，有几种方法可以实现？ 6.电机铭牌数据中额定功率的含义是什么？,41,变压器部分： 1.变压器具有变压、变流、变负载、变相位的作用，其变化关系的结论是什么？ 2.三相变压器的连接组别。 3.电流互感器为什么不能开路？电压互感器为什么不能短路？,