直流电机教导课件PPT资料.ppt 52页

'第五篇直流电机上一页下一页退出电机的主要类型之一主要用途;电动机,发电机----电机可逆性测速发电机,伺服电动机直流电机特点:性能优良,结构复杂在电机统一理论中作为其他电机的基础。 退出上一页下一页返回直流测速发电机直流伺服电动机 17.2直流电机的结构直流电机剖面图 铁心冲片换向极电枢：将电磁功率变换为输出功率的部件 17.3直流电机的铭牌数据1、额定(输出)功率PN(kW)2、额定电压UN(V)3、额定电流IN(A)4、额定转速nN(r/min)5、额定励磁电压UfN(V)绕组名称出线端标志电枢A1A2换向极B1B2补偿C1C2串励D1D2并励E1E2他励F1F2 直流电机主要系列Z2中小型一般用途ZZF大中型一般用途ZT恒功率宽调速ZZJ冶金辅助拖动ZQ电力机车牵引Z-H船用ZA矿用防爆ZU龙门刨床用ZLJ力矩伺服例型号:Z4-200-21Z系列序号4机座中心高度200mm电枢铁芯长度代号2端盖代号1 第18章直流机的原理电枢绕组磁场和电枢反应工作原理及结构一直流电机的工作原理为了电动机转矩方向不变导体转到不同磁极下电流相反或定子磁场Fs不动，转子电流磁场Fr也不动—而转子转动--由换向器及绕组自动换流FsFrFs 18.2电枢绕组一、环形与鼓形绕组(略)二叠绕组如图相邻线圈依次串联-”尾接头”线圈两端分接相邻换流片要点(1)电刷在磁极中心线（注：线圈及换流器随转子转动，磁极及电刷随定子不动）转子转动过程(2)同磁极下线圈边电流相同，异极电流相反(3)被电刷短路的线圈边在定子2磁极(0磁)间 例16槽4极单叠绕组完整展开图线圈宽Y=极距τ=总槽数Z/(极数2p)=4槽每槽上下2个线圈边线圈数S=换向片数K=槽数Z=16 迭绕组并联支路数多=主磁极数----电流容量大 18.2电枢绕组三波绕组：相隔约一对极距的线圈相串联，象波浪式的前进。(书图18.10)并联支路数=2串联线圈多电压容量大 18.1直流电机的励磁方式1、他励2、并励3、串励4、复励:并+串。 18.1直流电机的空载磁场电枢表面磁场分⊥径向、∥切向分量径向Br产生切割电势和转矩切向Bt不产生..空载：电枢电流=0只有励磁的磁场--称直轴磁场Bd。分布：1.极面下主要为径向分量Bdr其磁通为主磁通Φ2.中性线Bdr=0,有小量切向分量Bdt 电枢电流磁场--交轴磁场Bq径向Bqr主要分布在极间中性线有Br分量切向Bqt主要分布在极面下 18.3直流电机负载时磁场电枢反应--电枢电流对气隙磁场的影响--使气隙磁场弯曲+？-？效应1：产生电磁转矩T+定子直轴Bd电枢交轴Bq 效应2---换向恶化-中性线有径向分量Br换向线圈在此有切割电势改善(1)电刷移动,使换向处无Br(电动机逆转向移,发电机顺移)—但不能适应Ia变化(2)在主磁极之间设换向磁极其磁场抵消换向处Br励磁绕组与电枢串联,能自动适应电流变化电枢反应 效应3：减磁-气隙总Br=励磁Bdr+电枢BqrBr比Bdr有增有减但因磁饱和，增不抵减--总平均Br减小Φ减小改善：主磁极可加补偿绕组与电枢串联即积复励磁使其增磁自动抵消电枢反应的减磁,电枢反应 主磁通Φ—与定转子绕组都交链的磁通主要由Bdr产生与电枢绕组⊥，产生切割电势--传递电磁能量漏磁通Φk主要由Ia的Bqt产生，只与单个(电枢)绕组交链产生变压器电势e=-dΦk/dt=-Lkd(ia)/dt磁路的气隙比例大，Φ-I线性,Lk常数等效为一个串联电抗,不传递电磁能量---电机通则主磁通与漏磁通 电动势和电磁转矩,功率一、电动势无论电动或发电,电枢由主磁通切割的电势E=(串联N1)Brlv=[总N/并联数2a](Φ/lτ)l(2pτn/60)=CeΦnCe--电势常数(=Np/(60a))二电磁转矩Tem、电磁功率Pem机械功率Tem*n/9.55电功率EI--电磁功率PemTem=9.55EI/n=9.55CeΦnI/n=CmΦI,转矩常数Cm(=CT)=9.55Ce，CmΦ=9.55CeΦ稳态Tem=负载TL，电流取决负载，与电压无关转速n=E/CeΦ≈U/CeΦ—电压和磁场都可调节转速 可变损耗Pv：与负载电流(2)有关，整个电枢回路绕组铜损Ia2R。不变损耗Piv:与负载电流无关,与nΦu等有关，并非完全不变机械磨损pmec;电枢铁损pfe；附加pad(齿槽磁变铁损+换向片刷损)约0.5-1%PN；..损耗与功率流电动运行发电运行可变、不变损耗 一电动势平衡方程式稳态运行U=E±RaIa+2ΔU(电刷压降)≈E±RaIa电动：E,I反向,U>E“+”发电：同向,<“-”直流机的基本方程式 二运动方程式电动机运行：由功率流图及T=9.55P/n电磁转矩Tem=轴上输出T2+电机空载损耗T0注:T2包括电机自身加速转矩(GD2/375)dn/dt发电机运行:Tem=输入T1-电机空载损耗T0 η=输出P2/输入P1=1-(损耗Σp/P1)Σp=“不变”损耗Piv+可变损耗PvP2(I)过小,不变损耗比例大,效率低过大,可变损耗比例大,效率低损耗率(Piv+Pv)/UIa=(Piv/Ia+RaIa)/U最小：-Piv/Ia2+Ra=0即：不变损耗Pv=Piv可变损耗效率最高:--电机效率通则直流机额定效率--容量越大,效率越高<10kW10~100kW100~1000kW75~88.5%85~90%88~93%。最高效率点：大电机近半载半载~满载:高效率范围大小电机超载:摩擦等使Piv过大直流电机效率 例1.1直流电动机额定值:Pn=40000,Un=220,Ian=210,nn=1500Ifn=0.5,Ra=0.078,pad=Pn/100%单位W,V,A,Ω,RPM%功率计算P1n=Un*(Ian+Ifn)%pcuan=Ra*Ian^2%pvpcuf=Un*IfnPemn=P1n-pcuan-pcufp0=Pemn-Pnpiv=pcuf+p0Etan=Pn/P1n463103439.8110427602760.22870.2|U|转子Tem与n反向转子磁场在前定子磁场在后 2并励机空载自励建压n=nN条件(1)电机有剩磁（不足时可加电励磁）(2)励磁绕组与电枢的并联极性正确即励磁电流使磁场增强他励空载U0-If曲线①与励磁绕组Uf-If曲线②如图前段因剩磁①高于②，即同一If的Uo>Uf，而正反馈升压：Uf=UoIf↑Φ↑新Uo↑↑↓因①有饱和与②有交点，成稳态点注：励磁绕组有电感实际If连续变化 直流发电机运行外特性-U随负载I的变化（n=nN或他励If=IfN)U=Ea-RaI=CeΦn-RaI1他励机—略电枢反应主要为RaI引起的压降2并励机RaI降压引起Φ、E降低压降比他励更大3复励发电机主磁极加串励补偿绕组--随I↑ΦE↑补偿RaI小负载过补--U随I升大负载(磁饱和)欠补U随I降 直流发电机负载运行外特性4闭环自动控制输出恒压Ud过低调节器ΔU↑Uc↑开关VT导通比↑Uf↑Φ、E↑Ud↑ 19.3直流电动机Ia与E反向|U|>|E|转子Tem与n同向定子磁场在前转子磁场在后转速:由方程:U=E+Ia*Ra,Tem=CTΦIa,E=CeΦn 略转速降Δnn~no=U/(CeΦ)–正比于U-反比于ΦΦ↑n↓Φ↓n↑（它、并励）电机失磁(无励磁仅有剩磁)Φ~0则n极大飞车 电流较大时，电枢反应减磁，转速回升，特性呈上翘。转速降小-特性较硬恒速性好一、他(并)励机恒压机械特性(例1.1En=220-210*.078=203.62VCeF=203.6/1500=0.136V/RPMn0=220/.136=1621RPMΔn=n0-nn=121RPM，Δn/nn=8.06%） 典型负载机械特性他励机特性较硬对各种负载转速变化不大 稳定性稳定定义：干扰消失后系统状态恢复设短时干扰后使：nTL(n)则dn/dt>0即可恢复n=nb系统稳定一般条件（n-nb)*(Tem-TL)<0(转速差与转矩差反向)他励机拖动各种负载：受扰降速后均Tem>TL即稳定一般下降型机械特性的电机拖动各种负载均稳定 电压与电流关系稳态Ia=TL/CTΦ—取决负载与U无关例U↑n↑(n、E比U慢，故I动态↑)然后：负载nTL和稳态Ia风机↑↑恒转矩↑◎恒功率↑↓动态↑稳态 他励机工作特性--随输出P2上升，转速、转矩、效率的变化 二、串励电动机的机械特性磁路未饱和磁路饱和串励机特点:(1)空载飞车,--应负载>25%额定(2)起动转矩大，过载能力强(3)特性软，恒功性好,便于配电(4）接线简单，工作可靠,用于不需恒速、变化大的负载,吊车,电车,电钻..等 三、复励电动机机械特性机械特性:介于并励（他励）和串励特性之间。并励为主，则接近并励机；串励为主，则接近串励机。复励机：恒功性较好，起动转矩大，过载能力强，无空载“飞车”。用途也很广泛，例如无轨电车。一般为积复励:并励与串励绕组的极性相同 直流电机的起动、制动与调速一起动：从静止到稳定运行的过程要求:1起动电流不能太大n,E=0Ist=U/RΣ2起动转矩大,起动快1、全压直接起动特点：起动快,但电流太大常用于百瓦的电机Ist=UN/Ra>>INTst>>TL随n&E上升电流Ia=(UN-E)/Ra下降稳态Ia=IL 2、串阻起动：常用多级串电阻用电流继切换使Ist在I1=(1.52)IN和I2=(1.11.2)IN间3、恒流起动现直流电调速系统均有限流功能起动过程中，自动限流—恒流为：Im=(1.5~2)In至转速达到给定值--最优起动 第五节他励直流电动机的电磁制动电磁制动产生与n反向电磁转矩迫使电机减速、限速过程--特殊发电状态在n=(U-RI)/CeΦ中通过改变U、R等，使运行点特性位于平面的2,4象限 1能耗制动—0压串阻n=-(R+Rx)I/CeΦT(I)-n相反摩阻负载可准确停车制动功率Pem消耗到电阻2反压串阻制动：n=[-U-(R+Rx)]I/CeΦ制动转矩比1大，更快，但易反转。电源功率和制动功率都消耗到电阻。 3串阻倒拉制动：n=[U-(R+Rx)]I/CeΦ常用于吊车低速下放物体电源和制动功率都消耗到电阻。4回馈制动：降压U4Tl–可小阻尼，一般电机Tm<4Tl大阻尼电机静态模型n=(U-IR)/(CeΦ) 直流电动机性能优良、控制简单方便电磁转矩最大:定转子电流磁场正交易控:Tem=CmΦIa，Φ、Ia易控用于起动和调速性能要求较高的生产机械他励电动机恒速、恒转矩性能好常用磨床、龙门刨床恒转矩负载及精密加工等。复、串励机恒功性好、起动转矩大，过载能力强常用于重载起动机械如驱动机车、起重机、吊车、电梯、轧钢机等但结构复杂、有电刷环火与磨损、制造维护困难--现电拖更多使用交流异步机'