直流电机教学课件PPT1.ppt

第一篇 直流电机,直流电机的用途、基本工作原理与结构直流电机的磁路直流电机的电枢绕组直流发电机的运行原理与特性直流电动机的运行原理与特性直流电机的换向,本篇基本要求,了解直流电机的基本结构、工作原理;了解直流电机电枢绕组的特点;掌握电枢电动势和电磁转矩的计算;了解直流电机的励磁方式;掌握直流发电机的方程及运行特性;了解直流电机的可逆原理;掌握直流电动机的方程和运行特性;了解直流电机的换向;,第一章 直流电机的用途、基本工作原理与结构,1-1 直流电机及其用途电机是机械能与电能相互转换的装置。直流发电机是将机械能转变为直流电能。直流电动机是将直流电能转变成机械能。直流电动机的优点：1、调速范围广，且易于平滑调节；2、过载、起动、制动转矩大；3、易于控制，可靠性高。,直流电机主要缺点：换向困难，价格贵,寿命短。目前，可控硅整流电源在很多场合可以代替直流发电机，但有些性能仍不及直流发电机。在电动机方面采用电力电子技术配合同步电机，构成无刷电动机，可具有直流电动机的性能，但总体上，还不能达到全面代替直流电动机的程度。,直流电机的用途直流电动机主要用在调速要求高的场合。如电车造纸、纺织拖动以及各种小型的控制电机等。直流发电机用作直流电动机、电解、电镀及交流电机的励磁等直流电源。,伺服,测速,励磁机,1.2 直流电机的基本工作原理,直流发电机是绕组在恒定磁场中旋转感生出交流电,再依靠换向装置,将交流电变为直流电。,一、直流发电机的工作原理,直流发电机的物理模型,电刷,换向片,主磁极,线圈,(a),线圈中电流方向是:2dcba1,电刷A“”、B“”,(b),线圈中电流方向是:1abcd2,电刷A“”、B“”,线圈电动势是交变的，电刷间的电动势是一个脉动的直流电动势。,直流电动势的脉动很大，减小脉动，可通过增加线圈数目，且在空间上均匀分布来实现。一个线圈就需一个换向片。,结论：1）电枢线圈内产生的电势、电流方向是交变的，是交流电；2）电刷间电势为直流脉动电势；减小脉动的方法可通过增加线圈数目来实现。）产生的电磁转矩T与转子转向相反，是制动性质的转距。）换向器的作用是将电枢线圈中的交流电转变成电刷间的直流电输出。,二、直流电动机的工作原理,电流方向,结论1）外施恒定的直流电，电枢线圈中的电流是交流电）产生的电磁转矩T与转子转向相同，是驱动性质。）换向器的作用是将电刷间的直流电转变成线圈中的交流电,产生恒定方向的电磁转距。,从上述基本电磁情况来看，一台直流电机原则上既可以作为电动机运行，也可以作为发电机运行，只是条件不同。,在直流电机的电刷两端加上直流电压，输入电能，从电机轴上输出机械能，拖动生产机械，电机将电能转换成机械能而成为电动机。如用原动机拖动直流电机的电枢，则电刷端可以引出直流电动势作为直流电源，可输出电能，电机将机械能转换成电能而成为发电机。同一台电机既能作电动机又能作发电机运行的这种原理，在电机理论中称为可逆原理。,1-3 直流电机的基本结构,1、定子由主磁极、换向极、机座以及电刷装置等组成,定子机座,换向极铁心,换向极绕组,主磁极铁心,主磁极绕组,换向极绕组与电枢绕组的串联接线,1-3 直流电机的基本结构,1-3 直流电机的基本结构,直流电机的基本工作原理和基本结构,一、主磁极,作用：产生主磁场 构成：主极铁心：11.5mm厚的钢板 励磁绕组：用绝缘铜线构成,主磁极钢板冲片（1-1.5mm厚）,主磁极由钢板冲片叠压而成,励磁绕组套在主磁极极身上,N极和S极成对出现且沿圆周均匀交替分布；极对数：N极或S极的个数，通常用 p 表示；极数：主磁极的个数，等于 2p。,（2）机座：般用低碳钢铸成或用钢板焊接而成 作用：（a）用来固定主磁极、换向极和端盖等，起机械支承的作用；（b）作为电机磁路的一部分。,（3）换向极 换向极用来改善直流电机的换向，又称附加极。它由铁心和套在铁心上的换向极绕组组成。铁心常用整块钢或厚钢板制成，换向极绕组与电枢绕组串联。换向极的极数一般与主磁极的极数相同。（4）电刷装置：其作用是使转动部分的电枢绕组与外电路接通，将直流电压、电流引出或引入电枢绕组。它与换向器相配合，起整流或逆变器的作用。,2、转子部分 主要包括：电枢铁心、电枢绕组、换向器等部件,电枢铁心,电枢绕组,电枢绕组端部,换向器,端盖,（1）电枢铁心 作用：(a)主磁路的一部分；(b)电枢绕组的支撑部件。,构成：一般用厚0.35-0.5且冲有齿、槽的硅钢片叠压夹紧而成。片间涂绝缘漆以减小损耗。,（2）电枢绕组,电枢绕组是由许多按一定规律联接的线圈组成。它是直流电机的主要电路部分，也是通过电流或感应电势从而实现机电能量变换的关键部件。,电枢绕组是用绝缘铜线制成元件，然后嵌放在电枢铁心槽内，每个线圈（元件）有两个出线端，分别接到换向器的两个换向片上。所有线圈按一定规律连接成一闭合回路。,（3）换向器换向器是直流电机的重要部件，在直流发电机中，它将电枢绕组内部的交流电动势转换为电刷间的直流电动势；在直流电动机中，它将电刷上的直流电流转换为绕组内的交流电流。,换向器由许多梯形铜排制成的彼此绝缘的换向片组成。换向片数与线圈元件数相同。,换向片,换向片间绝缘,直流电机的基本工作原理和基本结构,换向器,直流电机的基本工作原理和基本结构,主要由定子、转子两部分组成,(产生励磁磁场),(产生电动势，流过电流，产生电磁转矩),1-4 直流电机的励磁方式,直流发电机按励磁方式分：他励和自励两类,1、他励式:励磁绕组由其他电源供电,2、自励式发电机：利用自身发出的电流励磁电动机：励磁绕组和电枢绕组由同一电源供电。,并励式：励磁绕组与电枢绕组并联；串励式：励磁绕组与电枢绕组串联；,复励式：装有两个励磁绕组，一个与电枢并联的并励绕组，另一个与电枢串联的串励绕组。,1-5 直流电机的型号和额定值,一、直流电机的型号（Z）,型号表明电机的系列及主要特点。知道了电机的型号，便可从相关手册及资料中查出该电机的有关技术数据。,1-5 直流电机的型号和额定值,直流电机的基本工作原理和基本结构,一、直流电机的型号（Z）,1-5、直流电机的型号和额定值,直流电机上都有一铭牌，上面标明电机的必要数据,直流电机的额定值,（1）额定功率,指电机在铭牌规定的额定状态下运行时，电机的输出功率，单位kW,对电动机，额定功率是指转轴输出的机械功率；,对发电机，额定功率是指出线端输出的电功率。,额定电压UN：额定状态下出线端电压，单位V,额定电流IN：额定状态下出线端电流，单位A,额定转速nN：额定状态下的电机转速，单位r/min,励磁方式：并励、串励、他励、复励。,工作方式：连续、短时、间歇三种工作方式。,作业:S1-1,S1-6,1-3,作用：电枢绕组是直流电机的关键部件之一，构成直流电机的电路部分，在机电能量转换中起着重要的作用，运行时电枢绕组产生电动势，流过电流并产生电磁转矩，是实现机电能量转换的枢纽。,电枢绕组的基本要求：,(1)能产生尽可能大的电动势，并有良好的波形。(2)能通过足够大的电流，以产生并承受所需的电磁力和电磁转矩。(3)节省材料（有色金属和绝缘材料），结构简单，连接可靠。(4)便于维护和检修。(5)对直流电机，应保证换向良好。,第二章 直流电机的电枢绕组和电枢反应,分类,特点：闭合绕组,(1)叠绕组：单叠和复叠绕组。(2)波绕组：单波和复波绕组。(3)蛙绕组：叠绕和波绕混合的绕组。,电枢绕组的演变,环形电枢绕组,鼓形电枢绕组,直流电机的电枢绕组,电枢绕组的演变,环形电枢绕组,只有一半的导体产生感应电动势，导体利用率低。,环形绕组,直流电机的电枢绕组,电枢绕组的演变,鼓形电枢绕组,线圈的两边都在电枢铁芯表面的槽中,两边都能切割磁场而产生感应电势。,鼓形绕组,1、元件：构成绕组的线圈称为绕组元件，分单匝和多匝两种。,3、元件的首末端：每一个元件均引出两根线与换向片相连，其中一根称为首端，另一根称为末端。,首端,末端,2.1 电枢绕组的基本知识：,2、元件边：放在槽中切割磁通感生电势的有效边；上层元件边，下层元件边。在槽外的部分不感生电动势的部分，称端部。,4、换向片数K等于元件数S 即：K=S,5、虚槽：槽内层嵌放的元件边数u，,7、第一节距y1：一个元件的两条有效边在电枢表面跨过的距离。,6、槽数Q=S=K和虚槽数,为了使元件感应出最大电动势，,为整距元件,为短距元件,换向节距yk：同一元件首末端连接的换向片之间的距离。,合成节距y：是串联的两个元件的对应边的距离,第二节距y2：为元件的下层边与其相联结的元件上层边之间的距离。,单叠绕组,绕组实物图,单波绕组,单叠绕组的连接规律是：所有的相邻元件依次串联（即后一元件的首端与前一元件的尾端相连），同时每个元件的出线端依次连接到相邻的换向片上，最后形成一个闭合回路。,特点：槽数Ze、元件数S和换向片数K三者相同,单叠绕组的合成节距等于一个槽，换向节距等于一个换向片。,y=yk=1,2-2 单叠绕组,1.数据计算,yyk1,实例：p2，ZeSK16,单叠绕组分析实例：,直流发电机为例,构成单叠绕组。,3.绕组放置,元件1：上元件边在1槽，下元件边放在相距y1=4 即5槽下层。元件2：上元件边在2槽，下元件边放在相距y1=4 即6槽下层。以此类推,某一瞬间电刷、磁极放置,磁极：磁极宽度约0.7,均匀分布，N、S极交替安排。电刷：连接内、外电路。为了在正负电刷间获得最大直流电势以及产生最大的电磁转矩，电刷放在被电刷短路的元件电势为零的位置。电势为零的元件：在一个主极下的元件边电势具有相同的方向。在磁极的几何中心线上电势为零。电刷放置：电刷放置在使电刷的中心线与主磁极轴线对准的换向片上。,槽展开,2.单叠绕组展开图,电枢转向,绕电枢一周，所有元件互相串联构成一闭合回路。,元件连接顺序表,结合电刷的放置，得到该瞬时的电路图,每个极下的元件组成一条支路。即单叠绕组的并联支路数正好等于电机的极数。,这是单叠绕组的重要特点之一。,绕组电路图：,单叠绕组的特点：,1）同一主磁极下的元件串联成一条支路，主磁极数与支路数相同。,2）电刷数等于主磁极数，电刷位置应使感应电动势最大，电刷间电动势等于并联支路电动势。,3）电枢电流等于各支路电流之和。,作业:2-1,为了使紧相串联的元件所生的电势同向相加，元件边应处于相同磁极极性下，即合成节距,单波绕组：换向极距yK必须符合 即,为了使绕组从某一换向片出发，沿电枢铁心一周后回到原来出发点相邻的一换向片上，则可由此再绕下去。,单波绕组的连接规律是：把相隔大约两个极距，即在磁场中位置差不多相对应的元件连接起来。,2-3 单波绕组,当取负数时，为左绕组；为正数时，为右行绕组。一般取负数，端接短些。,单波绕组,单波左行绕组和单波右行绕组,1.绕组数据计算,单波绕组分析实例:,实例：p2，,左行单波绕组,从绕组展开图可以看出，全部15个元件串联而构成一个闭合回路的顺序是：,用联接顺序图表示为：,单波绕组元件连接顺序表,元件、换向片的放置：1元件上层边1槽，下层边4槽;首末端所连的换向片相距yk7；为了端部对称，首末端所连的两换向片之间的中心线与1元件的轴线重合。1元件上层边所连的换向片定为1。依次联接。,磁极放置：N、S极磁极均匀交替的排列。,电刷的放置：放在与主极轴线对准的换向片上。,元件、磁极、电刷放置原则,槽展开,单波绕组展开图,电枢转向,单波绕组把相同极性下的全部元件串联起来组成一条支路。由于磁极只有N、S之分，所以单波绕组的支路对数a与极对数多少无关，永远为1，即a1。,单波绕组电路图,1、同极性下各元件串联起来组成一条支路，支路对数a1，与磁极对数p无关。2、当元件的几何尺寸对称时，电刷在换向器表面上的位置对准主磁极轴线，支路电动势最大。3、电刷组数应等于极数（采用全额电刷）;4、电枢电流 Ia2ia。5、电枢电动势等于支路感应电动势；,单波绕组的特点：,单叠绕组和单波绕组的区别,作业:2-1,2-2,2-4 直流电机的磁场和磁路,磁路从气隙1出发经电枢齿1电枢轭电枢齿2气隙2主磁极2定子轭主磁极1，最后又回到气隙1,气隙2,电枢齿1,电枢轭,气隙1,定子轭,主磁极,一、直流电机的磁路,电枢齿2,直流电机的磁动势和磁场,一、空载时的主磁场,主磁场磁密的分布,在一个磁极的范围内，励磁磁势大小一样，B大小完全与气隙长度成反比。,在主极直轴附近的气隙较小，并且气隙均匀，磁阻小，即此位置的主磁场较强，在此位置以外，气隙逐渐增大，主磁场也逐渐减弱，到两极之间的几何中线处时，磁密等于0。,二、空载时气隙磁通密度的分布波形,为了感应电动势或产生电磁转矩，直流电机气隙中需要有一定量的每极磁通，空载时，气隙磁通 与空载磁通势 或空载励磁电流 的关系，称为直流电机的空载磁化特性。,为了经济、合理地利用材料，一般直流电机额定运行时，额定磁通 设定在图中A点，即在磁化特性曲线开始进入饱和区的位置。,三、空载磁化特性,电枢反应:负载磁动势对励磁磁场的影响,直流电机带上负载后，电枢绕组中有电流，电枢电流产生的磁动势称为电枢磁动势。电枢磁动势的出现使电机的磁场发生变化。,右图为一台电刷放在几何中性线的两极直流电机的电枢磁场分布情况。,假设励磁电流为零，只有电枢电流。由图可见电枢磁动势产生的气隙磁场在空间的分布情况，电枢磁动势为交轴磁动势。,四 直流发电机的电枢反应,1、直流电机负载时的负载磁场,如果认为直流电机电枢上有无穷多整距元件分布，则电枢磁动势在气隙圆周方向空间分布呈三角波，如图中 所示。,由于主磁极下气隙长度基本不变，而两个主磁极之间，气隙长度增加得很快，致使电枢磁动势产生的气隙磁通密度为对称的马鞍型，如图中 所示。,2、直流电机的电枢反应,当励磁绕组中有励磁电流，电机带上负载后，气隙中的磁场是励磁磁动势与电枢磁动势共同作用的结果。电枢磁场对气隙磁场的影响称为电枢反应。电枢反应与电刷的位置有关。,1、当电刷在几何中性线上时，将主磁场分布和电枢磁场分布叠加，可得到负载后电机的磁场分布情况，如图（a）所示。,主磁场的磁通密度分布曲线,电枢磁场磁通密度分布曲线,两条曲线逐点叠加后得到负载时气隙磁场的磁通密度分布曲线,由图可知，电刷在几何中性线时的电枢反应的特点：,2)、对主磁场起去磁作用,1)、使气隙磁场发生畸变,空载时电机的物理中性线与几何中性线重合。负载后由于电枢反应的影响，每一个磁极下，一半磁场被增强，一半被削弱，物理中性线偏离几何中性线 一个角度，磁通密度的曲线与空载时不同。,磁路不饱和时，主磁场被削弱的数量等于加强的数量，因此每极量的磁通量与空载时相同。电机正常运行于磁化曲线的膝部，主磁极增磁部分因磁密增加使饱和程度提高，铁心磁阻增大，增加的磁通少些，因此负载时每极磁通略为减少。即电刷在几何中性线时的电枢反应为交轴去磁性质。,思考题：直流发电机负载工作下将电刷顺电枢转向移动一角度后，电枢反应是什么性质的？当电枢反方向转动后，负载工作下电枢反应的性质与前者有何不同？,2-5 直流电机电枢绕组的感应电动势,气隙磁场的分布如图,每根导体的感应电动势为,电枢绕组的电动势应为一条支路各串联导体的电动势的代数和,直流电机的电势常数。,2-6 直流电机的电磁转矩,电枢表面任一点处的载流导体上的电磁转距,一个极下的载流导体上的电磁转矩,整个电枢上的电磁转矩,直流电机的转矩常数。,3-1直流发电机稳态运行时的的基本方程式,直流发电机原理,第3章 直流发电机,以他励电机为例,直流发电机负载时的线路,ra是电枢回路串联（包括电枢绕组、附加绕组、补偿绕组）的总电阻。,如把电刷间的接触电阻也放在等效电枢电阻中等效。,电枢电流：一方面产生电枢反应磁动势Fa，它与励磁磁势共同作用，产生气隙磁通；另一方面使电枢在磁场中受力，产生电磁转矩T。,T的方向与转速的方向相反，是制动性质的；,原动机拖动发电机的转动,它的方向与转速的方向一致。,转速稳定时:,2、稳定运行时的功率关系和电磁功率,是原动机由轴上输入给发电机的机械功率,是发电机空载时损耗的功率,是机械损耗,为铁损。,电磁功率,发电机：,直流发电机的功率流程,为附加损耗,10KW以下的小型电机，效率为75%-85%；,10KW-100KW的电机，约为85%-90%；,100KW-1000KW，约为88%-93%。,例题:已知一台并励直流发电机,额定功率 额定电压,额定转速 电枢回路总电阻,励磁绕组 一对电刷上压降为2V,额定负载时的电枢铁耗,机械损耗,求:(1)额定负载时的电磁功率和电磁转矩;(2)额定负载时的效率,作业:3-1,3-3,3-2 他励发电机的特性,2、外特性：当励磁回路电阻,常数时，,3、调节特性,常数时,1、空载特性,他励发电机的试验线路,转速不变，,空载特性,与空载磁化曲线,的形状相似。,他励发电机的空载特性曲线,2、外特性,外特性曲线如图所示,由曲线可见，负载电流增大时，端电压有所下降。,根据 可知，端电压下降有两个原因：一是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；另一个原因是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。,电压调整率：外特性的软硬，用电压调整率来表示。,电压调整率是指发电机由额定负载状态，过渡到空载时，端电压所升高的数值对额定电压的比值。即：,他励发电机的,约为5%10%,3、调节特性,调节特性：,常数时，,由曲线可见，在负载电流变化时，若保持端电压不变，必须改变励磁电流，补偿电枢反应及电枢回路电阻压降对输出端电压的影响。,4、效率曲线,负载电流发生变化时，效率也随之变化，当可变损耗等于不变损耗时，效率达到最大值。,自励：,空载时，,电枢电流,电机建立起励磁电压,1、并励直流发电机的自励,3-3 并励发电机的自励条件和特性,电压建压过程:,电机内部必须有剩磁。当电枢旋转时，,由剩磁产生一个不大的剩磁磁势，如果励磁绕组与,电枢绕组并联的极性正确，使得励磁绕组中通过的电流所建立的磁势与剩磁方向一致，则气隙磁场得到加强，电枢绕组中的电势增加，励磁电流也相应增加，这样电压就建立起来。,最后电压稳定在什么数值？,从电机的磁路上满足空载特性曲线,在电路上要满足伏安特性：,因此最后稳定在两者的交点A上。,具体的说：,由剩磁产生的剩磁电势,作用于励磁回路，产生一个不大的励磁电流，,又增加了气隙磁场，使电势增加为，,又产生，,如此不断增长，直至A点为止。,如果励磁绕组接反了，励磁磁势会削弱剩磁磁通，此时，电机不能自励。,如果加大励磁回路的电阻,励磁回路电阻特性曲线的,角增大，,两特性没有交点，也不能自励。,并励发电机并励的条件：,（1）电机有剩磁,一般是电机都有剩磁，如果电机已失磁，只须用其它直流电源在励磁绕组两端励磁一下即可。,（2）励磁绕组并联到电枢两端的极性正确，如果不对，只把励磁绕组两端反接或电枢反转即可。,（3）励磁回路的总电阻必须小于该转速下的临界值。即,3、外特性,常数时，,特性,并励发电机端电压比他励发电机随负载变化降得更低。,并励发电机不仅有电枢反应和电枢电阻压降起作用，而且端电压的降低还会引起励磁电流的减小，从而引起,的减小，使端电压进一步减小。,其电压调整率可达30%左右。,思考题:他励直流发电机转速升高20%,此时空载端电压升高多少?如果是并励发电机,电压升高比前者大还是小?,第四章 直流电动机,概述 直流电动机能把电能转变为机械能，它具有良好的起动性能和调速性能，因此在对起动、调速性能要求高的场合，如电车、轧钢机等，常选用直流电动机。直流电动机按励磁方式分：他励电动机，包括永磁电动机；并励电动机；复励电动机。本章着重介绍直流电动机的的基本工作原理、工作特性。,从原理上讲，一台电机在一定条件下既可以作为发电机运行，将机械能转变为电能，在另一条件下作为电动机运行，将电能转化为机械能。这就是电机的可逆原理。,第一节 直流电机的可逆原理,具体分析如下：,发电机状态时:,的方向与 方向一致;,表示向电网输出电功率；,表示原动机输入机械功率。,电动机状态：,保持这台电机的励磁不变，减小其输入机械功率,因系统的惯性，转速来不及变化，,都来不及变化,表示从直流电网吸收电能.,表示从电网吸收电功率；,4-2 直流电动机的基本方程式,（1）基本方程式,（2）功率关系式,他励直流电动机的功率流程图,电动机效率：,一台并励直流电机并联于220V直流电网运行，已知电机,，极对数,，电机总导体数,额定转速,。每极磁通,电枢回路总电阻,，励磁回路总电阻,铁损耗,，机械损耗,试求：1、此直流电机运行于发电机状态还是电动机状态？2、电机的电磁转矩T3、电机的效率,支路对数,4-3 直流电动机的工作特性和机械特性,（1）转速特性,1、他励（并励）直流电动机的工作特性,定义：当、时，,由方程式可得,忽略电枢反应的去磁作用，转速与负载电流按线性关系变化。如图所示。,（2）、转矩特性,定义：当、时，,转矩表达式,考虑电枢反应的作用，转矩上升的速度比电流上升的慢。如图所示。,（3）、效率特性,定义：当、时，,由方程式可得,空载损耗为不变损耗，不随负载电流变化，当负载电流较小时效率较低，输入功率大部分消耗在空载损耗上；负载电流增大，效率也增大，输入的功率大部分消耗在机械负载上；但当负载电流增大到一定程度时铜损快速增大此时效率又变小。如图所示。,2、并励电动机的机械特性,他励电动机的机械特性:,理想空载转速,机械特倾性的斜率，大小反映软特性与硬特性,（一）自然机械特性,较小，特性的斜率小，所以他励直流电动机的固有机械特性是一条稍稍向下倾斜的直线,一般为10%左右,(1)电枢串电阻时的人为机械特性,时的,n0不变时，斜率随,电阻之加大而增加的增大而增大，转速降也随串联电阻增大而增大,（二）人为机械特性,（2）改变电压时的人为机械特性,改变电压时的机械特性方程式为,特性的斜率不变，,与U成正比变化。,（3）减弱磁通时的人为机械特性,随着磁通减弱，,增大，斜率也增大,电动机带负载运行的稳定性分析,系统运行是稳定的。,系统运行是不稳定的,二、串励直流电动机的工作特性,当负载电流较小时，电机磁路不饱和，每极气隙磁通与励磁电流呈线性关系。即：,转速特性,转矩特性,当负载电流较大时，磁路饱和，串励电动机的工作特性与他励电动机相同。曲线如图所示。,当负载电流为零时，电机转速趋于无穷大，所以串励电动机不宜轻载或空载运行。,串励电动机具有较大的起动转矩和过载能力。所以常用于某些要求经常起和过载的生产机械，如电力机车和卷扬机械。过载时，转速急剧下降可保安全；轻载时转速迅速上升可以提高劳动生产率,作业:4-2,4-3,4-4 直流电动机的起动,直流电动机由原来的静止状态，接通电源，加速至稳定的工作速度，叫起动。,对起动的要求：,（1）起动电流要小；,（2）起动转矩要大；,（3）起动过程消耗的能量要少；,（4）起动设备要简单方便可靠。,直流电动机起动的三种方法：,（1）直接起动；（2）电枢串电阻起动；（3）降压起动。,直接起动,直接起动是指把电动机直接接到额定电压的电源起动。起动时，应将并励绕组先接入电源，再接通电枢回路。,直接起动不需起动设备，操作简单，起动转矩大。但起动电流太大，不仅对电机本身换向、温升不利，对绕组和转轴产生电磁力冲击，而且还使电网电压产生波动，影响电网上其他机组的正常工作。故该方法只适合很小容量的直流电动机。,、电枢串电阻起动,起动时在电枢电路中串入可变电阻（又称为起动电阻）以限制起动电流。,为了在整个起动过程中保持一定的起动转矩，加速起动过程，应随转速增加，逐渐减小,直到全部切除,串变阻器起动所需设备不多，在中、小型直流电动机起动中广泛应用。缺点：起动设备笨重，能耗大，故容量较大的电动机宜采用降压起动。,3)降压起动,降压起动可有效地降低起动电流。在起动过程中，可逐渐升高电源电压，使电动机转速按需要的加速度上升，满足起动时间的要求。降压起动的优点：是起动电流小，能耗小，缺点是专用设备投资较大。,11-5 直流电动机调速方法,（2）调速的平滑性好；（3）经济性，设备设资和运行费用低；（4）调速方法简便可靠。,直流电动机的调速方法有三种:,调速要求：,(3)改变电枢电压调速,(2)改变磁通的调速,1电枢回路串入调节电阻调速,调节电阻R增大时，电动机机械特性的斜率增大,(1)电枢回路串电阻调速。,优点：设备简单、操作简单；调速电阻可兼作起动电阻。,缺点：（1）只能下调；（2）能耗大，效率低；（3）负载转距小时，调速范围小。,2改变励磁磁通的调速（调节励磁电阻）,由于电动机在额定励磁电流时，磁路已饱和，一般都是减小磁通。,电动机机械特性,点和斜率增大。负载不变时，交点也下移,优点：励磁回路串电阻实现，设备简单；损耗小，连续调速，易控制。,缺点：调速范围不大，只能上调。D=2：16：1,3、改变电枢电压调速,降低电枢电压时，电动机机械特性平行下移。,负载不变时，交点也下移，速度也随之改变。D=25：1,优点：调速后，转速稳定性不变、无级、平滑、损耗小。,缺点：只能下调，且专门设备，成本大。（可控硅调压调速系统）,4、改变直流电动机的转向,对于并励电动机，改变电磁转矩的方向有两种方法：,一、是调换励磁绕组接入电源的两出线端，即改变励磁电流的方向。,也就是改变主极磁通,的方向；,二、是调换电枢绕组接入电源的两出线端，即改变电枢电流的方向。实用中，常采用改变电枢电流的方向来实现。,一台并励直流电动机:,电机在额定运行时在下列情况下，若不计电枢电路中的电感,计算瞬间的电枢电动势、电枢电流和电磁转距，并求稳态转速（1）突然在电枢回路串入0.5 电阻；（2）如调节励磁电流，使磁通值突然减小15%。（假设负载转距不变）,思考题:并励直流电动机空载运行,如果励磁回路突然断开,说明以下各量将如何变化:,答:,电机的转速超过正常值,会使电机在电气绝缘和机械强度等方面遭到损坏,因此应采取措施防止励磁回路突然断开,防止失磁现象的发生.,作业:S4-14,4-4,4-6,保持励磁电流If的大小及方向不变，将开关接至R，电枢从电网脱离经制动电阻R闭合。,参数特点：=N，U=0，电枢回路总电阻R=RaR,实际上是一台他励直流发电机。轴上的机械能转化成电能，全部消耗于电枢回路的电阻上，所以称为能耗制动。,1.能耗制动过程,4-6 直流电动机的电磁 制动,制动电阻最小值：,他励直流电动机能耗制动过程中的功率关系,能耗制动过程：ABO,OC,C点处T=TL，系统稳定运行于工作点C,T 0，n0,制动电阻最小值：,制动过程：ABC,T 0，n0,他励直流电动机反接制动过程中的功率关系,2、反接制动过程,3.回馈制动运行,1.正向回馈制动运行,降压调速,小车下坡,倒拉反转运行,2.反向回馈制动运行,正向电动运行,正向回馈制动,反向电动运行,能耗制动过程,能耗制动运行,倒拉反转运行,反向回馈制动运行,反接制动过程,他励直流电动机四象相运行的机械特性,例:某台他励直流电动机,额定功率:,设电枢反应去磁影响和空载转矩略不计,（1）以最大电枢电流,进行电压反接制动：,若负载为反抗性，则所需的制动电阻为多少？稳定转速为多少？若为位能性负载，则稳定转速为多少？,（2）若以120r/min的转速下放重物，试问采用何种制动方法来实现,作业:某台他励直流电动机,额定功率:,若运行于正向电动状态时,(1)负载为反抗性恒转矩时,采用能耗制动过程停车时,电枢回路应串入的制动电阻最小值是多少?,(2)负载反抗性恒转矩时,若采用反接制动停车,电枢回路应串入的制动电阻最小值是多少?,(3)负载为位能性恒转矩时,电动机运行在,匀速下放重物,采用倒拉反转运行,电枢回路应串入的电阻值是多少?,12 直流电机的换向,换向: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,元件里的电流方向改变。,一、换向概述,为了分析方便假定换向片的宽度等于电刷的宽度。,电刷与换向片1接触时，元件1 中的电流方向如图所示，大小为。,电枢移到电刷与换向片2接触时，元件1的被短路，电流被分流。如图所示。,电刷仅与换向片2接触时，元件1 中的电流方向如图所示，大小为。,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，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，还有机械的原因。此外换向过程还伴随着电化学和电热学等现象。,换向周期：元件从开始换向到换向终了所经历的时间。换向周期通常只有千分之几秒。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。,二、换向的电磁理论,换向元件中的电动势：,自感电动势 和互感电动势：换向元件（线圈）在换向过程中电流改变而产生的。,切割电动势：在几何中性线处，由于电枢反应存在，电枢反应磁密不为零，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是阻碍换向的。,换向电动势：在几何中性线处，换向元件在换向极磁场中感应的电动势。换向电动势是帮助换向的。,三、改善换向的方法,除了直线换向外，延迟和超越换向时的合成电动势不为零，换向元件中产生附加换向电流，附加换向电流足够大时会在电刷下产生火花。还有机械和化学方面的因素也能引起换向不良产生火花。,改善换向一般采用以下方法：,1、选择合适的电刷，增加换向片与电刷之间的接触电阻,2、装设换向磁极，位于几何中性线处装换向磁极。换向绕组与电枢绕组串联，在换向元件处产生换向磁动势抵消电枢反应磁动势,3、大型直流电机在主磁极极靴内安装补偿绕组，补偿绕组与电枢绕组串联，产生的磁动势抵消电枢反应磁动势,第二篇 直流电机 第六章 直流电机的用途、基本工作原理与结构、直流电机的主要优缺点；、直流电动机、发电机的基本工作原理；、直流电机各部件的作用；、直流电机的额定值；,第七章 直流电机的电枢绕组、单叠绕组的特点；、单波绕组的特点；、感应电势的表达式；、电磁转矩表达式；第八章直流发电机、直流电机的励磁方式；、直流发电机的电压方程式；、直流发电机的转距方程式；、功率关系式和功率流程图；、他励、并励发电机的外特性曲线及形成其原因，调节特性；、并励直流发电机的自励条件及过程；,第九章 直流电动机 1、直流电机的可逆原理；2、直流电动机的基本方程式；、并励电动机的运行特性；、直流电动机的固有和人为机械特性；、直流电动机的起动；起动的要求；起动的三种方法；每种方法的优缺点。、直流电动机调速 调速要求，调速 方法，每种调速的优缺点。,