电机及机床电气控制.ppt

项目四 直流电机的运行控制,电机及机床电器控制,天津轻工职业技术学院,天津轻工职业技术学院,教学目标：1、直流电动机工作特性2、直流电动机的启动、制动方法3、直流电动机的调速方法4、电动机的启动、制动控制电路教学重点和难点：1、直流电动机的启动、制动方法2、直流电动机的调速方法3、电动机的启动、制动控制电路,教学方法：项目教学法：1、引出问题；2项目分析；3、行为引导法；4、学练结合学时、教具、课前准备：学时：6学时 教具：三相异步电机、三相异步电机控制装备、万用表 课前准备：学生预习相关课程知识；设备调试；规范标准准备；,教学过程：一、项目提出 直流电机是通以直流电流的旋转电机，是将电能互转换成机械能的设备。与交流电机相比优点是调速性能好，启动转矩大，过载能力强，在启动和调速要求较高的场合应用广泛；不足之处是直流电机结构复杂，成本高，运行维护困难。,二、项目分析 直流电机是通以直流电流的旋转电机，是电能和机械能相互转换的设备。将机械能转换为电能的是直流发电机，将电能转换为机械能是直流电动机。直流电动机具有良好的调速特性和宽广的调速范围，在调速性能和指标要求较高的场合，直流电机得到了广泛的应用。直流电机是如何工作和机械特性是使用直流电机的必要知识；掌握直流电机的调速方法是关键技能点。,三、项目计划及决策 1、控制设备的准备：DZSZ-1D型电机及电器自动控制实验装置。万用表的准备。2、工作准备 直流电机控制的启动、停止、运行线路方案准备。3、电源配备 四、项目实施 知识点一 直流电机的基本原理与结构,一）直流电机的工作原理 1、直流发电机工作原理 2、直流电动机的工作原理,二、直流电机的基本结构 直流电机的结构示意图如图所示。它由定子和转子两个基本部分组成。a)为结构图b)为轴向截面图。,a)b)a)1端盖 2风扇 3机座 4电枢 5主磁极6刷架 7换向器 8接线板 9出线盒10换向器 b)1机座 2主磁极 3转轴 4电枢铁心 5换向磁极 6电枢绕组 7换向器 8电刷,三）、直流电机的励磁方式 分为他励直流电机、并励直流电机、串励直流电机与复励直流电机等四种，如图所示。,a)他励直流电机 b）并励直流电机 c）串励直流电机 d）复励直流电机,四）直流电机的铭牌数据和主要系列 1、直流电机的铭牌数据 1）电机型号 2）额定功率PN 3）额定电压UN 4）额定电流IN 5）额定转速nN 6）电动机额定效率N,2、直流电机主要系列 Z4系列：一般用途的小型直流电动机；ZT系列：广调速直流电动机；ZJ系列：精密机床用直流电动机；,知识点二 直流电动机的电磁转矩和电枢电动势 一）、电磁转矩 直流电动机的电磁转矩T的大小可表示为 T=CTIa 式中CT与电动机结构有关的常数；每极磁通（Wb）Ia电枢电流（）T电磁转矩（N.m）,二）、电枢电动势,图2-1-9 电枢电动势和电流,直流电动机两电刷间总的电枢电动势的大小为 Ea=Cen,a)b)他励直流电动机结构示意图和电路图,知识点三 他励直流电动机的运行原理与机械特性,a）结构示意图 b）电路图,一）、直流电动机的基本方程式1、电动势平衡方程式 U=Ea+IaRa 式中U电枢电压（V）Ia电枢电流（A）Ra电枢回路中总电阻（）2、功率平衡方程式 1）机械损耗Pm 2）铁心损耗PFe 3)铜耗PCu4)附加损耗Ps 直流电动机总损耗P为 P=Pm+PFe+PCu+Ps 则输出机械功率P2为 P2=Pem-PFe-Pm=Pem-P0=P1-PCua-P0=P1-P 则直流电动机的功率为=100%=100%,他励直流电动机功率流程图,二）、他励直流电动机的机械特性 1、他励直流电动机的机械特性方程式 由他励直流电动机电动势平衡方程式 U=Ea+Ia(Ra+Rpa)=Ea+IaR 最终可得机械特性方程式：T 他励直流电动机机械特性 式中Ce、CT、由电动机结构决定的常数。当U、R数值不变时，转速n与电磁转矩T为线性关系，其机械特性曲线如图所示。,2、他励直流电动机的固有机械特性 其特性方程式为 由于电枢绕组的电阻Ra阻值很小，而n值大，因此n很小，固有机械特性为硬特性。3、他励直流电动机的人为机械特性 1）电枢回路串联电阻Rpa是的人为特性 电枢回路串联电阻Rpa时的人为机械特性方程为,他励直流电动机电枢回路串电阻的人为机械特性,（1）理想空载转速n0保持不变；（2）机械特性的斜率随Rpa的增大而增大，特性曲线变软。图为不同Rpa时的一组人为机械特性曲线，从图中可以看出改变电阻Rpa大小，可以使电动机的转速发生变化，因此电枢回路串电阻可用于调速。,图他励直流电动机降压的人为机械特性,（1）理想空载转速n0正比于电压U，U下降时，n0成正比例减小；（2）特性曲线斜率不变，图为调节电压的一组人为机械特性曲线，它是一组平行直线。因此，降低电源电压也可用于调速，U越低，转速越低。,图他励直流电动机电枢回路串电阻起动控制主电路图,知识点四 他励直流电动机的起动和反转一）起动方法1全压起动 2减压起动。3电枢回路串电阻起动,知识点五 他励直流电动机的制动一）、能耗制动1、制动原理,能耗制动a)能耗制动控制电路图 b）能耗制动电路图,。,能耗制动机械特性,图电动机拖动位能性负载能耗制动电路图,2、机械特性 将U=0，R=Ra+Rbk代人式（4-10）中，便可获得能耗制动的机械特性方程(2-1-21)能耗制动机械特性曲线是一条过坐标原点，位于第象限的直线，如图所示,a)b)电枢反接制动 a)控制电路图 b)机械特性,二）、反接制动反接制动有电枢反接制动和倒拉反接制动两种方式。1、电枢反接制动 1）制动原理,拓展与提高 一、电机调速的概念 二、调速静态技术指标 1静差率 2调速范围 3平滑性 4、经济性 主要考虑设备的初投资、调速时电能的损耗及运行的维修费用等。五、项目检查 检查掌握直流电机的工作过程情况，首先应了解直流发电原理，在此基础上掌握直流电动机工作过程。然后通过再进一步掌握直流电动机的工作特性以及调速方法。三种调速方法及线路搭接检查。,六、教学评估 1 直流电机中为何要用电刷和换向器，它们有何作用?2 简述直流电动机的工作原理。3 直流电动机的励磁方式有哪几种?画出其电路。4 试写出直流电动机的基本方程式，它们的物理意义各是什么?5 何为直流电动机的机械特性，写出他励直流电动机的机械特性方程式。6 何为直流电动机的固有机械特性与人为机械特性?,