机电产品设计实例与分析第三章

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1、第三章直流电机的工作原理及特性重点掌握：了解直流电机的基本结构及工作原理；掌握直流电动机的机械特性；掌握直流电动机启动、调速和制动等各种特性；掌握实现直流电动机启动、调速和制动的各种方法以及它们的使用场所。直流电机交流电机直流电力拖动系统：启动转矩大，在较大的范围内能进行速度平滑调节，且控制简便。由于直流电机具有换向器和电刷，给运行带来了麻烦。交流电力拖动系统：交流电传输方便，交流电机结构简单，价格便宜且能在高速度恶劣条件下工作。交流电力拖动系统的调速性能（如调速范围，调速精度，平滑性，过载能力等）指标都不及直流电力拖动系统。第三章直流电机的工作原理及特性3．1直流电机的基本

2、结构和工作原理直流电机的基本结构轴承及端盖机座主磁极电枢绕组风扇换向器电枢铁芯励磁绕组电刷装置轴组成:定子、转子、换向器3．1直流电机的基本结构和工作原理直流电机的基本结构剖面图：1电枢；2主磁极；3励磁绕组；4换向极；5换向极绕组；6机座电枢铁心及钢片换向器：1套筒；2云母环3换向片；4连接片直流电机的基本结构3．1直流电机的基本结构和工作原理基本的工作原理直流电机结构简化为电机具有一对主磁极，电枢绕组只是一个线圈，线圈两端分别联在两个换向片上，换向片上压着电刷A和B。1—主磁极3．1直流电机的基本结构和工作原理2—电枢绕组4—电刷3—换向片发电机原理：将机械能转换为电能。

3、（右手定理）电动机原理：将电能转换为机械能。(左手定理)换向器作用：电刷固定不动，换向片与电枢绕组一起旋转，对发电机而言是将电枢绕组内感应的交流电势转换成电刷间的直流电势。对电动机而言，将直流电流转换为的交变电流，保持恒定的电磁转矩。3．1直流电机的基本结构和工作原理基本的工作原理电动势和电磁转矩电动势E两电刷间的感应电动势:式中：E——感应电动势（V）；Φ——对磁极的磁通（Wb）；n——电枢转速（r/min）；Ke——与电机结构有关的常数。直流发电机中，电动势的方向总是与电流的方向相同，被称为电源电动势。直流电动机中，电动势的方向总是与电流的方向相反，被称为反电动势。3．1

4、直流电机的基本结构和工作原理电磁转矩TM电磁力和电磁转矩：式中：TM——电磁转矩（N·m）；Φ——对磁极的磁通（Wb）；Ia——电枢电流（A）；Kt——与电机结构有关的常数，Kt=9.55Ke3．1直流电机的基本结构和工作原理电动势和电磁转矩运行方式E与I的方向E的作用TM的性质转矩关系发电机相同电源电动势阻转矩T1=TM+T0电动机相反反电动势驱动转矩TM=TL+T0发电机的电磁转矩是阻转矩，在等速转动时，原动机的转矩T1必须与发电机的电磁转矩TM及空载损耗转矩T0相平衡。电动机的电磁转矩是驱动转矩，电动机的电磁转矩TM必须与机械负载转矩TL及空载损耗转矩T0相平衡。电动势

5、和电磁转矩3．1直流电机的基本结构和工作原理直流电动机的分类直流电动机按定子励磁绕组的励磁方式不同可分为四类：3．1直流电机的基本结构和工作原理他励并励串励复励GGGG电动机调速范围很宽，多用于主机拖动中转速调节方便，调节范围大负载在较大范围内变化的和要求有较大起动转矩的设备中兼有串励电动机和并励电动机的特点3.3.1直流他励电动机的机械特性机械特性的一般形式电动机的机械特性：转速与电磁转矩之间的关系。不同励磁方式的电动机，其运行特性也不尽相同。如图所示为直流他励电动机的原理电路图。式中:——外加电枢电压（V）；——感应电势（V）；——电枢电流（A）；——电枢回路内阻（Ω）电

6、枢回路部分励磁回路部分∵……转速特性……机械特性机械特性的一般形式3.3.1直流他励电动机的机械特性∴1.理想空载转速：2.转速降落3.机械特性硬度理想空载转速机械特性的一般形式3.3.1直流他励电动机的机械特性根据值的不同，可将电动机机械特性分为三类。（1）绝对硬特性(交流同步电机)（2）硬特性>10(直流他励和交流)（3）软特性<10（直流串励和复励）机械特性的一般形式金属切削机床,冷轧机,造纸机等宜于选用硬特性的电动机.起重机、电车选用软机械特性曲线电机3.3.1直流他励电动机的机械特性固有机械特性固有机械特性：在额定条件（额定电压UN和额定磁通N)下和电

7、枢电路内不外接任何电阻时的n=f(T)是一条直线。固有机械特性曲线可根据电动机的铭牌数据求出(0,n0)和(TN,nN)即可绘出固有的机械特性。通常直流电动机铭牌上给出额定功率PN、额定电压UN、额定电流IN和额定转速nN。3.3.1直流他励电动机的机械特性估算电枢电阻Ra依据：电动机在额定负载下的铜耗Ia2Ra约占总损耗PN的50%～75%。式中：是额定运行条件下电动机的效率，且此时故固有机械特性的计算步骤3.3.1直流他励电动机的机械特性求额定运行条件下的反电势为：故求理想空载转速得求额定转矩: