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1、第3章直流电机的工作原理及特性掌握直流电机的电势方程式，转矩方程式和电压平衡方程式；掌握直流电动机的机械特性，特别是人工机械特性；掌握直流电动机起动，制动，调速的各种方法和应用场所；了解用机械特性来分析直流电动机运行状态的方法。3.1直流电机的基本结构和工作原理1.直流电机的基本结构主磁极电枢换向器电刷装置直流电机的结构图剖面图：电枢1；主磁极2；换向极4；机座6电枢铁心冲片换向器：换向片3；连接片4；云母环22.直流电机的基本工作原理发电机电动机简化为一对磁极,一个线圈1)感应电势E2.直流电机的基本方程式2)电磁转矩T-一对磁极的磁通(Wb);n-电枢转速(r
2、/min);Ke-与结构有关的常数.式中:E-电动势(V);-一对磁极的磁通(Wb);Ia-电枢电流(A);Kt-与结构有关的常数.式中:T-电磁转矩(Nm);3.2直流发电机1.按激磁方法分类1)他激发电机:发电机的激磁绕组由外电源供电.2)自激发电机:发电机的激磁电流为电枢电流或电枢电流的一部分.它又分为:(1)并激发电机;(2)串激发电机;(3)复激发电机.下面分析他激和并激发电机的电路图和外特性.1.他激发电机原理电路图3.他激和并激发电机的外特性曲线电源----------外特性U=f(I)硬特性从空载到满载电压变化率5%-10%2.并激发电机原理电路图
3、3.3直流电动机的机械特性1.他激和并激直流电动机的机械特性1)原理电路图2)直流电动机机械特性方程式直流电动机电枢电压平衡方程式上式为直流电动机机械特性的一般表达式式中,Ra为电枢电阻.以代入得:由将Ia值再代入,得::3)机械特性硬度在机械特性方程式中,no称为理想空载转速;△n称为转速降落.机械特性硬度是衡量机械特性平直程度的:绝对硬特性.如交流同步电动机的机械特性＞10硬特性如直流他激电动机和异步电动机的机械特性＜10软特性如直流串激电动机的机械特性机械特性曲线n=f(T)4.固有(自然)机械特性和人工机械特性1)他激直流电动机的自然机械特性(正转)在额定
4、电压,额定磁通,电枢电路内不外接电阻时的机械特性即为自然机械特性.额定负载时,转速降落不多,是硬特性;金属切削机床,冷轧机,造纸机等宜于选用硬特性的电动机.2)自然机械特性曲线的作法已知电动机的PN,UN,IN,nN,由公式可计算出Ra,Ke,(1)电枢电阻Ra的估算:(2)理想空载转速no计算:(3)额定转矩Nn的计算:no,TN,找出两个点,即理想空载点(o,no)和额定运行点(TN,nN),通过这两点作出自然机械特性.3)举例(1)一台Z2-51型直流他激电动机,已知额定功率5.5kW,额定电压220V,额定电流31A,额定转速1500r/min,忽略损耗,
5、求自然机械特性.解:分析只要求出理想空载点和额定运行点,就可绘出机械特性.=0.71=0.132=1667r/min=35Nm4)电动机人工机械特性(三种)(1)电枢回路串附加电阻Rad的人工机械特性在自然机械特性方程式中,用(Rad+Ra)代替Ra,得到串电阻的人工机械特性方程式:附加电阻Rad越大,机械特性越软.(2)改变电枢电压的人工机械特性U改变,但转速降不变.因此,变电枢电压的人工机械特性是一簇与自然机械特性平行的特性曲线.只允许在额定电压以下调节.在后面的自动调速系统学习中有广泛的应用.随U的变化而变化(3)改变磁通的人工机械特性从机械特性方程可知,改
6、变磁通时,电动机的理想空载转速和转速降落都会随磁通的变化而变化.磁通只能在额定值以下调节,理想空载转速和转速降落都要增大-------弱磁增速.使用中,要防止电动机过载,更要防止飞车,因此,直流他激电动机设有失磁保护.2.串激直流电动机的机械特性1)特点:电枢电流就是激磁电流.2)机械特性分析:第一段,电动机轻载时,机械特性具有双曲线的形状,理想空载转速趋近无穷大.第二段,电动机负载较重时,磁路趋于饱和,机械特性近似一条直线.3)注意事项:直流串激电动机不允许空载运行----飞车事故.3.4直流他激电动机的起动特性直流他激电动机的起动电流是额定电流的(10-20)
7、倍,不允许直接起动.限制其起动电流的方法有两种.1.降压起动:组成SCR-M自动调速系统的起动环节.是后面学习的一个重点.2.电枢电路串外接电阻起动右图为具有三段起动电阻的他激电动机电路原理图和起动特性,其起动特性就是前面刚刚学习过的一种人工机械特性.3.5直流他激电动机的调速特性由直流他激电动机人工机械特性方程式直流电动机的调速方法:式中,Ke,Kt,Ra均为常数,因此,电动机有3种调速方法1.变电枢电路外接电阻Rad;2.变电枢电压U;3.变磁通.1.改变电枢电路外接电阻调速电动机电枢电路串电阻后,其人工机械特性如右图示.1)应用:起重机,卷扬机;2)缺点:机
8、械特性软,
