机电传动控制 第三章《直流电机的工作原理及特性》PPT课件

1．发电机原理： 将机械能转换为电能。 直流发电机工作原理图 枢如图所示：c3-1.swf
电枢由原动机驱动 而在磁场中旋转，在电 枢线圈的两根有效边中 便感应出电动势e。
每一有效边中的电动势是交变 的，即在N极下是一个方向，当它 转到S极下时是另一个方向。
由于电刷A总是同与N极下的 有效边相联的换向片接触，而电刷 B总是同与S极下的有效边相联的换 向片接触，因此，在电刷间就出现 一个极性不变的电动势或电压，当 电刷之间接有负载时，在电动势的 作用下就在电路中产生一定方向的 电流。
发电机 电动机
相同 相反
电源电动势 阻转矩 反电动势 驱动转矩
T1=TM+ T0 TM= TL+ T0
四、直流电动机的分类
按定子励磁绕组的励磁方式不同可分为四类：
1．他励电动机：励磁 绕组由3．外串加励电电源动单机独：供励电磁，绕 励组磁与电电流枢的绕大组小并与联电连枢接两，端由 电外压部或电电源枢一电起流供的电大。小无关。
直流他励电动机和并励电动机的原理电路图。
电枢回路
电压平衡方程式： U E Ia Ra
励磁回路
式中: U ——外加电枢电压（V） E ——感应电势（V） Ia ——电枢电流（A） Ra ——电枢回路内 Km Ia
∴U Ke n Ia Ra
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。
电机分交流和直流两种。
直流电机—工作电压或输出的电压为直流； 交流电机—工作电压为交流。
直流电机分直流电动机和直流发电机两种。 直流电动机—将电能转换为机械能； 直流发电机—将机械能转换为电能。
章节内容：
3.1 直流电机的基本结构和工作原理 3.2 直流他励电动机的机械特性 3.3 直流他励电动机的启动特性 3.4 直流他励电动机的调速特性 3.5 直流他励电动机的制动特性
3．1 直流电机的基本结构和工作原理 一、直流电机的基本结构
电动机：驱动转矩，它与电枢转动的方向相同，使电枢转动。 在等速转动时，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。
从以上分析可知，直流电机作发电机运行和作电动机运行时， 虽然都产生电动势E和电磁转矩T，但二者的作用正好相反。
电机运行方
式
E与I的方向
E的作用
TM的性质
转矩之间的关 系
即：
n
U
Ke
Ra
Ke
Ia
……转速特性
n
U
Ke
K
e
Ra
Km
2
T
……机械特性
他励电动机的励磁电流If的大 小与电枢电流 Ia的大小无关，它 的大小只取决于 Rf、 Uf的大小， 当 Rf、 Uf的大小一定时, If为定值，
即磁通为定值。
n
U
Ke
Ke
Ra
Km
2
T
1. 理想空载转速：
理想空载点
T=0时的转速称为理想空载转 速，用n0表示。
2．电磁转矩TM
电枢绕组中的电流和磁通相互作用，产生电磁力和电磁转矩。
大小： TM Km Ia
式中：TM——电磁转矩（N·m）； Φ——对磁极的磁通（Wb）； Ia——电枢电流（A）； Km——与电机结构有关的常数，Km=9.55 Ke
作用： 发电机：阻转矩，它与电枢转动的方向或原动机的驱动转矩的 方向相反。 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。
换向器(3、4)：电刷固定不动，换 向片与主电电磁枢枢极绕绕(组1组)：(一2励)起：磁旋在绕转固组。定上作的加用磁上：场 直中流旋发电转电压，机，主：就要将有作电励用枢磁是绕电产组流生内通感感过应应，电的交 流使动电定势势子或转铁产换心生成产机电生械刷固转间定的矩磁直，场流实，电现即势能定。量 的转电换动。机 ： 将 外 加 的 直 流 电 流 转 换 为子电的枢主绕要组作的用交是变产电生流主，磁并场保。证每一 磁极下，电枢导体的电流的方向不变， 以产生恒定的电磁转矩。
根据电机的工作原理，直流电机的组成可分三个部分：
主要由定子铁心和绕在上面的励磁绕组两 定 子：
部分组成。
转 子： 主要由电枢铁心和电枢绕组两部分组成。
由换向片和电刷组成，电刷固定在定子上，换向片 换向器：
与电枢绕组相连，换向片与电刷保持滑动接触。
二、基本的工作原理
为了讨论直流电机的工作原理，可把复杂的直流电机结构简化 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。
2．电动机原理：将电能转 换为机械能。直流电动机工作 原理图如图所示： C3-2.swf
当线圈的有效边从N（S） 极下转到S（N）极下时，其 中电流的方向必须同时改变， 使电磁力的方向不变，即电磁 转矩的方向不变而使转子以n 的转速旋转。
直流电源接在电刷之 间而使电流通入电枢线圈。
N极下的有效边中的 电流总是一个方向，而S 极下的有效边中的电流总 是另一个方向，这样使两 个边上受到的电磁力的方 向一致，电枢因而转动。
n0
U
Ke
2. 转速降落
3. 机械特性硬度
Δ
n
n0
n
Ra
K e K m
2
T
为了衡量机械特性的平直程度，引进一个机械特性硬度的概念，
24.．并复励励电电动动机机：：励励磁磁绕绕组 组分为两部分，一部分与电枢 与电枢绕组并联连接，由外部 绕组并联连接，另一部分与电 电源一起供电。 枢绕组并联连接。
3．2 直流他励电动机的机械特性 一、机械特性的一般形式
电动机的机械特性指的是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，下面主要介 绍在调速系统中应用的较广泛的他励电动机的机械特性。
三、电动势和电磁转矩 1. 电动势E 根据电磁学原理，两电刷间的有感应电动势。
大小: E Ke n
式中：E — 感应电动势（V）；
Φ — 一对磁极的磁通（Wb）；
n — 电枢转速（r/min）；
方向:
Ke — 与电机结构有关的常数。
直流发电机——总是与电流的方向相同，常称为电源电动势。
直流电动机——总是与电流的方向相反，常称为反电动势。