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机电传动控制 第三章《直流电机的工作原理及特性》PPT课件

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直流电机——电机拖动控制(机电传动控制)课件PPT

直流电机——电机拖动控制(机电传动控制)课件PPT

Ia
n0
n
n
U Ke
Ra KeKm2
T
n0
n
特点：特性硬度变软，n0变大，∆n变大、起动力矩Tst变小。
注意：Φ=0时，理论上n→∞，实际上n上升到超过机械强度
容许的值，发生“飞车”。
他励直流电动机运行中，决不允许励磁电路短开或If=0。 措施：1）起动前先加励磁；2）设置“失磁”保护。
n
Φn>Φ1>Φ2>Φ3
图3--17
5.他励电动机的人为机械特性 固有机械特性
n
U Ke
Ra Ke
Ia
n
U Ke
Ra KeKm2
T
获得人为机械特性的方法只有3种（改变U、φ、Rad）： ☆电枢回路中串接电阻Rad ☆改变电枢电压U ☆改变磁通φ
（1）电枢回路中串接电阻 Rad的人为机械特性
n
UN Ke
Ra Rad KeKm2
机电传动控制
第三章 直流电机的工作原理及特性
3.1 直流电机的基本结构和工作原理 3.2 直流电动机的机械特性 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 3.6 串励直流电动机
3.1 直流电机的基本结构和工作原理
一、 直流电机的工作原理
二、直流电机的基本结构
n0 A
nA Δn
B
0
T1
图3-26
T2
T
二、调速方法：
n
U Ke
Ra Rad KeKm2
T
☆改变电动机电枢电路外串电阻Rad调速 ☆改变电动机电枢电压U调速 ☆改变电动机主磁通φ调速
1. 改变电枢电路外串电阻Rad调速

机电传动第三章直流电机PPT课件

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流）。
注意：各部件的作用。
.
21
结构 细说
转轴
风叶 磁极 电刷 换向器
换向片
电枢转子
换向器
压紧环.
电枢绕组
绕组端部
22
• 静止部分（称为定子）
– 产生磁场和构成磁路 ,电机机械支撑
• 旋转部分（称为转子）
– 感应电势和产生电磁转矩，实现能量的转换
• 定子和转子之间间隙 （称为空气隙）
– 气隙既保证了电机的安全运行，又是磁路的重 要组成部分
运行，以防转速过高。 (2) 随转矩的增大，n 下降得很快，这种特性属
软机械特性。
n
T
.
45
2、人为机械特性
• 人为机械特性是指人为改变（3·13）中的 相关参数得到的机械特性。人为改变电机 的机械特性是为了满足启动、停止、调速 等使用要求。
• 在（3·13）中可改变的有电压U、励磁φ和 电阻R。
产生电磁转矩，称为主磁通 0，
.
28
2、漏磁通：仅交链励磁绕组本身，不进入 电枢铁心，不和电枢绕组相交链，不能 在电枢绕组中感应电动势及产生电磁转
矩，称为漏磁通 σ .
.
29
.
30
空载时每极主磁通为：
.
31
3、电枢反应：电枢磁动势对主极气隙磁场的影响称为 电枢反应。 而电枢反应的性质又根据其反应方向的不同，分为交轴 电枢反应和直轴电枢反应，
（2）用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等。
（3）家庭：电动缝纫机、电动自行车、电动玩具
.
9
§3.2 工作 原理
一、 工作原理
电刷
+
U
N I
I
–

直流电机的工作原理及特性ppt课件

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整理版课件
20
三、电动势和电磁转矩
1. 电动势E
根据电磁学原理，两电刷间的感应电动势为:
EKen
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）； 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
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。
如图所示为直流他励电动机的原理电路图。
I
Rf
E Ra
U
Ia
M
Tn
If
Uf
整理版课件
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I
Rf
E Ra
U
Ia
M
Tn
If
Uf
电枢回路部分
励磁回路部分
第三章直流电机的工作原理及特性31直流电机的基本结构和工作原理33直流电动机的机械特性34直流他励电动机的启动特性35直流他励电动机的调速特性36直流他励电动机的制动特性自然界的多种植物中含有杀灭害虫的成分如烟草含有烟碱鱼藤含有鱼藤酮菊科植物除虫菊的花含有除虫菊素这些植物经提取加工后即可制成植物杀虫剂
2. 额定电压 UN： 指额定状态下电枢出线端的 电压，以 V为量纲单位。
3. 额定电流 IN： 指电机在额定电压、额定功率 时的电枢电流值，以 A为量纲单位。
整理版课件
15
4. 额定转速 nN： 指额定状态下运行时转子的 转速，以r/min为量纲单位。
5. 额定励磁电流 If： 指电机在额定状态时的励 磁电流值。

机电传动控制(第3章) 直流电机的工作原理及特性

机电传动控制(第3章) 直流电机的工作原理及特性
1）可以实现无级调节 2）特性曲线互相平行，机械特
性硬度不变，调速范围较大；
3）恒转矩调速 4）U≤UN，n≤nN
3．改变电动机主磁通
UN Ra n T 2 K e 9.55( K e )
1）可以实现无级调节 2）随着Φ 的减小，n0增加，k 变大，特性变软； 3）恒功率调速 4）Φ ≤ΦN，n≥nN
1、改变电枢电路外串电阻 Rad 调速
UN Ra Rad n T 2 K e N 9.55( K e N )
特点： 1）
3）R越大，耗能越大
2．改变电动机电枢供电电压U
Ra U n T 2 K e N 9.55( K e N )
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； • 掌握直流电动机电压平衡方程、机械特性方程及其相关 的计算方法。
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
直流电机的组成可分为定子、转子和换向器三大部分。
3.21 有一台他励直流电动机，PN＝7.5kW，UN＝220V，IN=4lA， nN＝1500r／min，Ra＝0.38Ω，拖动恒转矩负载，且TL＝TN， 现将电源电压降到U=150V，问： (1)降压瞬间的电枢电流及电磁转矩各多大? (2)稳定运行转速是多少?
3.22 有一台他励直流电动机，PN=21kW，UN＝220V，IN=115A， nN＝980r／min，Ra=0.1Ω，拖动恒转矩负载运行，弱磁调速时Φ 从ΦN调到0.8ΦN，问： (1)调速瞬间电枢电流是多少?(TL＝TN) (2)若TL＝TN和TL＝0.5TN，调速前后的稳态转速各是多少?

第3章直流电机的工作原理及特性pPPT课件

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2020年7月29日星期三
武汉理工大学机电学院《机电传动控制》教学课件
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2020年7月29日星期三
武汉理工大学机电学院《机电传动控制》教学课件
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2020年7月29日星期三武汉理工大学机电学院《机电传动控制》教学课件
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2020年7月29日星期三
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2020年7月29日星期三
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2020年7月29日星期三
武汉理工大学机电学院《机电传动控制》教学课件
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2020年7月29日星期三
武汉理工大学机电学院《机电传动控制》教学课件
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2020年7月29日星期三
武汉理工大学机电学院《机电传动控制》教学课件
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2020年7月29日星期三
☞ 直流电机更适合于调速要求高、正反转、启动和 制动频繁的场合；
☞ 直流电机即可作电动机使用，亦可作发电机使用；
☞ 交流电机的正反转和调速需借助于复杂的控制电路。
2020年7月29日星期三
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3.1 直流电机的基本结构和工作原理
3.1.1 直流电机的基本结构 如图所示：
☞ 当线圈的有效边从N（S）极下 转到S（N）极上时，其中电流 的方向通过换下器和电刷改变， 使电磁力的方向保持不变。
☞ 注意：此时，电枢线圈将产生 反电动势。
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电动势E
（重点）
根据电磁学原理，两电刷间的感应电动势为:
EKen
换转向定子器也子部直由有部分流换分分主电向成主要机片三要由结和大由电构电部定枢包刷分子铁括组的铁心定成：心和子，定和电和电子绕枢转刷、在绕子固转上组两定子面两大在和的部定换励分子向磁组。上器绕成，。组。 换向两片部与分电组枢成绕。组相连，换向片与电刷保持滑动接触。

机电传动控制 第3章 直流电机

机电传动控制 第3章 直流电机

机电传动控制第3章直流电机的工作原理及特性各种各样的电机常用的电机主要分为两大类：驱动电机：是设备的主要动力源，包括各类交流、直流电动机及步进电动机。

交流异步电动机较之其他类型的电动机结构简单，价格便宜，运行可靠，维护方便，应用广泛。

控制电机：常见的有步进电动机、交流伺服电动机、直流伺服电动机、测速发电机等，这类电机的主要任务时转换和传递控制信号，能量传递时次要的。

常用电机分类：第3章直流电机的工作原理及特性电机分为直流电机和交流电机。

直流电机——工作电压或输出电压为直流电压。

交流电机——工作电压为交流电压。

直流电机：直流电动机——将电能转换成机械能。

直流发电机——将机械能转换成电能。

直流电机与交流电机的比较交流电机较直流电机的结构简单，制造容易，维护方便，运行可靠；直流电机有交流电机不可比拟的启动和调速性能；直流电机更适合于调速要求高、正反转、启动和制动频繁的场合；直流电机即可做电动机用，又可作发电机用。

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包括定子、转子和换向器实际直流电机构造定子实际直流电机构造转子换向片剖视图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定子部分：主要由主磁极、换向极（铁芯）和绕在上面的励磁绕组等组成。

作用：产生主磁场和支撑电机转子部分：主要由电枢铁芯、电枢绕组、换向器等组成。

作用：产生感应电动势和机械转矩，实现能量转换。

主磁极：产生气隙磁场，以便电枢绕组在此磁场中转动而感应电势。

产生磁场有两种方法，一是采用永久磁铁作主磁极——永磁直流电机(绝大部分的微小型直流电机)；二是由励磁绕组通以直流电流来建立磁场(中大型直流电机) 。

电枢铁芯：主磁通磁路的一部分，嵌置电枢绕组。

一般用0.5或0.35毫米厚的涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成，以防涡流。

第3章 直流电机的工作原理及PPT课件

第3章 直流电机的工作原理及PPT课件
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.
6
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%
主磁极 电枢 换向器 电刷装置
2
直流电机的结构图
剖面图：电枢1； 主磁极2向片3； 连接片4；云母环2
3
2.直流电机的基本工作原理
简化为一对磁极,一个线圈
发电机
电动机 4
2.直流电机的基本方程式
1)感E应电K势eEn
式中:E-电动势(V); -
一对磁极的磁通(Wb);
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.
18
3.5直流他激电动机的调速特性
nKUeRKaeKtRa2dT
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;
2.并激发电机原理电路图
7
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
8
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
UEIaRa
E Ken
式中,Ra为电枢电阻.以 代入得:
n
U
Ke
Re
Ke
Ia
由 T Kt Ia 将Ia值再代入,得::
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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。