直流电机及其控制系统157页PPT

精选课件ppt
T
暂时 T > TL
26
3.减小 调速的特点：
（1）调速平滑，可做到无级调速，但只能向上调， 受机械本身强度所限，n不能太高。
（2）调的是励磁电流（该电流比电枢电流小得多）， 调节控制方便。
精选课件ppt
27
二、改变电枢电压调速
1.特性曲线
nn0n 其中
n0
U
K
Φ
E
，n
KT
Ra
KEΦ2
5
电刷
FE
+
N IE
U
F
I
–
S
换向片
由右手定则，线圈在磁场中旋转，将在线圈中 产生感应电动势，感应电动势的方向与电流的 方向相反。
精选课件ppt
6
直流发电机
用右手定则判 感应电动势Ea的方向
E
+ Ia N
E
电枢绕组
U
电阻Ra
–
S
感应电动势
输出电压
EKn E
UE IaRa
精选课件ppt
7
二、 直流电机的构成
产生磁通，称为励磁。
精选课件ppt
9
根据励磁线圈和转子绕组的联接关系，励磁式的 直流电机又可细分为：
他励电动机：励磁线圈与转子电枢的电源分开。
并励电动机：励磁线圈与转子电枢并联到同一电源上。
串励电动机：励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。
复励电动机：励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在 同一电源上。
E
K
Φn
E
T K T ΦI a
他励
nKUEΦKTK RaEΦ2T
即： nn0 n
其中

三、直流电机的电枢绕组和磁场
对于小容量电机，电枢直径小，电枢铁心外圆不宜开 太多槽时，往往在一个槽的上层和下层各放两个元件边， 即把一个实槽当成u个虚槽使用。虚槽数与实槽数Z之间的 关系为
Z u u Z S K( 3 5 )
为分析方便起见，本书中均设u=1。
三、直流电机的电枢绕组和磁场
节距
二、直流电机的基本结构与铭牌
直流电机主要系列介绍
为了满足各行各业对产品的不同要求，生产厂将产品 制成不同型号系列。所谓系列就是指产品的结构和形状基 本相似，而某种性能参数例如容量则按一定等级递增的一 系列产品。对于电机来说，系列产品的电压、转速、机座 号和铁心长度都有一定的等级。 型号
它表示电机的类别。例如：Z2—12 的含义为 Z：直 流；2：设计序号；1：铁心长度；2：机座号
二、直流电机的基本结构与铭牌
4）电刷装置 电刷装置用以引入 或引出直流电压和直流电流。电 刷装置由电刷、刷握杆和刷杆座 等组成。电刷放在刷握内，用弹 簧压紧，使电刷与换向器之间有 良好的滑动接触，如图3-7所示， 刷握固定在刷杆上，刷杆装在圆 环形的刷杆座上，相互之间必须 绝缘。刷杆座装在端盖或轴承内 盖上，圆周位置可以调整，调好 以后加以固定。
二、直流电机的基本结构与铭牌
(4) ZD型系列电机主要用于需要广泛调速并具有较大 过载能力的场所，如大型机床、卷扬机、起重设备等。
(5) ZQD型系列是直流牵引电动机， 用于牵引车辆。
三、直流电机的电枢绕组和磁场
直流电机的电枢绕组
➢ 直流电枢绕组的基本知识
电枢绕组元件 电枢绕组元件由绝缘铜线绕制而成，每个元件有两个
换向器和电刷的作用，在电刷A、B两端输出的电动势是方向不 变的直流电动势。若在电刷A、B之间接上负载，发电机就能向

绕组端部
图1-4 直流电机横剖面示意图
一、结构
1、定子
（1）主磁极 作用：产生直流磁场。 分类：永磁式、电磁式 电磁式的构成： ①铁心，由1～1.5mm厚的钢板冲压而成。 ②励磁绕组，通入的是直流电。
（2）换向极 作用：改善换向。1kW以上直流电机，几乎都安装换向极。 组成：换向极铁心和换向极绕组。换向极绕组与电枢绕组 串联。
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2
15 7 14 6 13
15
1
8
5
5
8
1 9
12
12 2 10 3 11 4
4
9
瞬时电路图
单波绕组的特点：
•同名磁极下各元件串联起来组成一条支路， 支 路对数a＝1，与磁极对数p无关。 •电刷在换向器表面上的位置对准主磁极中心线， 支路电动势最大。 •电刷数量等于主磁极数（采用全额电刷）; •电枢电流 Ia＝2ia 。
二、直流电机的额定数据
1、额定容量PN：输出功率，单位kW。 直流发电机：PN＝UN· IN
直流电动机：PN＝UN· IN ·
2、额定电压UN：额定状态下出线端电压，单位V 3、额定电流IN：额定状态下出线端电流，单位A 4、额定转速nN： 额定状态下的电机转速，单位r/min 5、额定励磁电流
6、励磁方式
第一章 直流电机
1-1 直流电机的结构与工作原理
一、结构 1、定子 （1）主磁极： 作用：产生直流磁场。 分类：永磁、电磁 电磁铁构成： ①铁心，由1～1.5mm厚的钢板叠压而成。 ②励磁绕组，励磁绕组中通入的是直流电。 （2）换向极 作用：改善换向。1kW以上直流电机，几乎都安装换向极。 组成：换向极铁心和换向极绕组。换向极绕组与电枢绕组 串联。

励磁电压 励磁电流 调速范围 静差率
单相180V
直流1A
直流180V
s<10%
13
5、KZD-Ⅱ型直流调速系统的组成框图
14
KZD-Ⅱ型直流调速系统的组成框图及调节过程
15
KZD-Ⅱ型直流调速系统的升级、改造
实际操作过程参考
任务： 1、 分析KZD-II型直流调速系统各单元电路的原理， 检查分析电路设计中的缺陷。 2、在保证原电路功能基础上，提出系统改进意见， 并重新设计系统工作原理图。 3、选择电子、电器元器件并逐步对单元电路进造 试验。 4、对现有的直流调速系统进实际改造、安装与调 试。 5、绘制修改后电路原理图、写出改进电路工作原 理和系统使用说明书。
④电路中反馈信号直接在主电路取样，设备维护和检修 时有安全隐患，建议用光电耦合器隔离取样。
⑤可控整流电路和电机励磁电源有改进空间。 ⑥手动调速旋纽使用时间长了会接触不良，影响系统稳
定，建议用触摸式电压调节器来改进。
17
2、在原电路基础上提出改进意见，并重新绘
制系统原理图。
①用比例调节器代替原来的放大和比 较节。
课题:直流电机调速系统升级、 改造
1、直流电动机基本控制原理简介 2、直流调速控制线路原理简介 3、直流电动机自动调速控制线路的改造。
一个还须研讨的导 向课题
1
引言
直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构 复杂，维修也不便，但由于它的调速性能较好和 起动转矩较大，因此，对调速要求较高的生产机 械或者需要较大起动转矩的生产机械往往采用直 流电动机驱动。
光电光电耦合器
参考教材 电子技术基础 维修电工 电机与变压器 半导体变流技术 电力电子技术 元器件手册 上21 网

ia
N
Da
1 2
A
电枢表面任一点x处的电枢磁势Fax为
Fax=Ax
Fax为三角波。
而电枢表面任一点x处的电枢磁密Bax为
Bax
0Hax
Fax
0
. x
电枢磁密沿电枢圆周分布规律为一马鞍形磁密波。
.
第29页/共36页
. 小结：电枢磁场的特点：
①. 电枢磁势Fa与主极磁势Ff0互相垂直； ②. 电枢表面各点的电枢磁势Fa不等；
1
2
3
4
上层边
1 2 3 4
15
15
16
16
1
1
第16页/共36页
下层边
5′ 6′ 7′ 8′
3′ 4′ 5′
线圈：
一个线圈旋转一周产生的电动势一定是正弦波。
在某一瞬间，每个线圈均有电动势，只不过有的大， 有的小，有的等于零；有的为正，有的为负。
而∑e = e1+e2+e3+e4+e5+e6+e7+e8+e9+e10+……+e15+e16
end
§4
一、直流电机的空载磁场
直流电机的磁场
当只有励磁绕组中有电流，而其他绕组中均无电流时的磁场 称为空载磁场。
1. 电机的磁化曲线 电机的磁路
①主磁极 ②空气隙 ③电枢齿 ④电枢磁轭 ⑤定子磁轭
由安培环路定律，得
∑(Hxlx)=2If0Nf=2Ff0
=2Hδδ+2Htlt+2Hala+2Hmlm+2Hjlj
2a = 2
⑵. 电刷数目：
一般地，2b = 2p （即全额电刷.） 第21页/共36页

二、直流电二机、的直电流枢电反机应的电枢反应
直流电机的电枢反应
直轴
直轴与交轴：主极的轴线称为直轴，与直轴正交
的轴线叫交轴
电枢反应定义：电机带上负载时，电枢绕组中
交轴
有电流流过，载流的电枢绕组将产生磁动势，电枢磁 动势对主磁场的影响叫电枢反应。
图2-1 直流电机交直轴示意图
电枢反应分类：交轴电枢反应和直轴电枢反应
Te
Rj ：调节电阻
R为j 0时，由于 Ra远小于 ， CeCT2 故不计磁饱和时直流电动机的机 械特性为一稍微下降的直线。如 果计及磁饱和时，交轴电枢反应 呈现去磁作用，曲线下降程度减 小。
图4-2 直流电动机机械特性
五、直流电动机的启动、调速和制动
直流电动机的启动
启动时,n= 0 Ea=0，若加入额定电压，则
工作特性
转矩特性：Te f (P2 )
Te
T0
T2
T0
P2
：转子机械角速度
转矩特性基本呈线性关系；实
际上，P2 增大时，转速略有下 降，故曲线将略微向上弯曲。
效率特性： f (P2 )
P2
P2 P
当不变损耗等于可变损耗 时，电机效率最大。
机械特性
n
u Ce
Ra CeCT
Rj 2
主要内容
2023最新整理收集 do something
一、直流电机的工作原理和基本结构 二、直流电机的电枢反应 三、直流电机基本方程 四、直流电动机的运行特性 五、直流电动机的启动、调速和制动
一、直流电机的工作原理和基本结构
工作原理
电刷
+
N I
U I
–
换向片
S
以电动机为例

直流电机调速系统的基本原理
调速系统的组成
直流电机调速系统主要由控制器、功率驱动器和直流电机三部分组成。控制器负责接收速度指令和反馈信号，根 据指令和反馈信号计算出控制电压或电流，输出控制信号给功率驱动器。功率驱动器根据控制信号调节电机的输 入电压或电流，从而改变电机的转速。
调速系统的基本原理
调速系统的基本原理是通过改变电机的输入电压或电流，调节电机的输入功率，实现对电机转速的调节。具体来 说，当电机的输入电压或电流增加时，电机的转速增加；当电机的输入电压或电流减小时，电机的转速减小。通 过控制电机的输入电压或电流，可以实现电机的平滑调速和精确控制。
直流电机的工作原理
当直流电源通过电刷和换向器加到电 枢绕组上时，通电的电枢绕组在主磁 极产生的磁场中受到安培力而产生转 矩，驱动转子旋转。
直流电机输出的机械功率通过联轴器 或带轮等传动装置驱动负载转动。
随着转子的旋转，电枢绕组中的电流 方向不断改变，以保持电磁转矩的方 向不变。
直流电机的分类与特点
电机过热
可能是由于电机散热不良或负载过大等原因引起的，应检 查电机的散热系统和负载情况，如有需要可更换更大功率 的电机。
调速系统失灵
可能是由于控制线路故障或传感器、执行器等部件损坏等 原因引起的，应检查控制线路和相关部件，如有需要可更 换损坏的部件。
电机噪音过大
可能是由于机械部件松动或电机轴承损坏等原因引起的， 应检查电机的机械部件和轴承，如有需要可更换轴承。
1 2
医疗器械
直流电机调速系统用于医疗器械中，如呼吸机、 输液泵等，实现精确的流量和速度控制。
航空航天
在航空航天领域，直流电机调速系统用于控制舵 机、起落架等机构，确保飞行的安全和稳定。

第一节 直流电动机概述
反电动势E的计算公式是： E=K eΦn
对于永磁式直流电动机，Ke和Φ都是常数，上式可写 成：
E=Cen
电动机各个电量的方向，如图4-4所示。
第一节 直流电动机概述
图4-4 直流电动机各个电量的方向
第一节 直流电动机概述
外加电压为U时有： U=E+IRa
式中，Ra—电枢电阻。
的方式，可分为永磁式和他激式。永磁式磁极由永磁
材料制成，他激式磁极由冲压硅钢片叠压而成，外绕
线圈，通以直流电流便产生恒定磁场。
(二) 转子
又叫电枢，由硅钢片叠压而成，表面嵌有线圈，
通以直流电时，在定子磁场作用下产生带动负载旋转
的电磁转矩。
第一节 直流电动机概述
(三) 电刷与换向片
为使所产生的电磁
上式就是直流电动机的电压平衡方程式。 它表明了外加电压与反电动势及电枢内阻压降
平衡。或者说，外加电压一部分用来抵消反电 动势，一部分消耗在电枢电阻上。
第一节 直流电动机概述
(三) 电动机转速与转矩的关系
如果把 E=Cen代入式(4-8) ，便可得出电枢电 流Ia的表达式：
Ia=
U
Cen Ra
第一节 直流电动机概述
(一) 电动机转矩平衡方程式 一般，电磁转矩Te按下式计算：
Te=KmΦIa
(4-1)
对又于可永写磁成直：流伺服电动机，Km和Φ都是常数，所以上式
Te=CmIa
(4-2)
当电动机带着负载匀速旋转时，它的输出转矩必与负 载转矩相等。但是，电动机本身具有机械摩擦(例如轴 承的摩擦，电刷和换向器的摩擦等) 和电枢铁芯中的涡 流、磁滞损耗都要引起阻转矩，此阻转矩用T0表示。

38
• 对和复励发电机，当负载电流增加时，由 于电枢反应、电枢电阻与串励绕组所引起 的电压降落，可由串励绕组的磁动势增强 来补偿。
• 所以，和复励发电机在任何负载下，其端 电压U几乎可以保持不变。
• 对差复励发电机，由于其串励绕组磁动势 与并励绕组磁动势相反。当有负载时，使 它的磁通大为削弱，端电压急剧下降。
器在内的励磁回路的总电阻。
可编辑ppt
27
• ⒈ 空载特性（n不变）
可编辑ppt
28
• ⒉ 外特性（n不变、Rf不变）
可编辑ppt
29
• 对并励发电机，当负载增加时（即外电 路电阻减小），负载电流IL增加，当负载 增加到一定程度，电流达到最大ILm 。若 负载电阻继续减小，电流则不在增加，
反而减小，当负载短路时，仅有不大的 短路电流Ia。
可编辑ppt
45
• ⒊功率平衡方程
• 式中：P1=U*Ia是电源对电机输入的功率； • Pe=Ea*Ia是电机向机械负载转换的电功率； • Pcua=Ia2*Ra是电枢回路总的铜损耗。
可编辑ppt
35
㈣ 复励发电机
可编辑ppt
36
• 复励发电机在磁极上有两个励磁绕组： 一个绕组与电枢并联，导线细匝数多— —并励绕组；另一个绕组与电枢串联， 导线粗而匝数少——串励绕组。
• 发电机空载时，串励绕组中没有电流， 故空载特性与并励发电机相同。
• 和复励、差复励
可编辑ppt
37
可编辑ppt
第三章 直流电机及其控制系统
可编辑ppt
1
第一节 直流电机的基本原理
可编辑ppt
2
• 直流电机电刷间的感应电势为：
• 式中：φ：一个磁极的磁通； n：电枢转速； KE： K关E 的=p常N/数60。a是与电机结构有 a：电枢绕组并联支路数。

外，对大、中容量的电动机不能直接起 动。
• ⒉降压起动
• 起动瞬间，把加于电枢两端的电源电压 降低，以减少起动电流Ist的起动方法。 为了获得足够的起动转矩Tst，普通将起 动电流限制在〔2~2.5〕IN以内。
• 因此，在起动时，把电源电压降低到
• U=〔2~2.5〕 IN ×Ra。
• 随着转速的上升，电枢电势Ea逐渐加大， 电枢电流Ia相应减小。此时，再将电源电 压不断升高。
• Δn=〔Ra+R〕T/ 〔 KE KTΦ2 〕为转速降。
• 上式为机械特性的普通方程。从该式可看 出：
• 当磁通Φ为常数时，机械特性是一条随着 T的添加 n 略有下降的直线。
• 电机空载运转时，机械负载转矩为零， 但作用于电动机轴上的空载转矩不为零 而应为T0，将T0带入，可得到电机的实 践空载转速为：
• ⒊效率特性：当U=UN、If=IfN时， • η=f〔Ia〕的关系曲线——效率特性
• 电动机总损耗PΣ中，可以分为不变损耗 和可变损耗两部分。
• 不变损耗Pm + PFe =Po
• 可变损耗Pcua与Ia的平方成正比
• 所以：当Ia从零开场添加时，效率η逐渐 添加，但当Ia添加到一定程度后，效率η 又逐渐减小。直流电动机的效率约在 0.75~0.94之间。
• ⒊ 电枢回路串电阻起动 • 电枢回路串电阻R，起动电流为：
• 为了坚持起动过程的平稳性，希望串入 电阻平滑调理，普通采用分段切除的方 法。
• ㈡ 他励直流电动机的调速特性 • ⒈调速方法 • 他励直流电动机的电枢电路电压平衡方
• ③特性斜率为βN=Ra/〔 KE KTΦN2 〕， 由于Ra很小，因此βN较小。阐明他励直 流电机的固有机械特性较硬。