【正文】 直流 電機電力拖動 ?電機分類： 變壓器 直流電機 伺服電動機、步進(jìn)電動機、測速發(fā)電機 回轉(zhuǎn)變壓器、自整角機、直線電動機 電力變壓器：升壓變壓器、降壓變壓器 動力電機 微特電機 感應(yīng)電機 同步電機 感應(yīng)電動機 感應(yīng)發(fā)電機 交流電機 同步電動機 同步發(fā)電機 同步補償機 直流電動機 直流發(fā)電機 旋轉(zhuǎn)電機 靜止電機 特種變壓器 ： 自耦、三繞組、互感器 直流電機的可逆原理 ?直流電機 ?直流電機的可逆原理：一臺電機既可作為發(fā)電機運行，又可作為電動機運行。 ?感應(yīng)電動勢 ——“發(fā)電作用” 電磁轉(zhuǎn)矩 ——“電動作用” ?發(fā)電機： 主電動勢 反轉(zhuǎn)矩 電動機： 反電動勢 主轉(zhuǎn)矩 原動機 EaU 電負(fù)載 電源 EaU 機械負(fù)載 發(fā)電機 電動機 ? 電機分交流電機和直流電機兩種： 直流電機 — 工作電壓為直流； 交流電機 — 工作電壓為交流。 ? 直流電機分直流電動機和直流發(fā)電機兩種： 直流電動機 — 將電能轉(zhuǎn)換為機械能； 直流發(fā)電機 — 將機械能轉(zhuǎn)換為電能。 直流電機與交流電機的比較 ? 交流電機較直流電機的結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、 維護(hù)方便、運行可靠； ? 直流電機有交流電機不能比擬的 啟動 和 調(diào)速 性能； ? 直流電機更適合于調(diào)速要求高、正反轉(zhuǎn)、啟動和 制動頻繁的場合； ? 直流電機即可作電動機使用，亦可作發(fā)電機使用； ? 交流電機的正反轉(zhuǎn)和調(diào)速需借助于復(fù)雜的控制電路。 直流 電機 的基本工作原理 電磁力定律： 垂直于磁力線的導(dǎo)體通過電流時，會受到力的作用。 ?力的方向用 左手 定則確定： ?若與磁力線垂直的導(dǎo)體通過電流，導(dǎo)體受的力為： F=BLI F：力， N B：磁感應(yīng)強度 , Wb/m2或 T(特斯拉 ) L: 導(dǎo)體的有效長度， m I：導(dǎo)體中的電流， A ?若導(dǎo)體與磁力線發(fā)生相對運動，導(dǎo)體中感應(yīng)的電勢為： E=BLV E：感應(yīng)電勢， V B：磁感應(yīng)強度 , Wb/m2或 T(特斯拉 ) L: 導(dǎo)體的有效長度， m V：導(dǎo)體的運動速度， m/s ?感應(yīng)電動勢的方向用 右手 定則確定： 直流 電機 的基本工作原理 (2)電磁感應(yīng)定律： 若導(dǎo)體切割磁力線，導(dǎo)體中會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。 直流 電機 的基本工作原理 (3)電流磁效應(yīng)： 通電的導(dǎo)體周圍會產(chǎn)生磁場。 ?磁場的方向用 右手螺旋 定則確定： 直流電機基本工作原理 A B 直流電機物理模型 直流電機的物理模型如圖所示。 線圈在磁場中旋轉(zhuǎn)，線圈的兩條邊分別與兩個彼此絕緣而且與線圈同軸旋轉(zhuǎn)的銅片 連接，銅片上又各壓著一個 固定不動的電刷 。 電刷 換向片 直流發(fā)電機原理 Ia Ea T1 T 1. 原動機提供機械轉(zhuǎn)矩 T1，帶動線圈逆時針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)換向片A接電刷 A’，換向片 B接電刷 B’時 線圈感應(yīng)電動勢 ： A為高電位， B為低電位； 電流 ：由 A流出，由 B流入； 電磁轉(zhuǎn)矩 ：方向順時針； 2. 原動機提供機械轉(zhuǎn)矩 T1，帶動線圈逆時針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)換向片A接電刷 B’，換向片 B接電刷 A’時 線圈感應(yīng)電動勢 ： B為高電位， A為低電位； 電流 ：由 B流出，由 A流入； 電磁轉(zhuǎn)矩 ：方向順時針； B A 結(jié)論 ：線圈內(nèi)部電流 I 交變 ，感應(yīng)電動勢 Ea交變 ，但 電刷電動勢方向不變 ，電磁轉(zhuǎn)矩 T方向與 T1相反 。 直流電動機原理 Ia Ea T 1. 電源正接換向片 A，電源負(fù)接換向片 B 電流 ：由 A流進(jìn)，由 B流出； 電磁轉(zhuǎn)矩 ：方向逆時針； 線圈感應(yīng)電動勢 ： A為高電位， B為低電位。 2. 線圈逆時針旋轉(zhuǎn) ——電源正接換向片 B，電源負(fù)接換向片 A 電流 ：由 B流進(jìn)，由 A流出； 電磁轉(zhuǎn)矩 ：方向逆時針； 線圈感應(yīng)電動勢 ： B為高電位， A為低電位。 A B 結(jié)論 ：線圈內(nèi)部電流 Ia交變 ，感應(yīng)電動勢 Ea交變 ，且與電流方向相反，電磁轉(zhuǎn)矩 T方向不變 。 發(fā)電機 ①右手定則判定電流方向 ②左手定則判定轉(zhuǎn)矩方向 電動機 ①左手定則判定 T方向 ②右手定則判定感應(yīng)電動勢 方向 電動機和發(fā)電機都有電磁轉(zhuǎn)矩。 T與 n方向相反， E與 Ia方向相同 吸收輸入機械功率，輸出電功率。 空載阻轉(zhuǎn)矩 N S n ? ○ T T0 T 1 電磁轉(zhuǎn)矩 原動機 T與 n方向相同 輸出機械功率 S □ N n ? ○ T 2 ○ ?T T0 負(fù)載 電樞電勢的性質(zhì) 直流發(fā)電機的工作原理圖 直流電動機的工作原理圖 直流發(fā)電機：電源電勢 (與電樞電流同方向 ) 直流電動機：反電勢 (與電樞電流反方向 ) 電磁轉(zhuǎn)矩的性質(zhì) 直流發(fā)電機的工作原理圖 直流電動機的工作原理圖 發(fā)電機 ——制動轉(zhuǎn)矩 (與轉(zhuǎn)速方向相反 ) 電動機 ——驅(qū)動轉(zhuǎn)矩 (與轉(zhuǎn)速方向相同 ) 主磁極 換向磁極 電刷裝置 機座 端蓋 磁極鐵心 勵磁繞組 電刷 刷握 絕緣支架 壓緊力調(diào)整裝置 轉(zhuǎn)子 定子 直流電機 （產(chǎn)生勵 磁磁場） （產(chǎn)生電動勢，流過電 流，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩） 轉(zhuǎn) 軸 電樞鐵心 電樞繞組 換 向 器 結(jié)構(gòu) 直流電機 直流電機整體結(jié)構(gòu)圖 勵磁繞組和串換向極后的電樞繞組出線 定子機座 換向極鐵心 換向極繞組 主磁極鐵心 主磁極繞組（勵磁繞組） 換向極繞組與勵磁的串聯(lián)接線 直流電機定子 2. 主磁極 在 主磁極鐵心 上固定 勵磁繞組 ，產(chǎn)生磁場并使電樞表面的氣隙磁密按一定形狀在空間分布。主磁極鐵心是由1~ 低碳鋼板 疊成。 極身 極靴 機座 主磁極 勵磁繞組 3. 換向極 一般用于 1kW以上的直流電機中，位置在 兩主極之間 ，幫助電樞換向并消除或減弱電樞反應(yīng)。換向極鐵心用 整塊鋼或 鋼板絕緣后疊裝 而成，換向繞組一般由粗的扁銅線繞成，且 與電樞繞組相串聯(lián) 。 主極 換向極 直流發(fā)電機 ? 直流發(fā)電機通常按勵磁方法分為：他勵、并勵、 串勵和復(fù)勵。 ? 其余三種 發(fā)電機的 勵磁繞組中的 勵磁電流均為 電樞電流或 電樞電流的 一部分 —— 故 稱自勵發(fā)電機。 直流電動機按定子勵磁繞組的勵磁方式分為四類： 他勵電動機 ：勵磁繞組 由外加電源單獨供電， 勵磁電流的大小與電樞 兩端電壓或電樞電流的 大小無關(guān)。 并勵電動機 ：勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)連接， 由外部電源一起供電。 串勵電動機 ：勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)連接， 由外部電源一起供電。 復(fù)勵電動機 ：勵磁繞組分為兩部分，一部分與電 樞繞組并聯(lián)連接，另一部分與電樞繞組串聯(lián)連接。 ?直流電動機具有良好的起動性能和調(diào)速性能，廣泛應(yīng)用于對起動和調(diào)速性能要求高的場合 ?直流電動機按勵磁方式可分為：他勵、并勵、串勵和復(fù)勵四種 直流發(fā)電機穩(wěn)態(tài)運行的基本方程 1Tn0TT????ULRaEaIfIfU發(fā)電機慣例 ? ?affffaTeaaaaIIfRUITTTICTnCERIUE,01???????????氣隙每極磁通：勵磁電流：穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩方程：電磁轉(zhuǎn)矩方程：電樞電動勢：電樞回路方程：發(fā)電機外特性比較 他勵 并勵 過復(fù)勵 IN 平復(fù)勵 欠復(fù)勵 差復(fù)勵 O I U UN 他勵直流電動機的機械特性 電動機的轉(zhuǎn)速 n 與電磁轉(zhuǎn)矩 Te 之間的關(guān) 系 n = f ( T )。 機械特性方程式 電樞電壓： U 勵磁電流： If 電樞總電阻 : Ra+ Rc 機械特性： 是指 = 常數(shù) n T M Ea ＋ U － Ia ＋ Uf － TL Rc 機械特性方程式的推導(dǎo)： 電樞回路電壓平衡方程式 U = Ea + Ia (Ra+ Rc) 電樞電動勢 ： Ea=CeΦ n 電磁轉(zhuǎn)矩： T = CTΦ Ia n = U CeΦ － Ra+Rc CeCTΦ2 T = n0－ β T 理想空 載轉(zhuǎn)速 機械特性斜率 Ra —電樞電阻 Rc —電樞回路外串電阻 Ce —電動勢常數(shù)， CT —電磁轉(zhuǎn)矩常數(shù)， Ce = pN 60a CT = pN 2 a ?= Ce O T n T A n Tk n0 B C 理想空載點、堵轉(zhuǎn)點 理想空載點 A ： 對應(yīng)轉(zhuǎn)速 堵轉(zhuǎn)點 B， 也稱起動點 額定運行點 C n0 = U / CeΦ α = 1 β —— 機械特性的硬度 α 越大機械特性越硬 α 越小機械特性越軟 二、 固有機械特性 當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩時，其對應(yīng)轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速， △ nN為額定轉(zhuǎn)速降。 n = f (T ) UaN , ΦfN , Ra N 點：額定狀態(tài) 滿足條件： U=UN ,Φ =ΦN , Rc = 0 n = － T UN CeΦN Ra CeCTΦN2 = n0－ βN TN = n0－ △ nN O T n n0 nN TN N 0n、T0 特點： 1）由于 Ra很小，則固有機械特性很硬，靜差率有 3%~5% 2） n0為理想空載轉(zhuǎn)速，由于空載轉(zhuǎn)矩 T0的存在，電機的實際空載轉(zhuǎn)速為 ` n0 = UN CeΦN － Ra CeCTΦN2 T0 ` n0 3）當(dāng)轉(zhuǎn)速 n = 0時，電動機處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，則其堵轉(zhuǎn)電流為 Ist= UN Ra Tst= CTΦN Ist = CTΦN UN RN 電樞電阻 Ra很小，因此堵轉(zhuǎn)電流很大，可達(dá)額定 1020倍 O T n 人為機械特性 改變 UN、 ΦN、 Rc中的任何一個條件，都會改變機械特性。共 3類： (Ra＋ Rc) ? → ? ? →? ? 即機械特性變軟 n = － T UN CeΦN Ra＋ Rc CeCTΦN2 增加電樞回路電阻時的人為特性 n0 Ra Rb ＜ TL Rc ＜ 降低電樞電壓時的人為特性 特點： 1） 理想空載轉(zhuǎn)速 n0不變（即：與電樞回路 電阻無關(guān)） 2） 轉(zhuǎn)速降 △ n（或 ? ）隨 Ra＋ Rc 成正比地增 大。在相同轉(zhuǎn)矩下， Rc 越大， △ n 越大 ， 特性越軟 電樞回路串電阻的人為機械特性可用于直流電動機的起動及調(diào)速。 n0 n039。 O T n Ua39。 Ua ＜ 特點： 1） 理想空載轉(zhuǎn)速 n0 與 Ua 成正比 2） 轉(zhuǎn)速降 △ n（或 ? ）不變，各條特性均與固有特性相平行 Ua↓ →n0↓ 但 β、 ? 不變 →機械特性的硬度不變。 n = － T U CeΦN Ra CeCTΦN2 改變電樞回路電壓的人為機械特性常用于平滑調(diào)速 3 、 減小勵磁電流 If（即減小磁通 Φ）