【正文】 2電機(jī)與拖動教案 第一章 直流電機(jī)的基本工作原理 轉(zhuǎn)矩平衡方程 ： 01 TTT em ?? 02 TTT em ??功率平衡方程 ： c u aememPPPPPP????201021PPPPPPememc u a????特性 ： 空載特性 ： 外特性： 調(diào)整特性： )( fIfU ?)( IfU ?)( IfI f ?轉(zhuǎn)速特性 ： 轉(zhuǎn)矩特性 ： 效率特性 ： )( aIfn ?)( aem IfT ?)( aIf??直流發(fā)電機(jī)與直流電動機(jī)的區(qū)別 電機(jī)與拖動教案 第一章 直流電機(jī)的基本工作原理 第七節(jié) 直流電機(jī)的換向 ? 直流電機(jī)運行時，隨著電樞的轉(zhuǎn)動，電樞繞組的元件從一條支路經(jīng)過被電刷短路一下后進(jìn)入另一條支路，元件中的電流隨之改變方向的過程稱為換向過程，簡稱換向。 電機(jī)與拖動教案 第一章 直流電機(jī)的基本工作原理 （假設(shè)電刷寬度等于換向片寬度） 電樞旋轉(zhuǎn)時，被電刷短路的元件從短路開始到短路結(jié)束， 從一條支路轉(zhuǎn)換到另一條支路， 電流改變了方向。 ? 換向元件中電流的這種變化過程，稱為 換向過程 。 ? 從換向開始到換向結(jié)束所需時間，稱為 換向周期 1. 換向過程？ 電機(jī)與拖動教案 第一章 直流電機(jī)的基本工作原理 直線換向 如果換向元件中電勢為零， 則在被電刷短路的閉合回路中不會有環(huán)流。 換向元件中的電流由電刷與相鄰兩換向片的接觸面積決定。變化曲線時一條直線， 稱為 直線換向 。 但是換向過程中， 不可能沒有電勢！ t +ia ia i 電機(jī)與拖動教案 第一章 直流電機(jī)的基本工作原理 2. 換向元件中的感應(yīng)電勢 (1) 電抗電勢 er 換向元件中由于換向電流的變化所引起的自感電勢和互感電勢之和，稱為 電抗電勢 。 dtdiLerr ???Lr：換向元件的電抗系數(shù)， 包括自感和互感 er的平均值： karrrTiLtiLe 2???????設(shè)電刷寬度 bs等于換向片寬度 bk， 換向片數(shù)為 K， nKnDKDvbvbTkkkkksk ??????6060/ / ??換向周期 Tk： 電機(jī)與拖動教案 第一章 直流電機(jī)的基本工作原理 電抗電勢的特點 nITie akar ???? 電機(jī)負(fù)載越重或轉(zhuǎn)速越高， 電抗電勢越大。 ? 電抗電勢的方向阻止換向電流的變化， 因此 er的方向必與換向前的元件電流 ia的方向一致。 電機(jī)與拖動教案 第一章 直流電機(jī)的基本工作原理 ?換向元件所處的幾何中線處，主磁場幾乎為零； ?電樞反應(yīng)磁勢所產(chǎn)生的磁通 Φa正好穿過換向元件。 ?電樞旋轉(zhuǎn)時， 換向元件切割 Φa 所生電勢 ea稱為旋轉(zhuǎn)電勢。 Φa ea N S n er （ 2）旋轉(zhuǎn)電勢 電機(jī)與拖動教案 第一章 直流電機(jī)的基本工作原理 旋轉(zhuǎn)電勢 的特點 設(shè)換向元件匝數(shù)為 Wk，電樞反應(yīng)磁勢在換向元件處所生的磁密為 Ba， 則 ea的平均值： akaa vlWBe ???? 2特點 ： （ 1） ， 負(fù)載越重或者轉(zhuǎn)速越高， 旋轉(zhuǎn)電勢也越大。 nIe aa ??（ 2） 據(jù)右手定則， ea的方向總是與換向前元件中的電流方向相同， ea與 er 方向一致，也是阻礙換向的。 電機(jī)與拖動教案 第一章 直流電機(jī)的基本工作原理 t i （ 3）電刷下產(chǎn)生火花的原因 換向元件中存在兩個方向相同的電勢 er和 ea， 合成電勢： 0???? ra eee合成電勢在換向元件閉合回路中產(chǎn)生的環(huán)流： ??? ???ReeRei rak由閉合轉(zhuǎn)為斷開時，由 ik建立的電磁能量以火花的形式釋放出來。 i k 電機(jī)與拖動教案 第一章 直流電機(jī)的基本工作原理 ? 除了直線換向外，延遲和超越換向時的合成電動勢不為零，換向元件中產(chǎn)生附加換向電流，附加換向電流足夠大時會在電刷下產(chǎn)生火花。還有機(jī)械和化學(xué)方面的因素也能引起換向不良產(chǎn)生火花。 電機(jī)與拖動教案 第一章 直流電機(jī)的基本工作原理 改善換向的方法 ? 選擇合適的電刷，增加換向片與電刷之間的接觸電阻 . ? 電機(jī)用電刷，型號規(guī)格很多，其中炭一石墨電刷的接觸電阻最大，石墨電刷和電化石墨電刷次之，銅一石墨電刷的接觸電阻最小。 ? 直流電機(jī)如果選用接觸電阻大的電刷，有利于換向，但接觸壓降較大、電能損耗大，發(fā)熱厲害，同時由于這種電刷允許電流密度較小，電刷接觸面積和換向器尺寸以及電刷的摩接都將增大。設(shè)計制造電機(jī)時綜合考慮兩方面的因索，選擇了恰當(dāng)?shù)碾娝⑴铺枴榇?，在使用維修中，欲更換電刷時，必須選用與原來同一牌號的電刷，如果實在配不到相同牌號的電刷，那就盡量選擇特性與原來相接近的電刷，并全部更換。 電機(jī)與拖動教案 第一章 直流電機(jī)的基本工作原理 裝換向極 : 減少換向元件的感應(yīng)電勢和旋轉(zhuǎn)電勢，可以有效地改善換向 最有效的辦法：裝換向極 。 N S Φa n ea er Nk Sk 抵消電樞反應(yīng)磁勢，使 ea＝ 0 換向極磁勢 建立 Bk，產(chǎn)生 ek，使 ? ??? 0kr eee電機(jī)與拖動教案 第一章 直流電機(jī)的基本工作原理 安裝換向極的要求 ? 換向極應(yīng)裝在幾何中性線上 。 ? 換向極的極性使產(chǎn)生的 Bk方向與電樞反應(yīng)磁勢的方向相反。 ? 換向極繞組必須與電樞繞組串聯(lián)，使在任何時候， ek＝－ er 電機(jī)與拖動教案 第一章 直流電機(jī)的基本工作原理 大型直流電機(jī)在主磁極極靴內(nèi)安裝補(bǔ)償繞組 ? 補(bǔ)償繞組與電樞繞組串聯(lián)，產(chǎn)生的磁動勢抵消電樞反應(yīng)磁動勢 電機(jī)與拖動教案 第一章 直流電機(jī)的基本工作原理 加換向極后的結(jié)構(gòu)圖 電機(jī)與拖動教案 第一章 直流電機(jī)的基本工作原理 三、環(huán)火及其防止 ? 電樞反應(yīng)使氣隙磁場發(fā)生畸變， 使處于 Bδmax處的元件的感應(yīng)電勢增大。 當(dāng)片間電壓 Uk超過一定值時， 換向片間產(chǎn)生火花，稱為 電位差火花 。 ?電位差火花與換向火花連成一片， 構(gòu)成環(huán)火。 ?防止環(huán)火的措施：在主磁極的極靴裝補(bǔ)償繞組， 并與電樞繞組串聯(lián)。產(chǎn)生的磁勢方向與電樞反應(yīng)磁勢相反。 電機(jī)與拖動教案 第一章 直流電機(jī)的基本工作原理 18 他勵電動機(jī)的機(jī)械特性 ? 電動機(jī)的機(jī)械特性：電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 T與轉(zhuǎn)速 n的關(guān)系曲線稱為電動機(jī)的機(jī)械特性 .機(jī)械特性是電動機(jī)機(jī)械性能的具體表現(xiàn) ,它與拖動系統(tǒng)的運動方程式相聯(lián)系 ,將決定拖動系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運行和動態(tài)過程的工作情況 . 一．機(jī)械特性方程式 ? 由基本公式 ? 得 aTΦICT ?ΦnCE ea ?RIEU aa ??TnCC RC UIC RC UC RIUCEnTeeaeeeaea ??????? ?????????02電機(jī)與拖動教案 第一章 直流電機(jī)的基本工作原理 ? 當(dāng) U、 R、 為常數(shù)時， 為一條向下傾斜的直線， 如圖 25所示 。 ? 其中 稱為理想空載轉(zhuǎn)速 ? 稱為機(jī)械特傾性的斜率，大小反映軟特性與硬特性 ? 稱為負(fù)載時的轉(zhuǎn)速降 ? 電樞反應(yīng)對機(jī)械特性的影響，可能使特性在 T較大時上翹， 如圖 2— 6所示 ，克服上翹現(xiàn)象的方法是裝設(shè)穩(wěn)定繞組。 ? f(T)n ??eCUn ?02?? TeCCR?TCC RTnTe 2?? ???電機(jī)與拖動教案 第一章 直流電機(jī)的基本工作原理 電機(jī)與拖動教案 第一章 直流電機(jī)的基本工作原理 二．固有機(jī)械特性與人為機(jī)械特性 ? （一）固有機(jī)械特性 ? 、 、電樞回路不串電阻時的機(jī)械特性。 ? 其方程式 ? 由于 較小，特性的斜率 β小，所以他勵直流電動機(jī)的固有機(jī)械特性是一條稍稍向下傾斜的直線，如圖 2— 5所示，稱為硬特性 NUU ? N???aR2Nae N e T NURnTC C C????電機(jī)與拖動教案 第一章 直流電機(jī)的基本工作原理 （二）電樞串電阻時的人為機(jī)械特性 ? U=UN， ， 時的 ? 方程式為 N?? ? Ωa RRR ?? )(Tfn ?TCC RRCUnNTeaNeN2??????電機(jī)與拖動教案 第一章 直流電機(jī)的基本工作原理 電機(jī)與拖動教案 第一章 直流電機(jī)的基本工作原理 （三） 改變電壓時的人為機(jī)械特性 ? ， ，改變電壓時的機(jī)械特性 ? 方程式為 ? 特性的斜率不變，與 U成正比變化。如圖 2─8a)所示 N??? 0?ΩRTCC RC UnNTeaNe2?? ??電機(jī)與拖動教案 第一章 直流電機(jī)的基本工作原理 （四）減弱磁通時的人為機(jī)械特性 ? 隨著磁通減弱， 增大，斜率也增大，如圖 2— 8b)所示。 0nTCC RCUnTeaeN2?? ??電機(jī)與拖動教案 第一章 直流電機(jī)的基本工作原理 電機(jī)與拖動教案 第一章 直流電機(jī)的基本工作原理 三．機(jī)械特性的繪制 ? （一） 固有機(jī)械特性的繪制 ? 兩點決定一條直線，只要設(shè)法求得特性（圖 2— 5）上的兩點，一般選擇理想空載點（ T=0， ）和額定運行點（ TN，）較為方便， 是知道的，只要求 和 TN。 0nNnNn0n電機(jī)與拖動教案 第一章 直流電機(jī)的基本工作原理 ? 1．求 ? 式中 可用下式估算： ? 2． 求 0nNaNNNNNe n RIUnEC ????aR2)3221(NNNNa I PIUR ???NTNNeNNTN ICICT ?? ???eCUn ?0電機(jī)與拖動教案 第一章 直流電機(jī)的基本工作原理 （二）人為機(jī)械特性的繪制 ? 只需將相應(yīng)的參數(shù)值代入人為機(jī)械特性方程式，即可計算繪制各種人為機(jī)械特性。 電機(jī)與拖動教案 第一章 直流電機(jī)的基本工作原理 三．電力拖動穩(wěn)定運行的條件 穩(wěn)定運行的概念：以圖（ 29a）為例說明。 不穩(wěn)定運行的概念：以圖（ 29b）為例說明。 穩(wěn)定運行的判據(jù)：“在交點所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速之上 ，而在這一轉(zhuǎn)速之下 ，就能保 證穩(wěn)定運行”，或在交點滿足 。 ZTT? ZTT?dndTdndT Z?電機(jī)與拖動教案 第一章 直流電機(jī)的基本工作原理 電機(jī)與拖動教案 第一章 直流電機(jī)的基本工作原理 本章結(jié)束，謝謝大家！