变频器与伺服驱动技术应用(向晓汉)课件PPT课件：认识直流电动机（含绪论）和直流电动机的电力拖动.ppt 32页

'电机驱动与伺服控制项目一认识电动机及调速方式任务1认识直流电动机（含绪论）和直流电动机的电力拖动无锡职业技术学院 （1）直流电动机的特点、用途、主要技术参数；（2）电力拖动系统的运动方程，负载转矩特性；（3）他励直流电动机的机械特性。（1）直流电动机的特点、用途、主要技术参数；（2）他励直流电动机的机械特性。本单元无知识点技能点重点 1.1直流电动机的特点、用途、主要技术参数1.1.1直流电动机的特点1.调速范围宽，易于平滑调节2.过载、起动、制动转矩大3.易于控制，可靠性高4.调速时能量损失较小 1.1.2直流电动机的用途直流电机的基本功能是实现直流电能和机械能的相互转换。直流电机调速范围广、平滑，具有良好的起动、制动和调速性能，因而一般应用于生产工艺要求较高的生产机械，常应用于对调速要求高的场所：轧钢机、舰船推进、造纸、挖掘机。 1.1.3直流电动机的技术参数1.额定功率：电机按规定的工作方式运行时所能提供的输出功率。●对于电动机，额定功率是指转子轴上输出的机械功率；●对于发电机，额定功率则是指电刷输出端输出的电功率。 2.额定电压：电枢绕组能够安全工作的最大电压。●对于电动机是电刷输出端的输入电压；●对于发电机是电刷输出端的输出电压。3.额定电流：电机按规定的工作方式运行时，电枢绕组允许通过的最大电流。（并励机和复励机指得是总电流） 5.额定效率：在额定条件下电机的输出功率与输入功率之比。额定数据之间存在着如下关系：直流电动机：直流发电机：电动机轴上输出的额定转矩：（PN的单位为kw）4.额定转速：在额定电压、额定电流、和输出额定功率运行时，电机的转速。 1.1.4直流电动机的工作原理直流电动机是怎样转起来的？依据：电磁力定律B—磁密，l—导体有效长度，i—电流方向由左手定则判定电磁力定律产生力矩要两个必要条件：有一个磁场存在；导体中有电流。 结论：只要两个线圈边在不同的极下能及时改变电流方向，即可使得直流电动机得到持续的同方向的电磁转矩，从而朝着同一方向连续旋转。由换向器和电刷来完成。N-S极为一对在空间固定不动的磁极（可以是电磁铁也可以是永久磁铁）；两个磁极之间装着一个可以自由转动的铁磁材料制成的圆柱体（称为电枢），圆柱体上装有一个线圈ax。如图左所示。当a导体在N极下，b导体在S极下时产生的电磁转矩逆时针方向当a导体在S极下，b导体在N极下时。产生的电磁转矩顺时针方向电枢摆动直流电动机简化模型磁极电枢 目前位置：ab线圈边在N极下，cd线圈边在S下目前位置：cd线圈边在N极下，ab线圈边在S下线圈中电流方向A→a→b→c→d→B电枢逆时针方向旋转线圈中电流方向A→d→c→b→a→B电枢逆时针方向旋转ab边:电流a→b,电磁力方向逆时针cd边:电流c→d,电磁力方向逆时针ab边:电流b→a,电磁力方向逆时针cd边:电流d→c,电磁力方向逆时针磁极电枢换向器电刷(静止）直流电动机工作原理 结论：（1）电刷和换向器装置将电刷外部的直流电流变成了线圈内部的交流电流，从而实现了换向。（2）对直流电动机而言，电刷和换向器起到了由外部电源直流到内部绕组交流的转换作用，即相当于一个机械式逆变器。 1.1.5直流电动机的结构1—换向器；2—电刷装置；3—机座；4—主磁极；5—换向极；6—端盖；7—风扇；8—电枢绕组；9—电枢铁心直流电机的结构剖面图 电机由两大部分组成:静止部分——定子旋转部分——转子（电枢）转子定子端盖 （1）主磁极：主磁极的作用是产生气隙磁场。主磁极由主磁极铁心和励磁绕组组成，主磁极铁心一般由1.0~1.5mm厚的钢板冲片叠压铆紧组成，铁心中的上部套有励磁绕组的部分称为极身，下面扩展的部分称为极靴。励磁绕组由绝缘铜线绕制而成，励磁绕组套在主磁极铁心上通以直流电流来建立磁场。整个主磁极用螺钉固定在机座上。1、定子部分 a)主磁极b)换向极主磁极和换向极 （2）换向极换向极装在两极之间。其作用是用来改善换向，也是由铁心和绕组组成，换向极绕组与电枢绕组串联。如图b所示。（3）机座电机定子的外壳部分称为机座。机座的主体部分作为磁极间的通路，这部分称为磁轭。机座同时用来固定主磁极、换向极和端盖，起到整个电机的支撑和固定作用。 （4）电刷装置电刷装置是电枢电路的引入（或引出）装置，通过它可以把电机旋转部分的电流引出到静止的电路里，它与换向器配合才能使电机获得直流电机的效果。电刷装置由电刷、刷盒、刷杆座和铜丝辫等组成。直流电机的电刷装置 （1）电枢铁心电枢铁心是主磁通磁路的主要部分，同时用来嵌放电枢绕组。为了降低电机运行时的电枢铁心中产生的涡流损耗和磁滞损耗，电枢铁心一般用0.5mm厚的硅钢片冲片叠压而成为一圆柱体，将其安装在转轴上。电枢的外圆开有电枢槽，槽内嵌入电枢绕组。2、转子（电枢部分）（a）电枢铁心冲片（b）电枢铁心直流电机的电枢铁心冲片和铁心 （2）电枢绕组电枢绕组的作用是产生电磁转矩和感应电势，是电机进行能量转化的关键部件。电枢绕组叠放在电枢铁心的槽内,是由按一定规律联接的线圈组成，它是直流电机的电路部分。（3）换向器换向器的作用是把电枢绕组内部的交流电流转换为电刷间的直流电流。换向器由许多换向片组成，片间用云母绝缘，电枢绕组的每个线圈的两端分别接到两个换向片上。如图所示。直流电机的换向器（4）转轴转轴起转子旋转的支撑作用，需要一定的强度和刚度，一般用圆钢加工而成。 1.2电力拖动系统的运动方程，负载转矩特性1.2.1直流电动机及其电力拖动用各种原动机带动生产机械的工作机构运转，完成一定生产任务的过程称之为拖动。用电动机作为原动机的拖动称为电力拖动。电力拖动系统一般由控制设备、电动机、传动机构、生产机械和电源五部分组成。它们之间的关系如图所示。 1.2.2电力拖动系统的运动方程式1.运动方程式电力拖动系统运动方程式描述了系统的运动状态，系统的运动状态取决于作用在原动机转轴上的各种转矩。根据如图给出的系统，可写出拖动系统的运动方程式：其中为系统的惯性转矩。 运动方程的实用形式：系统旋转运动的三种状态1)当或时,系统处于静止或恒转速运行状态，即处于稳态。2)当或时,系统处于加速运行状态，即处于动态。3)当或时,系统处于减速运行状态，即处于动态。常把或称为动负载转矩,把称为静负载转矩. 首先确定电动机处于电动状态时的旋转方向为转速的正方向，然后规定：2、运动方程式中转矩正、负号的规定（1）电磁转矩与转速的正方向相同时为正，相反时为负。（2）负载转矩与转速的正方向相同时为负，相反时为正。（3）惯性转矩的大小和正负号由和的代数和决定。 1.2.3负载的机械特性负载的转矩特性，就是负载的机械特性，简称负载特性。1.恒转矩负载特性恒转矩负载特性是指生产机械的负载转矩与转速无关的特性。分反抗性恒转矩负载和位能性恒转矩负载两种。(1)反抗性恒转矩负载(2)位能性恒转矩负载TZnTZn 2.恒功率负载特性恒功率负载特点是：负载转矩与转速的乘积为一常数，即与成反比，特性曲线为一条双曲线。Tzn3.泵与风机类负载特性负载的转矩基本上与转速的平方成正比。负载特性为一条抛物线。Tzn理想的通风机特性实际通风机特性Tz0 1.3.1机械特性的表达式直流电动机的机械特性是指电动机在电枢电压、励磁电流、电枢回路电阻为恒值的条件下，即电动机处于稳态运行时，电动机的转速与电磁转矩之间的关系：由电机的电路原理图可得机械特性的表达式：称为理想空载转速。实际空载转速1.3他励直流电动机的机械特性 1、固有机械特性当时的机械特性称为固有机械特性：2、人为机械特性当改变或或得到的机械特性称为人为机械特性。由于电枢电阻很小，特性曲线斜率很小，所以固有机械特性是硬特性。1.3.1固有机械特性和人为机械特性 (1)电枢串电阻时的人为特性保持不变,只在电枢回路中串入电阻的人为特性特点：1）不变，变大；2）越大，特性越软。 (2)降低电枢电压时的人为特性保持不变，只改变电枢电压时的人为特性：特点：1)随变化,不变；2)不同,曲线是一组平行线。 (3)减弱励磁磁通时的人为特性保持不变，只改变励磁回路调节电阻的人为特性：特点：1）弱磁，增大；2）弱磁，增大 处于某一转速下运行的电力拖动系统，由于受到某种扰动，导致系统的转速发生变化而离开原来的平衡状态，如果系统能在新的条件下达到新的平衡状态，或者当扰动消失后系统回到原来的转速下继续运行，则系统是稳定的，否则系统是不稳定的。在A点，系统平衡扰动使转速有微小增量，转速由上升到，。扰动消失,系统减速，回到A点运行。扰动使转速有微小下降，由下降到。扰动消失,系统加速，回到A点运行。1.3.2电力拖动系统稳定运行条件 电力拖动系统稳定运行的充分必要条件是：在B点，系统平衡扰动使转速有微小增量，转速由上升到，,系统加速。即使扰动消失,也不能回到B点运行。扰动使转速有微小下降，由下降到,系统减速。即使扰动消失,也不能回到B点运行。(1)必要条件:电动机的机械特性与负载的转矩特性必须有交点,即存在(2)充分条件:在交点处,满足:。或者说,在交点的转速以上存在,在交点的转速以下存在'