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1、常州机电职业技术学院电气工程学院 项目一 直流电机 任务一任务一 直流电机的直流电机的拆装拆装 任务二任务二 直流电动机机械特性的求取直流电动机机械特性的求取 任务三任务三 直流电动机起动、反转和调速的操作直流电动机起动、反转和调速的操作 任务三任务三 直流电动机起动、反转和调速的操作直流电动机起动、反转和调速的操作 1 1。他励直流电动机的起动；。他励直流电动机的起动； 2 2。他励直流电动机的反转；。他励直流电动机的反转； 3 3。他励直流电动机的调速；。他励直流电动机的调速； 4 4。他励直流电动机的制动（拓展）。他励直流电动机的制动（拓展） 一、一、 他励直流电动机的起动他励直流电动机
2、的起动 直流电动机接到电源以后，转速从零达到稳直流电动机接到电源以后，转速从零达到稳 定转速的过程，定转速的过程， 称为起动过程。称为起动过程。 对电动机起动的基本要求：对电动机起动的基本要求： （1 1）起动转矩要大；）起动转矩要大； （2 2）起动电流要小；）起动电流要小； （3 3）起动设备要简单、经济、可靠。）起动设备要简单、经济、可靠。 一、他励直流电机直接起动： 将电动机的电枢投入额定电压的电源上起动。将电动机的电枢投入额定电压的电源上起动。 优点：操作简单，无需另加设备。优点：操作简单，无需另加设备。 缺点：冲击电流大，引起换向困难，产生火花；电源会缺点：冲击电流大，引起换向困难
3、，产生火花；电源会 发生瞬时跌落。适用于容量很小的电动机。发生瞬时跌落。适用于容量很小的电动机。 a N aaaaa R U IRIEUEn, 0, 0 二、减压起动 优点：起动电流小，起动过程平滑、能量损耗少。 缺点：需要一套专用的直流发电机或整流电源，投资费用大缺点：需要一套专用的直流发电机或整流电源，投资费用大。 开始时，降低端电压， 使Ia(1.52.0)IN, Ust=(1.52.0）INRa。 随着转速的上升，电动势Ea也逐渐增大，Ia相应减 小，起动转矩也减小。为使电枢电流限制在一定范围 内，以保证足够大的起动转矩，起动过程中必须不断 提高电枢电压，直至额定电压，电动机进入稳定运
4、行， 起动结束。 三、电枢回路串电阻的分级起动三、电枢回路串电阻的分级起动 电枢回路串电阻起动时，电源电压 为额定值且保持不变，将起动电阻串入 电枢回路，以达到限制起动电流的目的， 待转速上升后，逐步将起动电阻切除。 起动电流起动电流 4321 : ststststa N ast RRRRR U Ia 起动转矩起动转矩 Nst TThfdb) 3 . 11 . 1 (: 2 、 Nst TTgeca) 0 . 25 . 1 (: 1 、 二、他励直流电动机的反转 要使直流电机反转，就要改变它的电磁转 矩的方向，而电磁转矩的方向由磁通方向和电 枢电流的方向决定，所以，只要将磁通和电枢 电流的方向
5、任意改变其一就可以实现电机的反 转。 1、改变励磁电流的方向 2、改变电枢电压极性 三、 他励直流电动机的调速 人为地改变电动机的速度，以满足生产人为地改变电动机的速度，以满足生产 工艺的要求，称为调速。调速有机械方法、工艺的要求，称为调速。调速有机械方法、 电气方法或机械电气相结合的方法。电气方法或机械电气相结合的方法。 人为改变电动机的参数（如端电压、人为改变电动机的参数（如端电压、 励磁电流或电枢回路电阻），使同一负载励磁电流或电枢回路电阻），使同一负载 下得到不同转速，称为电气调速下得到不同转速，称为电气调速 电动机驱动生产机械，对电动机的转速电动机驱动生产机械，对电动机的转速 不仅要
6、能调节，而且要求调节的范围宽广、不仅要能调节，而且要求调节的范围宽广、 过程平滑、调节的方法简单、经济。过程平滑、调节的方法简单、经济。 直流电动机调速 直流电动机的转速公式：直流电动机的转速公式： T CC R C U n Tee 2 因此直流电动机的调速方法：因此直流电动机的调速方法： （1）改变励磁电流从而改变磁通；）改变励磁电流从而改变磁通； （2）改变施加在电枢两端的电压）改变施加在电枢两端的电压U； （3）改变串入电枢回路的调节电阻；）改变串入电枢回路的调节电阻； 电枢回路串电阻调速电枢回路串电阻调速 保持保持UUN且且 N不变，电枢回路中串入调速电阻不变，电枢回路中串入调速电阻
7、Rc，使同一个负载得到不同转速的方法，使同一个负载得到不同转速的方法， 称为电枢串称为电枢串 电阻调速。电阻调速。 1、 串入电枢回路的电阻越大，串入电枢回路的电阻越大， 转转 速越低。速越低。 电机运行于固有机械特性上的转电机运行于固有机械特性上的转 速称为基速。速称为基速。 电枢回路串电阻调电枢回路串电阻调 速的方法，速的方法， 只能从基速往下调。只能从基速往下调。 （1）设备简单，操作方便。）设备简单，操作方便。 电枢回路串电阻调速的特点：电枢回路串电阻调速的特点： （2）低速时，）低速时， 机械特性很软，机械特性很软， 当负载变化时，当负载变化时， 转速波动很大。静态稳定性差，转速波动
8、很大。静态稳定性差， 调速范围不大。调速范围不大。 （3）由于电阻的不连续调节，）由于电阻的不连续调节， 因此速度调节因此速度调节 不平滑，不平滑， 属有级调速。属有级调速。 （4）电枢电流在调节电阻上消耗的能量大，）电枢电流在调节电阻上消耗的能量大， 调调 速时效率低。速时效率低。 效率与转速成正比。效率与转速成正比。 改变端电压调速改变端电压调速 保持电动机的保持电动机的 N不变且无外接电枢电阻，不变且无外接电枢电阻， 仅降低仅降低 施加于电动机电枢两端电压施加于电动机电枢两端电压U达到调速的目的，达到调速的目的， 称为称为 降压调速。降压调速。 2、 电压越低，电压越低， 转速越低，转速
9、越低， 调速调速 方向从基值往下调。方向从基值往下调。 调节过程：调节过程： 改变端电压调速的特点：改变端电压调速的特点： （1）降压的人为特性是一簇与固有特性平行的直线，）降压的人为特性是一簇与固有特性平行的直线， 无论是满载、轻载还是空载都有明显的调速效果。无论是满载、轻载还是空载都有明显的调速效果。 （2）由于人为特性硬度不变，低速时由于负载变化）由于人为特性硬度不变，低速时由于负载变化 引起的转速波动不大。静态稳定性好，引起的转速波动不大。静态稳定性好， 调速范围大。调速范围大。 （3）可平滑调节端电压，）可平滑调节端电压， 使转速平滑调节，实现无使转速平滑调节，实现无 级调速。级调速
10、。 （4）调节过程能量损耗小。）调节过程能量损耗小。 3、改变磁通的调速、改变磁通的调速 改变励磁电流调速，实际上是减少励磁电流的调改变励磁电流调速，实际上是减少励磁电流的调 速，速， 所以又称弱磁调速。所以又称弱磁调速。 弱磁调速：保持弱磁调速：保持UUN，Rpa0，仅减小电动，仅减小电动 机的励磁电流机的励磁电流If使主磁通减小，达到调速目的。使主磁通减小，达到调速目的。 从两个稳定点从两个稳定点A1、A2对对 应转速说明减小励磁可以应转速说明减小励磁可以 使转速升高。使转速升高。 弱磁调速的过程弱磁调速的过程 If减小瞬间减小瞬间 速度不变速度不变 减小减小 nCE ea a a R E
11、U I aT ICT L TT 机组加速机组加速 nEa Ia TTL T 新的平衡，新的新的平衡，新的Ia和和n 弱磁调速特点：弱磁调速特点： 优点：设备简单，调节方便，能耗小。优点：设备简单，调节方便，能耗小。 缺点：缺点： 单方向调节，转速调得过高，励磁过弱，单方向调节，转速调得过高，励磁过弱， 电枢电电枢电 流变大，流变大， 换向变坏，换向变坏， 出现不稳定。出现不稳定。 拓展： 他励直流电动机的制动 直流电动机的两种运转状态： （1）电动运转状态：电动机的电磁转矩方向 与旋转方向相同 ，此时电网向电动机输入电 能， 并转变为机械能，带动负载。 （2）制动运转状态：电动机的电磁转矩方向
12、 与旋转方向相反，此时电动机吸收机械能转变 为电能。 电动机很快停车，或者由高速运行很快进入 低速， 要求制动运行。 在负载转矩为位能性负载转矩的机械设备中 （例如起重机下放重物时，运输工具在下坡运 行时）使设备保持一定的运行速度。 在机械设备需要减速或停止时，电动机能实 现减速和停止。 直流电动机的制动状态： T与n方向相反。 直流电动机的制动 断开电源 抱闸 能耗制动 反接制动 回馈制动 自由停车 机械制动 电气制动 一、能耗制动的方法和原理 保持励磁电流If的大小及方向不变， 将开关接 至Rbk， 电枢从电网脱离经制动电阻Rbk闭合。 参数特点： N， U0， 电枢回路总电 阻RRa R
13、bk U=Ea+IaRIa=-Ea/R 实际上是一台他励直流发电机。轴上的机械能转 化成电能， 全部消耗于电枢回路的电阻上， 所 以称为能耗制动。 能耗制动时的机械特性 T CC RR n NTe bka 2 能耗制动的参数代入机械特性的一般表达式，得到能耗制动时的机械特性： 制动过程： 能耗制动的特点： （1）操作简单，停车准确 （2）能耗制动产生的冲击电流不会影响电网； （3）低速时制动转矩小，停转慢； （4）动能大部分都消耗在制动转矩上。 二、反接制动 反接制动 倒拉反接制动（用于位能性负载） 电枢反接制动（用于反抗性负载） 1、电枢反接制动 bka NeN bka aN bkaaaN
14、RR nCU RR EU Ia RRIEU )( 保持If不变， 将电枢反接在电源上，同时电枢回 路串入制动电阻Rbk。 参数特点： N， UUN。 R=Ra+Rbk. 电压平衡式： L Ne bka NTe bka Ne N I C RR n T CC RR C U n 0 2机械特性： T CC RR C U n NTe bka Ne N 2 机械特性： 电枢反接制动的特点： （1）可以很快使机组停机。 （2） 需要加入足够的电阻， 限制电枢电流； （3）转速至零时， 需切断电源。 能量关系： 从电网吸收的电能和轴上输入的机械能都消耗 在电枢回路的电阻上。 2、倒拉反接制动 保持If及端电
15、压UN不变， 仅在电枢回路串入足够大的制 动电阻Rbk，使该人为特性与负载转矩特性的交点处于第 四象限。不同的Rbk，可得到不同的稳定转速。 机械特性：机械特性： T CC RR nT CC RR C U n NTe bka NTe bka Ne N 2 0 2 T CC RR nT CC RR C U n NTe bka NTe bka Ne N 2 0 2 机械特性： 倒拉反接制动实现的两个条件: （1）电枢回路必须串入足够大的电阻; （2）负载必须是位能性负载. 三、回馈制动 当转速高于某一数值时，电枢电动势大于端电压， 电机进入发电状态， 电磁转矩起制动作用， 限制转速上升， 位能转换为电能， 回馈到电网。 （3）回馈制动 （2）反向电动状态 （1）电压反向的反接制动 机车下坡或下放重物：机车下坡或下放重物： 降低电枢电压调速时的发电回馈制动降低电枢电压调速时的发电回馈制动 回馈制动 回馈制动过程中，有功功率UIa回馈电网 从电能消耗看， 回馈制动是最经济的一 种制动方式。 转速高于理想空载转速是回馈制动运行转速高于理想空载转速是回馈制动运行 状态的重要特点。状态的重要特点。