电机的工作原理及特性

电机的工作原理及特性

第1章 电动机的工作原理及特性 掌握直流电动机的电势方程式，转矩

方程式和电压平衡方程式；三相异步 电动机的同步转速和转差率的概念; 掌握电动机的机械特性，特别是人工 机械特性； 掌握电动机起动，制动，调速的各种 方法和应用场所； 了解用机械特性来分析电动机运行状 态的方法; 了解常用控制电机的应用场合.

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1.1直流电机的工作原理及特性 1.直流电机的基本结构

主磁极 电枢 换向器 电刷装置

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直流电机的结构图

剖面图：电枢1; 主磁极2;换向 极4;机座6

电枢铁心冲片

换向器：换向片3; 连接片4;云母环2

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2.直流电机的基本工作原理简化为一对磁极,一个线圈

发电机

电动机

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2.直流电机的基本方程式 1)感应电势E

2)电磁转矩T

E K e n

T K t I a

式中:E-电动势(V); 一对磁极的磁通(Wb); n-电枢转速(r/min); Ke -与结构有关的常数.

式中: T-电磁转矩(Nm);

-一对磁极的磁通(Wb);

Ia-电枢电流(A);

Kt-与结构有关的常数

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3.直流电动机的机械特性 1.他激和并激直流电动机的机械特性 1)原理电路图

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1)直流电动机机械特性方程式 直流电动机电枢电压平衡方程式

U E I a RaE Ke nRe U n Ia K e K e 由

式中,Ra为电枢电阻.以

代入得:

T K t I a

将Ia值再代入,得::

Ra U n T n0 n 2 K e K e Kt 上式为直流电动机机械特性的一般表达式

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机械特性曲线n=f(T)Ra U n T n0 n 2 K e K e Kt 4.固有(自然)机械特性和人工机械特性 1)他激直流电动机的自然机械特性(正转)

在额定电压,额定磁通,电枢电路内不外接电阻时的

机械特性即为自然机械特性.

额定负载时,转速降 落不多,是硬特性;

金属切削机床,冷轧 机,造纸机等宜于选 用硬特性的电动机.

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2)自然机械特性曲线的作法 已知电动机的PN,UN,IN,nN,由公式可计算出Ra,

Ke N ,

no,TN,找出两个点,即理想空载点(o,no)和额定运 行点(TN,nN),通过这两点作出自然机械特性. p U Ra 0 50 0 75 1 N N UN IN IN

(1)电枢电阻Ra的估算:

(2)理想空载转速no计算:

K e N

U N I N Ra nN

UN n0 K e N

(3)额定转矩Nn的计算:

PN TN 9 55 nN

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3)举例 (1)一台Z2-51型直流他激电动机,已知额定功率

5.5kW,额定电压220V,额定电流31A,额定转速 1500r/min,忽略损耗,求自然机械特性. 解:分析 只要求出理想空载点和额定运行点,就可 绘出机械特性.

p Ra 0 50 0 75 1 N UN IN

U N I N Ra K e N =0.132 nN

UN IN

=0.71

UN no K e N =1667r/min

PN TN 9

55 =35Nm nN

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4)电动机人工机械特性(三种)Ra U n T n0 n 2 K e K e Kt

(1)电枢回路串附加电阻Rad的人工机械特性 在自然机械特性方程式中,用(Rad+Ra)代替Ra,得到

串电阻的人工机械特性方程式:n U N Rad Ra T n0 n 2 K e K e K t

附加电阻Rad越大,机械特性越软.

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(2)改变电枢电压的人工机械特性Ra U n T n0 n 2 K e K e Kt no UN K e N

随U的变化而变化

U改变,但转速降不变 .因此,变电枢电压的人工机械 特性是一簇与自然机械特性 平行的特性曲线. 只允许在额定电压以下调节. 在后面的自动调速系统学习中 有广泛的应用.

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(3)改变磁通的人工机械特性Ra U n T n0 n 2 K e K e Kt 从机械特性方程可知,改变

磁通时,电动机的理想空载 转速和转速降落都会随磁通 的变化而变化. 磁通只能在额定值以下调节,

理想空载转速和转速降落都 要增大-------弱磁增速. 使用中,要防止电动机过载,

更要防止飞车,因此,直流他 激电动机设有失磁保护.

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串激直流电动机的机械特性 1)特点:电枢电流就是激

磁电流. 2)机械特性分析: 第一段,电动机轻载时, 机械特性具有双曲线的 形状,理想空载转速趋近 无穷大. 第二段,电动机负载较重 时,磁路趋于饱和,机械特 性近似一条直线. 3)注意事项: 直流串激电动机不允许 空载运行----飞车事故.

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4 直流他激电动机的起动特性 直流他激电动机的起动电流

是额定电流的(10-20)倍,不 允许直接起动.限制其起动电 流的方法有两种. 1.降压起动: 组成SCR-M自动调速系统的 起动环节.是后面学习的一个 重点. 2.电枢电路串外接电阻起动 右图为具有三段起动电阻的 他激电动机电路原理图和起 动特性, 其起动特性就是前面刚刚学 习过的一种人工机械特性.

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5.直流他激电动机的制动特性 直流他激电动机的工作状

态分为电动状态和制动状 态,如右图所示. 图中,(a)为电动状态; (b)为制动状态. 1)特点:电动机的转矩T与转 速n方向相反,电机处于发 电工作状态. 2)制动形式:稳定的制动状态; 过渡的制动状态. 3)制动方法有3种:反馈制动; 反接制动; 能耗制动.