当n↓Tm>TL
由运动方程看
当干扰使n↑时,干扰消除后希望n↓这时如Tm-TL<0则负加速
当干扰使n↓时,干扰消除后希望n↑这时如Tm-TL>0则正加速
例:
a,b两点
a点,当n↑时Tm↓Tm'
当干扰消除后由于在n'处Tm-TL<0,所以n↓
b点,当n↑时Tm↑Tm''
当干扰消除后由于在n''处Tm-TL>0,所以n↑到n'''直到a点处平衡
第2次课2学时
上次课复习:
机电传动系统的运动方程、各种生产机械的特性、机电传动系统稳定运行的条件。
本次课题(或教材章节题目):
§3.1直流电机的结构和工作原理§3.2直流发电机
§3.3直流电动机的机械特性
教学要求:
掌握直流电机的基本工作原理及特性,特别时直流电动机的机械特性。
重点:
直流电机的基本工作原理及特性。
难点:
直流电机的基本工作原理及特性。
教学手段及教具:
多媒体教学
讲授内容及时间分配:
§3.1、§3.2——1学时
§3.3——1学时
课后作业
习题3.3、3.4、3.5、3.6
参考资料
第三章直流电机的工作原理
电机的分类:
a发电机,电动机
b直流,交流、步进
特点:
直流电动机:
可以实现无级调速(优点),在传统的模拟控制系统中应用多
交流电动机:
简单、便宜、但调速复杂
步进电动机:
用脉冲工作、易于数字控制
直流发电机:
一般用来为直流电动机配套;但可控硅取代很多的发电机
§3.1直流电机的基本结构和原理
§3.1.1直流电机的结构
主要部件:
励硅绕组(定子线圈)用来产生磁场
电枢绕组(转子线圈)通有工作电流
换向器保持电枢绕组的电流方向不变
铁芯(定子、转子)导磁及支撑
作用:
简述
其它:
略
§3.1.2直流电机的基本工作原理
以单个电枢绕组线圈为例说明
一、发电机(根据右手定则)
励磁绕组通电产生一磁场
>A点总与N极侧的一边相连
>B点总与N极侧的一边相连
>转子(电枢线圈)由原动机拖动,以转速n转动
>这时,N边切割磁力线产生电势指向外
S边切割磁力线产生电势指向内
>AB两点就产生了电势E=KeΦn
当有负载RL时,就产生电流I
>这时,E=KeΦn
二、电动机(根据左手定则)
>在AB两点加电压,在电枢中产生电流I
>则N边受力,S边反向受力,形成转矩T=KmΦIa
>电枢转动后,切割磁力线产生反电势E=KeΦn
>当n到一定值后,Ia=(U-E)/Ra
满足T后稳定下来。
注:
在发电机中E=KeΦn是输出电势
当Ia
0时,T=KmΦIa(负载转矩)为原动机负载,既Ia为负载
在电动机中Tm=KmΦIa为输出动力
Em=KeΦn为反电势
当Tm大n↑[TM-TL=J(dω/dt)]EM↑(U-EM)↓Ia=(U-EM)/Ra↓TM↓
TM是负载
§3.2直流发电机
对于直流电机按其励磁方法分为以下几种情况:
他励:
磁绕组有独立的电源与电枢无关
并励:
励磁绕组与电枢并联
串励:
励磁绕组与电枢串联
复励:
有串也有并励
§3.2.1他励发电机
1.电原理图
由于独立Uf,If
所以负载电流I=电枢电流Ia
2.空载特性
当发电机空载(Ia=0)及转速(n)不变时,输出电势与励磁电流的关系曲线
当If小时直线(不饱和)
If大时,弯曲(开始饱和)
If更大,平直(饱和,Φ不变)
3.外特性曲线
当发电机转速(n)和励磁(Φ)不变时,输出电压(U)与负载电流(I)之间的关系曲线
注:
当Ia↑RaIa↑U=E-IaRa↓
§3.2.2并励发电机
1.电原理图:
由于If<
所以Ia≈I
2.电压建立过程
由于事先没有励磁电压U所以If=0
当电枢转动时,没有磁场所以不会产生E。
并励发电应满足以下几个条件
(1)在磁极上有剩磁(弱的磁场)当n↑产生一个小E产生一个小If
(2)励磁磁场与剩磁场的方向相同电压建立起来
(3)Rf不能太大两方面,一方面是线圈电阻,一是外接电阻
3.并励发电机的工作点
一方面是空载曲线
一方面是是励磁电流曲线共同决定
当饱和弯曲后产生交点
4.外特性
与他励一样,但由于U↓If↓所以所以U↓得多
§3.2.3复励发电机
1.电原理图
并励Ifb=U/Rfb
串励If=Ia
当I↑,Ia↑,U=E-IaRa↓,If=U/Rfb↓,ф↓
ф↑,U↑
所以,复励发电机在一定的工作范围内外特性比较平坦
§3.3直流电动机的机械特性
Ia
If
直流电动机由分为他励、并励、串励和变励
§
U
M
3.3.1他励电动机的机械特性
_
>电原理图
由电路原理公式,推导出
T
=n0-Δn
说明:
n0与输出转扭T无关所以称为理想空载转速;而Δn反映负载对转速的影响,是负载引起的转速误差
>机械特性:
(If)励磁电流与电枢电压(U)不变时转速(n)与扭矩(T)的关系曲线
由上式可知机械特性如图
>机械特性硬度:
β=dT/dn
对于电机按值分类如下:
绝对硬度β=∞
硬β≥10
软β<10
三种在生产中都有应用
>机械特性分固有机械特性和人为机械特性
固有:
在额定条件下(n)与(T)的关系
人为:
人为改变参数时得到的机械特性,如改变U,串联电阻R等
n
(一)他励直流电动机的固机械特性
由
T
n0
(二)人为机械特性
1.电枢串电阻
由:
T
n
E
这时n0不变,而Δn则增加,特性如图
2.改变电压时(U)
=
这时n0受电压变化而改变,而Δn则因与电压无关所以不变,特性如图
3.改变磁通
由于磁饱和和线圈的原因只能减小Φ
Ra
U
由
T
KeKmΦ2
=
-
KeΦ
n
n0
>当Φ下降时n0上升,同时Δn也增加
>当太小时反电势E=KeΦn
>当TL大时Ia=(U-E)/Ra烧坏
>当TL小时E=KeΦn因为Φ所以n↑飞车
>所以Φ↓不能太多
(并励比较人为特性降压时U)
§3.3.2串励电动机
n
这时Ia=If从而有
1.当T↓因为If=Ia也小(T=KmΦIa)
2.当T↑大时If=Ia↑;Φ饱和,平坦
3.不能空载(飞车)
特点:
起动扭矩大用于吊车电车的驱动
起动时特性软。
§3.3.3复励
有串,他(并)励两个绕组
具有两者的优点,可根据要求来设计,串、并磁场强度来达到所需的值
第3次课2学时
上次课复习:
直流电机的基本工作原理、直流他励电动机的固有机械特性和人为机械特性
本次课题(或教材章节题目):
§3.4直流他励电动机的启动特性§3.5直流他励电动机的调速特性§3.6直流他励电动机的制动特性
教学要求:
掌握直流他励电动机的启动特性、调速特性和制动特性
重点:
直流他励电动机的启动特性、调速特性和制动特性
难点:
直流他励电动机的启动特性、调速特性和制动特性
教学手段及教具:
多媒体教学
讲授内容及时间分配:
§3.4、§3.5、——1学时
§3.6——1学时
课后作业
习题3.10、3.16、3.17、3.18
参考资料
§3.4直流他励电动启动特性
1.电动机的启动就是使n从0→nN的过程
启动初期n=0;E=KeΦn=0(反电动势)
这时:
Ia=(U-E)/Ra≈U/Ra
一般Ra(电枢直流电阻)很小,以减小工作中的损耗和发热(Ia2Ra是发热量)
所以这时Ia将很大,达10--20IN
结果可能会引起
(1)换向器打火
(2)产生很大的力矩,对负载产生冲击
(3)电路的保护器无法设计
2.所以一般的直流电动机不允许直接启动
在启动时设法限制电枢电流
一般的有以下两种方法
(1)降压启动使U从小到大逐渐增加到U
(2)电枢回路串联电阻启动
注:
对于降压启动需要电源电压可调。
3.电枢串联电阻启动
(1)单段(串联一级电阻)
E
当启动时KM断,这时从Tst开始按a变化当到TL时,KM合,由于n不能突变,所以从A到B点产生冲击T比较大,这时,有较大的Ia和T
(2)多段
E
如图所示
§3.5直流他励电动机的调速特性
电动机的调速
是指电动机的外负载(T)不变的情况下,人为的改变电动机的工作参数,使工作速度发生变化的情况。
速度调节:
因生产机械提出的变速要求:
如汽车、车床
速度变化:
由于T的变化引起(系统的特性决定)
n
例如:
自行车调整变速器(变速比)
如图所示:
当TL→TL'时这时速度变化n→n'
由于电动机有:
T
当T不变时,影响的参数有U,Φ,Ra
所以调速的方式可以有以下三种,变电压U;变磁通;变电阻R
一、串联电阻调速
R3>R2>R1
在电枢回路中串联电阻Rd改变其机械特性,引起调速
由图可知:
当R↑时n↓(TL不变)
特点:
1、当R↑时β↓机械特性变软
2、TL越小,Δn(速度变化)越小
不同TL,调速范围不一样
3、电阻耗能大(发热)
由于Ia比较大,当R↑时I2R↑
4、不易实现无级调速(大功率变阻器)
5、调速的设备比较简单(分级调节)
U2>U1
一般不常用这种方式
二、变电枢电压调速
当U改变时,n0变
当T不变时,U→U'n→n'
特点:
1、当U改变时,引起n0变化这时Δn不变
所以β不变,是一组平行线
2、不同的TL时,调速范围一样(Δn)
3、当n↓电源功率也↓节能
4、通过专门的电源,可实现无级调速
5、启动不需其它的设备(用降既可实现〕
6、电源设备,需要专门设计,现已配套
用直流电动机的调速中,主要采用这种形式
三、改变磁通调速
由电机人为特性可知:
可以改变励磁电流If
由于磁路已饱和(额定φΝ处)If↑时φ不变,所以只能在<φΝ的范围内调节,即弱磁调速
特性如图:
当φ↓时,n0↑,Δn↑
特点:
1、只能弱磁调速(φ↓)可以无级变速,调速范围在额定nΝ之上
2、φ↓,引起机械特性变弱β↓
3、调速范围不大,受电机的允许最高转速限制(机械,换向器等)
4、适用于恒功率调节
由于φ↓使EF↓,(U-EF)/Ra=Ia↑,T↑,n↑,EF↑,Ia↓,(UIa=P不变)恒定
§3.6直流他励电动机的制动特性
Ra1
拖动(电动):
驱动负载运动(工作)
制动:
制止负载运动(减速)
自然停车:
断电后自然停止
制动的用途:
快速停车,与位能转矩平衡,精确定位.
分类:
反馈制动,反接制动,能耗制动.
3.6.1反馈制动
原理:
当电动机工作在反馈制动状态时,n>n0,位于二四相限TM反方向n=n0+Δn
特点:
转速较高.举例说明:
放下重物
3.6.2反接制动
一.电源反接制动
原理:
将电源反接产生制动(短时)
特点:
电流大应串限流电阻,(U+E)/Ra=Ia
时间长会引起反转
二.倒拉反接制动
原理:
增大Ra,交点在四相限,反转时才输出足够的扭矩Tm与负载平衡(位能扭矩)
特点:
调整Ra可改变制动的速度
举例:
提升重物
3.6.3能耗制动
原理:
枢断电后,串联电阻短路连接.
n不为0时,产生Ia,及T=KeΦIa的制动转矩
R2〉R1
特点:
调整电阻大小可改变制动性能
举例:
反抗转矩不会反向启动
位能转矩速度稳定
第4次课2学时
上次课复习:
流他励电动机的启动特性、调速特性和制动特性
本次课题(或教材章节题目):
§5.1异步电动机的结构和原理§5.2异步电机的定子和转子
§5.3三相异步电机的转矩与机械特性§5.4三相异步电机的启动特性
教学要求:
了解异步电动机的基本结构,掌握异步电动机的工作原理、机械特性、启动特性
重点:
异步电动机的工作原理、机械特性、启动特性
难点:
异步电动机的工作原理、机械特性、启动特性
教学手段及教具:
多媒体教学
讲授内容及时间分配:
§5.1——1.0学时
§5.2——0.2学时
§5.3——0.5学时
§5.4——0.3学时
课后作业
习题5.1、5.3、5.6
参考资料
第五章交流电动机的工作原理
>交流电机分:
异步电动机:
三相
单相
同步电动机:
>异步电动机:
结构简单、便宜,是应用最多的一种电动机
>同步电动机:
特性绝对硬β→∞,可以作为发电机使用
§5.1三相异步电动机的结构和工作原理
§5.1.1三相异步电动机的结构
定子、中间装有定子绕组及定子、铁芯、外壳
转子、有的装绕组(有的是笼式)
其它参见书略
§5.1.2三相异步电动机的工作原理
工作原理:
基于定子线圈能够产生一个旋转磁场,假设有一个旋转磁场来分析
F
如图中N、S的磁场以n0旋转
>转子则切割磁力线而产生电流(右手定电流I方向)
>电流在磁场中切割磁力线而产生力及力矩(左手定方向)
>它与n0方向相同,使转子转动起来
>在转子转动中,n比n0小
原因:
转子力矩Tm=KmφIZ其中φ为旋转磁场磁通φ
转子电流IZ=eZ/RZ其中RZ为转子电阻φ
转子电势eZ=KeφΔn其中Δn=n0-n转子线圈切割磁力线的相对转速
当n=n0时,eZ=0,IZ=0,Tm=0
>n0称为理想空载转速(同步转速)
>实际由于Tm不等于0;所以n>由以上分析可知Δn=n0-n不等于0是保证交流电机运转的一个重要条件所以称为异步电动机
>以转差率来表示他的运行情况:
S=(n0-n)/n0
>对于一般的异步电机(笼型)转子电阻RZ很小所以只需不大的S就能产生大的IZ和Tm
>一般的在额定转速时S为0.015~0.06比较小
§5.1.3三相异步电动机的旋转磁场
以上是基于在电机中有一个旋转磁场为根据分析的,这一节我们分析旋转磁场的产生
一、由于三相电源,所以定子中有三相绕组(120夹角)
Z
Y
X
C
B
A
Z
IC
IB
iA
Z
Y
X
C
B
A
对于三相绕组中的电流也差120如图
Z
Y
X
C
B
A
ωt=180
Z
Y
X
C
B
A
ωt=120
Z
Y
X
C
B
A
ωt=60
Z
Y
X
C
B
A
ωt=0
由图分析当电角度ωt=0时的合成磁场方向为0
iA=Isin(ωt):
iΒ=Isi