/第3章直流電機的工作原理及特性教學(xué)內(nèi)容3.1直流電機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理３.2直流發(fā)電機3．3直流電動機的機械特性3。4直流他勵電動機的啟動特性３。5直流他勵電動機的調(diào)速特性３。6直流他勵電動機的制動特性教學(xué)安排本章安排8個學(xué)時授課,直流電機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理、直流發(fā)電機2個學(xué)時，直流電動機的機械特性2個學(xué)時,直流他勵電動機的啟動特性和調(diào)速特性２個學(xué)時,直流他勵電動機的制動特性2個學(xué)時。采用多媒體教學(xué)。知識點及其基本要求了解電磁感應(yīng)、電磁力、電動勢、反電動勢、電磁轉(zhuǎn)矩等基本概念，了解直流電機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理、直流發(fā)電機的勵磁方式,掌握電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩的計算公式。了解并掌握他勵電動機機械特性的一般表達(dá)式、固有機械特性的計算和繪制,了解并掌握他勵電動機外串電阻、改變電樞電壓、改變磁通時人為特性的特點、計算和繪制，了解串勵電動機機械特性的一般表達(dá)式和特點。了解啟動直流他勵電動機的兩種方法:降壓啟動和在電樞回路串接電阻啟動,及兩種啟動方法的優(yōu)缺點。了解調(diào)速和速度變化兩種概念，掌握直流他勵電動機三種調(diào)速方法（改變電樞電路個串電阻、改變電樞電壓和改變主極磁通)的特點及適用場合。了解電動與制動、制動與自然停車、穩(wěn)定的制動狀態(tài)和過渡的制動狀態(tài)等概念,了解反饋制動、反接制動、能耗制動的概念、實現(xiàn)方法、特點和適用場合。重點和難點重點:１.機械特性是分析啟動、調(diào)速和制動特性的依據(jù),所以機械特性是電動機內(nèi)容的重中之重；2.他勵直流電動機的啟動特性;3。他勵直流電動機的調(diào)壓調(diào)速特性.難點:本章較難理解的內(nèi)容是電流、電勢的換向過程和電動機的制動過程;電動機在各種運轉(zhuǎn)狀態(tài)下電磁轉(zhuǎn)矩TM、負(fù)載轉(zhuǎn)矩TＬ、轉(zhuǎn)速n、電樞電流Ia和電勢E等符號的確定。教學(xué)設(shè)計*＊*＊＊****＊＊*＊＊＊＊********＊＊**＊*＊***＊*＊*＊**＊***＊**＊＊*＊＊*＊*＊＊＊*＊**＊***＊＊＊＊**＊＊＊**＊第1次課＊＊***＊＊＊＊*＊**＊＊＊＊＊＊*＊＊＊*＊*＊****＊*＊*＊＊＊***＊＊＊****＊＊*＊***＊＊＊＊**＊＊＊**＊*＊**＊*＊＊***＊1．展示直流電機結(jié)構(gòu)圖，介紹直流電機基本組成部分和各部分功能。定子：定子是電機的靜止部分，主要用來產(chǎn)生磁場。它主要包括:主磁極、換向極、電刷裝置、機座和端蓋。轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子是電機的轉(zhuǎn)動部分，轉(zhuǎn)子的主要作用是感應(yīng)電動勢，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使機械能變?yōu)殡娔埽òl(fā)電機）或電能變?yōu)闄C械能（電動機）的樞紐。它主要包括：電樞、換向器、轉(zhuǎn)軸。氣隙：在小容量電機中，氣隙為0.5~3mm。氣隙大小對電機運行性能有很大影響。2.首先介紹電磁感應(yīng)現(xiàn)象、電磁力等概念，然后介紹直流電機的工作原理。(1)電磁感應(yīng)現(xiàn)象閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線的運動時，導(dǎo)體中就會產(chǎn)生電流，這種現(xiàn)象叫電磁感應(yīng)現(xiàn)象。B—-－磁感應(yīng)強度B—-－磁感應(yīng)強度v－-－速度e—-－感應(yīng)電勢Ｉ－-－感應(yīng)電流右手螺旋定則（2）電磁力：載流導(dǎo)體在磁場中受到的力稱為電磁力。Ｂ—－-Ｂ—－-磁感應(yīng)強度I———感應(yīng)電流f—-—電磁力左手定則（３)直流發(fā)電機工作原理KKｅ—電勢常數(shù)E—電樞電勢(Ｖ)φ—主極磁通(Wb)n-電樞轉(zhuǎn)速（r／min）（4)直流電動機工作原理Kｔ—Kｔ—轉(zhuǎn)矩常數(shù)9．5５ＫｅIａ—電樞電流（Ａ）（5)電樞反電勢電機運行方式E和Ia的方向E的作用T的性質(zhì)轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系發(fā)電機電動機相同相反電源電動勢反電動勢阻轉(zhuǎn)矩驅(qū)動轉(zhuǎn)矩Ｔ1＝T+T0T＝TL+Ｔ0(６）可逆性原理 如果從軸上輸入機械功率，電機作發(fā)電機運行，向外輸出直流電能.如果從電刷上輸入電功率,電機即作電動機運行，向外輸出機械功率。這種同一臺電機在不同的外界條件下作發(fā)電機或電動機運行的原理,稱為電機的可逆性原理。3?？偨Y(jié)他勵直流電動機的一些基本方程式.（1)電壓平衡方程式(２）轉(zhuǎn)矩平衡方程式T——電磁轉(zhuǎn)矩直流他勵電動機原理電路圖Ｔ０--空載轉(zhuǎn)矩TＬ-—負(fù)載靜阻轉(zhuǎn)矩(3)功率平衡方程式?電壓平衡議程式兩邊同乘Ia得UIa—-電源輸入功率Eｉa-—電樞反電勢從電源吸收的電功率Ｉa2Ra—-電樞銅損耗電磁功率PM=EaＩa=KeΦIa=Tω（表明電動機從電源吸收的電功率全部轉(zhuǎn)換成了機械功率Tω)因此輸入功率P1=ＰM＋PacuＰＭ＝Ｐ0+P2Ｐ0=Pｍ+ＰＦｅ其中PM—-電磁功率Pacu——銅損耗Ｐ０--空載損耗Pｍ-—機械損耗ＰFe——磁滯損耗和渦流損耗(簡稱鐵損)4。簡單介紹直流電動機的額定數(shù)據(jù)?直流電機按照國家標(biāo)準(zhǔn)及電機設(shè)計和試驗數(shù)據(jù)規(guī)定的電機運行條件和運行狀態(tài)運轉(zhuǎn)時,其運轉(zhuǎn)工況稱為電機的額定運行情況。在額定條件下,電機各物理量的保證值稱為電機的額定數(shù)據(jù)或額定值.直流電機的額定值一般有:PＮ（Kw)，UN（Ｖ)，IN（A)，nN(r/min），IfN（A）額定功率PN：指電機在銘牌規(guī)定的額定狀態(tài)下運行時,電機的輸出功率,以”W"為量綱單位。若大于1ｋW或1MW時，則用kＷ或ＭＷ表示。額定電壓UN：

指額定狀態(tài)下電樞出線端的電壓,以"V”為量綱單位。額定電流IN：

指電機在額定電壓、額定功率時的電樞電流值,以”A”為量綱單位。額定轉(zhuǎn)速nＮ：

指額定狀態(tài)下運行時轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速,以r/ｍiｎ為量綱單位.額定勵磁電流If：

指電機在額定狀態(tài)時的勵磁電流值。注意:對于直流發(fā)電機，PN是指輸出的電功率，它等于額定電壓和額定電流的乘積。PＮ＝UNIN對于直流電動機,PＮ是指輸出的機械功率，所以公式中還應(yīng)有效率ηN存在。ＰＮ＝ＵNINηN在額定條件下的額定轉(zhuǎn)矩(PN單位為Kw）例3-1一臺他勵直流電動機PＮ=１３Kw，UN=２2０V，ＩＮ=69．５A(chǔ),nN=150０r／ｍin，電樞電阻Ra=0。2８Ω,額定勵磁電壓1１０Ｖ，勵磁回路電阻1４２Ω。電動機在額定狀態(tài)下運行.試求(1）額定勵磁電流;(２）勵磁銅損耗；(3）電樞回路銅損耗；(4）空載損耗;（5)額定電磁轉(zhuǎn)矩及額定輸出轉(zhuǎn)矩；（6）空載轉(zhuǎn)矩。解:(1)額定勵磁電流（２)勵磁銅損耗（３)電樞回路銅損耗(4）空載損耗(5)額定電磁轉(zhuǎn)矩及額定輸出轉(zhuǎn)矩(6)空載轉(zhuǎn)矩5.通過結(jié)構(gòu)示意圖和電路圖介紹直流發(fā)電機的4種勵磁方式。課后練習(xí):3.６＊＊＊＊*＊******＊＊**＊*＊＊＊*＊＊**＊＊*＊＊＊**＊**＊＊***＊＊＊*＊＊＊*＊*＊**＊**＊*＊****＊＊＊＊＊*＊＊***＊**第2次課＊＊*＊**＊**＊＊***＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊**＊**＊＊＊＊＊＊*＊＊*＊＊**＊**＊＊＊＊＊＊＊*＊＊＊＊**＊＊**＊*＊＊＊＊*＊**＊*＊＊*1．分析電路圖，列出電壓平衡方程式,了解他勵電動機的機械特性。（1)他勵電動機的機械特性電壓平衡方程-—－理想空載轉(zhuǎn)速(T=0）△n—速度降落對于他勵和并勵而言，當(dāng)Ｕｆ與U為同一電源時，這兩種電動機勵磁電流Ｉf的大小均與電樞電流Ｉa無關(guān),因此他勵和并勵電動機的機械特性一樣。(2）機械特性硬度當(dāng)n＝0時，（３.1３）式為：堵轉(zhuǎn)矩堵轉(zhuǎn)電流機械特性硬度①絕對硬特性(β→∞）：同步電動機②硬特性（β＞1０）：直流他勵電動機，交流異步電動機機械特性的上半部。③軟特性（β<10)：直流串勵電動機和直流積復(fù)勵電動機。2.運用反推法,介紹計算直流他勵電動機固有機械特性的一般步驟和計算公式.?固有機械特性，又稱固有特性，是指在額定電壓ＵN和額定磁通ΦＮ下，電樞電路內(nèi)不外接任何電組時的ｎ＝ｆ（T)。由求(1）估算電樞電阻Ra?(2）計算額定條件下反電勢:（3）求理想空載轉(zhuǎn)速：（4）求額定轉(zhuǎn)矩：3．通過分析直流他勵電動機機械特性表達(dá)式，畫出改變Rad、U、φ的人為機械特性,并總結(jié)其特點。人為機械特性是指供電電壓Ｕ或磁通Φ不是額定值、電樞電路外接電阻Raｄ時的機械特性。（1)串接電阻Rad串接電阻后①n0不變；②K斜率變大即機械特性變軟。③是一簇由同一點（0，n0)出發(fā)的一組直線。（２）改變電樞電壓U和主極磁通Φ ①改變ｎ０(減小） ①n0增加②斜率ｋ不變機械特性硬度不變②斜率ｋ變大,特性變軟③平行于固有曲線的一簇直線注意:不能過分削弱磁通！否則，如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變,電動機電流將大大增加而嚴(yán)重過載；造成飛車。因此，直流他勵電動機啟動前必須先加勵磁電流,在運行過程中決不允許勵磁電路斷開或勵磁電流為零。（直流他勵電動機一般有“失磁”保護(hù)。）4.通過例題詳細(xì)介紹直流他勵電動機機械特性的計算和繪制方法。例3－2一臺他勵直流電動機在穩(wěn)態(tài)下運行時,電樞反電勢E＝Ｅ1，如負(fù)載轉(zhuǎn)矩TＬ=常數(shù)，外加電壓和電樞電路中的電阻均不變,問減弱勵磁使轉(zhuǎn)速上升到新的穩(wěn)態(tài)值后，電樞反電勢將如何變化?是大于、小于還是等于Ｅ1？解：兩個已知條件,一個是負(fù)載轉(zhuǎn)矩TＬ=常數(shù)；一個是從一個穩(wěn)態(tài)到另一個穩(wěn)態(tài)(而不涉及瞬態(tài)過程），電樞反電勢是穩(wěn)態(tài)值。?注意：從?不能判斷Ｅ是如何變化的例3-3一臺他勵直流電動機,功率PN=5。5KW，UＮ=22０Ｖ，IN＝31A,ｎN=150０r/mｉn，忽略損耗，認(rèn)為額定運行時的電磁轉(zhuǎn)矩近似等于輸出轉(zhuǎn)矩，試?yán)L制電機近似的固有機械特性。解：n＝f（ＴL)是一條直線，故只要兩點,理想空載點（0,ｎ０）(TＮ,，nN)（1)估算Ｒａ?(2）求n0（３)求TN也可求課后練習(xí):3.83．１0＊**＊*＊***＊**＊＊＊*＊*＊**＊＊＊**＊＊*＊**＊＊＊***＊*＊*＊＊*＊＊*＊＊*＊＊*＊＊＊＊*＊＊＊**＊**＊*＊＊*＊*＊*＊＊*第3次課*＊＊*＊＊*＊*****＊＊****＊＊*＊***＊＊*＊******＊＊＊*＊*＊＊＊＊*＊＊****＊***＊＊＊＊＊*＊*＊＊＊*＊＊＊＊*＊*＊＊＊1。分析直流電動機不能直接啟動的原因啟動過程：他勵電動機軸上帶一定負(fù)載,從靜止啟動到某一轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行的過程.啟動時n=0Ｅ=0啟動電流要求:啟動電流不得大于（1．5～2）額定電流2．展示電動機啟動特性圖,介紹兩種啟動方法的優(yōu)缺點。降壓啟動。啟動時，降低供電電源電壓。在電樞回路內(nèi)串電阻啟動。（1）具有一段啟動電阻的他勵電動機只有一段電阻，在切除的瞬間，沖擊電流仍然很大。(2)多段啟動電阻啟動的他勵電動機原則：Ｉ1≤2Ｔ２（I２）基本相同3．通過示意圖明了速度調(diào)節(jié)和速度變化兩個概念。速度調(diào)節(jié)－－--－在一定的負(fù)載下,人為改變參數(shù)，達(dá)到改變電動機穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。速度變化－-－——由于負(fù)載發(fā)生變化而引起電動機轉(zhuǎn)速改變。4.通過分析機械特性表達(dá)式和特性曲線，介紹三種調(diào)速方法的調(diào)速過程和特點。(1)電樞電路外串電阻Rad缺點:1。機械特性變軟，穩(wěn)定性差；２。輕載時調(diào)速范圍不大；3。無級調(diào)速困難；電阻上消耗大量電能;４.啟動電阻不能用來調(diào)速.適用于起重機、卷揚機。（2)改變電壓調(diào)速特點:１．連續(xù)平滑調(diào)速，在nN以下調(diào)速；２.機械特性硬度不變；３．調(diào)速時電流不變，轉(zhuǎn)矩不變，恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。4。利用降壓啟動電機而不用其他設(shè)備。調(diào)節(jié)特性n=f（U） 始動電壓:(3)改變主磁通φ特點:(1)只能在n0以上進(jìn)無級調(diào)速;(2)機械特性變軟，調(diào)速范圍不大；(3）恒功率調(diào)速(P=UIa)通常同調(diào)壓調(diào)速配合使用（n0以下用調(diào)壓，ｎ0以上用調(diào)磁通的方法）。注意！輕載時產(chǎn)生飛車事故例3—4有一臺他勵電動機,PN=22ＫW，ＵN=２20Ｖ,IN=1１5A，Nn=1500r/min,電樞電阻Ra=0．1Ω，電動機拖動恒轉(zhuǎn)矩額定負(fù)載。(1）要求得到1１00r／min的運行速度,采用串電阻調(diào)速方式,電樞回路應(yīng)串入多大電阻?（2)要求得到９0０ｒ/mｉn的運行速度,采用降壓調(diào)速方式,電樞電壓應(yīng)降至多少伏？（３)要求得到1８00r/ｍin的運行速度，弱磁程度如何？解：（1)電樞回路應(yīng)串入的電阻Raｄ（２）電樞電壓值（3）減弱磁通的程度（設(shè)為X)Ｘ＝0。823是合適的解，即弱磁至Φ=0．82３ΦN課后練習(xí):３.12３．１53。1８＊*＊**＊*＊**＊****＊****＊＊*＊＊**＊＊＊＊**＊＊＊**＊*＊＊***＊＊＊**＊*＊**＊＊＊＊＊**＊*＊＊＊***＊*＊＊****＊第4次課＊＊**＊*****＊***＊＊*＊＊＊***＊＊＊**＊***＊＊*＊＊＊**＊＊＊＊＊***＊****＊*＊*＊**＊＊＊****＊＊＊＊＊＊＊*＊＊＊＊1．首先明了幾個容易混淆的概念。制動─是從穩(wěn)定轉(zhuǎn)