8.3 直流电动机的运行、应用及发展（课件）-《电机与变压器》同步精品课堂（航空工业出版社）

8.3 直流电动机的运行、应用及发展 电机与变压器 同步精品课堂（中职专业课） 1 知识目标 了解直流电动机的运行、应用及发展。 能力目标 掌握直流电动机的应用范围、直流电动机的发展要求等内容。 情感目标 以基础知识、基本概念、基本定律为主要编写原则，以“必需、够用”为准则来选择和安排知识点，并合理地更新了教学内容。 三维目标 情境引入 问：直流电动机能自行启动吗? 新知学习 一、 直流电动机的启动和反转 直流电动机有直接启动、电 枢回路串联电阻启动和降低电枢电压启动三种方法。 直流电动机从接入电网开始，转子由静止到稳定转 速的整个过程称为启动。启动过程中，不但转速发生变 化，电流、转矩也在变化。 直流电动机转动的启动 新知学习 一、 直流电动机的启动和反转 启动时，先合上励磁开关 S1, 建立主磁场，然后合 上开关 S2, 使电动机启动。在启动开始瞬间，虽然给电动机加上电源电压 U, 但由于转子的惯性， 一开始转速n=0, 故反电动势E₄=Cn=0,此时电枢电流I₂为： (1)直接启动 直接启动又称全压启动，即将电动机直接接到额定 电压的电源上启动 直流电动机转动的启动 新知学习 一、 直流电动机的启动和反转 新知学习 一、 直流电动机的启动和反转 过大的启动电流会使电网电压下降过多， 影响本电网上其他用户的正常用电；使电动机的换向恶化，甚至烧坏电动机； 此时的电流称为启动电流，用I 表示。由于电枢电阻 Ra很小，所以直接启动时启动 电流很大，通常可达到额定电流的10～20倍。 直流电动机转动的启动 新知学习 一、 直流电动机的启动和反转 ①有足够大的启动转矩，以缩短启动时间和能在负载下启动。 过大的冲击 转矩会损坏电枢绕组和传动机构。因此，除容量很小的电动机以外， 一般不允许直接启动， 直接启动时，有以下两个要求： 直流电动机转动的启动 新知学习 一、 直流电动机的启动和反转 通常限制启动电流方法有两种：电枢回路串联电阻启动和降低电枢电压启动。 ②启动电流限制在一定的范围内，以免对电源及电机产生有害影响。 直流电动机转动的启动 新知学习 一、 直流电动机的启动和反转 随着电动机转速 n 的升高， E。也升高，电枢电流 I 就相应减小。待 转速上升以后，为了保证一定的加速转矩，应将启动电阻逐段切除。并励直流电动机及串励直流电动机串联电阻启动的原理图分别所示。 电枢回路串联电阻启动即在电动机启动时，将一组启动电阻(一般采用变阻器)串入 电枢回路中，以限制启动电流，通常可按把启动电流限制在(1.5～2.5)Ix 的范围内来选 择启动电阻的大小。 (2)电枢回路串联电阻启动 新知学习 一、 直流电动机的启动和反转 新知学习 一、 直流电动机的启动和反转 串联电阻启动广泛应用于各种中小型直流电动机中，优点是能根据需要限制启动电 流；缺点是变阻器比较笨重，启动过程中消耗很多电能。 采用串联电阻启动的启动电流为： (2)电枢回路串联电阻启动 新知学习 一、 直流电动机的启动和反转 降压启动要有一套可变电压的直流电源，目前不少 场合已经采用晶闸管电路作为直流电动机的可调电源。 降低电枢电压启动是在电动机启动瞬间，降低电动机供电电压来限制启动电流，随着 电动机转速的升高，逐步增加直流电压的数值，直到电动机启动完毕正常运行时，加在电 动机上的电压即是电动机的额定电压。 (3)降低电枢电压启动 新知学习 一、 直流电动机的启动和反转 故改变电动机转向的方法有两种： 一种是改变主磁通的 方向；另一种是改变电枢电流的方向。如果同时改变主磁通和电枢电流的方向，则直流电 动机的转向不变。 要改变直流电动机的旋转方向，就需改变电动机的电磁转矩方向，而电磁转矩取决于 于主磁通和电枢电流的相互作用， 2. 直流电动机的反转 新知学习 一、 直流电动机的启动和反转 在将电枢绕组反接的同时必须连同换向极绕组一起反接，以 达到改善换向的目的。 对并励直流电动机而言，由于励磁绕组匝数多、电感大，在进行反接时因电流突变， 将会产生很大的自感电动势，危及电动机及电器的绝缘安全，因此一般采用电枢反接法来 改变直流电动机的旋转方向。 2. 直流电动机的反转 新知学习 一、 直流电动机的启动和反转 改变电源端电压的方向，能使直流电动机反转吗? 想一想 新知学习 二、 直流电动机的调速 必须注意，调速和电机负载变化引起的转速变化是两个不同的概念。负载变化起的转速变化是自动进行的，电机工作点只在一条机械特性上变动。 为了提高劳动生产率和保证产品质量，要求生产机械在不同的情况下有不同的工作速 度，这种人为地改变机组转速的方法，称为调速。 直流电动机的调速 新知学习 二、 直流电动机的调速 必须注意，调速和电机负载变化引起的转速变化是两个不同的概念。负载变化起的转速变化是自动进行的，电机工作点只在一条机械特性上变动。调速是根据生产需要人为地 改变电气参数，使电机的运行点由一条机械特性转变到另一条机械特性上，从而在某一负 载下得到不同的转速。 为了提高劳动生产率和保证产品质量，要求生产机械在不同的情况下有不同的工作速 度，这种人为地改变机组转速的方法，称为调速。 直流电动机的调速 新知学习 二、 直流电动机的调速 (1)所需设备较简单，成本较低，因此在小功率直流电动机中用的较多。在20世纪 70 年代前，由于晶闸管调压技术尚未大量采用，因而在某些功率稍大的直流电动机中也 采用电枢回路串联电阻调速，如城市电车、矿用电力机车、蓄电池运输车等。 (2)电动机转速只能调低，且为有极调速；特性曲线较软，即负载变动时，电动机转速变化比较大。 (3)经济性能较差，即在调速电阻上有较大的能量损耗。 1. 电枢回路串电阻调速 新知学习 二、 直流电动机的调速 (1)可以平滑调速，且调速范围宽，但构成系统的设备较复杂。 (2)机械特性较硬，转速稳定。 (3)转速只能调低，不能调高。 2. 改变电枢端电压调速 新知学习 二、 直流电动机的调速 (1)可得到平滑无级调速。 (2)励磁电流小、能量消耗少，调速范围大，高速等于3～4倍低速。 (3)调速后的机械特性较硬，转速较稳定，属于恒功率调速。 (4)只能使转速升高，不能获得低于自然机械特性以下的转速。 3. 改变励磁回路电阻调速 新知学习 三、 直流电动机的制动 常用的电气方法有三种：能耗制动、反接制动和回馈制动。判断电动机是否处于电气制动状态 的条件是：电磁转矩 T 的方向和转速n 的方向是否相反。若相反，则为制动状态；否则为电动状态。 电动机的制动是指在电动机轴上加一个与旋转方向相反的转矩，以达到快速停车、减 速或稳速的目的。制动可以采用机械方法和电气方法 直流电动机的制动 新知学习 三、 直流电动机的制动 1. 能 耗 制 动 能耗制动又称为电阻制动 在电动机的制动过程中，要求迅速、平滑、可靠、能 量损耗小，并且制动电流应小于限定值。 直流电动机的制动 新知学习 三、 直流电动机的制动 (1)所需设备简单，成本低。 (2)制动减速平稳可靠。 (3)能量无法利用，白白消耗在电阻发热上。 (4)能耗制动的制动转矩随转速变慢而减小，制动时间长。 1. 能 耗 制 动 新知学习 三、 直流电动机的制动 电动机拖动电车下坡，当车速很高时，电车带动电动机转动而发电，使车 速稳定在n>n₀ 运行。再生制动的实质是将直流电动机从电动机状态转变为发电机状态运 行，以限制转速不至过高的制动方法。 2. 再生制动 再生制动又称为回馈制动或发电制动。并励直流电动机在运行时，由于某种客观原因， 使得实际转速 n 超过其空载转速no, 电枢中的反电动势 E₄大于电源电压 U, 此时电动机 便成了发电机，电枢中电流反向发生改变，由原来的与电压相同变为与电压相反，电流流 向电网，向电网回馈电能，电磁转矩变为制动转矩，因此称为回馈制动。 直流电动机的制动 新知学习 三、 直流电动机的制动 (1)电枢绕组反接时， 一定要在电枢回路中串联外 加电阻，以降低电枢电流 I₄,否则在反接 的瞬间，反电动势 E 数值未变，而外加电压方向相反， 变为与 E₄ 同方向，故在该瞬间加在电枢绕组上的电压接 近两倍的外加电压，不串接电阻，将因电枢电流过大而使 电枢与换向器表面产生强烈火花而损坏。 3. 反接制动 反接制动是利用改变加在电枢绕组上的电压方向(使I₂ 反向),或者改变励磁电流的 方向(使①反向),从而使电磁转矩T 反向成为制动转矩 直流电动机的制动 新知学习 三、 直流电动机的制动 新知学习 三、 直流电动机的制动 反接制动适用于要求强烈制动或要求迅速反转的场合。缺点是制动时机械冲击较大，消耗能量较多，通常只在小功率直流电动机上采用。 (2)当电动机转速降低接近于零时，要迅速切断电 源，以免电动机反转。 直流电动机的制动 新知学习 四、 直流电动机的应用及发展 直流电动工具是一种运用小容量直流电动机或电磁铁，通过传动机构驱动工作头的手 持式或可移式的机械化工具 直流电动机应用十分广泛，其中最常见的是直流电动工具。 世界上第一台直流电动工具是1894年制造的电钻。1900年 制造出三相工频电钻，由三相异步电动机驱动 01 02 03 直流电动机的应用范围 新知学习 四、 直流电动机的应用及发展 20世纪80年代后，随着世界经济的发展，电动工具技术得到迅速 提高。到新世纪初，世界电动工具的品种发展到近千个，年产量超过1亿台 1913 年生产出首批由单相串励电机驱动 的交、直流两用电钻 电动工具结构轻巧，携带方便。与手工工具相比，它的劳动生产率提高了几倍到几十 倍，与传统的风动工具相比，它的效率高、费用低(无须空压机)、震动和噪声小、易于 自动控制 01 02 03 直流电动机的应用范围 新知学习 四、 直流电动机的应用及发展 并且广为个体劳动 者及家庭使用，是一种量大面广的机械化工具，发展前景十分广阔。 电动工具逐步取代手工工具，已广泛应用于机械，建筑、机电、冶金设 备安装，桥梁架设，住宅装修，农牧业生产，医疗、卫生等各个方面 在发电厂里，同步发电机的励磁机、蓄电池的充电机等，都是直流发电机；锅炉给粉 机的原动机是直流电动机。 01 02 03 直流电动机的应用范围 新知学习 四、 直流电动机的应用及发展 直流发电机通常是作为直流电源，向负载输出电能；直流电 动机则是作为原动机带动各种生产机械工作，向负载输出机械能。 此外，在许多工业部门，例如大型轧钢设备、大型精密机床、 矿井卷扬机、市内电车、电缆设备要求严格线速度一致的地方，通常都采用直流电动机作 为原动机来拖动工作机械的。 在控制系统中，直流电机还有其他的用途，如测速电机、伺服电机等。 01 02 03 直流电动机的应用范围 新知学习 四、 直流电动机的应用及发展 在现代化工业生产过程中，为了实现各种生产工艺 过程，需要各种各样的生产机械。 直流电动机的功能是将电能转换成机械能，它可以作为拖动各种生产机械的动力，是 国民经济各部门应用最多的动力机械。 拖动各种生产机械运转，可以采用气动，液压传动和电力拖动。 01 02 03 直流电动机的发展要求 新知学习 四、 直流电动机的应用及发展 纵观电力拖动的发展过程，交、直流两种拖动方式并存 于各个生产领域。在交流电出现以前，直流电力拖动是唯一的一种电力拖动方式。 由于电力拖动具有控 制简单、调节性能好、耗损小、经济、能实现远距离控制和自动控制等一系列优点，因此 大多数生产机械都采用电力拖动。 由于交流电力拖动具有调速性能优良，维修费用低等优点，将广 泛应用于各个工业电气自动化领域中，并逐步取代直流电力拖动而成为电力拖动的主流。 01 02 03 直流电动机的发展要求 课堂练习 填空题 1. 由于交流电力拖动具有调速性能优良，维修费用低等优点，将广泛应用于各个工业电气自动化领域中，并逐步取代直流电力拖动而成为电力拖动的主流。 2.拖动各种生产机械运转，可以采用气动，液压传动和电力拖动。 课堂小结 总结 直流电动机的启动和反转 1 直流电动机的应用及发展 2 课堂小结 1、简述直流电动机的启动和反转。 2、简述电枢回路串联电阻启动。 3、简述直流电动机的反转。 作业布置 感谢观看 $$