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他勵電機
鎖定
他勵電動機的勵磁繞組和電樞繞組分別由兩個電源供電。他勵電動機由於採用單獨的勵磁電源,設備較複雜。但這種電動機調運範圍很寬,多用於主機拖動中。
他勵電機電機簡介
R2=0時電動及回饋制動狀態下的機械特性
他勵電機問題
他勵電機重點
掌握直流電機的電動和回饋制動特性
他勵電機難點
調節直流電動機M的額定值(三個條件互相制約,同時滿足。)
1、額定電流IN
2、額定勵磁電流IfN
3、額定轉速nN
瞭解和測定他勵直流電動機在R2=0時電動及回饋制動狀態下的機械特性
直流他勵電動機機械特性測定的實驗原理圖
他勵電機直流電動機
設備中常用的電動機主要分兩類:一類是驅動電機,一類是控制電機。驅動電機是設備的主要動力源,包括各種類型的交、直流電動機。交流異步電動機較其它類型的電動機結構簡單,價格便宜,運行可靠,維護方便,某些設備或者輔助用電動機在不要求調速時可採用該類型電動機;如果要求調節轉速,則可選用直流電動機、整流於式電動機或電磁調速異步電動機(滑差電動機)。控制電機又稱特種電動機,常見的有步進電動機、伺服電動機、測速發電機等,這些電機不是作為動力來使用的,它的主要任務是轉換和傳遞控制信號,能量的傳遞是次要的。
直流電動機是將直流電能轉換為機械能的旋轉機械。它與交流電動機(如三相異步電動機)相比,雖然因結構比較複雜、生產成本較高、故障較多等不利因素,目前已不如交流電動機應用普遍,但由於它具有優良的調速性能和較大的起動轉矩,仍然得到廣泛應用
[1]
。
他勵電機結構
(1) 磁極。
磁極是電動機中產生磁場的裝置,它分成極心和極掌兩部分。極心上放置勵磁繞組,極掌的作用是使電動機的磁感應強度的分佈最為合適,並用來擋住勵磁繞組;磁極是用鋼片疊成的,固定在機座(即電機外完)上;機座也是磁路的一部分。機座常用鑄鋼製成。
(2) 電樞。
電樞是電動機中產生感應電動勢
(3) 換向器(整流子)。
換向器和電樞(2張)
他勵電機工作原理
圖2-5是直流電動機的示意圖。若在A、B之間外加一個直流電壓,A按電源正極,B按負極,則線圈中有電流流過。當線圈處於圖2-5所示位置時,有效邊曲在N極下,cd在S極上,兩邊中的電流方向為a-b,c-d。由安培定律可知,ab邊和cd邊所受的電磁力為: F=BLI,式中,I為導線中的電流,單位為安(A)。根據左手定則知,兩個力的方向相反,形成電磁轉矩,驅使線圈逆時針方向旋轉。當線圈轉過180°時,cd邊處N極下,ab邊處於S極上。由於換向器的作用,使兩有效邊中電流的方向與原來相反,變為d c、b a,這就使得兩極面下的有效邊中電流的方面保持不變,因而其受力方向,電磁轉矩方向都不變
[2]
。
由此可見,正是由於直流電動機採用了換向器結構,使電摳線圈中受到的電磁轉矩保持不變,在這個電磁轉矩作用下使電樞按逆時針方向旋轉。這時電動機可作為原動機帶動生產機械旋轉,即由電動機向機械負載輸出機械功率。
他勵電機基本公式
(2)感應電動勢
(3)電樞電壓平衡公式
公式(3):
其中U為電樞繞組端電壓,Ia為電樞繞組端電流,Ra為電樞迴路電阻。
根據三個表達式可得:電動機轉速
他勵電機他勵控制理論
他勵電機起動
當電動機從靜止到運動的過程中,電樞繞組不切割磁感線,所以感應電動勢E=0,則根據公式(3),U=0+IaRa因為Ra是固定的,所以一開始會使得電樞中電流非常大,會達到額定電流的10—20倍,因此不許加全部電壓直接起動。他勵電動機起動時,必須設法限制起動電流。起動的方法一般採用下列兩種:
如圖2-10所示,通過電摳的電流
,Rst為可變電阻,開始時Rst較大,Ist較小,隨着轉速的提高,感應電動勢E增大,逐漸減小Rst的阻值,就使得電機逐漸進入平穩運行狀態。在實際中,一般將起動電阻分為幾部分,逐段加以短路來實現。
(2)降壓起動
通過電樞的電流
,U為加在電樞兩端的電壓,在開始起動時U較小,此時電樞電流Ist也比較小,故起動電流不會很大。隨着電動機轉速的提高,反電動勢增大。電流減少,這時再逐步提高U的值,這樣電動機升速比較平穩。
他勵電機反轉
因為電磁轉矩是主磁極磁通和電樞電流相互作用而產生的,根據左手定則,任意改變兩者之一時,作用力方向就改變。所以改變轉向的方法有兩種:一種是電摳繞組兩端極性不變,格勵磁繞組反接?另一種是勵磁繞組不變,將電樞繞組反接。但是由於他勵電動機勵磁繞組匝數較多,電感比較大,反方向勵磁磁通的建立過程緩慢,從而反轉的過程不能很快的進行。如果要使電機快速的進行反轉,一般採用改變電樞電流的方法。
他勵電機調速
他勵直流電動機與交流異步電動機相比,且然結構複雜,價格高,維修也不方便,但是在調校性能上有其獨特的優點,直流電動機能無級調速,機械傳動機構比較簡單。因此.對調運要求高的設備,均採用直流電動機。
[6]
由直流電動機的轉速公式可知,Ra、 和U中的任意一個值,都可使轉速改變。改變電樞電路中外電阻的方法也可進行調速。但其缺點是耗電多,調速範圍小,且只能進行有級調速,故這種方法目前已較少採用。現常用的對直流電動機調速的方法有調磁法和調壓法
[3]
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(1)調磁法
調速的過程是:當電壓U保持恆定時,減小磁通
。由於機械慣性,轉速產立即發生變化,於是反電動勢就減小,Ia隨之增加。由於Ia增加的影響超過
減小的影響,所以轉矩也就增加。如果阻轉矩Tc未變,則T>Tc轉速n上升。隨着n的升高,反電動勢E增大,Ia和T也着減小,直到T=Tc時為止。但這時轉速已比原來升高了。
必須指出,若電動機在額定狀態下運行,則電樞電流Ia為額定值,如果調速時負載轉短仍舊保持不變(為額定值),由於
,故減小磁通量
後Ia必然超過額定值,因此調速後負載轉矩必須城小。這種調速方法適用於轉矩與轉速成反比而輸出功率基本不變(恆功率調速)的場合。
這種調速方法的侷限是轉速只能升高,即調速後的轉速要超過額定轉速。因為電機不允許超速太多,因此限制了它的調速範圍。在實際工作中,這種方法常作為電壓調速的一種補充手段。
(2)調壓法
調速的過程是:當磁通
保持不變時,減小電壓U,由於轉速不會立即發生變化,反電動勢E便暫不變化,於是電流Ia減小,轉矩T也減小。如果阻轉矩Tc未變,則T
這種調速方法的缺點是調壓需用專門的設備,投資較高。近年來由於採用了單片機PWM信號對電動機進行調壓和調速,使這種方法得到了廣泛應用。
他勵電機制動
1)使電力拖車系統停車
2)使電力拖車系統的轉速降低
3)對於位能負載的工作機械,用制動可獲得穩定的下降速度
2.制動的方法
3)電氣制動,他是使電動機產生一個與旋轉方向相反的電磁轉短(即制動轉矩),以加強減速,使系統較快的停下來.電氣制動的優點是產生的制動轉矩大,制動強度控制比較容易.在電力拖動系統中多采用這種方祛,或者與電磁製動配合使用。
用電動機的制動狀態來限制位能負載的運動速度,是重物下降時電動機的轉速不變,這屬於穩定的制動狀態。而減速或停車制動時,電動機的速度是變化的,則屬於過渡的制動運轉狀態。這兩種制動狀態的區別在於轉速是有變化的,而它們的共同點則是電動機產生的轉矩T與其轉速n的方向相反,用電動機來吸收或消耗機械能(位能或動能)
[5]
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〔1)能耗制動
通過雙向開關的切換,將電樞兩端從電網上斷開,連接到一個制動電阻Rs上,在這一瞬間,由於磁通量和轉速都沒有變,所以電動勢Ea也沒有交,電壓U=0,所以Ea因此會在電樞閉合電路中產生電流Ia,
,其方向與轉速方向相反,因此產生的電磁轉矩也與之相反,起着制動作用,直到電動機停止轉動為止,制動過程中,電動機的作用像一台發電機,將動能變為電能,井消耗在電樞電路內的電阻Rs上。
(2) 反接制動
(3) 回饋制動