学习子领域一直流电动机控制技术.docVIP

学习子领域一 直流电动机控制技术 直流电动机启动调速技术 一、教学素材 本单元教学中要用到的教学资源 1、 130系列电动玩具电机；小型车模；Z4系列直流电动机 方形直流电动机是当前国际上公认的体积小、性能好有多种额定电压的系列产品，其中额定电压为160V、440V两种电机在工业生产中用得最广。它配合电力电子可控整流，实现直流电动机调速、逆变，选择160V、440V为额定电压时，在可控整流主电路上无需另接整流变压器，直接输入220V交流相电压或380V线电压到整流、逆变桥主电路，从而减小了设备的体积，降低了设备的造价，可方便地实现直流电机四象限运行。它效率高、噪声小、寿命长。主要是新材料、新工艺、新结构带来的高性能新产品。目前我国已有许多地方企业具有制造同类产品的能力。 130系列电动玩具电机 小型车模 Z4系列直流电动机 2、直流电机的教学模型。 3、直流电动机分解后的各大部件实物。 4、直流电动机的实验设备。 5、多媒体教学条件、直流电动机教学课件。 二、单元概述 A、教学要点 1、讲述直流电动机的基本结构及各组成部分的作用，介绍目前新产品在结构上的变化、新材料在直流电机上的应用，以及电机特性上的进步。说明铭牌上各主要参数的意义。 2、讲述直流电机的工作原理。（直流发电机、直流电动机分别说明） 3、讲述直流机电枢绕组的几种不同形式。（重点讲叠绕、波绕各节距的计算） 4、分析直流电机换向的原理，改善换向的方法与措施. 5、讲述直流电机的启动方法 6、讲述直流调速中常用的电力电子元件 7、讲述直流电动机的调速方法 B、教学目标 1、通过本章教学要使学生了解直流电动机的基本结构、各部件在电动机中的作用。 2、掌握直流电动机的工作原理。 3、掌握直流电动机的启动方法。 4、掌握直流电动机调速常用的电力电子元件。 5、掌握直流电动机的调速方法。 三、教学纲要 A、教学重点 一、直流电动机的工作原理。（以电动机为重点） 按上图说明能量的转换原理，做到要简明扼要。从电、磁、力三个方面入手学习，由电磁感应的定理出发，电－磁－力－电机旋转，每一个过程中能量转换关系及实现方法。励磁方式可以有串励、并励、他励、复励，还有采用永磁式磁铁励磁的每一种励磁方式的电路结构形式。 二、直流电动机的启动控制 起动转矩和起动电流 电动机的起动是指电动机接通电源后，由静止状态加速到稳定运行状态的过程。 起动应考虑的问题： （1）起动电流Is的大小； （2）起动转矩Ts的大小； （3）起动时间的长短； （4）起动过程是否平滑，即加速是否均匀； （5）起动过程的能量损耗和发热量的大小； （6）起动设备是否简单、可靠。 其中，起动电流和起动转矩两项是主要应考虑的。 2、起动转矩和起动电流 起动瞬间，起动转矩和起动电流分别为： 起动最初，n= 0，Ea＝0起动电流Is较大。如果电枢电压为额定电压UN，则起动电流可达额定电流的10-20倍。这样大的起动电流会使换向恶化，产生严重的火花；与电枢电流成正比的电磁转矩过大，对生产机械产生过大的冲击力。因此，必须采取适当的措施限制起动电流，除容量极小的电机外，绝不允许直接起动 他励直流电动机起动时，必须先保证有磁场（即先通励磁电流），而后加电枢电压。否则在加励磁电流之前电枢中一直为起动电流。(或理解为电能只以电枢绕组中热量的形式释放） 三、直流调速中常用的电力电子元件 1、电力二极管 （1）电力二极管的基本特性 1) 静态特性（Static State Characteristic ） 主要指其伏安特性(Volt-ampere Characteristic) 当电力二极管承受的正向电压大到一定值（门槛电压UTO），正向电流才开始明显增加，处于稳定导通状态。与正向电流IF对应的电力二极管两端的电压UF即为其正向电压降。当电力二极管承受反向电压时，只有少子引起的微小而数值恒定的反向漏电流(Reverse Leakage Current)。 电力二极管的伏安特性 2) 动态特性(Dynamic Characteristic) 动态特性——因结电容的存在，三种状态之间的转换必然有一个过渡过程，此过程中的电压—电流特性是随时间变化的。动态特性主要指开关特性(Switching Characteristic)，开关特性反映通态和断态之间的转换过程； 关断过程(Turn-off Transient)：在关断之前有较大的反向电流出现，并伴随有明显的反向电压过冲,须经过一段短暂的时间才能重新获得反向阻断能力，进入截止状态。 延迟时间(Delay Time)：tD= t1- t0 电流下降时间(Current Fall Time)：tf= t2- t1 反向恢复时间(Reverse