學習子領域一直流電動機的啟動調速技術§1.1直流電動機的基本工作原理與結構§1.2直流電動機的電樞繞組簡介§1.3直流電動動機的換向§1.4直流電動動機的啟動學習情境1.1直流電動機的啟動技術學習子領域一直流電動機的啟動調速技術§1.1直流電動機1§1.1直流電動機的基本工作原理與結構一、直流電動機的基本工作原理二、直流電動機的主要結構三、名牌數據及主要系列§1.1直流電動機的基本工作原理與結構一、直流電動機的基2

一、直流電動機的工作原理

導體受力的方向用左手定則確定。這一對電磁力形成了作用于電樞一個力矩，這個力矩在旋轉電機里稱為電磁轉矩，轉矩的方向是逆時針方向，企圖使電樞逆時針方向轉動。如果此電磁轉矩能夠克服電樞上的阻轉矩（例如由摩擦引起的阻轉矩以及其它負載轉矩），電樞就能按逆時針方向旋轉起來。（如圖1.1所示）圖1.1直流電動機的原理模型一、直流電動機的工作原理導體受力的方向用左手定則確定3

當電樞轉了180°后，導體cd轉到N極下，導體ab轉到S極下時，由于直流電源供給的電流方向不變，仍從電刷A流入，經導體cd、ab后，從電刷B流出。這時導體cd受力方向變為從右向左，導體ab受力方向是從左向右，產生的電磁轉矩的方向仍為逆時針方向。（如圖1.2所示）圖1.2

直流電動機原理模型當電樞轉了180°后，導體cd轉到N極下，導體ab4

電樞一經轉動，由于換向器配合電刷對電流的換向作用，直流電流交替地由導體ab和cd流入，使線圈邊只要處于N極下，其中通過電流的方向總是由電刷A流入的方向，而在S極下時，總是從電刷B流出的方向。這就保證了每個極下線圈邊中的電流始終是一個方向，從而形成一種方向不變的轉矩，使電動機能連續地旋轉。因此，直流電動機的工作原理可總結為：因此，直流電動機的工作原理可總結為：5

二、直流電動機的主要結構直流電動機的工作原理僅僅揭示了如何利用基本電磁規律以實現機電能量轉換的道理，但是要將其付諸應用，直流電動機必須具有能滿足電磁和機械兩方面要求的合理的結構型式。直流電電動機的結構型式是多種多樣的。二、直流電動機的主要結構直流電動機的工作原理僅6

圖1.3小型直流電動機的結構剖面圖1—換向器；2—電刷裝置；3—機座；4—主磁極；5—換向極；6—端蓋；7—風扇；8—電樞繞組；9—電樞鐵心圖17（一）定子部分

直流電機定子部分主要由主磁極、換向極、機座和電刷裝置等組成。圖1.4直流電機的主磁極

1—主極鐵心；2—勵磁繞組；3—機座；4—電樞（一）定子部分圖1.4直流8（二）轉子部分直流電機轉子部分主要由電樞鐵心和電樞繞組、換向器、轉軸和風扇等組成。

圖1.5直流電機的電樞1—轉軸；2—軸承；3—換向器；4—電樞鐵心；5—電樞繞組；6—風扇；7—軸承

（二）轉子部分圖1.5直流電機的電樞9三、名牌數據及主要系列每臺直流電機的機座外表面上都釘有一塊所謂銘牌，上面標注著一些叫做額定值的銘牌數據，它是正確選擇和合理使用電機的依據。這些數據包括：額定功率PN，額定電壓UN，額定電流IN，額定轉速nN，勵磁方式和額定勵磁電流IfN。

有些物理量雖然不標在銘牌上，但它們也是額定值，例如在額定運行狀態的轉矩、效率分別稱為額定轉矩、額定效率等。

三、名牌數據及主要系列每臺直流電機的機座外表面上10直流電機運行時，若各個物理量都與它的額定值一樣，就稱為額定運行狀態或額定工況。在額定狀態下，電機能可靠地工作，并具有良好的性能。但實際應用中，電機不總是運行在額定狀態。如果流過電機的電流小于額定電流，稱為欠載運行，長期欠載，電機沒有得到充分利用，效率降低，不經濟。超過額定電流，稱為過載運行。長期過載有可能因過熱而損壞電機。長期過載或欠載運行都不好。為此選擇電機時，應根據負載的要求，盡量讓電機工作在額定狀態。直流電機運行時，若各個物理量都與它的額定值一樣，就稱11直流電動機的銘牌舉例直流電動機的銘牌舉例12§1.2直流電動機的電樞繞組簡介一、直流電樞繞組基本知識二、單迭繞組三、單波繞組簡介§1.2直流電動機的電樞繞組簡介一、直流電樞繞組基本知識13

電樞繞組是直流電機的一個重要部分，電機中機電能量的轉換就是通過電樞繞組而實現的，所以直流電機的轉子也稱為電樞。所謂單匝元件，就是每個元件的元件邊（一個元件有兩個元件邊）里僅有一根導體。對多匝元件來說，一個元件邊里就不止一根導體了，圖1.6（a）就是一個多匝元件。不管一個元件有多少匝，其出線端只有兩根，一根叫首端，另一根叫末端。同一個元件的首端和末端分別接到不同的換向片上，而各個元件之間又是通過換向片彼此聯接起來的。一、直流電樞繞組基本知識一、直流電樞繞組基本知識14a)元件；b)元件在槽內的放置；c)實槽與虛槽1—元件邊；2—首端；3—末端；4—有效部分；5—端接部分；6—元件邊圖1.6電樞繞組的元件及在槽內的放置情況圖1.6電樞繞組的元件及在槽內的放置情況15

極距：相鄰主磁極間的距離。

極軸線：把主磁極平分為兩部分。

幾何中心線：把相鄰兩極軸線平分。

繞組節距：是指被聯接起來的兩個元件邊或換向片之間的距離，以所跨過的元件邊數或虛槽數或換向片數來表示。極距：相鄰主磁極間的距離。繞組節距：是指被聯接16。圖1.7單疊繞組的節距圖1.8單波繞組的節距

。圖1.7單疊繞組的節距圖1.8單波繞組的節距17（1）第一節距：一個元件的兩個元件邊在電樞表面所跨的距離，用所跨槽數表示。選擇

的依據是盡量讓元件里感應電動勢為最大。（2）第二節距：

聯至同一個換向片的兩個元件邊之間的距離，或者說，是元件1的下層元件邊在換向器端經過換向片聯到元件2的上層元件之間的跨距。（3）合成節距

：元件1和它相聯的元件2對應邊之間的跨距。（4）換向器節距：每個元件首、末端所聯兩個換向片之間的跨距。

（1）第一節距：一個元件的兩個元件邊在電樞表面所跨的18二、單迭繞組（一）節距計算y==1

（二）繞組展開圖Z為電樞槽數P為電機的極對數圖1.9二、單迭繞組（一）節距計算Z為電樞槽數圖1.919（三）元件連接順序及并聯支路圖

繞組元件聯接順序圖用來表示電樞上所有元件邊的串聯次序。

圖1.10

單疊繞組元件聯接順序圖

從圖1.10中看出，從第1元件出發，繞完16個元件后又回到第1元件。可見，整個繞組是一個閉路繞組。

（三）元件連接順序及并聯支路圖圖1.10

單疊繞組元件聯接20

（1）位于同一個磁極下的各元件串聯起來組成了一條支路，即支路對數等于極對數2a=2p。（2）電刷桿數等于極數2b=2p。當元件的幾何形狀對稱，電刷放在換向器表面上的位置對準主磁極中心線時，正、負電刷間感應電動勢為最大，被電刷所短路的元件里感應電動勢最小。（3）電樞電流等于個并聯支路電流之和。單疊繞組有以下特點：單疊繞組有以下特點：21三、單波繞組簡介（一）節距計算（二）繞組展開圖

圖1.11三、單波繞組簡介（一）節距計算圖1.1122（1）同極性下各元件串聯起來組成一個支路，支路對數a=1，與磁級對數p無關。（2）當元件的幾何形狀對稱時，電刷在換向器表面上的位置對準主磁極中心線，正、負電刷間感應電動勢最大。（3）電刷桿數也應等于極數（采用全額電刷）。（4）電樞電動勢等于支路感應電動勢。（5）電樞電流等于兩條支路電流之和。單波繞組有以下特點：（1）同極性下各元件串聯起來組成一個支路，23§1.3直流電動機的換向一、換向的概述二、換向的電磁理論三、改善換向的方法§1.3直流電動機的換向一、換向的概述24一、換向概述

定義：直流電機在工作時，繞組元件連續不斷地從一條支路退出而進入相鄰的支路，在元件從一條支路轉入另一條支路這個過程中，元件中的電流就要改變方向，這就是所謂直流電機的換向問題。研究意義：換向問題是換向器電機的一個專門問題，如果換向不良，將會在電刷與換向片之間產生有害的火花。當火花超過一定程度，就會燒壞電刷和換向器表面，使電機不能正常工作。此外，電刷下的火花也是一個電磁波的來源，對附近無線電通訊有干擾。國家對電機換向時產生的火花等級及相應的允許運行狀態有一定的規定。

一、換向概述定義：直流電機在工作時，繞組元件連續不斷25換向周期：元件從開始換向到換向終了所經歷的時間。火花等級：1級---沒有火花1.25級---一小部分地方有微弱點狀火花1.5級----大部分電刷下有微弱火花2級---全部電刷邊緣上均有火花3級----全部電刷邊緣上均有很大的火花且火星向外飛濺對正常工作的電機，火花等級不能超過1.5級。換向周期：元件從開始換向到換向終了所經歷的時間。26二、換向的電磁理論概念：是指換向元件在換向過程中電流變化的情況，從而判斷什么情況下會產生火花，什么情況下不產生火花。

直線換向延遲換向1、直線換向定義：是一種最基本的換向過程，換向元件里的換向電流隨時間線性變化。特點：電刷下不產生火花。2、延遲換向定義：電抗電動勢和電樞反應電動勢的作用是阻止電流變化的，即阻礙換向的進行。

特點：電刷與換向片之間出現火花。圖1.12二、換向的電磁理論概念：是指換向元件在換向過程中電流變化27三、改善換向的方法

改善換向的目的：消除或削弱電刷下的火花。方法：從產生火花的電磁原因出發，要有效地改善換向，就必須減小、甚至抵削換向元件中的電抗電動勢和電樞反應電動勢。1、選用合適的電刷增加電刷與換向片之間的接觸電阻。在選用時，要綜合考慮接觸電阻的大小和電能損耗、發熱、摩擦等因素。更換電刷時必須盡量選擇同一牌號的。2、裝設換向極

目前最主要的方法是在主磁極之間裝設換向極。三、改善換向的方法改善換向的目的：消除或削弱電刷下的火28§1.4直流電動機的啟動一、電樞回路串電阻啟動二、降壓啟動§1.4直流電動機的啟動一、電樞回路串電阻啟動29一、電樞回路串電阻起動1、起動過程圖1.13一、電樞回路串電阻起動1、起動過程圖1.13302、起動電阻的計算

在已知起動電流比β和電樞電阻前提下，經推導可得各級串聯電阻為:2、起動電阻的計算在已知起動電流比β和電樞電阻前31計算各級起動電阻的步驟：（1）求Ra（2）根據過載倍數求T1,I1(3)選取m（4）計算（5）求檢驗是否滿足T2≥(1.1—1.3)TL，若不滿足，另選T1或m值，直到滿足條件。3、三點起動器（簡單了解）人工手動辦法起動計算各級起動電阻的步驟：32二、降壓起動當直流電源電壓可調時可采用降壓起動方法。發展：過去可調的直流電源采用直流的發電機-電動機組，現在多用晶閘管整流電源代替。優點：起動平穩，起動過程中能量損耗小。二、降壓起動當直流電源電壓可調時可采用降壓起動方法。33學習子領域一直流電動機的啟動調速技術§1.1直流電動機的基本工作原理與結構§1.2直流電動機的電樞繞組簡介§1.3直流電動動機的換向§1.4直流電動動機的啟動學習情境1.1直流電動機的啟動技術學習子領域一直流電動機的啟動調速技術§1.1直流電動機34§1.1直流電動機的基本工作原理與結構一、直流電動機的基本工作原理二、直流電動機的主要結構三、名牌數據及主要系列§1.1直流電動機的基本工作原理與結構一、直流電動機的基35

一、直流電動機的工作原理

導體受力的方向用左手定則確定。這一對電磁力形成了作用于電樞一個力矩，這個力矩在旋轉電機里稱為電磁轉矩，轉矩的方向是逆時針方向，企圖使電樞逆時針方向轉動。如果此電磁轉矩能夠克服電樞上的阻轉矩（例如由摩擦引起的阻轉矩以及其它負載轉矩），電樞就能按逆時針方向旋轉起來。（如圖1.1所示）圖1.1直流電動機的原理模型一、直流電動機的工作原理導體受力的方向用左手定則確定36

當電樞轉了180°后，導體cd轉到N極下，導體ab轉到S極下時，由于直流電源供給的電流方向不變，仍從電刷A流入，經導體cd、ab后，從電刷B流出。這時導體cd受力方向變為從右向左，導體ab受力方向是從左向右，產生的電磁轉矩的方向仍為逆時針方向。（如圖1.2所示）圖1.2

直流電動機原理模型當電樞轉了180°后，導體cd轉到N極下，導體ab37

電樞一經轉動，由于換向器配合電刷對電流的換向作用，直流電流交替地由導體ab和cd流入，使線圈邊只要處于N極下，其中通過電流的方向總是由電刷A流入的方向，而在S極下時，總是從電刷B流出的方向。這就保證了每個極下線圈邊中的電流始終是一個方向，從而形成一種方向不變的轉矩，使電動機能連續地旋轉。因此，直流電動機的工作原理可總結為：因此，直流電動機的工作原理可總結為：38

二、直流電動機的主要結構直流電動機的工作原理僅僅揭示了如何利用基本電磁規律以實現機電能量轉換的道理，但是要將其付諸應用，直流電動機必須具有能滿足電磁和機械兩方面要求的合理的結構型式。直流電電動機的結構型式是多種多樣的。二、直流電動機的主要結構直流電動機的工作原理僅39

圖1.3小型直流電動機的結構剖面圖1—換向器；2—電刷裝置；3—機座；4—主磁極；5—換向極；6—端蓋；7—風扇；8—電樞繞組；9—電樞鐵心圖140（一）定子部分

直流電機定子部分主要由主磁極、換向極、機座和電刷裝置等組成。圖1.4直流電機的主磁極

1—主極鐵心；2—勵磁繞組；3—機座；4—電樞（一）定子部分圖1.4直流41（二）轉子部分直流電機轉子部分主要由電樞鐵心和電樞繞組、換向器、轉軸和風扇等組成。

圖1.5直流電機的電樞1—轉軸；2—軸承；3—換向器；4—電樞鐵心；5—電樞繞組；6—風扇；7—軸承

（二）轉子部分圖1.5直流電機的電樞42三、名牌數據及主要系列每臺直流電機的機座外表面上都釘有一塊所謂銘牌，上面標注著一些叫做額定值的銘牌數據，它是正確選擇和合理使用電機的依據。這些數據包括：額定功率PN，額定電壓UN，額定電流IN，額定轉速nN，勵磁方式和額定勵磁電流IfN。

有些物理量雖然不標在銘牌上，但它們也是額定值，例如在額定運行狀態的轉矩、效率分別稱為額定轉矩、額定效率等。

三、名牌數據及主要系列每臺直流電機的機座外表面上43直流電機運行時，若各個物理量都與它的額定值一樣，就稱為額定運行狀態或額定工況。在額定狀態下，電機能可靠地工作，并具有良好的性能。但實際應用中，電機不總是運行在額定狀態。如果流過電機的電流小于額定電流，稱為欠載運行，長期欠載，電機沒有得到充分利用，效率降低，不經濟。超過額定電流，稱為過載運行。長期過載有可能因過熱而損壞電機。長期過載或欠載運行都不好。為此選擇電機時，應根據負載的要求，盡量讓電機工作在額定狀態。直流電機運行時，若各個物理量都與它的額定值一樣，就稱44直流電動機的銘牌舉例直流電動機的銘牌舉例45§1.2直流電動機的電樞繞組簡介一、直流電樞繞組基本知識二、單迭繞組三、單波繞組簡介§1.2直流電動機的電樞繞組簡介一、直流電樞繞組基本知識46

電樞繞組是直流電機的一個重要部分，電機中機電能量的轉換就是通過電樞繞組而實現的，所以直流電機的轉子也稱為電樞。所謂單匝元件，就是每個元件的元件邊（一個元件有兩個元件邊）里僅有一根導體。對多匝元件來說，一個元件邊里就不止一根導體了，圖1.6（a）就是一個多匝元件。不管一個元件有多少匝，其出線端只有兩根，一根叫首端，另一根叫末端。同一個元件的首端和末端分別接到不同的換向片上，而各個元件之間又是通過換向片彼此聯接起來的。一、直流電樞繞組基本知識一、直流電樞繞組基本知識47a)元件；b)元件在槽內的放置；c)實槽與虛槽1—元件邊；2—首端；3—末端；4—有效部分；5—端接部分；6—元件邊圖1.6電樞繞組的元件及在槽內的放置情況圖1.6電樞繞組的元件及在槽內的放置情況48

極距：相鄰主磁極間的距離。

極軸線：把主磁極平分為兩部分。

幾何中心線：把相鄰兩極軸線平分。

繞組節距：是指被聯接起來的兩個元件邊或換向片之間的距離，以所跨過的元件邊數或虛槽數或換向片數來表示。極距：相鄰主磁極間的距離。繞組節距：是指被聯接49。圖1.7單疊繞組的節距圖1.8單波繞組的節距

。圖1.7單疊繞組的節距圖1.8單波繞組的節距50（1）第一節距：一個元件的兩個元件邊在電樞表面所跨的距離，用所跨槽數表示。選擇

的依據是盡量讓元件里感應電動勢為最大。（2）第二節距：

聯至同一個換向片的兩個元件邊之間的距離，或者說，是元件1的下層元件邊在換向器端經過換向片聯到元件2的上層元件之間的跨距。（3）合成節距

：元件1和它相聯的元件2對應邊之間的跨距。（4）換向器節距：每個元件首、末端所聯兩個換向片之間的跨距。

（1）第一節距：一個元件的兩個元件邊在電樞表面所跨的51二、單迭繞組（一）節距計算y==1

（二）繞組展開圖Z為電樞槽數P為電機的極對數圖1.9二、單迭繞組（一）節距計算Z為電樞槽數圖1.952（三）元件連接順序及并聯支路圖

繞組元件聯接順序圖用來表示電樞上所有元件邊的串聯次序。

圖1.10

單疊繞組元件聯接順序圖

從圖1.10中看出，從第1元件出發，繞完16個元件后又回到第1元件?？梢?，整個繞組是一個閉路繞組。

（三）元件連接順序及并聯支路圖圖1.10

單疊繞組元件聯接53

（1）位于同一個磁極下的各元件串聯起來組成了一條支路，即支路對數等于極對數2a=2p。（2）電刷桿數等于極數2b=2p。當元件的幾何形狀對稱，電刷放在換向器表面上的位置對準主磁極中心線時，正、負電刷間感應電動勢為最大，被電刷所短路的元件里感應電動勢最小。（3）電樞電流等于個并聯支路電流之和。單疊繞組有以下特點：單疊繞組有以下特點：54三、單波繞組簡介（一）節距計算（二）繞組展開圖

圖1.11三、單波繞組簡介（一）節距計算圖1.1155（1）同極性下各元件串聯起來組成一個支路，支路對數a=1，與磁級對數p無關。（2）當元件的幾何形狀對稱時，電刷在換向器表面上的位置對準主磁極中心線，正、負電刷間感應電動勢最大。（3）電刷桿數也應等于極數（采用全額電刷）。（4）電樞電動勢等于支路感應電動勢。（5）電樞電流等于兩條支路電流之和。單波繞組有以下特點：（1）同極性下各元件串聯起來組成一個支路，56§1.3直流電動機的換向一、換向的概述二、換向的電磁理論三、改善換向的方法§1.3直流電動機的換向一、換向的概述57一、換向概述

定義：直流電機在工作時，繞組元件連續不斷地從一條支路退出而進入相鄰的支路，在元件從一條支路轉入另一條支路這個過程中，元件中的電流就要改變方向，這就是所謂直流電機的換向問題。研究意義：換向問題是換向器電機的一個專門問題，如果換向不良，將會在電刷與換向片之間產生有害的火花。當火花超過一定程度，就會燒壞電刷和換向器表面，使電機不能正常工作。此外，電刷下的火花也是一個電磁波的來源，對附近無線電通訊有干擾。國家對電機換向時產生的火花等級及相應的允許運行狀態有一定的規定。

一、換向概述定義：直流電機在工作時，繞組元件連續不斷58換向周期：元件從開始換向到換向終了所經歷的時間。火花等級：1級---沒有火花1.25級---一小部分地方有微弱點狀火花1.5級----大部分電刷下有微弱火花2級---全部電