模塊一

直流電機

模塊一

直流電機任務1認識直流電動機任務2分析直流電動機基本參數任務3分析直流電動機機械特性任務4直流電動機的運行任務5認識直流發電機任務6推導直流發電機基本方程式實訓1直流電動機的拆裝實訓2

驗證直流電動機的起動、調速與制動知識目標：1.

學習直流電動機的基本工作原理、結構、電樞反應、基本參數及特性分析。2.學習直流電動機的運行。3.了解直流發電機的工作原理、基本參數技能目標：1.直流電動機的銘牌識別。2.直流電動機的拆裝。3.驗證直流電動機的起動、調速與制動。模塊一任務1認識直流電動機知識導入

如圖所示為直流電動機結構剖面圖，請同學們觀察其組成部分。

通過本任務的學習，了解直流電動機的組成及各部分的作用；掌握直流電動機是如何實現將電能轉換成機械能的；分析電樞反應是導致直流電動機帶負載能力下降的主要原因之一。

模塊一相關知識

一、直流電動機結構及各部分作用

直流電動機主要由靜止的定子、可以轉動的轉子及定轉子之間的氣隙等組成，其外形如圖1-3所示，內部結構如圖1-4所示。模塊一任務1認識直流電動機圖1-3直流電動機外形圖圖1-4直流電動機結構1-軸承2-軸3-電樞繞組4-換向極繞組5-電樞鐵心6-后端蓋7-刷桿座8-換向器9-電刷10-主磁極11-機座12-勵磁繞組13-風扇14-前端蓋任務1認識直流電動機1.定子部分

它主要包括機座、主磁極、換向磁極、端蓋和電刷裝置等。直流電動機定子主要作用是產生主磁場和支撐電動機。（1）機座

機座一般用導磁性能較好的鑄鋼件或鋼板焊接成，也可直接用無縫鋼管加工而成。機座有兩方面的作用：一方面用來固定主磁極、換向磁極和端蓋等，另一方面作為電機磁路的一部分稱為磁軛。模塊一圖3-1彩燈亮燈方式任務1認識直流電動機（2）主磁極

它由主磁極鐵心和主磁極勵磁繞組組成，主磁極總是成對出現的，并按N極S和極交替排列，如圖1-5所示。主磁極鐵心為電動機磁路的一部分，一般采用1～1.5mm厚的低碳鋼板沖制后疊裝制成，用鉚釘鉚緊成為一個整體，目的是為了減少渦流損耗。主磁極的作用是用來產生電動機工作的主磁場。模塊一圖1-5主磁極的結構1-主磁極2-勵磁繞組3-機座任務1認識直流電動機模塊一

目前，直流電動機的直流電源常采用晶閘管整流電源，晶閘管整流電源一般是通過單相或三相交流電整流獲得，它輸出的電壓、電流并不是純直流，還含有一定的交流諧波，為了減少交流諧波在主磁極和機座中造成的渦流損耗，常采用表面有絕緣層的厚0.5mm的硅鋼片制作主磁極和定子磁軛。（3）換向磁極

它裝在兩個主磁極之間，又稱為附加磁極。它由換向極鐵心和換向磁極繞組組成。換向極鐵心常用整塊鋼或鋼板制成。功率較大的電動機，為了能更好地改善電動機的換向，換向磁極鐵心也采用硅鋼片疊片結構（防止直流電中含有的交流諧波在鐵心中產生磁滯和渦流損耗）。任務1認識直流電動機模塊一

換向磁極繞組和主磁極繞組一起制作，套裝在換向磁極鐵心上，最后固定在機座上。換向極繞組應當與電樞繞組串聯，而且極性不能接反，它的匝數少、導線粗。小型直流電動機換向不困難，一般不用換向極。

換向極的作用是產生換向磁場，用以改善電機的換向性能，減小電樞反應。

（4）端蓋

機座兩側各有一個端蓋。端蓋的中心裝有軸承，中小型電動機一般用滾動軸承，大型電動機用滑動軸承，且通常由座或軸承座直接支撐在底板上。任務1認識直流電動機模塊一

（5）電刷裝置

電刷裝置由電刷、刷握、刷桿、刷桿座和壓力彈簧等組成。電刷一般是用石墨粉壓制而成的導電塊。電刷放置在刷盒內，用壓力彈簧將它壓緊在換向器上，刷握用螺釘夾緊在刷桿上，通過銅絞線把電流從電刷引到刷桿上，再將導線接到接線盒中的端子上。彈簧壓力可以調節，以保證電刷與換向器表面接觸良好。電刷與刷握的配合應良好，防止過緊與太松。一般電刷組數目等于主極數，各電刷組經刷桿支臂裝在一個可以調整位置的座圈上。轉動座圈時，即可調整電刷桿在換向器表面上的相對位置。

電刷裝置的作用一方面是使電樞繞組與外電路相接，作為電流的通路；另一方面是與換向器配合，起整流作用。任務1認識直流電動機模塊一2.電樞（轉子）部分

電樞主要由電樞鐵心、電樞繞組、換向器、風扇和轉軸等組成，如圖1-6a所示。電樞的作用是產生感應電動勢、電流、電磁轉矩，是直流電動機實現能量轉換的樞紐。a）b）

圖1-6直流電動機電樞結構

（a）電樞整體結構

（b）鐵心沖片

任務1認識直流電動機模塊一

（1）電樞鐵心

電樞鐵心是直流電動機主磁路的一部分，在鐵心槽中嵌放電樞繞組。鐵心通常用0.35～0.5mm厚涂絕緣漆的圓形低硅硅鋼片或冷軋硅鋼片疊壓而成，以減小損耗（當轉子在主磁場旋轉時，鐵心中磁通方向是不斷變化的，鐵心將產生渦流及磁滯損耗）。

圖1-6b所示的是鐵心沖片，鐵心外圓周上均勻地分布著槽，用以嵌放電樞繞組。軸向有軸孔和通風孔，以形成軸向風路。對較大功率的電動機，為加強冷卻，常把電樞沿軸向分成若干段，各段間留出10mm左右的間隙，稱為徑向通風溝。這些電動機運轉時，可形成徑向風路，降低繞組及鐵心的溫升。

電樞鐵心的作用是通過磁通和電樞繞組來實現的。任務1認識直流電動機模塊一

（2）電樞繞組

電樞繞組是直流電動機電路的主要組成部分，是電動機中重要的部件,如圖1-7所示。它由許多形狀完全相同的繞組元件按一定的規律聯接到相應換向片上。

繞組元件是由一匝或多匝導線繞制成的、兩端分別與兩片換向片相連的線圈，是構成電樞繞組的基本單元。繞組導線截面積取決于其通過電流的大小，小型電機常用帶絕緣漆的圓導線，較大功率的電機，一般用矩形截面的導線。

它的作用是產生感應電動勢和通過電流產生電磁轉矩，實現電能與機械能的轉換。任務1認識直流電動機模塊一圖1-8

換向器結構圖1-換向片2-連接部分

圖1-7電樞繞組示意圖任務1認識直流電動機模塊一

（3）換向器

換向器是直流電動機中最重要部件之一，它由許多上寬下窄的冷拉梯形銅排疊成圓筒形，片間用0.16～0.6mm的云母作為絕緣，如圖1-8所示。

將換向器疊成圓筒形，以便于電刷接觸良好，常用鋼質套筒或塑料緊固。常見有拱形塑料緊圈式和綁環式換向器。其直徑一般為電樞直徑的0.65～0.9倍，由較多的換向片組成，因換向器外徑小于電樞外徑，故換向器尾端有一升高部分（稱升高片），電樞繞組首、尾端即接至升高片上。

大中型電動機常用套筒式的拱形換向器，片間以云母片作為絕緣層，下部為燕尾形，利用換向器套筒、V形壓圈及螺旋壓圈將換向片極云母片緊固成一個整體。小型電動機多用云母板作為絕緣層，并將銅片熱壓在塑料基體上，制成一個整體。

換向器的作用是將電樞中的交流電動勢和電流，轉換成電刷間的直流電動勢和電流，從而保證所有導體上產生的轉矩方向一致。任務1認識直流電動機模塊一

（4）風扇

風扇為自冷式電動機中冷卻氣流的主要來源，它的作用是用來降低運行中電機的溫升。

（5）轉軸

轉軸是電樞主要支撐件，一般用合金鋼鍛壓加工而成,目的就是保證電動機能可靠地運行,它的作用是用來傳遞轉矩。

換向器的作用：對電動機來講是將電刷上所通過的直流電流轉換為電樞繞組內的交變電流，從而保證所有導體上產生的轉矩方向一致；對發電機來講是將電樞繞組內的交變電動勢轉換為電刷端上的直流電動勢。

（6）支架

支架是大中型電動機電樞或轉子組件的支撐件，有利于通風和減輕質量。任務1認識直流電動機模塊一

二、直流電動機的工作原理

直流電動機是通電導體在磁場當中受力而運動的。圖1-9所示為直流電動機的結構模型。a)b)圖1-9直流電動機的結構模型A接換向片1b)A接換向片2模塊一

圖1-9中，N極和S極是固定不變的主磁極，線圈abcd是一個裝在可以轉動的圓柱體上的線圈，把線圈的兩端分別接到兩個半圓換向片(合稱為換向器)上。圓柱體、線圈和兩個換向片可以一齊轉動，這個可以轉動的轉子稱轉子電樞（簡稱為電樞）。換向片上放著兩個固定不動的電刷A和B。通過電刷A、B把外部靜止的電源正、負極與旋轉著的電路相連接。

圖1-9a所示瞬間，直流電流從電源的正極通過電刷A，換向片

、線圈邊ab和cd，最后經換向片2及電刷B回到電源的負極。任務1認識直流電動機任務1認識直流電動機模塊一

任務1認識直流電動機模塊一

由于換向器的作用，電樞轉動以后，導體ab和cd在磁場中交換位置，如圖1-9b所示，使與它們相連的電刷也同時改變，這樣進入N極的導體的電流方向總是流入的，進入S極的導體的電流方向總是流出的（即流入或流出同一磁極下導體的電流方向不變），電動機電樞將沿著逆時針方向一直轉動下去。

【工作原理簡述】：直流電動機在外加電壓的作用下，在導體中形成電流，載流導體在磁場中將受電磁力的作用，由于換向器的換向作用，導體進入異性磁極時，導體中的電流方向也相應改變，從而保證了電磁轉矩的方向不變，使直流電動機能連續旋轉，把直流電能轉換成機械能輸出。任務1認識直流電動機模塊一

三、直流電動機的分類及特點

直流電動機的性能各異，種類很多，一般按照電動機勵磁方式、結構和工作原理、用途等進行分類。1.按勵磁方式分類

勵磁方式是指電動機主磁場的建立方式。直流電動機的主磁場有永久磁鐵式主磁場和勵磁繞組通入直流電后產生的主磁場兩種（也稱電磁場）。電磁場根據勵磁方式不同，電動機的輸出特性也是不同的，適應的場合也是不同的。

按主磁極勵磁繞組與電樞繞組的不同接線方式，直流電動機可以分為自勵式和他勵式。自勵式包括并勵、串勵、復勵等，復勵又可分為積復勵和差復勵，見表1-1。任務1認識直流電動機模塊一表1-1直流電動機按勵磁方式分類名稱電動機繞組接線圖特點他勵直流電動機勵磁繞組與電樞繞組無連接關系，二者的電源是相對獨立的自勵直流電動機并勵串勵1.磁繞組和電樞繞組串聯后，接到同一電源上，根據串聯電路的特性，勵磁電流就是電樞電流2.勵磁繞組匝數少，導線的截面直徑大，根據電阻定律可知，其電阻值小，則其兩端分得的電壓小積復勵1.勵磁繞組分為兩個繞組，一組與電樞繞組串聯，一組與電樞繞組并聯2.如果兩個繞組所產生的磁通方向相一致，則稱為積復勵；如果兩個繞組所產生的磁通方向相反，則稱為差復勵任務1認識直流電動機模塊一2.按結構和工作原理分類見表1-2。表1-2直流電動機按結構和工作原理分類分類形式種類外觀圖無刷直流電動機一有刷直流電動機永磁式有刷直流電動機電磁式任務1認識直流電動機模塊一3.按用途分類

見表1-3。表1-3直流電動機按用途分類序號名

稱主要用途型號代號意義1直流電動機基本系列，一般工業應用Z直流2直流測流機測定原動機效率和輸出功率CZ測流直流3起重冶金直流電動機冶金輔助傳動機械ZZJ冶金直流4直流牽引電動機電力傳動機車、工礦電動機車和蓄電池ZQ牽引直流5船用直流電動機船舶上各種輔助機械Z-H船用直流6精密機床用直流電動機磨床、坐標捶床等精美機床ZJ精密直流7汽車起動機汽車、拖拉機、內燃機等ST起動直流8挖掘機用直流電動機冶金礦山挖掘機ZKJ挖掘直流9龍門刨直流電動機龍門刨床ZU刨床類直流10無槽直流電動機快速動作伺服系統ZW直流無槽11防爆增安型直流電動機礦井和有易燃氣體場所ZA防爆直流12力矩直流電動機作為速度和位置伺服系統的執行元件ZLJ直流力矩任務1認識直流電動機模塊一

四、直流電動機的電樞反應

當電樞繞組中沒有電流通過時，由磁極所形成的磁場稱為主磁場，近似按正弦規律分布，如圖1-10所示。

當電樞繞組中有電流通過時，繞組本身產生一個磁場，稱為電樞磁場。當有負載時，電動機在定子與電樞的氣隙間會產生一個磁場，稱為合成磁場。電樞磁動勢對主磁極磁動勢的影響稱為電樞反應，電樞磁場對主磁場的作用將使主磁場發生畸變。任務1認識直流電動機模塊一

幾何中性線

、物理中性線

：

幾何中性線

指通過電樞中心的異性主磁極之間的平分線，如圖1-10所示。

物理中性線

指通過電樞軸中心并與電樞鐵心的磁力線相垂直的直線,如圖1-10所示。圖1-10直流電動機空載時磁場分布1-極靴2-機身3-定子磁軛4-勵磁線圈5-氣隙6-電樞齒7-電樞磁軛任務1認識直流電動機模塊一

在電樞電流等于零時，主極磁場的這兩條中性線是重合的。1.直流電動機的空載磁場（主磁場）

直流電動機空載時，電樞電流近似等于零，空載磁場可認為是勵磁電流通過勵磁繞組產生的勵磁磁通建立的。該磁場的特性在很大程度上決定了直流電動機的運行特性。如圖1-11a所示。2.直流電動機的電樞磁場

當電樞繞組中有電流流過時，產生電樞磁場。電樞電流的方向以電刷為界限。只要電樞固定不動，電樞磁場就不動，如圖1-11b所示。3.合成磁場

當帶負載時，電動機內的磁場是由主磁場和電樞磁場的合成，如圖1-11c所示。任務1認識直流電動機模塊一圖1-11直流電動機的電樞反應示意圖a)主磁極磁場b)電樞磁場分布圖c)合成磁場分布圖任務1認識直流電動機模塊一4.電樞反應

電樞反應涉及兩個磁場，即主磁場和電樞磁場，正是這兩個磁場的作用才使電能與機械能可以相互轉化。假定電樞逆時針轉動，主極磁場和電樞磁場疊加后的合成磁場如圖1-11c所示，在主磁極的右側(即電樞旋轉時進入的一端)，主極磁場和電樞磁場方向相同，磁通增加；而在主磁極的左側，主極磁場和電樞磁場方向相反，磁通減少。因此，電樞反應使合成磁場的物理中性線逆著電樞轉動方向移過β

。同樣

，β

的大小決定于電樞電流的大小，電樞電流越大，電樞磁場越強，β

就越大，合成磁場就扭曲得越厲害。模塊一5.電樞反應對直流電動機工作的影響

（1）純電阻性負載時的電樞反應

電樞磁場的電動勢與電流相位相同，電樞磁場使主磁場發生畸變，一半加強，一半削弱。

（2）純電感性負載時的電樞反應

電樞磁場的電動勢超前電流

，電樞磁場產生的電動勢與主磁場產生的電動勢方向相反，因此削弱了主磁場電動勢，這就是為什么三相電路中含有電感性元件時電壓下降的原因。

（3）純電容性負載時的電樞反應

電樞磁場的電動勢滯后電流

，因電樞磁場與主磁場成

，電樞磁場產生的電動勢與主磁場產生的電動勢方向相同，因此加強了主磁場電動勢，這就是為什么三相電路中含有電容性元件時端電壓上升的原因。任務1認識直流電動機模塊一

總之，電樞反應對直流電動機的工作影響很大，使磁極半邊的磁場加強，另半邊的磁場減弱。負載越大，電樞反應引起的磁場畸變越強烈，其結果將破壞電樞繞組元件的正常換向，易引起火花，使電機工作條件惡化。同時電樞反應將使極靴尖處磁通密集，造成換向片間的最大電壓過高，也易引起火花甚至造成電機環火。電樞反應嚴重時，會損壞電動機的電刷、換向器和電樞繞組。任務1認識直流電動機任務1認識直流電動機模塊一

在20世紀80年代以前，直流電動機雖然應用較為廣泛，但由于制造工藝復雜、消耗有色金屬較多、生產成本高、運行可靠性較差、維護比較困難等缺點，所以制約了它的市場需求和今后發展。由于直流電動機具有良好的起動和調速性能，常應用于要求起動轉矩較大和調速范圍較寬的場合，如大型可逆式軋鋼機、礦井卷揚機、賓館高速電梯、龍門刨床、電力機車、內燃機車、城市電車、地鐵列車、電動自行車、造紙和印刷機械、船舶機械、大型精密機床和大型起重機等生產機械中。新開發生產的一種釹鐵硼永磁同步電動機，如圖1-11所示，其結構是將轉子上的磁體切向安置，轉子的直軸對稱地設置空槽，從而既保持轉子的機械完整性，又可有效地降低電樞反應。圖1-11釹鐵硼永磁電動機任務2分析直流電動機基本參數模塊一任務分析

通過對本任務的學習，了解直流電動機的基本參數，它關系到直流電動機的運行損耗和效率。其中電磁轉矩與電磁功率是學習的重點和難點。任務2分析直流電動機基本參數模塊一

相關知識任務2分析直流電動機基本參數模塊一

任務2分析直流電動機基本參數

其中

。

我們稱之為電機結構常數。電樞電動勢在電動機運行時，電動勢與電流方向相反，稱為反電動勢。模塊一

二、直流電動機的電磁轉矩與電磁功率

當電流流過電樞繞組時，載流導體在氣隙磁場中將受到電磁力的作用，電樞全部導體受到的電磁力與電樞半徑的乘積稱為電磁轉矩。任務2分析直流電動機基本參數模塊一

任務2分析直流電動機基本參數模塊一

任務2分析直流電動機基本參數模塊一

任務2分析直流電動機基本參數模塊一

三、直流電動機的平衡方程式及應用1.功率平衡方程式

（1）輸入功率、電磁功率和銅損耗

直流電動機從電源吸取的電功率稱為輸入功率

；將電能轉變為機械能的功率為電磁功率

；由于直流電動機的電樞繞組、電刷、電刷與換向器的接觸處等存在的電阻，統稱為的是電阻

，電樞電流流過時，就會發熱，產生損耗，稱為銅損耗，簡稱銅耗

。當負載電流發生變化時，銅耗也會跟著發生變化，因此，又被稱為可變損耗。即：(1-8)任務2分析直流電動機基本參數模塊一

（2）機械損耗、鐵損耗、空載損耗和輸出功率

機械損耗是指產生于電刷與換向器之間，旋轉部分與空氣的摩擦，軸承、風扇等處，用

表示。鐵損耗是指在電樞鐵心中存在的磁滯損耗和渦流損耗，用

表示。空載損耗是指直流電動機通電后，在不帶負載的情況下，仍然存在的機械損耗和鐵損耗。因為空載損耗和負載無關，因此又被稱為不變損耗，用

表示。即

=+(1-9)電磁功率和輸出功率的關系：P=P2+=P2++(1-10)直流電動機通電后的功率平衡方程式為：P1=P+=P2++(1-11)直流電動機的效率

為：

η=×100%=×100%(1-12)任務2分析直流電動機基本參數模塊一2.電壓平衡方程式因為P1=UIP=EaIa=Ia2Ra式（1-8）可以改為：UIa=EaIa+Ia2Ra經整理得：U=Ea+IaRa(1-13)

這就是直流電動機的電壓平衡方程式。電樞繞組通以電流后，在氣隙磁場中切割主磁場的磁力線，產生感應電動勢Ea

，根據楞次定律可知，感應電動勢的方向是與電樞電流的方向相反，故被稱為反電動勢。電源必須克服反電動勢做功，達到電動機將電能轉換成機械能的目的。

任務2分析直流電動機基本參數模塊一3.轉矩平衡方程式

式（1-10）除以電動機的角速度ω得T=T2+T0(1-14)式中T——電動機的電磁轉矩，（N·m）；T2——電動機軸上的輸出轉矩，（N·m）；T0——電動機的空載轉矩，（N·m）。式（1-14）為電動機的轉矩平衡方程式。由T2=,聯立可得到：

(1-15)任務3分析直流電動機機械特性模塊一

任務分析

電動機的機械特性對分析電力拖動系統的起動、調速、制動等運行性能是十分重要的，通過對本任務的學習，掌握當直流電動機所帶負載發生變化時，其轉速變化的規律。人為機械特性的分析是學習的重點和難點。任務3分析直流電動機機械特性模塊一

任務3分析直流電動機機械特性模塊一

任務3分析直流電動機機械特性模塊一

任務3分析直流電動機機械特性模塊一圖1-13

他勵直流電動機自然機械特性

圖1-14

他勵直流電動機的電路

任務3分析直流電動機機械特性模塊一

任務3分析直流電動機機械特性模塊一

圖1-15電樞回路串接電阻的人為機械特性

任務3分析直流電動機機械特性

模塊一圖1-16

改變電樞電壓的人為機械特性

圖1-17

減少氣隙磁通量的人為機械特性任務3分析直流電動機機械特性模塊一

任務3分析直流電動機機械特性模塊一

任務3分析直流電動機機械特性模塊一

在磁極未飽和的條件下，串勵電動機的機械特性為圖1-19所示的曲線。圖1-18

串勵直流電動機的接線圖

圖1-19

串勵直流電動機的機械特性曲線任務3分析直流電動機機械特性模塊一1.串勵直流電動機具有以下特性:1）機械特性曲線是一條非線性的曲線，機械特性為軟特性。隨著負載轉矩的增大（減小），轉速自動減小（增大），保持功率基本不變，即有很好牽引性能，廣泛用于機車類負載的牽引動力。2）理想空載轉速為無窮大，實際上由于有剩磁磁通存在，n0

一般可達（5-6）nN

，空載運行會出現“飛車”現象。因此，串勵電動機是不允許空載或輕載運行或用皮帶傳動的。3）由于U與Ia

的平方成正比，因此串勵電動機的起動轉矩大，過載能力強。4）串勵直流電動機同樣可以采用電樞串電阻、改變電源電壓和改變磁通的方法來獲得各種人為特性，其人為機械特性曲線的變化趨勢與他勵直流電動機的人為機械特性曲線的變化趨勢相似。如圖1-20所示。任務3分析直流電動機機械特性模塊一2.串勵與并勵電動機性能比較

串勵與并勵電動機性能比較，見表1-4。1-20串勵直流電動機為機械特性曲線任務3分析直流電動機機械特性模塊一表1-4串勵與并勵電動機性能比較類別串勵電動機并勵電動機主磁極繞組和電樞繞組連接方法兩個繞組串聯，主磁極繞組承受的電壓較低，流過的電流較大兩個繞組并聯，電樞繞組承受的電壓較低，流過的電流較大主磁極繞組構造特點繞組匝數較少，導線線徑比較粗，繞組的電阻較小繞組匝數較多，導線線徑較細，繞組的電阻較大機械特性具有軟的機械特性，負載較小時，轉速較高，當負載增大時，轉速迅速下降。具有恒功率特性具有硬的機械特性，負載增大時，匝數下降不多，具有恒轉速特性應用范圍適用于恒功率負載，速度變化大的負載適用于負載變化但要求轉速比較穩定的場合使用時注意事項負載或輕載時轉速很高，會造成換向困難或離心力過大而使電樞繞組損壞，不允許空載起動及皮帶傳動可以輕載或空載運行，主磁通很小時可能造成飛車，主磁極繞組不允許開路任務4直流電動機的運行模塊一

相關知識

一、他勵直流電動機的起動

要正確使用電動機，首先碰到的問題是怎樣使它起動

所謂直流電動機的起動，是指直流電動機接通電源后，轉速由靜止狀態上升到穩定轉速的全過程。要使電動機的起動過程合理，要考慮的問題包括起動電流的大小、起動轉矩的大小、起動時間的長短、起動過程是否平滑、起動過程的能量損耗、起動設備的簡單可靠等。其中，起動電流和起動轉矩是主要的。任務4直流電動機的運行模塊一提示：

如果直流電動機在額定電壓下直接起動，由于電樞回路的電阻很小，起動時電樞電流非常大，通常可高達額定電流的10～20倍。這不但會使電動機的換向情況惡化，而且會因過大的起動電流產生過大的起動轉矩，使電動機本身和它所驅動的生產機械遭到過大的沖擊以致破壞。

因此，一般電動機起動時，要使起動電流限制在額定電流的2～2.5倍，起動轉矩為額定轉矩的1.2～2倍。所以，只有容量很小的直流電動機才能直接起動，而一般的直流電動機都要在起動時設法對電樞電流加以限制。為保證足夠的起動轉矩和不使起動時間過長，一般將起動電流限制在額定電流的2～2.5倍，以便使電樞電流最有效地產生起動轉矩。任務4直流電動機的運行模塊一

為了滿足電動機的起動要求，可以采取以下措施來起動:1.電樞回路串電阻起動

由以下公式

可知，一般情況下：

由上式可選定

，起動過程中要求電動機的電磁轉矩必須大于負載轉矩，當串入電阻后，電動機有了加速轉矩，電動機開始轉動，則有

（1-22）任務4直流電動機的運行模塊一

額定功率較小的電動機可采用在電樞電路內串聯起動變阻器的方法起動。起動前先把起動變阻器調到最大值，加上勵磁電壓，保持勵磁電流為額定值不變。再接通電樞電源，電機開始起動。隨著轉速的升高，逐漸減小起動變阻器的電阻，直到全部切除。

額定功率較大的電動機一般采用分級起動的方法，以保證起動過程中既有比較大的起動轉矩，又使起動電流不會超過允許值。任務4直流電動機的運行模塊一2.降低電樞電壓起動

除了增大電阻外，還可以通過減小電樞電壓來減小起動電流。在直流電動機起動瞬間，給電動機加上較低的電壓，以后隨著電動機轉速的升高，逐步增加直流電壓的數值，直到電動機起動完畢，加在電動機上的電壓即是電動機的額定電壓。

降低電樞電壓啟動方法一般只用于大功率且啟動頻繁的直流電動機，其優點是啟動電流小，啟動時消耗能量小，升速比較平穩，也有采用由晶閘管整流電路組成的“整流器-電動機”組，也適用于降低電樞電壓啟動。

降低電樞電壓起動雖然在起動過程中基本上不損耗能量，但是所需設備復雜，價格較貴；電樞回路串電阻起動方法，在起動過程中，起動電阻上有能量損耗，但所需設備簡單，價格較低。對于小型直流電動機一般用串聯電阻起動，功率稍大但不需經常起動的電動機也可用串聯電阻起動，而需經常起動的電動機，如運輸、起重機械上的電動機，則宜用降低電樞電壓的方法起動。任務4直流電動機的運行模塊一

二、他勵直流電動機的正反轉

直流電動機的電磁轉矩在電動運行狀態時時是驅動性質的轉矩，改變電動機的轉向，實質上就是改變電動機的電磁轉矩的方向，而電磁轉矩的方向由主磁極磁通方向和電樞電流的方向決定。因此，只要改變磁通或電樞電流任意一個參數的方向，電磁轉矩的方向即可改變。在控制時，通常通過以下兩種方向來實現直流電動機的反轉。1.改變勵磁電流方向

保持電樞兩端電壓極性不變，將勵磁繞組接入電源的兩出線端調換，使勵磁電流反向，也就是改變主磁極磁通的方向。2.改變電樞電流方向

保持勵磁繞組兩端的電壓極性不變，將電樞繞組反接，電樞電流即改變方向。任務4直流電動機的運行模塊一

由于他勵和并勵電動機勵磁繞組的匝數較多，電感較大，勵磁電流從正向額定值變到反向額定值的時間長，反向過程緩慢，而且在勵磁繞組反接斷開瞬間，繞組中將產生很大的自感電動勢，可能造成繞組絕緣結構擊穿，所以實際應用中大多采用改變電樞電流的方法來實現電動機的反轉。但在電動機功率很大，對反轉速度變化要求不高的場合，為了減少控制電器的容量，可采用改變勵磁繞組極性的方法實現電動機的反轉。

對于復勵電動機，一般也用改變電樞電流方向的方法來改變轉向，不過要注意保持串勵繞組流過的電流方向不能改變，否則將使積復勵電動機變為差復勵電動機，導致電動機反轉時不能穩定工作。任務4直流電動機的運行模塊一

三、他勵直流電動機的調速

為了提高勞動生產率和保證產品質量，要求生產機械在不同的情況下有不同的工作速度，如軋鋼機在軋制不同的品種和不同厚度的鋼材時，就必須有不同的工作速度以保證生產的需要，這種人為改變速度的方法稱為調速。

調速可以通過機械或電氣兩種方法來實現。這里只分析電氣的調速方法及其性能特點。電氣調速是人為地改變電氣參數，有意識地使電動機工作點由一條機械特性曲線轉換到另一條機械特性曲線上，為了生產需要而對電動機轉速進行的一種控制，它與電動機在負載或電壓隨機波動時而引起的轉速擾動變化是兩個不同的概念。任務4直流電動機的運行模塊一1.電樞串電阻調速

他勵直流電動機拖動負載運動時，保持電源電壓及勵磁電流為額定值不變，在電樞回路中串入不同阻值的電阻，電動機將運行于不同的轉速如圖1-21所示，圖中的負載為恒轉矩負載。

圖1-21電樞串電阻調速任務4直流電動機的運行模塊一

當電樞回路串入電阻

時，電動機的機械特性的斜率將增大，電動機和負載的機械特性的交點將下移，即電動機穩定運行轉速降低。調節過程為：增加電阻

。

電樞回路串電阻調速方法的優點是設備簡單，調節方便，缺點是調速范圍小。它適合于恒轉矩調速方式，轉速只能由額定轉速往下滑，只能分級調速，調速平滑性差。電樞回路串入電阻后，電動機的機械特性變“軟”，使負載變動時電動機產生較大的轉速變化，即轉速穩定性差，而且調速效率較低任務4直流電動機的運行2.改變電樞電源電壓調速

他勵直流電動機的電樞回路不串聯電阻，由可調節的直流電源向電樞供電，最高電壓不應超過額定電壓。勵磁繞組由另一電源供電，一般保持勵磁磁通為額定值。電樞電源電壓不同時，電動機拖動負載將運行于不同的轉速上，如圖1-22所示，圖中的負載為恒轉矩負載。模塊一圖1-22

改變電樞電壓調速機械特性

任務4直流電動機的運行模塊一

從圖1-22中可以看出，電樞電壓越低，轉速也越低。調節過程為：改變電壓

。同樣，改變電樞電源電壓調速方法的調速范圍也只能在額定轉速與零轉速之間調節。調速的特性是轉速下降，機械特性曲線平行下移。也就是改變電樞電源電壓調速時，電動機機械特性的“硬度”不變，因此，即使電動機在低速運行時，轉速隨負載變動而變化的幅度較小，即轉速穩定性好。當電樞電源電壓連續調節時，轉速變化也是連續的，所以這種調速稱為無級調速。

改變電樞電壓調速方法的優點是速度可作連續變化，調速平滑性好，調速范圍廣，即可實現無極調速；機械特性的斜率不變，調速效率高，轉速穩定性好；屬于恒轉矩調速，電動機不允許電壓超過額定值，只能由額定值往下降低電壓調速，即只能減速；電能損耗小，效率高，還可用于降壓起動。此調速方法缺點是電源設備的投資費用較大。任務4直流電動機的運行模塊一3.弱磁調速

保持他勵直流電動機電樞電源電壓不變，電樞回路也不串接電阻，即保持電壓

，電阻

。在電動機拖動負載轉矩不很大（小于額定轉矩）時，減少直流電動機的勵磁磁通，可使電動機轉速升高。他勵直流電動機帶恒轉矩負載是弱磁調磁，如圖1-23所示。圖1-23

弱磁調速機械特性

任務4直流電動機的運行模塊一

任務4直流電動機的運行

三種調速方法的性能與比較：對于要求在一定范圍內無極平滑調速的系統來說，以調節電樞供電電壓的方式為最好。改變電阻只能是有級調速；減弱磁通雖然能夠平滑調速，但調速范圍不大，往往只是配合調壓方案，在電動機額定轉速以上作小范圍的弱磁升速。因此，自動控制的直流調速系統往往以調壓調速為主。

在實際電力拖動系統中，可以將幾種調速方法結合起來，這樣，可以得到較寬的調速范圍。電動機可以在調速范圍之內的任何轉速上運行，而且調速時損耗較小，運行效率較高，能很好地滿足各種生產機械對調速的要求。模塊一任務4直流電動機的運行模塊一

四、他勵直流電動機的制動

電動機的制動有兩方面的意義：一是使拖動系統迅速減速停機，這時的制動是指電動機從某一轉速迅速減速到零的過程（包括只降低一段轉速的過程），在制動過程中電動機的電磁轉矩起著制動的作用，從而縮短停車時間，以提高生產率；二是限制位能性負載的下降速度，這時的制動是指電動機處于某一穩定的制動運行狀態，此時電動機的電磁轉矩起到與負載轉矩相平衡的作用。

例如起重機下放重物時，若不采取措施，由于重力作用，重物下降速度將越來越快，直到超過允許的安全下放速度。為防止這種情況發生，可采取制動措施，使電動機的電磁轉矩與重物產生的負載轉矩相平衡，從而使下放速度穩定在某一安全下放速度上。任務4直流電動機的運行模塊一

電動機的制動分機械制動和電器制動兩種，這里只討論電氣制動。

所謂電氣制動，就是指使電動機產生一個與轉速方向相反的電磁轉矩，起到阻礙運動的作用。他勵直流電動機的電氣制動方法有：能耗制動、反接制動和回饋制動等，下面分別討論。1.能耗制動

能耗制動的制動原理是利用雙擲開關將正常運行的電動機電源切斷，并將電樞回路串入適當阻值的電阻。進入制動狀態后，電動機拖動系統由于有慣性作用會繼續旋轉。當電樞電流反向，轉矩也反向，其方向和轉速方向相反，成為制動轉矩，使電動機能很快地停轉。任務4直流電動機的運行模塊一

任務4直流電動機的運行模塊一2.反接制動

直流電動機反接制動分為兩種，一種是電源反接制動，即改變電樞繞組上的電壓方向（使電樞電流反向）或改變勵磁電流的方向（使磁通反向），同時電樞中串入制動電阻；另一種是倒拉反接制動，可以使電動機得到反向力矩，產生制動作用。

在電源反接過程中，電源繼續向電動機輸入電能，這些能量大都消耗在電樞回路電阻中。

反接制動的優點是制動轉矩比較恒定，制動較強烈，操作比較方便。其缺點是需要從電網吸取大量的電能，而且對機械負載有較強的沖擊作用。任務4直流電動機的運行模塊一提示：

制動時，由于加有反向電源，當在制動速度為零時，就標志者制動階段結束，若不及時切除電源或進行機械抱閘，電動機將要進入反向電動運行。

反接制動一般應用在快速制動的小功率直流電動機上。任務4直流電動機的運行3.回饋制動

電動機在電動運行狀況下，由于某種條件的變化（如帶位能性負載下降、降壓調速等），使電樞轉速超過理想空載轉速，則進入回饋制動。如直流電動機所拖動的電車或電力機車，在電車下坡時，電車位能負載使電車加速，轉速升高到一定值后，反向電動勢

大于電網電壓

，電動機轉變為發電機運行，電磁轉矩變為制動轉矩，把能量反饋給電網，以限制轉速繼續上升，電動機將以穩定轉速控制電車下坡。這時，電動機從電動機狀態轉變為發電機狀態運行，把機械能轉變為電能，向電源饋送，故稱為回饋制動也稱為再生制動或發電制動。

回饋制動的優點是產生的電能可以反饋回電網中去，使電能獲得利用，簡便可靠而經濟。缺點是回饋制動只能發生在電樞轉速大于理想空載轉速的場合，限制了它的應用范圍。模塊一任務5認識直流發電機模塊一相關知識一、直流發電機簡介

直流電機包括能產生直流電流的發電機和輸入直流電流后使轉子轉動對外輸出機械功率的直流電動機。直流發電機與直流電動機在理論上是可逆的，即同一臺直流電動機，如果用原動機拖動它的轉子旋轉時，可作為發電機向外輸出直流電。反過來，如果向它輸入直流電時，它又可以將電能轉變為機械能拖動生產機械工作，這時它又成為電動機。任務5認識直流發電機模塊一

二、直流發電機的工作原理

在直流電動機的調試和制動中曾經提到，電動機由于某種原因轉速上升時，電樞電動勢也會上升。當電樞電動勢上升到大于電網電壓值時，電樞電流就會反向，電動機向電網送出電流。這時電樞電動勢由反電動勢變為電源電動勢，電磁轉矩由驅動轉矩變為制動轉矩，電動機由將電能轉換成機械能變為機械能轉換成電能，這就是直流電動機的逆運行——發電機運行。

直流電動機與發電機的結構相同。一臺直流電機，原則上既可以做直流電動機運行，又可以做直流發電機運行，這叫做直流電機的可逆性。任務5認識直流發電機模塊一

當原動機驅動電機轉子逆時針旋轉時，線圈12將產生感應電動勢，如圖1-24所示。導體1在N極處，高電位接電刷A，導體2在S極處，低電位接電刷B，電刷A極性為正，電刷B極性為負。導體轉過

，導體2在N極處，高電位接電刷A，導體1在S極處，低電位接電刷B，仍然是電刷A極性為正，電刷B極性為負，將內部交變的感應電動勢變成外部的直流電壓，向負載供電。直流發電機也可分為他勵和自勵兩大類，自勵發電機按勵磁繞組的接線不同，又可分為并勵、串勵和復勵三種。圖1-24

直流發電機的工作原理圖

任務5認識直流發電機模塊一

三、并勵直流發電機的自勵調節

并勵直流發電機的原理接線如圖1-25所示，它可利用其本身的剩磁建立起穩定的電壓，該過程稱為自勵過程。直流發電機的特點是不提供勵磁電源，由電樞電壓提供勵磁電源。在剩磁電壓的作用下，電樞電動勢和端電壓升高，使勵磁電流進一步增加，磁場進一步增加，直至發電機建立一個恒定的直流電壓。并勵直流發電機的建壓過程如圖1-26所示。

任務5認識直流發電機模塊一圖1-25并勵發電機原理接線

任務5認識直流發電機模塊一

自動建立穩定電壓的四個必要條件為：

●發電機內部的主磁極必須有剩磁；●勵磁繞組與電樞繞組的接法正確，即使勵磁電流產生的磁通方向與剩磁方向一致；●勵磁回路的總電阻應小于建壓時的臨界電阻（電阻線與空載特性線性段重合時對應的電阻）；●轉速不能偏低。

實際應用中，并勵直流發電機自勵而電壓未能建立時，應先減小勵磁圖電路外串電阻；若電壓仍不能建立，再改變勵磁繞組與電樞繞組連接的極性；若電壓還是不能建立，則應考慮可能沒有剩磁，充磁后，再進行自勵發電。任務5認識直流發電機模塊一

四、并勵直流發電機的外特性

并勵直流發電機的外特性是指轉速等于額定轉速時和負載電阻為額定負載電阻時負載電流和端電壓之間的關系。

求取外特性時，先保持轉速等于額定轉速，調節電流使發電機的端電壓為額定電壓時，負載電流為額定電流，此時的勵磁電阻值為額定負載電阻。若額定負載電阻不變，求取不同負載電流下的端電壓值，即可得到外特性曲線，如圖1-27所示。1-27

并勵直流發電機的外特性任務5認識直流發電機模塊一

并勵發電機與他勵發電機的外特性曲線相比較，并勵發電機的外特性曲線有三個特性：●并勵發電機端電壓比他勵發電機端電壓下降速度快；●外特性曲線有“拐彎”現象；●短路電流較小。

并勵發電機外特性曲線下降較快的原因是勵磁繞組與電樞繞組并聯，當發電機端電壓下降時，勵磁電流減少，磁通變弱，電樞電動勢降低，使端電壓進一步下降，它的電壓變化率ΔU％可達20~30％。任務5認識直流發電機模塊一

負載電流有“拐彎”現象的原因：由于在電樞回路,當電壓下降不多時，發電機磁路較飽和，If

的減小使電壓U的減小不大，負載電流隨著負載電阻的減小而增大；當電流I增大到臨界電流Icr（約為額定電流的2~3倍）后，電壓U的持續下降，已使If

的取值進入低飽和或不飽和區，If

的減小使電壓U急速下降，從而使I不斷減小，直到短路，

，

短路電流為

，其中Ur

為剩磁電壓，數值很小。

當電樞短路時，端電壓等于零，勵磁繞組內無電流流過。此時，短路電流是電樞剩磁電壓所產生的，所以短路電流較小。任務6推導直流發電機基本方程式模塊一任務分析

通過對本任務的學習，掌握直流發電機的基本方程式的推導過程。

相關知識

根據勵磁方式的不同，直流發電機可分為他勵直流發電機、并勵直流發電機、串勵直流發電機和復勵直流發電機。以并勵直流發電機為例，如圖1-28所示，推導直流發電機的基本方程式。

各物理量正方向的規定：●電樞電動勢Ea

與電流Ia方向一致；●電磁轉矩T與轉速n方向相反，為制動轉矩。任務6推導直流發電機基本方程式模塊一

圖1-28

直流發電機的電路圖任務6推導直流發電機基本方程式模塊一

二、轉矩平衡方程式

發電機的電磁轉矩是制動轉矩，其轉向與原動機拖動方向相反。為了使電機恒速運轉，原動機的驅動轉矩

應與空載制動轉矩

和電磁轉矩

相平衡，故(1-24)任務6推導直流發電機基本方程式模塊一

三、功率平衡方程式

如圖1-29所示，將

乘以發電機的機械角速度Ω

，即發電機把機械能轉換成電能，得式中P1——輸入功率；PM

——電磁功率；P0

——空載損耗功率。式中Pm——機械磨損損耗；PFe

——鐵損耗；Ps

——附加損耗。

圖1-29

他勵直流發電機的功率流程圖

任務6推導直流發電機基本方程式模塊一

實訓1直流電動機的拆裝模塊一任務準備

直流電動機的拆裝所需設備和工具見表1-5。

表1-5直流電動機的拆裝所需設備、工器具序號名

稱數量單位1小型直流電動機1臺2500V兆歐表、萬用表、鉗形電流表、電橋1塊3常用電工工具1套4皮帶把子、銅棒、彈簧秤等專用工具1套51.5V1號電池、青殼紙、白紗帶、煤油、黃油、導線若干一6直流電源1組實訓1直流電動機的拆裝模塊一任務實施1.拆裝前的準備

（1）直流電動機解體前記錄電動機銘牌，將其記錄在報告頁中。

（2）用500V搖表測量勵磁繞組、電樞繞組對地絕緣電阻值并記錄。

（3）按拆卸順序完整、無錯地登記電機驅動端、非驅動端零部件。2.拆裝順序

（1）拆除直流電動機的接線。

（2）用彈簧秤測量各個電刷的工作壓力，工作壓力應在15～25KPa。松開彈簧，將有碳刷從刷握中取出，拆開刷架與電樞電源的連接線并做好標記。實訓1直流電動機的拆裝模塊一

（3）用500V搖表（如圖1-30所示）測量繞組對地、電樞繞組對地以及電刷刷架對地的絕緣電阻值并記錄。圖1-30500V搖表外形圖圖1-31刷架結構實訓1直流電動機的拆裝模塊一

（4）拆除直流電動機非軸伸端的軸承油蓋及非軸伸端端蓋。

（5）將刷架（如圖1-31所示）取出放好，注意在取出時防止刷架劃傷換相器表面；拿出的刷架放置在安全處，防止損壞。

（6）用合適寬度的青殼紙包住整個換向器表面，并用白紗帶綁好，防止后續工作將其表面劃傷。

（7）拆除直流電動機軸伸端的軸承油蓋及軸伸端端蓋。

（8）將電動機電樞小心地從定子膛中抽出，并擺放到專用托架上；注意在抽取電樞的過程中，不要刮碰到電樞繞組、換向器及磁極繞組。實訓1直流電動機的拆裝模塊一拆卸完后的直流電動機的各部分如圖1-32所示。

（9）電動機安裝順序可按拆卸的相反順序操作。圖1-32拆卸后的直流電動機實訓1直流電動機的拆裝模塊一

檢查評議

直流電動機拆裝檢查評議見表1-6。

表1-6直流電動機拆裝檢查評議班級

姓名

學號

分數序號主要內容考核要求評分標準配分扣分得分1實訓準備1.工具、材料、儀表準備完好2．穿戴勞保用品1.工具、材料、儀表未準備完好，一項扣5分2.未穿戴勞保用品，扣10分20

2實訓內容1.儀器儀表使用2.繞組判別1.儀器儀表使用不正確，扣10分2.不能正確判別各繞組出線端，扣15分25

31.伺服電動機與伺服驅動器接線2.電源接線1.電動機與驅動器接線錯誤，扣15分

2.電源接線錯誤，扣10分25

4通電試驗1．通電試驗方法2．通電試驗步驟1.通電試驗方法不正確，扣10分2.通電試驗步驟不正確，扣10分20

5安全文明生產1.整理現場2.設備儀器完好3.工具遺忘4.遵守課堂紀律，不得延時1.未整理現場，扣10分2.設備儀器損壞，扣10分3.工具遺忘，扣10分4.不遵守課堂紀律或不尊重老師；取消實訓10

時間150分鐘開始

結束

合計

備注

教師簽字

年

月

日實訓2驗證直流電動機的起動、調速與制動模塊一

任務準備

直流電動機的起動、調速、反轉和能耗制動所需設備和工具見表1-7。表1-7直流電動機的起動、調速、反轉、能耗制動所需設備、工器具序號名

稱型號數量單位1教學實驗臺主控制屏一1臺2電機導軌及測功機、轉速轉矩測量NMEL-131件3直流并勵電動機M031件4直流電機儀表、電源NMEL-181件5電機起動箱NMEL-091件6直流電壓、毫安、安培表NMEL-061件7繼電接觸箱NMEL-101件8轉速表一1件模塊一

任務實施1.直流電動機起動(按圖1-33進行)

（1）檢查各實驗設備外觀及質量是否良好。圖1-33

直流電動機電樞回路串電阻啟動接線圖實訓2驗證直流電動機的起動、調速與制動實訓2驗證直流電動機的起動、調速與制動（2）按并勵直流電動機電樞回路串電阻起動與調速控制線路進行正確接線，先接主電路，再接控制電路。自己檢查無誤并經指導老師檢查認可方可合閘實驗。

1）調節時間繼電器KT1的延時按鈕，使延時時間為3s。2）調節可調電阻的阻值，使勵磁電流的大小達到額定值。3）合上空氣開關QF，接入220V交流電源。4）打開直流電源開關，接入220V可調直流電源。5）按下起動按鈕SB1，觀察電動機、時間繼電器以及各接觸器的工作情況，同時觀察轉速計的變化情況。6）調節電樞回路可調電阻的阻值，觀察轉速計的變化情況。7）按下空氣開關QF，斷開電源。模塊一實訓2驗證直流電動機的起動、調速與制動模塊一2.調速(按圖1-34所示進行)

（1）按照圖1-34進行接線，將勵磁回路電阻短接，調節電動機電源電壓，使勵磁電流等于額定勵磁電流。

（2）在保持電動機的勵磁電流等于額定勵磁電流下，將電樞回路電阻逐次增加，使電動機的轉速逐次減小，每次測量n、Ia

，并記錄在表中。圖1-34直流并勵電動機電樞回路電阻調速的接線實訓2驗證直流電動機的起動、調速與制動3.反轉

通過調節手動開關的位置，將電樞繞組兩端連線對調，合上開關起動電動機，觀察電動機轉動方向，看電動機是否能停轉。4.能耗制動（見圖1-35）

根據所學能耗制動的原理，觀察制動時間和直流電動機速度的變化。模塊一圖1-35直流電動機能耗制動實訓接線圖實訓2驗證直流電動機的起動、調速與制動模塊一

檢查評議

直流電動機的起動、調速、反轉和能耗制動檢查評議表見表1-8。表1-8直流電動機的起動、調速、反轉、能耗制動檢查評議班級

姓名

學號

分數序號主要內容考核要求評分標準配分扣分得分1實訓準備1.工具、材料、儀表準備完好2．穿戴勞保用品1.工具、材料、儀表未準備完好一項，扣5分2.未穿戴勞保用品，扣10分20

2正確接線起動、調速、反轉、能耗制動接線錯誤，每項扣25分25

3儀表使用正確使用儀器儀表，電阻的取值合適1.錯誤使用儀器儀表，扣15分2.電阻取值不合適，扣10分25

4通電試驗1.通電試驗方法2.通電試驗步驟1.通電試驗方法不正確，扣10分2.通電試驗步驟不正確，扣10分20

5安全文明生產1.整理現場2.設備儀器無損壞3.遵守課堂紀律，不得延時1.未整理現場，扣10分2.設備儀器損壞，扣10分3.工具遺忘，扣10分4.不遵守課堂紀律，必要時取消實訓10

時間150分鐘開始

結束

合計

備注教師簽字

年

月

日模塊二變壓器

模塊二變壓器

單元1認識變壓器 單元2變壓器基本工作原理分析 單元3分析變壓器的外特性 單元4認識單相變壓器繞組的極性單元5認識三相變壓器

模塊二變壓器

單元6三相變壓器繞組連接及運行單元7認識自耦變壓器單元8認識儀用互感器單元9認識電焊變壓器

知識目標：1.學習變壓器的基本構造、原理及分類。2.掌握變壓器的運行特性。3.學習單相變壓器繞組的極性。4.了解三相變壓器的分類、結構及并聯運行。5.學習特殊變壓器。技能目標：1.變壓器的相關實驗。2.變壓器繞組同名端的判別。3.電力變壓器的維護與檢修。模塊二任務1認識變壓器看一看（見圖2-2所示）

圖2-2列舉出幾種常見的變壓器，我們來看一看它們的組成部分。

模塊二任務1認識變壓器

一、變壓器的用途及分類變壓器的種類繁多，一般可按照相數、繞組結構、鐵芯結構、冷卻方式、用途、容量和工作頻率等分為以下幾種：

1.按結構分類雙繞組、三繞組、多繞組變壓器和自耦變壓器。2.按相數分類單相、三相、多相變壓器。3.按鐵芯分類芯式變壓器（插片、C型）、殼式變壓器（插片、C型）、環形變壓器、金屬箔變壓器、輻射式變壓器等。4.按冷卻方式分類干式變壓器、油浸自冷變壓器、油浸風冷變壓環冷卻變壓器等。5.按調壓方式分類無勵磁調壓變壓器、有載調壓變壓器。模塊二任務1認識變壓器

6.按用途分類電力變壓器（升壓變壓器、降壓變壓器、配電變壓器、廠用變壓器等）；特種變壓器（電爐變壓器、整流變壓器、電焊變壓器等）；儀用變壓器（電壓互感器、電流互感器）等。7.按容量分類小型變壓器，容量為630kV·A及以下；中型變壓器，容量為800kV·A～6300kV·A；大型變壓器，容量為8000kV·A～63000kV·A；特大型變壓器，容量為900000kV·A及以上。8.按導線材質分類銅線變壓器、鋁線變壓器、半銅半鋁變壓器、超導變壓器等。模塊二任務1認識變壓器

模塊二圖2-3心式和殼式變壓器a）心式b）殼式a—鐵芯b—繞組二、變壓器的基本結構

變壓器組成部分包括鐵芯和繞組。如圖2-3所示。任務1認識變壓器

模塊二1.鐵芯

鐵芯既作為變壓器的磁路，又作為變壓器的機械骨架。它分為鐵芯柱和橫片兩部分。（1）鐵芯材料鐵芯通常采用含硅量約為5%，厚度為0.35mm-0.5mm的硅鋼片疊裝而成，硅鋼片兩面涂有絕緣層，起絕緣作用。硅鋼片是軟磁材料中應用最為廣泛的一種，大容量變壓器多采用高磁導率、低損耗的冷軋硅鋼片，這類材料在較低的外磁場作用下，就能產生較高的磁感應強度。由于硅的加入，使硅鋼片的電阻率提高了，渦流損耗降低了，老化現象有所減少。（2）鐵芯結構按照繞組套入鐵芯柱的形式不同，我們將鐵芯分為心式和殼式結構兩種，如圖2-3所示。任務1認識變壓器

模塊二（3）鐵芯的疊片形式在鐵芯柱與鐵軛組合成整個鐵芯時，多采用交疊式裝配，使各層的接縫不在同一地點，交錯排列，這樣能減少勵磁電流，但缺點是裝配復雜，費工費時，如圖2-4所示。b)c)圖2-4鐵心疊片形式a)單相鐵心疊片b)三相直縫鐵心疊片c)三相斜縫鐵心疊片任務1認識變壓器

模塊二

小型變壓器為了簡化工藝和減少氣隙，常采用口形、E形、F形、C形沖片交替疊裝而成，近來也有采用新型加工工藝制成的C、O形鐵心，如圖2-5所示。

a)b)圖2-5小型變壓器的O、C形鐵心a)O形鐵心片b)C形鐵心片任務1認識變壓器

模塊二2.繞組

繞組是變壓器的電路部分，用來傳輸電能。一般分為高壓繞組和低壓繞組。從能量的變換傳遞來說，把接電源的繞組稱為一次繞組，接負載的繞組成為二次繞組。繞組一般是用絕緣銅線或者鋁線繞制而成。根據低壓繞組和高壓繞組相互位置的不同，繞組結構可分為同心式和交疊式兩種。圖2-6同心式繞組

圖2-7交疊式繞組1-高壓繞組2-低壓繞組1-高壓繞組2-低壓繞組

任務2變壓器的基本工作原理分析模塊二一、變壓器的基本工作原理

變壓器的主體是鐵芯和套在鐵芯上的繞組。接交流電源的繞組稱為一次繞組，其匝數用N1表示，接負載（燈泡）的繞組稱為二次繞組，其匝數用N2表示，如圖2-9所示。圖2-9變壓器的工作原理

單元2變壓器基本工作原理分析

任務2變壓器的基本工作原理分析模塊二二、變壓器的空載運行原理1.原理圖與正方向

變壓器的空載運行是指變壓器的一次繞組接入電源，二次繞組開路的工作狀態，如圖2-10所示。圖中各電磁量均為正弦交變量，都用相量的形式來表示，規定如下：（1）與的正方向要一致；（2）主磁通與符合右手螺旋定則；（3）與的方向要一致，即有：圖2-10變壓器的空載運行原理圖

任務2變壓器的基本工作原理分析模塊二2.相關量之間的關系

根據電磁感應定律，主磁通將在一次繞組、二次繞組中產生感應電動勢。如果將一次繞組看成一次側電源的負載，將二次繞組看成是變壓器負載的電源，由基爾霍夫電壓定律可知，在一次繞組中的電動勢與外加電壓大小相等，方向相反。在二次繞組中，由于開路，產生的感應電動勢與端電壓大小相等，方向相同，即：任務2變壓器的基本工作原理分析模塊二理想變壓器空載運行的相量圖，如圖2-11所示。任務2變壓器的基本工作原理分析

模塊二3.感應電動勢E

式中

——主磁通幅值，單位是Wb；

——頻率，單位是Hz；

E——感應電動勢有效值，單位是V。理想變壓器的一次、二次繞組中的感應電動勢的有效值E1、E2可按照上式求得，即：

任務2變壓器的基本工作原理分析

模塊二4.變壓器的變比由于故有

式中，一次、二次繞組電動勢的比值，稱為變壓器的變壓比，簡稱變比，用符號K表示。通常，當K>1時，構成降壓變壓器；當K=1時，構成隔離變壓器；當K<1時，構成升壓變壓器。任務2變壓器的基本工作原理分析

模塊二5.變壓器實際運行時空載電流、漏電動勢、漏電抗

一次繞組電壓平衡方程式

式中——電阻壓降

和漏磁電動勢

的等效阻抗。

上述幾個物理量

、

、

均很小，所以，實際變壓器空載運行時：

一般在電力變壓器中，空載電流只有負載時一次繞組電流的2%～10%左右。

任務2變壓器的基本工作原理分析模塊二三、變壓器負