直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理ThestructureandworkingprincipleofDCmotors直流電機(jī)都由哪些主要部件構(gòu)成呢？1、直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)一、定子部分

電磁方面--產(chǎn)生磁場(chǎng)，構(gòu)成磁路 機(jī)械方面---整個(gè)電機(jī)的支撐1、主磁極2、換向磁極3、機(jī)座4、電刷與端蓋作用組成NS············NS極掌極身勵(lì)磁繞組機(jī)座轉(zhuǎn)子勵(lì)磁式直流電機(jī)的磁極主磁極作用：建立主磁場(chǎng)（1）主磁極永磁式勵(lì)磁式

主磁極結(jié)構(gòu)極身極掌勵(lì)磁鐵芯勵(lì)磁繞組（2）換向磁極容量在1kw以上的直流電機(jī)，一般在相鄰兩主磁極中間要裝上換向磁極。作用：改善直流電機(jī)的換向。換向極繞組換向極鐵芯（3）機(jī)座機(jī)座是電機(jī)的支架，由鑄鋼或厚鋼板制成。用來(lái)安裝主磁極和換向磁極等部件，既有機(jī)械支撐作用，又是主磁路的一部分。（4）端蓋與電刷裝置電刷裝置是把直流電引入/引出的裝置，固定在電機(jī)的后端蓋中。電刷刷握電刷彈簧壓板銅絲辮二、轉(zhuǎn)子部分（電樞）1、電樞鐵芯2、電樞繞組3、換向器4、轉(zhuǎn)軸與風(fēng)扇作用：用來(lái)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部分。組成風(fēng)扇（1）電樞鐵芯（2）電樞繞組通常用涂有絕緣漆的0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成——減小電樞鐵芯中的磁通變化引起的磁滯損耗和渦流損耗。電樞繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量的轉(zhuǎn)換。電樞鐵芯表面均勻開槽電樞鐵芯沖片繞組嵌放在電樞鐵芯槽內(nèi)，并與換向器相連后端接部分首端接部分下層元件邊上層元件邊電樞鐵芯作為主磁路的一部分，用來(lái)嵌放電樞繞組。每個(gè)線圈有兩個(gè)出線端。（3）換向器☆關(guān)鍵部件。作用——與電刷配合，起“整流”或者“逆變”作用發(fā)電機(jī)：把電樞繞組中的交變電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妱?dòng)勢(shì)，向外部輸出直流電壓；電動(dòng)機(jī)：把外界供給的直流電流轉(zhuǎn)變?yōu)殡姌欣@組中的交變電流，使電機(jī)旋轉(zhuǎn)。與電樞繞組相連，表面壓有電刷，與外電路直流電相通。三、氣隙氣隙大小對(duì)電機(jī)的運(yùn)行性能有很大影響，小容量電機(jī)中氣隙約1-3mm，大容量電機(jī)中氣隙可達(dá)10-12mm。空氣隙轉(zhuǎn)子電樞定子磁極直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

小結(jié)直流電機(jī)定子主磁極換向磁極機(jī)座電刷與端蓋轉(zhuǎn)子電樞鐵芯電樞繞組換向器轉(zhuǎn)軸與風(fēng)扇2、直流電機(jī)的用途應(yīng)用場(chǎng)合：可用作直流電動(dòng)機(jī)以及同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁直流電源以及化學(xué)工業(yè)中電鍍、電解等設(shè)備的直流電源。直流電動(dòng)機(jī)優(yōu)點(diǎn)：

①調(diào)速范圍廣，易于平滑調(diào)速；

②起動(dòng)、制動(dòng)、過(guò)載轉(zhuǎn)矩大；

③易于控制，可靠性較高。應(yīng)用場(chǎng)合：多用于對(duì)調(diào)速要求較高的生產(chǎn)機(jī)械上，如軋鋼機(jī)、電力牽引、挖掘機(jī)械、紡織機(jī)械等。直流發(fā)電機(jī)3、直流電機(jī)的分類勵(lì)磁方式永磁式勵(lì)磁式他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)他勵(lì)自勵(lì)直流電機(jī)主磁場(chǎng)產(chǎn)生的方式1）他勵(lì)電動(dòng)機(jī)：電樞繞組和勵(lì)磁繞組分別由兩個(gè)直流電源供電串勵(lì)UIa+_IfM2）并勵(lì)電動(dòng)機(jī)：勵(lì)磁繞組和電樞繞組并聯(lián)，由一個(gè)直流電源供電。IaUM+_If+_IE并勵(lì)UUfIaM+_+_If

他勵(lì)電樞電壓與勵(lì)磁電壓彼此無(wú)關(guān)復(fù)勵(lì)U+_IMIa3）串勵(lì)電動(dòng)機(jī)：勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)后接到同一直流電源上。4）復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)：勵(lì)磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞繞組的聯(lián)接有串有并，接在同一電源上。并勵(lì)繞組串勵(lì)繞組4、直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)型號(hào)Z4-112/2-1勵(lì)磁方式并勵(lì)功率5.5KW勵(lì)磁電壓180V電壓440V效率81.190%電流15A定額連續(xù)轉(zhuǎn)速3000r/min溫升80℃出品號(hào)數(shù)xxxx出廠日期2001年10月XXXX電機(jī)廠某臺(tái)直流電機(jī)銘牌銘牌數(shù)據(jù)是正確選擇和合理使用電機(jī)的依據(jù)。（1）、電機(jī)型號(hào)型號(hào)表明電機(jī)的系列及主要特點(diǎn)，根據(jù)電機(jī)型號(hào)，便可從相關(guān)手冊(cè)中查出該電機(jī)的有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)。例如：型號(hào)Z4-112/2-1表示什么含義呢？Z表示一般用途直流電動(dòng)機(jī)。4表示設(shè)計(jì)序號(hào)。112表示機(jī)座中心高/mm.2表示極數(shù)為2.1表示鐵芯長(zhǎng)度代號(hào)。（2）、額定功率PN(KW)

表明電機(jī)按照規(guī)定的工作方式運(yùn)行時(shí)所能提供的輸出功率。

對(duì)直流電動(dòng)機(jī)而言，指軸上輸出的機(jī)械功率，——為直流電動(dòng)機(jī)的額定效率。是指直流電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，輸出機(jī)械功率與電源輸入電功率之比。對(duì)直流發(fā)電機(jī)而言，是指電刷兩端輸出的電功率，（3）、額定電壓

UN（V）

在額定工況下，電機(jī)出線端的平均電壓。發(fā)電機(jī)：是指輸出額定電壓；電動(dòng)機(jī)：是指輸入額定電壓。（4）、額定電流表示在額定電壓條件下，運(yùn)行于額定功率時(shí)對(duì)應(yīng)的電流。表示在額定電壓、額定電流下，電機(jī)運(yùn)行于額定功率時(shí)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速。（5）、額定轉(zhuǎn)速（6）、額定勵(lì)磁電流IfN(A)：

指對(duì)應(yīng)額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速和額定功率時(shí)的勵(lì)磁電流。（7）、額定轉(zhuǎn)矩TN：

電動(dòng)機(jī)軸上輸出的額定轉(zhuǎn)矩：大小等于輸出的機(jī)械功率額定值除以轉(zhuǎn)子角速度的

額定值，即式中，PN單位是KW，nN的單位是r/min，TN的單位是N·m。I<IN，欠載運(yùn)行（輕載）：電機(jī)的設(shè)備容量不能充分利用，對(duì)設(shè)備及能源都是一種浪費(fèi)，效率降低，不經(jīng)濟(jì)。I>IN，過(guò)載運(yùn)行（超載）：電機(jī)過(guò)熱，降低使用壽命，甚至損壞電機(jī)。I=IN，額定運(yùn)行狀態(tài)：

充分利用，可長(zhǎng)期運(yùn)行。☆選擇電機(jī)時(shí)，應(yīng)根據(jù)負(fù)載的要求，盡量讓電機(jī)工作在額定狀態(tài)。額定運(yùn)行狀態(tài)(額定工況)：直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)，若各個(gè)物理量都與它的額定值一樣,就稱為額定運(yùn)行狀態(tài)或額定工況。一、直流發(fā)電機(jī)的基本工作原理+–NSEE

Iaabdc負(fù)載原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電刷電樞線圈主磁極換向片5、直流電機(jī)的工作原理二、直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理ISbNacd電刷換向片IFFTn主磁極電樞線圈–+二、直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理IU–+SdNcabIFFTn–+U–+

直流電從兩電刷之間通入電樞繞組，由于換向片和電源固定聯(lián)接，無(wú)論線圈怎樣轉(zhuǎn)動(dòng)，N極導(dǎo)體與S極導(dǎo)體的電流流向始終不變，從而使電動(dòng)機(jī)電樞繞組通電受力后旋轉(zhuǎn)方向不變。U–+U–+F換向器作用：將外部直流電轉(zhuǎn)換成線圈內(nèi)部的交流電，以保持轉(zhuǎn)矩方向不變。U–+TIInSbNacdF二、直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理?yè)Q向器直流電機(jī)的磁場(chǎng)與換向MagneticFieldandCommutationofDCMotors問(wèn)題1：

直流電機(jī)的磁場(chǎng)是怎么產(chǎn)生的？問(wèn)題2：空載時(shí)候的磁場(chǎng)與負(fù)載時(shí)候的磁場(chǎng)一樣嗎？磁場(chǎng)由電流產(chǎn)生，直流電機(jī)在負(fù)載運(yùn)行時(shí),其磁場(chǎng)是由電機(jī)勵(lì)磁繞組電流和電樞繞組電流共同產(chǎn)生的,其中勵(lì)磁繞組起主要作用。一、直流電機(jī)空載時(shí)的磁場(chǎng)空載磁場(chǎng)：當(dāng)直流電機(jī)空載時(shí),電樞電流可忽略不計(jì),所以空載時(shí)的磁場(chǎng)由主磁極的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)單獨(dú)產(chǎn)生。主磁通：經(jīng)過(guò)氣隙，同時(shí)交鏈勵(lì)磁繞組和電樞繞組的磁通，是機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的橋梁。漏磁通：不經(jīng)過(guò)氣隙，僅與勵(lì)磁繞組交鏈的磁通，它不參與機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。主磁通漏磁通空載磁場(chǎng)的磁密分布空載時(shí)，勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)主要消耗在氣隙上。當(dāng)忽略鐵磁材料的磁阻時(shí)，主磁極下氣隙磁通密度的分布就取決于氣隙的大小和形狀。禮帽形的平頂波在極靴下氣隙小，氣隙中各點(diǎn)磁密較大；在極靴范圍以外，磁回路中氣隙長(zhǎng)度增加很多，磁密顯著減少，至兩極間的幾何中性線處磁密就等于零。二、直流電機(jī)負(fù)載時(shí)的磁場(chǎng)電樞磁場(chǎng)對(duì)主磁極所建立的氣隙磁場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生影響，這種影響稱為電樞反應(yīng)。當(dāng)電機(jī)帶負(fù)載時(shí)，電樞繞組中有電流通過(guò)，產(chǎn)生了電樞磁場(chǎng)，稱電樞磁通勢(shì)。負(fù)載時(shí)，電機(jī)中氣隙磁場(chǎng)是由主磁極磁通勢(shì)和電樞磁通勢(shì)共同建立的。電樞反應(yīng)的影響：（1）使氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變（2）對(duì)主磁場(chǎng)起去磁作用每一磁極下，電樞磁場(chǎng)使主磁場(chǎng)一半被削弱，另一半被加強(qiáng)。對(duì)發(fā)電機(jī)而言，電樞要進(jìn)入的主磁極磁場(chǎng)的一端磁場(chǎng)被削弱，而另一端則被加強(qiáng)。對(duì)電動(dòng)機(jī)正好相反，電樞要進(jìn)入的主磁極磁場(chǎng)的一端磁場(chǎng)被加強(qiáng)，而另一端則被削弱。在不考慮磁路飽和時(shí)，主磁場(chǎng)被削弱的數(shù)量恰好等于被加強(qiáng)的數(shù)量，因此負(fù)載時(shí)每極下的合成磁通仍與空載相同。但在實(shí)際電機(jī)中，磁場(chǎng)已處于飽和狀態(tài)，因?yàn)樵谥鞔艠O兩邊磁場(chǎng)變化情況不同，一邊是增磁的，另一邊是去磁的。主極的增磁作用會(huì)使飽和程度提高，鐵心磁阻增大，與不飽和時(shí)相比，實(shí)際增加的磁通要少些；主極的去磁作用可使飽和程度降低，鐵心磁阻減小，與不飽和時(shí)相比，實(shí)際減少的磁通要少些。由于磁阻變化的非線性，磁阻的增大比磁阻的減小要大些，增加的磁通就會(huì)小于減少的磁通，因此負(fù)載時(shí)合成磁場(chǎng)每極磁通比空載時(shí)每極磁通略有減少，這就是電樞反應(yīng)的去磁作用。

小結(jié)磁場(chǎng)的形成主磁極磁通勢(shì)電樞磁通勢(shì)電樞反應(yīng)直流電機(jī)的換向直流電機(jī)工作時(shí)，旋轉(zhuǎn)的電樞元件從一條支路經(jīng)過(guò)電刷而進(jìn)入另一條支路時(shí)，該元件中的電流方向改變，這種元件中電流方向的變換稱為換向。2、改善換向的方法1.裝置換向磁極2.正確選擇電刷3、防止環(huán)火與補(bǔ)償繞組環(huán)火補(bǔ)償繞組示意圖補(bǔ)償繞組增加了電機(jī)的成本，而且使電機(jī)變得更復(fù)雜，通常只在負(fù)載變動(dòng)大的大、中型電機(jī)中采用。防止環(huán)火的最好方法是采用補(bǔ)償繞組直流電機(jī)的換向小結(jié)直流電機(jī)的換向過(guò)程改善換向的方法防止環(huán)火與補(bǔ)償繞組直流電機(jī)的基本方程BasicequationofDCmotor電樞電動(dòng)勢(shì)Ea和電磁轉(zhuǎn)矩T是建立直流電機(jī)基本方程和研究運(yùn)行性能的前提。體現(xiàn)了直流電機(jī)通過(guò)電磁感應(yīng)作用實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。一、電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩1、電樞電動(dòng)勢(shì)直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電樞繞組切割磁力線而感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)稱為電樞電動(dòng)勢(shì)。電樞電動(dòng)勢(shì)Ea=Cen電樞電動(dòng)勢(shì)與每極磁通、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速成正比。每根導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

E=Blv右手定則

B∝

v∝nCe:與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)，稱為電動(dòng)勢(shì)系數(shù)

:

氣隙每極磁通（Wb）n：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）性質(zhì):

發(fā)電機(jī)——電源電勢(shì)(與電樞電流同方向);

電動(dòng)機(jī)——反電勢(shì)(與電樞電流反方向).2、電磁轉(zhuǎn)矩在直流電機(jī)中，電磁轉(zhuǎn)矩由電樞電流與磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生的電磁力形成，每根載流導(dǎo)體受到的電磁力

F=Bil左手定則

B∝

F∝i電磁轉(zhuǎn)矩

T=CTIaCT:與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的另一常數(shù)，稱為轉(zhuǎn)矩系數(shù)

:

氣隙每極磁通（Wb）Ia：電樞電流（A）電磁轉(zhuǎn)矩與定子磁通

，電樞電流Ia成正比。性質(zhì):發(fā)電機(jī)——制動(dòng)(與轉(zhuǎn)速方向相反)；

電動(dòng)機(jī)——驅(qū)動(dòng)(與轉(zhuǎn)速方向相同)。二、直流電機(jī)的平衡方程正方向規(guī)定：他勵(lì)直流電機(jī)電路（b）電動(dòng)機(jī)慣例（a）發(fā)電機(jī)慣例先規(guī)定電樞兩端的端電壓

U的正方向。對(duì)于發(fā)電機(jī)，Ia是輸出電流，Ea與Ia同向。對(duì)于電動(dòng)機(jī)，Ia是灌入電流，Ea與Ia反向。T與

n

同/反方向，根據(jù)驅(qū)動(dòng)/制動(dòng)性質(zhì)來(lái)確定。1、電壓平衡方程（1）發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)（按發(fā)電機(jī)慣例）（2）電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)（按電動(dòng)機(jī)慣例）式中：U——外電壓ra——電樞繞組電阻2△Ub—正負(fù)電樞總接觸電阻壓降Ra——電樞回路總電阻U=Ea+Iara+2△Ub=CeΦn+IaRa

Ea=U+Iara+2△Ub=U+IaRa（b）電動(dòng)機(jī)慣例（a）發(fā)電機(jī)慣例他勵(lì)直流電機(jī)電路3、功率平衡方程他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)的輸入電功率P1=IU=(Ea+Iara+2△Ub)

Ia=EaIa+Ia2ra+2△Ub

Ia=Pem+pcua+pb

（1）直流電動(dòng)機(jī)功率平衡方程電磁功率電樞銅損耗，消耗在電樞電阻中，與電樞電流的平方成正比；電刷接觸壓降引起的損耗。Pem由電功率轉(zhuǎn)換為機(jī)械功率以后，并不能全部以機(jī)械功率的形式從電機(jī)軸上輸出，還要扣除以下幾種損耗：鐵損耗

pFe、機(jī)械損耗

pm、附加損耗

padpFepcuapbpmpadpemPem=P2+pFe+pm+pad=P2+p0+pad空載功率損耗因此，他勵(lì)直流電機(jī)的功率平衡方程為：P1=P2+pFe+pm+pad+pcua+pb=P2+∑P總損耗3、功率平衡方程

（2）直流發(fā)電機(jī)功率平衡方程由轉(zhuǎn)矩平衡方程式和電動(dòng)勢(shì)平衡方程式，將轉(zhuǎn)矩平衡方程式兩邊同乘角速度

，即得：式中：T1——原動(dòng)機(jī)輸入功率P1

T0——克服空載轉(zhuǎn)矩所需的空載功率p0

T——原動(dòng)機(jī)克服電磁轉(zhuǎn)矩所需輸入的機(jī)械功率PT1=

T+T0

則：P1=P+p0若考慮附加損耗

pad，則

P=P1

-p0-

pad=P1-(pFe

+

pm

+pad)直流電機(jī)的基本方程

小結(jié)1、電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩2、直流電機(jī)的3個(gè)平衡方程電壓平衡方程轉(zhuǎn)矩平衡方程功率平衡方程直流電機(jī)的工作特性WorkingcharacteristicsofDCmotors當(dāng)端電壓U=UN，If=IfN時(shí)，電樞回路不外加任何電阻，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n、電磁轉(zhuǎn)矩Tem、效率η與輸出功率P2之間的關(guān)系。即

n

=

f(Ia)

或

Tem=

f(Ia)

η=

f(Ia)

n=

f(P2

)Tem=

f(P2

)

η=

f(P2

)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性：一、并勵(lì)電動(dòng)機(jī)工作特性：并勵(lì)直流電機(jī)電路圖保持U=UN，If=IfN，測(cè)得工作特性曲線,η,n并勵(lì)直流電機(jī)工作特性1、轉(zhuǎn)速特性一、并勵(lì)電動(dòng)機(jī)工作特性：當(dāng)U=UN，If=IfN時(shí)，n

=

f(Ia)的關(guān)系就是轉(zhuǎn)速特性。U=Ea+IaRa

Ea=Cen轉(zhuǎn)速特性曲線忽略電樞反應(yīng)的去磁作用，n

=

f(Ia)

是一條略有下降的直線。

轉(zhuǎn)速公式2、轉(zhuǎn)矩特性一、并勵(lì)電動(dòng)機(jī)工作特性：當(dāng)U=UN，If=IfN時(shí)，Tem=

f(P2

)的關(guān)系就是轉(zhuǎn)矩特性。

轉(zhuǎn)矩特性曲線∴Tem=

f(P2

)，即為：在T2曲線上加空載轉(zhuǎn)矩T0隨著P2

增大，轉(zhuǎn)速n略有下降，因而T2=

f(P2

)的關(guān)系曲線不是直線，而是稍向上彎曲。3、效率特性一、并勵(lì)電動(dòng)機(jī)工作特性：當(dāng)U=UN，If=IfN時(shí)，η=

f(Ia)的關(guān)系就是效率特性。

——稱為不變損耗——稱為可變損耗

可變損耗等于不變損耗時(shí)，電動(dòng)機(jī)的效率最高；最高效率一般出現(xiàn)在0.75額定功率左右。效率特性曲線η二、串勵(lì)電動(dòng)機(jī)工作特性：串勵(lì)直流電機(jī)電路圖工作特性：保持U=UN時(shí)，n、Tem、η與P2或Ia之間的關(guān)系。串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞串聯(lián)，故I=Ia=If，并與負(fù)載大小有關(guān)。即：勵(lì)磁電流的氣隙磁通

將隨負(fù)載的變化而變化，這是串勵(lì)電動(dòng)機(jī)與并勵(lì)電動(dòng)機(jī)最大差別之一，也使其工作特性有很大不同。當(dāng)磁路不飽和時(shí)，轉(zhuǎn)速特性為雙曲線關(guān)系；當(dāng)磁路飽和時(shí)，Φ基本不變，所以轉(zhuǎn)速特性為一條略有下降的直線。1、轉(zhuǎn)速特性二、串勵(lì)電動(dòng)機(jī)工作特性：

當(dāng)Ia=If

較小時(shí)，即：代入轉(zhuǎn)速公式可得：串勵(lì)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速特性當(dāng)負(fù)載很輕時(shí)Ia很小，磁通很小，轉(zhuǎn)速n很高,所以串勵(lì)電動(dòng)機(jī)絕對(duì)不允許在空載或負(fù)載很小的情況下起動(dòng)或運(yùn)行，以防止“飛車”。同時(shí)，為防止意外，還規(guī)定串勵(lì)電動(dòng)機(jī)與生產(chǎn)機(jī)械之間不允許用皮帶傳動(dòng)，且負(fù)載不得低于額定負(fù)載的l／4。為串勵(lì)電動(dòng)機(jī)輕載（）時(shí)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速。串勵(lì)直流電機(jī)使用注意：2、轉(zhuǎn)矩特性二、串勵(lì)電動(dòng)機(jī)工作特性：

串勵(lì)電機(jī)適用于：負(fù)載轉(zhuǎn)矩在較大范圍內(nèi)變化、要求啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、過(guò)載能力強(qiáng)的生產(chǎn)機(jī)械上。例如：起重機(jī)、電氣機(jī)車等起重運(yùn)輸設(shè)備。3、效率特性二、串勵(lì)電動(dòng)機(jī)工作特性：串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的效率特性與他勵(lì)電動(dòng)機(jī)相仿。當(dāng)可變損耗等于不變損耗時(shí)，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的效率最高。效率特性曲線η直流電機(jī)的工作特性

小結(jié)2、不同勵(lì)磁方式下直流電機(jī)的工作特性有何不同？,η,n并勵(lì)直流電機(jī)工作特性串勵(lì)直流電機(jī)工作特性1、什么是直流電機(jī)工作特性。直流電機(jī)的機(jī)械特性MechanicalcharacteristicsofDCmotors電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，即n=

f(TL)。直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性：機(jī)械特性表明電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速因外部負(fù)載變化而變化的情況。由于電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩T近似等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL，所以

n=

f(TL)

常寫成

n=

f(T)。是分析電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速、制動(dòng)的重要工具。一、他勵(lì)直流電機(jī)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電路圖電樞電動(dòng)勢(shì)Ea=CeΦn電磁轉(zhuǎn)矩T=CTΦIa電樞回路電壓平衡方程

U=Ea+Ia（Ra+RΩ）機(jī)械特性的一般表達(dá)式理想空載轉(zhuǎn)速機(jī)械特性的斜率nn0ΔnTNT他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性1、機(jī)械特性一般表達(dá)式當(dāng)電源電壓U=UN,每極磁通Φ=ΦN，電樞回路不串任何電阻RΩ=0時(shí)的機(jī)械特性稱為固有機(jī)械特性。一、他勵(lì)直流電機(jī)2、固有機(jī)械特性理想空載轉(zhuǎn)速機(jī)械特性斜率nn0ΔnTNT一、他勵(lì)直流電機(jī)3、人為機(jī)械特性定義：改變固有機(jī)械特性的運(yùn)行條件

U=UN,Φ=ΦN，RΩ=0時(shí)，稱為人為機(jī)械特性。分為三種：（1）

電樞回路串接電阻RΩ；（2）改變電源電壓U；（3）改變磁通Φ；（1）電樞回路串接電阻時(shí)的人為機(jī)械特性

Ra+Ri1Ra+Ri2Ri2>Ri1RaTn0TNΔn特點(diǎn)：（1）過(guò)一組理想空載轉(zhuǎn)速點(diǎn)的放射形直線（2）串接電阻越大，斜率增大，機(jī)械特性的硬度越軟。（3）對(duì)于相同的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，串接電阻越大，對(duì)應(yīng)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速越低。一、他勵(lì)直流電機(jī)U=UN,Φ=ΦN（2）改變電樞端電壓U時(shí)的人為機(jī)械特性

一、他勵(lì)直流電機(jī)理想空載轉(zhuǎn)速斜率:固定不變

1、受絕緣強(qiáng)度限制，電源電壓只能從電動(dòng)機(jī)的額定電壓往下調(diào)。2、位于固有特性下方，并與固有特性平行的直線族;3、在負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變時(shí)，降低電樞電壓，轉(zhuǎn)速n下降，但轉(zhuǎn)速降△n不變。特點(diǎn)：UN>

U1>

U2U1n01UNnTn00U2n02RΩ=0，Φ=ΦNU=UN，RΩ=0,在勵(lì)磁回路中串入附加電阻RB，改變

；當(dāng)：RB↑→

↓→n0↑

↓→Δn↑→β↓特點(diǎn)：1、一般他勵(lì)直流電機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)已接近磁飽和，故通常是減弱磁通2、得到一組空載轉(zhuǎn)速n0不同，硬度β也不同的傾斜直線。3、當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變時(shí)，一般情況弱磁后會(huì)使轉(zhuǎn)速n升高，只有在負(fù)載很重或者磁通很小時(shí)，若再減弱磁通，轉(zhuǎn)速n反而會(huì)下降。（3）改變磁通

時(shí)的人為機(jī)械特性

一、他勵(lì)直流電機(jī)φNφ1φ3nTφ2φN>

φ1>

φ2n0n01n020二、并勵(lì)式直流電機(jī)固有機(jī)械特性：在額定電源電壓UN和額定勵(lì)磁電流IN時(shí)，與他勵(lì)電動(dòng)機(jī)相同。人為機(jī)械特性：IaUM+_If+_IERfRa并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電路圖若只改變Ra（保持電源電壓U和Rf不變），則

不改變。那么人為機(jī)械特性與他勵(lì)電動(dòng)機(jī)串電阻機(jī)械特性相同，是一組射線。若通過(guò)改變

Rf改變磁通（保持U、Ra不變），則人為機(jī)械特性也與他勵(lì)電動(dòng)機(jī)弱磁機(jī)械特性一樣。當(dāng)改變電源電壓U時(shí)（保持

Rf、Ra不變），If

也改變。當(dāng)磁路未飽和時(shí)，

也與U

成正比，n0基本上保持不變，而特性曲線的斜率β在變化，故人為機(jī)械特性不是一組平行線。三、串勵(lì)直流電機(jī)特點(diǎn)：If=Ia、當(dāng)磁路為飽和時(shí)，Ф=CФ

Ia（1）固有特性是一條非線性的軟特性，轉(zhuǎn)速隨負(fù)載增加而顯著下降。（2）不允許輕載或空載運(yùn)行。空載或輕載時(shí)，Ia≈0,

很小，∴n0很高，一般（5～6）nN，可能造成電機(jī)損壞。串勵(lì)電機(jī)在固有特性上不允許空載或輕載運(yùn)行，防止飛車。（3）過(guò)載能力強(qiáng)，起動(dòng)性能好：在相同電流限制下，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩比他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)大很多。當(dāng)負(fù)載增大時(shí)，Ia和Ф都增大，Ia稍有增大，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩就可以與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩相平衡。因此不會(huì)因負(fù)載增大而過(guò)載。Ra+RΩ1nT132RaRa+RΩ2直流電機(jī)機(jī)械特性

小結(jié)1、他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)直流電機(jī)機(jī)械特性2、固有機(jī)械特性、人為機(jī)械特性直流電機(jī)的啟動(dòng)StartingofDCmotor1、直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)條件1）要有足夠的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩（Tst>TL）；2）起動(dòng)電流不能太大；3）起動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單，可靠，經(jīng)濟(jì)，啟動(dòng)時(shí)間要短（實(shí)際啟動(dòng)時(shí)間只有幾秒至幾十秒）；為使電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能達(dá)到最佳狀態(tài)，就需要電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)：?jiǎn)?dòng)：電動(dòng)機(jī)接入電源，從靜止?fàn)顟B(tài)開始，加速到某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的過(guò)程。直接起動(dòng)（全壓起動(dòng)）：直流電動(dòng)機(jī)的電樞直接加額定電壓。起動(dòng)瞬間n=0→反電動(dòng)勢(shì)Ea=0，電樞繞組電阻很小

→起動(dòng)電流Ist很大，可能突增到額定電流的10～20倍。這樣大的起動(dòng)電流將產(chǎn)生很大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，損壞電機(jī)繞組，換向困難等很多問(wèn)題。因此：直接啟動(dòng)只限于容量較小的直流電機(jī)。2、直流電動(dòng)機(jī)的直接啟動(dòng)

為了限制起動(dòng)電流，同時(shí)也保證啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，一般采取兩種方法：電樞回路串電阻起動(dòng)直接起動(dòng)，致使

Ist很大，所以在起動(dòng)時(shí)必須設(shè)法限制起動(dòng)電流。降壓起動(dòng)2、直流電動(dòng)機(jī)的直接啟動(dòng)3、電樞回路串電阻啟動(dòng)為限制啟動(dòng)電流，啟動(dòng)時(shí)在電樞回路串接啟動(dòng)電阻。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串電阻三級(jí)啟動(dòng)電路

一般起動(dòng)器設(shè)計(jì)為多級(jí)，串在電樞回路的起動(dòng)電阻逐級(jí)切除，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后全部切除。3、電樞回路串電阻啟動(dòng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串電阻三級(jí)啟動(dòng)電路機(jī)械特性注意事項(xiàng)：在分級(jí)起動(dòng)過(guò)程中，各級(jí)的最大電流I1及切換電流I2都應(yīng)大小相等，以使起動(dòng)過(guò)程有較均勻的加速度，改善電機(jī)對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的沖擊，選擇合適的各級(jí)起動(dòng)電阻。優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便。缺點(diǎn)：在啟動(dòng)過(guò)程中能量消耗大，不適用經(jīng)常啟動(dòng)的大、中型直流電動(dòng)機(jī)。3、電樞回路串電阻啟動(dòng)defgTLT2T1U=UNU=U1noabcTU=U2

U1<U2<UN3214、降壓?jiǎn)?dòng)降低電樞回路電壓?jiǎn)?dòng)機(jī)械特性由低向高調(diào)節(jié)電樞回路電壓U1<U2<UN為了獲得足夠大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，Ist通常限制在（1.5~2）IN優(yōu)點(diǎn)：起動(dòng)平穩(wěn)，能量損耗小。缺點(diǎn)：系統(tǒng)復(fù)雜，需要一套可調(diào)節(jié)電壓的直流電源，增加設(shè)備投資。適用于：要求經(jīng)常啟動(dòng)的場(chǎng)合和大中型電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)。直流電機(jī)的啟動(dòng)

小結(jié)啟動(dòng)要求：

Tst、Ist直接起動(dòng)：適用于小功率。電樞回路串電阻起動(dòng)：適用于中小型直流電機(jī)降低電樞電壓起動(dòng)：經(jīng)常啟動(dòng)的場(chǎng)合和大中型電動(dòng)機(jī)直流電機(jī)的調(diào)速與制動(dòng)SpeedregulationandbrakingofDCmotors電力拖動(dòng)系統(tǒng)中采用的調(diào)速方法通常有三種：機(jī)械調(diào)速、電氣調(diào)速、電氣—機(jī)械調(diào)速。他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式：調(diào)速方法：（1）電樞回路串電阻：調(diào)速改變串入電樞回路中的電阻；（2）弱磁調(diào)速：改變勵(lì)磁電流（主磁通）；（3）減壓調(diào)速：改變電樞端電壓調(diào)速。直流電機(jī)的調(diào)速1.電樞回路串電阻調(diào)速1）調(diào)速原理：電樞回路電阻越大，電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的斜率增大，與負(fù)載機(jī)械特性的交點(diǎn)也會(huì)改變，達(dá)到調(diào)速目的。串入電阻越大，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行轉(zhuǎn)速越低,機(jī)械特性曲線越陡。RaRa+R1Ra+R2Ra+R3R1<R2<R3電樞回路串電阻調(diào)速a點(diǎn)b點(diǎn)c點(diǎn)n1n2直流電機(jī)的調(diào)速優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：1、轉(zhuǎn)速只能從額定值往下調(diào)，nmax=nN。

2、電阻分段串入，故屬于有級(jí)調(diào)速，調(diào)速平滑性差。 3、損耗大，效率低，不經(jīng)濟(jì)。對(duì)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，調(diào)速前、后因磁通、

Ia不變，使T不變，輸入功率不變，輸出功率卻隨轉(zhuǎn)速的下降 而下降，減少的部分被串聯(lián)電阻消耗了。1.電樞串電阻調(diào)速適用：要求調(diào)速性能不高的生產(chǎn)機(jī)械，如起重機(jī)、礦井下使用的機(jī)車等直流電機(jī)的調(diào)速

調(diào)節(jié)電樞電壓U→n0變化，斜率不變，所以調(diào)速特性是一組平行曲線。結(jié)論：負(fù)載不變時(shí)，降低電樞電壓，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行轉(zhuǎn)速也降低。2.改變電樞電壓調(diào)速由轉(zhuǎn)速特性方程：直流電機(jī)的調(diào)速說(shuō)明：改變電壓的調(diào)速方法必須有連續(xù)可調(diào)的大功率直流電源，投資大。特點(diǎn):（1）可得到平滑、無(wú)級(jí)調(diào)速（2）調(diào)速前后的機(jī)械特性平行，斜率不變，硬度不變，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性好。（3）電源內(nèi)阻小，電能損耗較小，效率高。2.改變電樞電壓調(diào)速適用于：調(diào)速性能要求較高的生產(chǎn)機(jī)械上,如軋鋼機(jī)、造紙機(jī)等。直流電機(jī)的調(diào)速電動(dòng)機(jī)在額定磁通下運(yùn)行時(shí),磁路已接近飽和,因此改變磁通

調(diào)速,實(shí)際上是減弱磁通。3.弱磁調(diào)速TLTn

N>

1>

2

N

1

2abcnancnb結(jié)論：一般磁通減小后，運(yùn)行轉(zhuǎn)速上升，機(jī)械特性變軟。由轉(zhuǎn)速特性方程：

減小→Ea=Cen減小→Ia增大→T>TL加速da點(diǎn)d點(diǎn)b點(diǎn)nanb調(diào)節(jié)磁場(chǎng)前工作點(diǎn)調(diào)節(jié)磁場(chǎng)后工作點(diǎn)直流電機(jī)的調(diào)速3.弱磁調(diào)速優(yōu)點(diǎn)：（1）可得到平滑、無(wú)級(jí)調(diào)速，但只能向上調(diào)，受機(jī)械本身強(qiáng)度所限，n不能太高。

（2）調(diào)節(jié)的是勵(lì)磁電流（該電流比電樞電流小得多），調(diào)速設(shè)備簡(jiǎn)單，控制方便。

（3）

經(jīng)濟(jì)性較好.缺點(diǎn)：(1）機(jī)械特性的斜率變大，特性變軟； (2)轉(zhuǎn)速的升高受到電動(dòng)機(jī)換向能力和機(jī)械強(qiáng)度的限制，升速范圍不可能很大，一般D≤2；降壓和弱磁調(diào)速在額定轉(zhuǎn)速以上，采用弱磁調(diào)速，在額定轉(zhuǎn)速以下采用降壓調(diào)速。n>nN弱磁調(diào)速n<nN降壓調(diào)速擴(kuò)大調(diào)速范圍直流電機(jī)的調(diào)速直流電機(jī)的調(diào)速方法

小結(jié)（1）電樞回路串電阻（2）弱磁調(diào)速（3）減壓調(diào)速直流電機(jī)的調(diào)速電動(dòng)：電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)其電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方向一致。制動(dòng)：通過(guò)某種方法產(chǎn)生一個(gè)與拖動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)向相反的轉(zhuǎn)矩以阻止系統(tǒng)運(yùn)行，這種運(yùn)行狀態(tài)稱為制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。制動(dòng)方法機(jī)械制動(dòng)電氣制動(dòng)能耗制動(dòng)反接制動(dòng)回饋制動(dòng)概念直流電機(jī)的制動(dòng)1、原理：把他勵(lì)直流電機(jī)的電樞從電網(wǎng)上切除，并接到一個(gè)外加的制動(dòng)電阻RB上構(gòu)成閉合回路。一.能耗制動(dòng)他勵(lì)電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)控制電路電樞電流為：T制動(dòng)

→n↓→Ea↓→Ia↓→T制動(dòng)

↓，直至n=0能耗制動(dòng)時(shí)，電機(jī)靠生產(chǎn)機(jī)械的慣性力的拖動(dòng)而發(fā)電，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能消耗在電樞電路內(nèi)的電阻上，所以稱為能耗制動(dòng)。直流電機(jī)的制動(dòng)2、機(jī)械特性為：Ra+RB他勵(lì)直流電機(jī)能耗制動(dòng)機(jī)械特性n1電動(dòng)機(jī)狀態(tài)工作點(diǎn)A制動(dòng)瞬間工作點(diǎn)B電機(jī)拖動(dòng)反抗性負(fù)載，電機(jī)停轉(zhuǎn)電機(jī)拖動(dòng)位能性負(fù)載，穩(wěn)定工作點(diǎn)C制動(dòng)電阻RB

越小，則機(jī)械特性越平，T制動(dòng)

越大，制動(dòng)越快。選擇制動(dòng)電阻的原則是：最大制動(dòng)電流一般不允許超過(guò)2IN，即：直流電機(jī)的制動(dòng)能耗制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的能量來(lái)自于負(fù)載傳動(dòng)部分的動(dòng)能，因而稱能耗制動(dòng)。設(shè)備簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，且不需要從電網(wǎng)輸入電能，只是其制動(dòng)轉(zhuǎn)矩隨n下降而減小，低速時(shí)制動(dòng)效果較差。適用于一般機(jī)械要求準(zhǔn)確停車的場(chǎng)合及位能性負(fù)載的低速下放。為使電機(jī)快速停車，常與機(jī)械制動(dòng)配合使用。3、能耗制動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用直流電機(jī)的制動(dòng)二.反接制動(dòng)電樞反接制動(dòng)倒拉反接制動(dòng)（用于位能性負(fù)載下放）電樞反接制動(dòng)