電工學---電工技術陳海川2010-2第8章直流電動機8.1

直流電機的構造8.2

直流電機的基本工作原理8.4

并勵電動機的起動與反轉8.3

直流電動機的機械特性8.5

并勵(他勵)電動機的調速8.1

直流電機的構造直流電動機雖然比三相交流異步電動機結構復雜，維修也不便，但由于它的調速性能較好和起動轉矩較大，因此，對調速要求較高的生產機械或者需要較大起動轉矩的生產機械往往采用直流電動機驅動。直流電機的優點：

(1)調速性能好,調速范圍廣,易于平滑調節。

(2)起動、制動轉矩大,易于快速起動、停車。

(3)易于控制。應用:

1)軋鋼機、電氣機車、中大型龍門刨床、礦山豎井提升機以及起重設備等調速范圍大的大型設備。

2)用蓄電池做電源的地方，如汽車、拖拉機等NS············NS8.1

直流電動機的構造極掌極心勵磁繞組機座轉子直流電動機的磁極和磁路直流電機由定子(磁極)、轉子(電樞)和機座等部分構成。4精品課件2.轉子(電樞)

由鐵心、繞組（線圈）、換向器組成。1.定子（磁極）永磁式:

由永久磁鐵做成。勵磁式:

磁極上繞線圈，線圈中通過直流電，形成電磁鐵。勵磁:

磁極上的線圈通以直流電產生磁通，稱為勵磁。電樞鐵心：由硅鋼片疊裝而成。電樞繞組：單個繞組元件組成。用來在電機中產生磁場。5精品課件換向器亦稱整流子，起整流作用，它由楔形銅片所組成，彼此絕緣，如圖所示。安裝于轉軸上，是直流電動機的構造特征。其作用是使電樞繞組中的電流方向是交變的，以保證其電磁轉矩方向始終不變。6精品課件7精品課件1.他勵電動機勵磁繞組和電樞繞組分別由兩個直流電源供電。直流電機的分類直流電機按照勵磁方式可分為他勵電動機、并勵電動機、串勵電動機和復勵電動機2.并勵電動機勵磁繞組和電樞繞組并聯，由一個直流電源供電。UUfIaM+_+_If他勵IaUM+_If+_IE并勵8精品課件4.復勵電動機勵磁線圈與轉子電樞的聯接有串有并，接在同一電源上。3.串勵電動機勵磁線圈與轉子電樞串聯接到同一電源上。串勵UIa+_IfM復勵U+_IMIa8.2

直流電機的基本工作原理IU–+SbNacd直流電從兩電刷之間通入電樞繞組，電樞電流方向如圖所示。由于換向片和電源固定聯接，無論線圈怎樣轉動，總是S極有效邊的電流方向向里,N極有效邊的電流方向向外。電動機電樞繞組通電后受力(左手定則)按順時針方向旋轉。U–+U–+電刷換向片U–+IFFTn換向器作用：將外部直流電轉換成內部的交流電，以保持轉矩方向不變。U–+EETnSbNdFFacII換向片電刷線圈在磁場中旋轉，將在線圈中產生感應電動勢。由右手定則，感應電動勢的方向與電流的方向相反。KE:

與電機結構有關的常數n:

電動機轉速

：磁通1.電樞感應電動勢

E=EKn11精品課件U–+EETnSbNdFFacII換向片電刷由圖可知，電樞感應電動勢E與電樞電流或外加電壓方向總是相反，所以稱反電勢。式中：U—外加電壓

Ra

—繞組電阻2.電樞回路電壓平衡式–RaIaE+–+UM12精品課件KT:與電機結構有關的常數

:

線圈所處位置的磁通Ia：電樞繞組中的電流3.電磁轉矩單位:

(韋伯)，Ia

(安)，T(牛頓?米)直流電動機電樞繞組中的電流(電樞電流Ia)與磁通相互作用，產生電磁力和電磁轉矩，直流電機的電磁轉矩公式為4.轉矩平衡關系

電動機的電磁轉矩T為驅動轉矩,它使電樞轉動。在電機運行時，電磁轉矩必須和機械負載轉矩及空載損耗轉矩相平衡，即T=KT

Ia13精品課件當電動機軸上的機械負載發生變化時，通過電動機轉速、電動勢、電樞電流的變化，電磁轉矩將自動調整，以適應負載的變化，保持新的平衡。轉矩平衡過程T2:機械負載轉矩T0:空載轉矩例：設外加電樞電壓U一定，T=T2

(平衡)，此時，若T2突然增加，則調整過程為達到新的平衡點(Ia

、P入

)

。T2

n

Ia

T

E

14精品課件8.3

直流電動機的機械特性特點:

勵磁繞組與電樞并聯由圖可求得由上分析可知：當電源電壓U和勵磁回路的電阻Rf一定時,勵磁電流If和磁通

不變，即

=常數。則IaUM+_If+_IE令：T=KT

Ia=KT

Ia

即：并勵電動機的磁通

=常數，轉矩與電樞電流成正比。

由以下公式求得IaUM+_If+_IE式中：n=f(T)

特性曲線n0nNTN并勵電動機在負載變化時，轉速n的變化不大—硬機械特性。改變電樞電壓和電樞回路串電阻可得人工特性曲線n0T

n例:有一并勵電動機，其額定數據如下：P２=22KW,

UN=110V,

nN=1000r/min,

=0.84,并已知

Rf=27.5

，Ra=0.04,試求:(1)額定電流I,額定電樞電流Ia及額定勵磁電流If

;(2)損耗功率PaCu,及PO

;(3)額定轉矩T;(4)反電動勢E。解：(1)P2是輸出功率，額定輸入功率為額定電流額定勵磁電流額定電樞電流18精品課件（2）電樞電路銅損勵磁電路銅損總損失功率空載損耗功率（3）額定轉矩（4）反電動勢19精品課件8.4

并勵電動機的起動與反轉起動直流電動機不允許在額定電壓UN下直接起動。Iast太大會使換向器產生嚴重的火花,燒壞換向器；起動時,n=0

1.起動問題：(1)起動電流大(2)起動轉矩大起動時，起動轉矩為(10~20)TN,造成機械沖擊，使傳動機構遭受損壞。一般Iast限制在(1.5~2.5)IN。2.起動方法

3.注意事項(1)電樞串電阻起動法(2)降壓起動法：直流電動機在起動和工作時，勵磁電路一定要接通,不能讓它斷開,而且起動時要滿勵磁。否則，磁路中只有很少的剩磁，可能產生事故：在滿磁下將Rst置最大處，逐漸減小Rst使n升高。最大起動電壓Ust為(1)如果電動機是靜止的，由于轉矩太小(T=KT

Ia),

電機將不能起動，這時反電動勢為零，電樞電流很大，電樞繞組有被燒壞的危險。

(2)如果電動機在有載運行時斷開勵磁回路，反電動勢

E立即減小而使電樞電流增大，同時由于所產生的轉矩不滿足負載的需要，電動機必將減速而停轉，更加促使電樞電流的增大，以至燒毀電樞繞組和換向器。

(3)如果電機在空載運行，可能造成飛車，使電機遭受嚴重的機械損傷，而且因電樞電流過大而將繞組燒壞。（

E

Ia

T>>

T0

n

飛車）22精品課件2.反轉電磁轉矩：T=KT

Ia

(1)改變勵磁電流的方向。

(2)改變電樞電流的方向。注意：改變轉動方向時，勵磁電流和電樞電流兩者的方向不能同時變。改變直流電機轉向的方法有兩種：23精品課件8.5

并勵(他勵)電動機的調速并勵(他勵)電動機與異步電動機相比，雖然結構復雜，價格高，維護也不方便，但在調速性能上由其獨特的優點。

1.調速均勻平滑，可以無級調速(注：異步機改變極對數調速的方法叫有級調速)。

2.調速范圍大，調速比可達200以上(調速比等于最大轉速和最小轉速之比）,因此機械變速所用的齒輪箱可大大簡化。主要優點：由轉速公式:可見直流電機調速方法常采用以下兩種。可見：在U一定的情況下，改變

可改變轉速n。8.5.1

改變磁通調速保持電樞電壓U不變，改變勵磁電流If(調Rf)以改變磁通

。由式Rf

If

n

一般只采用減少勵磁電流(減弱磁通)的方法調速,即

改變磁通調速的方法：減小磁通，n只能上調。改變

時的機械特性如圖。TLTn（

減小）Rf增加

O25精品課件調速過程:直至T=TC達到新的平衡。電壓U保持一定,減小磁通

。

Rf

E

Iａ

n

Ia

E

瞬間T

>T２T

26精品課件27精品課件(1)調速平滑，可得到無級調速；但只能向上調，受機械本身強度所限，n不能太高。(2)調速設備簡單，經濟，電流小，便于控制。(3)機械特性較硬，穩定性較好。(4)對專門生產的調磁電動機,其調速幅度可達３~４,

例如530~2120r/min及310~1240r/min。

減小

調速的特點：(1)若調速后

Ia

保持不變，電動機在高速運轉時其負載轉矩必須減小。(2)這種調速方法只適用于恒功率調速(如用于切削機床)。使用調磁調速時應注意：28精品課件8.5.2

改變電壓調速由轉速公式知：調電壓U，n0變化，但斜率不變，所以調速特性是一組平行曲線。n0"n0'電壓降低Tc特性曲線n0nT0改變電壓調速的特點:(1)工作時電壓不允許超過UN

，而n

U,所以調速只能向下調。(2)機械特性較硬，并且電壓降低后硬度不變，穩定性好。(3)均勻調節電樞電壓，可得到平滑無級調速。(4)調速幅度較大。調速過程:保持If

為額定,減小電樞電壓。

U

Ia

T

T

=TC穩定n

E

Ia

T

改變電壓調速需要用電壓可以調節的專用設備，投資費用較高。近年來已普遍采用晶閘管整流電源對電動機進行調壓和調磁，以改變它的轉速。30精品課件31精品課件例:

有一他勵電動機，已知U=220V,Ia=53.8A,n=1500r/minRa=0.7

。今將電樞電壓降低一半，而負載轉矩不變，問轉矩降低多少？解:由T=KT

Ia可知，在保持負載轉矩和勵磁電流不變的條件下，電流也保持不變。電壓降低后的轉速n′對原來的轉速n之比為32精品課件8.5.3

電樞回路串電阻調速電樞中串入電阻,使

n

、

n0不變，即電機的特性曲線變陡(斜率變大)，在相同力矩下,n

。特性曲線如圖。Rann0T

電樞回路串電阻調速需在電樞中串入專用電阻，電阻增大則轉速下降，因此n只能下調。特點：(1)設備簡單，操作方便。(2)機械特性軟，穩定性差。(3)能量損耗大，只用于小型直流機。Ra

+

R電阻增大33精品課件34精品課件1.額定功率PN:

電機軸上輸出的機械功率。2.額定電壓UN:

額定工作情況下的電樞上加的直流電壓。（例：110V，220V，440V）3.額定電流IN:

額定電壓下軸上輸出額定功率時的電流（并勵包括勵磁和電樞電流）。

三者關系：PN=UNIN

（

：效率）4.額定轉速nN:

在PN,UN,IN

時的轉速。直流電機的轉速一般在500r/min以上。特殊的直流電機轉速可以做到很低（如每分鐘幾轉）或很高（每分鐘3000轉以上）。注意:調速時對于沒有調速要求的電機，最大轉速不能超過