直流电机培训资料-文档资料

1、2021/4/6,1,电机分类,变压器 电机分类： 直流电机 旋转电机 感应电机 交流电机 同步电机,2021/4/6,2,直流电机,1、直流电机：是指发出直流电流的发电机，或通以直流电流而转动的电动机。 2、直流电机的优点： （1）直流电动机具有良好的起动性能，能在宽广的范围内平滑而经济地调速，所以被广泛的用于电力机车、无轨电车、轧钢机、机床、起重设备中。 （2）直流发电机作为各种直流电源。目前，由可控硅整流元件组成的直流电源设备正逐步取代直流发电机。 3、主要介绍换向器式直流电机。,2021/4/6,3,直流电机的组成及作用,1、直流电机主要由定子和转子组成。 2、定子的作用是用来产生磁场

2、和作电机的机械支撑，包括主磁极、换向极、机座、端盖、轴承等。 电刷装置也固定在定子上。 3、转子包括电枢、换向器、轴、风扇等。 电枢包括电枢铁心和电枢绕组，用来感应电势而实现能量转换。,2021/4/6,4,直流电机各组成部分的作用,1、主磁极：是用来产生气隙磁场，以便电枢在此磁场中转动而感应电势。绝大部分直流电机的主磁极不用永久磁铁，而是由励磁绕组通以直流电流来建立磁场。 主磁极包括主极铁心和套在铁心上的励磁绕组两部分。 2、换向极：是用来改善换向的。换向极绕组和电枢串联。 3、机座：机座的主体部分作为磁极间的通路，同时又用来固定主极、换向极和端盖，把电机固定在基础上。 4、电枢铁心：是用来

3、作为磁的通路及嵌放电枢绕组的。 5、电枢绕组：是用来感应电势和通过电流，使电机能实现机电能量转换。 6、换向器：是把电枢绕组内部的交流电势用机械换接的方法转换为电刷间的直流电势。 7、电刷装置：一是把转动的电枢绕组与外电路连接，使电流经电刷输入电枢或从电枢输出；二是与换向器配合作用而获得直流电压。,2021/4/6,5,直流电机的分类,1、直流电机按励磁方式分为他励和自励。 2、作为发电机运行时，自励是指发电机的励磁所需的励磁电流由该电机本身电枢供给。他励是指励磁电流由另外的电源供给，与电枢电路没有电的连接。 自励发电机按励磁绕组与电枢连接方式的不同而分为并励、串励、复励。 （1）并励发电机的

4、励磁绕组与电枢并联。 （2）串励发电机的励磁绕组与电枢串联。 （3）复励发电机既有并励绕组又有串励绕组套在同一 主极铁心上。,2021/4/6,6,直流电机的分类,3、作为电动机运行时，不称自励，也可分为他励、并励、串励、复励。 他励电动机的含义是电枢与励磁绕组分别用不同的电源供电。 并励只指由同一电源供电给并联着的电枢和励磁绕组。,2021/4/6,7,直流电机中的常用公式,1、电枢绕组的感应电势： E=Ce*N 其中： Ce为电势常数 为每极磁通 N为电机的转速 2、电机的电磁转矩 T=Cm*Ia 其中： Cm为转矩常数 为每极磁通 Ia为流过电枢的电流,2021/4/6,8,直流电机的起

5、动,1、从机械方面来看，起动时要求电动机产生足够大的电磁转矩来克服机组的摩擦转矩、惯性转矩及负载转矩。 2、从电磁转矩 T=Cm*Ia 来看，要求起动时电流大些，才能获得较大的起动转矩。 从电路方面来看，起动刚开始时，电机转速为 N=0，反电势 E=0，电枢电流 Ia=U/R 将达到很大的数值。以致电网电压突然降低，影响电网上的其他用户用电，还使电机绕组发热和受到很大的电磁力的冲击。因此要求起动时电流不超过允许范围。 3、直流电机起动的基本要求： （1）有足够大的起动转矩； （2）起动电流限制在允许范围内； （3）起动时间短 （4）起动设备简单、经济、可靠。,2021/4/6,9,直流电机的常

6、用起动方法,4、起动方法： （1）直接起动 （2）电枢电路串变阻器起动 （3）降压起动 5、起动原则：确保有足够大的电磁转矩和降低起动电流。 为此，在起动时，应保证电动机的磁通达到最大值。因为 T=Cm*Ia ，同样电流下， 最大则 T最大。为此，在起动过程中，保证励磁回路电压不受电枢起动电阻压降的影响。,2021/4/6,10,直流电机的常用起动方法,一、直接起动： 1、直接起动：是指不采取任何限流措施，把静止的电枢直接投入到额定电压的电网上起动。 2、直接起动的优点：不必另加起动设备，操作简便，起动转矩足够大。 3、直接起动的缺点：起动电流大，对电网产生不利的影响，使电机换向器上产生强烈的

7、火花。,2021/4/6,11,直流电机的常用起动方法,二、电枢电路串变阻器起动： 1、串变阻器起动：是指在起动过程中，在电枢电路串接可变电阻，以限制起动电流。一般在转速上升过程中逐步切除电阻，把电流限制在允许范围内，并使电机转速在较小的波动下上升，在不太长时间内起动完毕。 2、串变阻器起动的优点：所需起动设备不多。 3、串变阻器起动的缺点：在起动过程中消耗大量的电能，很不经济。,2021/4/6,12,直流电机的常用起动方法,三、降压起动： 1、降压起动：降压起动只有在电动机有专用电源时才能采用。 2、降压起动：起动时，先把专用电源电压降低，以限制起动电流。起动过程中，逐步提升电源电压，使电

8、动机转速按所需的加速度上升。 3、降压起动的优点：起动电流小，起动能耗小，可平稳升速。 4、降压起动的缺点：需要专用电源，设备投资大。,2021/4/6,13,直流电动机的工作特性,1、工作特性：是指在电压U=常数、电枢回路不串外加电阻、并励励磁电流保持不变的条件下，电动机的转速N、电磁转矩T、效率等与输出功率P之间的关系曲线。 2、并励电动机的速率特性： N=U- Ia* Ra/ Ce* 由上式可见，影响转速的因素有两个，即电枢回路的电阻压降和电枢反应的影响。当负载增加因而电枢电流Ia增加时，电阻压降Ia* Ra使转速趋于下降，但电枢反应常起去磁作用，它使转速趋于上升，因此它们对转速的影响部

9、分地互相抵消，使电动机转速变化很小。如果前一因素大于后一因素，则速率特性曲线略向下垂，反之则可能略向上翘。 N P,2021/4/6,14,直流电动机的工作特性,3、串励电动机的速率特性： （1）特点是： 当负载增加时，转速下降得很快。 转矩随输出功率的增加而很快上升。 （2）原因： 当负载增大而输出功率 P2 增加时，输入功率 P1亦必须增加，在电压U=常数的条件下， Ia 必须增加。 Ia 的增加一方面使磁通 亦增加，另一方面还使电枢回路的总电阻压降 Ia* Ra 变大。从转速公式可见，这两种作用都使转速降低，因此转速随输出功率增加而迅速下降。如果负载很轻， Ia 很小， 很小，则转速将非

10、常高，以至达到危险的高速，这种现象俗称“飞速”。 在满载或较重负载下，电枢电流 Ia 比较大，由于是串联，即励磁电流 If 较大，随之气隙磁通 亦相当大。因此电枢只需不太高的转速便能产生足够大的反电势来与电网电压 U 相平衡。如果串励电机空载或负载很轻时， If = Ia 很小或趋于零，使 变得很小，因此电枢必须以非常高的转速旋转，才能产生足够的反电势 E 来与电网电压 U 相平衡。,2021/4/6,15,直流电动机的工作特性,（3）曲线图： N P 4、复励电动机的工作特性： 要保持串励电动机的优点，而又能保证不发生“飞速”现象，应采用复励电动机。 复励电动机既有并励绕组又有串励绕组，这两

11、种绕组的比例不同，就得到不同的特性。若并励起主要作用，则其特性接近于并励电动机。反之，若串励绕组起主要作用，则其特性接近于串励电动机。,2021/4/6,16,直流电动机的调速,1、由直流电动机的转速公式 N=U- Ia*（ Ra+ Rj）/ Ce* 可见，可采用3种方法进行调速。 （1）改变励磁电流来改变磁通 ； （2）改变加于电枢回路的端电压 U ； （3）改变串入电枢回路中的电阻 Rj 。 2、改变励磁电流调速： 从上式可见，当电动机端电压 U 一定时，减少励磁电流而使磁通 减少时，转速将相应升高。电动机励磁电流的改变，是由改变串接于并励绕组回路的调节电阻Ra来实现的。每改变一次电阻，便

12、得到一不同 If ，即不同的 ，于是得到一不同转速。 物理解释：在 If 刚开始减小时，机组转速由于机械惯性来不及改变，但 很快减小了，因此反电势 E= Ce* *N立即减小，从电枢电流 Ia=U-E/Ra 可见，E 减小则 Ia 将急剧增加。由于 Ia 急剧增加，电磁转矩 T 亦迅速增长，于是机组加速。当机组转速增加后，反电势 E 又随之增高，而电枢电流 Ia 和电磁转矩 T 又回头下降，一直到电磁转矩重新等于负载转矩为止。此时便进入新的稳定运行状态，转速达到新的稳定值。 缺点：只能调高，不能调低。 优点：效率基本不变。,2021/4/6,17,直流电动机的调速,3、改变电枢端电压调速： 从

13、电机转速公式 N=U- Ia*（ Ra+ Rj）/ Ce* 可见，当励磁电流不变时，改变电枢端电压，即可改变电动机的转速。提高端电压，电动机的转速便升高。 缺点：需要专用电源。,2021/4/6,18,直流电动机的调速,4、改变串入电枢回路中的电阻调速： 从电机转速公式 N=U- Ia*（ Ra+ Rj）/ Ce* 可见，在一定的外加电压下，改变串接于电枢回路的电阻 Rj 时，由于电阻压降 Ia* Rj改变，引起电枢端电压改变，从而可调节电机的转速。 物理解释：当调速开始，突然串入电阻Rj时，机组转速因有惯性来不及变化，因之反电势E暂时未变，而电枢电流 Ia=U-E / Ra+ Rj ，将因串

14、入Rj 而急剧下降，同时电磁转矩T亦随之急剧下降。这时T远小于负载制动转矩，故电机开始减速。但随着电机转速的下降，反电势E亦跟着下降，故电枢电流又回升，一直与原来的电枢电流相等为止。此时转速降低到新的值，机组又重新得到平衡而运行于新的稳定状态。 缺点：电动机的效率随转速成正比下降； 只能调低，不能调高。,2021/4/6,19,直流电动机的制动,1、直流电动机的制动方法有三种： （1）能耗制动； （2）反接制动； （3）回馈制动；（再生制动） 2、三种方法的共同点： 在保留原来磁场大小方向不变的情况下，把电枢电流方向改变，以获得方向同转子旋转方向相反的制动力矩。,2021/4/6,20,直流电

15、动机的制动,一、能耗制动： 1、能耗制动： 是利用电动机从电网断开以后机组的动能产生电磁制动力矩。 2、物理过程： 进行能耗制动时，保持励磁电流不变而将电枢两端从电网断开，并立即把它接在一个制动电阻上。这时电机中仍有磁场，转子因惯性仍在继续旋转，因此变成一台他励发电机，向制动电阻供电。和通常发电机一样，此时电磁转矩的方向同电枢旋转方向相反而起制动作用。一直到把机组储藏的动能完全消耗在制动电阻和机组本身的损耗上时，机组就停止转动，故称能耗制动。 3、优点：经济性好； 缺点：制动转矩小。,2021/4/6,21,直流电动机的制动,二、反接制动： 1、反接制动： 是指在励磁电流不变的条件下，利用开关

16、把电枢的两端反接到电网上进行的制动，此时机组将很快停止转动。 2、物理过程： 进行反接制动时，励磁电流不变，电网电压U变为负值，即与原来作为电动机时的反电势E同方向。此时电枢电流 Ia= -（U+E）/ Ra，因此电枢中立即产生很大的、方向与原来相反的电流。随之产生很大的方向与电枢旋转方向相反的电磁转矩，引起强烈的制动作用，使电机迅速停转。 3、优点：制动力矩很大。 缺点：电枢电流非常大，对电网产生冲击，对电机不利；还要由电网供给功率，不经济。,2021/4/6,22,直流电动机的制动,三、回馈制动： 1、回馈制动： 是指电机由电动机运行状态转入到发电机运行状态，回馈给电网电能，故称回馈制动。

17、 2、物理过程： 当电动机的转速升高时，保证电机有适当的励磁电流，仍让电枢接在电网上，则当转速高到某一数值时，电动机的反电势EU电枢电流反了方向，电机进入发电机的运行状态，而起制动作用，限制转速的上升。 3、注意事项： （1）并励电动机回馈制动时，不必更改电枢电路的连接。 （2）串励电动机回馈制动时，必须把串励绕组改为他励而用较低的电压加于励磁绕组，以保证所需的励磁电流来实现回馈制动。,2021/4/6,23,直流电机的换向,一、直流电机电枢绕组中的电势和电流是交变的，只是借助于旋转的换向器和静止的电刷配合工作，才在电刷间获得直流电压和电流。当旋转的电枢绕组元件从一条支路经过电刷底下而进入另一

18、条支路时，该元件中的电流从一方向变换为另一方向。这种电流方向的变换就称为换向。 二、换向过程有电磁过程，还有机械、电化学、电热等方面的现象。 三、换向不良的影响： 1、在电刷下产生火花，当火花超过一定程度时会使电刷和换向器表面损坏，致使电机不能正常运行。 2、火花还产生电磁波，对无线电通讯产生干扰。,2021/4/6,24,产生火花的原因（1）,一、直流电机运行时，在电刷下往往发生火花。小部分的微弱火花对电机运行无危害，但是如果火花范围扩大和程度强烈，则将烧灼换向器和电刷，使其表面粗糙和留有灼痕，而不光滑的换向器和表面粗糙的电刷接触又使火花程度加强，如此循环积累下去，电机将很快不能运行。 二、

19、我国国家标准GB75581将火花分为五个等级，既1、11/4、 11/2、2、3。 三、对正常运行的电机，其火花等级应不超过11/2级。,2021/4/6,25,产生火花的原因（2）,四、产生火花的原因： 1、电磁性原因： 由于附加电流的出现，附加电流产生的磁场能量够大，或引起的接触点上的热能损耗够大，可能发生火花。 2、机械原因： 由于换向器、转子和电刷装置等方面的缺陷，（如换向器偏心、换向片间的云母绝缘突出、转子平衡不良、电刷松动、电刷压力不适当等。）引起火花。 3、化学原因： 换向器表面形成氧化膜，对电机换向有良好作用。如果电刷压力过大、在缺氧或缺水汽、在具有破坏氧化膜气体的环境中工作，

20、会使换向器表面的氧化膜遭到破坏，容易引起火花。,2021/4/6,26,改善换向的措施,一、装置换向极： 换向极装在电枢上的几何中性线上，电刷则装置在换向器上的几何中性线上并在任何负载时保持这个位置。 把换向极绕组和电枢绕组串联。 二、移动电刷位置： 很少采用。 三、选用合适电刷：,2021/4/6,27,电机的发热和冷却,一、国家标准把周围冷却空气的最高温度规定为40度。 二、电机中常用的绝缘材料及其允许温度： 1、按照耐热能力的高低，电机中的绝缘材料分成A、E、B、F、H、C级。 2、A级绝缘：允许工作温度为105度； 3、 E级绝缘：允许工作温度为120度； 4、 B级绝缘：允许工作温度为130度； 5、 F级绝缘：允许工作温度为155度； 6、 H级绝缘：允许工作温度为180度； 7、 C级绝缘：允许工作温度为180度以上。 三、降低温升的方法： 1、减少电机的损耗，以减少损耗产生的热量； 2、提高电机的散热能力。,2021/4/6,28,电机的冷却方式和机壳的防护形式（1）,一、电机冷却的主要问题是确定冷却介质和冷却方式。 二、按冷却介质的不同，电机冷却可分成下列两类： 1、气体冷却； 2、液