第十章直流电机课件

1、 直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构复杂直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构复杂 ，维修也不便，但由于它的调速性能较好和起，维修也不便，但由于它的调速性能较好和起 动转矩较大，因此，对调速要求较高的生产机械或动转矩较大，因此，对调速要求较高的生产机械或 者需要较大起动转矩的生产机械往往采用直流电动者需要较大起动转矩的生产机械往往采用直流电动 机驱动。机驱动。 N S N S 直流电机由定直流电机由定 子子(磁极磁极)、转子、转子 (电枢电枢)和机座等和机座等 部分构成。部分构成。 由铁心、绕组（线圈）、换向器组成。由铁心、绕组（线圈）、换向器组成。 由永久磁铁做成。由永久磁铁做成。 磁极

2、上绕线圈，线圈中通过直流电，磁极上绕线圈，线圈中通过直流电， 形成电磁铁。形成电磁铁。 磁极上的线圈通以直流电产生磁通，称磁极上的线圈通以直流电产生磁通，称 为励磁。为励磁。 直流电机按照励磁方式可分为他励电动机直流电机按照励磁方式可分为他励电动机 、并励电动机、串励电动机和复励电动机、并励电动机、串励电动机和复励电动机 U Uf Ia M + _ + _ If f R st R Ia U M + _ If f R st R + _ I E U Ia + _ If M 复励复励 U + _ I M Ia I U + S b N a c d 直流电从两电刷之间通入电枢绕组，电枢电流直流电从两电刷

3、之间通入电枢绕组，电枢电流 方向方向如图所示。由于换向片和电源固定联接，无论如图所示。由于换向片和电源固定联接，无论 线圈怎样转动，总是线圈怎样转动，总是S极有效边的电流方向向里极有效边的电流方向向里, N 极有效边的电流方向向外。电动机电极有效边的电流方向向外。电动机电枢枢绕组通电后绕组通电后 中受力中受力(左手定则左手定则)按顺时针方向旋转按顺时针方向旋转。 U + U + 电刷电刷 换向片换向片 U + I F F T n 换向器作用：换向器作用： 将外部直流电将外部直流电 转换成内部的转换成内部的 直流电，以保直流电，以保 持转矩方向不持转矩方向不 变。变。 U+ E E T n S

4、b N d F F a c I I 换向片换向片 电刷电刷 KE: 与电机结构有关的常数与电机结构有关的常数 n: 电动机转速电动机转速 ：磁通：磁通 E= KE n U+ E E T n S b N d F F a c I I 换向片换向片 电刷电刷 aaaa RInKRIEU E RaIa E + + U M 02 TTT 设外加电枢电压设外加电枢电压 U 一定，一定，T=T2 (平衡平衡)，此时，此时 ， 若若T2突然增加，则调整过程为突然增加，则调整过程为 达到新的平衡点达到新的平衡点(Ia 、 P入 入 ) 。 。 T2 n Ia T E nKE E a a a R EU I a I

5、KT T aa RIEU 励磁绕组与电枢并联励磁绕组与电枢并联 由图可求得由图可求得 a a R EU I f f R U I aaf IIII 由上分析可知：由上分析可知： 当电源电压当电源电压U和励磁回路的电阻和励磁回路的电阻Rf一定时一定时, 励励 磁电流磁电流If和磁通和磁通则则 Ia U M + _ If f R st R + _ I E nnn 0 T KK R n ET 2 a K U n E 0 令：令： T KK R K U n ETE 2 a 即：并励电动机的磁通即：并励电动机的磁通 a aa I IT T T E K nKE RIEU 由以下公式由以下公式 Ia U M

6、+ _ If f R st R + _ I E 转转速速降降: 2 a T KK R n ET 理理想想空空载载转转速速: 0 K U n E 式中：式中： nnT KK R K U n ETE 0 2 a n0 nN TN 改变电枢电压和电枢回路串电阻可得人工特性曲线改变电枢电压和电枢回路串电阻可得人工特性曲线 动画动画 n 0 T 有一并励电动机，其额定数据如下：有一并励电动机，其额定数据如下：P =22KW, UN=110V, nN=1000r/min, = 0.84, 并已知并已知 Rf= 27.5 ，Ra= 0.04 , 试求试求: (1) 额定电流额定电流I , 额定额定 电枢电流

7、电枢电流Ia及及额定励磁电流额定励磁电流If ; (2) 损耗功率损耗功率 PaCu , 及及 PO ; (3) 额定转矩额定转矩T; (4) 反电动势反电动势E。 解：解：(1) P2是输出功率，额定输入功率为是输出功率，额定输入功率为 KW19.26 84. 0 22 2 1 P P A238 110 1019.26 3 1 U P I 额定电流额定电流 额定励磁电流额定励磁电流 A4 5 .27 110 f f R u I 额定电枢电流额定电枢电流 A2344238 fa III （2）电枢电路铜损）电枢电路铜损 W219023404. 0 2 a 2 aaCu IRP W44045 .

8、27 2 f 2 ffCu IRP 励磁电路铜损励磁电路铜损 总损失功率总损失功率 W41902200026190 21 PPP 空载损耗功率空载损耗功率 W200021904190 aCu10 PPP m.N210 1000 22 95509550 2 n P T （3）额定转矩）额定转矩 （4）反电动势）反电动势 V6 .10023404. 0110 aa IRUE 太大会使换向器产生严重的火花太大会使换向器产生严重的火花, ,烧坏换向器；烧坏换向器； Na a N ast )2010(I R U I 0 nKE E 1. 起动问题：起动问题： (1) 起动电流大起动电流大 (2) 起动转

9、矩大起动转矩大 起动时，起动转矩为起动时，起动转矩为(1020)TN , 造成机械冲造成机械冲 击，使传动机构遭受损坏。击，使传动机构遭受损坏。 tas IT N sta N ast )5 . 25 . 1 (I RR U I 直流电动机在起动和工作时，励磁电路一定要直流电动机在起动和工作时，励磁电路一定要 接通接通, ,不能让它断开不能让它断开, ,而且起动时要满励磁。否则，而且起动时要满励磁。否则， 磁路中只有很少的剩磁，可能产生事故：磁路中只有很少的剩磁，可能产生事故： a ast N st R I U R aNastst )5 . 25 . 1 (RIRIU (3)如果电机在空载运行，

10、可能造成飞车，使电机遭如果电机在空载运行，可能造成飞车，使电机遭 受严重的机械损伤，而且因电受严重的机械损伤，而且因电电流过大而将绕组电流过大而将绕组 烧坏。烧坏。（ E Ia T T0 n 飞车）飞车） 例：串励的单相手电钻，利用励磁电流和电枢电流两例：串励的单相手电钻，利用励磁电流和电枢电流两 者的方向同时改变时而转向不变的原理，采用特别的者的方向同时改变时而转向不变的原理，采用特别的 串励电动机，使手电钻用单相交流电源或直流电源供串励电动机，使手电钻用单相交流电源或直流电源供 电均可。电均可。 电磁转矩：电磁转矩： 与异步电动机相比，虽然结与异步电动机相比，虽然结 构复杂，价格高，维护也

11、不方便，但在调速性能上构复杂，价格高，维护也不方便，但在调速性能上 由其独特的优点。由其独特的优点。 1. 调速均匀平滑，可以无级调速调速均匀平滑，可以无级调速( (注：异步机改注：异步机改 变极对数调速的方法叫有级调速变极对数调速的方法叫有级调速) )。 2. 调速范围大，调速比可达调速范围大，调速比可达200 以上以上( (调速比等调速比等 于最大转速和最小转速之比）于最大转速和最小转速之比）, ,因此机械变速因此机械变速 所用的齿轮箱可大大简化。所用的齿轮箱可大大简化。 由转速公式由转速公式: E K RIU n aa 可见直流电机调速方法有三种。可见直流电机调速方法有三种。 T KK

12、R K U n ETE 2 a 保持电枢电压保持电枢电压U不变，改变励磁电流不变，改变励磁电流If (调调Rf)以以 改变磁通改变磁通 。 由式由式 0 n 0 n 0 n T n O 动画动画 T KK R K U n ETE 2 a a a a R EU I Rf E I n Ia E T nKE E a IKT T 由于电动机一般是在额定状态下运行的，它的磁 路已接近于饱和，所以在一定负载下，通常是减 小磁通调速（N），转速上调（nnN）。 电源电压U保持恒定时，减小磁通。由于机械惯 性，转速n不立即发生变化，于是反电动势 E=kEn减小，电枢电流Ia随之增加。由于Ia增加 的影响超过减

13、小的影响，所以转距T=KTIa也 就增加。如果阻转距TC（TC=T2+T0）不变，则T TC，转速n上升。随着n的升高，反电动势E增大， Ia和T也随着减小，到T=TC时，电动机维持在较原 来较高的转速运行。 (1)调速平滑，可得到无级调速；但只能向上调，受调速平滑，可得到无级调速；但只能向上调，受 机械本身强度所限，机械本身强度所限，n不能太高。不能太高。 (2) 调速设备简单，经济，电流小，便于控制。调速设备简单，经济，电流小，便于控制。 (3) 机械特性较硬，稳定性较好。机械特性较硬，稳定性较好。 (4) 对专门生产的调磁电动机对专门生产的调磁电动机, ,其调速幅度可达其调速幅度可达,

14、例如例如5302120 r/min及及3101 240 r/min 。 (1) (2) n0 n0 Tc n0 n T 0 KTnT KK R K U n ETE 0 2 a )( a一定 一定和和R (1)工作时电压不允许超过工作时电压不允许超过 ，而 ，而, 所以调速所以调速 只能向下调只能向下调。 (2)机械特性较硬，并且电压降低后硬度不变，稳机械特性较硬，并且电压降低后硬度不变，稳 定性好。定性好。 (3)均匀调节电枢电压，可得到平滑无级调速。均匀调节电枢电压，可得到平滑无级调速。 (4)调速幅度较大。调速幅度较大。 U Ia n E Ia 一般电动机都处在额定状态下运行，在进行调压

15、调速时，为保证电动机的绝缘，一般是将电动机 的电压下调UU N，而转速也下调nnN。 当磁通保持恒定时，减小电压U。由于机械惯 性，转速n不立即发生变化，反电动势E也暂不变 化，于是电枢电流Ia减小，转距T也减小。如果阻 转距TC（TC=T2+T0）不变，则TTC，转速n下 降，随着转速n的降低，反电动势E也减小。Ia和T 也随着增大，直到T=TC时，电动机维持在较原来 较低的转速运行。 有一他励电动机，有一他励电动机， 已知已知U=220V , Ia=53.8A, n=1500r/min Ra=0.7 。今将电枢电压。今将电枢电压 降低一降低一 半，而负载转矩不变，问转矩降低多少？半，而负载

16、转矩不变，问转矩降低多少？ 解解: 由由可知，在保持负载转矩和励磁可知，在保持负载转矩和励磁 电电 流不变的条件下，电流也保持不变。流不变的条件下，电流也保持不变。 8 .537 . 0220 8 .537 . 0110 / / aa aa IRU IRU E E KE KE n n E E 4 . 0 电枢中串入电阻电枢中串入电阻, ,使使 n 、 n0不变，即电机的特性曲线不变，即电机的特性曲线 变陡变陡( (斜率变大斜率变大) )，在相同力，在相同力 矩下矩下, ,n 。特性曲线如图。特性曲线如图。 R a n n0 T nnT KK R K U n ETE 0 2 a 特点：特点：(1

17、) 设备简单，操作方便。设备简单，操作方便。 (2)机械特性软，稳定性差。机械特性软，稳定性差。 (3)能量损耗大，只用于小型直流机。能量损耗大，只用于小型直流机。 Ra + R 1.电机轴上输出的机械功率。电机轴上输出的机械功率。 2.额定工作情况下的电枢上加额定工作情况下的电枢上加 的直流电压。（例：的直流电压。（例：110V，220V，440V） 3.额定电压下轴上输出额定功额定电压下轴上输出额定功 率时的电流（并励包括励磁和电枢电流）。率时的电流（并励包括励磁和电枢电流）。 （ ：效率）：效率） 4.额定转速额定转速nN: 在在PN , UN , IN 时的转速。时的转速。 直流电机的转速一般在直流电机的转速一般在500500r/min 以上。特以上。特 殊的直流电机转速可以做到很低（如每分殊的直流电机转速可以做到很低（如每分 钟几转）或很高（每分钟钟几转）或很高（每分钟30003000转以上）。转以上）。 调速时对于没有调速要求的电机，最大转速调速时对于没有调速要求的电机，最大转速 不能超过不能超过1.2nN 。 。 (3) 恒功率负载（恒功率负载（P 一定时，一定时，T和和n 成反比成反比) )，要选，要选 软特性电机拖动。如：电气机车等。软特性电机拖动。如：电气机车等。 (1) 恒转矩的生产机械恒转矩的生产机械( (TL