第8章 直流电动机电工电子秦曾煌

1、返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录2/30返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录3/30 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动转矩维修也不便，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者需要较较大，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机驱动。大起动转矩的生产机械往往采用直流电动机驱动。 (1) 调速性能好调速性能好, 调速范围广调速范围广, 易于平滑调节。易于平滑调节。 (2) 起动、制动转矩大起动、制

2、动转矩大, 易于快速起动、停车。易于快速起动、停车。 (3) 易于控制。易于控制。 直流电机是机械能和直流电能相互转换的旋转机直流电机是机械能和直流电能相互转换的旋转机械装置。直流电机用作发电机时，它将机械能转换为械装置。直流电机用作发电机时，它将机械能转换为电能；用作电动机时，将电能转换为机械能。电能；用作电动机时，将电能转换为机械能。返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录4/30直流电动机的结构直流电动机的结构直流电机主要由磁极、电枢和换向器三部分构成。直流电机主要由磁极、电枢和换向器三部分构成。返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录5/301. 永磁式永磁

3、式: 由永久磁铁做成。由永久磁铁做成。励磁式励磁式: 磁极上绕线圈，线圈中通过直流电，形成磁极上绕线圈，线圈中通过直流电，形成 电磁铁。电磁铁。磁极上的线磁极上的线圈通以直流电产生磁圈通以直流电产生磁通通, 称为励磁。称为励磁。直流电机的磁极及磁路直流电机的磁极及磁路返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录6/30 2. 电枢电枢 电枢铁心：由硅钢片叠装而成。电枢铁心：由硅钢片叠装而成。 电枢绕组：由单个绕组元件组成。电枢绕组：由单个绕组元件组成。电枢电枢直流电动机的电枢和直流电动机的电枢和电枢铁心片电枢铁心片返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录7/30 换向器

4、又称整流子，是直流电机中的一种特殊装置。换向器又称整流子，是直流电机中的一种特殊装置。 换向器作用：将外部直流电转换成内部的交流换向器作用：将外部直流电转换成内部的交流电，以保持转矩方向不变。电，以保持转矩方向不变。换向器换向器外形外形剖面图剖面图 3. 换向器换向器 返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录8/30IU+ 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连接，无论如图所示。由于换向片和电源固定连接，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

5、效边的电流方向向外。电机电极有效边的电流方向向外。电机电枢枢绕组通电后受绕组通电后受力力(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+IFFTn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交流电，以保交流电，以保持转矩方向不持转矩方向不变。变。返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录9/30U+EE 线圈在磁场中旋转线圈在磁场中旋转, 将在线圈中产生感应电动势。将在线圈中产生感应电动势。由右手定则，感应电动势的方向与电流的方向相反。由右手定则，感应电动势的方向与电流的方向相反。KE: 与电机结构有关的常数与电机

6、结构有关的常数n: 电枢转速电枢转速 ：一个磁极的磁通一个磁极的磁通E = KE n返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录10/30aaaaERInKRIEU U+返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录11/30返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录12/3002TTT 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 ) 。返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录13/30(1) 他励电动机他励电动机

7、 励磁绕组和电枢绕组分别由两个直流电源供电。励磁绕组和电枢绕组分别由两个直流电源供电。1. 直流电动机的分类直流电动机的分类 按照励磁方式分为他励、并励、串励和复励四种。按照励磁方式分为他励、并励、串励和复励四种。(2) 并励电动机并励电动机 励磁绕组和电枢绕组并联，由一个直流电源供电。励磁绕组和电枢绕组并联，由一个直流电源供电。并励并励返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录14/30复励复励返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录15/30aaRIEU 由图可求得由图可求得aaREUI ffRUI aafIIII 由以上分析可知：由以上分析可知： 当电源电压当电

8、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, 励磁励磁电流电流 If 和它产生的磁通和它产生的磁通因此，因此，并励电动机的励磁绕组与电枢并联。并励电动机的励磁绕组与电枢并联。返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录16/30nnn0 TKKRn2ETa a KUnE0 令令 TKKRKUn2ETaE 并励电动机的特点之一就是：并励电动机的特点之一就是：磁通磁通 = 常数，转矩与电枢常数，转矩与电枢电流成正比。电流成正比。 aTEaaIKTnKERIEU 由以下公式由以下公式电动机的转矩与电枢电流成正比，即电动机的转矩与电枢电流成正比，即返回返回退出退出上一页上一

9、页 下一页下一页章目录章目录17/30为为转转速速降降。TKKRn2ETa ；理理想想空空载载转转速速为为，KUnE0 式中：式中：nnTKKRKUn02ETaE 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。返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录18/30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 , 额定电枢电流额定电枢电流 I

10、a 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 , PfCu 及及 P0 ; (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kW1926kW8402221.PP A238A11010192631 .UPI额定电流额定电流额定励磁电流额定励磁电流A4A527110ff .RUI额定电枢电流额定电枢电流A234A4238fa ) )( (III返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录19/30 (2) 电枢电路铜损耗电枢电路铜损耗W2190W2340402a2a

11、aCu .IRPW440452722fffCu .IRP励磁电路铜损耗励磁电路铜损耗总损失功率总损失功率W4190W220002619021 ）（PPPmN210mN100022955095502 nPT(3) 额定转矩额定转矩(4) 反电动势反电动势V6100V234040110aa.IRUE ）（空载损耗功率空载损耗功率W2000W21904190aCu0 ）（PPP返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录20/30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；NaaNast)2010(IRUI 0E nKE(1) 起动问题起动问题 并

12、励电动机的转矩正比于电枢电流，即并励电动机的转矩正比于电枢电流，即 ，所以，起动转矩也太大。它会产生机械冲击，使传所以，起动转矩也太大。它会产生机械冲击，使传动机构遭受损坏。动机构遭受损坏。tasIT 返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录21/30 NstaNast)5 . 25 . 1 (IRRUI 直流电动机在起动和工作时，励磁电路一定要接直流电动机在起动和工作时，励磁电路一定要接通通, ,不能让它断开不能让它断开, ,而且起动时要满励磁。否则，磁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。路中只有很少的剩磁，可能产生事故。aastNstRIUR 在满磁

13、下将在满磁下将 Rst 置最大处，逐渐减小置最大处，逐渐减小Rst使使 n 升高。升高。返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录22/30 如果电动机是静止的，由于转矩太小如果电动机是静止的，由于转矩太小( (T = KT Ia) , 电机将不能起动电机将不能起动，这时反电动势为零，电枢电流，这时反电动势为零，电枢电流很大，电枢绕组有被烧坏的危险。很大，电枢绕组有被烧坏的危险。 如果电动机在有载运行时断开励磁回路如果电动机在有载运行时断开励磁回路, , 反电动势反电动势立即减小而使电枢电流增大，同时由于所产生的转立即减小而使电枢电流增大，同时由于所产生的转 矩矩不满足不满足负载负

14、载的需要的需要, ,电动机必将减速而停转电动机必将减速而停转, ,更加更加 促使电枢电流的增大促使电枢电流的增大, ,以至烧毁电枢绕组和换向器。以至烧毁电枢绕组和换向器。 如果电动机在空载运行如果电动机在空载运行, , 可能造成可能造成“飞车飞车”，使电，使电动机遭受严重的机械损伤，而且因电动机遭受严重的机械损伤，而且因电电流过大而电流过大而将绕将绕 组烧坏。组烧坏。（ E Ia T T0 n 飞车）飞车）返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录23/30 例：例：串励的单相手电钻，利用励磁电流和电枢串励的单相手电钻，利用励磁电流和电枢电流两者的方向同时改变时转向不变的原理，采用

15、电流两者的方向同时改变时转向不变的原理，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电均可。流电源供电均可。电磁转矩电磁转矩 T = KT Ia (1) 改变励磁电流的方向。改变励磁电流的方向。 (2) 改变电枢电流的方向。改变电枢电流的方向。改变直流电动机转向的方法有两种：改变直流电动机转向的方法有两种：返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录24/30并励并励( (他励他励) )电动机电动机与交流异步电动机相比，虽然与交流异步电动机相比，虽然结构复杂，价格高，维护也不方便，但在调速性能上结构复杂，价格高，维护也不方便，但

16、在调速性能上有其独特的优点。因此，在对调速性能要求较高的生有其独特的优点。因此，在对调速性能要求较高的生产机械上，常采用直流电动机。产机械上，常采用直流电动机。由由并励并励 (或他励或他励) 电动机的电动机的转速公式转速公式 可知，改变转速常用以下两种方法。可知，改变转速常用以下两种方法。 电动机的调速就是在同一负载下获得不同的转速电动机的调速就是在同一负载下获得不同的转速,以满足生产要求。以满足生产要求。 EaaKRIUn 返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录25/30 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R f) 以以改变磁通改变磁通

17、 。由式由式TKKRKUn2EFaE 返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录26/30TKKRKUn2TFaE 返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录27/30(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3 4, 例如例如53021

18、20 r/min及及3101 240 r/min 。 减小减小 调速的特点：调速的特点：(1) 若调速后若调速后Ia 保持不变，电动机在高速运转时其负保持不变，电动机在高速运转时其负载转矩必须减小。载转矩必须减小。(2) 这种调速方法只适用于恒功率调速这种调速方法只适用于恒功率调速( (如用于切削机如用于切削机床床) )。使用改变磁通方法调速时应注意：使用改变磁通方法调速时应注意：返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录28/30由转速公式知：由转速公式知：调电压调电压U，n0变化，但斜变化，但斜率不变，所以调速特性率不变，所以调速特性是一组平行曲线。是一组平行曲线。 )(a一定一定和和R改变电压调速的特点改变电压调速的特点: :(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，稳定机械特性较硬，并且电压降低后硬度不变，稳定 性好。性好。KT