电工电子教案5.4.2直流电动机

第五章电动机第四节直流电动机

第四节直流电动机【学习目标】1．了解直流电动机的根本结构、分类、工作原理及其工作特性。2．理解直流电动机的起动、反转、调速、制动的原理及方法。3.掌握直流电动机的维护常识。【重点难点】直流电动机的起动、反转、调速、制动的原理、方法及维护常识。四、直流电动机的控制1．直流电动机的起动:直流电动机接通电源的瞬间，起动电流和起动转矩可达额定值的10～20倍，对传动机构会造成过大的机械冲击,一般工业用直流电动机不允许直接起动。〔1〕电枢串电阻起动在电枢回路中串接电阻限制起动电流，一般限制在2～2.5倍额定电流范围内。电动机起动后，逐步减少起动电阻值，电动机稳定运行后，起动电阻全部切除。优缺点:设备简单、本钱低，电阻上的能量浪费多。适用场合:小直流电动机或容量稍大但不需经常起动的直流电动机。直流电动机的控制〔2〕降压起动开始起动时，电枢绕组加较低的直流电压，随着转速上升，逐渐升高电枢电压，直到额定电压运行，起动完毕。降压起动时励磁电压必须是额定值，以保证磁通有额定值。降压起动只能在电动机有专用电源时才能采用。优点:起动过程平滑、电能浪费少。缺点：设备本钱高、控制系统复杂。应用：适用容量大且经常起动的直流电动机，如起重、运输机械上的电动机。

直流电动机的控制

2．直流电动机的反转〔1〕反转的方法：一是改变磁通〔即励磁电流〕的方向；二是改变电枢电流的方向。在具体线路中，就是把励磁绕组的两根电源线对调，或者把电枢绕组的两根接线互换。〔2〕并励电动机，一般采用电枢绕组反接的方法来实现反转。在将电枢反接的同时必须连同换向极绕组一起反接，以到达改善换向的目的。〔3〕串励电动机的反转，必须改变励磁电流的方向或电枢电流的方向，才能改变电磁转矩的方向，实现电动机的反转。直流电动机的控制3．直流电动机的调速〔1〕调速定义：电动机在机械负载不变时，改变电动机的转速。〔2〕调速方法：改变电源电压U、改变电枢电阻Ra、改变主磁通φ三种方法。〔3〕调速对应的机械特性如下：直流电动机的控制〔4〕电枢串电阻调速在电枢回路中串联一个可变电阻来调速。特点：设备简单、投资少、操作方便，属于恒转矩调速方式。转速只能由额定转速往下调，是分级调速，调速平滑性差。低速时机械特性软、电能浪费多、效率低、调速级数有限。多用于负载对转速的稳定性要求不高的设备中，如起重机、电车等。目前，此种方式已逐步被晶闸管可调直流电源调速代替。直流电动机的控制〔5〕降压调速保持励磁电流不变，通过改变电枢电压实现调速，需要的直流电源电压可变。机械特性硬、转速稳定性好、调速范围大、电能损耗小、可实现无级调速。转速只能调低，不能调高，是恒转矩调速。需要专用的调速直流电源，本钱较高。一般用于大中容量的直流电动机中。随着晶闸管变流技术的飞速开展，调压调速已越来越获得广泛的应用。直流电动机的控制〔6〕弱磁调速通过改变直流电动机主磁场强度来进行调速的方法。电动机工作在磁路接近饱和的状态，只能采用减弱磁通的方法来调速。调速在励磁回路中进行，功率较小，能量损失小，控制方便；速度变化比较平滑，无级调速，只能向上调，不能在额定转速以下调节，只能与前两种调速方法结合使用，作为辅助调速；最高转速一般控制在1.2倍额定转速范围内，调速范围较小；调速后的机械特性较硬，转速较稳定，属恒功率调速。适用于需要向上调速的电力拖动系统。

直流电动机的控制

4.直流电动机的制动〔1〕制动方法：机械制动和电气制动。〔2〕电气制动：能耗制动、反接制动和回馈制动。〔3〕能耗制动：能耗制动的原理接线如以下图所示。

直流电动机的控制

能耗制动时，电动机的电枢绕组脱离电源，经制动电阻Rsa短接。电动机的励磁绕组仍由直流电源供电，产生恒定磁通Φ，电枢绕组依靠惯性继续旋转，切割磁通Φ产生电枢电动势Ea，在电枢回路中形成电流Ia，方向与原来电动状态时相反，电磁转矩的方向也随之改变，成为制动转矩。能耗制动过程中，电动机工作在发电状态，将系统的动能转化为电能，全部消耗在电枢回路的电阻上，调节制动电阻Rsa的大小可改变电枢电流Ia和制动转矩Ｔ的大小。优点：设备简单、操作方便、运行可靠、制动过程平稳、便于准确停车。缺点：能量无法利用，低速时制动效果差。适用：要求迅速停车的场合。

直流电动机的控制

〔4〕反接制动定义：把运转中的电动机的电枢绕组反接到电源上，通过改变电枢绕组电压极性使电磁转矩改变方向，产生制动转矩。电枢绕组反接时，在电枢回路中串入制动电阻Rsa以限制电枢电流Ia。否那么，在反接的瞬间，电枢电流比直接起动时还要大。制动结束后，要迅速切断电源，否那么电动机将反转。优点：设备简单、操作方便、制动效果强烈。缺点：电能损耗多，对电源的冲击较大。应用：小功率直流电动机，要求迅速制动的场合。

直流电动机的控制

〔5〕回馈制动定义：把系统的动能转化为电能，回送到电网。回馈制动的原理与三相异步电动机的回馈制动相同。优点：能量损耗少，电路不需任何改接。缺点：转速必须高于理想空载转速，不能用于快速停车。应用：适用于起重机快速下放重物或电车快速下坡的场合。

五、直流电动机使用及维护

1.直流电动机的正确使用〔1〕根据负载大小，正确选择电动机的额定容量；〔2〕根据负载的实际情况，正确选择电动机的额定转速；〔3〕根据负载特点，确定电动机的结构型式。要求转速恒定的负载，宜采用并励电动机；要求起动过载能力强的负载，宜采用串励电动机；〔4〕电动机运行中的监视。对运行中的电动机进行温度、电枢电流、火花、声音和振动监视，其目的是及时发现故障隐患并进行处理。

五、直流电动机使用及维护

2.直流电动机的定期维护〔1〕及时去除电动机外壳上的灰尘和油泥，检查接线端子是否接触良好；〔2〕检查传动装置〔包括皮带盘、联轴器等〕有无破裂损坏，安装是否牢固；〔3〕定期检查、清洗电动机轴承，更换润滑油；〔4〕经常检查电动机的绝缘电阻，定期检查机壳接地是否可靠；〔5〕定期清洁电刷与换向器外表，检查电刷与换向器接触是否良好。【课堂小结】一、直流电动机的起动:电枢串电阻、降压起动。二、直流电动机的反转：1.并励：采用电枢绕组反接的方法来实现反转。2.串励：改变励磁电流或电枢电流的方向，实现反转。三、直流电动机的调速：电枢串电阻、降压、弱磁调速。四、直流电动机的电气制动