直流電機培訓(xùn)資料

1、電機分類 變壓器電機分類： 直流電機 旋轉(zhuǎn)電機 感應(yīng)電機 交流電機 同步電機直流電機1、直流電機：是指發(fā)出直流電流的發(fā)電機，或通以直流電流而轉(zhuǎn)動的電動機。2、直流電機的優(yōu)點：（1）直流電動機具有良好的起動性能，能在寬廣的范圍內(nèi)平滑而經(jīng)濟地調(diào)速，所以被廣泛的用于電力機車、無軌電車、軋鋼機、機床、起重設(shè)備中。（2）直流發(fā)電機作為各種直流電源。目前，由可控硅整流元件組成的直流電源設(shè)備正逐步取代直流發(fā)電機。3、主要介紹換向器式直流電機。直流電機的組成及作用1、直流電機主要由定子和轉(zhuǎn)子組成。2、定子的作用是用來產(chǎn)生磁場和作電機的機械支撐，包括主磁極、換向極、機座、端蓋、軸承等。 電刷裝置也固定在定子上。

2、3、轉(zhuǎn)子包括電樞、換向器、軸、風(fēng)扇等。 電樞包括電樞鐵心和電樞繞組，用來感應(yīng)電勢而實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。直流電機各組成部分的作用1、主磁極：是用來產(chǎn)生氣隙磁場，以便電樞在此磁場中轉(zhuǎn)動而感應(yīng)電勢。絕大部分直流電機的主磁極不用永久磁鐵，而是由勵磁繞組通以直流電流來建立磁場。 主磁極包括主極鐵心和套在鐵心上的勵磁繞組兩部分。2、換向極：是用來改善換向的。換向極繞組和電樞串聯(lián)。3、機座：機座的主體部分作為磁極間的通路，同時又用來固定主極、換向極和端蓋，把電機固定在基礎(chǔ)上。4、電樞鐵心：是用來作為磁的通路及嵌放電樞繞組的。5、電樞繞組：是用來感應(yīng)電勢和通過電流，使電機能實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換。6、換向器：是把電樞繞組

3、內(nèi)部的交流電勢用機械換接的方法轉(zhuǎn)換為電刷間的直流電勢。7、電刷裝置：一是把轉(zhuǎn)動的電樞繞組與外電路連接，使電流經(jīng)電刷輸入電樞或從電樞輸出；二是與換向器配合作用而獲得直流電壓。直流電機的分類1、直流電機按勵磁方式分為他勵和自勵。2、作為發(fā)電機運行時，自勵是指發(fā)電機的勵磁所需的勵磁電流由該電機本身電樞供給。他勵是指勵磁電流由另外的電源供給，與電樞電路沒有電的連接。 自勵發(fā)電機按勵磁繞組與電樞連接方式的不同而分為并勵、串勵、復(fù)勵。 （1）并勵發(fā)電機的勵磁繞組與電樞并聯(lián)。 （2）串勵發(fā)電機的勵磁繞組與電樞串聯(lián)。 （3）復(fù)勵發(fā)電機既有并勵繞組又有串勵繞組套在同一 主極鐵心上。直流電機的分類3、作為電動機運

4、行時，不稱自勵，也可分為他勵、并勵、串勵、復(fù)勵。 他勵電動機的含義是電樞與勵磁繞組分別用不同的電源供電。 并勵只指由同一電源供電給并聯(lián)著的電樞和勵磁繞組。直流電機中的常用公式1、電樞繞組的感應(yīng)電勢： E=Ce*N 其中： Ce為電勢常數(shù) 為每極磁通 N為電機的轉(zhuǎn)速2、電機的電磁轉(zhuǎn)矩 T=Cm*Ia 其中： Cm為轉(zhuǎn)矩常數(shù) 為每極磁通 Ia為流過電樞的電流直流電機的起動1、從機械方面來看，起動時要求電動機產(chǎn)生足夠大的電磁轉(zhuǎn)矩來克服機組的摩擦轉(zhuǎn)矩、慣性轉(zhuǎn)矩及負(fù)載轉(zhuǎn)矩。2、從電磁轉(zhuǎn)矩 T=Cm*Ia 來看，要求起動時電流大些，才能獲得較大的起動轉(zhuǎn)矩。 從電路方面來看，起動剛開始時，電機轉(zhuǎn)速為 N=0

5、，反電勢 E=0，電樞電流 Ia=U/R 將達(dá)到很大的數(shù)值。以致電網(wǎng)電壓突然降低，影響電網(wǎng)上的其他用戶用電，還使電機繞組發(fā)熱和受到很大的電磁力的沖擊。因此要求起動時電流不超過允許范圍。3、直流電機起動的基本要求： （1）有足夠大的起動轉(zhuǎn)矩； （2）起動電流限制在允許范圍內(nèi)； （3）起動時間短 （4）起動設(shè)備簡單、經(jīng)濟、可靠。直流電機的常用起動方法4、起動方法： （1）直接起動 （2）電樞電路串變阻器起動 （3）降壓起動5、起動原則：確保有足夠大的電磁轉(zhuǎn)矩和降低起動電流。 為此，在起動時，應(yīng)保證電動機的磁通達(dá)到最大值。因為 T=Cm*Ia ，同樣電流下， 最大則 T最大。為此，在起動過程中，保證

6、勵磁回路電壓不受電樞起動電阻壓降的影響。直流電機的常用起動方法一、直接起動：1、直接起動：是指不采取任何限流措施，把靜止的電樞直接投入到額定電壓的電網(wǎng)上起動。2、直接起動的優(yōu)點：不必另加起動設(shè)備，操作簡便，起動轉(zhuǎn)矩足夠大。3、直接起動的缺點：起動電流大，對電網(wǎng)產(chǎn)生不利的影響，使電機換向器上產(chǎn)生強烈的火花。直流電機的常用起動方法二、電樞電路串變阻器起動：1、串變阻器起動：是指在起動過程中，在電樞電路串接可變電阻，以限制起動電流。一般在轉(zhuǎn)速上升過程中逐步切除電阻，把電流限制在允許范圍內(nèi)，并使電機轉(zhuǎn)速在較小的波動下上升，在不太長時間內(nèi)起動完畢。2、串變阻器起動的優(yōu)點：所需起動設(shè)備不多。3、串變阻器起

7、動的缺點：在起動過程中消耗大量的電能，很不經(jīng)濟。直流電機的常用起動方法三、降壓起動：1、降壓起動：降壓起動只有在電動機有專用電源時才能采用。2、降壓起動：起動時，先把專用電源電壓降低，以限制起動電流。起動過程中，逐步提升電源電壓，使電動機轉(zhuǎn)速按所需的加速度上升。3、降壓起動的優(yōu)點：起動電流小，起動能耗小，可平穩(wěn)升速。4、降壓起動的缺點：需要專用電源，設(shè)備投資大。直流電動機的工作特性1、工作特性：是指在電壓U=常數(shù)、電樞回路不串外加電阻、并勵勵磁電流保持不變的條件下，電動機的轉(zhuǎn)速N、電磁轉(zhuǎn)矩T、效率等與輸出功率P之間的關(guān)系曲線。2、并勵電動機的速率特性： N=U- Ia* Ra/ Ce* 由上式

8、可見，影響轉(zhuǎn)速的因素有兩個，即電樞回路的電阻壓降和電樞反應(yīng)的影響。當(dāng)負(fù)載增加因而電樞電流Ia增加時，電阻壓降Ia* Ra使轉(zhuǎn)速趨于下降，但電樞反應(yīng)常起去磁作用，它使轉(zhuǎn)速趨于上升，因此它們對轉(zhuǎn)速的影響部分地互相抵消，使電動機轉(zhuǎn)速變化很小。如果前一因素大于后一因素，則速率特性曲線略向下垂，反之則可能略向上翹。 N P直流電動機的工作特性3、串勵電動機的速率特性： （1）特點是： 當(dāng)負(fù)載增加時，轉(zhuǎn)速下降得很快。 轉(zhuǎn)矩隨輸出功率的增加而很快上升。 （2）原因： 當(dāng)負(fù)載增大而輸出功率 P2 增加時，輸入功率 P1亦必須增加，在電壓U=常數(shù)的條件下， Ia 必須增加。 Ia 的增加一方面使磁通 亦增加，另

9、一方面還使電樞回路的總電阻壓降 Ia* Ra 變大。從轉(zhuǎn)速公式可見，這兩種作用都使轉(zhuǎn)速降低，因此轉(zhuǎn)速隨輸出功率增加而迅速下降。如果負(fù)載很輕， Ia 很小， 很小，則轉(zhuǎn)速將非常高，以至達(dá)到危險的高速，這種現(xiàn)象俗稱“飛速”。 在滿載或較重負(fù)載下，電樞電流 Ia 比較大，由于是串聯(lián)，即勵磁電流 If 較大，隨之氣隙磁通 亦相當(dāng)大。因此電樞只需不太高的轉(zhuǎn)速便能產(chǎn)生足夠大的反電勢來與電網(wǎng)電壓 U 相平衡。如果串勵電機空載或負(fù)載很輕時， If = Ia 很小或趨于零，使 變得很小，因此電樞必須以非常高的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，才能產(chǎn)生足夠的反電勢 E 來與電網(wǎng)電壓 U 相平衡。直流電動機的工作特性 （3）曲線圖： N

10、P4、復(fù)勵電動機的工作特性： 要保持串勵電動機的優(yōu)點，而又能保證不發(fā)生“飛速”現(xiàn)象，應(yīng)采用復(fù)勵電動機。 復(fù)勵電動機既有并勵繞組又有串勵繞組，這兩種繞組的比例不同，就得到不同的特性。若并勵起主要作用，則其特性接近于并勵電動機。反之，若串勵繞組起主要作用，則其特性接近于串勵電動機。直流電動機的調(diào)速 1、由直流電動機的轉(zhuǎn)速公式 N=U- Ia*（ Ra+ Rj）/ Ce* 可見，可采用3種方法進行調(diào)速。 （1）改變勵磁電流來改變磁通 ； （2）改變加于電樞回路的端電壓 U ； （3）改變串入電樞回路中的電阻 Rj 。2、改變勵磁電流調(diào)速： 從上式可見，當(dāng)電動機端電壓 U 一定時，減少勵磁電流而使磁通

11、 減少時，轉(zhuǎn)速將相應(yīng)升高。電動機勵磁電流的改變，是由改變串接于并勵繞組回路的調(diào)節(jié)電阻Ra來實現(xiàn)的。每改變一次電阻，便得到一不同 If ，即不同的 ，于是得到一不同轉(zhuǎn)速。 物理解釋：在 If 剛開始減小時，機組轉(zhuǎn)速由于機械慣性來不及改變，但 很快減小了，因此反電勢 E= Ce* *N立即減小，從電樞電流 Ia=U-E/Ra 可見，E 減小則 Ia 將急劇增加。由于 Ia 急劇增加，電磁轉(zhuǎn)矩 T 亦迅速增長，于是機組加速。當(dāng)機組轉(zhuǎn)速增加后，反電勢 E 又隨之增高，而電樞電流 Ia 和電磁轉(zhuǎn)矩 T 又回頭下降，一直到電磁轉(zhuǎn)矩重新等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩為止。此時便進入新的穩(wěn)定運行狀態(tài)，轉(zhuǎn)速達(dá)到新的穩(wěn)定值。 缺點

12、：只能調(diào)高，不能調(diào)低。 優(yōu)點：效率基本不變。直流電動機的調(diào)速3、改變電樞端電壓調(diào)速： 從電機轉(zhuǎn)速公式 N=U- Ia*（ Ra+ Rj）/ Ce* 可見，當(dāng)勵磁電流不變時，改變電樞端電壓，即可改變電動機的轉(zhuǎn)速。提高端電壓，電動機的轉(zhuǎn)速便升高。 缺點：需要專用電源。直流電動機的調(diào)速4、改變串入電樞回路中的電阻調(diào)速： 從電機轉(zhuǎn)速公式 N=U- Ia*（ Ra+ Rj）/ Ce* 可見，在一定的外加電壓下，改變串接于電樞回路的電阻 Rj 時，由于電阻壓降 Ia* Rj改變，引起電樞端電壓改變，從而可調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速。 物理解釋：當(dāng)調(diào)速開始，突然串入電阻Rj時，機組轉(zhuǎn)速因有慣性來不及變化，因之反電勢E暫

13、時未變，而電樞電流 Ia=U-E / Ra+ Rj ，將因串入Rj 而急劇下降，同時電磁轉(zhuǎn)矩T亦隨之急劇下降。這時T遠(yuǎn)小于負(fù)載制動轉(zhuǎn)矩，故電機開始減速。但隨著電機轉(zhuǎn)速的下降，反電勢E亦跟著下降，故電樞電流又回升，一直與原來的電樞電流相等為止。此時轉(zhuǎn)速降低到新的值，機組又重新得到平衡而運行于新的穩(wěn)定狀態(tài)。缺點：電動機的效率隨轉(zhuǎn)速成正比下降； 只能調(diào)低，不能調(diào)高。直流電動機的制動 1、直流電動機的制動方法有三種： （1）能耗制動； （2）反接制動； （3）回饋制動；（再生制動）2、三種方法的共同點： 在保留原來磁場大小方向不變的情況下，把電樞電流方向改變，以獲得方向同轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反的制動力矩。直

14、流電動機的制動一、能耗制動：1、能耗制動： 是利用電動機從電網(wǎng)斷開以后機組的動能產(chǎn)生電磁制動力矩。2、物理過程： 進行能耗制動時，保持勵磁電流不變而將電樞兩端從電網(wǎng)斷開，并立即把它接在一個制動電阻上。這時電機中仍有磁場，轉(zhuǎn)子因慣性仍在繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，因此變成一臺他勵發(fā)電機，向制動電阻供電。和通常發(fā)電機一樣，此時電磁轉(zhuǎn)矩的方向同電樞旋轉(zhuǎn)方向相反而起制動作用。一直到把機組儲藏的動能完全消耗在制動電阻和機組本身的損耗上時，機組就停止轉(zhuǎn)動，故稱能耗制動。3、優(yōu)點：經(jīng)濟性好； 缺點：制動轉(zhuǎn)矩小。直流電動機的制動二、反接制動：1、反接制動： 是指在勵磁電流不變的條件下，利用開關(guān)把電樞的兩端反接到電網(wǎng)上進行的制動

15、，此時機組將很快停止轉(zhuǎn)動。2、物理過程： 進行反接制動時，勵磁電流不變，電網(wǎng)電壓U變?yōu)樨?fù)值，即與原來作為電動機時的反電勢E同方向。此時電樞電流 Ia= -（U+E）/ Ra，因此電樞中立即產(chǎn)生很大的、方向與原來相反的電流。隨之產(chǎn)生很大的方向與電樞旋轉(zhuǎn)方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，引起強烈的制動作用，使電機迅速停轉(zhuǎn)。3、優(yōu)點：制動力矩很大。 缺點：電樞電流非常大，對電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，對電機不利；還要由電網(wǎng)供給功率，不經(jīng)濟。直流電動機的制動三、回饋制動：1、回饋制動： 是指電機由電動機運行狀態(tài)轉(zhuǎn)入到發(fā)電機運行狀態(tài)，回饋給電網(wǎng)電能，故稱回饋制動。2、物理過程： 當(dāng)電動機的轉(zhuǎn)速升高時，保證電機有適當(dāng)?shù)膭畲烹娏?，仍?/p>

16、電樞接在電網(wǎng)上，則當(dāng)轉(zhuǎn)速高到某一數(shù)值時，電動機的反電勢EU電樞電流反了方向，電機進入發(fā)電機的運行狀態(tài)，而起制動作用，限制轉(zhuǎn)速的上升。3、注意事項：（1）并勵電動機回饋制動時，不必更改電樞電路的連接。（2）串勵電動機回饋制動時，必須把串勵繞組改為他勵而用較低的電壓加于勵磁繞組，以保證所需的勵磁電流來實現(xiàn)回饋制動。直流電機的換向一、直流電機電樞繞組中的電勢和電流是交變的，只是借助于旋轉(zhuǎn)的換向器和靜止的電刷配合工作，才在電刷間獲得直流電壓和電流。當(dāng)旋轉(zhuǎn)的電樞繞組元件從一條支路經(jīng)過電刷底下而進入另一條支路時，該元件中的電流從一方向變換為另一方向。這種電流方向的變換就稱為換向。二、換向過程有電磁過程，還

17、有機械、電化學(xué)、電熱等方面的現(xiàn)象。三、換向不良的影響： 1、在電刷下產(chǎn)生火花，當(dāng)火花超過一定程度時會使電刷和換向器表面損壞，致使電機不能正常運行。 2、火花還產(chǎn)生電磁波，對無線電通訊產(chǎn)生干擾。產(chǎn)生火花的原因（1）一、直流電機運行時，在電刷下往往發(fā)生火花。小部分的微弱火花對電機運行無危害，但是如果火花范圍擴大和程度強烈，則將燒灼換向器和電刷，使其表面粗糙和留有灼痕，而不光滑的換向器和表面粗糙的電刷接觸又使火花程度加強，如此循環(huán)積累下去，電機將很快不能運行。二、我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB75581將火花分為五個等級，既1、11/4、 11/2、2、3。三、對正常運行的電機，其火花等級應(yīng)不超過11/2級。產(chǎn)生

18、火花的原因（2）四、產(chǎn)生火花的原因： 1、電磁性原因： 由于附加電流的出現(xiàn)，附加電流產(chǎn)生的磁場能量夠大，或引起的接觸點上的熱能損耗夠大，可能發(fā)生火花。 2、機械原因： 由于換向器、轉(zhuǎn)子和電刷裝置等方面的缺陷，（如換向器偏心、換向片間的云母絕緣突出、轉(zhuǎn)子平衡不良、電刷松動、電刷壓力不適當(dāng)?shù)?。）引起火花?3、化學(xué)原因： 換向器表面形成氧化膜，對電機換向有良好作用。如果電刷壓力過大、在缺氧或缺水汽、在具有破壞氧化膜氣體的環(huán)境中工作，會使換向器表面的氧化膜遭到破壞，容易引起火花。改善換向的措施一、裝置換向極： 換向極裝在電樞上的幾何中性線上，電刷則裝置在換向器上的幾何中性線上并在任何負(fù)載時保持這個位

19、置。 把換向極繞組和電樞繞組串聯(lián)。二、移動電刷位置： 很少采用。三、選用合適電刷：電機的發(fā)熱和冷卻一、國家標(biāo)準(zhǔn)把周圍冷卻空氣的最高溫度規(guī)定為40度。二、電機中常用的絕緣材料及其允許溫度： 1、按照耐熱能力的高低，電機中的絕緣材料分成A、E、B、F、H、C級。 2、A級絕緣：允許工作溫度為105度； 3、 E級絕緣：允許工作溫度為120度； 4、 B級絕緣：允許工作溫度為130度； 5、 F級絕緣：允許工作溫度為155度； 6、 H級絕緣：允許工作溫度為180度； 7、 C級絕緣：允許工作溫度為180度以上。三、降低溫升的方法： 1、減少電機的損耗，以減少損耗產(chǎn)生的熱量； 2、提高電機的散熱能力。電機的冷卻方式和機殼的防護形式（1）一、電機冷卻的主要問題是確定冷卻介質(zhì)和冷卻方式。二、按冷卻介質(zhì)的不同，電機冷卻可分成下列兩類： 1、