第八章：直流電動機(jī)

1、2/303/30 直流電動機(jī)雖然比三相交流異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)直流電動機(jī)雖然比三相交流異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜復(fù)雜,維修也不便，但由于它的調(diào)速性能較好和起動維修也不便，但由于它的調(diào)速性能較好和起動轉(zhuǎn)矩較大，因此，對調(diào)速要求較高的生產(chǎn)機(jī)械或者需轉(zhuǎn)矩較大，因此，對調(diào)速要求較高的生產(chǎn)機(jī)械或者需要較大起動轉(zhuǎn)矩的生產(chǎn)機(jī)械往往采用直流電動機(jī)驅(qū)動要較大起動轉(zhuǎn)矩的生產(chǎn)機(jī)械往往采用直流電動機(jī)驅(qū)動。 (1) 調(diào)速性能好調(diào)速性能好, 調(diào)速范圍廣調(diào)速范圍廣, 易于平滑調(diào)節(jié)易于平滑調(diào)節(jié)。 (2) 起動、制動轉(zhuǎn)矩大起動、制動轉(zhuǎn)矩大, 易于快速起動、停車易于快速起動、停車。 (3) 易于控制。易于控制。 直流電機(jī)是機(jī)械能和直流電能相互

2、轉(zhuǎn)換的旋轉(zhuǎn)直流電機(jī)是機(jī)械能和直流電能相互轉(zhuǎn)換的旋轉(zhuǎn)機(jī)械裝置。直流電機(jī)用作發(fā)電機(jī)時，它將機(jī)械能轉(zhuǎn)換機(jī)械裝置。直流電機(jī)用作發(fā)電機(jī)時，它將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能；用作電動機(jī)時，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。為電能；用作電動機(jī)時，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。4/30直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)直流電機(jī)主要由磁極、電樞和換向器三部分構(gòu)成。直流電機(jī)主要由磁極、電樞和換向器三部分構(gòu)成。5/301. 永磁式永磁式: 由永久磁鐵做成。由永久磁鐵做成。勵磁式勵磁式: 磁極上繞線圈，線圈中通過直流電，形成磁極上繞線圈，線圈中通過直流電，形成 電磁鐵。電磁鐵。磁極上的磁極上的線圈通以直流電產(chǎn)生線圈通以直流電產(chǎn)生磁通磁通, 稱為勵磁。稱為

3、勵磁。直流電機(jī)的磁極及磁路直流電機(jī)的磁極及磁路6/30 2. 電樞電樞 電樞鐵心：由硅鋼片疊裝而成。電樞鐵心：由硅鋼片疊裝而成。 電樞繞組：由單個繞組元件組成。電樞繞組：由單個繞組元件組成。電樞電樞直流電動機(jī)的電樞和直流電動機(jī)的電樞和電樞鐵心片電樞鐵心片7/30 換向器又稱整流子，是直流電機(jī)中的一種特殊裝置。換向器又稱整流子，是直流電機(jī)中的一種特殊裝置。 換向器作用：將外部直流電轉(zhuǎn)換成內(nèi)部的交流換向器作用：將外部直流電轉(zhuǎn)換成內(nèi)部的交流電，以保持轉(zhuǎn)矩方向不變。電，以保持轉(zhuǎn)矩方向不變。換向器換向器外形外形剖面圖剖面圖 3. 換向器換向器 8/30IU+ 直流電從兩電刷之間通入電樞繞組，電樞電流直流

4、電從兩電刷之間通入電樞繞組，電樞電流方向方向如圖所示。由于換向片和電源固定連接，無論如圖所示。由于換向片和電源固定連接，無論線圈怎樣轉(zhuǎn)動，總是線圈怎樣轉(zhuǎn)動，總是S極有效邊的電流方向向里極有效邊的電流方向向里, N極有效邊的電流方向向外。電機(jī)電極有效邊的電流方向向外。電機(jī)電樞樞繞組通電后繞組通電后受力受力(左手定則左手定則)，按順時針方向旋轉(zhuǎn)按順時針方向旋轉(zhuǎn)。U+U+電刷電刷換向片換向片U+IFFTn換向器作用：換向器作用：將外部直流電將外部直流電轉(zhuǎn)換成內(nèi)部的轉(zhuǎn)換成內(nèi)部的交流電，以保交流電，以保持轉(zhuǎn)矩方向不持轉(zhuǎn)矩方向不變。變。9/30U+EE 線圈在磁場中旋轉(zhuǎn)線圈在磁場中旋轉(zhuǎn), 將在線圈中產(chǎn)生感

5、應(yīng)電動勢將在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。由右手定則，感應(yīng)電動勢的方向與電流的方向相反。由右手定則，感應(yīng)電動勢的方向與電流的方向相反。KE: 與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)n: 電樞轉(zhuǎn)速電樞轉(zhuǎn)速 ：一個磁極的磁通一個磁極的磁通E = KE n10/30aaaaERInKRIEU U+11/3012/3002TTT 設(shè)外加電樞電壓設(shè)外加電樞電壓 U 一定，一定，T=T2 (平衡平衡)，此時，此時，若若T2突然增加，則調(diào)整過程為突然增加，則調(diào)整過程為達(dá)到新的平衡點(diǎn)達(dá)到新的平衡點(diǎn)(Ia 、 P入入 ) 。13/30(1) 他勵電動機(jī)他勵電動機(jī) 勵磁繞組和電樞繞組分別由兩個直流電源供電。勵磁繞組和電

6、樞繞組分別由兩個直流電源供電。1. 直流電動機(jī)的分類直流電動機(jī)的分類 按照勵磁方式分為他勵、并勵、串勵和復(fù)勵四種按照勵磁方式分為他勵、并勵、串勵和復(fù)勵四種。(2) 并勵電動機(jī)并勵電動機(jī) 勵磁繞組和電樞繞組并聯(lián)，由一個直流電源供電。勵磁繞組和電樞繞組并聯(lián)，由一個直流電源供電。并勵并勵14/30復(fù)勵復(fù)勵15/30aaRIEU 由圖可求得由圖可求得aaREUI ffRUI aafIIII 由以上分析可知：由以上分析可知： 當(dāng)電源電壓當(dāng)電源電壓U和勵磁回路的電阻和勵磁回路的電阻 Rf 一定時一定時, 勵磁勵磁電流電流 If 和它產(chǎn)生的磁通和它產(chǎn)生的磁通因此，因此，并勵電動機(jī)的勵磁繞組與電樞并聯(lián)。并勵電

7、動機(jī)的勵磁繞組與電樞并聯(lián)。16/30nnn0 TKKRn2ETa a KUnE0 令令 TKKRKUn2ETaE 并勵電動機(jī)的特點(diǎn)之一就是：并勵電動機(jī)的特點(diǎn)之一就是：磁通磁通 = 常數(shù)，轉(zhuǎn)矩與電樞常數(shù)，轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比。電流成正比。 aTEaaIKTnKERIEU 由以下公式由以下公式電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比，即電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比，即17/30為為轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速降降。TKKRn2ETa ；理理想想空空載載轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速為為，KUnE0 式中：式中：nnTKKRKUn02ETaE 改變電樞電壓和電樞回路串電阻可得人工特性曲線。改變電樞電壓和電樞回路串電阻可得人工特性曲線。18/30有一并勵

8、電動機(jī)，其額定數(shù)據(jù)如下，有一并勵電動機(jī)，其額定數(shù)據(jù)如下，P= 22kW, UN = 110V, nN=1000r/min, = 0.84, 并已知并已知Rf = 27.5 , Ra= 0.04 , 試求試求: (1) 額定電流額定電流 I , 額定電樞電流額定電樞電流 Ia 及及 額定勵磁電流額定勵磁電流If ; (2) 損耗功率損耗功率 PaCu , PfCu 及及 P0 ; (3) 額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩 T ; (4) 反電動勢反電動勢 E。 解：解：(1) P2是輸出功率，額定輸入功率為是輸出功率，額定輸入功率為kW1926kW8402221.PP A238A11010192631 .UPI

9、額定電流額定電流額定勵磁電流額定勵磁電流A4A527110ff .RUI額定電樞電流額定電樞電流A234A4238fa ) )( (III19/30 (2) 電樞電路銅損耗電樞電路銅損耗W2190W2340402a2aaCu .IRPW440452722fffCu .IRP勵磁電路銅損耗勵磁電路銅損耗總損失功率總損失功率W4190W220002619021 ）（PPPmN210mN100022955095502 nPT(3) 額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩(4) 反電動勢反電動勢V6100V234040110aa.IRUE ）（空載損耗功率空載損耗功率W2000W21904190aCu0 ）（PPP20/3

10、0太大會使換向器產(chǎn)生嚴(yán)重的火花太大會使換向器產(chǎn)生嚴(yán)重的火花, ,燒壞換向器；燒壞換向器；NaaNast)2010(IRUI 0E nKE(1) 起動問題起動問題 并勵電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩正比于電樞電流，即并勵電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩正比于電樞電流，即 ，所以，起動轉(zhuǎn)矩也太大。它會產(chǎn)生機(jī)械沖擊，使傳所以，起動轉(zhuǎn)矩也太大。它會產(chǎn)生機(jī)械沖擊，使傳動機(jī)構(gòu)遭受損壞。動機(jī)構(gòu)遭受損壞。tasIT 21/30 NstaNast)5 . 25 . 1 (IRRUI 直流電動機(jī)在起動和工作時，勵磁電路一定要接直流電動機(jī)在起動和工作時，勵磁電路一定要接通通, ,不能讓它斷開不能讓它斷開, ,而且起動時要滿勵磁。否則，磁而且起動時要滿勵

11、磁。否則，磁路中只有很少的剩磁，可能產(chǎn)生事故。路中只有很少的剩磁，可能產(chǎn)生事故。aastNstRIUR 在滿磁下將在滿磁下將 Rst 置最大處，逐漸減小置最大處，逐漸減小Rst使使 n 升高。升高。22/30 如果電動機(jī)是靜止的，由于轉(zhuǎn)矩太小如果電動機(jī)是靜止的，由于轉(zhuǎn)矩太小( (T = KT Ia) , 電機(jī)將不能起動電機(jī)將不能起動，這時反電動勢為零，電樞電流，這時反電動勢為零，電樞電流很大，電樞繞組有被燒壞的危險。很大，電樞繞組有被燒壞的危險。 如果電動機(jī)在有載運(yùn)行時斷開勵磁回路如果電動機(jī)在有載運(yùn)行時斷開勵磁回路, , 反電動勢反電動勢立即減小而使電樞電流增大，同時由于所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)立即減小而使

12、電樞電流增大，同時由于所產(chǎn)生的轉(zhuǎn) 矩矩不滿足不滿足負(fù)載負(fù)載的需要的需要, ,電動機(jī)必將減速而停轉(zhuǎn)電動機(jī)必將減速而停轉(zhuǎn), ,更加更加 促使電樞電流的增大促使電樞電流的增大, ,以至燒毀電樞繞組和換向器。以至燒毀電樞繞組和換向器。 如果電動機(jī)在空載運(yùn)行如果電動機(jī)在空載運(yùn)行, , 可能造成可能造成“飛車飛車”，使電，使電動機(jī)遭受嚴(yán)重的機(jī)械損傷，而且因電動機(jī)遭受嚴(yán)重的機(jī)械損傷，而且因電電流過大而電流過大而將繞將繞 組燒壞。組燒壞。（ E Ia T T0 n 飛車）飛車）23/30 例：例：串勵的單相手電鉆，利用勵磁電流和電樞串勵的單相手電鉆，利用勵磁電流和電樞電流兩者的方向同時改變時轉(zhuǎn)向不變的原理，采

13、用電流兩者的方向同時改變時轉(zhuǎn)向不變的原理，采用特別的串勵電動機(jī)，使手電鉆用單相交流電源或直特別的串勵電動機(jī)，使手電鉆用單相交流電源或直流電源供電均可。流電源供電均可。電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩 T = KT Ia (1) 改變勵磁電流的方向。改變勵磁電流的方向。 (2) 改變電樞電流的方向。改變電樞電流的方向。改變直流電動機(jī)轉(zhuǎn)向的方法有兩種：改變直流電動機(jī)轉(zhuǎn)向的方法有兩種：24/30并勵并勵( (他勵他勵) )電動機(jī)與交流異步電動機(jī)相比，雖然電動機(jī)與交流異步電動機(jī)相比，雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格高，維護(hù)也不方便，但在調(diào)速性能上結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格高，維護(hù)也不方便，但在調(diào)速性能上有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。因此，在對調(diào)速性能要求較

14、高的生有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。因此，在對調(diào)速性能要求較高的生產(chǎn)機(jī)械上，常采用直流電動機(jī)。產(chǎn)機(jī)械上，常采用直流電動機(jī)。由由并勵并勵 (或他勵或他勵) 電動機(jī)的電動機(jī)的轉(zhuǎn)速公式轉(zhuǎn)速公式 可知，改變轉(zhuǎn)速常用以下兩種方法?？芍?，改變轉(zhuǎn)速常用以下兩種方法。 電動機(jī)的調(diào)速就是在同一負(fù)載下獲得不同的轉(zhuǎn)速電動機(jī)的調(diào)速就是在同一負(fù)載下獲得不同的轉(zhuǎn)速,以滿足生產(chǎn)要求。以滿足生產(chǎn)要求。 EaaKRIUn 25/30 保持電樞電壓保持電樞電壓U不變，改變勵磁電流不變，改變勵磁電流If (調(diào)調(diào)R f) 以以改變磁通改變磁通 。由式由式TKKRKUn2EFaE 26/30TKKRKUn2TFaE 27/30(1)調(diào)速平滑，可得到

15、無級調(diào)速。但只能向上調(diào)，受調(diào)速平滑，可得到無級調(diào)速。但只能向上調(diào)，受 機(jī)械本身強(qiáng)度所限，機(jī)械本身強(qiáng)度所限，n不能太高。不能太高。(2) 調(diào)速設(shè)備簡單，經(jīng)濟(jì)，電流小，便于控制。調(diào)速設(shè)備簡單，經(jīng)濟(jì)，電流小，便于控制。(3) 機(jī)械特性較硬，穩(wěn)定性較好。機(jī)械特性較硬，穩(wěn)定性較好。(4) 對專門生產(chǎn)的調(diào)磁電動機(jī)對專門生產(chǎn)的調(diào)磁電動機(jī), ,其調(diào)速幅度可達(dá)其調(diào)速幅度可達(dá)3 4, 例如例如5302120 r/min及及3101 240 r/min 。 減小減小 調(diào)速的特點(diǎn)：調(diào)速的特點(diǎn)：(1) 若調(diào)速后若調(diào)速后Ia 保持不變，電動機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時其負(fù)保持不變，電動機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時其負(fù)載轉(zhuǎn)矩必須減小。載轉(zhuǎn)矩必須減小。

16、(2) 這種調(diào)速方法只適用于恒功率調(diào)速這種調(diào)速方法只適用于恒功率調(diào)速( (如用于切削機(jī)如用于切削機(jī)床床) )。使用改變磁通方法調(diào)速時應(yīng)注意：使用改變磁通方法調(diào)速時應(yīng)注意：28/30由轉(zhuǎn)速公式知：由轉(zhuǎn)速公式知：調(diào)電壓調(diào)電壓U，n0變化，但變化，但斜率不變，所以調(diào)速特斜率不變，所以調(diào)速特性是一組平行曲線。性是一組平行曲線。 )(a一一定定和和R改變電壓調(diào)速的特點(diǎn)改變電壓調(diào)速的特點(diǎn): :(1) 工作時電壓不允許超過工作時電壓不允許超過 ，而，而, 所以調(diào)速所以調(diào)速只能向下調(diào)只能向下調(diào)。(2) 機(jī)械特性較硬，并且電壓降低后硬度不變，穩(wěn)定機(jī)械特性較硬，并且電壓降低后硬度不變，穩(wěn)定 性好。性好。KTnTKKRKUn 02ETaE29/30(3) 調(diào)速幅度較大，可達(dá)調(diào)速幅度較大，可達(dá) 6 10。(4) 均勻調(diào)節(jié)電樞電壓，可得到平滑無級調(diào)速。均勻調(diào)節(jié)電樞電壓，可得到平滑無級調(diào)速。 調(diào)速過程調(diào)速過程: :保持保持If 為額定值為額定值, ,減小電樞減小電樞電壓電壓。U Ia n E Ia 改變電壓調(diào)速需要用電壓可以調(diào)節(jié)的專用設(shè)備改變電壓調(diào)速需要用電壓可以調(diào)節(jié)的專用設(shè)備, ,投資費(fèi)用較高。投資費(fèi)用較高。 近年來已普遍采用晶閘管整流電源對電動機(jī)進(jìn)近年來已普遍采用晶閘管整流電源對電動機(jī)進(jìn)行調(diào)壓和調(diào)磁，以改變它的轉(zhuǎn)速。行調(diào)壓和調(diào)磁，以改變它的轉(zhuǎn)速。30/30 有一他勵電動機(jī)有一他勵電動機(jī)