電工及電子技術(shù)A1-直流電機(jī)課件

電工學(xué)---電工技術(shù)陳海川2010-2第8章直流電動機(jī)8.1

直流電機(jī)的構(gòu)造8.2

直流電機(jī)的基本工作原理8.4

并勵電動機(jī)的起動與反轉(zhuǎn)8.3

直流電動機(jī)的機(jī)械特性8.5

并勵(他勵)電動機(jī)的調(diào)速8.1

直流電機(jī)的構(gòu)造直流電動機(jī)雖然比三相交流異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，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。直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：

(1)調(diào)速性能好,調(diào)速范圍廣,易于平滑調(diào)節(jié)。

(2)起動、制動轉(zhuǎn)矩大,易于快速起動、停車。

(3)易于控制。應(yīng)用:

1)軋鋼機(jī)、電氣機(jī)車、中大型龍門刨床、礦山豎井提升機(jī)以及起重設(shè)備等調(diào)速范圍大的大型設(shè)備。

2)用蓄電池做電源的地方，如汽車、拖拉機(jī)等NS············NS8.1

直流電動機(jī)的構(gòu)造極掌極心勵磁繞組機(jī)座轉(zhuǎn)子直流電動機(jī)的磁極和磁路直流電機(jī)由定子(磁極)、轉(zhuǎn)子(電樞)和機(jī)座等部分構(gòu)成。4精品課件2.轉(zhuǎn)子(電樞)

由鐵心、繞組（線圈）、換向器組成。1.定子（磁極）永磁式:

由永久磁鐵做成。勵磁式:

磁極上繞線圈，線圈中通過直流電，形成電磁鐵。勵磁:

磁極上的線圈通以直流電產(chǎn)生磁通，稱為勵磁。電樞鐵心：由硅鋼片疊裝而成。電樞繞組：單個繞組元件組成。用來在電機(jī)中產(chǎn)生磁場。5精品課件換向器亦稱整流子，起整流作用，它由楔形銅片所組成，彼此絕緣，如圖所示。安裝于轉(zhuǎn)軸上，是直流電動機(jī)的構(gòu)造特征。其作用是使電樞繞組中的電流方向是交變的，以保證其電磁轉(zhuǎn)矩方向始終不變。6精品課件7精品課件1.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。直流電機(jī)的分類直流電機(jī)按照勵磁方式可分為他勵電動機(jī)、并勵電動機(jī)、串勵電動機(jī)和復(fù)勵電動機(jī)2.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。UUfIaM+_+_If他勵I(lǐng)aUM+_If+_IE并勵8精品課件4.復(fù)勵電動機(jī)勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的聯(lián)接有串有并，接在同一電源上。3.串勵電動機(jī)勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞串聯(lián)接到同一電源上。串勵UIa+_IfM復(fù)勵U+_IMIa8.2

直流電機(jī)的基本工作原理IU–+SbNacd直流電從兩電刷之間通入電樞繞組，電樞電流方向如圖所示。由于換向片和電源固定聯(lián)接，無論線圈怎樣轉(zhuǎn)動，總是S極有效邊的電流方向向里,N極有效邊的電流方向向外。電動機(jī)電樞繞組通電后受力(左手定則)按順時針方向旋轉(zhuǎn)。U–+U–+電刷換向片U–+IFFTn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。U–+EETnSbNdFFacII換向片電刷線圈在磁場中旋轉(zhuǎn)，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。KE:

與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)n:

電動機(jī)轉(zhuǎn)速

：磁通1.電樞感應(yīng)電動勢

E=EKn11精品課件U–+EETnSbNdFFacII換向片電刷由圖可知，電樞感應(yīng)電動勢E與電樞電流或外加電壓方向總是相反，所以稱反電勢。式中：U—外加電壓

Ra

—繞組電阻2.電樞回路電壓平衡式–RaIaE+–+UM12精品課件KT:與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)

:

線圈所處位置的磁通Ia：電樞繞組中的電流3.電磁轉(zhuǎn)矩單位:

(韋伯)，Ia

(安)，T(牛頓?米)直流電動機(jī)電樞繞組中的電流(電樞電流Ia)與磁通相互作用，產(chǎn)生電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩，直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩公式為4.轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系

電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T為驅(qū)動轉(zhuǎn)矩,它使電樞轉(zhuǎn)動。在電機(jī)運(yùn)行時，電磁轉(zhuǎn)矩必須和機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩及空載損耗轉(zhuǎn)矩相平衡，即T=KT

Ia13精品課件當(dāng)電動機(jī)軸上的機(jī)械負(fù)載發(fā)生變化時，通過電動機(jī)轉(zhuǎn)速、電動勢、電樞電流的變化，電磁轉(zhuǎn)矩將自動調(diào)整，以適應(yīng)負(fù)載的變化，保持新的平衡。轉(zhuǎn)矩平衡過程T2:機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩T0:空載轉(zhuǎn)矩例：設(shè)外加電樞電壓U一定，T=T2

(平衡)，此時，若T2突然增加，則調(diào)整過程為達(dá)到新的平衡點(diǎn)(Ia

、P入

)

。T2

n

Ia

T

E

14精品課件8.3

直流電動機(jī)的機(jī)械特性特點(diǎn):

勵磁繞組與電樞并聯(lián)由圖可求得由上分析可知：當(dāng)電源電壓U和勵磁回路的電阻Rf一定時,勵磁電流If和磁通

不變，即

=常數(shù)。則IaUM+_If+_IE令：T=KT

Ia=KT

Ia

即：并勵電動機(jī)的磁通

=常數(shù)，轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比。

由以下公式求得IaUM+_If+_IE式中：n=f(T)

特性曲線n0nNTN并勵電動機(jī)在負(fù)載變化時，轉(zhuǎn)速n的變化不大—硬機(jī)械特性。改變電樞電壓和電樞回路串電阻可得人工特性曲線n0T

n例:有一并勵電動機(jī)，其額定數(shù)據(jù)如下：P２=22KW,

UN=110V,

nN=1000r/min,

=0.84,并已知

Rf=27.5

，Ra=0.04,試求:(1)額定電流I,額定電樞電流Ia及額定勵磁電流If

;(2)損耗功率PaCu,及PO

;(3)額定轉(zhuǎn)矩T;(4)反電動勢E。解：(1)P2是輸出功率，額定輸入功率為額定電流額定勵磁電流額定電樞電流18精品課件（2）電樞電路銅損勵磁電路銅損總損失功率空載損耗功率（3）額定轉(zhuǎn)矩（4）反電動勢19精品課件8.4

并勵電動機(jī)的起動與反轉(zhuǎn)起動直流電動機(jī)不允許在額定電壓UN下直接起動。Iast太大會使換向器產(chǎn)生嚴(yán)重的火花,燒壞換向器；起動時,n=0

1.起動問題：(1)起動電流大(2)起動轉(zhuǎn)矩大起動時，起動轉(zhuǎn)矩為(10~20)TN,造成機(jī)械沖擊，使傳動機(jī)構(gòu)遭受損壞。一般Iast限制在(1.5~2.5)IN。2.起動方法

3.注意事項(xiàng)(1)電樞串電阻起動法(2)降壓起動法：直流電動機(jī)在起動和工作時，勵磁電路一定要接通,不能讓它斷開,而且起動時要滿勵磁。否則，磁路中只有很少的剩磁，可能產(chǎn)生事故：在滿磁下將Rst置最大處，逐漸減小Rst使n升高。最大起動電壓Ust為(1)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，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。

(2)如果電動機(jī)在有載運(yùn)行時斷開勵磁回路，反電動勢

E立即減小而使電樞電流增大，同時由于所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩不滿足負(fù)載的需要，電動機(jī)必將減速而停轉(zhuǎn)，更加促使電樞電流的增大，以至燒毀電樞繞組和換向器。

(3)如果電機(jī)在空載運(yùn)行，可能造成飛車，使電機(jī)遭受嚴(yán)重的機(jī)械損傷，而且因電樞電流過大而將繞組燒壞。（

E

Ia

T>>

T0

n

飛車）22精品課件2.反轉(zhuǎn)電磁轉(zhuǎn)矩：T=KT

Ia

(1)改變勵磁電流的方向。

(2)改變電樞電流的方向。注意：改變轉(zhuǎn)動方向時，勵磁電流和電樞電流兩者的方向不能同時變。改變直流電機(jī)轉(zhuǎn)向的方法有兩種：23精品課件8.5

并勵(他勵)電動機(jī)的調(diào)速并勵(他勵)電動機(jī)與異步電動機(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)速性能上由其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。

1.調(diào)速均勻平滑，可以無級調(diào)速(注：異步機(jī)改變極對數(shù)調(diào)速的方法叫有級調(diào)速)。

2.調(diào)速范圍大，調(diào)速比可達(dá)200以上(調(diào)速比等于最大轉(zhuǎn)速和最小轉(zhuǎn)速之比）,因此機(jī)械變速所用的齒輪箱可大大簡化。主要優(yōu)點(diǎn)：由轉(zhuǎn)速公式:可見直流電機(jī)調(diào)速方法常采用以下兩種?？梢姡涸赨一定的情況下，改變

可改變轉(zhuǎn)速n。8.5.1

改變磁通調(diào)速保持電樞電壓U不變，改變勵磁電流If(調(diào)Rf)以改變磁通

。由式Rf

If

n

一般只采用減少勵磁電流(減弱磁通)的方法調(diào)速,即

改變磁通調(diào)速的方法：減小磁通，n只能上調(diào)。改變

時的機(jī)械特性如圖。TLTn（

減小）Rf增加

O25精品課件調(diào)速過程:直至T=TC達(dá)到新的平衡。電壓U保持一定,減小磁通

。

Rf

E

Iａ

n

Ia

E

瞬間T

>T２T

26精品課件27精品課件(1)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，n不能太高。(2)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。(4)對專門生產(chǎn)的調(diào)磁電動機(jī),其調(diào)速幅度可達(dá)３~４,

例如530~2120r/min及310~1240r/min。

減小

調(diào)速的特點(diǎn)：(1)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)載轉(zhuǎn)矩必須減小。(2)這種調(diào)速方法只適用于恒功率調(diào)速(如用于切削機(jī)床)。使用調(diào)磁調(diào)速時應(yīng)注意：28精品課件8.5.2

改變電壓調(diào)速由轉(zhuǎn)速公式知：調(diào)電壓U，n0變化，但斜率不變，所以調(diào)速特性是一組平行曲線。n0"n0'電壓降低Tc特性曲線n0nT0改變電壓調(diào)速的特點(diǎn):(1)工作時電壓不允許超過UN

，而n

U,所以調(diào)速只能向下調(diào)。(2)機(jī)械特性較硬，并且電壓降低后硬度不變，穩(wěn)定性好。(3)均勻調(diào)節(jié)電樞電壓，可得到平滑無級調(diào)速。(4)調(diào)速幅度較大。調(diào)速過程:保持If

為額定,減小電樞電壓。

U

Ia

T

T

=TC穩(wěn)定n

E

Ia

T

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。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。30精品課件31精品課件例:

有一他勵電動機(jī)，已知U=220V,Ia=53.8A,n=1500r/minRa=0.7

。今將電樞電壓降低一半，而負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，問轉(zhuǎn)矩降低多少？解:由T=KT

Ia可知，在保持負(fù)載轉(zhuǎn)矩和勵磁電流不變的條件下，電流也保持不變。電壓降低后的轉(zhuǎn)速n′對原來的轉(zhuǎn)速n之比為32精品課件8.5.3

電樞回路串電阻調(diào)速電樞中串入電阻,使

n

、

n0不變，即電機(jī)的特性曲線變陡(斜率變大)，在相同力矩下,n

。特性曲線如圖。Rann0T

電樞回路串電阻調(diào)速需在電樞中串入專用電阻，電阻增大則轉(zhuǎn)速下降，因此n只能下調(diào)。特點(diǎn)：(1)設(shè)備簡單，操作方便。(2)機(jī)械特性軟，穩(wěn)定性差。(3)能量損耗大，只用于小型直流機(jī)。Ra

+

R電阻增大33精品課件34精品課件1.額定功率PN:

電機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率。2.額定電壓UN:

額定工作情況下的電樞上加的直流電壓。（例：110V，220V，440V）3.額定電流IN:

額定電壓下軸上輸出額定功率時的電流（并勵包括勵磁和電樞電流）。

三者關(guān)系：PN=UNIN

（

：效率）4.額定轉(zhuǎn)速nN:

在PN,UN,IN

時的轉(zhuǎn)速。直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速一般在500r/min以上。特殊的直流電機(jī)轉(zhuǎn)速可以做到很低（如每分鐘幾轉(zhuǎn)）或很高（每分鐘3000轉(zhuǎn)以上）。注意:調(diào)速時對于沒有調(diào)速要求的電機(jī)，最大轉(zhuǎn)速不能超過