电工高级-直流电动机

1、直流电动机主要内容一、直流电动机的结构和工作原理一、直流电动机的结构和工作原理二、直流电动机的分类及特性二、直流电动机的分类及特性三、直流电动机的拖动三、直流电动机的拖动四、直流电动机的故障分析及维护四、直流电动机的故障分析及维护一、直流电动机的结构和工作原理 直流电动机是将直流电能转换为机械能的旋转机械。直流电动机是将直流电能转换为机械能的旋转机械。它与交流电动机（如三相异步电动机）相比，虽然结构比它与交流电动机（如三相异步电动机）相比，虽然结构比较复杂、生产成本较高、故障较多等，目前已不如交流电较复杂、生产成本较高、故障较多等，目前已不如交流电动机应用普遍，但由于它具有优良的动机应用普遍，

2、但由于它具有优良的调速性能和较大的启调速性能和较大的启动转矩，动转矩，仍得到广泛应用。本节仅就直流电动机的结构与仍得到广泛应用。本节仅就直流电动机的结构与工作原理、直流电动机的分类、直流电动机的启动与调速工作原理、直流电动机的分类、直流电动机的启动与调速作介绍。作介绍。一、直流电动机的结构和工作原理 204.204.牵引机械牵引机械( (如电车、机械车、电瓶车等如电车、机械车、电瓶车等),),及大型轧钢及大型轧钢机中机中, ,一般都采用直流电动机而不是异步电动机的原因是一般都采用直流电动机而不是异步电动机的原因是( )( )。A A异步电动机的功率因数较低异步电动机的功率因数较低 B B异步电

3、动机的调速异步电动机的调速性能很差性能很差C C异步电动机的起动转矩较小异步电动机的起动转矩较小 D D异步电动机的起动异步电动机的起动电流太大电流太大 B B一、直流电动机的结构和工作原理（一）直流电动机的结构（一）直流电动机的结构 直流电动机由直流电动机由定子和转子定子和转子两部分构成，二者之间有空气隙。两部分构成，二者之间有空气隙。 1 1、定子、定子 机座机座磁极磁极励磁励磁绕组绕组转子转子一、直流电动机的结构和工作原理一、直流电动机的结构和工作原理 定子作用：定子作用： 是产生主磁场和在机械上支撑电机。由主磁极、机座、是产生主磁场和在机械上支撑电机。由主磁极、机座、电刷装置和轴承等组

4、成。电刷装置和轴承等组成。 主磁极由主磁极铁心和绕在上面的励磁绕组组成。主主磁极由主磁极铁心和绕在上面的励磁绕组组成。主要作用是要作用是产生主磁场产生主磁场。极掌的作用是使通过空气隙的磁通。极掌的作用是使通过空气隙的磁通分布合适，并使励磁绕组能牢固的固定在极芯上。分布合适，并使励磁绕组能牢固的固定在极芯上。 机座的作用是作为磁通的通路，在上面安装主磁极，机座的作用是作为磁通的通路，在上面安装主磁极，并通过端盖支持电枢部分。并通过端盖支持电枢部分。一、直流电动机的结构和工作原理2、转子 对于直流电动机转子的作用是产生机械转矩以实对于直流电动机转子的作用是产生机械转矩以实现能量的转换。现能量的转换

5、。 转子主要由转子主要由电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴、风电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴、风扇扇等组成。等组成。 一、直流电动机的结构和工作原理 电枢铁心的作用电枢铁心的作用: 是通过磁通以减小磁路的磁阻和嵌放电枢绕组，一是通过磁通以减小磁路的磁阻和嵌放电枢绕组，一般用硅钢片叠压而成，呈圆柱形，表面冲了槽，电枢般用硅钢片叠压而成，呈圆柱形，表面冲了槽，电枢绕组嵌放在槽里面。为加快铁心的冷却，电枢铁心上绕组嵌放在槽里面。为加快铁心的冷却，电枢铁心上有轴向通风孔。有轴向通风孔。电枢绕组的作用电枢绕组的作用: : 是产生感应电动势并通过电流，使是产生感应电动势并通过电流，使电机实现能量的转电机实

6、现能量的转换换。绕组一般由铜线绕成，包上绝缘后嵌入铁心槽中，为。绕组一般由铜线绕成，包上绝缘后嵌入铁心槽中，为防止离心力将绕组甩出槽外，用槽楔将绕组楔在槽内。防止离心力将绕组甩出槽外，用槽楔将绕组楔在槽内。一、直流电动机的结构和工作原理换向器的作用：换向器的作用： 是将电刷间的直流电势和电流转换为电枢绕组的交是将电刷间的直流电势和电流转换为电枢绕组的交变电流，并保证每一磁极下，电枢电流的方向不变，变电流，并保证每一磁极下，电枢电流的方向不变，以产生恒定的电磁转矩。换向器由很多彼此绝缘的铜以产生恒定的电磁转矩。换向器由很多彼此绝缘的铜片叠合而成，这些铜片称为换向片，每个换向片都和片叠合而成，这些

7、铜片称为换向片，每个换向片都和电枢绕组连接。电枢绕组连接。转轴的作用： 是用来传递转矩，转轴一般用合金钢锻压而成。13.13.直流电机中电枢的主要作用是直流电机中电枢的主要作用是( )( )。A.A.将交流电变为直流电将交流电变为直流电 B.B.实现电能和机械能的转换实现电能和机械能的转换 C.C.改善直流电机的换向改善直流电机的换向 D.D.在气隙中产生磁通在气隙中产生磁通B B一、直流电动机的结构和工作原理164.164.换向器在直流发电机中起（换向器在直流发电机中起（ ）的作用。）的作用。 A. A. 交流电变直流电交流电变直流电 B. B. 直流电变交流电直流电变交流电 C. C. 保

8、护电刷保护电刷 D. D. 产生转子磁通产生转子磁通A A一、直流电动机的结构和工作原理直流电动机的主要结构图直流电动机的主要结构图 一、直流电动机的结构和工作原理直流电动机的磁极及磁路直流电动机的磁极及磁路11极芯；极芯；22极掌；极掌；3 3 励磁绕组；励磁绕组；4 4 机座机座一、直流电动机的结构和工作原理 直流电动机的电枢直流电动机的电枢 一、直流电动机的结构和工作原理 换向器换向器 1V 1V形套筒形套筒 22云母片云母片 33换向片换向片 44联结片联结片一、直流电动机的结构和工作原理（二）直流电动机的工作原理（二）直流电动机的工作原理 右图是直流电动机的示右图是直流电动机的示意图

9、。若在意图。若在A A、B B之间外之间外加一个直流电压，加一个直流电压，A A接电接电源正极，源正极，B B接负极，则线接负极，则线圈中有电流流过。当线圈中有电流流过。当线圈处于右图所示位时，圈处于右图所示位时，有效边有效边abab在在N N极下，极下，cdcd在在S S极上，两边中的电流方极上，两边中的电流方向为向为abab、cdcd。 直流电动机原理图直流电动机原理图 一、直流电动机的结构和工作原理 由安培定律可知，由安培定律可知，abab边和边和cdcd边所受的电磁力为：边所受的电磁力为：F=BILF=BIL。式中，式中，I I 为导线中的电流，单为导线中的电流，单位为安（位为安（A

10、A）。根据）。根据左手定则左手定则知，两个知，两个F F的方向相反，形成的方向相反，形成电磁转矩，驱使线圈逆时针方电磁转矩，驱使线圈逆时针方向旋转。当线圈转过向旋转。当线圈转过180180时，时，cdcd边处于边处于N N 极下，极下，abab边处于边处于S S 极上。由于换向器的作用，使极上。由于换向器的作用，使两有效边中电流的方向与原来两有效边中电流的方向与原来相反，变为相反，变为dcdc、baba，这就，这就使得两极面下的有效边中电流使得两极面下的有效边中电流的方向保持不变，因而其受力的方向保持不变，因而其受力方向、电磁转矩方向都不变。方向、电磁转矩方向都不变。 直流电动机原理图直流电动

11、机原理图 一、直流电动机的结构和工作原理 由此可见，正是由于直流电动机采用了换向器结构，由此可见，正是由于直流电动机采用了换向器结构，使电枢线圈中受到的电磁转矩保持不变使电枢线圈中受到的电磁转矩保持不变，在这个电磁转矩，在这个电磁转矩作用下使电枢按逆时针方向旋转。这时电动机可作为原动作用下使电枢按逆时针方向旋转。这时电动机可作为原动机带动生产机械旋转，即由电动机向机械负载输出机械功机带动生产机械旋转，即由电动机向机械负载输出机械功率。率。一、直流电动机的结构和工作原理 直流电动机的电枢绕组中的电流与磁通相互作用，产 生电磁力和电磁转矩，电磁转矩的大小为 ：T=KtIa其中，T-电磁转矩(N*m

12、) -主磁极的磁通 (Wb) Kt - 与电动机结构有关的常数 Ia -电枢电流（A） 另外，当电枢在磁场中转动时在线圈中也要产生感应电另外，当电枢在磁场中转动时在线圈中也要产生感应电动势，此电动势的方向（右手定则可定）与电流的方动势，此电动势的方向（右手定则可定）与电流的方向总是相反的，故称之为反电动式，大小为：向总是相反的，故称之为反电动式，大小为： E= E= K Ke e n n E- E-反电动势反电动势(V) (V) -主磁极的磁通主磁极的磁通 (Wb) (Wb) K Ke e- - 与电动机结构有关的常数与电动机结构有关的常数 n-n-电枢转速电枢转速一、直流电动机的结构和工作原

13、理68.68.直流电机的最基本的工作原理是什么直流电机的最基本的工作原理是什么? ? 直流发电机通常是作为直流电源直流发电机通常是作为直流电源, ,向负载输出电能向负载输出电能, ,直流直流电动机则是做为原动机电动机则是做为原动机, ,向负载输出机械能向负载输出机械能, ,虽然它们的用途虽然它们的用途各不相同各不相同, ,但它们的结构基本上相同但它们的结构基本上相同, ,它们是根据两条最基本它们是根据两条最基本的原理制造的的原理制造的, ,一条是一条是: :导线切割磁通产生感应电动势而发电导线切割磁通产生感应电动势而发电成为发电机成为发电机; ;另一条是另一条是: :载流导体在磁场中受到电磁力

14、的作用载流导体在磁场中受到电磁力的作用而转换成为电动机。而转换成为电动机。 一、直流电动机的结构和工作原理（三）直流电机的铭牌数据（三）直流电机的铭牌数据 凡表征电机额定运行情况的各种数据，称为额定值。额定值一般都标注在电机的铭牌上，所以也称为铭牌数据，它是正确合理使用电机的依据。额定电压 UN UN（ V V）： 在额定情况下，电刷两端输出（发电机）或输入（电动机）的电压。额定电流IN IN （A A）： 在额定情况下，允许电机长期流出或流入的电流。 一、直流电动机的结构和工作原理 额定功率（额定容量）额定功率（额定容量）P PN N （kWkW）：）： 电机在额定情况下允许输出的功率。电机

15、在额定情况下允许输出的功率。 额定转速额定转速n nN N（r rminmin）：）：在额定功率、额定电压、额定电流时电机的转速。在额定功率、额定电压、额定电流时电机的转速。 额定效率额定效率N N ：输出功率与输入功率之比，称为电机的额定效率。输出功率与输入功率之比，称为电机的额定效率。 一、直流电动机的结构和工作原理（四）直流电机的磁场和换向（四）直流电机的磁场和换向1 1、直流电机的磁场、直流电机的磁场 直流电机运行时除了主磁极外，若电枢绕组中有电直流电机运行时除了主磁极外，若电枢绕组中有电流流过，还将产生电枢磁场。这两个磁场在气隙中相互流流过，还将产生电枢磁场。这两个磁场在气隙中相互影

16、响，相互叠加，合成了气隙磁场。它将直接影响电机影响，相互叠加，合成了气隙磁场。它将直接影响电机的电枢电势和电磁转矩。的电枢电势和电磁转矩。直流电机的空载磁场直流电机的空载磁场 直流电机负载时的磁场直流电机负载时的磁场 直流电机的电枢反应直流电机的电枢反应 一、直流电动机的结构和工作原理（1）直流电机的磁路）直流电机的磁路（a a）两极）两极 （b b）四极）四极一、直流电动机的结构和工作原理（2 2）直流电机的空载磁场）直流电机的空载磁场(a)(a)磁通分布磁通分布(b)(b)磁密分布曲线磁密分布曲线一、直流电动机的结构和工作原理（3 3）直流电机负载时的磁场）直流电机负载时的磁场 电机负载运

17、行时，电电机负载运行时，电枢绕组中有电流流过，枢绕组中有电流流过，它将产生一个电枢磁势。它将产生一个电枢磁势。电机的气隙磁场是由主电机的气隙磁场是由主极磁势和电枢磁势共同极磁势和电枢磁势共同建立的。建立的。 （a)a)电枢磁场电枢磁场 （b b）电枢磁动势和磁场分布）电枢磁动势和磁场分布一、直流电动机的结构和工作原理（4 4）直流电机的电枢反应）直流电机的电枢反应 负载时电枢磁势对主磁场的影响称为电枢反应。负载时负载时电枢磁势对主磁场的影响称为电枢反应。负载时的合成磁场如图所示的合成磁场如图所示。电枢反应的性质电枢反应的性质 气隙磁场发生畸变，气隙磁场发生畸变，对主磁场有去磁作用。对主磁场有去

18、磁作用。 直流电机负载时的合成磁场直流电机负载时的合成磁场一、直流电动机的结构和工作原理12.直流电机带上负载后，气隙中的磁场是直流电机带上负载后，气隙中的磁场是( )。 A.由主极磁场和电枢磁场叠加而成的由主极磁场和电枢磁场叠加而成的 B.由主极磁场和换向磁场叠加而成的由主极磁场和换向磁场叠加而成的 C.由主极产生的由主极产生的 D.由主极磁场、换向磁场和电枢磁场叠加而成的由主极磁场、换向磁场和电枢磁场叠加而成的15.直流发电机的电磁转矩是直流发电机的电磁转矩是( )，其方向与电枢，其方向与电枢旋转方向旋转方向( )；直流电动机的电磁转矩是；直流电动机的电磁转矩是( )，其方向与电枢旋转方向

19、其方向与电枢旋转方向( )。D制动转矩制动转矩相反相反驱动转矩驱动转矩相同相同一、直流电动机的结构和工作原理101.什么叫电枢反应？它对电机产生哪些影响？什么叫电枢反应？它对电机产生哪些影响？ 电枢反应电枢反应”就是电枢磁场对主磁场的影响。产生的影响就是电枢磁场对主磁场的影响。产生的影响包括：使主磁场发生畸变，磁力线不再对称于磁极轴线；包括：使主磁场发生畸变，磁力线不再对称于磁极轴线；物理中线偏离任何中线不再重合，任何中线处磁场不再为物理中线偏离任何中线不再重合，任何中线处磁场不再为0；削弱了主磁场。这些影响将对直流电机的正常运行产生恶削弱了主磁场。这些影响将对直流电机的正常运行产生恶劣作用，

20、必须设法消除。劣作用，必须设法消除。一、直流电动机的结构和工作原理2 2、直流电机的换向、直流电机的换向 换向是指电机旋转时，电枢绕组元件从一条支路，经过换向是指电机旋转时，电枢绕组元件从一条支路，经过电刷短路，进入另一条支路，其电流方向改变的过程。换向电刷短路，进入另一条支路，其电流方向改变的过程。换向的外观表现是在电刷和换向器间常出现火花。若火花在电刷的外观表现是在电刷和换向器间常出现火花。若火花在电刷下的范围很小，亮度很弱，呈现兰色，对电机并无危害。若下的范围很小，亮度很弱，呈现兰色，对电机并无危害。若电刷下火花范围较大、比较强烈，对电机会有危害。电刷下火花范围较大、比较强烈，对电机会有

21、危害。改善换向的方法改善换向的方法 ：安装换向极安装换向极 正确选用电刷正确选用电刷移动电刷的位置移动电刷的位置（直流发电机应顺电机旋转方向来移动电（直流发电机应顺电机旋转方向来移动电刷刷; ;对直流电动机应逆电机旋转方向来移动电刷）对直流电动机应逆电机旋转方向来移动电刷）一、直流电动机的结构和工作原理234.直流电机的换向磁极的作用是( )。A.产生主磁通 B.产生换向电流 C.改变电流换向37.当采用移动电刷位置的方法来改善换向条件当采用移动电刷位置的方法来改善换向条件,减小电刷与减小电刷与换向器间的火花时换向器间的火花时,对直流发电机应顺电机旋转方向来移动电对直流发电机应顺电机旋转方向来

22、移动电刷刷;对直流电动机应逆电机旋转方向来移动电刷。对直流电动机应逆电机旋转方向来移动电刷。 ( )156.由于直流电机需要换向，致使直流电机只能做成（由于直流电机需要换向，致使直流电机只能做成（ ）式。式。A. 电枢旋转电枢旋转 B. 磁极旋转磁极旋转 C. 罩极罩极 D. 隐极隐极235.直流电机的换向电流愈大，换向时火花直流电机的换向电流愈大，换向时火花( )。A.愈强愈强 B.愈弱愈弱 C.不变不变 （这样减小换向器中的附加电流）（这样减小换向器中的附加电流）ACA一、直流电动机的结构和工作原理14.14.直流电机改善换向常用方法为直流电机改善换向常用方法为( )( )、( )( )和

23、和( )( )。66.66.直流电机换向火花过大的主要原因有哪些直流电机换向火花过大的主要原因有哪些? ?答：直流电机换向火花过大的主要原因有：答：直流电机换向火花过大的主要原因有：(1)(1)电刷与换向器接触不良。电刷与换向器接触不良。(2)(2)刷握松动或安置不正。刷握松动或安置不正。(3)(3)电刷与刷握配合太紧。电刷与刷握配合太紧。(4)(4)电刷压力大小不均。电刷压力应为电刷压力大小不均。电刷压力应为0.015MPa0.015MPa0.025MPa0.025MPa。(5)(5)换向器表面不光洁或不圆。换向器表面不光洁或不圆。(6)(6)换向片间云母凸出。换向片间云母凸出。(7)(7)

24、电刷位置不正确。电刷位置不正确。(8)(8)电刷磨损过度或所用牌号与技术要求不符。电刷磨损过度或所用牌号与技术要求不符。选用适当的电刷选用适当的电刷移动电刷的位置移动电刷的位置加装换向磁极加装换向磁极一、直流电动机的结构和工作原理(9)(9)过载或负载剧烈波动。过载或负载剧烈波动。(10)(10)换向线圈短路。换向线圈短路。(11)(11)电枢过热，致使绕组与整流子脱焊。电枢过热，致使绕组与整流子脱焊。(12)(12)检修时将换向线圈接反。这时需用磁针试验换向极极检修时将换向线圈接反。这时需用磁针试验换向极极性，若接错，应纠正。换向极与主磁极极性关系为：顺电性，若接错，应纠正。换向极与主磁极极

25、性关系为：顺电机旋转方向，发电机为机旋转方向，发电机为n-N-s-Sn-N-s-S；电动机为；电动机为n-S-s-N(n-S-s-N(小写小写n n，s s表示换向极表示换向极) )。一、直流电动机的结构和工作原理（五）电压平衡方程式（五）电压平衡方程式因为因为E E与通入的电流方向相反，所以叫反电势。与通入的电流方向相反，所以叫反电势。 以上公式反映的概念：以上公式反映的概念：(1)(1)电枢反电动势的大小和磁通、转速成正比，若想电枢反电动势的大小和磁通、转速成正比，若想 改变改变E E，只能改，只能改变变 或或 n n。(2)(2)若忽略绕组中的电阻若忽略绕组中的电阻RaRa，则可见，当外

26、加电压一定时，电机转速，则可见，当外加电压一定时，电机转速和磁通成反比，通过改变和磁通成反比，通过改变 可调速。可调速。aaRIEUU U：外加电压：外加电压R Ra a: :绕组电阻绕组电阻MRaIaE+UE= E= KeKe n n一、直流电动机的结构和工作原理（六）转矩平衡方程式（六）转矩平衡方程式电磁转矩电磁转矩T T为驱动转矩，在电机运行时，必须和外加负载为驱动转矩，在电机运行时，必须和外加负载和空载损耗的阻转矩相平衡，即和空载损耗的阻转矩相平衡，即 转矩平衡过程：当负载转矩（转矩平衡过程：当负载转矩（T TL L）发生变化时，通过电）发生变化时，通过电机转速、电动势、电枢电流的变化

27、，电磁转矩自动调机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁转矩自动调整，以实现新的平衡。整，以实现新的平衡。0TTTLTL： 负载转矩负载转矩T0 ：空载转矩：空载转矩 一、直流电动机的结构和工作原理电磁功率电磁功率 P PM M = P = P2 2 +P +P0 0 = P = P2 2 + Pmec +P + Pmec +PFeFe功率平衡方程式功率平衡方程式 P P1 1 = P= P2 2 + P + PCu2Cu2 +P +PFeFe + Pmec = P2 + + Pmec = P2 +p p （七）功率平衡方程式（七）功率平衡方程式TnIapNIEPaaaM6022二、直流电动机的分

28、类及其特性 在直流电动机中，除了必须给电枢绕组外接直流电源在直流电动机中，除了必须给电枢绕组外接直流电源外，还要给励磁绕组通以直流电流用以建立磁场。电枢绕外，还要给励磁绕组通以直流电流用以建立磁场。电枢绕组和励磁绕组可以用两个电源单独供电，也可以由一个公组和励磁绕组可以用两个电源单独供电，也可以由一个公共电源供电。按励磁方式的不同，直流电动机可以分为他共电源供电。按励磁方式的不同，直流电动机可以分为他励、并励、串励和复励等形式。由于励磁方式不同，它们励、并励、串励和复励等形式。由于励磁方式不同，它们的特性也不同。的特性也不同。（一）他励直流电动机（一）他励直流电动机 他励电动机的励磁绕组和他励

29、电动机的励磁绕组和电枢绕组分别由两个电源供电，电枢绕组分别由两个电源供电，如右图所示。他励电动机由如右图所示。他励电动机由于采用单独的励磁电源，设备于采用单独的励磁电源，设备较复杂。但这种电动机调速范较复杂。但这种电动机调速范围很宽，多用于主机拖动中。围很宽，多用于主机拖动中。 他励电动机他励电动机 二、直流电动机的分类及其特性36.36.他励直流电动机启动时，必须先给励磁绕组加上电压再他励直流电动机启动时，必须先给励磁绕组加上电压再加电枢电压。加电枢电压。 ( )( )二、直流电动机的分类及其特性（二）并励直流电动机（二）并励直流电动机 并励电动机的励磁绕组是和电枢绕组并联后由同一个直并励电

30、动机的励磁绕组是和电枢绕组并联后由同一个直流电源供电，如下图所示，这时电源提供的电流流电源供电，如下图所示，这时电源提供的电流I I等于电等于电枢电流枢电流Ia Ia 和励磁电流和励磁电流I If f 之和，即之和，即I=Ia+II=Ia+If f。 并励电动机并励电动机 I I二、直流电动机的分类及其特性 并励电动机励磁绕组的特点是导线细、匝数多、电阻并励电动机励磁绕组的特点是导线细、匝数多、电阻大、电流小。这是因为励磁绕组的电压就是电枢绕组的端大、电流小。这是因为励磁绕组的电压就是电枢绕组的端电压，这个电压通常较高。励磁绕组电阻大，可使电压，这个电压通常较高。励磁绕组电阻大，可使I If

31、f 减减小，从而减小损耗。由于小，从而减小损耗。由于I If f 较小，为了产生足够的主磁较小，为了产生足够的主磁通通，就应增加绕组的匝数。由于，就应增加绕组的匝数。由于I If f 较小，可近似为较小，可近似为I = I = Ia Ia 。 并励直流电动机的机械特性较好，并励直流电动机的机械特性较好，在负载变化时，转速在负载变化时，转速变化很小变化很小，并且转速调节方便，调节范围大，并且转速调节方便，调节范围大，启动转矩较启动转矩较大大，因此应用广泛。，因此应用广泛。二、直流电动机的分类及其特性161.161.直流并励电动机采用能耗制动时，切断电枢电源，直流并励电动机采用能耗制动时，切断电枢

32、电源，同时电枢与电阻接通，并（同时电枢与电阻接通，并（ ），产生的电磁转矩方向与电枢），产生的电磁转矩方向与电枢转动方向相反，使电动机迅速制动。转动方向相反，使电动机迅速制动。A. A. 增大励磁电流增大励磁电流 B. B. 减小励磁电流减小励磁电流C. C. 保持励磁电流不变保持励磁电流不变 D. D. 使励磁电流为零使励磁电流为零C C二、直流电动机的分类及其特性10.10.直流并励电动机的机械特性特点直流并励电动机的机械特性特点 因为并励电动机的励磁绕组与电枢绕组并联，二者电压相因为并励电动机的励磁绕组与电枢绕组并联，二者电压相同，所以当改变电源电压时励磁电压也将改变，从而改变励磁同，所

33、以当改变电源电压时励磁电压也将改变，从而改变励磁电流。基本的计算与他励电动机相同，只是其总电流为电枢电电流。基本的计算与他励电动机相同，只是其总电流为电枢电流与励磁电流的和。流与励磁电流的和。I I二、直流电动机的分类及其特性（三）串励直流电动机（三）串励直流电动机 串励电动机的励磁绕组与电枢绕组串联之后接直流电串励电动机的励磁绕组与电枢绕组串联之后接直流电源，如下图所示。串励电动机励磁绕组的特点是其励磁电源，如下图所示。串励电动机励磁绕组的特点是其励磁电流流I If f 就是电枢电流就是电枢电流Ia Ia ，这个电流一般比较大，所以励磁，这个电流一般比较大，所以励磁绕组导线粗、匝数少，它的电

34、阻也较小。串励电动机多用绕组导线粗、匝数少，它的电阻也较小。串励电动机多用于负载在较大范围内变化的于负载在较大范围内变化的 和要求有和要求有较大启动转矩较大启动转矩的设备中。的设备中。 串励电动机串励电动机 I If fIaIa负载变化时转速变化。负载变化时转速变化。二、直流电动机的分类及其特性 串励式直流电动机它的励磁绕组和电枢绕组是接成串联串励式直流电动机它的励磁绕组和电枢绕组是接成串联形式的。当它接在直流电源上时，电枢绕组流过的电流是交形式的。当它接在直流电源上时，电枢绕组流过的电流是交变的。当它接在交流电源上时，励磁绕组流过的电流是交变变的。当它接在交流电源上时，励磁绕组流过的电流是交

35、变的。所以串励式直流电动机，不管接入的是交流电源，还是的。所以串励式直流电动机，不管接入的是交流电源，还是直流电源，它的电流都不会很大，正因为这样，这种串励形直流电源，它的电流都不会很大，正因为这样，这种串励形式可以很方便的应用在交直两用电动机上串励直流电动机在式可以很方便的应用在交直两用电动机上串励直流电动机在空载下运行，转子的转速将会非常高。空载下运行，转子的转速将会非常高。41.41.串励式直流电动机的电源串励式直流电动机的电源, ,可以是交流、直流电源两用。可以是交流、直流电源两用。 ( )( )11.11.串励直流电动机在空载下运行，转子的转速将会（串励直流电动机在空载下运行，转子的

36、转速将会（ ）。）。A.A.非常高非常高 B.B.保持额定转速不变保持额定转速不变 C.C.较小较小 D.D.视电流大小而定视电流大小而定 A A二、直流电动机的分类及其特性16.16.并励电动机适用于对并励电动机适用于对( )( )要求不高，且负载变要求不高，且负载变化时要求化时要求( )( )稳定的场合；串励电动机适用于要求稳定的场合；串励电动机适用于要求( )( )，负载变化时，负载变化时( )( )允许变化的场允许变化的场合。合。启动转矩启动转矩转速转速较大启动转矩较大启动转矩转速转速二、直流电动机的分类及其特性（四）复励直流电动机（四）复励直流电动机 这种直流电动机的主磁极上装有两个

37、励磁绕组，一个这种直流电动机的主磁极上装有两个励磁绕组，一个与电枢绕组串联，另一个与电枢绕组并联，如下图所示，与电枢绕组串联，另一个与电枢绕组并联，如下图所示，所以复励电动机的特性兼有串励电动机和并励电动机的特所以复励电动机的特性兼有串励电动机和并励电动机的特点，所以也被广泛应用。点，所以也被广泛应用。 在以上四种类型的直流电动机中，在以上四种类型的直流电动机中，以并励直流电动机以并励直流电动机和他励直流电动机应用最为广泛。和他励直流电动机应用最为广泛。复励电动机复励电动机 二、直流电动机的分类及其特性96.96.直流电动机的励磁方式有（直流电动机的励磁方式有（ ）、（）、（ ）、）、（ ）、

38、（）、（ ）和永磁式。）和永磁式。16.16.直流电动机的励磁方式直流电动机的励磁方式并励式并励式他励式他励式复励式复励式串励式串励式二、直流电动机的分类及其特性 为了满足生产机械加工工艺的要求，例如起动、调速和制动等到各种工作状态的要求，还需要人为地改变电动机的参数，如电枢电压、电枢回路电阻和励磁磁通，相应得到的机械特性即是人为机械特性。 （五）直流电动机的机械特性（五）直流电动机的机械特性 表征电动机运行状态的两个主要物理量是转速表征电动机运行状态的两个主要物理量是转速n n和电和电磁转矩磁转矩T T。电动机的机械特性就是研究电动机的转速。电动机的机械特性就是研究电动机的转速n n和和电磁

39、转矩电磁转矩T T之间的关系，即之间的关系，即n=f (T)n=f (T)。 直流电动机的固有机械特性直流电动机的固有机械特性 固有机械特性是指电动机的工作电压、励磁磁通为额固有机械特性是指电动机的工作电压、励磁磁通为额定值、电枢回路中没有串附加电阻时的机械特性。定值、电枢回路中没有串附加电阻时的机械特性。 直流电动机的人为机械特性直流电动机的人为机械特性 二、直流电动机的分类及其特性34.直流电动机的机械特性是指电动机端电压和剩磁电流等于额定值时，电动机转速与转矩的关系。 ( ) 165.165.直流电动机的机械特性是（直流电动机的机械特性是（ ）之间的关系。）之间的关系。 A.A.电源电压

40、与转速电源电压与转速 B.B.电枢电流与转速电枢电流与转速 C.C.励磁电流与电磁转矩励磁电流与电磁转矩 D.D.电机转速与电磁转矩电机转速与电磁转矩D D二、直流电动机的分类及其特性 由于转速和转矩都是机械量，所以把它称为机械特由于转速和转矩都是机械量，所以把它称为机械特性。利用机械特性和负载转矩特性，可以确定电动机在性。利用机械特性和负载转矩特性，可以确定电动机在拖动系统的稳定转速。在一定条件下还可以利用机械特拖动系统的稳定转速。在一定条件下还可以利用机械特性和运动方程式来分析拖动系统的动态运动情况，如转性和运动方程式来分析拖动系统的动态运动情况，如转速、转矩及电流随时间的变化规律，而且电

41、动机的机械速、转矩及电流随时间的变化规律，而且电动机的机械特性对分析电力拖动系统的启动、调速、制动等运行性特性对分析电力拖动系统的启动、调速、制动等运行性能也是十分重要的。能也是十分重要的。二、直流电动机的分类及其特性1 1、直流电动机的固有机械特、直流电动机的固有机械特性性TCCRCUnTEE2n n0 0： 理想空载转速理想空载转速, ,即即T T=0=0时的转速。（实际工作时时的转速。（实际工作时, ,由由于有空载损耗，电机的于有空载损耗，电机的T T不会为不会为0 0。）。）aTEaaIKTnKERIEUCUnE0nnn0其中其中2CCRTnTE二、直流电动机的分类及其特性n0nNTN

42、Tn n当当 T T 时时n n ，但由于他励电动机的电枢电阻，但由于他励电动机的电枢电阻RaRa很小，所以在很小，所以在负载变化时，负载变化时， 转速转速 n n 的变化不大，属硬机械特性。的变化不大，属硬机械特性。 当当T=0T=0时，转速为理想空载转速。时，转速为理想空载转速。他励电动机的固有机械特性他励电动机的固有机械特性二、直流电动机的分类及其特性123.123.并励直流电动机的机械特性为硬特性，当电动机负载并励直流电动机的机械特性为硬特性，当电动机负载增大时，其转速（增大时，其转速（ ）。）。 A.A.上升上升 B.B.下降很少下降很少 C.C.不变不变 D.D.略有上升略有上升1

43、5.15.直流电动机固有机械特性直流电动机固有机械特性当电枢加上额定电压当电枢加上额定电压U UN N，磁通为额定磁通，磁通为额定磁通f fN N，电枢回路不串，电枢回路不串任何电阻，即任何电阻，即 U=UU=UN N，f=ff=fN N，Rad=0Rad=0时的机械特性叫固有特性。时的机械特性叫固有特性。88.88.什么叫直流他励电动机的固有机械特性？什么叫直流他励电动机的固有机械特性？当电枢加上额定电压当电枢加上额定电压U UN N，磁通为额定磁通，磁通为额定磁通f fN N，电枢回路不串，电枢回路不串任何电阻，即任何电阻，即 U=UU=UN N，f=ff=fN N，Rad=0Rad=0时

44、的机械特性叫固有特性。时的机械特性叫固有特性。B B二、直流电动机的分类及其特性10.10.一台并励直流电动机，一台并励直流电动机，P PN N7.5kW7.5kW，U UN N200V200V，I IN N40A40A，n nN N2000r/min2000r/min，RaRa0.20.2，R RE E5050，求：，求：(1)(1)绘出示意图，求绘出示意图，求N N、IaIa、M MN N；(2)(2)当当IaIa50A50A时，电动机的稳态转速时，电动机的稳态转速n n1 1；(1)(1)依题意作示意图如图依题意作示意图如图-23-23所示。所示。二、直流电动机的分类及其特性(1)=P(

45、1)=P2 2/P/P1 1=P=PN N/U/UN NI IN N=7.5=7.5 /200/20040=0.93840=0.938I IE E=U=UN N/R/RE E=200/50=4(A)=200/50=4(A)Ia=IIa=IN N-I-IE E=40-4=36(A)=40-4=36(A)M MN N=9550P=9550PN N/ /n nN N=9550=95507.5/2000=35.87.5/2000=35.8(Nm)(Nm)(2)I(2)IN N=40A=40A时，时，Ea=U-IaRa=200-Ea=U-IaRa=200-36360.2=192.8(V)0.2=192.

46、8(V)n nN N=2000r/min=2000r/min当当Ia=50AIa=50A时，时，Ea1=200-50Ea1=200-500.2=190(V)0.2=190(V)因为因为Ea=CeEa=Cen n 即即EanEan所以所以Ea/Ea/n nN N=Ea=Ea1 1/ /n n1 1n n1 1=Ea=Ea1 1n nN N/Ea=190/Ea=1902000/192.8=1971(r/m2000/192.8=1971(r/min)in)310二、直流电动机的分类及其特性12.12.有一直流他激电动机，其数据如下：有一直流他激电动机，其数据如下：P PN N13kW13kW，I I

47、N N137A137A，U UN N110V110V，n nN N680r/min680r/min，R Ra a0.080.08，该电动机用，该电动机用在吊车装置上，以在吊车装置上，以n n800r/min800r/min放落重物，试求该电机处在放落重物，试求该电机处在再生发电状态下的转矩及电枢电流再生发电状态下的转矩及电枢电流?(?(略去摩擦转矩略去摩擦转矩) )。解：由已知条件：解：由已知条件：Ce=(UCe=(UN N-I-IN NRa)/Ra)/n nN N=(110-=(110-1371370.08)/680=0.1460.08)/680=0.146C CM M=9.55Ce =9.

48、55Ce 反电势反电势E=CeE=Cen n=0.146=0.146800=116.8(V)800=116.8(V)故电枢电流故电枢电流 Ia=Ij=(E-UIa=Ij=(E-UN N)/Ra=(116.8-110)/0.08=85(A)/Ra=(116.8-110)/0.08=85(A)电动机转矩电动机转矩 M MD D=9.55CeIa=9.55=9.55CeIa=9.550.1460.14685=118(Nm)85=118(Nm)答：该电机处在再生发电状态下的转矩为答：该电机处在再生发电状态下的转矩为118Nm118Nm，电枢电，电枢电流为流为85A85A。 二、直流电动机的分类及其特性

49、2 2、直流电动机的人为机械特性、直流电动机的人为机械特性电枢回路串电阻电枢回路串电阻R R的人为机械特性的人为机械特性 改变电枢电压的人为机械特性改变电枢电压的人为机械特性减弱磁通的人为机械特性减弱磁通的人为机械特性 二、直流电动机的分类及其特性（1 1）电枢回路串电阻）电枢回路串电阻R R的人为机械特性的人为机械特性nn00RaRa+R2TRa+R1电枢加额定电压电枢加额定电压U UN N，励磁磁通，励磁磁通N N，电枢回路串入电阻，电枢回路串入电阻R R后的人为机械特性方程式为后的人为机械特性方程式为n= U/(Ce n= U/(Ce ) (Ra+R)T/() (Ra+R)T/(Ct C

50、e Ct Ce 2 2) )电枢串入不同电阻电枢串入不同电阻R R时的人为机械特性曲线如图所示时的人为机械特性曲线如图所示 二、直流电动机的分类及其特性电枢回路串电阻的人为机械特性有下列特点：电枢回路串电阻的人为机械特性有下列特点：1 1）理想空载转速）理想空载转速n n0 0与固有机械特性的相同，即电枢回路串入与固有机械特性的相同，即电枢回路串入的电阻的电阻R R改变时，改变时，n n0 0不变。不变。2 2）特性斜率）特性斜率与电枢回路串入的电阻有关，与电枢回路串入的电阻有关，R R增大，增大，也增也增大。故电枢回路串电阻的人为机械特性是通过理想空载点的大。故电枢回路串电阻的人为机械特性是

51、通过理想空载点的一簇放射形直线。一簇放射形直线。二、直流电动机的分类及其特性11.11.有一台有一台ZzZz型并励电动机型并励电动机P PN N7.5kW7.5kW，U UN N110V110V，82.982.9，n nN N1000r/min1000r/min，R RE E41.541.5，电枢回路总电阻，电枢回路总电阻( (包括电包括电刷接触电阻刷接触电阻)R)R0.15040.1504，在额定负载时，在电枢回路内串，在额定负载时，在电枢回路内串入电阻入电阻RrRr0.52460.5246，求：，求：(1)(1)电枢回路串入电阻前的电磁转矩；电枢回路串入电阻前的电磁转矩；(2)(2)电枢回

52、路串入电阻后，若负载转矩不因转速变化而改变，电枢回路串入电阻后，若负载转矩不因转速变化而改变，则到达稳定状态后的转速为多少则到达稳定状态后的转速为多少? ?二、直流电动机的分类及其特性2aI解：解：(1(1）输入电动机的功率为：）输入电动机的功率为：P P1 1=Pn/=7.5/82.9%=9.05(kW)=Pn/=7.5/82.9%=9.05(kW)输入电流：输入电流：I=PI=P1 1/U/UN N=9.05=9.0510103 3/110=82.3(A)/110=82.3(A)励磁电流：励磁电流：I IE E=U/R=U/RE E=110/41.5=2.65(A)=110/41.5=2.

53、65(A)电枢电流：电枢电流：Ia=I-IIa=I-IE E=82.3-2.65=79.65(A)=82.3-2.65=79.65(A)电枢回路铜耗电枢回路铜耗Pcua= R=79.65Pcua= R=79.652 20.1504=954(W)0.1504=954(W)励磁回路铜耗励磁回路铜耗 PcuPcuE E= R= RE E=2.652=2.65241.5=291(W)41.5=291(W)电磁功率电磁功率P PM M=P=P1 1- -（Pcua+PcuPcua+PcuE E）=9.05-(954+291)=9.05-(954+291)1010-3-3=7.8(kW)=7.8(kW)电

54、磁转矩电磁转矩 M=9550PM=9550PM M/ /n nN N=9550=95507.8/1000=74.5(Nm)7.8/1000=74.5(Nm)串联电阻串联电阻RrRr前的转速：前的转速：n nN N=(U-IaR)/Ce=(U-IaR)/Ce所以所以Ce=UCe=UN N-IaR/-IaR/n nN N=(110-79.65=(110-79.650.1504)/1000=0.0980.1504)/1000=0.0982EI二、直流电动机的分类及其特性则串入电阻则串入电阻RrRr后的转速：后的转速：n=Un=UN N-Ia(R+Rr)/Ce=(110-Ia(R+Rr)/Ce=(11

55、0-79.6579.65(0.1504+0.5246)/0.098=577(r/min)(0.1504+0.5246)/0.098=577(r/min)答：电枢回路串入电阻前的电磁转矩为答：电枢回路串入电阻前的电磁转矩为74.5Nm,74.5Nm,串入电阻后串入电阻后的转速为的转速为577r/min577r/min。二、直流电动机的分类及其特性(2)(2)改变电枢电压的人为机械特性改变电枢电压的人为机械特性保持励磁磁通保持励磁磁通N N，电枢回路不串电阻，只改变电枢，电枢回路不串电阻，只改变电枢电压大小及方向的人为机械特性的方程为电压大小及方向的人为机械特性的方程为TCCRCUnNTeaNe2

56、0nn no o1 1UaUbUcn no o3 3改变电枢电压的人为机械改变电枢电压的人为机械特性如图所示特性如图所示n no o2 2T T二、直流电动机的分类及其特性改变电枢电压的人为机械特性特点如下：改变电枢电压的人为机械特性特点如下：1 1）理想空载转速）理想空载转速n n0 0与电枢电压与电枢电压U U成正比，即成正比，即n n0 0UU，且，且U U为负为负时，时，n n0 0也为负。也为负。2 2）特性斜率不变）特性斜率不变 ，与固有机械特性相同。因而改变电枢电，与固有机械特性相同。因而改变电枢电压压U U的人为机械特性是一组平行于固有机械特性的直线。的人为机械特性是一组平行于

57、固有机械特性的直线。 169.169.直流电动机在一定负载下运行直流电动机在一定负载下运行, ,若电源电压有所降低若电源电压有所降低, ,则转子的转速将会则转子的转速将会( )( )。 A A变大变大 B B不变不变 C C变小变小 C C二、直流电动机的分类及其特性（3 3）减弱磁通的人为机械特性）减弱磁通的人为机械特性电枢电压为额定值，电枢回路不串电阻，励磁回路串入调节电枢电压为额定值，电枢回路不串电阻，励磁回路串入调节电阻使磁通电阻使磁通减弱。减弱磁通减弱。减弱磁通的人为机械特性方程为的人为机械特性方程为对于一般电机，当对于一般电机，当N N时，时，磁路已经饱和，再增加磁通已不容易，磁路

58、已经饱和，再增加磁通已不容易，所以人为机械特性一般只能在所以人为机械特性一般只能在N N的基础上的基础上减弱磁通减弱磁通。 TCCRCUnTeaeN2NN2211n nn n0 00 0T Tn n0202n n0101二、直流电动机的分类及其特性 其特点是理想空载转速随磁通的减弱而上升，机械特性斜其特点是理想空载转速随磁通的减弱而上升，机械特性斜率率则与励磁磁通的平方成反比。随着磁通则与励磁磁通的平方成反比。随着磁通的减弱的减弱增大，增大，机械特性变软。不同励磁磁通的人为机械特性如图所示机械特性变软。不同励磁磁通的人为机械特性如图所示 。17.17.串励直流电动机有哪些特点？串励直流电动机有

59、哪些特点？ 串励直流电动机的机械特性曲线是一条非线性的软特性串励直流电动机的机械特性曲线是一条非线性的软特性曲线，当轴上负载为曲线，当轴上负载为0 0时电机转速时电机转速，所以串励直流电动机不，所以串励直流电动机不允许轻载工作；由于它的电磁转矩与电枢电流的平方成正比，允许轻载工作；由于它的电磁转矩与电枢电流的平方成正比，所以起动转矩大，过载能力强；由于电枢与励磁绕组串联，所以起动转矩大，过载能力强；由于电枢与励磁绕组串联，通入直流或交流电流电机都不受影响，所以在交流电源情况通入直流或交流电流电机都不受影响，所以在交流电源情况下亦可正常工作。下亦可正常工作。三、直流电动机的拖动 直流电动机的起动

60、和反转直流电动机的起动和反转 直流电动机的调速直流电动机的调速 直流电动机的制动直流电动机的制动三、直流电动机的拖动（一）直流电动机的起动和反转（一）直流电动机的起动和反转 起动的要求起动的要求 起动最初，起动电流起动最初，起动电流I Is s较大，因为此时较大，因为此时n= 0n= 0，E Ea a0 0。如果电枢电压为额定电压如果电枢电压为额定电压U UN N，因为，因为R Ra a很小，则起动电流可很小，则起动电流可达额定电流的达额定电流的10-2010-20倍。这样大的起动电流会使换向恶化，倍。这样大的起动电流会使换向恶化，产生严重的火花；与电枢电流成正比的电磁转矩过大，对产生严重的火