第三部分直流电机

1、第一节第一节 直直 流流 电电 机机 直流电机：直流电机：通以直流电流的旋转电机，通以直流电流的旋转电机，它是直流发电机和它是直流发电机和直流电动机的总称。它具有可逆性，即一台直流电机既可作发直流电动机的总称。它具有可逆性，即一台直流电机既可作发电机运行，也可以作直流电动机运行。电机运行，也可以作直流电动机运行。 直流发电机：直流发电机：将机械能转换为电能。将机械能转换为电能。 直流电动机：直流电动机：将电能转换为机械能。将电能转换为机械能。 直流电机与交流电机相比，虽然其结构比较复杂，使用直流电机与交流电机相比，虽然其结构比较复杂，使用维护较麻烦，但由于直流发电机能够直接作为稳定的直流电维护

2、较麻烦，但由于直流发电机能够直接作为稳定的直流电源，而直流电动机具有调速性能好，起动转矩大等优点，因源，而直流电动机具有调速性能好，起动转矩大等优点，因而直流电机在工业生产中仍获得了广泛应用。而直流电机在工业生产中仍获得了广泛应用。 （一）直流电机的工作原理（一）直流电机的工作原理1.直流发电机工作原理直流发电机工作原理 两极直流两极直流发电机发电机原理如图原理如图3-l所示。所示。 一、直流电机的基本原理与结构一、直流电机的基本原理与结构2.直流电动机工作原理直流电动机工作原理直流电动机直流电动机 的作用：将电能转化成机械能 工作原理：工作原理：当直流电动机电枢绕组接至电源上时，根据电当直流

3、电动机电枢绕组接至电源上时，根据电磁力定律，载流导体在磁场中受电磁力的作用，产生了一个转磁力定律，载流导体在磁场中受电磁力的作用，产生了一个转矩，在转矩的作用下，电枢便按逆时针方向旋转起来。矩，在转矩的作用下，电枢便按逆时针方向旋转起来。 （二）直流电机的基本结构（二）直流电机的基本结构 直流电机的结构直流电机的结构:它由定子和转子两个基本部分组成。它由定子和转子两个基本部分组成。 主磁极主磁极换向磁极换向磁极电刷装置电刷装置机座机座端盖端盖定子定子转子转子电枢铁心电枢铁心电枢绕组电枢绕组换向器换向器转轴转轴轴承轴承直流电机直流电机1、直流电机的定子部分基本结构、直流电机的定子部分基本结构（1

4、)1)主磁极主磁极 包括：包括：主磁极铁心：导磁，固定绕组主磁极铁心：导磁，固定绕组 主磁极绕组（励磁绕组）：主磁极绕组（励磁绕组）：通入直流励磁电流产生主磁场通入直流励磁电流产生主磁场 (2) (2) 换向磁极：换向磁极：作用：其作用是产生换向磁场，作用：其作用是产生换向磁场，以改善电机的换向，消除电刷以改善电机的换向，消除电刷与换向器间的火花。与换向器间的火花。包括：换向极铁心、换向极绕包括：换向极铁心、换向极绕组。组。换向极绕组与电枢绕组串联连接。换向极绕组与电枢绕组串联连接。(3)电刷及换向器的作用：电刷及换向器的作用：把旋转电路与外电路联系起来把旋转电路与外电路联系起来把电枢绕组中的

5、交流电整流为外电路中的直流电把电枢绕组中的交流电整流为外电路中的直流电 注意：注意：直流电机电枢导体中的电势为直流电机电枢导体中的电势为交变电势。交变电势。经换向经换向器和电刷的整流作用后，电刷引出的电势为器和电刷的整流作用后，电刷引出的电势为直流电势。直流电势。(4)(4)机座：机座：磁路的一部分；磁路的一部分；起机械支撑作用。起机械支撑作用。2 2、直流电机的电枢部分、直流电机的电枢部分 由电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴、由电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴、风扇等组成。风扇等组成。 (1)(1)电枢铁心：电枢铁心：用于嵌放电枢绕组，电机磁路用于嵌放电枢绕组，电机磁路的一部分。的一部分。

6、(2)(2)电枢绕组：电枢绕组：是产生感应电动势，并形成感是产生感应电动势，并形成感应电流，使电枢得到电磁转矩作用而旋转，应电流，使电枢得到电磁转矩作用而旋转，从而使电机实现机电能量转换。从而使电机实现机电能量转换。 (3)(3)换向器：换向器：其作用是将电枢绕组中的交流电动势其作用是将电枢绕组中的交流电动势和电流转换成电刷间的直流电动势和电流。和电流转换成电刷间的直流电动势和电流。 (4)(4)转轴：转轴：是电枢主要支撑件，用于传递转矩。是电枢主要支撑件，用于传递转矩。 (5)(5)风扇：风扇：用于降低电机运行中的温升。用于降低电机运行中的温升。 （三）直流电机的分类（三）直流电机的分类1励

7、磁方式：励磁方式：直流电机的励磁绕组的供电方式。直流电机的励磁绕组的供电方式。2直流电机直流电机按励磁方式分为有：按励磁方式分为有：（1）他励直流电机；（）他励直流电机；（2）并励直流电机；（）并励直流电机；（3）串励直流）串励直流电机；（电机；（4）复励直流电机等四种，如图）复励直流电机等四种，如图37所示。所示。并励绕组匝数多，导线细；串励绕组匝数少，导线粗。并励绕组匝数多，导线细；串励绕组匝数少，导线粗。 复励直流电机有：复励直流电机有：并励并励和和串励串励两个励磁绕组。两个励磁绕组。 若串励绕组产生的磁通势与并励绕组产生的若串励绕组产生的磁通势与并励绕组产生的磁通磁通势方向相同势方向相

8、同称为称为积复励积复励。若。若两个磁通势方向相反两个磁通势方向相反，则称为则称为差复励差复励。 不同励磁方式的直流电机有着不同不同励磁方式的直流电机有着不同的特性。的特性。 直流电枢绕组是双层绕组。按照连接方式的不同，直流电枢绕组是双层绕组。按照连接方式的不同，主要分为叠绕组和波绕组两大类型主要分为叠绕组和波绕组两大类型( (见图见图251)251)。二、直流电机的电枢绕组二、直流电机的电枢绕组绕组元件可以是单匝也可以是多匝。元件的两个端点，绕组元件可以是单匝也可以是多匝。元件的两个端点，即首端和尾端，分别连接到两换向片上。元件嵌放在电枢即首端和尾端，分别连接到两换向片上。元件嵌放在电枢铁心的

9、槽内，它的一边放在某一槽的上层，另一边放在另铁心的槽内，它的一边放在某一槽的上层，另一边放在另一槽的下层。一槽的下层。上层边用实线表示，下层边用虚线表示。上层边用实线表示，下层边用虚线表示。 第一节距第一节距y y1 1：同一元件的上层边和下层边之间的距离。：同一元件的上层边和下层边之间的距离。一般用槽数来表示。为了使元件获得最大电动势，一般用槽数来表示。为了使元件获得最大电动势，第一节距第一节距y y1 1 应等于或接近于一个极距，即应等于或接近于一个极距，即如果如果是整数，则绕组元件的第一节距是整数，则绕组元件的第一节距y y1 1称为整距绕称为整距绕组；组；当当不是整数时，不是整数时，使

10、使y y1 1凑成整数的一分数值。凑成整数的一分数值。y y1 1 IN（约为（约为1020倍的倍的IN）。）。aNstRUI直流电动机的起动方法有：直流电动机的起动方法有： 电枢串电阻起动电枢串电阻起动和和降压起动降压起动两种。两种。 1.全压启动全压启动 电枢电流电枢电流Ia为为（一）他励直流电动机的启动（一）他励直流电动机的启动2. 减压起动（降压起动）减压起动（降压起动） 当直流电源电压可调时，可以采用降压方法起动。当直流电源电压可调时，可以采用降压方法起动。在起动瞬间，在起动瞬间，n = 0，反电动势，反电动势Ea = 0，降低电源电压，降低电源电压U ， 将起动将起动电流限制在允许

11、的范围内。电流限制在允许的范围内。 起动电流通常限制在起动电流通常限制在(1.52)IN内，则起动电压应为内，则起动电压应为 Ust=IstRa=(1.52)INRaaaNaREUIaNstRUI3. 电枢回路串电阻起动电枢回路串电阻起动 在额定电源电压下，电枢回路串入分级起动电阻在额定电源电压下，电枢回路串入分级起动电阻Rst，在起动，在起动过程中将起动电阻逐步切除。过程中将起动电阻逐步切除。 下下 图为他励直流电动机三级起动时图为他励直流电动机三级起动时的电气原理图。的电气原理图。 staNstRRUI（二）他励直流电动机反转（二）他励直流电动机反转直流电动机反转的方法有以下两种：直流电动

12、机反转的方法有以下两种：1.改变励磁电流方向改变励磁电流方向 将励磁绕组反接，使励磁电流反向。将励磁绕组反接，使励磁电流反向。2.改变电枢电压极性改变电枢电压极性 将电枢绕组反接，将电枢绕组反接，Ia即改变方向。即改变方向。 （三）（三） 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动包括：机械制动和电气制动包括：机械制动和电气制动1电气制动：电气制动：是使电动机产生一个与旋转方向相反的电磁转是使电动机产生一个与旋转方向相反的电磁转矩，阻碍电动机转动。矩，阻碍电动机转动。2常用的电气制动方法有：常用的电气制动方法有：能耗制动：用于准确停车能耗制动：用于准确停车电枢反接制动：用于快速停车电枢反接制动：

13、用于快速停车倒拉反接制动：用于起重机低速下放重物倒拉反接制动：用于起重机低速下放重物反接制动：反接制动：发电回馈制动：用于高速下放重物发电回馈制动：用于高速下放重物1.能耗制动能耗制动 （1）制动原理：）制动原理：能耗制动是把正处于电动机运行状态能耗制动是把正处于电动机运行状态的他励直流电动机的电枢从电网上切除，并接到一个外加的他励直流电动机的电枢从电网上切除，并接到一个外加的制动电阻的制动电阻Rbk上构成闭合回路。控制电路如图上构成闭合回路。控制电路如图3-18a所示。所示。能耗制动开始瞬间电动机电枢电流为能耗制动开始瞬间电动机电枢电流为 bkaabkaaaRRERREUI 2.反接制动反接

14、制动 反接制动有反接制动有1）电枢反接制动）电枢反接制动2）倒拉反接制动两种方式。）倒拉反接制动两种方式。 （1）电枢反接制动）电枢反接制动 1）制动原理：）制动原理：电枢反接制动是将电枢反接在电源上，同时电电枢反接制动是将电枢反接在电源上，同时电枢回路要串接制动电阻枢回路要串接制动电阻Rbk。控制电路如图。控制电路如图3-21所示。所示。U+0aaaabkabkUEEIRRRR （2）倒拉反接制动）倒拉反接制动 控制电路如图控制电路如图3-22a所示。所示。 n =NebkabkNC)RR(IUbkaabkaaaRRERREUI（3）发电回馈制动）发电回馈制动 1） 直流电动机拖动的电车下坡

15、时：直流电动机拖动的电车下坡时：电磁转矩电磁转矩T与负载转矩与负载转矩TL共同作用，使电动机转速上升，当共同作用，使电动机转速上升，当nno时，时，EaU，Ia反向，反向，T反向成为制动转矩，电动机运行在发电回馈制动状态。反向成为制动转矩，电动机运行在发电回馈制动状态。2）降低电枢电压调速时的发电回馈制动）降低电枢电压调速时的发电回馈制动制动原理：制动原理：当电动机电枢电压突然降低时，因惯性电动机转当电动机电枢电压突然降低时，因惯性电动机转速不能突变，使速不能突变，使nan01，EaUl，致使电动机电枢电流，致使电动机电枢电流Ia和电和电磁转矩磁转矩T变为负值，电动机转速迅速下降。从特性变为负

16、值，电动机转速迅速下降。从特性b点至点至n01点点之间电动机处于发电回馈制动状态之间电动机处于发电回馈制动状态。（四）（四） 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速调速方法有：调速方法有：（1）降压调速；（）降压调速；（2）电枢回路串电阻调）电枢回路串电阻调速；（速；（3）减弱磁通调速三种。）减弱磁通调速三种。1.电枢电路串联电阻的调速电枢电路串联电阻的调速电枢回路串接电阻电枢回路串接电阻Rpa时的人为机械特性曲线如图时的人为机械特性曲线如图325所示。所示。（1）电枢串电阻的特点：）电枢串电阻的特点：l）是基速以下调速，且串入电阻越大特性越软。）是基速以下调速，且串入电阻越大特性越软。2）

17、是有级调速，调速的平滑性差。）是有级调速，调速的平滑性差。3）调速电阻消耗的能量大，不经济。）调速电阻消耗的能量大，不经济。4）电枢串电阻调速方法简单，设备投资少。）电枢串电阻调速方法简单，设备投资少。（2）适用范围：）适用范围：适用于小容量电动机调速。但调适用于小容量电动机调速。但调速电阻不能用起动变阻器代替。速电阻不能用起动变阻器代替。因为启动电阻是按因为启动电阻是按短时设计的短时设计的 ，而调速电阻是连续工作的。，而调速电阻是连续工作的。2.降低电枢电压调速降低电枢电压调速 降低电枢电压后的人为机械特性曲线如图降低电枢电压后的人为机械特性曲线如图326所示。所示。1.降压调速的特点：降压

18、调速的特点：1）调速性能稳定，调速范围广。）调速性能稳定，调速范围广。2）调速平滑性好，可实现无级调速。）调速平滑性好，可实现无级调速。3）损耗减小，调速经济性好。）损耗减小，调速经济性好。 4）调压电源设备较复杂。）调压电源设备较复杂。 3.减弱磁通调速减弱磁通调速 减弱磁通调速的人为机械特性曲线如图减弱磁通调速的人为机械特性曲线如图327所示所示 减弱磁通调速的特点：减弱磁通调速的特点：l）特性变软，调速范围）特性变软，调速范围不大。不大。2）调速平滑，可实现）调速平滑，可实现无极调速。无极调速。3）能量损耗小。）能量损耗小。 4）控制方便，控制设）控制方便，控制设备投资少。备投资少。 由图可见，串励电动机的转速随转矩的增加而急由图可见，串励电动机的转速随转矩的增加而急剧下降，这种机械特性称为软特性。剧下降，这种机械特性称为软特性。 串励电动机适用于负载转矩变化较大、要求起动串励电动机适用于负载转矩变化较大、要求起动转矩大而不可能空载运行的场合，如城市电车、转矩大而不可能空载运行的场合，如城市电车、蓄电池车辆、挖掘机、起重机等。蓄电池车辆、挖掘机、起重机等。 （五）串励电动机的机械特性： 机械特性方程:式中的C1、C2均为常数。1.1.功率在功率在1 1千瓦以上的直流电机作耐压试验时，成千瓦以上的直流电机作耐压试验时，成品试验电压为品试验电压为 伏。伏。2UN+10