直流电动机工作原理

1、下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构复杂，维修也直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构复杂，维修也不便，但由于它的调速性能较好和起动转矩较大，因此，对调不便，但由于它的调速性能较好和起动转矩较大，因此，对调速要求较高的生产机械或者需要较大起动转矩的生产机械往往速要求较高的生产机械或者需要较大起动转矩的生产机械往往采用直流电动机驱动。采用直流电动机驱动。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页NSNS 直流电机由定直流电机由定子子(磁极磁极)、转子、转子(电枢

2、电枢)和机座等和机座等部分构成。部分构成。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 由铁心、绕组（线圈）、换向器组成。由铁心、绕组（线圈）、换向器组成。由永久磁铁做成。由永久磁铁做成。磁极上绕线圈，线圈中通过直流电，磁极上绕线圈，线圈中通过直流电， 形成电磁铁。形成电磁铁。磁极上的线圈通以直流电产生磁通，称为励磁。磁极上的线圈通以直流电产生磁通，称为励磁。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 直流电机按照励磁方式可分为他励电动机、并直流电机按照励磁方式可分为他励电动机、并励电动机、串励电动机和复励电动机励电动机、串励电动机和复励电动机UUfIaM+_+_

3、IffR stRIaUM+_IffR stR+_IE下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页UIa+_IfM复励复励U+_IMIa下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页IU+SbNacd 直流电从两电刷之间通入电枢绕组，电枢电流直流电从两电刷之间通入电枢绕组，电枢电流方向如图所示。由于换向片和电源固定联接，无论方向如图所示。由于换向片和电源固定联接，无论线圈怎样转动，总是线圈怎样转动，总是S极有效边的电流方向向里极有效边的电流方向向里, N极有效边的电流方向向外。电动机电枢绕组通电后极有效边的电流方

4、向向外。电动机电枢绕组通电后中受力中受力(左手定则左手定则)按顺时针方向旋转。按顺时针方向旋转。U+U+电刷电刷换向片换向片U+IFFTn换向器作用：换向器作用：将外部直流电将外部直流电转换成内部的转换成内部的交流电，以保交流电，以保持转矩方向不持转矩方向不变。变。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页U+EETnSbNdFFacII换向片换向片电刷电刷KE: 与电机结构有关的常数与电机结构有关的常数n: 电动机转速电动机转速 ：磁通磁通E=EK n下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页U+EETnSbNdFFacII换向片换向片电刷电刷aaaaRInK

5、RIEUE RaIaE+UM下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页02TTT 设外加电枢电压设外加电枢电压 U 一定，一定，T=T2 (平衡平衡)，此时，此时，若若T2突然增加，则调整过程为突然增加，则调整过程为达到新的平衡点达到新的平衡点(Ia 、 P入入 ) 。T2 n Ia T E nKEE aaaREUI aIKTT 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页虽然电源电压虽然电源电压U和和励磁电阻保持不变，但随着励磁方式不同，电励磁电阻保持不变，但随着励磁方式不同，电动机的转矩、转速和机械特性

6、有很大的区别。动机的转矩、转速和机械特性有很大的区别。)f(ITa一、并励电动机一、并励电动机1. 转矩特性转矩特性IaUM+_IffR stR+_IEaaRIEU 由图可求得由图可求得aaREUI ffRUI aafIIII 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页aaRIEU aaREUI ffRUI aafIIII 由上分析可知：由上分析可知： 当电源电压当电源电压U和励磁回路的电阻和励磁回路的电阻Rf一定时一定时, 励励磁电流磁电流If和磁通和磁通则则即：并励电动机的磁通即：并励电动机的磁通 n0T)f(ITa)f(Ina2. 转速特性转速特性下一页下一页总目录总目录

7、 章目录章目录返回返回上一页上一页aEaEIKRKUnaaaI IT TTEKnKERIEU 由以下公式由以下公式n0T)f(ITa理想空载转速理想空载转速:0KUnE 式中：式中：n0)f(Ina下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页nnn 0TKKRnET2a TKKRKUnETE2a aI IT TTKIaUM+_IffR stR+_IEf(T)n3. 机械特性机械特性aEaEIKRKUn下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页转转速速降降:2aTKKRnET 理想空载转速理想空载转速:0KUnE 式中：式中：nnTKKRKUnETE 02an0nN

8、TNn0T100%nnnnNN0N下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页)f(ITa二、串励电动机二、串励电动机1. 转矩特性转矩特性当当Ia较小时，铁心不饱和较小时，铁心不饱和UIa+_IfMfaII 特点：特点：)af(IaKI 2aTaTIKIKT当当Ia较大时，铁心饱和较大时，铁心饱和aTIKT 与并励类似与并励类似下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页)f(Ina2. 转速特性转速特性当当Ia较小时，较小时，aKI aEaEIKRKUnKKRKIKUnEaaE当当Ia较大时，铁心饱和较大时，铁心饱和 与并励类似与并励类似从上式可见，当轻载时串励

9、电动机的转速从上式可见，当轻载时串励电动机的转速急剧上升，将导致电动机的损坏，所以串急剧上升，将导致电动机的损坏，所以串励电动机不允许轻载运行，一般最低负载励电动机不允许轻载运行，一般最低负载不小于额定负载的不小于额定负载的30%n0T)f(Ina下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页bTaUnf(T)n3. 机械特性机械特性2aTaTIKIKTKKRKIKUnEaaE下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页三、复励电动机三、复励电动机复励复励U+_IMIa 他的工作特性介于并励他的工作特性介于并励和串励之间。如果并励绕组和串励之间。如果并励绕组磁通势起主

10、要作用，其工作磁通势起主要作用，其工作特性与并励电动机工作特性特性与并励电动机工作特性接近。如果串励绕组磁通势接近。如果串励绕组磁通势起主要作用，其工作特性与起主要作用，其工作特性与串励电动机工作特性接近。串励电动机工作特性接近。但因为有并励绕组磁通势的但因为有并励绕组磁通势的存在，磁通存在，磁通 不会趋近于零，不会趋近于零，所以空载或轻载时，仍能正所以空载或轻载时，仍能正常运行。常运行。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页有一并励电动机，其额定数据如下：有一并励电动机，其额定数据如下：P=22KW, UN=110V, nN=1000r/min, = 0.84, 并已知并

11、已知Rf= 27.5 ，Ra= 0.04 , 试求试求: (1) 额定电流额定电流I , 额定额定 电枢电流电枢电流Ia及及额定励磁电流额定励磁电流If ; (2) 损耗功率损耗功率 PaCu , 及及 PO ; (3) 额定转矩额定转矩T; (4) 反电动势反电动势E。解：解：(1) P2是输出功率，额定输入功率为是输出功率，额定输入功率为KW19.2684. 02221 PPA2381101019.2631UPI额定电流额定电流额定励磁电流额定励磁电流A45 .27110ff RuI额定电枢电流额定电枢电流A2344238fa III下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一

12、页（2）电枢电路铜损）电枢电路铜损W219023404. 02a2aaCu IRPW44045 .272f2ffCu IRP励磁电路铜损励磁电路铜损总损失功率总损失功率W4190220002619021 PPP空载损耗功率空载损耗功率W200021904190aCu10 PPPm.N210100022955095502 nPT（3）额定转矩）额定转矩（4）反电动势）反电动势V6 .10023404. 0110aa IRUE下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页TKKRKUnETE2a nn0Tn0nT00n 0n0nTnO下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页

13、上一页太大会使换向器产生严重的火花太大会使换向器产生严重的火花, ,烧坏换向器；烧坏换向器；NaaNast)2010(IRUI 0 nKEE1. 起动问题：起动问题：(1) 起动电流大起动电流大(2) 起动转矩大起动转矩大 起动时，起动转矩为起动时，起动转矩为(1020)TN , 造成机械冲造成机械冲击，使传动机构遭受损坏。击，使传动机构遭受损坏。tasIT 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页NstaNast)5 . 25 . 1 (IRRUI aastNstRIUR nn0TnnTKKRKUnETE 02aTLT2T1此启动方法，启动设备简此启动方法，启动设备简单，操

14、作方便，但启动能单，操作方便，但启动能耗大。耗大。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 直流电动机在起动和工作时，励磁电路一定要直流电动机在起动和工作时，励磁电路一定要接通接通, ,不能让它断开不能让它断开, ,而且起动时要满励磁。否则，而且起动时要满励磁。否则，磁路中只有很少的剩磁，可能产生事故：磁路中只有很少的剩磁，可能产生事故：aNstR2IU目前基本采用可控硅整流目前基本采用可控硅整流电源作为调压电源。此启电源作为调压电源。此启动方法，启动电流小，启动方法，启动电流小，启动平稳，启动能耗小。动平稳，启动能耗小。TLT2n0nT0T1下一页下一页总目录总目录 章目录

15、章目录返回返回上一页上一页 (3)如果电机在空载运行，可能造成飞车，使电机遭如果电机在空载运行，可能造成飞车，使电机遭受严重的机械损伤，而且因电受严重的机械损伤，而且因电电流过大而将绕组电流过大而将绕组烧坏。烧坏。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页电磁转矩：电磁转矩：下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页与异步电动机相比，虽然结与异步电动机相比，虽然结构复杂，价格高，维护也不方便，但在调速性能上构复杂，价格高，维护也不方便，但在调速性能上由其独特的优点。由其独特的优点。 1. 调速均匀平滑，可以无级调速调速均匀平滑，可以无级调速 2. 调速范围大，调

16、速比可达调速范围大，调速比可达D=810 以上以上 3.3.调速静差率调速静差率 小。小。由转速公式由转速公式: EKRIUnaa可见直流电机调速方法有三种。可见直流电机调速方法有三种。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页TKKRKUnETE2a 保持电枢电压保持电枢电压U不变，减小励磁电流不变，减小励磁电流If (调调Rf)以以减小磁通减小磁通 。由式由式0n 0n0nTnOaaaREUI Rf E I n Ia E T nKEE 在高于在高于n的转速下运行的转速下运行下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页nCnKRIU1EaanCInCKIKT2a

17、1TaTCTnP(1)调速平滑，可得到无级调速；但只能向上调，受调速平滑，可得到无级调速；但只能向上调，受 机械本身强度所限，机械本身强度所限，n不能太高。不能太高。(2) 调速设备简单，经济，电流小，便于控制。调速设备简单，经济，电流小，便于控制。(3) 机械特性较硬，稳定性较好。机械特性较硬，稳定性较好。(4) 对专门生产的调磁电动机对专门生产的调磁电动机, ,其其D D可达可达, 一般一般D=2下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页n0n0Tcn0nT0KTnTKKRKUnETE 02a )(a一一定定和和R(1)工作时电压不允许超过工作时电压不允许超过 ，而，而,

18、所以调速所以调速 只能向下调只能向下调。(2)机械特性较硬，并且电压降低后硬度不变，稳机械特性较硬，并且电压降低后硬度不变，稳 定性好。定性好。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页(4)均匀调节电枢电压，可得到平滑无级调速。均匀调节电枢电压，可得到平滑无级调速。(5)调速范围较大。一般调速范围较大。一般D=8D=810U Ia n E Ia (3)属于恒转矩调速。属于恒转矩调速。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页nn0TnnTKKRRKUn02ETaE特点：特点：(1) 设备简单，操作方便。设备简单，操作方便。(2)机械特性软，稳定性差。机械特性软

19、，稳定性差。(4)能量损耗大，只用于小型直流机。能量损耗大，只用于小型直流机。TL(3)调速范围较小，一般调速范围较小，一般D=22.5下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页1.电机轴上输出的机械功率。电机轴上输出的机械功率。2.额定工作情况下的电枢上加的直流电额定工作情况下的电枢上加的直流电压。（例：压。（例：110V，220V，440V） 3.额定电压下轴上输出额定功率时的电流额定电压下轴上输出额定功率时的电流 （并励包括励磁和电枢电流）。（并励包括励磁和电枢电流）。 （ ：效率）：效率）4.额定转速额定转速nN: 在在PN , UN , IN 时的转速。时的转速。 直流电机的转速一般在直流电机的转速一般在500500r/min 以上。特殊的直流电机转以上。特殊的直流电机转速可以做到很低（如每分钟几转）或很高（每分钟速可以做到很低（如每分钟几转）或很高（每分钟30003000转以上转以上）。）。调速时对于没有调速要求的电机，最大转速不能超过调速时对于没有调速要求的电机，最大转速不能超过 1.2nN