电工初、中级-直流电动机

1、电工高级电工高级直流电动机直流电动机2主要内容主要内容一、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3一、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 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

2、用普遍，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。4一、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（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、转子定子、转子和机座部分构成。和机座部分构成。 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5一、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

3、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机座的作用是作为磁通的通路，在上面安装主磁极，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。6一、直流电动机的结构和工

4、作原理一、直流电动机的结构和工作原理n2 2、转子、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。 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。 7一、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 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

5、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。8一、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

6、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。以产生恒定的电磁转矩。换向器由很多彼此绝缘的铜片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叠合而成，这些铜片称为换向片，每个换向片都和电枢绕组连接。每个换向片都和电枢绕组连接。9一、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95.95.直流电机中的换向器是由（直流电机中的换向器是由（ ）而成。）而成。A A、相互绝缘特殊形状的梯形硅钢片组装、相互绝缘特殊形状的梯形硅钢片组装 B B、相互绝缘的特殊形状的梯形铜片组装、相互绝缘的特殊形状的梯形铜片组装C C、特殊形状的梯形

7、铸铁加工、特殊形状的梯形铸铁加工 D D、特殊形状的梯形整块钢板加工、特殊形状的梯形整块钢板加工B10一、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）直流电动机的工作原理（二）直流电动机的工作原理U+NS电刷电刷换向片换向片直流电源直流电源电刷电刷换向器换向器线圈线圈II11二、直流电动机的分类及其特性二、直流电动机的分类及其特性 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

8、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电动机的励磁绕组和电枢绕组分别由电枢绕组分别由两个电源供电两个电源供电，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。但这种电动机较复杂。但这种电动机调速范调速范围很宽围很宽，多用于主机拖动中。，多

9、用于主机拖动中。12二、直流电动机的分类及其特性二、直流电动机的分类及其特性82.82.他励式直流电动机的励磁绕组应该（）。他励式直流电动机的励磁绕组应该（）。A A 有独立电源有独立电源 B B 与电枢绕组串接与电枢绕组串接C C 与电枢绕组并联与电枢绕组并联 D D 与换向绕组串接与换向绕组串接答案：答案：A A86.86.画出直流他励电动机分哪两个回路？画出回路图。画出直流他励电动机分哪两个回路？画出回路图。答案：如下图所示，左边是电枢回路，右边是励磁回路答案：如下图所示，左边是电枢回路，右边是励磁回路13二、直流电动机的分类及其特性二、直流电动机的分类及其特性（二）并励直流电动机（二）

10、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并励直流电动机的机械特性并励直流电动机的机械特性较好，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，并且转速调节方便，调节范围大，便，调节范围大，启动转矩启动转矩较大较大，因此应用广泛。，因此应用广泛。14二、直流电动机

11、的分类及其特性二、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。

12、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。15二、直流电动机的分类及其特性二、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，以并励直流电动机和

13、以并励直流电动机和他励直流电动机应用最为广泛。他励直流电动机应用最为广泛。复励电动机复励电动机 16二、直流电动机的分类及其特性二、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。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

14、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 17二、直流电动机的分类及其特性二、直流电动机的分类及其特性1 1、

15、直流电动机的固有机械特性、直流电动机的固有机械特性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2CCRTnTE18二、直流电动机的分类及其特性二、直流电动机的分类及其特性n0nNTNTn 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

16、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19二、直流电动机的分类及其特性二、直流电动机的分类及其特性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 20二、直流电动机的分类及其特性二、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

17、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/(Cen= U/(Ce ) ) (Ra+R)T(Ra+R)T/(/(Ct CeCt 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 21二、直流电动机的分类及其特性二、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

18、电压大小及方向的人为机械特性的方程为TCCRCUnNTeaNe20nn 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 T22二、直流电动机的分类及其特性二、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

19、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 n010123二、直流电动机的分类及其特性二、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 。90. 90. 直流电

20、动机的电器调速方法有（直流电动机的电器调速方法有（ ）种。）种。A A、2 B2 B、3 3 C C、4 D4 D、5 5253.253.直流电动机直流电动机, ,电枢绕组串电阻调速电枢绕组串电阻调速, ,只能将电机额只能将电机额定转速定转速( )( )调。调。A A向上向上 B B向下向下 C C任意方向任意方向 BB24三、直流电动机的拖动三、直流电动机的拖动（一）直流电动机的起动（一）直流电动机的起动n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倍倍。这样大的起动电流会使换向恶化，。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，对产生严重的火花；与电枢电流成正比的电磁转矩过大，对生产机械产生过大的冲击力。因此起动时需限制起动电流生产机械产生过大的冲击力。因此起动时需限制起动电流的大小。的大小。 n起动的方法起动的方法n电枢回路串电阻起动电枢回路串电阻起动n降电压起动降电压起