第4章 直流电动机

1、跳转到第一页n 电动机与我们的生活密不可分。电动机是一种旋转式机器，它将电能转变为机械能。n 电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机，其中交流电动机中常用的是三相异步电动机和单相异步电动机。 第四章第四章 直流电动机直流电动机概述：概述： 直流电机是指通入直流电流而产生机械运动的电动机，或能输出直流电流的发电机。具有可逆性。跳转到第一页（1）调速性能好）调速性能好:调速范围广，易于平滑调节。调速范围广，易于平滑调节。（2）起动、制动转矩大，易于快速起动、停车。）起动、制动转矩大，易于快速起动、停车。（3）易于控制。）易于控制。直流电机特性：直流电机特性：（1）轧钢机、电气机车、中大型龙

2、门刨床等调速）轧钢机、电气机车、中大型龙门刨床等调速 范围大的大型设备。范围大的大型设备。（2）用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等。）用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等。（3）执行元件、测量元件。）执行元件、测量元件。用途：用途：跳转到第一页直流电动机由定子、转子两大部分所组成直流电动机由定子、转子两大部分所组成 直流电机组成：直流电机组成： 按励磁方式的不同，传统型直流伺服电动机可按励磁方式的不同，传统型直流伺服电动机可以再分为永磁式和电磁式两种。以再分为永磁式和电磁式两种。 永磁式直流电动机的定子磁极由永久磁钢组成。永磁式直流电动机的定子磁极由永久磁钢组成。 电磁式直流电动机的定子

3、磁极通常由硅钢片铁电磁式直流电动机的定子磁极通常由硅钢片铁心和励磁绕组组成。心和励磁绕组组成。 分类：分类：跳转到第一页根据励磁线圈和转子绕组的联接关系，励磁式的根据励磁线圈和转子绕组的联接关系，励磁式的直流电机又可细分为：直流电机又可细分为：他励电动机：励磁线圈与转子电枢的电源分开他励电动机：励磁线圈与转子电枢的电源分开。M他励他励UfIfIaU励磁方式励磁方式：跳转到第一页并励电动机：并励电动机：励磁线圈与转子电枢并联到同一电源上。励磁线圈与转子电枢并联到同一电源上。串励电动机：串励电动机：励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。复励电动机：复励电动机：

4、励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在 同一电源上。同一电源上。M并励并励UIfM串励串励UM复励复励U跳转到第一页 以起动机为例介绍直流电动机的以起动机为例介绍直流电动机的 各部分作用及工作原理各部分作用及工作原理直流串激式电动机主要由机壳、磁极、电枢、换向器及电刷等组成，如下图所示。结构：结构：1 一磁场绕组 2 一磁极铁心 3 一外壳 4 一磁极固定螺钉 5 一换向器 6 一转子铁心 7 一电枢绕组 8 一电枢轴跳转到第一页磁极：磁极： 作用是产生磁场，由铁心和磁场绕组组成。铁心用螺钉固定在壳体的内壁上，其上套有磁场绕组。磁极的数目一般为 4 个（两

5、对），功率超过 7.5kW的起动机有用 6 个（三对）的。磁场绕组用矩形截面的裸铜条绕制。 4 个磁场绕组的连接方法有两种，如下图所示。一种是 4 个相互串联，另一种是两串两并，即先将两个串联后再并联。不论采用哪一种连接方式， 4 个磁场绕组产生的极性是相互交错的。磁场与磁路磁场与磁路跳转到第一页电枢和换向器电枢和换向器 ： 电枢是产生电磁转矩的核心部件，主要由电枢轴、电枢铁电枢是产生电磁转矩的核心部件，主要由电枢轴、电枢铁心、电枢绕组和换向器组成。心、电枢绕组和换向器组成。 换向器和铁心都压装在电枢轴上，电枢绕组则嵌装在铁心内换向器和铁心都压装在电枢轴上，电枢绕组则嵌装在铁心内。 电枢轴的一

6、端制有螺旋花键与传动机构联接。电枢轴两端支电枢轴的一端制有螺旋花键与传动机构联接。电枢轴两端支承在壳体内。承在壳体内。 跳转到第一页电枢和换向器电枢和换向器 ： 铁心由许多相互绝缘的硅钢片叠装而成，其圆周表面上有铁心由许多相互绝缘的硅钢片叠装而成，其圆周表面上有槽，用来安放电枢绕组。槽，用来安放电枢绕组。 电枢绕组各线圈的端头均焊接在换向器上。换向器由铜片电枢绕组各线圈的端头均焊接在换向器上。换向器由铜片和云母片相间叠压而成。和云母片相间叠压而成。 换向器的作用是把通入电刷的直流电流转变为电枢绕组中换向器的作用是把通入电刷的直流电流转变为电枢绕组中导体所需的交变电流。导体所需的交变电流。跳转到

7、第一页电刷与电刷架电刷与电刷架 ： 电刷与电刷架的作用是将电流引入电动机。电刷与电刷架的作用是将电流引入电动机。 4 个电个电刷架均固定在前端盖上，其中两个电刷架与端盖绝缘刷架均固定在前端盖上，其中两个电刷架与端盖绝缘，称为绝缘电刷架；另外两个电刷架与端盖直接铆合，称为绝缘电刷架；另外两个电刷架与端盖直接铆合而搭铁，称为搭铁电刷架电刷由铜与石墨粉压制而而搭铁，称为搭铁电刷架电刷由铜与石墨粉压制而成，加人铜是为了减小电阻并增加耐磨性。电刷装在成，加人铜是为了减小电阻并增加耐磨性。电刷装在电刷架中，借弹簧压力将它压紧在换向器上，电刷弹电刷架中，借弹簧压力将它压紧在换向器上，电刷弹簧的压力一般为簧的

8、压力一般为 11 . 7N 14 . 7N 。跳转到第一页跳转到第一页端盖端盖 ： 端盖分为前、后两个端盖。前端盖一般用钢板压制端盖分为前、后两个端盖。前端盖一般用钢板压制而成，其上装有而成，其上装有 4 个电刷架，后端盖用铸铁浇铸而成个电刷架，后端盖用铸铁浇铸而成。它们分别装在机壳的两端，靠两个长螺栓与起动机。它们分别装在机壳的两端，靠两个长螺栓与起动机机壳紧固在一起。两端盖均装有青铜石墨轴承或铁基机壳紧固在一起。两端盖均装有青铜石墨轴承或铁基含油轴承套。含油轴承套。 跳转到第一页机壳机壳 ： 机壳用钢管制成，一端开有窗口，作为观察电刷与机壳用钢管制成，一端开有窗口，作为观察电刷与换向器之用

9、，平时用防尘箍盖住。机壳上只有一个电换向器之用，平时用防尘箍盖住。机壳上只有一个电流输人接线柱（与外壳绝缘），并在内部与磁场绕组流输人接线柱（与外壳绝缘），并在内部与磁场绕组的一端相接。的一端相接。跳转到第一页直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理 ： 直流电动机是将电能转换为机械能的设备，是以通直流电动机是将电能转换为机械能的设备，是以通电导体在磁场中受电场力作用的原理而制成的。电导体在磁场中受电场力作用的原理而制成的。 跳转到第一页FF (a) 直流电动机原理图 (b) 线圈受力方向NSABabNS+U接通直流电压接通直流电压U U时，直流电流为从时，直流电流为从a a边流入，边流入，b

10、 b边流出，由边流出，由于于a a边处于边处于N N极之下，极之下，b b边处于边处于S S极之下，则线圈受到电磁力极之下，则线圈受到电磁力而形成一个逆时针方向的电磁转矩而形成一个逆时针方向的电磁转矩T T，使电枢绕组绕轴线使电枢绕组绕轴线方向逆时针转动。方向逆时针转动。跳转到第一页FF (a) 直流电动机原理图 (b) 线圈受力方向NSABbaNS+U当电枢转动半周后，当电枢转动半周后，a a边处于边处于S S极之下，而极之下，而b b边处于边处于N N极之下。极之下。由于采用了电刷和换向器装置，此时电枢中的直流电流方向由于采用了电刷和换向器装置，此时电枢中的直流电流方向变为从变为从b b边

11、流入，从边流入，从a a边流出。电枢仍受到一个逆时针方向的边流出。电枢仍受到一个逆时针方向的电磁转矩电磁转矩T T的作用，继续绕轴线方向逆时针转动。的作用，继续绕轴线方向逆时针转动。跳转到第一页直流电动机的转矩：直流电动机的转矩： 电枢轴上产生的电磁转矩电枢轴上产生的电磁转矩 M 的大小，与电枢电流的大小，与电枢电流 Ia及磁极磁通及磁极磁通的大小成正比，即：的大小成正比，即： M = Cm Ia式中：式中： Cm 电机常数，与电动机的磁极对数、绕组电机常数，与电动机的磁极对数、绕组个数有关。个数有关。跳转到第一页直流电动机转矩自动调节原理直流电动机转矩自动调节原理 ： 当直流电动机接入直流电

12、源时，产生电磁转矩，当直流电动机接入直流电源时，产生电磁转矩，使电枢旋转。但当电枢旋转时，由于电枢绕组又切割使电枢旋转。但当电枢旋转时，由于电枢绕组又切割磁力线，则其中又产生了一感应电动势。按右手定则磁力线，则其中又产生了一感应电动势。按右手定则可知，该电动势的方向恰与电枢电流的方向相反，如可知，该电动势的方向恰与电枢电流的方向相反，如图图4-32所示。由于它与外加电压的方向相反，故称反所示。由于它与外加电压的方向相反，故称反电动势，其大小为：电动势，其大小为： Ef = Cen 跳转到第一页 这样外加于电枢上的电压这样外加于电枢上的电压U1 , ，一部分消耗在电，一部分消耗在电枢电阻枢电阻R

13、a上，一部分则用来平衡电动机的反电动势上，一部分则用来平衡电动机的反电动势 Ef 。即：。即： U1 = Ef + RaIa 上式是在电动机运转时，必须满足的一个基本条上式是在电动机运转时，必须满足的一个基本条件，称为电压平衡方程式。由此式可知，电枢电流件，称为电压平衡方程式。由此式可知，电枢电流 I 。为：。为：跳转到第一页 分析上式可知：当电动机的负载增加时，电枢轴分析上式可知：当电动机的负载增加时，电枢轴上的阻力转矩增加，电枢转速降低，而使反电动势上的阻力转矩增加，电枢转速降低，而使反电动势 E 随之减小，电枢电流随之减小，电枢电流 I 。增大，因此电磁转矩也将随。增大，因此电磁转矩也将随之增大，直至电磁转矩增加到与阻力矩相等时为止，之增大，直至电磁转矩增加到与阻力矩相等时为止，这时电动机将在新的负载下以较低的转速平稳运转。这时电动机将在新的负载下以较低的转速平稳运转。反之，当电动机的负载减小时，电枢转速升高，反电反之，当电动机的负载减小时，电枢转速升高，反电动势增大，电枢电流减小，电磁转矩则随之减小，直动势增大，电枢电流减小，电磁转矩则随之减小，直至电动机的电磁转矩减小到与阻力矩相等时为止，电至电动机的电磁转矩减小到与阻力矩相等时为止，电动机将在较高的转速下平稳运转。动机将在较高的