直流电动机结构原理以及启动

1、关于直流电动机结构原理及启动第一张，PPT共四十六页，创作于2022年6月1第2章 直流电动机 2.1 概述2.2 工作原理2.3 电枢电动势及电压平衡关系2.4 电磁转矩2.5 机械特性2.6 直流电动机的调速2.7 直流电动机的使用和额定值第二张，PPT共四十六页，创作于2022年6月22.1 概述与异步电动机相比，直流电动机的结构复杂，使用和维护不如异步机方便，而且要使用直流电源。直流电机的优点：（1）调速性能好: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。（3）易于控制。应用：（1）轧钢机、电气机车、无轨电车、中大型龙门刨床等调速范围大的大型设备。（2）用蓄电

2、池做电源的地方，如汽车、拖拉机等。（3）家庭：电动缝纫机、电动自行车、电动玩具第三张，PPT共四十六页，创作于2022年6月32.2 工作原理 一、 工作原理 U+NS电刷换向片直流电源电刷换向器线圈II第四张，PPT共四十六页，创作于2022年6月4注意：换向片和电源固定联接，线圈无论怎样转动，总是上半边的电流向里，下半边的电流向外。电刷压在换向片上。由左手定则，通电线圈在磁场的作用下，使线圈逆时针旋转。FFU+NS电刷换向片II第五张，PPT共四十六页，创作于2022年6月5FFU+NS电刷换向片IIEE由右手定则，线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动势，感应电动势的方向与电流的方向相

3、反。第六张，PPT共四十六页，创作于2022年6月6直流发电机用右手定则判感应电动势Ea的方向U+NSEEIa电枢绕组电阻Ra感应电动势输出电压第七张，PPT共四十六页，创作于2022年6月7二、 直流电机的构成直流电机由定子、转子和机座等部分构成。机座磁极励磁绕组转子励磁式直流电动机结构第八张，PPT共四十六页，创作于2022年6月81. 转子（又称电枢） 由铁芯、绕组（线圈）、换向器组成。2. 定子定子的分类：永磁式：由永久磁铁做成。励磁式：磁极上绕线圈，然后在线圈中 通过直流电，形成电磁铁。励磁的定义：磁极上的线圈通以直流电 产生磁通，称为励磁。第九张，PPT共四十六页，创作于2022年

4、6月9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：他励电动机：励磁线圈与转子电枢的电源分开。并励电动机：励磁线圈与转子电枢并联到同一电源上。串励电动机：励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。复励电动机：励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在 同一电源上。M他励UfIfIaUM并励UIfM串励UM复励U第十张，PPT共四十六页，创作于2022年6月102.3 电枢电动势及电压平衡关系电枢通入电流后，产生电磁转矩，使电机在磁场中转动起来。通电线圈在磁场中转动，又会在线圈中产生感应电动势（用E表示）。一、 电枢中的感应电动势FFU+NS电刷换向片IIEE第十一张，PPT共四十六页，

5、创作于2022年6月11根据右手定则知，E和原通入的电流方向相反，其大小为：KE：与电机结构有关的常数n：电动机转速 ：磁通单位： （韦伯），n（转/每分），E（伏）FFU+NS电刷换向片IIEE第十二张，PPT共四十六页，创作于2022年6月12二、 电枢绕组中电压的平衡关系因为E与通入的电流方向相反，所以叫反电势。U：外加电压Ra:绕组电阻MRaIaE+U以上两公式反映的概念：(1)电枢反电动势的大小和磁通、转速成正比，若想 改变E，只能改变 或 n。(2)若忽略绕组中的电阻Ra，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 可调速。第十三张，PPT共四十六页，创作于2

6、022年6月132.4 电磁转矩KT：与线圈的结构有关的常数 （与线圈大小，磁极的对数等有关） ：线圈所处位置的磁通Ia：电枢绕组中的电流一、电磁转矩单位： （韦伯），Ia（安培），T（牛顿米）由转矩公式可知：(1)产生转矩的条件：必须有励磁磁通和电枢电流。(2)改变电机旋转的方向：改变电枢电流的方向或者 改变磁通的方向。第十四张，PPT共四十六页，创作于2022年6月14二、 转矩平衡关系电磁转矩T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TL： 负载转矩T0 ：空载转矩 转矩平衡过程：当负载转矩（TL）发生变化时，通过电机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁转矩自动

7、调整，以实现新的平衡。第十五张，PPT共四十六页，创作于2022年6月15例：设外加电枢电压 U 一定，T=TL+ T0(平衡)，这时，若TL突然增加，则调整过程为：与原平衡点相比，新的平衡点：Ia 、 P入TL nEIa T 最后达到新的平衡点。第十六张，PPT共四十六页，创作于2022年6月16电机的电磁转矩和转速间的关系 以他励和串励电机为例说明。他励电动机和并励电动机的特性一样。2.5 机械特性一、 他励电动机的机械特性即：其中，M他励UfIfIaU第十七张，PPT共四十六页，创作于2022年6月17n0： 理想空载转速,即T=0时的转速。（实际工作时,由于有空载损耗，电机的T不会为0

8、。）当 T时n ，但由于他励电动机的电枢电阻Ra很小，所以在负载变化时， 转速 n 的变化不大，属硬机械特性。根据 n-T 公式画出特性曲线n0nNTNTn n其中，第十八张，PPT共四十六页，创作于2022年6月18串励的特点：励磁线圈的电流和电枢线圈的电流相同。二、 串励电动机的机械特性设磁通和电流成正比，即 =K Ia ,则据此公式做出 T-n 曲线nTM串励UIa第十九张，PPT共四十六页，创作于2022年6月19(1) T=0时，在理想情况下，n。但实际上负 载转矩不会为 0，不会工作在 T=0 的状态， 但空载时 T 很小，n 很高。串励不允许空载 运行，以防转速过高。串励特性：(

9、2) 随转矩的增大，n 下降得很快，这种特性属 软机械特性。nT第二十张，PPT共四十六页，创作于2022年6月20(2) 恒功率负载（P 一定时，T 和 n 成反比）， 要选软特性电机拖动。如：电气机车等。直流电动机特性类型的选择:(1) 恒转矩的生产机械(负载转矩TL不随转速而变要选硬特性的电动机，如：金属加工、起重机械等。TLTnnT第二十一张，PPT共四十六页，创作于2022年6月212.6 直流电动机的调速 与异步电动机相比，直流电动机结构复杂，价格高，维护不方便，但它的最大优点是调速性能好。（1）调速均匀平滑，可以无级调速。（2）调速范围大，调速比可达200 （他励式）以上 （调速

10、比等于最大转速和最小转速之比）。直流电动机调速的主要优点是：第二十二张，PPT共四十六页，创作于2022年6月22 可知，n 和 有关，在 U 一定的情况下，改变 可改变 n 。在励磁回路中串上电阻Rf，改变Rf大小调节励磁电流，从而改变 的大小。一、改变磁通（调磁）1.原理其中，M他励UfIfIaU其中： =K If以他励电动机为例说明直流电动机的调速方法。第二十三张，PPT共四十六页，创作于2022年6月23 Rf If n ，但在额定情况下， 已接 近饱和，If 再加大，对 影响不大，所以这种增加 磁通的办法一般不用。 Rf If n ，减弱磁通是常用的调速方 法。If的调节有两种情况：

11、概念：改变磁通调速的方法 减小磁通，n只能上调。其中，M他励UfIfIaU其中： =K If第二十四张，PPT共四十六页，创作于2022年6月242.特性的变化所以：磁通减小以后特性上移，而且斜率增加。？，因为：（ 减小）TLRf增加Tn其中，第二十五张，PPT共四十六页，创作于2022年6月25调速过程: U一定,则Rf E IaT nIa E暂时T TL其中，最后达到新的平衡T =TL其中： =K If第二十六张，PPT共四十六页，创作于2022年6月26（1）调速平滑，可做到无级调速，但只能向上调， 受机械本身强度所限，n不能太高。（2）调的是励磁电流（该电流比电枢电流小得多）， 调节控

12、制方便。3.减小 调速的特点：第二十七张，PPT共四十六页，创作于2022年6月27第二十八张，PPT共四十六页，创作于2022年6月28第二十九张，PPT共四十六页，创作于2022年6月29二、改变电枢电压调速由转速特性方程知：调电枢电压U，n0变化，斜率不变，所以调速特性是一组平行曲线。1.特性曲线nn0n0n0电压降低T其中，第三十张，PPT共四十六页，创作于2022年6月302.改变电枢电压调速的特点（1）工作时电枢电压一定，电压调节时，不允许超 过UN，而 n U，所以调速只能向下调。（2）可得到平滑、无级调速。（3）调速幅度较大。MUfIfIaU变压整流220V整流调压220VUf

13、=110V固定U=0110V可调改变电枢电压调速方案举例：第三十一张，PPT共四十六页，创作于2022年6月31例：已知他励电动机的 PN=2.2KW, UN=220V ,IaN=12.4A Ra=0.5 , nN=1500r/min。 求：（1）TL=0.5TN 时, n=? （2） =0.8 N 时, n=? 解：（1） TL=0.5TN 时第三十二张，PPT共四十六页，创作于2022年6月32（2） =0.8 N 时第三十三张，PPT共四十六页，创作于2022年6月33这种调速方法耗能较大，只用于小型直流机。串励电机也可用类似的方法调速。三、改变转子电阻调速在电枢中串入电阻，使 n 、

14、n0不变，即电机的特性曲线变陡（斜率变大），在相同力矩下，nnn0RaRa + RT其中，第三十四张，PPT共四十六页，创作于2022年6月342.7 直流电动机的使用和额定值限制Iast的措施：（1）启动时在电枢回路串电阻。（2）启动时降低电枢电压。一、使用1.启动启动时,n= 0 Ea=0，若加入额定电压，则Iast太大会使换向器产生严重的火花，烧坏换向器。一般Iast限制在 (2-2.5)IaN 内。第三十五张，PPT共四十六页，创作于2022年6月35(1)若电动机原本静止，由于励磁转矩 T = KT Ia， 而 0 ，电机将不能启动，因此，反电动势 为零，电枢电流会很大，电枢绕组有被

15、烧毁 的危险。直流机在启动和工作时，励磁电路一定要接通，不能让它断开，而且启动时要满励磁。否则，磁路中只有很少的剩磁，可能产生以下事故：注意：第三十六张，PPT共四十六页，创作于2022年6月36（2）如果电动机在有载运行时磁路突然断开， 则 ,则E ，Ia ，T ，可能不满 足TL的要求，电动机必将减速或停转，使 Ia更大，也很危险。（3）如果电机空载运行，可能造成飞车。 E Ia T T0 n飞车M他励UfIfIaU其中： =K If第三十七张，PPT共四十六页，创作于2022年6月37措施：他励直流电动机一定要有失磁保护。一般在励磁绕组加失压继电器或欠流继电器。当失压或欠流时，自动切断电

16、枢电源U。M他励UfIfIaU第三十八张，PPT共四十六页，创作于2022年6月382.反转电动机的转动方向由电磁力矩的方向确定。（1）改变励磁电流的方向。（2）或改变电枢电流的方向。改变直流电机转向的方法：第三十九张，PPT共四十六页，创作于2022年6月39（1）反接制动3.制动制动所采用的方法： 反接制动、能耗制动、发电回馈制动MUUfIf+R运行制动电阻 R 的作用是限制电源反接制动时电枢的电流过大。第四十张，PPT共四十六页，创作于2022年6月40（2）能耗制动 电枢断电后立即接入一个电阻。MUUfIf+R运行制动K停车时，电枢从电源断开,接到电阻上，这时：由于惯性电枢仍保持原方向

17、运动，感应电动势方向也不变，电动机变成发电机，电枢电流的方向与感应电动势相同，从而电磁转矩与转向相反，起制动作用。第四十一张，PPT共四十六页，创作于2022年6月41特殊情况下，例如汽车下坡时、吊车重物下降时， 在重力的作用下 nn0（ n0理想空载转速），这时电动机变成发电机，电磁转矩成为阻转矩，从而限制电机转速过分升高。(3) 发电回馈制动其中，第四十二张，PPT共四十六页，创作于2022年6月42直流电机有四个出线端，电枢绕组、励磁绕组各两个，可通过标出的字符和绕组电阻的大小区别。4.连接（1）绕组的阻值范围 电枢绕组的阻值在零点几欧姆到12欧姆。 他励/并励电机的励磁绕组的阻值有几百欧姆。 串励电机的励磁绕组的阻值与电枢绕组的相当。自学第四十三张，PPT共四十六页，创作于2022年6月43（2）绕组的符号S1T1B1C1H1BC1Q1S2T2B2C2H2BC2Q2电枢绕组他励绕组并励绕组串励绕组