电工技术第二版(席时达)第8章

1第八章直流电动机电工技术第二节直流电动机的机械特性第一节直流电动机的结构和工作原理第八章直流电动机第三节直流电动机的使用3第一节、直流电动机的结构和工作原理直流电动机（与三相交流异步电动机相比）：

所以，在电车、电气机车、轧钢机、起重机械、电力牵引设备以及龙门刨床等方面获得广泛应用。

缺点：结构复杂，价格昂贵，使用和维修要求高。

优点：起动转矩大，调速范围宽，调速平滑，易于控制等。第一节直流电动机的结构和工作原理一、直流电动机的结构二、直流电动机的工作原理5第一节、直流电动机的结构和工作原理外形和结构示意图两个基本部分：

定子

转子一、直流电动机的结构6第一节、直流电动机的结构和工作原理（一）定子直流电动机静止部分。定子主磁极主磁极铁心励磁绕组（可有多个）换向磁极换向磁极铁心绕组机座：既是外壳，又是磁路的一部分端盖(电刷装置)7第一节、直流电动机的结构和工作原理（二）转子（电枢）电枢铁心：表面有许多均匀分布的槽电枢绕组：嵌放在电枢铁心槽内并与换向器相连换向器（整流子）：与电枢绕组相连，表面压有电刷，与外电路直流电相通。转轴、风扇转子直流电动机活动部分。8第一节、直流电动机的结构和工作原理直流电动机的4种励磁方式电枢绕组励磁绕组（三）励磁方式

1.他励电动机：励磁绕组与电枢绕组分别由两个不同的直流电源供电。

另外，用永久磁铁作为磁极的永磁式电动机，也可视为他励电动机的一种。9第一节、直流电动机的结构和工作原理电枢绕组励磁绕组

2.并励电动机：励磁绕组与电枢绕组并联后由同一个直流电源供电。

3.串励电动机：励磁绕组与电枢绕组串联后由同一个直流电源供电。

4.复励电动机：既有并励绕组，又有串励绕组。

10第一节、直流电动机的结构和工作原理二、直流电动机的工作原理电刷B电刷A换向片2换向片1电枢线圈主磁极11第一节、直流电动机的结构和工作原理U+–

FF（一）转动原理（a）线圈在初始位置IaIaSbNadc电刷A换向片2电枢线圈换向片1电刷B主磁极IaIa

直流电Ia从电刷通入电枢绕组，线圈ab边和cd边在磁场中受到电磁力F的作用。电枢绕组通电后中受力按逆时针方向旋转。左手定则n12第一节、直流电动机的结构和工作原理FF（b）线圈转过1800后

随着电枢的旋转,线圈ab边从N极处转向S极处,换向片1脱离电刷A与电刷B接触,,无论线圈怎样转动，总是N极处线圈中的电流方向向里,电磁力F始终向左。

电磁转矩和方向不变，使电枢能连续按逆时针方向旋转nU+–IaIaIaIaScNdab电刷A换向片1换向片2电刷B主磁极电枢线圈13第一节、直流电动机的结构和工作原理ScNdabU+–电刷A换向片1FF换向片2电刷B主磁极IaIaIaIan

换向器作用：将外部直流电转换成内部的直流电，以保持转矩方向不变电枢线圈14第一节、直流电动机的结构和工作原理CT：转矩常数

:

每极磁通Ia：电枢电流（二）电磁转矩由式可知：直流电动机的电磁转矩T与每极磁通和电枢电流Ia

的乘积成正比。电磁转矩的方向由

和Ia

的方向决定。

电磁转矩公式为：T=CTIa

电磁转矩是由电枢绕组通入直流电流(电枢电流Ia)后在磁场（磁通）中受力而形成的。15第一节、直流电动机的结构和工作原理（三）电枢电动势和电流电枢转动使电枢绕组中的导体不断切割磁力线，因此在线圈中产生感应电动势E。SbNadcnU+–IaIaIaIa电枢线圈换向片电刷FFEE右手定则

电枢感应电动势E与电枢电流或外加电压方向总是相反，所以称反电势。16第一节、直流电动机的结构和工作原理

直流电动机两电刷间总的电枢电动势公式：Ea=CE

nCE为电动势常数。为每极磁通。n为电动机转速。

由式可知：直流电动机旋转时，电枢电动势Ea大小与每极磁通和电动机转速n乘积成正比，其方向与电枢电流相反，起限制电流的作用。17第一节、直流电动机的结构和工作原理直流电动机电枢电流公式：Ra：电枢电阻。

由式可知：电枢电流Ia的大小，不仅与Ua

和Ra有关，而且还受到反电动势Ea的制约。直流电动机电枢电路Ua：电枢两端电压。Ea：反电动势。

电枢绕组两端电压公式：Ua=Ea+IaRa–RaIaEa+–+UaM18第一节、直流电动机的结构和工作原理（四）转矩和功率的自动平衡过程

1.平衡的概念：电动机的电磁转矩T为驱动转矩。在电机运行时，电磁转矩必须和机械负载转矩及空载损耗转矩相平衡。TL：机械负载转矩T0：空载转矩

2.平衡过程：

当电动机轴上的机械负载发生变化时，通过电动机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁转矩将自动调整，以适应负载的变化，保持新的平衡。191第一节、直流电动机的结构和工作原理例：设外加电枢电压U一定，T=TL

(平衡)，此时，若TL突然增加，则调整过程为:

达到新的转矩平衡点，而以新的转速稳定运行。TLnIa

T

Ea可见:电磁转矩能自动平衡负载转矩的变化。第三节直流电动机的使用一、起动二、反转三、调速四、制动21第三节、直流电动机的使用一、起动直流电动机不允许直接起动。对供电电源是很大冲击，会损坏电动机。转速n=0，感应电动势（一）原因1.起动时电流大，高达额定电流十几倍2.起动转矩大

很大的起动电流将产生很大的起动转矩，使被驱动的机械遭受很大冲击力，可能损坏传动机构和生产机械。22第三节、直流电动机的使用（二）解决办法

1.降低电枢端电压U

使用一个可调压的直流电源专供电枢电路之用，这样随着转速的升高电源电压可逐渐升高到额定值，但这种方法只适用于他励电动机。

2.增大电枢电路的电阻Ra

即在电枢电路内串联起动电阻，随着转速的升高将起动电阻逐渐减小到零。（三）注意

1.起动时励磁电路必须可靠连接，不允许开路。

2.工作时也不允许励磁电路开路。23第三节、直流电动机的使用

一台他励电动机，已知额定电压为110V，额定电流为81.6A，电枢电阻为0.12Ω。试求：1、如果直接起动，起动电流是额定电流的几倍？2、若要将起动电流限制为额定电流的2倍，应选多大的起动电阻？解：（1）直接起动时（2）若将起动电流为额定电流的2倍，则【例8-3-1】24第三节、直流电动机的使用二、反转（二）反转的办法

通常是改变电枢电流的方向，即把电枢电路的两条端线互换。（一）反转的种类电磁转矩：T=CTIa

(1)改变励磁电流的方向。

(2)改变电枢电流的方向。改变直流电机转向的方法有两种：25第三节、直流电动机的使用三、调速用人为的方法改变它的机械特性，使之在一定的负载下获得不同的转速。（二）调速的办法有改变电枢电路的电阻Ra，磁极磁通Ф，电枢电压U三种办法。（一）调速的概念直流电动机机械特性公式:26第三节、直流电动机的使用1.改变电枢电路的电阻Ra在电枢电路内串接可变电阻，当Ra增大时，在同样负载下转速下降，如图(a)，轻载时得不到低速。

因增加电阻消耗功率，只适用于调速范围小、调速时间短的小功率电动机。27第三节、直流电动机的使用2.改变磁极磁通Ф在励磁电路中串联可变电阻，或减小励磁电源的电压，使电动机的磁通Ф小于原来的额定值。从而使电动机的转速升高。机械特性变软，如图(b)。28第三节、直流电动机的使用3.改变电枢电压U用单独的可变直流电源给电枢电路供电，也可使电动机的额定电压向下调，使机械特性平行下移，硬度不变，如图(c)。这种方法调速比较稳定，调速范围也较大。

在调速范围要求很大的设备中，也可对同一电动机分别采用改变电枢电压和改变励磁两种方法。29第三节、直流电动机的使用四、制动（一）能耗制动1.工作过程有能耗制动和反接制动两种办法。

由于惯性，电枢继续按原方向旋转，产生的感应电动势E方向不变，但原来阻碍电流的反电动势，却变为在电枢绕组和制动电阻RP上产生电流Ia的电动势。制动电阻

制动时，开关S由左边扳向右边，使电枢回路与电源断开，而与RP联接，但励磁绕组的电源保留。30第三节、直流电动机的使用

这时电动机相当于一台发电机，电枢电流与磁通互相作用产生的电磁转矩与电枢旋转的方向相反，是制动转矩，迫使电动机很快停车。

在这一过程中，转动部分的动能转化为电能，在电阻中被消耗掉，所以称能耗制动。

2.特点：能耗制动线路简单，制动可靠、平稳、经济，故常被采用。31第三节、直流电动机的使用（二）反接制动

1.概念：把刚脱离电源的电枢绕组反接到电源上进行制动的方法。

2.工作过程：电枢反接后，电枢电流反向，电磁转矩随着反向而成为制动转矩，电机迅速停转，此时应及时切断电源，否则反转。

3.特点：制动迅速，但消耗一定能量，并有自动反转的可能性。第八章直流电动机小结33一、知识结构图直流电动机结构定子：主磁极，换向磁极，电刷转子：电枢铁心，电枢绕组，换向器励磁方式：4种转动原理电磁原理电枢电动势和电流功率自动平衡过程工作原理机械特性他励和并励电动机：转速基本不变串励电动机：负载大转速下降复励电动机：介于并励和串励之间使用不能直接起动措施2种：降低电压，增大电流起动反转:改变电枢电流方向调速:3种办法制动:能耗、反接2种办法直流伺服电动机：优点，缺点34

1.由定子和转子两个基本部分组成。(一)直流电动机的结构和工作原理

2.定子主磁极的励磁绕组通入直流电产生主磁场，转子电枢绕组经过换向器通入直流电后受磁场力作用而产生电磁转矩。

3.直流电动机的3个基本方程式：T＝CTФIaEa＝CEФn由此可推出转速公式和机械特性表达式。二、需掌握的知识要点35(二)直流电动机的机械特性

1.按励磁方式分为他励、并励、串励、复励4种。

2.他励和并励电动机：具有硬特性，适用于转速基本不受负载影响，又便于在大范围内调速的设备中。

3.串励电动机：起动转矩大，适用于电动机直接与机械负载固定联接，转速随负载的减轻会明显上升的设备中。

4.复励电动机：其机械特性介于以上二者之间，适用于起动转矩大，特性比较软，又需在空载和轻载