直流电机教材课件

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【直流电动机】1﹑种类2﹑工作原理3﹑使用方法4﹑选用方法

主要内容介绍直流电动机一般可分为电磁式和永磁式，电磁式电动机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。电枢绕组和励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。一﹑直流电动的种类1、他励电动机

他励电动机的励磁绕组和电枢绕组分别由两个电源供电，如图1所示。他励电动机由于采用单独的励磁电源，设备较复杂。但这种电动机调速范围很宽，多用于主机拖动中。

2、并励电动机

并励电动机的励磁绕组是和电枢绕组并联后由同一个直流电源供电，如图2所示，这时电源提供的电流I等于电枢电流Ia和励磁电流If之和，即I=Ia+If。并励电动机励磁绕组的特点是导线细、匝数多、电阻大、电流小。这是因为励磁绕组的电压就是电枢绕组的端电压，这个电压通常较高。励磁绕电阻大，可使If减小，从而减小损耗。由于If较小，为了产生足够的主磁通，就应增加绕组的匝数。由于If较小，可近似为I=Ia。并励直流电动机的机械特性较好，在负载变时，转速变化很小，并且转速调节方便，调节范围大，启动转矩较大。因此应用广泛。二﹑直流电动的工作原理1﹑直流电动机的结构直流电动机主要由磁极、电枢、换向器三部分组成，其结构如图5所示。（1）磁极。磁极是电动机中产生磁场的装置，如图5所示。它分成极心和极掌两部分。极心上放置励磁绕组，极掌的作用是使电动机空气隙中磁感应强度的分布最为合适，并用来挡住励磁绕组；磁极是用钢片叠成的，固定在机座（即电机外壳）上；机座也是磁路的一部分。机座常用铸钢制成。（2）电枢。电枢是电动机中产生感应电动势的部分。直流电动机的电枢是旋转的，电枢铁心呈圆柱状，由硅钢片叠成，表面冲有槽，槽中放有电枢绕组，如图7所示。（3）换向器（整流子）换向器是直流电动机的一种特殊装置，其外形如图8所示，主要由许多换向片组成，每两个相邻的换向片中间是绝缘片。在换向器的表面用弹簧压着固定的电刷，使转动的电枢绕组得以同外电路联接。换向器是直流电动机的结构特征，易于识别。

2．直流电动机的工作原理在电刷AB之间加上直流电压U，电枢线圈中的电流流向为：N极下的有效边中的电流总是一个方向，而S极下的有效边中的电流总是另一个方向。这样两个有效边中受到的电磁力的方向一致，电枢开始转动。通过换向器可以实现线圈的有效边从一个磁极如N极转到另一个磁极下如S极时，电流的方向同时发生改变，从而电磁力或电磁转距的方向不发生改变。电磁转距是驱动转距，其大小也为：T=KTΦIa。电动机的电磁转距T必须与机械负载转距T2及空载损耗转距T0相平衡。即T=T2+T0另外当电枢绕组在磁场中转动时，线圈中也要产生感应电动势E，这个电动势的方向与电流或外加电压的方向相反，称之为反电动势。其大小为：E=kEΦn方向与Ia相反。现在我们来具体分析一下直流电动机是怎样转动的。图a中﹐直流电流从电刷B﹐换向器E流入,经线圈abcd﹐从换向器F﹐电刷A流出。线圈ab和cd分别受到电磁力的作用﹐通过左手定则判断可知产生的电磁力F的方向如图a所示﹐线圈便顺时针方向转动起来。图b中﹐线圈转到平衡位置时﹐两电刷恰好接触到两半环间的绝缘部分﹐线圈由于惯性作用继续转动转过平衡位置以后﹐电流即改变方向。三、直流电动机的使用

直流电动机的使用主要包括起动、调速等。这里我们以并励直流电动机为例讨论其起动和调速情况。

起动

1﹑定义

电动机接到规定电源后，转速从零上升到稳态转速的过程称为起动过程。这里分析稳态起动即n=0,Ea=0之瞬间，起动电流将很大。起动问题是评价电动机性能的重要方面之一。这是一个动态过程。但这里只介绍稳态情况，即在电动机接入电源瞬间，转子待转而未转动这一瞬间的状态。系统要求起动电流要小，起动转矩要大的原因是要保证电源供电质量和起动时间要短。

2﹑对电动机起动的要求

a起动电流要小；

b起动转矩要大；

c起动设备要简单便可靠。

3﹑起动方法

(1)直接起动（即全压起动）

操作方法简便，不需任何起动设备，只需两个开关（励磁开关和电枢开关）即可

但起动时冲击电流很大，可达（10～20）IN，从而冲击电源电压，影响同一电源的其他设备正常运行。还对电机本身造成换向困难引起较大火花。故全压起动仅用于微小型电动机的起动。(2)在电枢回路外串电阻Rst起动

UIst＝-------

R内＋Rst从公式可以说明，电枢回路的外串电阻Rst增大，起动电流Ist必然减小，Rst的值一般能使起动电流等于电流的1.5～2倍即可。早已存专用三点式或四点式起动器。使用起动器时，起动过程中外串电阻Rst逐段切除。

这种电阻起动法广泛应用于小型直流电动机，较大容量和经常起动的电动机常采用降压起动去，依靠降低电动机端电压来限制起动电流。降压起动需要一套调压供电装置作为电动机电源，常用于他励电动机，只降低电枢两端电压，励磁电压保持不变。(3)降壓啟動

QIst＝-------R内从公式看出，降低电枢电压，Ist减小。优点：没有起动电阻，起动过程平滑，起动过程中能量损耗少。缺点：专用降压设备，成本较高。☆需注意的是，直流电动机在起动或工作时，励磁电路必须保持接通装态，不能让它断开（起动时要满励磁）。否则，由于磁路中只有很小的剩磁，可能发生下述事故。①如果电动机是静止的，因转矩太小(T=KTΦIa)，不能起动；由于反电动势为零，电枢电流很大，电枢绕组有被烧坏的危险。②如果电动机在有载运行时断开励磁电路，电动势立即减小而使电枢电流增大；同时由于所产生的转矩不能满足负载需要，电动机必将减速而停车，更加促使电枢电流的增大，以致烧毁电枢和换向器。③串励直流电动机如果空载运行，它的转速可能上升到很高的值（这种事故叫“飞车”），使电机遭受严重的机械损伤，而且还会因电枢电流过大将绕组烧毁。直流电动机的调速并励或他励直流电动机与交流异步电动机相比，虽然结构复杂，价格高，维修也不方便，但是在调速性能上有其独特的优点。因为鼠笼式电动机在一般情况下是不能调速的，更不能无级调速，因此，对调速要求高的印刷设备，均采用直流电动机。这是因为直流电动机能无级调速，机械传动机构比较简单。由直流电动机的转速公式

n=U-IaRa/KEΦ可知，Ra、Φ和U中的任意一个值，都可使转速改变，改变电枢电路中外电阻的方法也可进行调速。但其缺点是耗电多，电机机械特性软，调速范围小，且只能进行有级调速，故这种方法目前已较少采用。现常用的对直流电动机调速的方法有调磁法和调压法。这种调速方法的局限是转速只能升高，即调速后的转速要超过额定转速。因为电机不允许超速太多，因此限制了它的调速范围。在实际工作中，这种方法常作为电压调速的一种补充手段。2﹑调压法，即改变电压U。当保持他励电动机的励磁电流If为额定值时，降低电枢电压U，则由

n=U/KT·Φ-Ra/KE·KT·Φ2·T可见，n0变低了，但△n未改变。在一定负载下，U愈低，则n愈低。由于改变电枢电压只能向小于电动机额定电压的方向改变，所以转速将下调(nn)。调速的过程是：当磁通Φ保持不变时，减小电压U由于转速不立即发生变化，反电动势E便暂不变化，于是电流Ia减小，转矩T也减小。如果阻转矩Tc未变，则T＜Tc，转速n下降。随着n的降低，反电动势E减小，Ia和T增大，直到T=Tc时为止。但这时转速已比原来降低了。由于调速时磁通不变，如在一定的额定电流下调速，则电动机的输出转矩便是一定的（恒转矩调速）。这种调速方法有下列优点：①机械特性较硬，并且电压降低后硬度不变，稳定性较好；②调速幅度大；③可均匀调节电枢电压；得到平滑的无级调速。这种调速方法的缺点是调压需用专门的设备，投资较高。近年来由于采用了可控硅整流电源对电动机进行调压和调速，使这种方法得到了广泛应用。许多设备中直流电动机的调速多采用这种方法。四﹑直流电动机的选用方法1﹑选用原则(1)电动机的机械特性﹑启动﹑制动﹑调速及其它控制性能应满足工作特性和生产工艺过程的要求﹐电动机工作过程中对电源供电质量的影响(如电压波动﹑谐波干扰等)﹐应在容许范围内。(2)按预定的工作制﹑冷却方法及负载