直流电动机知识要点

一、直流电动机的结构结构组成直流电动机主要由定子、转子（电枢）两大部分组成。定子包括机座、主磁极、换向极和电刷装置。转子包括电枢铁芯、电枢绕组和换向器。各部分的作用机座磁路的一部分和固定支撑作用。一般用铸铁、铸钢或钢板焊接成形。主磁极产生气隙主磁场。由铁芯和励磁绕组组成。主磁极铁心采用1~1.5mm的低碳钢板冲压一定形状叠装固定而成。换向极改善换向，减少电刷与换向器之间的火花。由铁芯和绕组组成。通常安装在两个相邻的主磁极的中性线上，其极性顺着电枢旋转的方向，与下一个磁极极性相反。其励磁绕组与电枢绕组串联。电刷装置连接旋转的电枢电路与静止的外电路。由电刷、刷握、刷杆等组成。电刷是石墨或金属石墨组成的导电块。电枢铁芯电动机磁路的一部分，嵌放电枢绕组。由0.35~0.5mm厚的相互绝缘的硅钢片冲制叠压而成。电枢绕组产生电磁转矩和感应电动势。由许多线圈按一定规律连接而成。换向器实现交直流的转换。由许多锲形铜片组成的圆柱体，片与片之间用云母隔开绝缘，片与轴间绝缘。二、直流电动机的分类直流电动机按主磁场的不同分为永磁式和励磁式。励磁式按主磁极绕组与电枢绕组的接线方式不同分为他励直流电动机、并励直流电动机、串励直流电动机、复励直流电动机。二、直流电动机的工作原理励磁绕组通入直流电产生主磁场。电枢绕组通入直流电，在主磁场中受到电磁力从而产生电磁转矩，驱动转子旋转。借助电刷和换向器的作用，把电源的直流电转变成为电枢绕组中的交流电，保持电磁砖矩的方向不变，使直流电动机朝一定的方向连续旋转。从上看出，直流电动机不是根据电磁感应原理工作的。转子转动过程中，切割主磁极磁场，转子导体中又会产生感应电动势，该电动势与外加电源方向相反，称为电枢电动势 Ea。电枢转动越快，Ea越大。aa（E=C①n）ae外加电压U、电枢电动势E、电枢电压降IR三者的关系为U=E+IRa aa aaa三、直流电动机的工作特性他励和并励直流电动机具有硬的机械特性，当负载转矩增大时转速略有下降，但变化不大，具有恒转速特性。他励电动机广泛用于需要宽调速的拖动系统中，如龙门刨床。并励直流电动机一般用于拖动转速变化较小的负载，如金属切削机床。串联电动机具有软的机械特性，当负载转矩增大时转速大幅下降。当负载很轻或接近空载时，转速将很高。因此，串励电动机绝对不允许在额定电压下空载运行。串励电动机与负载之间必须用连轴器或齿轮连接，不准用皮带传动。串励电动机主要用于起重及交通运输机械上，如起重吊车、城市电车等，手枪钻、电动锤、家用绞肉机、吸尘器等也采用串励电动机。四、直流电动机的控制直流电动机的起动直接起动时，起动电流可以达到额定值的10—20倍。原因n=0时，Ea=0,Ra很小，所以电流很大。起动方法电枢串电阻起动、降压起动。电枢回路串电阻起动时，全部电阻均串入电枢回路，随着转速升高，逐渐减小电阻，直至全部切除，起动结束。串联电阻的数值要求一般把起动电流限制在2〜2.5倍的额定电流范围内。降压起动指的是降低加在电枢绕组上的电压，起动时，励磁绕组电压必须是额定值。降压起动电动机需要有专用直流电源。直流电动机的反转方法：改变磁通（即励磁电流）的方向；改变电枢电流的方向。实际中，一般采用电枢绕组反接的方法实现反转。电枢绕组反接的同时必须连同换向极绕组一起反接。串励电动机通过改变电源端电压的方向无法实现电动机反转。直流电动机的调速调速方法及特点如表所示项目方法转速变化调速平滑性调速范围能量消耗机械特性属何种调速电枢串电阻调速向低调有级级数有限大变软恒转矩降压调速向低调无级范围大小较硬恒转矩弱磁调速向高调无级范围小小较硬恒功率电枢串电阻调速中的电阻，可以作为起动电阻应用，但串电阻起动中的电阻，不能作为调速电阻应用。降压调速只能降低电枢电压，励磁绕组电压要为额定值。弱磁调速一般通过改变励磁回路电阻来实现。最高转速一般控制在1.2倍额定转速的范围内。直流电动机的制动直流电动动机的制动分为机械制动与电气制动。电气制动分为以下几种（1）能耗制动原理电动机的电枢绕组脱离电源，用制动电阻Ra短接，转子在惯性下继续旋转，其导体切割励磁绕组磁场形成感应电流，使转子产生一个与转动方向相反的电磁转矩，从而使电动机迅速停转。能耗制动时，电动机工作在发电状态，将系统的动能转化为电能，消耗在电枢回路的电阻上。特点优点是设备简单，操作方便，运行可靠、制动过程平稳；缺点是需要能量无法利用，低速时制动效果差。适用场合用于要求制动平稳、迅速停车的场合。（2）反接制动原理把运行中的电动机的电枢绕组反接到电源上，通过改变电枢绕组电压的极性使电磁转矩改变方向，产生制动转矩。反接制动时，一定要在电枢回路中串入制动限流电阻R。制动结束要迅速a切断电源，以防电动机反转。特点优点是制动效果强烈，所需设备简单。缺点是电能损耗多，对电源冲击太大。适用场合强烈制动的场合，通常只在小功率电动机上采用。（3）回馈制动（发电制动、再生制动）原理当转子转速n超过理