船舶电力拖动系统-直流电机

主要内容

MainContent任务1直流电机任务2变压器任务3交流异步电动机任务4控制电机及在船舶上的应用任务5船舶常用控制电器4.1直流电机DCmotor

直流电动机感性认识（图片）一、直流电动机的基本工作原理直流电源电刷换向器电枢绕组4.1.1直流电机的工作原理4.1直流电机a.电磁感应定律的应用（左手定则）

b.换向器的作用：保证流入的磁极下的电流方向不变（直流电）

c.基本工作原理

通过电刷将直流电源加到电动机换向器上，换向器与电枢线圈相连，电枢中有电流流过，电枢电流受磁场作用力而使得电枢转动。由于电刷和换相器的作用，每一极性下的导体中的电流方向始终不变，产生单方向的电磁转矩，使电枢向一个方向旋转，这就是直流电动机的基本工作原理。

4.1直流电机二、直流发电机的基本工作原理同一台电机，既可作电动机运行又可作发电机运行的原理，在电机理论中称为可逆原理。当原动机以某一转速拖动转子（电枢）旋转，电枢绕组切割磁力线，产生感应电动势，形成感应电流，通过电刷流过负载，实现机械能转换成电能。发电机：电枢电流与电枢电压方向相反，输入转距，输出电能；电动机：电枢电流与电枢电压方向相同，消耗电能，输出转距。4.1直流电机4.1.2直流电机的构造、励磁方式一、直流电机的构造（一）定子组成：机座、主磁极、换向极、端盖、轴承、和电刷等。作用：产生磁场、支撑作用。1）主磁极组成：由主极铁心、励磁绕组组成、作用：产生工作磁场。2）换向极组成：由铁心、绕组组成。换向极绕组与电枢绕组串联。作用：改善电机的换向性能，防止产生电弧火花。3）电刷装置接通外电路与电枢绕组。和换向器一起将绕组内交流电—转换为外部直流电。4）机座固定与支撑作用，另外也是磁路的一部分。4.1直流电机主磁极换向极电刷装置4.1直流电机机座磁极励磁绕组直流电动机结构图转子换向器（二）转子（电枢）包括电枢铁心、绕组、换向器和转轴等1）电枢铁心：由0.35—0.5mm厚的硅钢片叠制而成。2）电枢绕组：由绝缘导线绕制的电枢线圈组成3）换向器：由绝缘材料相隔的铜片做成，并固定在轴上。转子换向器4.1直流电机二、直流电机的励磁方式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。4.1直流电机三、直流电机的铭牌数据直流电机的额定数据主要有以下几种。1、额定容量（功率）PN

（单位：KW）直流电动机PN=UNINりN

（输出机械能）直流发电机PN=UNIN

（输出电能）2、额定电压UN

（单位：V）在额定情况下，电刷两端输出（发电机）或输入（电动机）的电压。3、额定电流IN

（单位：A）在额定情况下，电刷流入或流出的电流。4、额定转速nN

（单位：r/min）在额定功率、额定电压、额定电流时电机的转速。5、额定励磁电流IfN（单位：A）6、铭牌上没有的额定值：额定转矩TN

、额定效率りN

其中TN=9.55PN/nN

りN

：在带额定负载运行是，输出机械功率与输入功率之比。4.1直流电机4.1.3直流电机的运行特性一、直流电动机的机械特性电势平衡方程：4.1直流电机（1）他（或并）励电动机，由于每极磁通、理想空载转速和系数

均为常数，故转速随转矩T的增加而降低。但由于电枢电阻很小，转速随负载的变化不大，如图2.14曲线1所示。（2）串励电动机，由于串励磁通中随负载的增加而增加，从而使转速随负载的增加而迅速下降（曲线2），是软机械特性。此外，因为空载时串励磁通

，故理想空载转速趋于无穷大，有空载“飞车”的危险。（3）复励电动机的机械特性介于并励和串励之间（曲线3），若串励比较强，则它既具有串励的软特性又有安全的理想空载转速。4.1直流电机1、空载特性条件：I=0，n=nN。特性：E=f（If）或

U0=f（If）实质：——磁化曲线。与同步发电机相似，也是电机磁路的磁化曲线。一、直流发电机的机械特性4.1直流电机2、自励发电机的建压条件1)电机磁路中要有剩磁。如果没有剩磁，可用其他直流电源(例如干电池)给主磁极充磁；2)励磁电流产生的磁场要与剩磁场方向相同。因此励磁绕组并联到电枢两端的极性正确，如果并联极性不正确，可将并励绕组并到电枢绕组的两个端头对调；3)励磁回路的总电阻小于建压临界电阻。4.1直流电机3、外特性电压平衡方程为：4.1直流电机4.1.4直流电机的起动、调速及反转一、直流电动机的起动

因为起动时，转速为零，电枢感应的电势为零，根据电压平衡方程，起动时电枢电流Ia=（U-Ea）/Ra=U/Ra。而∵电枢电阻通常很小，所以起动电流很大（10～20倍的额定电流）。∴0.5kW以上的直流电动机不能直接起动，否则Ia、T冲击很大，火花很大。

起动方法：在保持最大励磁电流情况下，1.电枢回路串电阻起动；2.降压起动。起动电流控制在1.5～2.0In。

注：1.起动时，励磁磁场通常应该最大，才能减少起动电流，并增加起动转矩；2.电枢绕组串联的起动电阻不能采用滑动变阻器，应采用分段切除的变阻器（∵大电流）。4.1直流电机4.1直流电机4.1直流电机二、直流电动机的调速直流电动机的机械特性表达式为：

由机械特性，可知直流电动机的基本调速方法有三种：——

可分别单独调节和同时配合调节。

1.电枢回路串电阻调速；

2.弱磁调速；

3.降压调速4.1直流电机1、

电枢串电阻调速

特点：简单、有级，但特性变软、电阻耗能大。空载调速不明显。属于恒转矩调速。恒转矩调速：带恒额定转矩调速时，电流不会超过额定值。

所谓“恒转矩”/“恒功率”调速，主要指适合于所带负载的类型，即后面所讲的“容许输出”。4.1直流电机2、改变主磁通的调速

由于电动机磁路已经确定，且设计时一般电机磁路都处于“半饱和”状态。因此，改变主磁通只能减少，不能增加（增加则饱和，且励磁损耗大），固常称为“弱磁调速”。

弱磁则n、I增加，只有当TL减小，即I=T/（KTΦ）不变，使I不超过额定值，∵I=T/(KTΦ)，E≈U不变，而P=EI=KeΦnT/(KTΦ)∝nT。∴调速时应保持P恒定，即属于“恒功率调速”。特点：特性变软，可无级(平滑)调速。4.1直流电机3、改变电枢电压的调速

降压调速：理想空载转速减小，电动机的转速也相应减小。属于恒转矩调速。方法：1.G-M系统(可通过改变直流发电机的励磁)，2.晶闸管整流装置(改变导通角)，从而改变电动机的电压。降压和弱磁结合的调速：一般的调速规律：nN以下恒转矩，保证足够的驱动转矩；nN以上则为恒功率，保证电动机不过载。

特点：特性硬度不变,无级调速,属于恒转矩调速。4.1直流电机二、直流电动机的制动

他励直流电动机的制动也包括：反接、能耗、回馈等三种。但是应该注意：∵电枢电阻很小，∴反接制动和能耗制动一般都需串入电阻限制电流。1.反接制动：特征：电枢电压与电动势方向相同。也有电源反接和倒拉反接两种。

电源反接：电枢回路串入大的电阻，同时将电源极性反向。

倒拉反接：带位能性恒转矩负载时，在电枢回路串入很大的电阻，电动机产生的电