《电机与电气控制技术（第2版）》 课件 项目3 直流电动机的运行与应用

任务3.1三相异步电动机的运行项目3

直流电动机的运行与应用

导引上讲重点内容回顾：1、三相异步电动机的结构和工作原理；2、三相异步电动机的转差率。任务描述任务描述：对欲投入运行的一台直流电动机进行全面的检查和实验工作，并能掌握直流电动机的结构、工作原理及铭牌含义，理解其机械特性。（一）.知识学习——直流电机的基本知识1)直流电动机模型直流电源电刷换向器电枢绕组电枢绕组NSIIabcdU+–电刷换向片转动方向磁极2）直流电动机的基本工作原理保证磁极下的电流方向不变（直流电）

NSIIabcdU+–左手定则换向器的作用（一）.知识学习——直流电机的基本知识2）直流电动机的基本工作原理保证磁极下的电流方向不变（直流电）

NSIIabcdU+–左手定则换向器的作用（一）.知识学习——直流电机的基本知识3)直流电机的结构与分类77主磁极：由主极铁心、励磁绕组组成；产生工作磁场。①定子组成：作用：产生磁场、支撑作用机座、主磁极、换向极、端盖、轴承、和电刷等。机座磁极励磁绕组直流电动机结构图转子换向器（一）.知识学习——直流电机的基本知识8机座：固定与支撑作用，另外也是磁路的一部分。换向极：由铁心、绕组组成。换向极绕组与电枢绕组串联。改善电机的换向性能，防止产生电弧火花。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。（一）.知识学习——直流电机的基本知识电枢铁心、绕组、换向器和转轴等电枢铁心由0.35—0.5mm厚的硅钢片叠制而成。电枢绕组由绝缘导线绕制的电枢线圈组成换向器转子②转子（电枢）组成：（一）.知识学习——直流电机的基本知识

由许多鸽形尾的换向片排列成一个圆筒，片间用V形云母绝缘。和电刷配合将直流电引入或引出的装置。换向器由绝缘材料相隔的铜片做成，并固定在轴上。（一）.知识学习——直流电机的基本知识(2)直流电动机的分类他励电动机：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根据励磁线圈和转子绕组的联接关系（一）.知识学习——直流电机的基本知识4)直流电机铭牌数据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）りN

：额定效率，在带额定负载运行是，输出机械功率与输入功率之比。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

其中TN=9.55PN/nN

（一）.知识学习——直流电机的基本知识（1）检查项目检修后欲投入运行的电机，所有的紧固元件应拧紧，转子转动应灵活。此外还应检查下列项目：1）检查出线是否正确，接线是否与端子的标号一致，电机内部的接线是否有碰触转动的部件。2）检查换向器的表面。3）检查刷握。4）检查刷握的下边缘与换向器表面的距离、电刷在刷握中装配的尺寸要求、电刷与换向片的吻合接触面积。5）电刷压力弹簧的压力。6）检查电机气隙的不均匀度。（二）.任务实施(2)试验项目1）绝缘电阻测2）绕组直流电阻的测量3）确定电刷中性线

常采用的方法有以下三种：（1）感应法。（2）正反转发电机法。（3）正反转电动机法。4）耐压试验5）空载试验6）负载试验

7）超速试验（二）.任务实施（三）.问题研讨——直流电动机有哪些机械特性？（1）定义

指一定条件下，电动机的转速与电磁转矩之间的关系：

n=f(T)

理想空载转速:n0=U/Ce

Φ（2）表达式U=IaRa+Ea=IaRa+CeΦnT=CTΦIa（三）.问题研讨——直流电动机有哪些机械特性？（3）固有机械特性当时的机械特性称为固有机械特性。

由于电枢电阻很小，特性曲线斜率很小，电机运行比较稳定

当T=TN时，n=nN

当n=0时，即电动机起动时，电磁转矩Tem=Ts硬特性额定工作点起动转矩定义（三）.问题研讨——直流电动机有哪些机械特性？1、电枢串电阻时的人为机械特性

当改变或或得到的机械特性称为人为机械特性。（4）人为机械特性2、降低电枢电压时的人为机械特性

（三）.问题研讨——直流电动机有哪些机械特性？3、减弱励磁磁通时的人为特性

保持不变，只改变励磁回路调节电阻Rf

的人为特性他励直流电动机起动和运行过程中，绝不允许励磁回路断开。

注意：

Φ2<Φ1<ΦN（1）查阅资料查找直流电机的结构特点对其在生产实践中的应用有何影响？（2）分析直流电机不能正常旋转的主要原因有哪些？（3）对他励直流电动机进行空载试车，分别改变电枢电压、电枢回路电阻和励磁回路电阻，测量电动机稳定运行后的电枢电流和空载转速值，试寻找其变化规律。（四）.任务拓展任务3.2直流电动机的特性及运行原理项目3

直流电动机的运行与应用

任务描述任务描述：在理解直流电动机起动、调速和制动的方法及原理的基础上，设计电气原理图，将相应的拖动方法实现。

目录1知识学习2任务实施3问题研讨4任务拓展（一）.知识学习——直流电动机的拖动1)直流电动机的起动与反转起动瞬间，起动转矩和起动电流分别为

为了限制起动电流，他励直流电动机通常采用电枢回路串电阻或降低电枢电压起动。将引起电网电压下降，使电动机的换向恶化；同时过大的冲击转矩会损坏电枢绕组和传动机直流电机不允许直接起动起动时由于转速n=0，电枢电动势Ea=0，而且电枢电阻Ra很小危害所以起动电流很大（一）.知识学习——直流电动机的拖动（1）电枢回路串电阻起动三级电阻起动时电动机的电路原理图1（一）.知识学习——直流电动机的拖动（2）降压起动

起动时，以较低的电源电压起动电动机，起动电流随电源电压的降低而正比减小。

降压起动需专用电源，设备投资较大，但它起动平稳，起动过程能量损耗小，因此得到广泛应用。随着电动机转速的上升，反电动势逐渐增大，再逐渐提高电源电压，使起动电流和起动转矩保持在一定的数值上，保证按需要的加速度升速。

起动结束时，以额定电源电压运行。(3)直流电动机的反转由电磁转矩公式可知改变直流电动机转向的方法有两个：①保持电枢绕组两端极性不变，将励磁绕组反接；②保持励磁绕组极性不变，将电枢绕组反接。（一）.知识学习——直流电动机的拖动2)直流电动机的调速在改变电动机参数进行调速的方法。从一种稳定状态到达另一个稳定状态

改变电动机的参数就是人为地改变电动机的机械特性，调速前后，电动机工作在不同的机械特性上。调压调速；电枢串电阻调速；调磁调速。调速方法：电气调速实质如果机械特性不变，因负载变化而引起转速的变化，则不能称为调速（一）.知识学习——直流电动机的拖动(1）电枢回路串电阻调速nTemTLRan0nNA0A’Bn1Ra+Rs1未串电阻时的工作点串电阻Rs1后,工作点由A→A’→B在电枢中串入电阻，n0不变，即电机的特性曲线变软。原理：U=IaRa+Ea=IaRa+CeΦn（一）.知识学习——直流电动机的拖动（一）.知识学习——直流电动机的拖动(2)降低电源电压调速TemTLAA’B调速压前工作点A降压瞬间工作点稳定后工作点

降压调速过程与电枢串电阻调速过程相似由机械特性方程知：调电枢电压U，n0变化，斜率不变。原理:U=IaRa+Ea=IaRa+CeΦn（一）.知识学习——直流电动机的拖动(3)减弱磁通调速A’B调节磁场前工作点弱磁瞬间工作点A→A‘弱磁稳定后的工作点原理：TemTLAU=IaRa+Ea=IaRa+CeΦn磁通减弱，电枢电流增大，电磁转矩变大，转速上升。（一）.知识学习——直流电动机的拖动3)直流电动机的制动制动的目的：使电动机减速或停车。限制电动机转速的升高。（如电车下坡）制动的方式：机械（抱闸）制动电气制动：T与n反向（一）.知识学习——直流电动机的拖动（1）能耗制动

方法：由电磁转矩TemB反相,为制动性质,电机处于制动状态。电动制动能耗制动运行时，电动机靠将生产机械的机械能转换成电能，消耗在制动电阻上。断开电源，接制动电阻RB

原理：（一）.知识学习——直流电动机的拖动（2）反接制动方法第一：电源反接制动电动制动电枢回路串入制动电阻RB

后，接上极性相反的电源电压

反向的电枢电流产生反向的电磁转矩，从而产生很强的制动作用。电枢回路内产生反向电流

原理：

可见,反接制动时,从电源输入的电功率和从轴上输入的机械功率转变成的电功率一起消耗在电枢回路制动电阻上。（一）.知识学习——直流电动机的拖动第二：倒拉反转反接制动先减速到n＝0，然后在重物倒拉下反转，n反向。制动时在电路串入一个大电阻。nT+-+-Ea+nT--Ea+方法原理反接制动适用于低速下放重物。（一）.知识学习——直流电动机的拖动第三：回馈制动

电动机拖动机车下坡时，会出现n>n0情况。方法原理此时Ea>U，Ia反向，Tem反向，由驱动变为制动。电动机输出电能，处于发电状态——回馈制动状态（1）并励直流电动机正反转控制设计及实现正转起动按钮SB1；停止按钮SB3；反转起动按钮SB2（二）.任务实施（2）并励直流电动机的调速控制设计与实现（二）.任务实施起动按钮SB2；KM1:电枢串电阻R1和R2低速起动中间继电器KA1\KA2:分段切除电阻（3）能耗制动控制设计及实现按下起动按钮SB2，KM1线圈得电，KM1的主触头闭合电动机接通电源起动；制动：按下停止按钮，交流接触器KM1线圈失电，KM1的主触头打开电动机与电源断开，KM1的常闭辅助触头闭合电阻R接入电枢回路开始能耗制动，当转速降到零电动机停止运行制动结束。（二）.任务实施（三）.问题研讨——直流电机如何进行常见故障的处理？故障现象可能原因处理方法电动机不能起动1．无电源2．电刷接触不良3．励磁回路断路4．过载5．启动电流太小1．检查线路是否完好，启动器连接是否准确，保险丝是否熔断2．检查刷握弹簧是否松弛或改善接触面3．检查变阻器及磁场绕组是否断路，更换绕组4．减少负载5．检查所用启动器是否合适（三）.问题研讨——直流电机如何进行常见故障的处理？故障现