第三章-直流电动机

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第三章直流电动机

第一节直流电机的基本原理与结构第二节直流电机电磁转矩和电枢电动势第三节他励直流电动机的机械特性第四节他励直流电动机的起动和反转第五节他励直流电动机的制动第六节他励直流电动机的调速12/27/20241:14PM第一节直流电机的基本原理与结构

一、直流电机的工作原理

（一）直流发电机工作原理12/27/20241:14PM（二）直流电动机工作原理12/27/20241:14PM二、直流电机的基本结构

（一）定子：由主磁极、换向磁极、机座、端盖和电刷装置等组成（二）转子：由电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴和风扇等组成。（三）气隙12/27/20241:14PM三、直流电机的励磁方式

直流电机的励磁绕组的供电方式称为励磁方式12/27/20241:14PM四、直流电机的铭牌数据和主要系列（一）直流电机的铭牌数据1、电机型号2、额定功率PN

3、额定电压UN

4、额定电流IN

5、额定转速nN6、电动机额定效率ηN

7、励磁方式8、额定励磁电压ULN9、额定励磁电流ILN10、定额12/27/20241:14PM（二）直流电机主要系列

Z4系列一般用途的小型直流电动机。

ZT系列广调速直流电动机。

ZJ系列精密机床用直流电动机。

ZTD系列电梯用直流电动机。

ZZJ系列起重冶金用直流电动机。

ZD2、ZF2系列中型直流电动机。

ZQ系列直流牵引电动机。

Z-H系列船用直流电动机。

ZA系列防爆安全用电动机。

ZLJ系列

力矩直流电动机。

12/27/20241:14PM第二节直流电机电磁转矩和电枢电动势

一、电磁转矩

T=CTφIa

T＝9550P/n二、电枢电动势

Ea＝Ceφn

电枢电动势的方向与电枢电流相反，在电路中起着限制电流的作用。

电磁转矩的方向由每极磁通和电枢电流的方向决定。

12/27/20241:14PM第三节他励直流电动机的机械特性一、他励直流电动机的机械特性方程式

（一）电动势平衡方程式

U＝Ea+IaRa12/27/20241:14PM（二）他励直流电动机机械特性方程式

n=12/27/20241:14PMn=二、他励直流电动机的固有机械特性

当他励直流电动机的电源电压、磁通为额定值，电枢回路未接附加电阻时的机械特性称为固有机械特性三、他励直流电动机的人为机械特性

人为地改变电动机气隙磁通ф、电源电压U和电枢回路串联电阻R等参数，获得的机械特性为人为机械特性。

12/27/20241:14PM1、电枢回路串接电阻R时的人为特性

n=12/27/20241:14PM2、改变电源电压时的人为机械特性

n=12/27/20241:14PM3、改变磁通时的人为机械特性

n=12/27/20241:14PM第四节他励直流电动机的起动和反转

一、起动方法

生产机械对直流电动机的起动要求是：起动转矩T足够大，因为只有T大于负载转矩T时，电动机方可顺利起动；起动电流I不可太大；起动设备操作方便，起动时间短，运行可靠，成本低廉。

1、全压起动

起动电流Ist=UN/Ra

起动转矩

Tst=CTφNIst

12/27/20241:14PM2、减压起动

起动电压Ust=IstRa

=(1.5-2)

IN

Ra3、电枢回路串电阻起动起动电流Ist=

UN/(Ra+

Rst)12/27/20241:14PM他励直流电动机4级起动机械特性

12/27/20241:14PM二、直流他励电动机反转

1）改变励磁电流方向

2）改变电枢电压极性

由于他励直流电动机的励磁绕组匝数多、电感大，励磁电流从正向额定值变到负向额定值的时间长，反向过程缓慢，而且在励磁绕组反接断开瞬间，绕组中将产生很大的自感电动势，可能造成绝缘击穿。所以实际应用中大多采用改变电枢电压极性的方法来实现电动机的反转。12/27/20241:14PM第五节他励直流电动机的制动

常用的电气制动有能耗制动、反接制动和发电回馈制动。此时电动机电磁转矩T与转速n的方向相反，其机械特性在第Ⅱ、第Ⅳ象限内。

一、能耗制动

1、制动原理12/27/20241:14PM2、机械特性

n==-1）停车时的能耗制动2）稳定运行状态的能耗制动12/27/20241:14PM

当电动机拖动的是位能性负载，在下放重物时采用能耗制动，从a→b→O为其能耗制动过程。但在O点，拖动系统在位能负载转矩作用下开始反转，电枢电势反向，电枢电流反向，电磁转矩反向，这时机械特性进入第Ⅳ象限，如上图虚线所示。随着转速的增加，电磁转矩也增加，直到电磁转矩等于负载转矩，获得稳定运行，重物获得匀速下放。此状态称为稳定能耗制动运行状态。12/27/20241:14PM二、反接制动

（一）电枢反接制动

1、制动原理

Ia=

=-12/27/20241:14PM2、机械特性

n=（二）倒拉反接制动

这种制动方法一般发生在卷扬电动机由提升重物转为下放重物的情况下。12/27/20241:14PM1、制动原理

2、机械特性n=12/27/20241:14PM三、发电回馈制动

（一）位能负载高速拖动电动机时的发电回馈制动

当电动机转速高于理想空载转速，电枢电流的方向与电动状态时相反，电动机向电源回馈电能，电磁转矩方向与电动状态时相反，为制动性质。这种电机运行状态称为发电回馈制动。发电回馈制动可出现在降低电枢电压调速时以及位能负载高速拖动电动机场合。

12/27/20241:14PMn=

机械特性方程式12/27/20241:14PM（二）降低电枢电压调速时的发电回馈制动12/27/20241:14PM制动形式优

点缺

点应用场合能耗制动1．制线路简单、平稳可靠，制动过程中不吸收电能，经济、安全2．可以实现准确停车制动效果随转速下降而成比例减小

适用于要求减速平稳场合，例如反抗性负载准确停车。另应用于下放重物反接制动1．电枢反接制动转矩随转速变化较小，制动转矩较恒定，制动强烈而迅速2．倒拉反接制动的转速可以很低，安全性好。1．电枢反接制动有自动反转的可能性。在转速接近零时，应及时切断电源2．倒拉反接制动从电网吸收大量电能电枢反接制动应用于频繁正、反转的电力拖动系统。倒拉反接制动不能用于停车，只能应用于起动设备以较低的稳定转速下放重物发电回馈制动1．制动简单可靠，不需改变电动机接线2．能量反馈到电网，比较经济1．在转速大于理想空载转速时才能产生制动，应用范围较窄

2．不能实现停车应用于位能负载的稳定高速下降场合在降压和弱磁调速的过渡过程中可能出现这种制动状态直流电动机制动形式的比较和应用场合

12/27/20241:14PM他励直流电动机四个象限的机械特性曲线12/27/20241:14PM第六节他励直流电动机的调速

由直流电动机机械特性方程式

n＝可知，人为地改变电枢电压U、电枢回路总电阻R和主磁通Ф都可改变转速n。所以，直流他励电动机的调速方法有：降压调速、电枢回路串电阻调速和弱磁通调速三种。12/27/20241:14PM一、改变电枢电路串联电阻的调速

这种调速方法适用于小容量电动机调速。但调速电阻不能用起动变阻器代替，因为起动电阻是短时使用的，而调速电阻则是连续工作的。

12/27/20241:14PM二、降低电枢电压调速

调压调速由于性能好，广泛用于自动控制系统中。12/27/20241:14PM

他励直流电动机调速方法比较调速方法调速范围相对

稳定性平滑性经济性应

用串电阻调速在额定负载下调速范围为2，轻载时调速范围更小差差调速设备投资少，电能损耗大对调速性能要求不高的场合