1、電工基礎(chǔ)及技術(shù)應(yīng)用第1頁，共44頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期五第9章 直流電動(dòng)機(jī) 9.1 概述9.2 工作原理9.3 電樞電動(dòng)勢(shì)及電壓平衡關(guān)系9.4 電磁轉(zhuǎn)矩9.5 機(jī)械特性9.6 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速9.7 直流電動(dòng)機(jī)的使用和額定值第2頁，共44頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期五9.1 概述與異步電動(dòng)機(jī)相比，直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用和維護(hù)不如異步機(jī)方便，而且要使用直流電源。直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：（1）調(diào)速性能好:調(diào)速范圍廣，易于平滑調(diào)節(jié)。（2）起動(dòng)、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，易于快速起動(dòng)、停車。（3）易于控制。應(yīng)用：（1）軋鋼機(jī)、電氣機(jī)車、無軌電車、中大型龍門刨床等調(diào)速范圍大的大型設(shè)備

2、。（2）用蓄電池做電源的地方，如汽車、拖拉機(jī)等。（3）家庭：電動(dòng)縫紉機(jī)、電動(dòng)自行車、電動(dòng)玩具第3頁，共44頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期五9.2 工作原理 一、 工作原理 U+NS電刷換向片直流電源電刷換向器線圈II第4頁，共44頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期五注意：換向片和電源固定聯(lián)接，線圈無論怎樣轉(zhuǎn)動(dòng)，總是上半邊的電流向里，下半邊的電流向外。電刷壓在換向片上。由左手定則，通電線圈在磁場(chǎng)的作用下，使線圈逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。FFU+NS電刷換向片II第5頁，共44頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期五FFU+NS電刷換向片IIEE由右手定則，線圈在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)，將在線

3、圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向與電流的方向相反。第6頁，共44頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期五直流發(fā)電機(jī)用右手定則判感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ea的方向U+NSEEIa電樞繞組電阻Ra感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)輸出電壓第7頁，共44頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期五二、 直流電機(jī)的構(gòu)成直流電機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子和機(jī)座等部分構(gòu)成。機(jī)座磁極勵(lì)磁繞組轉(zhuǎn)子勵(lì)磁式直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)第8頁，共44頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期五1. 轉(zhuǎn)子（又稱電樞） 由鐵芯、繞組（線圈）、換向器組成。2. 定子定子的分類：永磁式：由永久磁鐵做成。勵(lì)磁式：磁極上繞線圈，然后在線圈中 通過直流電，形成電磁鐵。勵(lì)磁的定義：

4、磁極上的線圈通以直流電 產(chǎn)生磁通，稱為勵(lì)磁。第9頁，共44頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期五根據(jù)勵(lì)磁線圈和轉(zhuǎn)子繞組的聯(lián)接關(guān)系，勵(lì)磁式的直流電機(jī)又可細(xì)分為：他勵(lì)電動(dòng)機(jī)：勵(lì)磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的電源分開。并勵(lì)電動(dòng)機(jī)：勵(lì)磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞并聯(lián)到同一電源上。串勵(lì)電動(dòng)機(jī)：勵(lì)磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞串聯(lián)接到同一電源上。復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)：勵(lì)磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的聯(lián)接有串有并，接在 同一電源上。M他勵(lì)UfIfIaUM并勵(lì)UIfM串勵(lì)UM復(fù)勵(lì)U第10頁，共44頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期五9.3 電樞電動(dòng)勢(shì)及電壓平衡關(guān)系電樞通入電流后，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)起來。通電線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)，又會(huì)在線圈中

5、產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（用E表示）。一、 電樞中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)FFU+NS電刷換向片IIEE第11頁，共44頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期五根據(jù)右手定則知，E和原通入的電流方向相反，其大小為：KE：與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)n：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 ：磁通單位： （韋伯），n（轉(zhuǎn)/每分），E（伏）FFU+NS電刷換向片IIEE第12頁，共44頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期五二、 電樞繞組中電壓的平衡關(guān)系因?yàn)镋與通入的電流方向相反，所以叫反電勢(shì)。U：外加電壓Ra:繞組電阻MRaIaE+U以上兩公式反映的概念：(1)電樞反電動(dòng)勢(shì)的大小和磁通、轉(zhuǎn)速成正比，若想 改變E，只能改變 或 n。(2)若忽

6、略繞組中的電阻Ra，則 ， 可見，當(dāng)外加電壓一定時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速和磁通成反 比，通過改變 可調(diào)速。第13頁，共44頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期五9.4 電磁轉(zhuǎn)矩KT：與線圈的結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù) （與線圈大小，磁極的對(duì)數(shù)等有關(guān)） ：線圈所處位置的磁通Ia：電樞繞組中的電流一、電磁轉(zhuǎn)矩單位： （韋伯），Ia（安培），T（牛頓米）由轉(zhuǎn)矩公式可知：(1)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的條件：必須有勵(lì)磁磁通和電樞電流。(2)改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)的方向：改變電樞電流的方向或者 改變磁通的方向。第14頁，共44頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期五二、 轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系電磁轉(zhuǎn)矩T為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，在電機(jī)運(yùn)行時(shí)，必須和外加負(fù)載和空載

7、損耗的阻轉(zhuǎn)矩相平衡，即TL： 負(fù)載轉(zhuǎn)矩T0 ：空載轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)矩平衡過程：當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩（TL）發(fā)生變化時(shí)，通過電機(jī)轉(zhuǎn)速、電動(dòng)勢(shì)、電樞電流的變化，電磁轉(zhuǎn)矩自動(dòng)調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)新的平衡。第15頁，共44頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期五例：設(shè)外加電樞電壓 U 一定，T=TL+ T0(平衡)，這時(shí)，若TL突然增加，則調(diào)整過程為：與原平衡點(diǎn)相比，新的平衡點(diǎn)：Ia 、 P入TL nEIa T 最后達(dá)到新的平衡點(diǎn)。第16頁，共44頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期五 機(jī)械特性指的是電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速間的關(guān)系，下邊以他勵(lì)和串勵(lì)電機(jī)為例說明。他勵(lì)電動(dòng)機(jī)和并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的特性一樣。9.5 機(jī)械特性一、

8、 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性即：其中，M他勵(lì)UfIfIaU第17頁，共44頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期五n0： 理想空載轉(zhuǎn)速,即T=0時(shí)的轉(zhuǎn)速。（實(shí)際工作時(shí),由于有空載損耗，電機(jī)的T不會(huì)為0。）當(dāng) T時(shí)n ，但由于他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的電樞電阻Ra很小，所以在負(fù)載變化時(shí)， 轉(zhuǎn)速 n 的變化不大，屬硬機(jī)械特性。根據(jù) n-T 公式畫出特性曲線n0nNTNTn n其中，第18頁，共44頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期五串勵(lì)的特點(diǎn)：勵(lì)磁線圈的電流和電樞線圈的電流相同。二、 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性設(shè)磁通和電流成正比，即 =K Ia ,則據(jù)此公式做出 T-n 曲線nTM串勵(lì)UIa第19頁，共44

9、頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期五(1) T=0時(shí)，在理想情況下，n。但實(shí)際上負(fù) 載轉(zhuǎn)矩不會(huì)為 0，不會(huì)工作在 T=0 的狀態(tài)， 但空載時(shí) T 很小，n 很高。串勵(lì)不允許空載 運(yùn)行，以防轉(zhuǎn)速過高。串勵(lì)特性：(2) 隨轉(zhuǎn)矩的增大，n 下降得很快，這種特性屬 軟機(jī)械特性。nT第20頁，共44頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期五(2) 恒功率負(fù)載（P 一定時(shí)，T 和 n 成反比）， 要選軟特性電機(jī)拖動(dòng)。如：電氣機(jī)車等。直流電動(dòng)機(jī)特性類型的選擇:(1) 恒轉(zhuǎn)矩的生產(chǎn)機(jī)械(TL一定，和轉(zhuǎn)速無關(guān)）要 選硬特性的電動(dòng)機(jī)，如： 金屬加工、起重機(jī) 械等。第21頁，共44頁，2022年，5月

10、20日，4點(diǎn)48分，星期五9.6 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 與異步電動(dòng)機(jī)相比，直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高，維護(hù)不方便，但它的最大優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速性能好。下面以他勵(lì)電動(dòng)機(jī)為例說明直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法。（1）調(diào)速均勻平滑，可以無級(jí)調(diào)速。（2）調(diào)速范圍大，調(diào)速比可達(dá)200 （他勵(lì)式）以上 （調(diào)速比等于最大轉(zhuǎn)速和最小轉(zhuǎn)速之比）。直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的主要優(yōu)點(diǎn)是：第22頁，共44頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期五由該式可知，n 和 有關(guān)，在 U 一定的情況下，改變 可改變 n 。在勵(lì)磁回路中串上電阻Rf，改變Rf大小調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，從而改變 的大小。一、改變磁通（調(diào)磁）1.原理其中，M他勵(lì)UfIfIaU其中： =

11、K If第23頁，共44頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期五 Rf If n ，但在額定情況下， 已接 近飽和，If 再加大，對(duì) 影響不大，所以這種增加 磁通的辦法一般不用。 Rf If n ，減弱磁通是常用的調(diào)速方 法。If的調(diào)節(jié)有兩種情況：概念：改變磁通調(diào)速的方法 減小磁通，n只能上調(diào)。其中，第24頁，共44頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期五2.特性的變化所以：磁通減小以后特性上移，而且斜率增加。，因?yàn)椋海?減小）TLRf增加Tn其中，第25頁，共44頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期五調(diào)速過程: U一定,則Rf E IaT nIa E暫時(shí)T TL其中，最后

12、達(dá)到新的平衡T =TL第26頁，共44頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期五（1）調(diào)速平滑，可做到無級(jí)調(diào)速，但只能向上調(diào)， 受機(jī)械本身強(qiáng)度所限，n不能太高。（2）調(diào)的是勵(lì)磁電流（該電流比電樞電流小得多）， 調(diào)節(jié)控制方便。3.減小 調(diào)速的特點(diǎn)：第27頁，共44頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期五二、改變電樞電壓調(diào)速由轉(zhuǎn)速特性方程知：調(diào)電樞電壓U，n0變化，斜率不變，所以調(diào)速特性是一組平行曲線。1.特性曲線nn0n0n0電壓降低T其中，第28頁，共44頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期五2.改變電樞電壓調(diào)速的特點(diǎn)（1）工作時(shí)電樞電壓一定，電壓調(diào)節(jié)時(shí)，不允許超 過UN，而

13、 n U，所以調(diào)速只能向下調(diào)。（2）可得到平滑、無級(jí)調(diào)速。（3）調(diào)速幅度較大。MUfIfIaU變壓整流220V整流調(diào)壓220VUf=110V固定U=0110V可調(diào)改變電樞電壓調(diào)速方案舉例：第29頁，共44頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期五例：已知他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的 PN=2.2KW, UN=220V ,IaN=12.4A Ra=0.5 , nN=1500r/min。 求：（1）TL=0.5TN 時(shí), n=? （2） =0.8 N 時(shí), n=? 解：（1） TL=0.5TN 時(shí)第30頁，共44頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期五（2） =0.8 N 時(shí)第31頁，共44頁，2022

14、年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期五這種調(diào)速方法耗能較大，只用于小型直流機(jī)。串勵(lì)電機(jī)也可用類似的方法調(diào)速。三、改變轉(zhuǎn)子電阻調(diào)速在電樞中串入電阻，使 n 、 n0不變，即電機(jī)的特性曲線變陡（斜率變大），在相同力矩下，nnn0RaRa + RT其中，第32頁，共44頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期五9.7 直流電動(dòng)機(jī)的使用和額定值限制Iast的措施：（1）啟動(dòng)時(shí)在電樞回路串電阻。（2）啟動(dòng)時(shí)降低電樞電壓。一、使用1.啟動(dòng)啟動(dòng)時(shí),n= 0 Ea=0，若加入額定電壓，則Iast太大會(huì)使換向器產(chǎn)生嚴(yán)重的火花，燒壞換向器。一般Iast限制在 (2-2.5)IaN 內(nèi)。第33頁，共44頁，2022

15、年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期五(1)若電動(dòng)機(jī)原本靜止，由于勵(lì)磁轉(zhuǎn)矩 T = KT Ia， 而 0 ，電機(jī)將不能啟動(dòng)，因此，反電動(dòng)勢(shì) 為零，電樞電流會(huì)很大，電樞繞組有被燒毀 的危險(xiǎn)。直流機(jī)在啟動(dòng)和工作時(shí)，勵(lì)磁電路一定要接通，不能讓它斷開，而且啟動(dòng)時(shí)要滿勵(lì)磁。否則，磁路中只有很少的剩磁，可能產(chǎn)生以下事故：注意：第34頁，共44頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期五（2）如果電動(dòng)機(jī)在有載運(yùn)行時(shí)磁路突然斷開， 則 E ，Ia ，T 和 ，可能不滿 足TL的要求，電動(dòng)機(jī)必將減速或停轉(zhuǎn)，使 Ia更大，也很危險(xiǎn)。（3）如果電機(jī)空載運(yùn)行，可能造成飛車。 E Ia T T0 n飛車第35頁，共44頁

16、，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期五措施：他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)一定要有失磁保護(hù)。一般在勵(lì)磁繞組加失壓繼電器或欠流繼電器。當(dāng)失壓或欠流時(shí)，自動(dòng)切斷電樞電源U。M他勵(lì)UfIfIaU第36頁，共44頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期五2.反轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向由電磁力矩的方向確定。（1）改變勵(lì)磁電流的方向。（2）或改變電樞電流的方向。改變直流電機(jī)轉(zhuǎn)向的方法：第37頁，共44頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期五（1）反接制動(dòng)3.制動(dòng)制動(dòng)的所采用的方法： 反接制動(dòng)、能耗制動(dòng)、發(fā)電回饋制動(dòng)MUUfIf+R運(yùn)行制動(dòng)電阻 R 的作用是限制電源反接制動(dòng)時(shí)電樞的電流過大。第38頁，共44頁，2

17、022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期五（2）能耗制動(dòng) 電樞斷電后立即接入一個(gè)電阻。MUUfIf+R運(yùn)行制動(dòng)K停車時(shí)，電樞從電源斷開,接到電阻上，這時(shí)：由于慣性電樞仍保持原方向運(yùn)動(dòng)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向也不變，電動(dòng)機(jī)變成發(fā)電機(jī)，電樞電流的方向與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相同，從而電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)向相反，起制動(dòng)作用。第39頁，共44頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期五特殊情況下，例如汽車下坡時(shí)、吊車重物下降時(shí)， 在重力的作用下 nn0（ n0理想空載轉(zhuǎn)速），這時(shí)電動(dòng)機(jī)變成發(fā)電機(jī)，電磁轉(zhuǎn)矩成為阻轉(zhuǎn)矩，從而限制電機(jī)轉(zhuǎn)速過分升高。(3) 發(fā)電回饋制動(dòng)第40頁，共44頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期五直流電

18、機(jī)有四個(gè)出線端，電樞繞組、勵(lì)磁繞組各兩個(gè)，可通過標(biāo)出的字符和繞組電阻的大小區(qū)別。4.連接（1）繞組的阻值范圍 電樞繞組的阻值在零點(diǎn)幾歐姆到12歐姆。 他勵(lì)/并勵(lì)電機(jī)的勵(lì)磁繞組的阻值有幾百歐姆。 串勵(lì)電機(jī)的勵(lì)磁繞組的阻值與電樞繞組的相當(dāng)。自學(xué)第41頁，共44頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期五（2）繞組的符號(hào)S1T1B1C1H1BC1Q1S2T2B2C2H2BC2Q2電樞繞組他勵(lì)繞組并勵(lì)繞組串勵(lì)繞組換向極繞組補(bǔ)償繞組啟動(dòng)繞組始端繞組名稱末端第42頁，共44頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期五二、額定值1. 額定功率PN :電機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率。2. 額定電壓UN ：額定工作情況