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【直流電動機】1﹑種類2﹑工作原理3﹑使用方法4﹑選用方法

主要內容介紹直流電動機一般可分為電磁式和永磁式，電磁式電動機除了必須給電樞繞組外接直流電源外，還要給勵磁繞組通以直流電流用以建立磁場。電樞繞組和勵磁繞組可以用兩個電源單獨供電，也可以由一個公共電源供電。按勵磁方式的不同，直流電動機可以分為他勵﹑并勵、串勵﹑和復勵等形式。由于勵磁方式不同，它們的特性也不同。一﹑直流電動的種類1、他勵電動機

他勵電動機的勵磁繞組和電樞繞組分別由兩個電源供電，如圖1所示。他勵電動機由于采用單獨的勵磁電源，設備較復雜。但這種電動機調速范圍很寬，多用于主機拖動中。

2、并勵電動機

并勵電動機的勵磁繞組是和電樞繞組并聯后由同一個直流電源供電，如圖2所示，這時電源提供的電流I等于電樞電流Ia和勵磁電流If之和，即I=Ia+If。并勵電動機勵磁繞組的特點是導線細、匝數多、電阻大、電流小。這是因為勵磁繞組的電壓就是電樞繞組的端電壓，這個電壓通常較高。勵磁繞電阻大，可使If減小，從而減小損耗。由于If較小，為了產生足夠的主磁通，就應增加繞組的匝數。由于If較小，可近似為I=Ia。并勵直流電動機的機械特性較好，在負載變時，轉速變化很小，并且轉速調節(jié)方便，調節(jié)范圍大，啟動轉矩較大。因此應用廣泛。二﹑直流電動的工作原理1﹑直流電動機的結構直流電動機主要由磁極、電樞、換向器三部分組成，其結構如圖5所示。（1）磁極。磁極是電動機中產生磁場的裝置，如圖5所示。它分成極心和極掌兩部分。極心上放置勵磁繞組，極掌的作用是使電動機空氣隙中磁感應強度的分布最為合適，并用來擋住勵磁繞組；磁極是用鋼片疊成的，固定在機座（即電機外殼）上；機座也是磁路的一部分。機座常用鑄鋼制成。（2）電樞。電樞是電動機中產生感應電動勢的部分。直流電動機的電樞是旋轉的，電樞鐵心呈圓柱狀，由硅鋼片疊成，表面沖有槽，槽中放有電樞繞組，如圖7所示。（3）換向器（整流子）換向器是直流電動機的一種特殊裝置，其外形如圖8所示，主要由許多換向片組成，每兩個相鄰的換向片中間是絕緣片。在換向器的表面用彈簧壓著固定的電刷，使轉動的電樞繞組得以同外電路聯接。換向器是直流電動機的結構特征，易于識別。

2．直流電動機的工作原理在電刷AB之間加上直流電壓U，電樞線圈中的電流流向為：N極下的有效邊中的電流總是一個方向，而S極下的有效邊中的電流總是另一個方向。這樣兩個有效邊中受到的電磁力的方向一致，電樞開始轉動。通過換向器可以實現線圈的有效邊從一個磁極如N極轉到另一個磁極下如S極時，電流的方向同時發(fā)生改變，從而電磁力或電磁轉距的方向不發(fā)生改變。電磁轉距是驅動轉距，其大小也為：T=KTΦIa。電動機的電磁轉距T必須與機械負載轉距T2及空載損耗轉距T0相平衡。即T=T2+T0另外當電樞繞組在磁場中轉動時，線圈中也要產生感應電動勢E，這個電動勢的方向與電流或外加電壓的方向相反，稱之為反電動勢。其大小為：E=kEΦn方向與Ia相反。現在我們來具體分析一下直流電動機是怎樣轉動的。圖a中﹐直流電流從電刷B﹐換向器E流入,經線圈abcd﹐從換向器F﹐電刷A流出。線圈ab和cd分別受到電磁力的作用﹐通過左手定則判斷可知產生的電磁力F的方向如圖a所示﹐線圈便順時針方向轉動起來。圖b中﹐線圈轉到平衡位置時﹐兩電刷恰好接觸到兩半環(huán)間的絕緣部分﹐線圈由于慣性作用繼續(xù)轉動轉過平衡位置以后﹐電流即改變方向。三、直流電動機的使用

直流電動機的使用主要包括起動、調速等。這里我們以并勵直流電動機為例討論其起動和調速情況。

起動

1﹑定義

電動機接到規(guī)定電源后，轉速從零上升到穩(wěn)態(tài)轉速的過程稱為起動過程。這里分析穩(wěn)態(tài)起動即n=0,Ea=0之瞬間，起動電流將很大。起動問題是評價電動機性能的重要方面之一。這是一個動態(tài)過程。但這里只介紹穩(wěn)態(tài)情況，即在電動機接入電源瞬間，轉子待轉而未轉動這一瞬間的狀態(tài)。系統(tǒng)要求起動電流要小，起動轉矩要大的原因是要保證電源供電質量和起動時間要短。

2﹑對電動機起動的要求

a起動電流要小；

b起動轉矩要大；

c起動設備要簡單便可靠。

3﹑起動方法

(1)直接起動（即全壓起動）

操作方法簡便，不需任何起動設備，只需兩個開關（勵磁開關和電樞開關）即可

但起動時沖擊電流很大，可達（10～20）IN，從而沖擊電源電壓，影響同一電源的其他設備正常運行。還對電機本身造成換向困難引起較大火花。故全壓起動僅用于微小型電動機的起動。(2)在電樞回路外串電阻Rst起動

UIst＝-------

R內＋Rst從公式可以說明，電樞回路的外串電阻Rst增大，起動電流Ist必然減小，Rst的值一般能使起動電流等于電流的1.5～2倍即可。早已存專用三點式或四點式起動器。使用起動器時，起動過程中外串電阻Rst逐段切除。

這種電阻起動法廣泛應用于小型直流電動機，較大容量和經常起動的電動機常采用降壓起動去，依靠降低電動機端電壓來限制起動電流。降壓起動需要一套調壓供電裝置作為電動機電源，常用于他勵電動機，只降低電樞兩端電壓，勵磁電壓保持不變。(3)降壓啟動

QIst＝-------R內從公式看出，降低電樞電壓，Ist減小。優(yōu)點：沒有起動電阻，起動過程平滑，起動過程中能量損耗少。缺點：專用降壓設備，成本較高。☆需注意的是，直流電動機在起動或工作時，勵磁電路必須保持接通裝態(tài)，不能讓它斷開（起動時要滿勵磁）。否則，由于磁路中只有很小的剩磁，可能發(fā)生下述事故。①如果電動機是靜止的，因轉矩太小(T=KTΦIa)，不能起動；由于反電動勢為零，電樞電流很大，電樞繞組有被燒壞的危險。②如果電動機在有載運行時斷開勵磁電路，電動勢立即減小而使電樞電流增大；同時由于所產生的轉矩不能滿足負載需要，電動機必將減速而停車，更加促使電樞電流的增大，以致燒毀電樞和換向器。③串勵直流電動機如果空載運行，它的轉速可能上升到很高的值（這種事故叫“飛車”），使電機遭受嚴重的機械損傷，而且還會因電樞電流過大將繞組燒毀。直流電動機的調速并勵或他勵直流電動機與交流異步電動機相比，雖然結構復雜，價格高，維修也不方便，但是在調速性能上有其獨特的優(yōu)點。因為鼠籠式電動機在一般情況下是不能調速的，更不能無級調速，因此，對調速要求高的印刷設備，均采用直流電動機。這是因為直流電動機能無級調速，機械傳動機構比較簡單。由直流電動機的轉速公式

n=U-IaRa/KEΦ可知，Ra、Φ和U中的任意一個值，都可使轉速改變，改變電樞電路中外電阻的方法也可進行調速。但其缺點是耗電多，電機機械特性軟，調速范圍小，且只能進行有級調速，故這種方法目前已較少采用。現常用的對直流電動機調速的方法有調磁法和調壓法。這種調速方法的局限是轉速只能升高，即調速后的轉速要超過額定轉速。因為電機不允許超速太多，因此限制了它的調速范圍。在實際工作中，這種方法常作為電壓調速的一種補充手段。2﹑調壓法，即改變電壓U。當保持他勵電動機的勵磁電流If為額定值時，降低電樞電壓U，則由

n=U/KT·Φ-Ra/KE·KT·Φ2·T可見，n0變低了，但△n未改變。在一定負載下，U愈低，則n愈低。由于改變電樞電壓只能向小于電動機額定電壓的方向改變，所以轉速將下調(nn)。調速的過程是：當磁通Φ保持不變時，減小電壓U由于轉速不立即發(fā)生變化，反電動勢E便暫不變化，于是電流Ia減小，轉矩T也減小。如果阻轉矩Tc未變，則T＜Tc，轉速n下降。隨著n的降低，反電動勢E減小，Ia和T增大，直到T=Tc時為止。但這時轉速已比原來降低了。由于調速時磁通不變，如在一定的額定電流下調速，則電動機的輸出轉矩便是一定的（恒轉矩調速）。這種調速方法有下列優(yōu)點：①機械特性較硬，并且電壓降低后硬度不變，穩(wěn)定性較好；②調速幅度大；③可均勻調節(jié)電樞電壓；得到平滑的無級調速。這種調速方法的缺點是調壓需用專門的設備，投資較高。近年來由于采用了可控硅整流電源對電動機進行調壓和調速，使這種方法得到了廣泛應用。許多設備中直流電動機的調速多采用這種方法。四﹑直流電動機的選用方法1﹑選用原則(1)電動機的機械特性﹑啟動﹑制動﹑調速及其它控制性能應滿足工作特性和生產工藝過程的要求﹐電動機工作過程中對電源供電質量的影響(如電壓波動﹑諧波干擾等)﹐應在容許范圍內。(2)按預定的工作制﹑冷卻方法及負載