,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,学习要点,第,7,章 直流电动机,了解直流电动机的基本构造和工作原理,;,掌握他励（并励）和串励直流电动机的电压与电流的关系式，接线图、机械特性,;,搞清他励（并励）和串励直流电动机的起动、反转和调速的基本原理和基本方法。,学习要点第7章 直流电动机 了解直流电动机的基,1,直流电机的优点：,(1),调速性能好,调速范围广,易于平滑调节。,(2),起动、制动转矩大,易于快速起动、停车。,(3),易于控制。,应用,:,(1),轧钢机、电气机车、中大型龙门刨床、,矿山竖井,提升机以及起重设备,等调速范围大的大型设备。,(2),用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等,7.1,直流电机的基本结构,直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构复杂，维修也不便，但由于它的调速性能较好和起动转矩较大，因此，对调速要求较高的生产机械或者需要较大起动转矩的生产机械往往采用直流电动机驱动。,直流电机的优点：(1)调速性能好,调速范围广,2,直流电机由定子,(,磁极,),、转子,(,电枢,),和机座等部分构成。,极掌,极心,励磁绕组,机座,转子,S,N,+,+,+,+,N,+,+,+,+,+,S,+,+,+,直流电动机的磁极和磁路,直流电机由定子(磁极)、转子(电枢)和机座等部分构成,3,7.2,直流电机的工作原理,7.2 直流电机的工作原理,4,I,U,+,S,b,N,a,c,d,直流电从两电刷之间通入电枢绕组，电枢电流方向,如图所示。由于换向片和电源固定联接，无论线圈怎样转动，总是,S,极有效边的电流方向向里,N,极有效边的电流方向向外。电动机电,枢,绕组通电后中受力,(,左手定则,),按顺时针方向旋转,。,U,+,U,+,电刷,换向片,U,+,I,F,F,T,n,换向器作用：,将外部直流电,转换成内部的,直流电，以保,持转矩方向不,变。,7.2,直流电机的工作原理,IU+SbNacd 直流电从两电刷之间通入电,5,U,+,E,E,T,n,S,b,N,d,F,F,a,c,I,I,换向片,电刷,线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动势。由右手定则，感应电动势的方向与电流的方向相反。,K,E,:,与电机结构有关的常数,n,:,电动机转速,：,磁通,1.,电枢感应电动势,E,=,K,E,n,U+EETnSbNdFFacII换向片电刷,6,U,+,E,E,T,n,S,b,N,d,F,F,a,c,I,I,换向片,电刷,由图可知，,电枢感应电动势,E,与电枢电流或外加电压方向总是相反，所以称,反电势,。,式中：,U ,外加电压,R,a,绕组电阻,2.,电枢回路电压平衡式,R,a,I,a,E,+,+,U,M,U+EETnSbNdFFacII换向片电刷,7,K,T,:,与电机结构有关的常数,:,线圈所处位置的磁通,I,a,：电枢绕组中的电流,3.,电磁转矩,单位,:,(,韦伯,),，,I,a,(,安,),，,T,(,牛顿,米,),直流电动机电枢绕组中的电流,(,电枢电流,I,a,),与磁通,相互作用，产生电磁力和电磁转矩，直流电机的电磁转矩公式为,4.,转矩平衡关系,电动机的电磁转矩,T,为驱动转矩,它使电枢转动。,在电机运行时，电磁转矩必须和机械负载转矩及空,载损耗转矩相平衡，即,T,=,K,T,I,a,KT:与电机结构有关的常数 :线圈所处位,8,当电动机轴上的机械负载发生变化时，通过电动机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁转矩将自动调整，以适应负载的变化，保持新的平衡。,转矩平衡过程,T,2,:,机械负载转矩,T,0,:,空载转矩,例：,设外加电枢电压,U,一定，,T,=,T,2,(,平衡,),，此时,若,T,2,突然增加，则调整过程为,达到新的平衡点,(,I,a,、,P,入,),。,T,2,n,I,a,T,E,当电动机轴上的机械负载发生变化时，通过电动机,9,7.3,直流电机的名牌和分类,7.3.1,直流电动机的分类,直流电动机按照励磁方式可分为他励、并励、串励和复励四种。,（,a,）他励 （,b,）并励 （,c,）串励 （,d,）复励,按励磁方式分类接线图,7.3 直流电机的名牌和分类7.3.1 直流电动机的分类直,10,7.3.2,直流电机的铭牌数据,型号：,2,额定值：,（,1,）额定功率,是指电机在额定运行时的输出功率。对于电动机是指轴上输出机械功率的额定值；对于发电机是指电刷间输出的额定电功率。额定功率的单位为,W,或,kW,。,7.3.2直流电机的铭牌数据型号：2额定值：（1）额定功,11,（,2,）额定电压,指额定运行条件下，直流电动机的输入电压或直流发电机的输出电压，单位为,（,3,）额定电流,指额定电压和额定负载时允许电机长期输入（电动机）或输出（发电机）的电流，单位为,（,4,）额定转速,指电机在额定电压和额定负载时的旋转速度，单位为,（2）额定电压 指额定运行条件下，直流电动机的输入电压或直,12,特点,:,励磁绕组与电枢并联,由图可求得,由上分析可知：,当电源电压,U,和励磁回路的电阻,R,f,一定时,励,磁电流,I,f,和磁通,不变，即,=,常数,。,则,I,a,U,M,+,_,I,f,+,_,I,E,7.4,直流电机的机械特性,特点:励磁绕组与电枢并联由图可求得由上分析可知：,13,令：,T,=,K,T,I,a,=,K,I,a,即：并励电动机的磁通,=,常数，转矩与电枢电流,成正比。,由以下公式,求得,I,a,U,M,+,_,I,f,+,_,I,E,令：T=KT Ia=K Ia 即：并励电动机的磁通由以,14,式中：,n,=,f,(,T,),特性曲线,n,0,n,N,T,N,并励电动机在负载变化时，转速,n,的变化不大,硬机械特性（自然特性）。,改变电枢电压和电枢回路串电阻可得人工特性曲线,动画,n,0,T,n,式中：n=f(T)特性曲线n0nNTN 并励电动,15,例,:,有一并励电动机，其额定数据如下：,P,=22KW,U,N,=110V,n,N,=1000r/min,=,0.84,并已知,R,f,=,27.5,，,R,a,=,0.04,试求,:(1),额定电流,I,额定,电枢电流,I,a,及,额定励磁电流,I,f,;(2),损耗功率,P,aCu,及,P,O,;(3),额定转矩,T,;(4),反电动势,E,。,解：,(1)P,2,是输出功率，额定输入功率为,额定电流,额定励磁电流,额定电枢电流,例:有一并励电动机，其额定数据如下：P=22KW,16,（,2,）电枢电路铜损,励磁电路铜损,总损失功率,空载损耗功率,（,3,）额定转矩,（,4,）反电动势,（2）电枢电路铜损励磁电路铜损总损失功率空载损耗功率（3）额,17,起动,直流电动机不允许在额定电压,U,N,下直接起动。,I,ast,太大会使换向器产生严重的火花,烧坏换向器；,起动时,n,=0,1.,起动问题：,(1),起动电流大,(2),起动转矩大,起动时，起动转矩为,(1020),T,N,造成机械冲击，使传动机构遭受损坏。,一般,I,ast,限制在,(1.52.5),I,N,。,7.5,直流电机的使用,起动直流电动机不允许在额定电压UN下直接起动。Iast太大会,18,2,.,起动方法,3,.,注意事项,(1),电枢串电阻起动法,(2),降压起动法：,直流电动机在起动和工作时，励磁电路一定要接通,不能让它断开,而且起动时要满励磁。否则，磁路中只有很少的剩磁，可能产生事故：,在满磁下将,R,st,置最大处，逐渐减小,R,st,使,n,升高。,最大起动电压,U,st,为,2.起动方法 3.注意事项(1)电枢串电阻起动法(2)降,19,(1),如果电动机是静止的，由于转矩太小,(,T=K,T,I,a,),电机将不能起动,，这时反电动势为零，电枢电流,很大，电枢绕组有被烧坏的危险。,(2,),如果电动机在有载运行时断开励磁回路，反电动势,E,立即减小而使电枢电流增大，同时由于所产生的 转矩,不满足,负载,的需要，电动机必将减速而停转，更加促使电枢电流的增大，以至烧毁电枢绕组和换,向器。,(3),如果电机在空载运行，可能造成飞车，使电机遭,受严重的机械损伤，而且因电,枢,电流过大而将绕组,烧坏。,（,E,I,a,T,T,0,n,飞车）,(1)如果电动机是静止的，由于转矩太小(T=KT Ia),20,7.5.2,改变电动机转向的方法,例：,串励的单相手电钻，利用励磁电流和电枢电流两者的方向同时改变时而转向不变的原理，采用特别的串励电动机，使手电钻用单相交流电源或直流电源供电均可。,(1),改变励磁电流的方向。,(2),改变电枢电流的方向。,注意：,改变转动方向时，励磁电流和电枢电流两者的方向不能同时变。,改变直流电机转向的方法有两种：,电磁转矩：,T=K,T,I,a,7.5.2改变电动机转向的方法例：串励的单相手电钻，利用励磁,21,由转速公式知：,调电压,U,，,n,0,变化，但斜率不变，所以调速特性是一组平行曲线。,n,0,n,0,电压降低,T,c,特性曲线,n,0,n,T,0,改变电压调速的特点,:,(1),工作时电压不允许超过,U,N,，而,n,U,所以调速,只能向下调,。,(2),机械特性较硬，并且电压降低后硬度不变，稳,定性好。,7.5.3,直流电动机的调速方法,1,、变电压调速,由转速公式知：n0n0电压降低Tc特性曲线n0nT0改变,22,(3),均匀调节电枢电压，可得到平滑无级调速。,(4),调速幅度较大。,调速过程,:,保持,I,f,为额定,减小电枢,电压,。,U,I,a,T,T,=,T,C,稳定,n,E,I,a,T,改变电压调速需要用电压可以调节的专用设备，投资费用较高。,近年来已普遍采用晶闸管整流电源对电动机进行调压和调磁，以改变它的转速。,(3)均匀调节电枢电压，可得到平滑无级调速。(4)调速幅度较,23,例,:,有一他励电动机，已知,U,=220V,I,a,=53.8A,n,=1500r/min,R,a,=,0.7,。今将电枢电压降低一,半，而负载转矩不变，问转矩降低多少？,解,:,由,T,=,K,T,I,a,可知，在保持负载转矩和励磁电,流不变的条件下，电流也保持不变。,电压降低后的转速,n,对原来的转速,n,之比为,例:有一他励电动机，已知U=220V,Ia=53.,24,可见：在,U,一定的情况下，改变,可改变转速,n,。,2,、,变励磁调速,保持电枢电压,U,不变，改变励磁电流,I,f,(,调,R,f,),以改变磁通,。,由式,R,f,I,f,n,一般只采用减少励磁电流,(,减弱磁通,),的方法调速,即,改变磁通调速的方法：,减小磁通，,n,只能上调。,改变,时的机械特性如图。,T,L,T,n,（,减小,）,R,f,增,加,O,动画,可见：在U 一定的情况下，改变可改变转速n。2、变励磁调,25,调速过程,:,直至,T=T,C,达到新的平衡。,电压,U,保持,一定,减小磁通,。,R,f,E,I,n,I,a,E,瞬间,T,T,T,调速过程:直至T=TC达到新的平衡。电压U保持一定,减小磁通,26,(1),调速平滑，可得到无级调速；但只能向上调，受,机械本身强度所限，,n,不能太高。,(2),调速设备简单，经济，电流小，便于控制。,(3),机械特性较硬，稳定性较好。,(4),对专门生产的调磁电动机,其调速幅度可达,3 4,例如,5302120 r/min,及,3101 240 r/min,。,减小,调速的特点：,(1),若调速后,I,a,保持不变，电动机在高速运转时其负载转矩必须减小。,(2),这种调速方法只适用于恒功率调速,(,如用于切削机,床,),。,使用调磁调速时应注意：,(1)调速平滑，可得到无级调速；但只能向上调，受 减小,27,7.6,直流电机的常见故障及处理方法,7.6.1,换向故障,1,、换向产生火花,火花是电刷与换向器间的电弧放电现象，是换向不良的明显标志。产生火花的原因可分,3,类：电磁原因、机械原因和负载与环境原因