1、返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出第第8 8章章 直流电动机直流电动机8.1 8.1 8.1 8.1 直流电机的构造直流电机的构造直流电机的构造直流电机的构造8.2 8.2 8.2 8.2 直流电机的基本工作原理直流电机的基本工作原理直流电机的基本工作原理直流电机的基本工作原理8.4 8.4 8.4 8.4 并励电动机的起动与反转并励电动机的起动与反转并励电动机的起动与反转并励电动机的起动与反转8.3 8.3 8.3 8.3 直流电动机的机械特性直流电动机的机械特性直流电动机的机械特性直流电动机的机械特性8.5 8.5 8.5 8.
2、5 并励并励并励并励(他励他励他励他励)电动机的调速电动机的调速电动机的调速电动机的调速 返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出第第8 8章章 直流电动机直流电动机1.1.了解直流电动机的基本构造和工作原理了解直流电动机的基本构造和工作原理;2.2.掌握他励（并励）和串励直流电动机的电压与电掌握他励（并励）和串励直流电动机的电压与电流的关系式，接线图、机械特性流的关系式，接线图、机械特性;3.3.搞清他励（并励）和串励直流电动机的起动、反搞清他励（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。转和调速的基本原理和基本方法
3、本章要求本章要求本章要求本章要求返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出8.1 8.1 8.1 8.1 直流电机的构造直流电机的构造直流电机的构造直流电机的构造 直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构复杂，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。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：直流电机
4、的优点：(1)(1)调速性能好调速性能好,调速范围广调速范围广,易于平滑调节。易于平滑调节。(2)(2)起动、制动转矩大起动、制动转矩大,易于快速起动、停车。易于快速起动、停车。(3)(3)易于控制。易于控制。应用应用:(1)(1)轧钢机轧钢机、电气机车、中大型龙门刨床、电气机车、中大型龙门刨床、矿山矿山竖井提升机以及起重设备竖井提升机以及起重设备等调速范围大的大型等调速范围大的大型设备。设备。(2)(2)用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出8.1.1 8.1
5、1 8.1.1 8.1.1 直流电动机的构造直流电动机的构造直流电动机的构造直流电动机的构造直流电动机的磁极和磁路直流电动机的磁极和磁路 直流电机由定直流电机由定子子(磁极磁极)、转子、转子(电枢电枢)和机座等和机座等部分构成。部分构成。返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出2.2.转子转子(电枢电枢)由铁心、绕组（线圈）、换向器组成。由铁心、绕组（线圈）、换向器组成。1.1.磁极磁极永磁式永磁式永磁式永磁式:由永久磁铁做成。由永久磁铁做成。励磁式励磁式励磁式励磁式:磁极上绕线圈，线圈中通过直流电，形成磁极上绕线圈，线圈中通过直流电，
6、形成电磁铁。电磁铁。励磁励磁:磁极上的线圈通以直流电产生磁通，称为励磁。磁极上的线圈通以直流电产生磁通，称为励磁。电枢铁心：由硅钢片叠装而成。电枢铁心：由硅钢片叠装而成。电枢绕组：单个绕组元件组成。电枢绕组：单个绕组元件组成。用来在电机中产生磁场。用来在电机中产生磁场。返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出1.1.他励电动机他励电动机 励磁绕组和电枢绕组分别由两个直流电源供电。励磁绕组和电枢绕组分别由两个直流电源供电。8.1.2 8.1.2 8.1.2 8.1.2 直流电机的分类直流电机的分类直流电机的分类直流电机的分类 直流电机按照励
7、磁方式可分为他励电动机、并励直流电机按照励磁方式可分为他励电动机、并励电动机、串励电动机和复励电动机电动机、串励电动机和复励电动机2.2.并励电动机并励电动机 励磁绕组和电枢绕组并联，由一个直流励磁绕组和电枢绕组并联，由一个直流电源供电。电源供电。返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出4.4.复励电动机复励电动机 励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在同一电源上。在同一电源上。3.3.串励电动机串励电动机 励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。串励串励复励复励返回
8、返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出8.2 8.2 8.2 8.2 直流电动机的基本工作原理直流电动机的基本工作原理直流电动机的基本工作原理直流电动机的基本工作原理U+直流电从两电刷之间通入电枢绕组，电枢直流电从两电刷之间通入电枢绕组，电枢电流方向电流方向如图所示。由于换向片和电源固定联如图所示。由于换向片和电源固定联接，无论线圈怎样转动，总是接，无论线圈怎样转动，总是S S极有效边的电流极有效边的电流方向向里方向向里,N,N极有效边的电流方向向外。电动机极有效边的电流方向向外。电动机电电枢枢绕组通电后中受力绕组通电后中受力(左手定则左手
9、定则)按顺时针方按顺时针方向旋转向旋转。电刷电刷换向器作用：换向器作用：将外部直流电将外部直流电转换成内部的转换成内部的直流电，以保直流电，以保持转矩方向不持转矩方向不变。变。SbNacdFTnIIF换向片换向片返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出U+EETnSbNdFFacII换向片换向片电刷电刷线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动势。由线圈在磁场中旋转，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。右手定则，感应电动势的方向与电流的方向相反。KE:与电机结构有关的常数与电机结构有关的常数n:电动机转速
10、电动机转速 ：磁通磁通1.1.电枢感应电动势电枢感应电动势 E=KE n返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出U+EETnSbNdFFacII换向片换向片电刷电刷 由图可知，由图可知，电枢感应电动势电枢感应电动势E E与电枢电流或外加与电枢电流或外加电压方向总是相反，所以称电压方向总是相反，所以称反电势反电势。式中：式中：U 外加电压外加电压 Ra 绕组电阻绕组电阻2.2.电枢回路电压平衡式电枢回路电压平衡式RaIaE+UM返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出KT:与电机结构有
11、关的常数与电机结构有关的常数 :线圈所处位置的磁通线圈所处位置的磁通I Ia a：电枢绕组中的电流：电枢绕组中的电流3.3.电磁转矩电磁转矩单位单位:(韦伯韦伯)，Ia(安安)，T(牛顿牛顿米米)直流电动机电枢绕组中的电流直流电动机电枢绕组中的电流(电枢电流电枢电流I Ia a)与磁通与磁通 相互作用，产生电磁力和电磁转矩，直流电机的电磁相互作用，产生电磁力和电磁转矩，直流电机的电磁转矩公式为转矩公式为4.4.转矩平衡关系转矩平衡关系 电动机的电磁转矩电动机的电磁转矩T T为驱动转矩为驱动转矩,它使它使电枢转动。在电机运行时，电磁转矩必须和电枢转动。在电机运行时，电磁转矩必须和机械负载转矩及空
12、载损耗转矩相平衡，即机械负载转矩及空载损耗转矩相平衡，即T=KT Ia返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出 当电动机轴上的机械负载发生变化时，通过电动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。调整，以适应负载的变化，保持新的平衡。转矩平衡过程转矩平衡过程转矩平衡过程转矩平衡过程:T2:机械负载转矩机械负载转矩T0:空载转矩空载转矩 例：例：设外加电枢电压设外加电枢电压 U U 一定，一定，T T=T T2
13、2 (平衡平衡)，此时，若，此时，若T T2 2突然增加，则调整过程为突然增加，则调整过程为达到新的平衡点达到新的平衡点(Ia 、P入入)。T2 n Ia T E 返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出8.3 8.3 8.3 8.3 直流电动机的机械特性直流电动机的机械特性直流电动机的机械特性直流电动机的机械特性特点特点特点特点:(并励并励)励磁绕组与电枢并联励磁绕组与电枢并联由图可求得由图可求得:由上分析可知：由上分析可知：当电源电压当电源电压U U和励磁回路的电阻和励磁回路的电阻R Rf f一定时一定时,励励磁电流磁电流I If f
14、和磁通和磁通 不变，即不变，即不变，即不变，即 =常数常数常数常数。则则 IaUM+_If+_IE返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出令：令：T=KT Ia=KT Ia 即：并励电动机的磁通即：并励电动机的磁通即：并励电动机的磁通即：并励电动机的磁通 =常数，转矩与电枢电流常数，转矩与电枢电流常数，转矩与电枢电流常数，转矩与电枢电流成正比成正比成正比成正比。由以下公式由以下公式求得求得IaUM+_If+_IE返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出式中：式中：n=f(T)特性曲线
15、特性曲线 并励电动机在负载变并励电动机在负载变化时，转速化时，转速 n 的变化不大的变化不大硬机械特性（自然特性）。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改变电枢电压和电枢回路串电阻可得人工特性曲线特性曲线返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出8.4 8.4 8.4 8.4 并励电动机的起动与反转并励电动机的起动与反转并励电动机的起动与反转并励电动机的起动与反转起动起动直流电动机不允许在额定电压直流电动机不允许在额定电压U UN N下直接起动。下直接起动。I I I Iastastastast太大会使换向器产生严重
16、的火花太大会使换向器产生严重的火花,烧坏换向器。烧坏换向器。起动时起动时,n=0 1.1.起动问题起动问题：(1)(1)起动电流大起动电流大(2)(2)起动转矩大起动转矩大 起动时，起动转矩为起动时，起动转矩为(1020)TN ,造成造成机械冲击，使传动机构遭受损坏。机械冲击，使传动机构遭受损坏。一般一般I Iastast限制在限制在(1.52.5)IN。返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出2.2.起动方法起动方法 3.3.注意事项注意事项(1)(1)电枢串电阻起动法电枢串电阻起动法(2)(2)降压起动法：降压起动法：直流电动机在起动
17、和工作时，励磁电路一定直流电动机在起动和工作时，励磁电路一定要接通要接通,不能让它断开不能让它断开,而且起动时要满励磁。否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：则，磁路中只有很少的剩磁，可能产生事故：将将R Rstst置最大处，逐渐减小置最大处，逐渐减小R Rstst使使n n升高。升高。最大起动电压最大起动电压U Ustst为为返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出(1)(1)如果电动机是静止的，由于转矩太小如果电动机是静止的，由于转矩太小(T=KT Ia),电电机将不能起动机将不能起动，这时反电动势为零，电枢
18、电流很大，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。电枢绕组有被烧坏的危险。(2(2)如果电动机在有载运行时断开励磁回路，反电动势如果电动机在有载运行时断开励磁回路，反电动势E E立即减小而使电枢电流增大，同时由于所产生的转矩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不满足负载负载的需要，电动机必将减速而停转，更加促的需要，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。使电枢电流的增大，以至烧毁电枢绕组和换向器。(3)(3)如果电机在空载运行，可能造成飞车，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，而且因电使电机遭受严重的机械
19、损伤，而且因电枢枢枢枢电流电流过大而将绕组烧坏。过大而将绕组烧坏。（E Ia T T0 n 飞车飞车）返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出2.2.反转反转电磁转矩：电磁转矩：T=KT=KT T I Ia a (1)(1)改变励磁电流的方向。改变励磁电流的方向。(2)(2)改变电枢电流的方向。改变电枢电流的方向。注意：注意：改变转动方向时，励磁电流和电枢电流两者改变转动方向时，励磁电流和电枢电流两者的方向不能同时变。的方向不能同时变。改变直流电机转向的方法有两种：改变直流电机转向的方法有两种：返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章
20、目录章目录南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出8.5 8.5 8.5 8.5 并励并励并励并励(他励他励他励他励)电动机的调速电动机的调速电动机的调速电动机的调速 并励并励(他励他励)电动机电动机与异步电动机相比，虽然结构与异步电动机相比，虽然结构复杂，价格高，维护也不方便，但在调速性能上由其复杂，价格高，维护也不方便，但在调速性能上由其独特的优点。独特的优点。1.1.调速均匀平滑，可以无级调速调速均匀平滑，可以无级调速(注：异步机改变极注：异步机改变极对数调速的方法叫有级调速对数调速的方法叫有级调速)。2.2.调速范围大，调速比可达调速范围大，调速比可达200 200 以上以上(调速比
21、等于最调速比等于最大转速和最小转速之比）大转速和最小转速之比）,因此机械变速所用的齿轮箱因此机械变速所用的齿轮箱可大大简化。可大大简化。主要优点：主要优点：由转速公式由转速公式:可见直流电机调速方法有三种。可见直流电机调速方法有三种。返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出可见：在可见：在U 一定的情况下，改变一定的情况下，改变 可改变转速可改变转速n。8.5.1 8.5.1 改变磁通调速改变磁通调速 保持电枢电压保持电枢电压U U不变，改变励磁电流不变，改变励磁电流If(调调Rf)以改以改变磁通变磁通 。由式由式Rf If n 一般只采
22、用减少励磁电流一般只采用减少励磁电流(减弱磁通减弱磁通)的方法调速的方法调速,即即改变磁通调速的方法：改变磁通调速的方法：减小磁通，减小磁通，n只能上调。只能上调。改变改变 时的机械特性如图。时的机械特性如图。返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出调速过程调速过程:直至直至T=TT=TC C达到新的平衡。达到新的平衡。电压电压U U保持一定保持一定,减小磁通减小磁通 。Rf E I n Ia E 瞬间瞬间瞬间瞬间T T T TT 返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出(1)调速平
23、滑，可得到无级调速；但只能向上调，受调速平滑，可得到无级调速；但只能向上调，受 机械本身强度所限，机械本身强度所限，n不能太高。不能太高。(2)调速设备简单，经济，电流小，便于控制。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。机械特性较硬，稳定性较好。(4)对专门生产的调磁电动机对专门生产的调磁电动机,其调速幅度可达其调速幅度可达3 4,例如例如5302120 r/min及及3101 240 r/min。减小减小 调速的特点：调速的特点：(1)若调速后若调速后若调速后若调速后I Ia a 保持不变，电动机在高速运保持不变，电动机在高速运保持不变，电动机在高速运保持不变
24、电动机在高速运转时其负载转矩必须减小。转时其负载转矩必须减小。转时其负载转矩必须减小。转时其负载转矩必须减小。P249P249(2)这种调速方法只适用于恒功率调速这种调速方法只适用于恒功率调速这种调速方法只适用于恒功率调速这种调速方法只适用于恒功率调速(如用如用如用如用于切削机床于切削机床于切削机床于切削机床)。使用调磁调速时应注意：使用调磁调速时应注意：返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出8.5.2 改变电压调速改变电压调速由转速公式知：调电压由转速公式知：调电压U U，n n0 0变化，但斜率不变，变化，但斜率不变，所以调速特性
25、是一组平行所以调速特性是一组平行曲线。曲线。改变电压调速的特点改变电压调速的特点:(1)工作时电压不允许超过工作时电压不允许超过U UN N，而，而n n U U,所以调所以调速速 只能向下调。只能向下调。(2)(2)机械特性较硬，并且电压降低后硬度不变，机械特性较硬，并且电压降低后硬度不变，稳定性好。稳定性好。返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出(3)(3)均匀调节电枢电压，可得到平滑无级调速。均匀调节电枢电压，可得到平滑无级调速。(4)(4)调速幅度较大。调速幅度较大。调速过程调速过程:保持保持I If f 为额定为额定,减小电枢
26、电压减小电枢电压。U Ia T T T T =T TC C稳定稳定稳定稳定n E Ia T T 改变电压调速需要用电压可以调节的专用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。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。机进行调压和调磁，以改变它的转速。返回返回退出退出上一页上一页 下一页下一页章目录章目录南通大学电气工程学院电工学课程下翻上翻退出8.5.3 8.5.3 电枢回路串电阻调速电枢回路串电阻调速 电枢中串入电阻电枢中串入电阻,使使 n 、n0不变，即电机的特性曲线不变，即电机的特性曲线变陡变陡(斜率变大斜率变大)，在相同力矩，在相同力矩下下,n。特性曲线如图。特性曲线如图。电枢回路串电阻调速需电枢回路串电阻调速需在电枢中串入专用电阻，电阻增大则转速下降，在电枢中串入专用电阻，电阻增大则转速下降，因此因此 n 只能下调。只能下调。特点：特点：(1)设备简单，操作方便。设备简单，操作方便。(2)机械特性软，稳定性差。机械特性软，稳定性差。(3)能量损耗大，只用于小型直流机。能量损耗大，只用于小型直流机。
