直流電機教材

1、 核準核準審查審查 【直流電動機直流電動機】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 1、他勵電動機、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 2、并勵電動

2、機、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。3 3串勵電動機串勵電動機串勵電動機的勵磁繞組與電樞繞組串聯之后接直流電源

3、，如圖3所示。串勵電動機勵磁繞組的特點是其勵磁電流If就是電樞電流Ia，這個電流一般比較大，所以勵磁繞組導線粗、匝數少，它的電阻也較小。串勵電動機多于負載在較大范圍內變化的和要求有較大起動轉矩的設備中。4 4、復勵電動機、復勵電動機 這種直流電動機的主磁極上裝有兩個勵磁繞組，一個與電樞繞組串聯，另一個與電樞繞組并聯，如圖4所示，所以復勵電動機的特性兼有串勵電動機和并勵電動機的特點，所以也被廣泛應用。5 5、永磁電電動機、永磁電電動機這種直流電動機沒有勵磁繞組直接以永久磁鐵建立磁場來使轉子轉動。這種電動機在許多小型電子產品上得到了廣泛應用。在以上四種類型的直流電動機中，以并勵直流電動機和他勵直流

4、電動機應用最為廣泛。二二直流電動的工作原理直流電動的工作原理1 1直流電動機的結構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

5、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 2直流電動機的工作原理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

6、也為：T=KTIa。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=kEn方向與Ia相反?，F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。

7、圖c中與圖a中電流流向恰好相反但根據左手定則可知電磁力方向如圖所示線圈仍然以順時針方向轉動。圖d中線圈又轉到平衡位置電流又自動改變方向繼續(xù)轉動。就這樣線圈便周而復始的轉動起來。三、直流電動機的使用三、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。起動起動 1 1定義定義電動機接到規(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

8、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 2對電動機起動的要求對電動機起動的要求 a起動電流要??；b起動轉矩要大；c起動設備要簡單便可靠。3 3起動方法起動方法(1)(1)直接起動（即全壓起動）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（1020）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)(2)在電樞回路外串電阻在電樞回路外串電阻RstRst起動起動 UIst - R內 Rst 從公式可以說明，電樞回路

9、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1.52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)(3)降壓啟動降壓啟動 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。需注意的是需注意的是

10、，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。如果電動機是靜止的，因轉矩太小(T=KTIa)，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。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。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。直流電動機的調速直流電動機的調速并勵或

11、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/KE可知，Ra、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?，F常用的對直流電動機調速的方法有調磁法和調壓法。1 1調磁法調磁法即改變磁通量。當保持電源電壓U為額定值時，調節(jié)R

12、f，改變勵磁電流If以改變磁通量，如圖10所示。由于n=U/KE-Ra/KTKEn=U/KE-Ra/KTKET T可知磁通減少時，n0升高，轉速降n增大，在一定負載下，愈小，則n愈高。由于電動機在額狀態(tài)運行時，它的磁路已接近飽和，所以通常都是減小磁通(n)，將轉速往上調(nnn)。調速的過程是：當電壓U保持恒定時，減小磁通。由于機械慣性，轉速產立即發(fā)生變化，于是反電動勢E=KEn就減小，Ia隨之增加。由于Ia增加的影響超過減小的影響，所以轉矩T=KTIa也就增加。如果阻轉矩Tc未變，則TTc轉速n上升。隨著n的升高，反電動勢E增大，Ia和T也著減小，直到T=Tc時為止。但這時轉速已比原來升高了

13、。必須指出，若電動機在額定狀態(tài)下運行，則電樞電流Ia為額定值，如果調速時負載轉矩仍舊保持不變（為額定值），由于T=KTIa，故減小磁通量后Ia必然超過額定值，因此調速后負載轉矩必須減小。這種調速方法適用于轉矩與轉速成反比而輸出功率基本不變（恒功率調速）的場合。這種調速方法有3個優(yōu)點：調速平滑，可無級調速；調速經濟，控制方便；機械特性較硬，穩(wěn)定性較好。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 2調壓法調壓法，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

14、電壓U，則由n=U/KTn=U/KT-Ra/KE-Ra/KEKTKT22T 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TTc，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：機械特性較硬，并且電壓降低后硬度不變，穩(wěn)定性較好；調速幅度大；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。四四直流電動機的選用方法直流電動機的選用方法1選用原則選用原則(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