中職電機與控制第一章教學(xué)課件

1、正版可修改PPT課件(中職）電機與控制第一章教學(xué)課件第一章 直流電動機第一節(jié) 直流電動機的結(jié)構(gòu)和分類第二節(jié) 直流電機的基本原理與結(jié)構(gòu)第三節(jié) 直流電動機的啟動、反轉(zhuǎn)和調(diào)速第四節(jié) 其他類型的直流電動機第五節(jié) 直流電動機常見故障的檢修返回第一章 直流電動機本章概述直流電動機使用直流電源，與交流異步電動機相比，直流電動機具有更好的啟動和運行性能，因此直流電動機應(yīng)用在要求攜帶方便、在特殊場合使用或?qū)﹄妱訖C的性能要求較高的日用電器中，例如電子音像設(shè)備、辦公設(shè)備、清潔、美容保健、醫(yī)療用的器械、儀器儀表、電動玩具等。教學(xué)目標(biāo)1.了解直流電動機的結(jié)構(gòu)和分類;2.掌握直流電動機的基本原理與結(jié)構(gòu);3.掌握直流電動機

2、的常見故障及檢修。返回第一節(jié) 直流電動機的結(jié)構(gòu)和分類一、直流電動機的基本結(jié)構(gòu)直流電動機的基本結(jié)構(gòu)也是由定子、轉(zhuǎn)子和結(jié)構(gòu)件(端蓋、軸承等)三大部分所組成。圖1-1是一臺電磁式直流電動機的結(jié)構(gòu)示意圖。 1.定子定子包括機座、主磁極、換向磁極、前、后端蓋和電刷裝置等幾個部分。(1)主磁極主磁極的作用是產(chǎn)生主磁場，由主磁極鐵芯和主磁極繞組兩部分組成，主磁極安裝在機座上。直流電動機的機座也是磁路的一個構(gòu)成部分，因此由鐵磁性材料制成。日用電器使用的直流電動機多為永磁式直流電動機，其主磁極用永久磁鐵制成。下一頁返回第一節(jié) 直流電動機的結(jié)構(gòu)和分類(2)換向磁極直流電動機的換向是一個比較復(fù)雜的過程。在換向時，會

3、在電刷與換向器的接觸面上產(chǎn)生火花，不利于電動機的運行，因此一般的直流電動機上都裝有換向磁極來減小火花，以改善電動機的換向性能。換向磁極也由鐵芯和繞組構(gòu)成，安裝在兩個相鄰的主磁極間的中性線上(如圖1 -1(b)所示)。換向磁極的繞組一般與電樞繞組串聯(lián)。在日用電器中使用的永磁式直流電動機的功率較小，由于結(jié)構(gòu)限制一般不裝換向磁極。(3)端蓋和電刷裝置在前、后端蓋內(nèi)裝有軸承，用以支撐電樞。后端蓋上還固定有電刷裝置。上一頁下一頁返回第一節(jié) 直流電動機的結(jié)構(gòu)和分類電刷裝置由電刷、刷握、刷桿、刷桿座、彈簧等組成，電刷(碳刷)放在刷握內(nèi)，由彈簧對電刷產(chǎn)生徑向壓力以和換向器保持緊密接觸。刷握固定在刷桿上，刷桿則

4、固定在刷桿座上，從而構(gòu)成一個部件整體(如圖1-1(a)所示)。 2.轉(zhuǎn)子(電樞)根據(jù)對直流電動機運轉(zhuǎn)原理的分析，可見轉(zhuǎn)子是直流電動機實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的樞紐，所以又稱之為“電樞”。電樞包括電樞鐵芯、電樞繞組及換向器。(1)電樞鐵芯和電樞繞組電樞繞組由嵌放在電樞鐵芯槽內(nèi)的線圈按一定規(guī)律連接而成，線圈嵌入鐵芯槽后用槽楔壓緊。鐵芯槽有直槽和斜槽之分。上一頁下一頁返回第一節(jié) 直流電動機的結(jié)構(gòu)和分類(2)換向器換向器也是直流電動機的一個關(guān)鍵部件，電樞繞組的線頭接到換向器的銅片上，換向器與電刷保持滑動接觸，使電樞電路與外電路保持接通，并將外電路的直流電流轉(zhuǎn)換成電樞電路的交流電流。換向器由銅片和云母片一片隔一片均

5、勻地排列成圓形，再經(jīng)過壓裝而成。 二、直流電動機的分類根據(jù)定子磁場的不同，直流電動機主要可分為永磁式和勵磁(電磁)式兩大類，永磁式可分為有(電)刷和無(電)刷兩類，而勵磁式根據(jù)勵磁繞組通電方式的不同，又可分成串勵、并勵、復(fù)勵和他勵四類。上一頁下一頁返回第一節(jié) 直流電動機的結(jié)構(gòu)和分類在四類勵磁式直流電動機中，他勵式直流電動機的勵磁繞組與電樞繞組各由獨立的電源供電，而串勵、并勵和復(fù)勵式的勵磁繞組與電樞繞組共用一個電源，所以又統(tǒng)稱為“自勵式”。上一頁下一頁返回第一節(jié) 直流電動機的結(jié)構(gòu)和分類其中串勵式、并勵式的勵磁繞組分別與電樞繞組串聯(lián)和并聯(lián)。復(fù)勵式的勵磁繞組分為兩個繞組，一組與電樞繞組串聯(lián)，一組與電

6、樞繞組并聯(lián);如果兩個繞組所產(chǎn)生的磁通方向相一致，則稱為積復(fù)勵;如果兩個繞組所產(chǎn)生的磁通方向相反，則稱為差復(fù)勵。勵磁式直流電動機的繞組連接方式如圖1-2所示。上一頁返回第二節(jié) 直流電機的基本原理與結(jié)構(gòu)直流電機是根據(jù)導(dǎo)體切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和載流導(dǎo)體在磁場中受電磁力的作用這兩條基本原理制造的。因此，從結(jié)構(gòu)上看，任何電機都包括磁路和電路兩部分;從原理上講，任何電機都體現(xiàn)了電和磁的相互作用。一、直流電機的工作原理1.直流發(fā)電機工作原理 兩極直流發(fā)電機原理如圖1-3所示。圖中N,S是一對在空間固定不動的磁極，磁極可以由永久磁鐵制成，也可以在磁極鐵芯上繞以通有直流電流的勵磁繞組來產(chǎn)生N,S極。在N、S

7、磁極之間裝有鐵磁性物質(zhì)構(gòu)成的圓柱體，圓柱體外表面開槽并在其中嵌放線圈abcd，整個圓柱體可在磁極內(nèi)部旋轉(zhuǎn)，能夠轉(zhuǎn)動的部分稱為轉(zhuǎn)子或電樞。下一頁返回第二節(jié) 直流電機的基本原理與結(jié)構(gòu)電樞線圈abcd的兩端分別與固定在軸上相互絕緣的兩個半圓銅環(huán)(換向片)相連接，構(gòu)成了簡單的換向器。換向器通過靜止不動的電刷A和B，將電樞線圈與外電路相接。電樞由原動機拖動，以恒定轉(zhuǎn)速按逆時針方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)線圈有效邊ab和cd切割磁力線時，便在其中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其方向用右手定則確定。如圖1-3所示瞬間，導(dǎo)體ab中的電動勢方向由b指向a，導(dǎo)體cd中的電動勢則由d指向。，從整個線圈來看，電動勢的方向為d指向c通過端部連接線c

8、b,再由b指向a。 因此外電路中的電流自換向片1流至電刷A，然后經(jīng)過負載流至電刷B和換向片2，進入線圈。上一頁下一頁返回第二節(jié) 直流電機的基本原理與結(jié)構(gòu)此時，電流流出線圈處的電刷A為正電位，用“+”表示;而電流流入線圈處的電刷B則為負電位，用“-”表示。也就是電刷A相當(dāng)于電源的正極，電刷B相當(dāng)于電源的負極。電樞旋轉(zhuǎn)1800后，導(dǎo)體ab和cd以及換向片1和2的位置同時互換，電刷A通過換向片2與導(dǎo)體cd相連接，此時由于導(dǎo)體cd取代了原來ab轉(zhuǎn)到N極下，所以電刷A的極性仍然為正;同時電刷B通過換向片1與導(dǎo)體ab相連接，而導(dǎo)體ab此時已轉(zhuǎn)到S極下，因此，電刷B的極性仍然為負?？梢姡ㄟ^換向器和電刷，能

9、夠及時地改變線圈與外電路的連接，可以使線圈產(chǎn)生的交變電動勢變?yōu)殡娝啥朔较蚝愣ǖ碾妱觿?，保持外電路的電流按一定方向流動。上一頁下一頁返回第二?jié) 直流電機的基本原理與結(jié)構(gòu)由電磁感應(yīng)定律(e = Blv )，線圈感應(yīng)電動勢e的波形與氣隙磁感應(yīng)強度B的波形相同，即線圈感應(yīng)電動勢。隨時間變化的規(guī)律與氣隙磁感應(yīng)強度B沿空間的分布不同。在直流電機中，磁極下氣隙磁感應(yīng)強度按梯形波分布，如圖1-4所示。因此，通過電刷和換向器的作用，電刷兩端所得到的電動勢的方向是恒定的，但大小卻在零與最大值之間脈動，如圖1-5所示。由于線圈只有一匝，產(chǎn)生的電動勢很小。如果在直流電機電樞上均勻分布很多線圈，并相應(yīng)增多換向片的數(shù)目

10、，使每個線圈兩端均分別接至換向片上，這樣，電刷兩端總的電動勢脈動值將顯著減小，如圖1-6所示，同時其值也大為增加。由于直流電機中線圈、換向片數(shù)目很多，因此，可以認為電刷兩端的電動勢是恒定的直流電動勢。上一頁下一頁返回第二節(jié) 直流電機的基本原理與結(jié)構(gòu) 2.直流電動機工作原理 圖1-7所示為直流電動機原理圖。直流電動機基本結(jié)構(gòu)與發(fā)電機完全相同，只是將直流電源接至電刷兩端。當(dāng)電刷A接至電源的正極，電刷B接至負極，電流將從電源正極流出，經(jīng)過電刷A、換向片1、線圈abcd到換向片2和電刷B，最后回到負極。根據(jù)電磁力定律，載流導(dǎo)體在磁場中受電磁力的作用，力的方向由左手定則確定。如圖1-7所示導(dǎo)體ab所受電

11、磁力方向向左，而導(dǎo)體cd所受電磁力的方向向右，這樣就產(chǎn)生了一個轉(zhuǎn)矩。在此轉(zhuǎn)矩的作用下，電樞便按逆時針方向旋轉(zhuǎn)起來。當(dāng)電樞從圖1-7所示的位置轉(zhuǎn)過900時，電刷不與換向片接觸而與換向片間的絕緣物接觸，這時線圈中電流為零，因而電樞旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩消失。上一頁下一頁返回第二節(jié) 直流電機的基本原理與結(jié)構(gòu)由于機械慣性，電樞仍能轉(zhuǎn)過一個角度，使電刷A,B分別與換向片2,1接觸，于是線圈中又有電流流過。此時電流從正極流出，經(jīng)過電刷A、換向片2、線圈到換向片1和電刷B，最后回到電源負極，此時導(dǎo)體ab中的電流改變了方向，同時導(dǎo)體ab已由N極下轉(zhuǎn)到S極下，其所受電磁力方向向右。同時，處于N極下的導(dǎo)體cd所受的電磁力方向

12、向左。因此，在轉(zhuǎn)矩的作用下，電樞繼續(xù)沿著逆時針方向旋轉(zhuǎn)。因此電樞便一直旋轉(zhuǎn)下去，這就是直流電動機的基本原理。由上可知，直流電動機電刷位置固定，直流電流經(jīng)電刷和換向片接入處于N極(或S極)下的線圈，而不是恒接入某個線圈，所以產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩是脈動的。如果每極換向片數(shù)增至8片以上(相應(yīng)也增加線圈數(shù))，就可得到幾乎不變的轉(zhuǎn)矩。上一頁下一頁返回第二節(jié) 直流電機的基本原理與結(jié)構(gòu)直流電機可作發(fā)電機運行，也可作電動機運行，這就是直流電機的可逆原理。如果原動機拖動電樞旋轉(zhuǎn)，通過電磁感應(yīng)，將機械能轉(zhuǎn)換為電能供給負載，這就是發(fā)電機;如果由外部電源供給電機，由于載流導(dǎo)體在磁場中受到電磁力的作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩拖動負載轉(zhuǎn)動，

13、又成為直流電動機。二、直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩和電壓平衡方程 1.電磁轉(zhuǎn)矩和交流電動機一樣，直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩也是載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在磁場中受電磁力作用而產(chǎn)生的，所以電磁轉(zhuǎn)矩T與磁通及電樞電流Ia成正比。上一頁下一頁返回第二節(jié) 直流電機的基本原理與結(jié)構(gòu)即式中CT為與電機結(jié)構(gòu)有關(guān)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)。2.電樞電動勢當(dāng)直流電動機轉(zhuǎn)動時，電樞繞組因切割磁感應(yīng)線而產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢稱為電樞電動勢，電樞電動勢也與磁通成正比，而且還與導(dǎo)體切割磁感應(yīng)線的速度(即電動機的轉(zhuǎn)速n)成正比，即式中Ce為電動勢常數(shù)，也是取決于電機的結(jié)構(gòu)。上一頁下一頁返回第二節(jié) 直流電機的基本原理與結(jié)構(gòu) 3.電樞回路的電壓平衡方程式由直流電動機的電樞

14、回路(如圖1 -8所示)，可列出電樞回路的電壓平衡方程式或式中的U為電源電壓，Ra為電樞回路的電阻，通常Ra很小，所以E與U很接近，由圖可見E為反電動勢，即與外加電壓的方向相反。上一頁下一頁返回第二節(jié) 直流電機的基本原理與結(jié)構(gòu)例1-1 一臺直流電動機在正常運行時外加直流電源電壓為220V，電樞電流為10 A，電樞電阻為0. 5，試求反電動勢。解: E=U- Ra Ia =(220-0.5 x10)V=215 V三、直流電動機的機械特性1.他勵(并勵)式電動機的機械特性直流電動機的機械特性也是指其轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系。在他勵(或并勵)式直流電動機中，如果勵磁電壓不變，磁通也就恒定不變。由式(

15、1-1),(1-2),(1-3)可推出上一頁下一頁返回第二節(jié) 直流電機的基本原理與結(jié)構(gòu)將式(1 -5)所示的T-n關(guān)系用曲線畫出，就是直流電動機的機械特性曲線，如圖1-9所示。由式(1 -5)中的第一項n0:若T=0，則n=U/(Ce)=n0 。 n0為曲線與縱坐標(biāo)軸的交點，稱為“理想空載轉(zhuǎn)速”，當(dāng)U, 不變時， n0為一定值。由式(1 -5)中的第二項n:因磁通少恒定，C e、CT為常數(shù)，Ra為電樞回路的電阻，也基本為一定值，所以Ra /(C e CT 2)可視為常數(shù)，轉(zhuǎn)速降nT,T-n之間為線性關(guān)系，由圖1 -9可見直流電動機的機械特性曲線為一條略為下垂的直線。這是因為R。很小，所以n也很

16、小，隨著轉(zhuǎn)矩T的增加而轉(zhuǎn)速n略有下降。上一頁下一頁返回第二節(jié) 直流電機的基本原理與結(jié)構(gòu)一般從空載到滿載，電動機的轉(zhuǎn)速降n僅為額定轉(zhuǎn)速的5%10%。由此可見，(他勵、并勵式)直流電動機具有較“硬”的機械特性，因而被廣泛應(yīng)用于要求轉(zhuǎn)速較穩(wěn)定且調(diào)速范圍較大的場合。綜合式(1-1)式(1-5)所反映的直流電動機內(nèi)部各物理量之間的關(guān)系，可分析直流電動機在運行時內(nèi)部各物理量的調(diào)節(jié)和能量平衡的關(guān)系。(1)當(dāng)電動機穩(wěn)定運行時上一頁下一頁返回第二節(jié) 直流電機的基本原理與結(jié)構(gòu)設(shè)此時工作點為(如圖1-9所示)機械特性曲線上的a點。(2)當(dāng)電動機的負載變化時(以負載增加造成轉(zhuǎn)速下降為例)電動機內(nèi)部的自動調(diào)節(jié)過程為調(diào)節(jié)

17、后電動機的工作點為(如圖1-9所示)機械特性曲線的b點。由以上分析可見，直流電動機的反電動勢E(式(1-2)的作用是:當(dāng)電動機的機械負載變化時，通過E的變化反映到電樞電路，引起電流的變化。上一頁下一頁返回第二節(jié) 直流電機的基本原理與結(jié)構(gòu)當(dāng)電動機轉(zhuǎn)軸上輸出的機械功率增加時，電動機電樞電路輸入的電功率也要相應(yīng)增加，以實現(xiàn)能量的平衡。電動機的工作磁場是實現(xiàn)機一電能量轉(zhuǎn)換的“媒介”，而電樞反電動勢E可視為實現(xiàn)這一轉(zhuǎn)換的標(biāo)志。永磁式直流電動機的主磁極用永久磁鐵制成，其磁場基本恒定，因此永磁式直流電動機的機械特性和他勵(并勵)式直流電動機的機械特性基本一致。在此需要指出的是:他勵或并勵式直流電動機在運行時

18、，切不可斷開其勵磁繞組，否則勵磁電流為零，鐵芯中僅剩微弱的剩磁，因磁通小，反電動勢E也很小，在電源電壓U一定時，電樞電流iE=(U-E)/Ra將驟升，轉(zhuǎn)矩T也因ia的升高而急劇上升，以致超過安全限度，這種現(xiàn)象稱之為“飛車”，是很危險的。上一頁下一頁返回第二節(jié) 直流電機的基本原理與結(jié)構(gòu)飛車現(xiàn)象在電動機空載或輕載運行時更容易發(fā)生，而在滿載運行時則出現(xiàn)另一種可能:因磁通少減少的程度大于ia增加的程度，從而使轉(zhuǎn)矩T反而減小，造成電動機堵轉(zhuǎn)(所謂“堵轉(zhuǎn)”，是指電動機帶負載時，若電動機的動力轉(zhuǎn)矩小于負載轉(zhuǎn)矩，導(dǎo)致電動機轉(zhuǎn)動不起來，轉(zhuǎn)速為零)。堵轉(zhuǎn)時因，n =0,E =0，堵轉(zhuǎn)電流ia = U/Ra同樣很大

19、。無論哪一種情況，都會造成電動機嚴(yán)重損壞甚至引起嚴(yán)重的事故。所以勵磁式直流電動機一般設(shè)有失磁保護，當(dāng)電動機的工作磁場消失時能自動切斷電源使電動機自動停機。當(dāng)然永磁式直流電動機一般沒有這個問題。2.串勵式電動機的機械特性串勵式直流電動機的勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，勵磁電流就是電樞電流，其特點是工作磁通隨負載變化。上一頁下一頁返回第二節(jié) 直流電機的基本原理與結(jié)構(gòu)當(dāng)負載增加時，電流增加，若磁路未飽和，可認為磁通少與電樞電流成正比，則電磁轉(zhuǎn)矩大大增(因 )，轉(zhuǎn)速n隨之顯著下降;反之若負載減小，電流減小，磁場減弱，轉(zhuǎn)矩下降，轉(zhuǎn)速卻急劇上升?？梢姶畡钍街绷麟妱訖C具有軟的機械特性，由圖1-10可見，電動機空載

20、時轉(zhuǎn)速很高，滿載時轉(zhuǎn)速很低。這種機械特性對電動工具很適用。串勵式直流電動機適用于負載經(jīng)常變化而對轉(zhuǎn)速不要求穩(wěn)定的場合，當(dāng)負載增加時，轉(zhuǎn)速將自動降低，而其輸出功率卻變化不大。因串勵式直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與電樞電流的平方成正比，因此當(dāng)轉(zhuǎn)矩增加很多時，電流卻增加不多，所以串勵式直流電動機具有較強的過載能力。上一頁下一頁返回第二節(jié) 直流電機的基本原理與結(jié)構(gòu)但是在輕載時轉(zhuǎn)速將很高，空載時將出現(xiàn)“飛車”，因此絕不允許空載或輕載運行，在啟動時至少要帶上20%30%的額定負載。此外，還規(guī)定這種電動機與負載之間只能是齒輪或聯(lián)軸器傳動，而不能用皮帶傳動，以防皮帶滑脫而造成“飛車”事故。至于復(fù)勵式直流電動機的機械特

21、性，則介于上述兩種電動機的機械特性之間，適用于啟動轉(zhuǎn)，矩較大而轉(zhuǎn)速變化不大的負載。上一頁返回第三節(jié) 直流電動機的啟動、反轉(zhuǎn)和調(diào)速一、直流電動機的啟動直流電動機從接通電源開始，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速由靜止升高到額定值的過程，稱為啟動過程。啟動過程中，不但轉(zhuǎn)速在變化，電流、轉(zhuǎn)矩也在變化。直流電動機有全壓啟動、變阻器啟動和降壓啟動三種方法。1.全壓啟動全壓啟動就是將電動機直接接到額定電壓的電源上啟動。如圖1-11所示的并勵電動機全壓啟動原理接線圖，啟動前先合勵磁開關(guān)S1，以建立起磁場，然后合電樞開關(guān)S2進行啟動。下一頁返回第三節(jié) 直流電動機的啟動、反轉(zhuǎn)和調(diào)速全壓啟動過程中，電流ia和轉(zhuǎn)速n變化情況如圖1-12所示

22、。合閘后，電流i。很快上升， ist= U/R，產(chǎn)生啟動轉(zhuǎn)矩MQ。在啟動轉(zhuǎn)矩作用下，電動機開始轉(zhuǎn)動并產(chǎn)生反電動勢-E，隨著轉(zhuǎn)速n升高，-E逐漸增大，電流ia開始下降，電磁轉(zhuǎn)矩也開始下降，于是轉(zhuǎn)速緩慢上升，直到轉(zhuǎn)矩與負載轉(zhuǎn)矩相等時，轉(zhuǎn)速才穩(wěn)定下來，啟動過程結(jié)束。全壓啟動的優(yōu)點是不需要其他設(shè)備，操作簡便。缺點是啟動電流大，啟動轉(zhuǎn)矩大，工作機械沖擊較大，對電網(wǎng)影響較大，只適用于小型電動機。2.變阻器啟動上一頁下一頁返回第三節(jié) 直流電動機的啟動、反轉(zhuǎn)和調(diào)速變阻器啟動就是在啟動時，將一組啟動變阻器R串入電樞回路，以限制啟動電流，待轉(zhuǎn)速上升以后，再逐段將啟動電阻切除，采取此法啟動時的啟動電流為只要RQT數(shù)

23、值選擇適當(dāng)，就能將啟動電流限制在允許范圍內(nèi)，一般限制在額定電流的2. 5倍左右。變阻器啟動廣泛應(yīng)用于各種中小型直流電動機中，其缺點是變阻器較笨重，啟動過程中消耗很多電能。3.降壓啟動降壓啟動就是在啟動時通過暫時降低電動機供電電壓的方法，來限制啟動電流，降壓啟動要有一套可變電壓的直流電源。上一頁下一頁返回第三節(jié) 直流電動機的啟動、反轉(zhuǎn)和調(diào)速目前不少場合已經(jīng)采用晶閘管電路作為直流電動機的可調(diào)電源。電樞回路不必串聯(lián)啟動變阻器，直接與可調(diào)電源連接，使電壓從零升至額定值，完成啟動過程。但要注意，對勵磁繞組的電壓一開始就要加到額定值，否則啟動電流仍很大，啟動轉(zhuǎn)矩卻很小，以致不能啟動。例1 -2有一臺并勵直

24、流電動機，它的額定輸出功率為R2N = 25 kW，額定電壓UN =110 V，額定電流IN = 263 A，額定轉(zhuǎn)速nN =1 000 r/min，電樞繞組的電阻Ra= 0. 04 。求:(1)直接啟動時，啟動電流大小;(2)若采用變阻器啟動，將啟動電流限制在額定電流的2. 5倍，應(yīng)串聯(lián)電阻的阻值是多少?上一頁下一頁返回第三節(jié) 直流電動機的啟動、反轉(zhuǎn)和調(diào)速解(1)全壓直接啟動時E2= 0故(2)采用串電阻器啟動二、直流電動機的反轉(zhuǎn)使用直流電動機的許多設(shè)備，常常要求電動機既能正轉(zhuǎn)，又能反轉(zhuǎn)，如龍門刨床工作臺的往復(fù)運動，電車的前進和后退等。直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩是由主磁通和電樞電流相互作用而產(chǎn)生的

25、，任意改變二者之尸的方向，就可以改變電磁轉(zhuǎn)矩方向。上一頁下一頁返回第三節(jié) 直流電動機的啟動、反轉(zhuǎn)和調(diào)速所以使直流電動機反轉(zhuǎn)的方法有兩種:保持電樞兩端電壓極性不變，把勵磁繞組反接，使通過勵磁的電流方向改變。保持勵磁繞組電流方向不變，把電樞繞組反接，使通過它的電流反向。如果兩電流方向同時改變，則電動機旋轉(zhuǎn)方向不變。由于并勵電動機的勵磁繞組匝數(shù)很多，電感比較大，勵磁電流方向改變時，會在繞組中產(chǎn)生很大的自感電動勢，在開關(guān)處產(chǎn)生火花，損壞開關(guān)。實際上，一般都采用改變電樞電流方向的辦法來改變電動機的轉(zhuǎn)向。上一頁下一頁返回第三節(jié) 直流電動機的啟動、反轉(zhuǎn)和調(diào)速三、直流電動機的調(diào)速電動機在機械負載不變的情況下，

26、改變電動機的轉(zhuǎn)速叫做調(diào)速。如電車和電力機車的速度調(diào)節(jié)需要改變電動機的轉(zhuǎn)速。直流電動機具有良好的調(diào)速性能，能在廣泛的范圍內(nèi)平滑而經(jīng)濟的調(diào)速。調(diào)速方法可以由電動機的機械特性方程 ) 看出，當(dāng)轉(zhuǎn)矩M不變(即負載不變)時，影響電動機轉(zhuǎn)速的有電源電壓、電樞電阻Ra和主磁通三個因素，只要改變?nèi)齻€因素中的任意一個，電動機的轉(zhuǎn)速就可以得到調(diào)整。上一頁下一頁返回第三節(jié) 直流電動機的啟動、反轉(zhuǎn)和調(diào)速1.改變電樞回路的電阻調(diào)速對已經(jīng)出廠的電動機，它的電樞電阻Ra是一定的，但是可以在電樞回路中串聯(lián)一個可變電阻來調(diào)速。原理接線圖如圖1-13所示，與電樞回路串聯(lián)電阻器啟動原理接線圖相同。但有一點要注意，調(diào)速變阻器可以作為

27、啟動變阻器用;相反，啟動變阻器卻不能作為調(diào)速變阻器用。原因是啟動變阻器按短接時工作設(shè)計的，不能夠長時間通電使用。根據(jù)并勵和串勵電動機的自然和人工特性曲線可知，當(dāng)負載一定時，在電樞回路串聯(lián)電阻能使轉(zhuǎn)速下降。但此法只能分擋將轉(zhuǎn)速調(diào)低，是有級調(diào)速。如采取滑動變阻器，可做到無級調(diào)速。上一頁下一頁返回第三節(jié) 直流電動機的啟動、反轉(zhuǎn)和調(diào)速這種調(diào)速方法的特點是:電動機只能得到比自然機械特性更陡的機械特性，即轉(zhuǎn)速只能調(diào)低。低速時，調(diào)速電阻上通過較大的電流，使電動機效率降低。如果負載稍有變動，電動機的轉(zhuǎn)速就會有較大的變化，這對于恒轉(zhuǎn)速負載不利。這種調(diào)速方法的特點是設(shè)備簡單，多用于負載對轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性要求不高的設(shè)備

28、中，如起重機、電車等。2.改變電樞端電壓調(diào)速從電動機的機械特性方程可知，提高或降低電樞的端電壓，也可相應(yīng)地提高或降低直流電動機的轉(zhuǎn)速。上一頁下一頁返回第三節(jié) 直流電動機的啟動、反轉(zhuǎn)和調(diào)速采用這種方式調(diào)速時，應(yīng)注意保持勵磁電流不變，只改變電樞電壓。因此需要可變電壓的直流電源。近幾年來，晶閘管整流設(shè)備作為可調(diào)電壓的直流電源已經(jīng)普遍使用。采用這種方法調(diào)速比較方便。改變電樞電壓的機械特性曲線如圖1-14所示。這種調(diào)速方法的特點是:可以得到平滑調(diào)速。機械特性較硬，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。 轉(zhuǎn)速只能調(diào)低，不能調(diào)高。3.改變勵磁回路電阻調(diào)速從電動機機械特性方程可知，當(dāng)U為恒值時，調(diào)節(jié)勵磁電流可改變主磁通，也可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。

29、上一頁下一頁返回第三節(jié) 直流電動機的啟動、反轉(zhuǎn)和調(diào)速變磁通調(diào)速一般是增大勵磁回路電阻，使磁通減小，就使得轉(zhuǎn)速上升。其原理線路圖如圖1-15所示。在勵磁回路中串聯(lián)一只調(diào)速電阻RP1當(dāng)電樞回路附加電阻RP2=0時，通過調(diào)節(jié)勵磁回路電阻RP1來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，其特性如圖1-16直線1所示。調(diào)速后的直線2/3比自然機械特性升高，可見轉(zhuǎn)速是上升的。從轉(zhuǎn)矩M= 來看，當(dāng)轉(zhuǎn)矩M不變時，減小，則電流ia必然增大，如調(diào)速前ia已達到額定值，則降低少后，就超過額定值，這是不允許的。如調(diào)速前ia低于額定值，當(dāng)減小時， ia增大，轉(zhuǎn)速升高，輸入和輸出的功率同時增加，機械效率基本不變。上一頁下一頁返回第三節(jié) 直流電動機的啟動

30、、反轉(zhuǎn)和調(diào)速這種調(diào)速的特點是:可得到無級平滑調(diào)速。勵磁電流小，能量消耗少，調(diào)速范圍大，高速等于3 4倍低速。調(diào)速后的機械特性較硬，轉(zhuǎn)速較穩(wěn)定。缺點是只能使轉(zhuǎn)速升高，不能獲得低于自然機械特性以下的轉(zhuǎn)速。如果改變電樞電壓和改善勵磁回路電阻調(diào)速法配合使用，可以得到很廣的調(diào)速范圍。在調(diào)速性能要求較高的機械設(shè)備中多采用這種方法。上一頁返回第四節(jié) 其他類型的直流電動機一、永磁式直流電動機1.永磁式直流電動機的結(jié)構(gòu)在日用電器中使用的直流電動機，基本上是永磁式直流電動機。永磁式直流電動機的定子是由永久磁鐵制成，其他部分的結(jié)構(gòu)與他勵式直流電動機沒有太大的區(qū)別在電動清潔用具、電動玩具上使用的微型永磁式直流電動機，

31、因其功率小、體積小，在結(jié)構(gòu)上有其特殊。永磁式直流電動機的結(jié)構(gòu)如圖1-17所示，主要由定子、轉(zhuǎn)子和端蓋三部分組成。下一頁返回第四節(jié) 其他類型的直流電動機(1)定子定子包括永久磁鐵(磁鋼)和機殼。永久磁鐵采用鐵氧體、鋁鎳鈷和稀土(包括釹鐵硼)三類永磁材料制成，其充磁方式有兩種:一種是沿磁鋼的長度方向充磁，電動機的外殼采用不導(dǎo)磁的鋁合金;另一種是沿磁鋼的徑向充磁，外殼采用鐵磁性材料制成，構(gòu)成電動機磁路的一部分。(2)轉(zhuǎn)子日用電器使用的永磁式直流電動機，其轉(zhuǎn)子鐵芯一般由沖成三翼式的硅鋼片疊壓而成，如圖1-18(a)所示，鐵芯上繞有電樞繞組，鐵芯中間穿有轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸兩端與軸承配合。轉(zhuǎn)軸上套有換向器。換向器

32、由三片瓦形換向片裝在塑料襯套上構(gòu)成圓柱形，如圖1-18(b)所示。上一頁下一頁返回第四節(jié) 其他類型的直流電動機三槽電樞繞組的線端與相應(yīng)的換向片相連，可有兩種連接方法:一種是三個線圈的一端分別接換向片，另一端接在一起;另一種方法是三個線圈首尾串聯(lián)，三個接線點分別接換向片。(3)端蓋后端蓋一般為塑料材料制成，在端蓋內(nèi)裝有一對電刷。兩片電刷應(yīng)平行地裝在換向器的兩面，如圖1-18(b)所示，依靠其彈性和換向器保持緊密接觸，直流電流通過電刷和換向器送入電樞線圈。2.永磁式直流電動機的運行特性在前面已介紹過，永磁式直流電動機的機械特性與他勵(并勵)式直流電動機基本相同。但永磁式直流電動機的工作電壓一般較低

33、，因此電刷與換向器的接觸電阻及由此產(chǎn)生的電壓降對電動機的運行影響較大。上一頁下一頁返回第四節(jié) 其他類型的直流電動機此外，永磁式直流電動機一般采用直接啟動，在直接啟動、堵轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)瞬間產(chǎn)生的大電流會對磁鋼起去磁作用，這在使用電動機和選擇電源時應(yīng)注意。永磁式直流電動機可采用調(diào)壓和調(diào)節(jié)電樞回路電阻的方法調(diào)速，有的還要求有穩(wěn)速控制。二、無刷直流電動機無刷直流電動機也屬于永磁式直流電動機。針對直流電動機有換向器和電刷，因而存在有換向火花、噪聲大、會產(chǎn)生電磁波干擾等缺點，推出了采用電子換向裝置取代機械換向裝置的無刷直流電動機。無刷直流電動機由于仍具有一般直流電動機的優(yōu)異性能，因此用途更加廣泛，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用

34、于計算機、打印機、攝像機和電子音像設(shè)備中，同時也被用于電風(fēng)扇、洗衣機等日用電器中。上一頁下一頁返回第四節(jié) 其他類型的直流電動機據(jù)統(tǒng)計，全世界無刷直流電動機的產(chǎn)量(臺數(shù))已占永磁式直流電動機總產(chǎn)量的1/20，已成為小功率直流電動機的一大類別。無刷直流電動機由電動機本體、轉(zhuǎn)子位置傳感器和電子換向控制電路三部分組成，如圖1-19所示。1.電動機本體電動機本體由主定子、主轉(zhuǎn)子組成。主轉(zhuǎn)子為永久磁鋼。主定子相當(dāng)于普通直流電動機的電樞，在定子鐵芯槽中嵌放有定子繞組。為獲得較平穩(wěn)的轉(zhuǎn)矩，增大電動機的功率，一般采用多相的繞組結(jié)構(gòu)。當(dāng)定子繞組通以直流電時，與轉(zhuǎn)子作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩隨著轉(zhuǎn)子的位置變化。上一頁

35、下一頁返回第四節(jié) 其他類型的直流電動機與前述直流電動機的運轉(zhuǎn)原理相似，定子電流必須根據(jù)轉(zhuǎn)子位置的變化適時換向，才能獲得單一方向的電磁轉(zhuǎn)矩，使電動機能夠持續(xù)地轉(zhuǎn)動起來。2.轉(zhuǎn)子位置傳感器位置傳感器在無刷直流電動機中起著轉(zhuǎn)子位置的跟蹤作用，它將轉(zhuǎn)子的位置信號轉(zhuǎn)換成控制電路所需的電信號。常用的位置傳感器有下面幾種:(1)電磁式電磁式位置傳感器是利用電磁感應(yīng)的效應(yīng)得到轉(zhuǎn)子的位置信號。其基本原理是:在轉(zhuǎn)子上有一個扇形的導(dǎo)磁片，隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動發(fā)出相應(yīng)的電信號。這種傳感器的優(yōu)點是輸出信號大、工作可靠、工作壽命長、結(jié)構(gòu)較簡單;缺點是體積較大、制造工藝較復(fù)雜。上一頁下一頁返回第四節(jié) 其他類型的直流電動機(2)光

36、電式光電式位置傳感器由隨轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)的遮光罩和固定不動的光源和光電管組成，其原理如圖1 - 20所示。在遮光罩上開有縫隙，圖中所示縫隙正對著光電管VD1，使光源的光線正好射到VD1上，使之產(chǎn)生電流輸出，此時電動機的三組繞組中只有W1繞組有電流通過，另兩組繞組因光電管VD2和VD3被遮光罩擋住光線而沒有電流通過。當(dāng)轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時，三只光電管由遮光罩控制依次受到光線照射，使三組繞組輪流通電，于是電動機能夠持續(xù)地旋轉(zhuǎn)。光電式位置傳感器性能較穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)較簡單，但耐震能力差，光源的壽命較短，且對環(huán)境的要求較高。上一頁下一頁返回第四節(jié) 其他類型的直流電動機(3)磁敏式磁敏式位置傳感器也由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組

37、成，其轉(zhuǎn)子可以借助電動機的永磁轉(zhuǎn)子，也可以在轉(zhuǎn)軸上另裝永磁磁極。磁敏元件用對磁場敏感的半導(dǎo)體材料制成，常用的有霍爾元件、磁敏二極管和磁敏電阻。磁敏元件放在傳感器的定子上。磁敏元件檢測到的轉(zhuǎn)子位置信號經(jīng)處理后，可控制電動機的定子繞組按順序通電。3.電子換向控制電路電路主要由位置信號處理單元和功率邏輯開關(guān)單元組成。來自位置傳感器的控制信號經(jīng)信號處理單元處理后，送到功率邏輯開關(guān)單元，用作控制電動機繞組的通、斷電，其原理框圖如圖1-19(a)所示。上一頁下一頁返回第四節(jié) 其他類型的直流電動機目前已有許多專用于控制無刷直流電動機的集成電路(如MC33035 )，組成開環(huán)或閉環(huán)控制系統(tǒng)，以調(diào)節(jié)和控制無刷電

38、動機的轉(zhuǎn)速。無刷直流電動機的缺點是轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)子位置變化的波動較大。增加定子繞組的相數(shù)可以減少轉(zhuǎn)矩的波動，但又相應(yīng)提高了電動機的造價。而且即使如此，其轉(zhuǎn)矩仍然不如有刷直流電動機平穩(wěn)。三、直流伺服電動機所謂“伺服”電動機，是一種能夠?qū)⑤斎氲碾妷盒盘栟D(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)軸上的角位移或角速度輸出的電動機，因為伺服電動機多在自動控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件使用，所以也稱為執(zhí)行電動機。上一頁下一頁返回第四節(jié) 其他類型的直流電動機對伺服電動機的基本要求是:在輸入信號到來之前，轉(zhuǎn)子靜止不動;當(dāng)信號到來時，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動，而且其轉(zhuǎn)速與信號電壓能保持線性關(guān)系;當(dāng)信號消失時，轉(zhuǎn)子立即停轉(zhuǎn)，無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。由此來看，伺服電動機就是對調(diào)速的精度

39、、靈敏度要求更高的電動機。伺服電動機分為交流和直流伺服電動機兩大類，其中以直流伺服電動機應(yīng)用較為廣泛。直流伺服電動機的工作原理與他勵直流電動機基本相同，只是為了減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，其轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)形式與一般直流電動機有較大的區(qū)別。此外，為了減輕電動機的重量，其勵磁方式往往采用永磁式。上一頁下一頁返回第四節(jié) 其他類型的直流電動機隨著近年電子技術(shù)的發(fā)展和自動化程度的不斷提高，直流伺服電動機的應(yīng)用日益廣泛，要求也不斷提高，因此出現(xiàn)了許多新的結(jié)構(gòu)形式，如印制繞組永磁式直流伺服電動機、空心杯電樞直流伺服電動機、無槽電樞直流伺服電動機等，下面做一簡單介紹。1.印制繞組永磁式直流伺服電動機這種電動機又稱為盤狀轉(zhuǎn)

40、子直流伺服電動機，因其轉(zhuǎn)子如盤狀(如圖1-21(b)所示)而得名，由于轉(zhuǎn)子的鐵芯很小，因而這種電動機慣性很小，可以快速啟動和制動。印制繞組永磁式直流伺服電動機的結(jié)構(gòu)如圖1-21所示。上一頁下一頁返回第四節(jié) 其他類型的直流電動機其圓盤狀轉(zhuǎn)子的基片由塑料材料壓制而成，繞組由銅箔沖制而成，并貼在轉(zhuǎn)子基片上(也有用導(dǎo)線繞制后與塑料基片塑壓而成)，繞組導(dǎo)體沿徑向成輻射狀排列。直流電源通過正、負電刷直接與導(dǎo)體接觸輸入。磁場由永久磁鐵產(chǎn)生，永久磁鐵安裝在機座兩側(cè)的端蓋上，與機座一起構(gòu)成閉合磁路。當(dāng)轉(zhuǎn)子導(dǎo)體通入直流電后，將在磁場中受到電磁力的作用而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。如果改變轉(zhuǎn)子電流的方向，轉(zhuǎn)子就會反

41、轉(zhuǎn)。這種電動機的主要優(yōu)點是機械和電磁的慣性小，可以在極短的時間內(nèi)達到恒定的轉(zhuǎn)速或制動停轉(zhuǎn);換向性能好，在低速運轉(zhuǎn)時較平穩(wěn)，且有較精確的轉(zhuǎn)子定位;轉(zhuǎn)子導(dǎo)體散熱條件好，可允許較大的短時過載;電動機軸向尺寸小，適合于要求薄形安裝的場合。上一頁下一頁返回第四節(jié) 其他類型的直流電動機印制繞組永磁式直流伺服電動機主要適用于低速運轉(zhuǎn)和啟動、正反轉(zhuǎn)頻繁的控制系統(tǒng)，如機床控制系統(tǒng)、計算機設(shè)備、攝像機等。如作驅(qū)動電動機使用，則用于電力機車、吊扇、汽車電器等。國產(chǎn)印制繞組永磁式直流伺服電動機的型號為SN型。2.空心杯電樞直流伺服電動機這種伺服電動機的結(jié)構(gòu)特點是電樞沒有鐵芯只有繞組，整體結(jié)構(gòu)如圖1-22(a)所示，該繞組按一定形式編織成薄壁圓筒形，用環(huán)氧樹脂赫結(jié)成形，并與電樞支架赫結(jié)在一起成杯子形狀，所以稱為“空心杯電樞”，如圖1-22(b)所示。上一頁下一頁返回第四節(jié) 其他類型的直流電動機空心杯電樞直流伺服電動機的磁路如圖1-22(c)所示，主磁極由永久磁鋼制成，外加直流