第三章-直流電動機

12/27/20241:14PM

第三章直流電動機

第一節(jié)直流電機的基本原理與結(jié)構(gòu)第二節(jié)直流電機電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電動勢第三節(jié)他勵直流電動機的機械特性第四節(jié)他勵直流電動機的起動和反轉(zhuǎn)第五節(jié)他勵直流電動機的制動第六節(jié)他勵直流電動機的調(diào)速12/27/20241:14PM第一節(jié)直流電機的基本原理與結(jié)構(gòu)

一、直流電機的工作原理

（一）直流發(fā)電機工作原理12/27/20241:14PM（二）直流電動機工作原理12/27/20241:14PM二、直流電機的基本結(jié)構(gòu)

（一）定子：由主磁極、換向磁極、機座、端蓋和電刷裝置等組成（二）轉(zhuǎn)子：由電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇等組成。（三）氣隙12/27/20241:14PM三、直流電機的勵磁方式

直流電機的勵磁繞組的供電方式稱為勵磁方式12/27/20241:14PM四、直流電機的銘牌數(shù)據(jù)和主要系列（一）直流電機的銘牌數(shù)據(jù)1、電機型號2、額定功率PN

3、額定電壓UN

4、額定電流IN

5、額定轉(zhuǎn)速nN6、電動機額定效率ηN

7、勵磁方式8、額定勵磁電壓ULN9、額定勵磁電流ILN10、定額12/27/20241:14PM（二）直流電機主要系列

Z4系列一般用途的小型直流電動機。

ZT系列廣調(diào)速直流電動機。

ZJ系列精密機床用直流電動機。

ZTD系列電梯用直流電動機。

ZZJ系列起重冶金用直流電動機。

ZD2、ZF2系列中型直流電動機。

ZQ系列直流牽引電動機。

Z-H系列船用直流電動機。

ZA系列防爆安全用電動機。

ZLJ系列

力矩直流電動機。

12/27/20241:14PM第二節(jié)直流電機電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電動勢

一、電磁轉(zhuǎn)矩

T=CTφIa

T＝9550P/n二、電樞電動勢

Ea＝Ceφn

電樞電動勢的方向與電樞電流相反，在電路中起著限制電流的作用。

電磁轉(zhuǎn)矩的方向由每極磁通和電樞電流的方向決定。

12/27/20241:14PM第三節(jié)他勵直流電動機的機械特性一、他勵直流電動機的機械特性方程式

（一）電動勢平衡方程式

U＝Ea+IaRa12/27/20241:14PM（二）他勵直流電動機機械特性方程式

n=12/27/20241:14PMn=二、他勵直流電動機的固有機械特性

當(dāng)他勵直流電動機的電源電壓、磁通為額定值，電樞回路未接附加電阻時的機械特性稱為固有機械特性三、他勵直流電動機的人為機械特性

人為地改變電動機氣隙磁通ф、電源電壓U和電樞回路串聯(lián)電阻R等參數(shù)，獲得的機械特性為人為機械特性。

12/27/20241:14PM1、電樞回路串接電阻R時的人為特性

n=12/27/20241:14PM2、改變電源電壓時的人為機械特性

n=12/27/20241:14PM3、改變磁通時的人為機械特性

n=12/27/20241:14PM第四節(jié)他勵直流電動機的起動和反轉(zhuǎn)

一、起動方法

生產(chǎn)機械對直流電動機的起動要求是：起動轉(zhuǎn)矩T足夠大，因為只有T大于負載轉(zhuǎn)矩T時，電動機方可順利起動；起動電流I不可太大；起動設(shè)備操作方便，起動時間短，運行可靠，成本低廉。

1、全壓起動

起動電流Ist=UN/Ra

起動轉(zhuǎn)矩

Tst=CTφNIst

12/27/20241:14PM2、減壓起動

起動電壓Ust=IstRa

=(1.5-2)

IN

Ra3、電樞回路串電阻起動起動電流Ist=

UN/(Ra+

Rst)12/27/20241:14PM他勵直流電動機4級起動機械特性

12/27/20241:14PM二、直流他勵電動機反轉(zhuǎn)

1）改變勵磁電流方向

2）改變電樞電壓極性

由于他勵直流電動機的勵磁繞組匝數(shù)多、電感大，勵磁電流從正向額定值變到負向額定值的時間長，反向過程緩慢，而且在勵磁繞組反接斷開瞬間，繞組中將產(chǎn)生很大的自感電動勢，可能造成絕緣擊穿。所以實際應(yīng)用中大多采用改變電樞電壓極性的方法來實現(xiàn)電動機的反轉(zhuǎn)。12/27/20241:14PM第五節(jié)他勵直流電動機的制動

常用的電氣制動有能耗制動、反接制動和發(fā)電回饋制動。此時電動機電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n的方向相反，其機械特性在第Ⅱ、第Ⅳ象限內(nèi)。

一、能耗制動

1、制動原理12/27/20241:14PM2、機械特性

n==-1）停車時的能耗制動2）穩(wěn)定運行狀態(tài)的能耗制動12/27/20241:14PM

當(dāng)電動機拖動的是位能性負載，在下放重物時采用能耗制動，從a→b→O為其能耗制動過程。但在O點，拖動系統(tǒng)在位能負載轉(zhuǎn)矩作用下開始反轉(zhuǎn)，電樞電勢反向，電樞電流反向，電磁轉(zhuǎn)矩反向，這時機械特性進入第Ⅳ象限，如上圖虛線所示。隨著轉(zhuǎn)速的增加，電磁轉(zhuǎn)矩也增加，直到電磁轉(zhuǎn)矩等于負載轉(zhuǎn)矩，獲得穩(wěn)定運行，重物獲得勻速下放。此狀態(tài)稱為穩(wěn)定能耗制動運行狀態(tài)。12/27/20241:14PM二、反接制動

（一）電樞反接制動

1、制動原理

Ia=

=-12/27/20241:14PM2、機械特性

n=（二）倒拉反接制動

這種制動方法一般發(fā)生在卷揚電動機由提升重物轉(zhuǎn)為下放重物的情況下。12/27/20241:14PM1、制動原理

2、機械特性n=12/27/20241:14PM三、發(fā)電回饋制動

（一）位能負載高速拖動電動機時的發(fā)電回饋制動

當(dāng)電動機轉(zhuǎn)速高于理想空載轉(zhuǎn)速，電樞電流的方向與電動狀態(tài)時相反，電動機向電源回饋電能，電磁轉(zhuǎn)矩方向與電動狀態(tài)時相反，為制動性質(zhì)。這種電機運行狀態(tài)稱為發(fā)電回饋制動。發(fā)電回饋制動可出現(xiàn)在降低電樞電壓調(diào)速時以及位能負載高速拖動電動機場合。

12/27/20241:14PMn=

機械特性方程式12/27/20241:14PM（二）降低電樞電壓調(diào)速時的發(fā)電回饋制動12/27/20241:14PM制動形式優(yōu)

點缺

點應(yīng)用場合能耗制動1．制線路簡單、平穩(wěn)可靠，制動過程中不吸收電能，經(jīng)濟、安全2．可以實現(xiàn)準(zhǔn)確停車制動效果隨轉(zhuǎn)速下降而成比例減小

適用于要求減速平穩(wěn)場合，例如反抗性負載準(zhǔn)確停車。另應(yīng)用于下放重物反接制動1．電樞反接制動轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速變化較小，制動轉(zhuǎn)矩較恒定，制動強烈而迅速2．倒拉反接制動的轉(zhuǎn)速可以很低，安全性好。1．電樞反接制動有自動反轉(zhuǎn)的可能性。在轉(zhuǎn)速接近零時，應(yīng)及時切斷電源2．倒拉反接制動從電網(wǎng)吸收大量電能電樞反接制動應(yīng)用于頻繁正、反轉(zhuǎn)的電力拖動系統(tǒng)。倒拉反接制動不能用于停車，只能應(yīng)用于起動設(shè)備以較低的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速下放重物發(fā)電回饋制動1．制動簡單可靠，不需改變電動機接線2．能量反饋到電網(wǎng)，比較經(jīng)濟1．在轉(zhuǎn)速大于理想空載轉(zhuǎn)速時才能產(chǎn)生制動，應(yīng)用范圍較窄

2．不能實現(xiàn)停車應(yīng)用于位能負載的穩(wěn)定高速下降場合在降壓和弱磁調(diào)速的過渡過程中可能出現(xiàn)這種制動狀態(tài)直流電動機制動形式的比較和應(yīng)用場合

12/27/20241:14PM他勵直流電動機四個象限的機械特性曲線12/27/20241:14PM第六節(jié)他勵直流電動機的調(diào)速

由直流電動機機械特性方程式

n＝可知，人為地改變電樞電壓U、電樞回路總電阻R和主磁通Ф都可改變轉(zhuǎn)速n。所以，直流他勵電動機的調(diào)速方法有：降壓調(diào)速、電樞回路串電阻調(diào)速和弱磁通調(diào)速三種。12/27/20241:14PM一、改變電樞電路串聯(lián)電阻的調(diào)速

這種調(diào)速方法適用于小容量電動機調(diào)速。但調(diào)速電阻不能用起動變阻器代替，因為起動電阻是短時使用的，而調(diào)速電阻則是連續(xù)工作的。

12/27/20241:14PM二、降低電樞電壓調(diào)速

調(diào)壓調(diào)速由于性能好，廣泛用于自動控制系統(tǒng)中。12/27/20241:14PM

他勵直流電動機調(diào)速方法比較調(diào)速方法調(diào)速范圍相對

穩(wěn)定性平滑性經(jīng)濟性應(yīng)

用串電阻調(diào)速在額定負載下調(diào)速范圍為2，輕載時調(diào)速范圍更小差差調(diào)速設(shè)備投資少，電能損耗大對調(diào)速性能要求不高的場合