1、1第三章第三章 直流電機(jī)直流電機(jī)&一、直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)&二、 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩&三、直流電動(dòng)機(jī)的工作特性&四、直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性&五、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和反轉(zhuǎn)&六、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速&七、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電氣制動(dòng)2一、直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)一、直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)一、直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1、進(jìn)行直流電能與機(jī)械能 之間的轉(zhuǎn)換2、直流電動(dòng)機(jī)主要應(yīng)用場(chǎng)合： 起動(dòng)性能和調(diào)速性能好，過(guò)載能力大，用于調(diào)速要求高，正反轉(zhuǎn)和起制動(dòng)頻繁的生產(chǎn)機(jī)械3、直流發(fā)電機(jī)主要應(yīng)用場(chǎng)合： 供給直流電動(dòng)機(jī)、電解、電鍍等所需的直流電能 4、主要缺點(diǎn)：

2、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用有色金屬多，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，價(jià)格昂貴，運(yùn)行可靠性差 3一、直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)一、直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)一、直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)定子：產(chǎn)生主磁場(chǎng)和在機(jī)械上支撐電機(jī)，組成部分有主磁極，換向器，機(jī)座，端蓋和軸承，電刷用電刷座固定在定子上。轉(zhuǎn)子：產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和產(chǎn)生機(jī)械轉(zhuǎn)矩，組成部分有電樞鐵芯，換向器，軸，風(fēng)扇等4一、直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)一、直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)一、直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)主磁極:包括主磁極鐵芯和套在上面的勵(lì)磁繞組，主要作用是建立主磁場(chǎng)。絕大多數(shù)直流電機(jī)的主磁極不是用永久磁鐵而是由勵(lì)磁繞組通以直流電流來(lái)建立磁場(chǎng)。主磁極上裝有勵(lì)磁繞組，整個(gè)主磁極用螺桿固定在機(jī)座上。主

3、磁極的個(gè)數(shù)一定是偶數(shù)，勵(lì)磁繞組的連接必須使得相鄰主磁極的極性按 N，S 極交替出現(xiàn)。 5一、直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)一、直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)一、直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)換向極：由鐵芯和繞組構(gòu)成，固定在定子的兩個(gè)主磁極中間。它的作用是改善電樞電流的換向性能。換向極的個(gè)數(shù)一般與主磁極的極數(shù)相等，在功率很小的直流電機(jī)中，也有不裝換向極的。換向極繞組與電樞繞組串聯(lián)。6一、直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)一、直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)一、直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)機(jī)座：一是用來(lái)固定主磁極，換向器和端蓋等，作為整個(gè)電機(jī)的支架，用地腳螺絲將電機(jī)固定在基礎(chǔ)上，另一方面他是電機(jī)磁路的一部分。用鑄鋼或者鋼板壓成。機(jī)座中有磁通經(jīng)過(guò)的部

4、分稱為磁軛。7一、直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)一、直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)一、直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)電刷裝置：包括電刷和電刷座，固定在定子上，電刷與換向器保持滑動(dòng)接觸，以便將電樞繞組和外電路接通。8一、直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)一、直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)一、直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)電樞鐵芯：電樞鐵心既是主磁通的組成部分，又是電樞繞組支撐部分；電樞繞組就嵌放在電樞鐵芯的槽內(nèi)。為減少電樞鐵芯內(nèi)的渦流損耗，鐵心一般用硅鋼片疊壓夾緊而成。9一、直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)一、直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)一、直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)電樞繞組：電樞繞組是直流電機(jī)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩以實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部分。由銅線繞成，包上絕緣層

5、后嵌入電樞鐵芯的槽中，用槽楔將繞組楔在槽內(nèi)。10一、直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)一、直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)一、直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)換向器：由許多彼此絕緣的銅片組合而成，這些銅片稱為換向片，每個(gè)換向片都和電樞繞組連接。直流電動(dòng)機(jī)中：將外加直流電源轉(zhuǎn)換為電樞線圈中的交變電流，使電磁轉(zhuǎn)矩的方向恒定不變；直流發(fā)電機(jī)中：將電樞線圈中感應(yīng)產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換為電刷間的方向不變的直流電動(dòng)勢(shì)。 換向器和電刷 換向器換向器 電刷電刷 11一、直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)一、直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)二、直流電機(jī)的工作原理電機(jī)的工作原理是建立在電磁感應(yīng)定律、電磁力定律、電路定律等基本理論之上。設(shè)線圈放在磁場(chǎng)中，不論什么原因

6、，例如線圈的移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)或磁場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生變化等，造成與線圈相交鏈的磁通隨時(shí)間發(fā)生變化，這時(shí)線圈內(nèi)部會(huì)感應(yīng)出電勢(shì)，這種現(xiàn)象叫電磁感應(yīng)。載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到力的作用。12一、直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)一、直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)二、直流電機(jī)的工作原理直流發(fā)電機(jī)的工作原理：電樞由原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)而在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)，在電樞線圈的兩根有效邊（切割磁力線的導(dǎo)體部分）中便感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)e。 顯然，每一有效邊中的電動(dòng)勢(shì)是交變的，即在N極下是一個(gè)方向，當(dāng)它轉(zhuǎn)到S極下時(shí)是另一個(gè)方向。但是，由于電刷A總是同與N極下的有效邊相連的換向片接觸，而電刷B總是同與S極下的有效邊相連的換向片接觸，因此，在電刷間就出現(xiàn)一個(gè)極性不變的電動(dòng)勢(shì)或電壓

7、，當(dāng)電刷之間接有負(fù)載時(shí)，在電動(dòng)勢(shì)的作用下就在電路中產(chǎn)生一定方向的電流。13一、直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)一、直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)二、直流電機(jī)的工作原理直流電動(dòng)機(jī)的工作原理：將直流電源接在電刷之間而使電流流入電樞線圈。電動(dòng)機(jī)電樞線圈通電后在磁場(chǎng)中受力而轉(zhuǎn)動(dòng)。電流方向：N極下的有效邊中的電流總是一個(gè)方向，而S極下的有效邊中的電流總是另一個(gè)方向，這樣才能使兩條邊上受到的電磁力方向一致，電樞因此而轉(zhuǎn)動(dòng)。線圈的有效邊從N（S)極轉(zhuǎn)到S(N)極下時(shí)，電流的方向必須同時(shí)改變，以保證電磁力的方向不變，這要通過(guò)換向器實(shí)現(xiàn)。14一、直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)一、直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)三、直流電機(jī)的勵(lì)磁方式直流電

8、機(jī)的勵(lì)磁方式是指勵(lì)磁電流的供給方式，有自勵(lì)（并勵(lì)、串勵(lì)、復(fù)勵(lì)）、他勵(lì)、永磁方式。他勵(lì)：電樞繞組和勵(lì)磁繞組電路獨(dú)立，電樞電壓U和勵(lì)磁電流Uf無(wú)關(guān)，電樞電流與勵(lì)磁電流也無(wú)關(guān)。直流發(fā)電機(jī)不同勵(lì)磁方式接線圖15一、直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)一、直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)三、直流電機(jī)的勵(lì)磁方式并勵(lì)：電樞繞組和勵(lì)磁繞組是并聯(lián)關(guān)系串勵(lì)：電樞繞組與勵(lì)磁繞組是串聯(lián)關(guān)系，串勵(lì)繞組通常線徑較粗，匝數(shù)較少。復(fù)勵(lì)：主磁極上有兩部分勵(lì)磁繞組，一部分與電樞繞組并聯(lián)，一部分與電樞繞組串聯(lián)。直流電動(dòng)機(jī)不同勵(lì)磁方式接線圖16一、直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)一、直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)四、直流電機(jī)的銘牌參數(shù)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)和條件額定功

9、率PN額定電壓UN和額定電流IN額定轉(zhuǎn)速nN五、直流電機(jī)系列Z2系列ZF和ZD系列ZZJ系列17二、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩二、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩一、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)電樞在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線圈中也要產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e，式中：式中：E 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（V）；）； 一對(duì)磁極的磁通（一對(duì)磁極的磁通（Wb）；）； n 電樞轉(zhuǎn)速（電樞轉(zhuǎn)速（r/min）；）； Ke 與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)方向方向: : 直流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī)總是與電流的方向相同，常稱為總是與電流的方向相同，常稱為電源電動(dòng)勢(shì)電源電動(dòng)勢(shì)。 直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)總是與電流的方向總是與電流的方向或外加電壓相反，常稱為相反，常稱為反電

10、動(dòng)勢(shì)反電動(dòng)勢(shì)。 二、電磁轉(zhuǎn)矩直流電機(jī)電樞繞組與磁通 相互作用，產(chǎn)生電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩。nKE e at IKT18二、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩二、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩式中：T 電磁轉(zhuǎn)矩（Nm）； 對(duì)磁極的磁通（Wb）； Ia電樞電流（A）； Kt與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)，Kt=9.55 Ke直流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩的作用不一樣。發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是阻轉(zhuǎn)矩，它與電樞轉(zhuǎn)動(dòng)的方向或原動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的方向相反。因此，在等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩T1必須與發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T及空載損耗轉(zhuǎn)矩T0相平衡。電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，它使電樞轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩TM必須與機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL及空載損耗轉(zhuǎn)矩T0相平

11、衡。19三、直流電動(dòng)機(jī)的工作特性三、直流電動(dòng)機(jī)的工作特性一、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性在U=UN、If=IfN、電樞回路附加電阻RPA=0時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速n、電磁轉(zhuǎn)矩T和效率三者與負(fù)載之間的關(guān)系。實(shí)際中一般用電樞電流與三者的關(guān)系作為工作曲線。20三、直流電動(dòng)機(jī)的工作特性三、直流電動(dòng)機(jī)的工作特性二、串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性飛車現(xiàn)象就是轉(zhuǎn)速失控，超過(guò)了電機(jī)設(shè)定的最高轉(zhuǎn)速仍然不停。伴隨而來(lái)的是電機(jī)過(guò)電流，嚴(yán)重時(shí)損壞電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)。串勵(lì)電動(dòng)機(jī)不允許輕載和空載情況下啟動(dòng)運(yùn)行21四、直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性四、直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性一、他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性機(jī)械特性：電動(dòng)機(jī)與機(jī)械負(fù)載之間的配合，討論系統(tǒng)動(dòng)力特性時(shí)一般要

12、同時(shí)考慮電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和負(fù)載的機(jī)械特性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載（反抗性負(fù)載、重物負(fù)載）恒功率負(fù)載泵類負(fù)載22四、直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性四、直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性23四、直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性四、直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性人為機(jī)械特性（1）電樞串接電阻的人為機(jī)械特性 (2) 改變電樞電壓時(shí)的人為機(jī)械特性由于電動(dòng)機(jī)絕緣耐壓強(qiáng)度的限制，電樞電壓只允許在其額定值以下調(diào)節(jié)，所以不同U時(shí)人為機(jī)械特性曲線均在固有機(jī)械特性曲線之下。（3）減弱磁通時(shí)的人為機(jī)械特性飛車現(xiàn)象直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)前必須先加勵(lì)磁電流，在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，絕不允許勵(lì)磁電路斷開或勵(lì)磁電流為零，一般都設(shè)有失磁保護(hù)裝置。24四、直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性四、直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性二

13、、電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行條件穩(wěn)定運(yùn)行的定義：系統(tǒng)能以一定速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)；系統(tǒng)在某種外部干擾作用而使運(yùn)行速度稍有變化時(shí)，應(yīng)保證系統(tǒng)在干擾消除后能恢復(fù)到原來(lái)的運(yùn)行速度。穩(wěn)定運(yùn)行的充分必要條件(1)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線n=f(Tm)與生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性曲線n=f(Tl)有交點(diǎn)；(2)當(dāng)轉(zhuǎn)速大于平衡位置的轉(zhuǎn)速時(shí)，TMTL.即若干擾使轉(zhuǎn)速上升，當(dāng)干擾消除后有TM-TL0;轉(zhuǎn)速小于平衡位置轉(zhuǎn)速時(shí)則相反。25五、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和反轉(zhuǎn)五、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和反轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)就是施電于電動(dòng)機(jī)，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，達(dá)到所要求的轉(zhuǎn)速后正常運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程。n KEeaaEURI啟動(dòng)時(shí)n=0 E=0將電動(dòng)機(jī)直接接入電網(wǎng)并施

14、加額定電壓時(shí)NNstIRUI2010/? 1）不利于換向； 2）易損壞可控硅； 3）產(chǎn)生較大的動(dòng)態(tài)沖擊，易損壞機(jī)械設(shè)備； 4）對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生危害。通常規(guī)定啟動(dòng)電流IST=（1.52.0）IN26五、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和反轉(zhuǎn)五、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和反轉(zhuǎn)啟動(dòng)方式降壓?jiǎn)?dòng)降低供電電壓，隨著轉(zhuǎn)速的升高反電動(dòng)勢(shì)增大，再同步提高供電電壓至額定電壓，到達(dá)所需轉(zhuǎn)速。電樞回路串接外加電阻啟動(dòng)啟動(dòng)電流受到外加電阻的限制，隨著轉(zhuǎn)速升高反電動(dòng)勢(shì)增大，然后逐步切除電阻使電動(dòng)機(jī)達(dá)到所需轉(zhuǎn)速。我國(guó)一般啟動(dòng)為3-4段。反轉(zhuǎn)改變T的方向即可27六、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速六、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速速度調(diào)節(jié)-在一定的負(fù)載下，人為改變參

15、數(shù)，從而改變電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。負(fù)載不變速度變化-由于負(fù)載發(fā)生變化而引起電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速改變。特性不變TKKRKUnteae228六、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速六、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速TKKRKUnteae2電樞串電阻調(diào)速缺點(diǎn)：機(jī)械特性較軟，電阻愈大則特性愈軟，穩(wěn)定度愈低；在空載或輕載時(shí)，調(diào)速范圍不大；實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速困難；在調(diào)速電阻上消耗大量電能。啟動(dòng)電阻不能當(dāng)作調(diào)速電阻。弱磁調(diào)速為防止磁路飽和，一般采用減弱磁通的方法，小容量電動(dòng)機(jī)多在勵(lì)磁回路中串接可調(diào)電阻，大容量電動(dòng)機(jī)可采用單獨(dú)的可控整流電源來(lái)實(shí)現(xiàn)弱磁調(diào)速。降壓調(diào)速電動(dòng)機(jī)工作電壓不能高于額定電壓。29七、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電氣制動(dòng)七、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電氣制動(dòng)電

16、氣制動(dòng)是指在電動(dòng)機(jī)軸上加一個(gè)與旋轉(zhuǎn)方向相反的轉(zhuǎn)矩，以達(dá)到快速停車，減速或穩(wěn)速。判斷電動(dòng)機(jī)是否處于制動(dòng)狀態(tài)：電磁轉(zhuǎn)矩T的方向是否和轉(zhuǎn)速n的方向相反。快速、平滑、可靠、能量損耗?。?）自然停車：脫離電網(wǎng)、靠摩擦阻轉(zhuǎn)矩消耗機(jī)械能，需時(shí)較長(zhǎng)（2）制動(dòng)：聯(lián)在電網(wǎng)上，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，快速停止30七、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電氣制動(dòng)七、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電氣制動(dòng)回饋制動(dòng)：電動(dòng)機(jī)為正常接法、電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速大于其理想空載轉(zhuǎn)速反接制動(dòng)：電源反接制動(dòng)、倒拉反接制動(dòng)能耗制動(dòng)：外加電樞電壓突然下降為零，將電樞串接一個(gè)附加電阻短接起來(lái)電動(dòng)機(jī)電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，由于某種因素而使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速高于理想空載轉(zhuǎn)速時(shí)電動(dòng)機(jī)便處于回饋制動(dòng)狀態(tài)。電樞電壓U和電樞電勢(shì)E在外部條件的作用下，方向由相反變?yōu)橐恢拢纱说肨與n的方向相反，故稱之為反接制動(dòng)。將改變電樞電壓U所產(chǎn)生的反接制動(dòng)稱為電源反接制動(dòng)。將改變電樞電勢(shì)E所產(chǎn)生的反接制動(dòng)稱為倒拉反接制動(dòng)。31本章小結(jié)本章小結(jié)一、重點(diǎn)一、重點(diǎn)1、直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理、直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理2、機(jī)械特性：分析啟動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)