第９章直流電動機(jī)（上）電工技術(shù)與電子技術(shù)返回教師：朱成杰第9章直流電動機(jī)9.1直流電機(jī)的構(gòu)造9.2

直流電機(jī)的基本工作原理9.4

并勵電動機(jī)的起動與反轉(zhuǎn)9.6串勵直流電動機(jī)后一頁9.3

直流電動機(jī)的機(jī)械特性9.5

并勵(他勵)電動機(jī)的調(diào)速返回第9章直流電動機(jī)

本章要求：1、了解直流電動機(jī)的基本構(gòu)造和工作原理2、掌握他勵（并勵）和串勵直流電動機(jī)的電壓與電流的關(guān)系式，接線圖、機(jī)械特性。3、搞清他勵（并勵）和串勵直流電動機(jī)的起動、反轉(zhuǎn)和調(diào)速的基本原理和基本方法。返回前一頁后一頁9.1直流電機(jī)的構(gòu)造與異步機(jī)相比，直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用和維護(hù)不如異步機(jī)方便，需使用直流電源。直流電機(jī)的優(yōu)點：1）調(diào)速性能好:調(diào)速范圍廣，易于平滑調(diào)節(jié)。2）起動、制動轉(zhuǎn)矩大，易于快速起動、停車。3）易于控制。應(yīng)用：1）軋鋼機(jī)、電氣機(jī)車、中大型龍門刨床等調(diào)速范圍大的大型設(shè)備。2）用蓄電池做電源的地方，如汽車、拖拉機(jī)等。返回前一頁后一頁一、構(gòu)造機(jī)座磁極勵磁繞組轉(zhuǎn)子勵磁式直流電動機(jī)的構(gòu)造返回前一頁后一頁2.轉(zhuǎn)子（電樞）由鐵芯、繞組（線圈）、換向器組成。1.定子永磁式：由永久磁鐵做成。勵磁式：磁極上繞線圈，然后在線圈中通過直流電，形成電磁鐵。勵磁的定義：磁極上的線圈通以直流電產(chǎn)生磁通，稱為勵磁。直流電機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子和機(jī)座等部分構(gòu)成。返回前一頁后一頁他勵電動機(jī)：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的電源分開。并勵電動機(jī)：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞并聯(lián)到同一電源上。二、直流電機(jī)的分類直流電機(jī)按照勵磁方式可分為：他勵電動機(jī)、并勵電動機(jī)、串勵電動機(jī)、復(fù)勵電動機(jī)M他勵UfIfIaUM并勵UIf返回前一頁后一頁跳轉(zhuǎn)二、直流電機(jī)的分類串勵電動機(jī)：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞串聯(lián)接到同一電源上。復(fù)勵電動機(jī)：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的聯(lián)接有串有并，接在同一電源上。串勵MU復(fù)勵MU返回前一頁后一頁9.2直流電機(jī)的基本工作原理U+–NS電刷換向片直流電源電刷換向器線圈II電流方向：上半邊向里，下半邊向外。如圖所示。abcd返回前一頁后一頁注意：換向片和電源固定聯(lián)接，線圈無論怎樣轉(zhuǎn)動，總是上半邊的電流向里，下半邊的電流向外。電刷壓在換向片上。通電線圈在磁場的作用下，產(chǎn)生電磁力（左手定則），使線圈逆時針旋轉(zhuǎn)。U+–NS電刷換向片IIadcbFFTn返回前一頁后一頁EE線圈在磁場中旋轉(zhuǎn)，將在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。由右手定則，感應(yīng)電動勢的方向與電流的方向相反。U+–NS電刷換向片IIadcbFF單位：（韋伯），n（轉(zhuǎn)/每分），E（伏）KE：與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)n：電動機(jī)轉(zhuǎn)速：磁通1.電樞中的感應(yīng)電動勢電樞反電動勢E的大小和磁通、轉(zhuǎn)速成正比，若想改變E，只能改變或n返回前一頁后一頁2.電樞回路電壓平衡方程E與通入的電流方向相反，所以稱反電勢。式中：U—外加電壓

Ra—繞組電阻MRaIaE+–+–U若忽略繞組中的電阻Ra，則，可見，當(dāng)外加電壓一定時，電機(jī)轉(zhuǎn)速和磁通成反比，通過改變可調(diào)速。由公式可知返回前一頁后一頁KT：與線圈的結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)（與線圈大小，磁極的對數(shù)等有關(guān)）:線圈所處位置的磁通Ia：電樞繞組中的電流3.電磁轉(zhuǎn)矩單位：（韋伯），Ia（安培），T（牛頓米）由轉(zhuǎn)矩公式可知：1)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的條件：必須有勵磁磁通和電樞電流。2)改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)的方向：改變電樞電流的方向或者改變磁通的方向。返回前一頁后一頁4.轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系電磁轉(zhuǎn)矩T為驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，在電機(jī)運(yùn)行時，必須和外加負(fù)載和空載損耗的阻轉(zhuǎn)矩相平衡，即T2：負(fù)載轉(zhuǎn)矩T0

：空載轉(zhuǎn)矩

當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩T2發(fā)生變化時，通過電機(jī)轉(zhuǎn)速、電動勢、電樞電流的變化，電磁轉(zhuǎn)矩自動調(diào)整以實現(xiàn)新的平衡。轉(zhuǎn)矩平衡過程：返回前一頁后一頁例：設(shè)外加電樞電壓U一定，T=TC(平衡)，此時，若TC突然增加，則調(diào)整過程為：與原平衡點相比，新的平衡點：Ia

、P入TC

nIaT

達(dá)到新的平衡點。E返回前一頁后一頁9.3直流電動機(jī)的機(jī)械特性一、他勵電動機(jī)的機(jī)械特性令：，特點：電樞回路和勵磁回路分別由兩個電源供電。由前分析知：（他勵電動機(jī)與并勵電動機(jī)的機(jī)械特性相同）MUfIfIaU++－－返回前一頁后一頁式中：n=f(T)

特性曲線nNTNn0Tn0他勵電動機(jī)在負(fù)載變化時，轉(zhuǎn)速n的變化不大。—硬機(jī)械特性（自然特性）。改變電樞電壓和電樞回路串電阻可得人工特性曲線動畫動畫返回前一頁后一頁分析：當(dāng)外加電樞電壓U一定，T=TC(平衡)，若TC突然增加，則調(diào)整過程為：TC

nIaT

達(dá)到新的平衡點。En、Ia

、P入當(dāng)TC分析可知：穩(wěn)態(tài)下電樞電流及轉(zhuǎn)速決定于負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小可見：返回前一頁后一頁9.4并勵電動機(jī)的起動與反轉(zhuǎn)一、起動直流電動機(jī)不允許在UN下直接起動Iast太大會使換向器產(chǎn)生嚴(yán)重的火花，燒壞換向器。一般Iast限制在(2-2.5)IaN內(nèi)。若加入額定電壓，則起動時,n=01.原因：返回前一頁后一頁2.限制Iast的措施：3.注意事項1）起動時在電樞回路串電阻。2）起動時降低電樞電壓。直流電動機(jī)在起動和工作時，勵磁電路一定要接通，不能讓它斷開，而且起動時要滿勵磁。否則，磁路中只有很少的剩磁，可能產(chǎn)生以下事故：返回前一頁后一頁1)若電動機(jī)原本靜止，由于勵磁轉(zhuǎn)矩

T=KTIa=0，電機(jī)將不能起動，因此，反電動勢為零，電樞電流會很大，電樞繞組有被燒毀的危險。2）如果電動機(jī)在有載運(yùn)行時磁路突然斷開，

則E，Ia，T和，可能不滿足TL的要求，電動機(jī)必將減速或停轉(zhuǎn)，使Ia更大，也很危險。3）如果電機(jī)空載運(yùn)行，可能造成飛車。E

IaT>>

T0

n飛車返回前一頁后一頁二、反轉(zhuǎn)例：串勵的單相手電鉆，利用勵磁電流和電樞電流兩者的方向同時改變時而轉(zhuǎn)向不變的原理，采用特別的串勵電動機(jī)，使手電鉆用單相交流電源或直流電源供電均可。電動機(jī)的轉(zhuǎn)動方向由電磁力矩的方向確定。

1）改變勵磁電流的方向。2）改變電樞電流的方向。改變直流電機(jī)轉(zhuǎn)向的方法：注意：改變轉(zhuǎn)動方向時，勵磁電流和電樞電流兩者的方向不能同時變。返回前一頁后一頁9.5并勵(他勵)電動機(jī)的調(diào)速與異步電動機(jī)相比，直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格高，維護(hù)不方便，但它的最大優(yōu)點是調(diào)速性能好。1.調(diào)速均勻平滑，可以無級調(diào)速(注：異步機(jī)改變極對數(shù)調(diào)速的方法叫有級調(diào)速)。2.調(diào)速范圍大，調(diào)速比可達(dá)200以上（調(diào)速比等于最大轉(zhuǎn)速和最小轉(zhuǎn)速之比），因此機(jī)械變速所用的齒輪箱可大大簡化。直流電動機(jī)調(diào)速的主要優(yōu)點：返回前一頁后一頁1.改變電樞電壓調(diào)速由轉(zhuǎn)速公式:可見直流電機(jī)調(diào)速方法有三種。由轉(zhuǎn)速特性方程知：調(diào)電樞電壓U，n0變化，但斜率不變，所以調(diào)速特性是一組平行曲線。n0"n0'電壓降低TN特性曲線nn0T0返回前一頁后一頁說明：改變電壓的調(diào)速方法必須有連續(xù)可調(diào)的大功率直流電源，這種調(diào)速方法適用G-M（發(fā)電機(jī)-電動機(jī)）系統(tǒng)。G-M系統(tǒng)通過改變直流發(fā)電機(jī)的勵磁電流來改變發(fā)電機(jī)的輸出電壓，發(fā)電機(jī)的輸出電壓再去控制電動機(jī)的電樞電壓。這種方法投資大，目前廣泛使用的方法是可控硅整流電路調(diào)節(jié)電樞電壓。改變電樞電壓調(diào)速的特點1)工作時電樞電壓不允許超過UN，而nU，

所以調(diào)速只能向下調(diào)。2）均勻改變電樞電壓，可得到平滑無級調(diào)速。3）調(diào)速幅度較大。返回前一頁后一頁跳轉(zhuǎn)例：已知他勵電動機(jī)的PN=2.2KW,UN=220V,IaN=12.4ARa=0.5,nN=1500r/min。求：（1）TL=0.5TN時,

n=?（2）=0.8

N時,

n=?解：（1）TL=0.5TN時返回前一頁后一頁（2）=0.8

N時返回前一頁后一頁這種調(diào)速方法耗能較大，只用于小型直流機(jī)。串勵電機(jī)也可用類似的方法調(diào)速。2.電樞回路串電阻調(diào)速在電樞中串入電阻，使n、

n0不變，即電機(jī)的特性曲線變陡(斜率變大)，在相同力矩下，nRa+

Rnn0RaT返回前一頁后一頁由公式可知:

n和有關(guān)，在U一定的情況下，改變可改變n。在勵磁回路串上電阻Rf，改變Rf大小可調(diào)節(jié)勵磁電流，從而改變的大小。3.改變磁通調(diào)速（調(diào)磁）返回前一頁后一頁

Rf

Ifn

，但在額定情況下，已接近飽和，If再加大，對影響不大，所以這種增加磁通的辦法一般不用。

Rf

Ifn，減弱磁通是常用的調(diào)速方法。改變磁通調(diào)速的方法:一般只采用減少勵磁電流的方法調(diào)速。If的調(diào)節(jié)有兩種情況：（

減?。㏕LRf增加Tn返回前一頁后一頁調(diào)速過程:

U一定,則RfEIaTnIaE最后達(dá)到新的平衡暫時T

>TL其中，返回前一頁后一頁1）調(diào)速平滑，可做到無級調(diào)速，但只能向上調(diào)，受機(jī)械本身強(qiáng)度所限，n不能太高。2）調(diào)的是勵磁電流（該電流比電樞電流小得多），調(diào)節(jié)控制方便。

減小調(diào)速的特點：

1）若調(diào)速后Ia保持不變，則高速運(yùn)轉(zhuǎn)時負(fù)載轉(zhuǎn)矩必須減小。2）這種調(diào)速方法只適用于恒功率調(diào)速。使用調(diào)磁調(diào)速時應(yīng)注意：返回前一頁后一頁1）反接制動四.制動制動的所采用的方法：

反接制動、能耗制動、發(fā)電回饋制動MUUfIf+–R運(yùn)行制動電阻R的作用是限制電源反接制動時電樞的電流過大。返回前一頁后一頁2）能耗制動

—電樞斷電后立即接入一個電阻。MUUfIf+–R運(yùn)行制動K停車時，電樞從電源斷開,接到電阻上，這時：由于慣性電樞仍保持原方向運(yùn)動，感應(yīng)電動勢方向也不變，電動機(jī)變成發(fā)電機(jī)，電樞電流的方向與感應(yīng)電動勢相同，從而電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)向相反，起制動作用。返回前一頁后一頁特殊情況下，例如汽車下坡時，在重力的作用下nn0（n0理想空載轉(zhuǎn)速），這時電動機(jī)變成發(fā)電機(jī)，電磁轉(zhuǎn)矩成為阻轉(zhuǎn)矩，從而限制電機(jī)轉(zhuǎn)速過分升高。3)發(fā)電回饋制動跳轉(zhuǎn)返回前一頁后一頁９.６串勵直流電動機(jī)一、串勵電動機(jī)的機(jī)械特性特點：勵磁線圈的電流和電樞線圈的電流相同。設(shè)磁通和電流成正比，即=KIa,則MUnT動畫返回前一頁后一頁二、串勵電動機(jī)的調(diào)速和反轉(zhuǎn)1）串電阻調(diào)速2）變勵磁電流調(diào)速3）兩臺電動機(jī)串聯(lián)改變電樞電壓調(diào)速1.調(diào)速2.反轉(zhuǎn)與他勵電動機(jī)改變轉(zhuǎn)向的方法相同。返回前一頁后一頁1)T=0時，在理想情況下，n。但實際上負(fù)載轉(zhuǎn)矩不會為0，不會工作在T=0的狀態(tài)，但空載時T很小，n很高的串勵不允許空載運(yùn)行，以防轉(zhuǎn)速過高。串勵特性：2)隨轉(zhuǎn)矩的增大，n下降得很快，這種特性屬軟機(jī)械特性。返回前一頁后一頁直流電動機(jī)的額定值1.額定功率PN:

電機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率2.額定電壓UN：額定工作情況下的電樞上加的直流電壓。（例：110V，220V，440V）3.額定電流IN：

額定電壓下軸上輸出額定功率時的電流（并勵包括勵磁和電樞電流）

三者關(guān)系：PN=UNIN