1、第三章 直流電機的工作原理及特性,重點掌握：, 了解直流電機的基本結(jié)構(gòu)及工作原理； 掌握直流電動機的機械特性； 掌握直流電動機啟動、調(diào)速和制動等各種特性； 掌握實現(xiàn)直流電動機啟動、調(diào)速和制動的各種方法以及它們的使用場所。,電機分交流和直流兩種。,直流電機工作電壓或輸出的電壓為直流；,交流電機工作電壓為交流。,直流電機分直流電動機和直流發(fā)電機兩種。,直流電動機將電能轉(zhuǎn)換為機械能；,直流發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)換為電能。,31 直流電機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理,一、直流電機的基本結(jié)構(gòu),直流電機的結(jié)構(gòu)圖如圖所示：,根據(jù)電機的工作原理，直流電機的組成可分為定子、轉(zhuǎn)子和換向器三大部分。,定子部分主要由定子鐵心和繞在

2、上面的勵磁繞組兩部分組成。,轉(zhuǎn)子部分主要由電樞鐵心和電樞繞組兩部分組成。,換向器由換向片和電刷組成，電刷固定在定子上，換向片與電樞繞組相連，換向片與電刷保持滑動接觸。,二、基本的工作原理,為了討論直流電機的工作原理，可把復(fù)雜的直流電機結(jié)構(gòu)簡化為電機具有一對主磁極，電樞繞組只是一個線圈，線圈兩端分別聯(lián)在兩個換向片上，換向片上壓著電刷A和B。如圖所示： t3-2.swf,1 主磁極：勵磁繞組上加上直流電壓，勵磁繞組上有勵磁電流通過，使定子鐵心產(chǎn)生固定磁場，即定子的主要作用是產(chǎn)生主磁場。,2電樞繞組：在固定的磁場中旋轉(zhuǎn)，主要作用是產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或產(chǎn)生機械轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換。,3、4換向器：電刷固定

3、不動，換向片與電樞繞組一起旋轉(zhuǎn)，主要作用對發(fā)電機而言是將電樞繞組內(nèi)感應(yīng)的交流電勢轉(zhuǎn)換成電刷間的直流電勢。對電動機而言，則是將外加的直流電流轉(zhuǎn)換為電樞繞組的交變電流，并保證每一磁極下，電樞導(dǎo)體的電流的方向不變，以產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩。,3電刷,4換向片,1發(fā)電機原理：將機械能轉(zhuǎn)換為電能。直流發(fā)電機工作原理圖如圖所示：c3-1.swf,作為發(fā)電機運行時：導(dǎo)體在磁場內(nèi)作切割磁力線運動，導(dǎo)體中便感應(yīng)出電動勢。,2電動機原理：將電能轉(zhuǎn)換為機械能。直流電動機工作原理圖如圖所示： C3-2.swf,作為電動機運行時：帶電導(dǎo)體在磁場中要受到電磁力（矩）的作用。,直流發(fā)電機和直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩的作用是不同的。,

4、發(fā)電機的電磁轉(zhuǎn)矩是阻轉(zhuǎn)矩，它與電樞轉(zhuǎn)動的方向或原動機的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的方向相反。因此，在等速轉(zhuǎn)動時，原動機的轉(zhuǎn)矩T1必須與發(fā)電機的電磁轉(zhuǎn)矩TM及空載損耗轉(zhuǎn)矩T0相平衡。,電動機的電磁轉(zhuǎn)矩是驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，它使電樞轉(zhuǎn)動。因此，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩TM必須與機械負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL及空載損耗轉(zhuǎn)矩T0相平衡。,從以上分析可知，直流電機作發(fā)電機運行和作電動機運行時，雖然都產(chǎn)生電動勢E和電磁轉(zhuǎn)矩T，但二者的作用正好相反，見表 ：,四、直流電動機的分類,直流電動機按定子勵磁繞組的勵磁方式不同可分為四類：,1他勵電動機：勵磁繞組由外加電源單獨供電，勵磁電流的大小與電樞兩端電壓或電樞電流的大小無關(guān)。如圖（a）所示。t3-5-1.sw

5、f,2. 并勵電動機：勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)連接，由外部電源一起供電。如圖（b）所示。t3-5-2.swf,四、直流電動機的分類,3串勵電動機：勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)連接，由外部電源一起供電。如圖（c）所示：t3-5-3.swf,4復(fù)勵電動機：勵磁繞組分為兩部分，一部分與電樞繞組并聯(lián)連接，另一部分與電樞繞組并聯(lián)連接。如圖（d）所示:t3-5-4.swf,32 直流他勵電動機的機械特性,一、機械特性的一般形式,電動機的機械特性指的是轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系。,不同勵磁方式的電動機，其運行特性也不盡相同，下面主要介紹在調(diào)速系統(tǒng)中應(yīng)用的較廣泛的他勵電動機的機械特性。,如圖所示為直流他勵電動機的原理電

6、路圖。,式中:,外加電樞電壓（V）；,感應(yīng)電勢（V）；,電樞電流（A）；,電樞回路內(nèi)阻（）,電樞回路部分,勵磁回路部分,即：,轉(zhuǎn)速特性,機械特性,由他勵電動機的特性可知：勵磁電流If的大小與電樞電流 Ia的大小無關(guān)，它的大小只取決于 Rf、 Uf的大小，當(dāng) Rf、 Uf的大小一定時, If為定值，即磁通為定值。,對應(yīng)的機械特性如圖所示：,1. 理想空載轉(zhuǎn)速：,T=0時的轉(zhuǎn)速稱為理想空載轉(zhuǎn)速，用n0表示。,根據(jù)機械特性可知：,2. 轉(zhuǎn)速降落,3. 機械特性硬度,為了衡量機械特性的平直程度，引進(jìn)一個機械特性硬度的概念，其定義為：,理想空載點,即轉(zhuǎn)矩變化與所引起的轉(zhuǎn)速變化的比值，稱為機械特性的硬度。

7、,根據(jù)值的不同，可將電動機機械特性分為三類。,（1）絕對硬特性,（2）硬特性10,（3）軟特性10,二、固有機械特性,直流他勵電動機的固有機械特性指的是在額定條件（額定電壓UN和額定磁通 N )下和電樞電路內(nèi)不外接任何電阻時的 n=f(T),即:,是一條直線。,直流他勵電動機固有機械特性曲線可根據(jù)電動機的銘牌數(shù)據(jù)求出(0,n0 )和(TN, nN)即可繪出固有的機械特性。,通常直流電動機銘牌上給出額定功率PN 、額定電壓 UN 、額定電流IN和額定轉(zhuǎn)速 nN。,固有機械特性的計算步驟如下。,(1) 估算電樞電阻Ra,依據(jù)：電動機在額定負(fù)載下的銅耗Ia2Ra約占總損耗 PN的50%75%。,式中

8、：,是額定運行條件下電動機的效率，且此時,故得,(2) 求,額定運行條件下的反電勢為：,故,(3) 求理想空載轉(zhuǎn)速:,得,(4) 求額定轉(zhuǎn)矩:,得,根據(jù),兩點，就可作出他勵直流電動機近似機械特性曲線,三、人為機械特性,人為機械特性是指人為地改變電動機電樞外加電壓U和勵磁磁通的大小以及電樞回路串接附加電阻Rad所得到的機械特性。,1. 電樞回路中串接附加電阻時的人為特性,電壓平衡方程式為：,得到的人為機械特性方程式為：,特性變軟,空載速度不變；,隨著電阻的增加，轉(zhuǎn)速降落增加；,2. 改變電樞電壓U時的人為特性,由于電動機電樞繞組絕緣耐壓強度的限制，電樞電壓只允許在其額定值以下調(diào)節(jié)，所以，不同值的人為特性曲線均在固有特性曲線之下。,空載速度隨著U的減小而減小；,轉(zhuǎn)速降落不變；,特性硬度不變,3改變磁通 時的人為特性,轉(zhuǎn)速降隨磁通的改變而變化。,理想空載轉(zhuǎn)速隨磁通的改變而變化；,特性變軟,由于勵磁線圈發(fā)熱和電動機磁飽和的限制，電動機的勵磁電流和它對應(yīng)的磁通只能在低于其額定值的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)；,當(dāng)磁通過分削弱后：,（2）當(dāng)0時，從理論上說，空載時電動機速度趨近 ，通常稱為“飛車”；,當(dāng)電動機軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩大于電磁轉(zhuǎn)矩時，電