電工技術(shù)第二版(席時達)第8章

1第八章直流電動機電工技術(shù)第二節(jié)直流電動機的機械特性第一節(jié)直流電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理第八章直流電動機第三節(jié)直流電動機的使用3第一節(jié)、直流電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理直流電動機（與三相交流異步電動機相比）：

所以，在電車、電氣機車、軋鋼機、起重機械、電力牽引設(shè)備以及龍門刨床等方面獲得廣泛應(yīng)用。

缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格昂貴，使用和維修要求高。

優(yōu)點：起動轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，調(diào)速平滑，易于控制等。第一節(jié)直流電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理一、直流電動機的結(jié)構(gòu)二、直流電動機的工作原理5第一節(jié)、直流電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理外形和結(jié)構(gòu)示意圖兩個基本部分：

定子

轉(zhuǎn)子一、直流電動機的結(jié)構(gòu)6第一節(jié)、直流電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理（一）定子直流電動機靜止部分。定子主磁極主磁極鐵心勵磁繞組（可有多個）換向磁極換向磁極鐵心繞組機座：既是外殼，又是磁路的一部分端蓋(電刷裝置)7第一節(jié)、直流電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理（二）轉(zhuǎn)子（電樞）電樞鐵心：表面有許多均勻分布的槽電樞繞組：嵌放在電樞鐵心槽內(nèi)并與換向器相連換向器（整流子）：與電樞繞組相連，表面壓有電刷，與外電路直流電相通。轉(zhuǎn)軸、風(fēng)扇轉(zhuǎn)子直流電動機活動部分。8第一節(jié)、直流電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理直流電動機的4種勵磁方式電樞繞組勵磁繞組（三）勵磁方式

1.他勵電動機：勵磁繞組與電樞繞組分別由兩個不同的直流電源供電。

另外，用永久磁鐵作為磁極的永磁式電動機，也可視為他勵電動機的一種。9第一節(jié)、直流電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理電樞繞組勵磁繞組

2.并勵電動機：勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)后由同一個直流電源供電。

3.串勵電動機：勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)后由同一個直流電源供電。

4.復(fù)勵電動機：既有并勵繞組，又有串勵繞組。

10第一節(jié)、直流電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理二、直流電動機的工作原理電刷B電刷A換向片2換向片1電樞線圈主磁極11第一節(jié)、直流電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理U+–

FF（一）轉(zhuǎn)動原理（a）線圈在初始位置IaIaSbNadc電刷A換向片2電樞線圈換向片1電刷B主磁極IaIa

直流電Ia從電刷通入電樞繞組，線圈ab邊和cd邊在磁場中受到電磁力F的作用。電樞繞組通電后中受力按逆時針方向旋轉(zhuǎn)。左手定則n12第一節(jié)、直流電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理FF（b）線圈轉(zhuǎn)過1800后

隨著電樞的旋轉(zhuǎn),線圈ab邊從N極處轉(zhuǎn)向S極處,換向片1脫離電刷A與電刷B接觸,,無論線圈怎樣轉(zhuǎn)動，總是N極處線圈中的電流方向向里,電磁力F始終向左。

電磁轉(zhuǎn)矩和方向不變，使電樞能連續(xù)按逆時針方向旋轉(zhuǎn)nU+–IaIaIaIaScNdab電刷A換向片1換向片2電刷B主磁極電樞線圈13第一節(jié)、直流電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理ScNdabU+–電刷A換向片1FF換向片2電刷B主磁極IaIaIaIan

換向器作用：將外部直流電轉(zhuǎn)換成內(nèi)部的直流電，以保持轉(zhuǎn)矩方向不變電樞線圈14第一節(jié)、直流電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理CT：轉(zhuǎn)矩常數(shù)

:

每極磁通Ia：電樞電流（二）電磁轉(zhuǎn)矩由式可知：直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩T與每極磁通和電樞電流Ia

的乘積成正比。電磁轉(zhuǎn)矩的方向由

和Ia

的方向決定。

電磁轉(zhuǎn)矩公式為：T=CTIa

電磁轉(zhuǎn)矩是由電樞繞組通入直流電流(電樞電流Ia)后在磁場（磁通）中受力而形成的。15第一節(jié)、直流電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理（三）電樞電動勢和電流電樞轉(zhuǎn)動使電樞繞組中的導(dǎo)體不斷切割磁力線，因此在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢E。SbNadcnU+–IaIaIaIa電樞線圈換向片電刷FFEE右手定則

電樞感應(yīng)電動勢E與電樞電流或外加電壓方向總是相反，所以稱反電勢。16第一節(jié)、直流電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理

直流電動機兩電刷間總的電樞電動勢公式：Ea=CE

nCE為電動勢常數(shù)。為每極磁通。n為電動機轉(zhuǎn)速。

由式可知：直流電動機旋轉(zhuǎn)時，電樞電動勢Ea大小與每極磁通和電動機轉(zhuǎn)速n乘積成正比，其方向與電樞電流相反，起限制電流的作用。17第一節(jié)、直流電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理直流電動機電樞電流公式：Ra：電樞電阻。

由式可知：電樞電流Ia的大小，不僅與Ua

和Ra有關(guān)，而且還受到反電動勢Ea的制約。直流電動機電樞電路Ua：電樞兩端電壓。Ea：反電動勢。

電樞繞組兩端電壓公式：Ua=Ea+IaRa–RaIaEa+–+UaM18第一節(jié)、直流電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理（四）轉(zhuǎn)矩和功率的自動平衡過程

1.平衡的概念：電動機的電磁轉(zhuǎn)矩T為驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。在電機運行時，電磁轉(zhuǎn)矩必須和機械負載轉(zhuǎn)矩及空載損耗轉(zhuǎn)矩相平衡。TL：機械負載轉(zhuǎn)矩T0：空載轉(zhuǎn)矩

2.平衡過程：

當(dāng)電動機軸上的機械負載發(fā)生變化時，通過電動機轉(zhuǎn)速、電動勢、電樞電流的變化，電磁轉(zhuǎn)矩將自動調(diào)整，以適應(yīng)負載的變化，保持新的平衡。191第一節(jié)、直流電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理例：設(shè)外加電樞電壓U一定，T=TL

(平衡)，此時，若TL突然增加，則調(diào)整過程為:

達到新的轉(zhuǎn)矩平衡點，而以新的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行。TLnIa

T

Ea可見:電磁轉(zhuǎn)矩能自動平衡負載轉(zhuǎn)矩的變化。第三節(jié)直流電動機的使用一、起動二、反轉(zhuǎn)三、調(diào)速四、制動21第三節(jié)、直流電動機的使用一、起動直流電動機不允許直接起動。對供電電源是很大沖擊，會損壞電動機。轉(zhuǎn)速n=0，感應(yīng)電動勢（一）原因1.起動時電流大，高達額定電流十幾倍2.起動轉(zhuǎn)矩大

很大的起動電流將產(chǎn)生很大的起動轉(zhuǎn)矩，使被驅(qū)動的機械遭受很大沖擊力，可能損壞傳動機構(gòu)和生產(chǎn)機械。22第三節(jié)、直流電動機的使用（二）解決辦法

1.降低電樞端電壓U

使用一個可調(diào)壓的直流電源專供電樞電路之用，這樣隨著轉(zhuǎn)速的升高電源電壓可逐漸升高到額定值，但這種方法只適用于他勵電動機。

2.增大電樞電路的電阻Ra

即在電樞電路內(nèi)串聯(lián)起動電阻，隨著轉(zhuǎn)速的升高將起動電阻逐漸減小到零。（三）注意

1.起動時勵磁電路必須可靠連接，不允許開路。

2.工作時也不允許勵磁電路開路。23第三節(jié)、直流電動機的使用

一臺他勵電動機，已知額定電壓為110V，額定電流為81.6A，電樞電阻為0.12?。試求：1、如果直接起動，起動電流是額定電流的幾倍？2、若要將起動電流限制為額定電流的2倍，應(yīng)選多大的起動電阻？解：（1）直接起動時（2）若將起動電流為額定電流的2倍，則【例8-3-1】24第三節(jié)、直流電動機的使用二、反轉(zhuǎn)（二）反轉(zhuǎn)的辦法

通常是改變電樞電流的方向，即把電樞電路的兩條端線互換。（一）反轉(zhuǎn)的種類電磁轉(zhuǎn)矩：T=CTIa

(1)改變勵磁電流的方向。

(2)改變電樞電流的方向。改變直流電機轉(zhuǎn)向的方法有兩種：25第三節(jié)、直流電動機的使用三、調(diào)速用人為的方法改變它的機械特性，使之在一定的負載下獲得不同的轉(zhuǎn)速。（二）調(diào)速的辦法有改變電樞電路的電阻Ra，磁極磁通Ф，電樞電壓U三種辦法。（一）調(diào)速的概念直流電動機機械特性公式:26第三節(jié)、直流電動機的使用1.改變電樞電路的電阻Ra在電樞電路內(nèi)串接可變電阻，當(dāng)Ra增大時，在同樣負載下轉(zhuǎn)速下降，如圖(a)，輕載時得不到低速。

因增加電阻消耗功率，只適用于調(diào)速范圍小、調(diào)速時間短的小功率電動機。27第三節(jié)、直流電動機的使用2.改變磁極磁通Ф在勵磁電路中串聯(lián)可變電阻，或減小勵磁電源的電壓，使電動機的磁通Ф小于原來的額定值。從而使電動機的轉(zhuǎn)速升高。機械特性變軟，如圖(b)。28第三節(jié)、直流電動機的使用3.改變電樞電壓U用單獨的可變直流電源給電樞電路供電，也可使電動機的額定電壓向下調(diào)，使機械特性平行下移，硬度不變，如圖(c)。這種方法調(diào)速比較穩(wěn)定，調(diào)速范圍也較大。

在調(diào)速范圍要求很大的設(shè)備中，也可對同一電動機分別采用改變電樞電壓和改變勵磁兩種方法。29第三節(jié)、直流電動機的使用四、制動（一）能耗制動1.工作過程有能耗制動和反接制動兩種辦法。

由于慣性，電樞繼續(xù)按原方向旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E方向不變，但原來阻礙電流的反電動勢，卻變?yōu)樵陔姌欣@組和制動電阻RP上產(chǎn)生電流Ia的電動勢。制動電阻

制動時，開關(guān)S由左邊扳向右邊，使電樞回路與電源斷開，而與RP聯(lián)接，但勵磁繞組的電源保留。30第三節(jié)、直流電動機的使用

這時電動機相當(dāng)于一臺發(fā)電機，電樞電流與磁通互相作用產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與電樞旋轉(zhuǎn)的方向相反，是制動轉(zhuǎn)矩，迫使電動機很快停車。

在這一過程中，轉(zhuǎn)動部分的動能轉(zhuǎn)化為電能，在電阻中被消耗掉，所以稱能耗制動。

2.特點：能耗制動線路簡單，制動可靠、平穩(wěn)、經(jīng)濟，故常被采用。31第三節(jié)、直流電動機的使用（二）反接制動

1.概念：把剛脫離電源的電樞繞組反接到電源上進行制動的方法。

2.工作過程：電樞反接后，電樞電流反向，電磁轉(zhuǎn)矩隨著反向而成為制動轉(zhuǎn)矩，電機迅速停轉(zhuǎn)，此時應(yīng)及時切斷電源，否則反轉(zhuǎn)。

3.特點：制動迅速，但消耗一定能量，并有自動反轉(zhuǎn)的可能性。第八章直流電動機小結(jié)33一、知識結(jié)構(gòu)圖直流電動機結(jié)構(gòu)定子：主磁極，換向磁極，電刷轉(zhuǎn)子：電樞鐵心，電樞繞組，換向器勵磁方式：4種轉(zhuǎn)動原理電磁原理電樞電動勢和電流功率自動平衡過程工作原理機械特性他勵和并勵電動機：轉(zhuǎn)速基本不變串勵電動機：負載大轉(zhuǎn)速下降復(fù)勵電動機：介于并勵和串勵之間使用不能直接起動措施2種：降低電壓，增大電流起動反轉(zhuǎn):改變電樞電流方向調(diào)速:3種辦法制動:能耗、反接2種辦法直流伺服電動機：優(yōu)點，缺點34

1.由定子和轉(zhuǎn)子兩個基本部分組成。(一)直流電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理

2.定子主磁極的勵磁繞組通入直流電產(chǎn)生主磁場，轉(zhuǎn)子電樞繞組經(jīng)過換向器通入直流電后受磁場力作用而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。

3.直流電動機的3個基本方程式：T＝CTФIaEa＝CEФn由此可推出轉(zhuǎn)速公式和機械特性表達式。二、需掌握的知識要點35(二)直流電動機的機械特性

1.按勵磁方式分為他勵、并勵、串勵、復(fù)勵4種。

2.他勵和并勵電動機：具有硬特性，適用于轉(zhuǎn)速基本不受負載影響，又便于在大范圍內(nèi)調(diào)速的設(shè)備中。

3.串勵電動機：起動轉(zhuǎn)矩大，適用于電動機直接與機械負載固定聯(lián)接，轉(zhuǎn)速隨負載的減輕會明顯上升的設(shè)備中。

4.復(fù)勵電動機：其機械特性介于以上二者之間，適用于起動轉(zhuǎn)矩大，特性比較軟，又需在空載和輕載