8直流电动机上交电工学课件

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1、下一页总目录 章目录返回上一页第第8 8章章 直流电动机直流电动机8.18.1 直流电机的构造直流电机的构造8.28.2 直流电机的基本工作原理直流电机的基本工作原理8.48.4 并励电动机的起动与反转并励电动机的起动与反转8.38.3 直流电动机的机械特性直流电动机的机械特性8.58.5 并励并励( (他励他励) )电动机的调速电动机的调速8.58.5 并励并励( (他励他励) )电动机的制动电动机的制动下一页总目录 章目录返回上一页第第8 8章章 直流电动机直流电动机 1. 1. 了解直流电动机的基本构造和工作原理。了解直流电动机的基本构造和工作原理。 2. 2. 掌握他励（并励）和串励直

2、流电动机的电掌握他励（并励）和串励直流电动机的电 压与电流的关系式，接线图、机械特性。压与电流的关系式，接线图、机械特性。 3. 3.掌握他励（并励）和串励直流电动机的起掌握他励（并励）和串励直流电动机的起 动、反转和调速、制动的基本原理和基本方动、反转和调速、制动的基本原理和基本方法。法。本章要求本章要求下一页总目录 章目录返回上一页8.18.1 直流电机的构造直流电机的构造 直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构复杂，维修也不便，但由于它的调速性能较好和起动转矩较大，因此，对调速要求较高的生产机械或者需要较大起动转矩的生产机械往往采用直流电动机驱动。直流电机的优点：直流电机的优点： (1)

3、 (1) 调速性能好调速性能好, , 调速范围广调速范围广, , 易于平滑调节。易于平滑调节。 (2) (2) 起动、制动转矩大起动、制动转矩大, , 易于快速起动、停车。易于快速起动、停车。 (3) (3) 易于控制。易于控制。应用应用: : 轧钢机、电气机车、中大型龙门刨床、轧钢机、电气机车、中大型龙门刨床、矿山竖井矿山竖井 提升机以及起重设备提升机以及起重设备等调速范围大的大型设备。等调速范围大的大型设备。 下一页总目录 章目录返回上一页NSNS8.1.18.1.1 直流电动机的构造直流电动机的构造极掌极掌极心极心励磁绕组励磁绕组机座机座转子转子直流电动机的磁极和磁路直流电动机的磁极和磁

4、路 直流电机由定子(磁极)、转子(电枢)和机座等部分构成。下一页总目录 章目录返回上一页2. 2. 转子转子( (电枢电枢) ) 由铁心、绕组（线圈）、换向器组成。1. 1. 磁极磁极永磁式永磁式: : 由永久磁铁做成。励磁式励磁式: : 磁极上绕线圈，线圈中通过直流电， 形成电磁铁。励磁励磁: : 磁极上的线圈通以直流电产生磁通，称 为励磁。电枢铁心：由硅钢片叠装而成。电枢铁心：由硅钢片叠装而成。电枢绕组：由结构、形状相同的线圈组成电枢绕组：由结构、形状相同的线圈组成用来在电机中产生磁场。用来在电机中产生磁场。下一页总目录 章目录返回上一页1. 1. 他励电动机他励电动机 励磁绕组和电枢绕组

5、分别由两个直流电源供电。励磁绕组和电枢绕组分别由两个直流电源供电。8.1.2 8.1.2 直流电机的分类直流电机的分类 直流电机按照励磁方式可分为他励电动机、并励电动机、串励电动机和复励电动机2. 2. 并励电动机并励电动机 励磁绕组和电枢绕组并联，由一个直流电源供电。励磁绕组和电枢绕组并联，由一个直流电源供电。UUfIaM+_+_If他励他励IaUM+_If+_IE并励并励下一页总目录 章目录返回上一页4. 4. 复励电动机复励电动机 励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在同励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在同一电源上。一电源上。3. 3. 串励电动机串励电动机 励磁线圈与转子电枢串联接

6、到同一电源上。励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。串励串励UIa+_IfM复励U+_IMIa下一页总目录 章目录返回上一页8.28.2 直流电机的基本工作原理直流电机的基本工作原理下一页总目录 章目录返回上一页8.28.2 直流电机的基本工作原理直流电机的基本工作原理IU+SbNacd 直流电从两电刷之间通入电枢绕组，电枢电流方向如图所示。由于换向片和电源固定联接，无论线圈怎样转动，总是S极有效边的电流方向向里, N极有效边的电流方向向外。电动机电枢绕组通电后中受力(左手定则)按顺时针方向旋转。U+U+电刷换向片U+IFFTn换向器作用：将外部直流电转换成内部的交流电，以保持转矩方向不变。下

7、一页总目录 章目录返回上一页U+EETnSbNdFFacII换向片电刷 线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动势。由右手定则，感应电动势的方向与电流的方向势。由右手定则，感应电动势的方向与电流的方向相反。相反。KE: 与电机结构有关的常数n: 电动机转速 ：磁通1. 1. 电枢感应电动势电枢感应电动势 E=EK n下一页总目录 章目录返回上一页U+EETnSbNdFFacII换向片电刷 由图可知，由图可知，电枢感应电动势电枢感应电动势E E与电枢电流或外与电枢电流或外加电压方向总是相反，所以称加电压方向总是相反，所以称反电势反电势。 式中：式中：U U

8、 外加电压外加电压 R Ra a 绕组电阻绕组电阻2. 2. 电枢回路电压平衡式电枢回路电压平衡式RaIaE+UM下一页总目录 章目录返回上一页K KT T: : 与电机结构有关的常数与电机结构有关的常数 : : 线圈所处位置的磁通线圈所处位置的磁通I Ia a：电枢绕组中的电流电枢绕组中的电流3. 3. 电磁转矩电磁转矩单位单位: : ( (韦伯韦伯) )，I Ia a ( (安安) ) ，T T ( (牛顿牛顿 米米) ) 直流电动机电枢绕组中的电流直流电动机电枢绕组中的电流( (电枢电流电枢电流I Ia a) )与磁与磁通通 相互作用，产生电磁力和电磁转矩，直流电机的相互作用，产生电磁力

9、和电磁转矩，直流电机的电磁转矩公式为电磁转矩公式为4. 4. 转矩平衡关系转矩平衡关系 电动机的电磁转矩电动机的电磁转矩T T为驱动转矩为驱动转矩, , 它使电枢转动。它使电枢转动。在电机运行时，电磁转矩必须和机械负载转矩及空在电机运行时，电磁转矩必须和机械负载转矩及空载损耗转矩相平衡，即载损耗转矩相平衡，即T T= =K KT T I Ia a下一页总目录 章目录返回上一页 当电动机轴上的机械负载发生变化时，通过电动当电动机轴上的机械负载发生变化时，通过电动机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁转矩将自动机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁转矩将自动调整，以适应负载的变化，保持新的平衡。调整，

10、以适应负载的变化，保持新的平衡。转矩平衡过程转矩平衡过程T T2 2: : 机械负载转矩机械负载转矩T T0 0: : 空载转矩空载转矩 例：例：设外加电枢电压 U 一定，T=T2 (平衡)，此时，若T2突然增加，则调整过程为达到新的平衡点(Ia 、 P入) 。T2 nIa T E下一页总目录 章目录返回上一页8.38.3 直流电动机的运行特性直流电动机的运行特性直流电动机在正常运行时，直流电动机在正常运行时，虽然电源电压U和励磁电阻保持不变，但随着励磁方式不同，电动机的转矩、转速和机械特性有很大的区别。一、并励电动机1. 转矩特性IaUM+_If+_IE由图可求得下一页总目录 章目录返回上一

11、页由上分析可知： 当电源电压U和励磁回路的电阻Rf一定时, 励磁电流If和磁通不变，即不变，即 = = 常数常数。则T T= =K KT T I Ia a = = K KT T I Ia a 即：并励电动机的磁通 = = 常数，转矩与电枢电流常数，转矩与电枢电流成正比。成正比。 n0TI Ia a2. 转速特性下一页总目录 章目录返回上一页8.38.3 直流电动机的运行特性直流电动机的运行特性由以下公式求得求得n0TI Ia a式中：n0下一页总目录 章目录返回上一页8.38.3 直流电动机的机械特性直流电动机的机械特性求得求得IaUM+_If+_IE3. 机械特性下一页总目录 章目录返回上一

12、页式中：n n= = f f ( (T T) ) 特性曲线特性曲线n0nNTN 并励电动机在负载变化并励电动机在负载变化时，时， 转速转速 n n 的变化不大的变化不大硬机械特性（自然特性）。硬机械特性（自然特性）。动画n0T n n n nN N很小，大约为很小，大约为3%8%3%8%下一页总目录 章目录返回上一页8.38.3 直流电动机的运行特性直流电动机的运行特性二、串励电动机1. 转矩特性当Ia较小时，铁心不饱和串励串励UIa+_IfM特点：当Ia较大时，铁心饱和与并励类似下一页总目录 章目录返回上一页2. 转速特性当Ia较小时，可得可得根据根据当Ia较大时，铁心饱和 与并励类似从上式

13、可见，当轻载时串励电动机的转速急剧上升，将导致电动机的损坏，所以串励电动机不允许轻载运行，一般最低负载不小于额定负载的30%n0TI Ia a下一页总目录 章目录返回上一页8.38.3 直流电动机的机械特性直流电动机的机械特性求得求得3. 机械特性 串励电动机在负载变化串励电动机在负载变化时，时， 转速转速 n n 的变化大的变化大软软机械特性（自然特性）。机械特性（自然特性）。适合于拖动启动频繁、负载变化大的负载。适合于拖动启动频繁、负载变化大的负载。 当负载增加时，转速快速下降，当负载减小当负载增加时，转速快速下降，当负载减小时，转速快速上升，这样不仅可以确保安全，而时，转速快速上升，这样

14、不仅可以确保安全，而且可以提高生产效率。且可以提高生产效率。下一页总目录 章目录返回上一页8.38.3 直流电动机的运行特性直流电动机的运行特性三、复励电动机复励U+_IMIa 他的工作特性介于并励和串励之间。如果并励绕组磁通势起主要作用，其工作特性与并励电动机工作特性接近。如果串励绕组磁通势起主要作用，其工作特性与串励电动机工作特性接近。但因为有并励绕组磁通势的存在，磁通不会趋近于零，所以空载或轻载时，仍能正常运行。下一页总目录 章目录返回上一页 例例: : 有一并励电动机，其额定数据如下：P=22KW, UN=110V, nN=1000r/min, = 0.84, 并已知Rf= 27.5

15、，Ra= 0.04 , 试求: (1) 额定电流I , 额定 电枢电流Ia及额定励磁电流If ; (2) 损耗功率PaCu , 及PO ; (3) 额定转矩T; (4) 反电动势E。解：(1) P2是输出功率，额定输入功率为额定电流额定励磁电流额定电枢电流下一页总目录 章目录返回上一页（2）电枢电路铜损励磁电路铜损总损失功率空载损耗功率（3）额定转矩（4）反电动势下一页总目录 章目录返回上一页8.48.4 并励电动机的人为机械特性并励电动机的人为机械特性1. 1.电枢回路串联电阻电枢回路串联电阻R R根据根据nn0T电电阻阻增增大大2. 2.降低电枢电压降低电枢电压U Un0nT0U U3.

16、3.减弱磁通减弱磁通Tn（ 减小减小）R Rf f增增加加O下一页总目录 章目录返回上一页 例例: : 有一他励电动机，其额定数据如下：P=22KW, UN=220V, nN=1500r/min, IN=115A Ra= 0.125 ,试求: (1) 电枢回路串联电阻回路串联电阻R=0.75 R=0.75 (2) 电枢电压降低为电枢电压降低为U=150VU=150V (3) 磁通减弱为磁通减弱为=0.8 =0.8 的人为机械特性的人为机械特性解：根据额定数据可得下一页总目录 章目录返回上一页 例例: : 有一他励电动机，其额定数据如下：P=22KW, UN=220V, nN=1500r/min, IN=115A Ra= 0.125 ,试求: (1) 电枢回路串联电阻回路串联电阻R=0.75 R=0.75 (2) 电枢电压降低为电枢电压降低为U=150VU=150V (3) 磁通减弱为磁通减弱为=0.8 =0.8 的人为机械特性的人为机械特性解：根据额定数据可得(1) 当R=0.75 R=0.75 ，T=TN时，下一页总目录 章目录返回上一页(2) 电枢电压降低为电枢电压降低为U=150