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1、4 直流电机直流电机 是旋转电机的主要类型之一。主要用途：是旋转电机的主要类型之一。主要用途：1、用作电动机：具有良好控制性能。、用作电动机：具有良好控制性能。2、用作发电机：用作直流电源，用在化学工业中的电解、电、用作发电机：用作直流电源，用在化学工业中的电解、电镀等设备，汽车、拖拉机交通工具的直流电源。镀等设备，汽车、拖拉机交通工具的直流电源。3、做励磁机用：同步发电机要用直流发电机作为励磁机。、做励磁机用：同步发电机要用直流发电机作为励磁机。4、信号传递、执行：直流测速发电机将机械信号转换为电信、信号传递、执行：直流测速发电机将机械信号转换为电信号号。直流伺服电动机将控制信号转换为机械信
2、号。直流伺服电动机将控制信号转换为机械信号。14.1.1 直流电动机、发电机的工作原理直流电动机、发电机的工作原理4.1 直流电机的工作原理直流电机的工作原理FFU+NS电刷电刷换向片换向片IIFFFFU+NS电刷电刷换向片换向片IIEEEE电动机电动机FFFFNSIIIIEEEE+负载负载+发电机发电机电源电源24.2 直流电机分类和主要结构和分类直流电机分类和主要结构和分类3直流电机按励磁方式直流电机按励磁方式磁极上的磁极上的线线圈通以直流圈通以直流电产电产生磁通，称生磁通，称为为励磁。励磁。他励他励电动电动机：励磁机：励磁线线圈与圈与转转子子电电枢的枢的电电源分开；源分开；并励并励电动电
3、动机：励磁机：励磁线线圈与圈与转转子子电电枢并枢并联联到同一到同一电电源上；源上；串励串励电动电动机：励磁机：励磁线线圈与圈与转转子子电电枢串枢串联联接到同一接到同一电电源上；源上；复复励励电电动动机机：励励磁磁线线圈圈与与转转子子电电枢枢的的联联接接有有串串有有并并，接接在在同一同一电电源上。源上。M他励他励UfIfIaUMM他励他励UfIfIaUM并励并励UIfM并励并励UIfM串励串励UMM串励串励UM复励复励UMM复励复励U42极直流电机的磁场极直流电机的磁场5 4极直流电机极直流电机64.3 直流电机电枢电势和电磁转矩MIa+UMMRaIaEa+U7我们已经知道我们已经知道电磁转矩还
4、有一种能够表达式：电磁转矩还有一种能够表达式：因此，因此，81、并（它）励、并（它）励电动电动机的机械特性机的机械特性：n=f(T)4.4 直流电动机9例例并励直流电动机：并励直流电动机：PN=10kW，UN=220V，nN=1000r/min，N=80%，Ra=，Rf=150，试求，试求:(1)额额定工作下的定工作下的励磁电流励磁电流If、输入功率、输入功率P1、电机额定电流、电机额定电流IN、电枢电流电枢电流Ia、电枢感应电势、电枢感应电势Ea、Ke、额定转矩、额定转矩TN；(2)负载转矩下降为额定转矩的一半，电机的转速负载转矩下降为额定转矩的一半，电机的转速n。解：解：（1）励磁电流励磁
5、电流：输入功率：输入功率：额定电流：额定电流：电枢电流：电枢电流：感应电势：感应电势：；10由于感应电势由于感应电势所以所以额定转矩额定转矩:（2）负载转矩下降一半时，电枢电流也会下降一半，即）负载转矩下降一半时，电枢电流也会下降一半，即此时的电枢电势：此时的电枢电势：此时电机对应的转速此时电机对应的转速注意额定转矩注意额定转矩额定电磁转矩额定电磁转矩112、串励、串励电动电动机的机械特性机的机械特性：n=f(T)串励串励电动电动机的机械特性机的机械特性（1）软特性（重载时磁通饱和，）软特性（重载时磁通饱和，渐变为下倾的直线）。渐变为下倾的直线）。（2）T小时，转速高；小时，转速高；T大时，大
6、时，转速低，转速低，起动和过载能力强起动和过载能力强。（3）牛马特性。）牛马特性。12例例4.5.2串励直流电动机：串励直流电动机：UN=220V，IN=40A，nN=1000r/min，电枢回路总电阻电枢回路总电阻Ra，假设磁路不饱和，且，假设磁路不饱和，且Km/Ke=，问，问:（1）电枢电流电枢电流Ia=IaN/2时，电动机的转速和电磁转矩是多少？时，电动机的转速和电磁转矩是多少？（2）如果电磁转矩保持上述值不变，电压降低到）如果电磁转矩保持上述值不变，电压降低到110V，电动，电动机的转速和电流又各为多少？电枢感应电势机的转速和电流又各为多少？电枢感应电势Ea、Ke；额定；额定转矩转矩T
7、N；解解：（：（1）当当Ia=IaN/2时，时，13此时，此时，电机转速：电机转速：（2）如果电磁转矩保持上述值不变，电流也保持）如果电磁转矩保持上述值不变，电流也保持1/2不变。不变。电压降到电压降到110V时，时，电流变为电流变为1/2，所以，所以143、不同励磁方式电机特性比较不同励磁方式电机特性比较154 4、他（并）励直流电动机的调速、他（并）励直流电动机的调速 调速方法：电枢回路串电阻、改变电压、改变励磁三种。调速方法：电枢回路串电阻、改变电压、改变励磁三种。1 1）电枢回路串电阻调速）电枢回路串电阻调速 （1 1）n nn nN N；（2 2）轻载时调速效果不明显；）轻载时调速效
8、果不明显；有级调速，有级调速，（3 3）低速时特性软，影响调速效果；）低速时特性软，影响调速效果；（4 4）难以实现无级调速；）难以实现无级调速；（5 5）电阻上的能耗大，造成效率低。）电阻上的能耗大，造成效率低。只适用于对调速要求不高的中小型电机。只适用于对调速要求不高的中小型电机。162 2）改变电压调速（一般是降压）改变电压调速（一般是降压）（1 1）n nn nN N；（2 2）容易实现无级调速；）容易实现无级调速；（3 3）调速特性好，硬度高；）调速特性好，硬度高；（4 4）能耗小。）能耗小。广泛应用于对起制动和调速广泛应用于对起制动和调速 要求较高的场合。要求较高的场合。注意：并励
9、和复励电动机由于改注意：并励和复励电动机由于改变电源电压的同时也会改变磁通大变电源电压的同时也会改变磁通大小，所以不适合改变电压调速。小，所以不适合改变电压调速。173）改变励磁调速（一般是弱磁调速）改变励磁调速（一般是弱磁调速）特点是：特点是：（1）nnN；（；（1.22倍倍nN)（2）无级调速；）无级调速；（3）最高转速受机械强度限制，）最高转速受机械强度限制，D不大；不大；（4）控制方便，能耗小。）控制方便，能耗小。应当注意：直流电动机运行时，励磁回应当注意：直流电动机运行时，励磁回 路不能断开，否则，由于仅有很小的剩路不能断开，否则，由于仅有很小的剩 磁，可能造成磁，可能造成“飞车飞车
10、”事故，或者出现过事故，或者出现过 大的电枢电流而烧坏绕组。大的电枢电流而烧坏绕组。185 5、串励电动机的调速、串励电动机的调速1 1）串电阻调速：曲线）串电阻调速：曲线3 32 2）降低电源电压调速：曲线）降低电源电压调速：曲线2 22 2）改变励磁调速：减小励磁）改变励磁调速：减小励磁（在励磁绕组上并联电阻、（在励磁绕组上并联电阻、串联绕组改为并联）曲线串联绕组改为并联）曲线4 4；增加励磁，如并联绕组改为串联，增加励磁，如并联绕组改为串联，如曲线如曲线5 5。196、直流电动机的起动直流电动机的起动它、并励电动机起动时电流电流倍数等于起动转矩倍数。串它、并励电动机起动时电流电流倍数等于
11、起动转矩倍数。串励电动机起动转矩倍数大于起动电流倍数，因此适合重载起励电动机起动转矩倍数大于起动电流倍数，因此适合重载起动。复励电动机处在上述两者之间。动。复励电动机处在上述两者之间。起动方法：直接起动、降压启动、电枢回路串电阻起动。起动方法：直接起动、降压启动、电枢回路串电阻起动。1）直接起动电流大，因为：）直接起动电流大，因为：刚起动时，由于刚起动时，由于n=0，Ea=0，则电枢电流为：，则电枢电流为：202 2）降压起动）降压起动并励电机不适合降压起动并励电机不适合降压起动串励电机适合降压起动串励电机适合降压起动213 3）电枢回路串电阻起动电枢回路串电阻起动 227 7、直流电动机的反
12、转、直流电动机的反转 反转的条件：电磁转矩反向。反转的条件：电磁转矩反向。反转方法：电枢电流反向；磁场反向（过程慢，不常采用）。反转方法：电枢电流反向；磁场反向（过程慢，不常采用）。它励电动机一般用电枢绕组反接实现电机反转。原因：它励它励电动机一般用电枢绕组反接实现电机反转。原因：它励电机的励磁绕组电感较大，励磁电流反向的过渡过程较长，电机的励磁绕组电感较大，励磁电流反向的过渡过程较长，反向磁通建立较慢。如果电动机容量大，又对反转过程所需反向磁通建立较慢。如果电动机容量大，又对反转过程所需时间要求不高，也有采用励磁绕组反接的。时间要求不高，也有采用励磁绕组反接的。注意并励电机的反转方法。注意并
13、励电机的反转方法。234.5 并励直流发电机并励直流发电机一、并励发电机的自励建压一、并励发电机的自励建压（1）空载自励建压过程：剩磁产生微弱的剩磁电压，进而产生）空载自励建压过程：剩磁产生微弱的剩磁电压，进而产生更大的励磁电流，产生更大的磁场，正反馈作用，电压建立更大的励磁电流，产生更大的磁场，正反馈作用，电压建立起来了。起来了。稳定工作点稳定工作点24（2）自励条件自励条件（a）电机必须有剩磁。否则，必须先充磁。）电机必须有剩磁。否则，必须先充磁。（b）励磁绕组接法与电机转向正确配合，使励磁与剩磁方）励磁绕组接法与电机转向正确配合，使励磁与剩磁方向一致，这样才能形成正反馈。向一致，这样才能
14、形成正反馈。（c）励磁回路总电阻）励磁回路总电阻Rf小于临界场阻值。小于临界场阻值。Rf大大Rf更大更大Rf不大不小不大不小Rf大大25二、并励发电机的外特性：二、并励发电机的外特性：工作特性是指保持发电机的转速工作特性是指保持发电机的转速n不变时，端电压不变时，端电压U和电机电流和电机电流I的关系：的关系：由曲线可见，在负载电流变化时，必须增加励磁，积复励由曲线可见，在负载电流变化时，必须增加励磁，积复励电机是个好选择。电机是个好选择。他励并励电压下降的原因：电压下降的原因：1、电枢反应使磁通减小；、电枢反应使磁通减小；2、并励电机端电压下降引起励磁回路压降。、并励电机端电压下降引起励磁回路压降。积复励电机积复励电机26