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1、10/26/2022 3:17 AM第三章第三章第三章第三章 直流电动机直流电动机直流电动机直流电动机 第一节第一节第一节第一节 直流电机的基本原理与结构直流电机的基本原理与结构直流电机的基本原理与结构直流电机的基本原理与结构 第二节第二节第二节第二节 直流电机电磁转矩和电枢电动势直流电机电磁转矩和电枢电动势直流电机电磁转矩和电枢电动势直流电机电磁转矩和电枢电动势 第三节第三节第三节第三节 他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性 第四节第四节第四节第四节 他励直流电动机的起动和反转他励直流电动机的起动和反转他励直流电动机的起动和反转他励
2、直流电动机的起动和反转 第五节第五节第五节第五节 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动 第六节第六节第六节第六节 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速 10/26/2022 3:17 AM第一节第一节 直流电机的基本原理与结构直流电机的基本原理与结构 一、一、一、一、直流电机的工作原理直流电机的工作原理 （一）直流发（一）直流发（一）直流发（一）直流发电机工作原理电机工作原理电机工作原理电机工作原理 10/26/2022 3:17 AM（二）直流电（二）直流电（二）直流电（二）直流电动机工作原理动机工作原理
3、动机工作原理动机工作原理 10/26/2022 3:17 AM二、二、二、二、直流电机的基本结构直流电机的基本结构 （一）（一）（一）（一）定子定子定子定子 ：由主磁：由主磁：由主磁：由主磁极、换向磁极、机座、极、换向磁极、机座、极、换向磁极、机座、极、换向磁极、机座、端盖和电刷装置等组成端盖和电刷装置等组成端盖和电刷装置等组成端盖和电刷装置等组成 （二）（二）（二）（二）转子：由电枢铁转子：由电枢铁转子：由电枢铁转子：由电枢铁心、电枢绕组、换向器、心、电枢绕组、换向器、心、电枢绕组、换向器、心、电枢绕组、换向器、转轴和风扇等组成。转轴和风扇等组成。转轴和风扇等组成。转轴和风扇等组成。（三）（
4、三）（三）（三）气隙气隙气隙气隙 10/26/2022 3:17 AM三、三、三、三、直流电机的励磁方式直流电机的励磁方式 直流电机的励磁绕组的供电方式称为励磁方式直流电机的励磁绕组的供电方式称为励磁方式直流电机的励磁绕组的供电方式称为励磁方式直流电机的励磁绕组的供电方式称为励磁方式 10/26/2022 3:17 AM四、四、四、四、直流电机的铭牌数据和主要系列直流电机的铭牌数据和主要系列 （一）直流电机的铭牌数据（一）直流电机的铭牌数据（一）直流电机的铭牌数据（一）直流电机的铭牌数据 1 1、电机型号、电机型号、电机型号、电机型号 2 2、额定功率、额定功率、额定功率、额定功率P PN N
5、 3 3、额定电压额定电压额定电压额定电压U UN N 4 4、额定电流额定电流额定电流额定电流I IN N 5 5、额定转速额定转速额定转速额定转速n n N N6 6、电动机额定效率电动机额定效率电动机额定效率电动机额定效率N N 7 7、励磁方式励磁方式励磁方式励磁方式8 8、额定、额定、额定、额定励磁电压励磁电压励磁电压励磁电压U ULNLN9 9、额定、额定、额定、额定励磁电流励磁电流励磁电流励磁电流I ILNLN1010、定额定额定额定额10/26/2022 3:17 AM（二）（二）（二）（二）直流电机主要系列直流电机主要系列直流电机主要系列直流电机主要系列 Z4 Z4 系列系列
6、系列系列 一般用途的小型直流电动机。一般用途的小型直流电动机。一般用途的小型直流电动机。一般用途的小型直流电动机。ZT ZT 系列系列系列系列 广调速直流电动机。广调速直流电动机。广调速直流电动机。广调速直流电动机。ZJ ZJ 系列系列系列系列 精密机床用直流电动机。精密机床用直流电动机。精密机床用直流电动机。精密机床用直流电动机。ZTDZTD系列系列系列系列 电梯用直流电动机。电梯用直流电动机。电梯用直流电动机。电梯用直流电动机。ZZJZZJ系列系列系列系列 起重冶金用直流电动机。起重冶金用直流电动机。起重冶金用直流电动机。起重冶金用直流电动机。ZD2ZD2、ZF2ZF2系列系列系列系列 中
7、型直流电动机。中型直流电动机。中型直流电动机。中型直流电动机。ZQ ZQ 系列系列系列系列 直流牵引电动机。直流牵引电动机。直流牵引电动机。直流牵引电动机。Z-HZ-H系列系列系列系列 船用直流电动机。船用直流电动机。船用直流电动机。船用直流电动机。ZA ZA 系列系列系列系列 防爆安全用电动机。防爆安全用电动机。防爆安全用电动机。防爆安全用电动机。ZLJ ZLJ 系列系列系列系列 力矩直流电动机。力矩直流电动机。力矩直流电动机。力矩直流电动机。10/26/2022 3:17 AM第二节第二节 直流电机电磁转矩直流电机电磁转矩 和电枢电动势和电枢电动势 一、一、一、一、电磁转矩电磁转矩 T=C
8、T=CT TIIIIa a T T T T 9550955095509550 P/n P/n P/n P/n二、二、二、二、电电枢枢电动势电动势 E E E Ea a a aC C C Ce e e en n n n 电电电电枢枢枢枢电电电电动动动动势势势势的的的的方方方方向向向向与与与与电电电电枢枢枢枢电电电电流流流流相相相相反反反反，在在在在电电电电路路路路中中中中起起起起着着着着限限限限制制制制电电电电流的作用。流的作用。流的作用。流的作用。电电电电磁磁磁磁转转转转矩的方向由每极磁通和矩的方向由每极磁通和矩的方向由每极磁通和矩的方向由每极磁通和电电电电枢枢枢枢电电电电流的方向决定。流的方
9、向决定。流的方向决定。流的方向决定。10/26/2022 3:17 AM第三节第三节 他他励励直流直流电动机的机械特性电动机的机械特性 一、一、一、一、他励他励直流电动机的机械特性方程式直流电动机的机械特性方程式 （一）（一）（一）（一）电动势平电动势平电动势平电动势平衡方程式衡方程式衡方程式衡方程式 U U U U E E E Ea a a a+I+I+I+Ia a a aR R R Ra a a a 10/26/2022 3:17 AM（二）（二）（二）（二）他励直流他励直流他励直流他励直流电动电动电动电动机机械特性方程式机机械特性方程式机机械特性方程式机机械特性方程式 n=10/26/2
10、022 3:17 AMn=二、二、二、二、他励他励直流电动机的直流电动机的固有机械特性固有机械特性 当当当当他他他他励励励励直直直直流流流流电电电电动动动动机机机机的的的的电电电电源源源源电电电电压压压压、磁磁磁磁通通通通为为为为额额额额定定定定值值值值，电电电电枢枢枢枢回回回回路路路路未未未未接接接接附附附附加加加加电电电电阻阻阻阻时时时时的机械特性称的机械特性称的机械特性称的机械特性称为为为为固有机械特性固有机械特性固有机械特性固有机械特性 三、三、三、三、他励他励直流电动机的直流电动机的人为人为机械特性机械特性 人人人人为为为为地地地地改改改改变变变变电电电电动动动动机机机机气气气气隙隙
11、隙隙磁磁磁磁通通通通、电电电电源源源源电电电电压压压压 U U U U和和和和电电电电枢枢枢枢回回回回路路路路串串串串联联联联电电电电阻阻阻阻R R R R等等等等参参参参数数数数，获得的机械特性为人为机械特性。获得的机械特性为人为机械特性。获得的机械特性为人为机械特性。获得的机械特性为人为机械特性。10/26/2022 3:17 AM1 1、电枢回路串接电阻电枢回路串接电阻电枢回路串接电阻电枢回路串接电阻R R R R时的人为特性时的人为特性时的人为特性时的人为特性 n=10/26/2022 3:17 AM2 2、改改改改变电变电变电变电源源源源电压时电压时电压时电压时的人的人的人的人为为为
12、为机械特性机械特性机械特性机械特性 n=10/26/2022 3:17 AM3 3、改改改改变变变变磁通磁通磁通磁通时时时时的人的人的人的人为为为为机械特性机械特性机械特性机械特性 n=10/26/2022 3:17 AM第四节第四节他励直流电动机的起动和反转他励直流电动机的起动和反转 一、一、一、一、起动方法起动方法起动方法起动方法 生生生生产产产产机机机机械械械械对对对对直直直直流流流流电电电电动动动动机机机机的的的的起起起起动动动动要要要要求求求求是是是是：起起起起动动动动转转转转矩矩矩矩T T T T足足足足够够够够大大大大，因因因因为为为为只只只只有有有有T T T T大大大大于于于
13、于负负负负载载载载转转转转矩矩矩矩T T T T时时时时，电电电电动动动动机机机机方方方方可可可可顺顺顺顺利利利利起起起起动动动动；起起起起动动动动电电电电流流流流I I I I不不不不可可可可太太太太大大大大；起起起起动设备操作方便，起动时间短，运行可靠，成本低廉。动设备操作方便，起动时间短，运行可靠，成本低廉。动设备操作方便，起动时间短，运行可靠，成本低廉。动设备操作方便，起动时间短，运行可靠，成本低廉。1 1、全压起动全压起动全压起动全压起动 起动电流起动电流起动电流起动电流 I Istst=U=UN N/R/Ra a 起动转矩起动转矩起动转矩起动转矩 T Tstst=C=CT TNNI
14、 I I Istst 10/26/2022 3:17 AM2 2、减压起动减压起动减压起动减压起动 起动电压起动电压起动电压起动电压U Ustst=I=Ist st R Ra a=(1.5-2)=(1.5-2)I INN R Ra a3 3、电枢回路串电枢回路串电枢回路串电枢回路串电阻起动电阻起动电阻起动电阻起动 起动电流起动电流起动电流起动电流I Istst=U UN N /(R/(Ra a+R Rst st)10/26/2022 3:17 AM他励直流电动机他励直流电动机他励直流电动机他励直流电动机4 4 4 4级起动机械特性级起动机械特性级起动机械特性级起动机械特性 10/26/2022
15、 3:17 AM二、二、二、二、直流他励直流他励直流他励直流他励电动电动电动电动机反机反机反机反转转转转 1 1）改改改改变变变变励磁励磁励磁励磁电电电电流方向流方向流方向流方向 2 2）改改改改变电变电变电变电枢枢枢枢电压电压电压电压极性极性极性极性 由由由由于于于于他他他他励励励励直直直直流流流流电电电电动动动动机机机机的的的的励励励励磁磁磁磁绕绕绕绕组组组组匝匝匝匝数数数数多多多多、电电电电感感感感大大大大，励励励励磁磁磁磁电电电电流流流流从从从从正正正正向向向向额额额额定定定定值值值值变变变变到到到到负负负负向向向向额额额额定定定定值值值值的的的的时时时时间间间间长长长长，反反反反向向
16、向向过过过过程程程程缓缓缓缓慢慢慢慢，而而而而且且且且在在在在励励励励磁磁磁磁绕绕绕绕组组组组反反反反接接接接断断断断开开开开瞬瞬瞬瞬间间间间，绕绕绕绕组组组组中中中中将将将将产产产产生生生生很很很很大大大大的的的的自自自自感感感感电电电电动动动动势势势势，可可可可能能能能造造造造成成成成绝绝绝绝缘缘缘缘击击击击穿穿穿穿。所所所所以以以以实实实实际际际际应应应应用中大多采用改变电枢电压极性的方法来实现电动机的反转。用中大多采用改变电枢电压极性的方法来实现电动机的反转。用中大多采用改变电枢电压极性的方法来实现电动机的反转。用中大多采用改变电枢电压极性的方法来实现电动机的反转。10/26/2022
17、 3:17 AM第五节第五节 他励直流电动机的制动他励直流电动机的制动 常常常常用用用用的的的的电电电电气气气气制制制制动动动动有有有有能能能能耗耗耗耗制制制制动动动动、反反反反接接接接制制制制动动动动和和和和发发发发电电电电回回回回馈馈馈馈制制制制动动动动。此此此此时时时时电电电电动动动动机机机机电电电电磁磁磁磁转转转转矩矩矩矩T T与与与与转转转转速速速速n n的的的的方方方方向向向向相相相相反反反反，其其其其机机机机械械械械特特特特性性性性在在在在第第第第、第第第第象限内。象限内。象限内。象限内。一、一、一、一、能耗制动能耗制动 1 1、制制制制动动动动原理原理原理原理 10/26/20
18、22 3:17 AM2 2、机械特性机械特性机械特性机械特性 n=-1 1 1 1）停车时的能耗制动）停车时的能耗制动）停车时的能耗制动）停车时的能耗制动2 2 2 2）稳定运行状态的能）稳定运行状态的能）稳定运行状态的能）稳定运行状态的能 耗制动耗制动耗制动耗制动10/26/2022 3:17 AM 当当当当电电电电动动动动机机机机拖拖拖拖动动动动的的的的是是是是位位位位能能能能性性性性负负负负载载载载，在在在在下下下下放放放放重重重重物物物物时时时时采采采采用用用用能能能能耗耗耗耗制制制制动动动动，从从从从abOabOabOabO为为为为其其其其能能能能耗耗耗耗制制制制动动动动过过过过程程
19、程程。但但但但在在在在O O O O点点点点，拖拖拖拖动动动动系系系系统统统统在在在在位位位位能能能能负负负负载载载载转转转转矩矩矩矩作作作作用用用用下下下下开开开开始始始始反反反反转转转转，电电电电枢枢枢枢电电电电势势势势反反反反向向向向，电电电电枢枢枢枢电电电电流流流流反反反反向向向向，电电电电磁磁磁磁转转转转矩矩矩矩反反反反向向向向，这这这这时时时时机机机机械械械械特特特特性性性性进进进进入入入入第第第第象象象象限限限限，如如如如上上上上图图图图虚虚虚虚线线线线所所所所示示示示。随随随随着着着着转转转转速速速速的的的的增增增增加加加加，电电电电磁磁磁磁转转转转矩矩矩矩也也也也增增增增加加
20、加加，直直直直到到到到电电电电磁磁磁磁转转转转矩矩矩矩等等等等于于于于负负负负载载载载转转转转矩矩矩矩，获获获获得得得得稳稳稳稳定定定定运运运运行行行行，重重重重物物物物获获获获得得得得匀匀匀匀速速速速下下下下放放放放。此此此此状状状状态态态态称称称称为稳定能耗制动运行状态。为稳定能耗制动运行状态。为稳定能耗制动运行状态。为稳定能耗制动运行状态。10/26/2022 3:17 AM二、二、二、二、反接制动反接制动反接制动反接制动 （一）（一）（一）（一）电枢反接制动电枢反接制动电枢反接制动电枢反接制动 1 1、制动原理制动原理制动原理制动原理 Ia=-10/26/2022 3:17 AM2 2
21、、机械特性机械特性机械特性机械特性 n=（二）（二）（二）（二）倒拉反接制倒拉反接制倒拉反接制倒拉反接制动动动动 这这这这种种种种制制制制动动动动方方方方法法法法一一一一般般般般发发发发生生生生在在在在卷卷卷卷扬扬扬扬电电电电动动动动机机机机由由由由提提提提升升升升重重重重物转为下放重物的情况下物转为下放重物的情况下物转为下放重物的情况下物转为下放重物的情况下。10/26/2022 3:17 AM1 1、制动原理制动原理制动原理制动原理 2 2、机械特性机械特性机械特性机械特性 n=10/26/2022 3:17 AM三、三、三、三、发电回馈制动发电回馈制动发电回馈制动发电回馈制动 （一）（一
22、）（一）（一）位能负载高速拖动电动机时的发电回馈制动位能负载高速拖动电动机时的发电回馈制动位能负载高速拖动电动机时的发电回馈制动位能负载高速拖动电动机时的发电回馈制动 当当当当电电电电动动动动机机机机转转转转速速速速高高高高于于于于理理理理想想想想空空空空载载载载转转转转速速速速，电电电电枢枢枢枢电电电电流流流流的的的的方方方方向向向向与与与与电电电电动动动动状状状状态态态态时时时时相相相相反反反反，电电电电动动动动机机机机向向向向电电电电源源源源回回回回馈馈馈馈电电电电能能能能，电电电电磁磁磁磁转转转转矩矩矩矩方方方方向向向向与与与与电电电电动动动动状状状状态态态态时时时时相相相相反反反反，
23、为为为为制制制制动动动动性性性性质质质质。这这这这种种种种电电电电机机机机运运运运行行行行状状状状态态态态称称称称为为为为发发发发电电电电回回回回馈馈馈馈制制制制动动动动。发发发发电电电电回回回回馈馈馈馈制制制制动动动动可出现在降低电枢电压调速时以及位能负载高速拖动电动机场合。可出现在降低电枢电压调速时以及位能负载高速拖动电动机场合。可出现在降低电枢电压调速时以及位能负载高速拖动电动机场合。可出现在降低电枢电压调速时以及位能负载高速拖动电动机场合。10/26/2022 3:17 AMn=机械特性方程式机械特性方程式机械特性方程式机械特性方程式10/26/2022 3:17 AM（二）（二）（二
24、）（二）降低电枢电压调速时的发电回馈制动降低电枢电压调速时的发电回馈制动降低电枢电压调速时的发电回馈制动降低电枢电压调速时的发电回馈制动 10/26/2022 3:17 AM制动形式优 点缺 点应用场合能耗制动1制线路简单、平稳可靠，制动过程中不吸收电能，经济、安全2可以实现准确停车制动效果随转速下降而成比例减小 适用于要求减速平稳场合，例如反抗性负载准确停车。另应用于下放重物反接制动1电枢反接制动转矩随转速变化较小，制动转矩较恒定，制动强烈而迅速2倒拉反接制动的转速可以很低，安全性好。1电枢反接制动有自动反转的可能性。在转速接近零时，应及时切断电源2倒拉反接制动从电网吸收大量电能电枢反接制动
25、应用于频繁正、反转的电力拖动系统。倒拉反接制动不能用于停车，只能应用于起动设备以较低的稳定转速下放重物发电回馈制动1制动简单可靠，不需改变电动机接线2能量反馈到电网，比较经济 1在转速大于理想空载转速时才能产生制动，应用范围较窄 2不能实现停车应用于位能负载的稳定高速下降场合在降压和弱磁调速的过渡过程中可能出现这种制动状态直流电动机制动形式的比较和应用场合直流电动机制动形式的比较和应用场合直流电动机制动形式的比较和应用场合直流电动机制动形式的比较和应用场合 10/26/2022 3:17 AM他励直流电动机四个象限的机械特性曲线他励直流电动机四个象限的机械特性曲线他励直流电动机四个象限的机械特
26、性曲线他励直流电动机四个象限的机械特性曲线 10/26/2022 3:17 AM第六节第六节 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速 由直流电动机机械特性方程式由直流电动机机械特性方程式由直流电动机机械特性方程式由直流电动机机械特性方程式 n n可可可可知知知知，人人人人为为为为地地地地改改改改变变变变电电电电枢枢枢枢电电电电压压压压U U、电电电电枢枢枢枢回回回回路路路路总总总总电电电电阻阻阻阻R R和和和和主主主主磁磁磁磁通通通通都都都都可可可可改改改改变变变变转转转转速速速速n n。所所所所以以以以，直直直直流流流流他他他他励励励励电电电电动动动动机机机机的的的的调调调调速速速速方方方
27、方法法法法有有有有：降降降降压压压压调调调调速速速速、电电电电枢枢枢枢回回回回路路路路串串串串电电电电阻阻阻阻调调调调速速速速和和和和弱弱弱弱磁通调速三种。磁通调速三种。磁通调速三种。磁通调速三种。10/26/2022 3:17 AM一、一、一、一、改变电枢改变电枢改变电枢改变电枢电路串联电阻电路串联电阻电路串联电阻电路串联电阻的调速的调速的调速的调速 这这这这种种种种调调调调速速速速方方方方法法法法适适适适用用用用于于于于小小小小容容容容量量量量电电电电动动动动机机机机调调调调速速速速。但但但但调调调调速速速速电电电电阻阻阻阻不不不不能能能能用用用用起起起起动动动动变变变变阻器代替，因为起动
28、电阻是短时使用的，而调速电阻则是连续工作的。阻器代替，因为起动电阻是短时使用的，而调速电阻则是连续工作的。阻器代替，因为起动电阻是短时使用的，而调速电阻则是连续工作的。阻器代替，因为起动电阻是短时使用的，而调速电阻则是连续工作的。10/26/2022 3:17 AM二、二、二、二、降低降低降低降低电枢电压电枢电压电枢电压电枢电压调速调速调速调速 调压调速由于性能好，广泛用于自动控制系统中。调压调速由于性能好，广泛用于自动控制系统中。调压调速由于性能好，广泛用于自动控制系统中。调压调速由于性能好，广泛用于自动控制系统中。10/26/2022 3:17 AM三、减三、减三、减三、减弱弱弱弱磁通磁通
29、磁通磁通调速调速调速调速 弱磁调速可获得大于电动机理想空载转速的调速性能。弱磁调速可获得大于电动机理想空载转速的调速性能。弱磁调速可获得大于电动机理想空载转速的调速性能。弱磁调速可获得大于电动机理想空载转速的调速性能。10/26/2022 3:17 AM 他励直流电动机调速方法比较他励直流电动机调速方法比较他励直流电动机调速方法比较他励直流电动机调速方法比较 调速方法调速范围相对 稳定性平滑性经济性应 用串电阻调速在额定负载下调速范围为2，轻载时调速范围更小差差调速设备投资少，电能损耗大对调速性能要求不高的场合，适用于与恒转矩负载配合降压调速一般为8左右：100kW以上电机可 达 10左 右；1kW以下的电动机为3左右好好调速设备投资大，电能损耗小对调速要求高的场合，适用于与恒转矩负载配合弱磁调速一般直流电动机为1.2左右。变磁通电机最大可达4较好好调速设备投资少，电能损耗小一般与降压调速配合使用，适用于恒功率负载配合10/26/2022 3:17 AM第三章结束谢谢使用第三章结束谢谢使用!