項(xiàng)目3直流電動機(jī)控制線路的安裝與調(diào)試

1、 工程三 直流電動機(jī)控制線路的安裝與調(diào)試 工程概述 直流電機(jī)是電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的旋轉(zhuǎn)電機(jī)之一，應(yīng)用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔艿碾姍C(jī)稱為直流發(fā)電機(jī)；將直流電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的電機(jī)稱為直流電動機(jī)。直流發(fā)電機(jī)可作為各種直流電源。直流電動機(jī)具有寬廣的調(diào)速范圍、平滑的調(diào)速特性、較高的過載能力、較大的起動和制動轉(zhuǎn)矩等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于對起動和調(diào)速要求較高的生產(chǎn)機(jī)械。直流電動機(jī)作為原動機(jī)帶動各種生產(chǎn)機(jī)械工作，向負(fù)載輸出機(jī)械能，是一種應(yīng)用極為廣泛的電氣設(shè)備。在電動自行車，電腦風(fēng)扇、收錄機(jī)等日常電氣設(shè)備和大型軋鋼設(shè)備、大型精密機(jī)床、礦井卷揚(yáng)機(jī)、市內(nèi)電車、電纜設(shè)備等許多工業(yè)部門中都得到應(yīng)用，

2、本單元學(xué)習(xí)直流電動機(jī)的作用、類型、組成和直流電動機(jī)電氣控制線路的原理、安裝與調(diào)試等內(nèi)容。3.1 直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)、原理 3.1.1 概述 電機(jī)是實(shí)現(xiàn)電能和其它形式的能相互轉(zhuǎn)換的裝置。廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國防工業(yè)和日常生活等許多方面。電機(jī)的類型很多，分類方法也很多。隨著科學(xué)技術(shù)的開展，出現(xiàn)了許多跨領(lǐng)域、跨學(xué)科的綜合性學(xué)科，電機(jī)控制技術(shù)就具有這種高度綜合的特點(diǎn)。電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)給予電機(jī)系統(tǒng)以新的生命力。電機(jī)控制技術(shù)涉及到機(jī)械學(xué)、電動力學(xué)、電機(jī)學(xué)、自動控制、微處理器技術(shù)、電力電子學(xué)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真學(xué)、計(jì)算機(jī)接口技術(shù)、軟件工程學(xué)等等群體技術(shù)。電機(jī)控制技術(shù)包括以下更為具

3、體的內(nèi)容： (1)執(zhí)行機(jī)械技術(shù)包括電機(jī)的原理與設(shè)計(jì)；電機(jī)及傳感器體化；電機(jī)及驅(qū)動控制一體化；機(jī)械機(jī)構(gòu)的動力學(xué)分析；一體化電機(jī)系統(tǒng)；電機(jī)機(jī)構(gòu)的新結(jié)構(gòu)、新原理、新材料、新構(gòu)成等等。 (2)逆變和電機(jī)驅(qū)動技術(shù)包括電力變換技術(shù)；功率驅(qū)動技術(shù)；精密驅(qū)動技術(shù)；電力變換的調(diào)節(jié)控制；脈寬調(diào)制技術(shù)；驅(qū)動保護(hù)技術(shù)；電磁兼容與可靠性等等。 (3)運(yùn)動信息及信號檢測包括傳感器技術(shù)；信號處理技術(shù)；接口技術(shù)等。 (4)自動控制技術(shù)包括控制理論；控制方法以及控制電路的模擬、仿真和調(diào)試技術(shù)。 (5)電機(jī)系統(tǒng)的集成包括電機(jī)系統(tǒng)的一體化設(shè)計(jì)；電機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)；電機(jī)系統(tǒng)的模擬、仿真和實(shí)現(xiàn)；電機(jī)系統(tǒng)的綜合性能分析和評估。 (6)

4、以嵌入式DSP芯片為核心的單片電機(jī)系統(tǒng)SOC(System 0n a Chip)技術(shù)將電機(jī)系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)做在一個單芯片中，它以嵌入式DSP芯片為核心，采用面向?qū)ο蟮钠熊浖?shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的可重構(gòu)、可擴(kuò)充和通用性。它可以適用于無刷電動機(jī)、感應(yīng)電動機(jī)、同步電動機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)、步進(jìn)電動機(jī)的反響控制、矢量控制、智能控制等高層次控制。 (7)網(wǎng)絡(luò)信息家電中的電機(jī)控制技術(shù) “網(wǎng)絡(luò)信息家電。是一種概念，是一種新領(lǐng)域。它是信息技術(shù)與家用電器智能控制技術(shù)的結(jié)合。它是信息時代的重要物質(zhì)根底。它是計(jì)算機(jī)、自動控制、信息技術(shù)、電工等學(xué)科交叉融合產(chǎn)生的新興領(lǐng)域。3.1.2 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)直流電動機(jī)和直流發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)根本

5、是相同的，即都有可旋轉(zhuǎn)局部和靜止局部?？尚D(zhuǎn)局部稱為轉(zhuǎn)子，靜止局部稱為定子，在定子和轉(zhuǎn)子之間存在著空氣隙。小型直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)如圖31所示，其剖面結(jié)構(gòu)如圖32所示。 圖31 小型直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu) 圖32 小型直流電動機(jī)的剖面結(jié)構(gòu)1、定子局部定子的作用，在電磁方面是產(chǎn)生磁場和構(gòu)成磁路，在機(jī)械方面是整個電機(jī)的支撐，定子由磁極、機(jī)座、換向極、電刷裝置、端蓋和軸承組成。一主磁極主磁極的作用是產(chǎn)生恒定、有一定的空間分布形狀的氣隙磁通密度。主磁極由主磁極鐵心和放置在鐵心上的勵磁繞組構(gòu)成。主磁極鐵心分成極身和極靴，極靴的作用是使氣隙磁通密度的空間分布均勻并減小氣隙磁阻，同時極靴對勵磁繞組也起支撐作用。為減小渦

6、流損耗，主磁極鐵心是用1.01.5mm厚的低碳鋼板沖成一定形狀，用鉚釘把沖片鉚緊，然后再固定在機(jī)座上。主磁極上的線圈是用來產(chǎn)生主磁通的，稱為勵磁繞組。主磁極的結(jié)構(gòu)如圖33a所示。當(dāng)給勵磁繞組通入直流電時，各主磁極均產(chǎn)生一定極性，相鄰兩主磁極的極性是N、S交替出現(xiàn)的。二機(jī)座直流電機(jī)的機(jī)座有兩種形式，一種為整體機(jī)座，另一種為疊片機(jī)座。整體機(jī)座是用導(dǎo)磁率效果較好的鑄鋼材料制成的，該種機(jī)座能同時起到導(dǎo)磁和機(jī)械支撐作用。由于機(jī)座起導(dǎo)磁作用，因此機(jī)座是主磁路的一局部，成為定子鐵軛。主磁極、換向極及端蓋均固定在機(jī)座上，機(jī)座起支撐作用。一般直流電機(jī)均采用整體機(jī)座。疊片機(jī)座是用薄鋼板沖片疊壓成定子鐵軛，再把定子

7、鐵軛固定在一個專起支撐作用的機(jī)座里，這樣定子鐵軛和機(jī)座是分開的，機(jī)座只起支撐作用，可用普通鋼板制成。疊片機(jī)座主要用于主磁通變化快，調(diào)速范圍較高的場合。三換向極換向極又稱為附加極，其結(jié)構(gòu)如圖33 b所示，換向極安裝在相鄰的兩主磁極之間，用螺釘固定在機(jī)座上，用來改善直流電機(jī)的換向，一般電機(jī)容量超過1kW時均應(yīng)安裝換向極。換向極是由換向極鐵心和換向極線圈組成。換向極鐵心可根據(jù)換向要求用整塊鋼制成，也可用厚11.5mm厚鋼板或硅鋼片疊成，所有的換向極線圈串聯(lián)后稱換向繞組，換向繞組與電樞繞組串聯(lián)。換向極數(shù)目一般與主極數(shù)目相同，但在功率很小的直流電機(jī)中，只裝主極數(shù)一半的換向極或不裝換向極。換向極極性根據(jù)換

8、向要求確定。圖33 直流電機(jī)主磁極和換向極結(jié)構(gòu) a主磁極結(jié)構(gòu)；b換向極結(jié)構(gòu)四電刷電刷裝置的作用是通過電刷和旋轉(zhuǎn)的換向器外表的滑動接觸，把轉(zhuǎn)動的電樞繞組與外電路連接起來。電刷裝置一般由電刷、刷握、刷桿、刷桿座和匯流條組成，電刷的結(jié)構(gòu)如圖34所示。電刷是用石墨制成的導(dǎo)電塊，放在刷握內(nèi)，用彈簧以一定的壓力將它壓在換向器的外表上。刷握用螺釘夾緊在刷桿上，刷桿裝在一個可以轉(zhuǎn)動的刷桿座上，成為一個整體部件。刷桿與刷桿座之間是絕緣的，以免正、負(fù)電刷短路。五端蓋電機(jī)中的端蓋主要起支撐作用。端蓋固定在機(jī)座上，其上放置軸承支撐直流電機(jī)的轉(zhuǎn)軸，使直流電機(jī)能夠旋轉(zhuǎn)。圖34 電刷的結(jié)構(gòu)2 轉(zhuǎn)子局部轉(zhuǎn)子又稱電樞，是電機(jī)的

9、轉(zhuǎn)動局部，其作用是感應(yīng)電勢和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)子由電樞鐵心、換向器、電機(jī)轉(zhuǎn)軸、電樞繞組、軸承和風(fēng)扇組成。一電樞鐵心電樞鐵心的作用是通過磁通電機(jī)磁路的一局部和嵌放電樞繞組。為減小當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時鐵心中的磁通方向發(fā)生變化引起的磁滯損耗和渦流損耗，電樞鐵心用0.35mm或0.5mm厚的硅鋼片疊成，疊片兩面涂有絕緣漆。鐵心疊片沿軸向疊裝，中小型電機(jī)的電樞鐵心通常直接壓裝在軸上；在大型電機(jī)中，由于轉(zhuǎn)子直徑較大，電樞鐵心壓裝在套于軸上的轉(zhuǎn)子支架上。電樞鐵心沖片上沖有放置電樞繞組的電樞槽、軸孔和通風(fēng)孔。圖35所示為小型直流電機(jī)的電樞沖片形狀和電樞鐵心裝配圖。圖35 電樞沖片和電樞鐵心裝配圖二換

10、向器換向器又稱為整流子，對于發(fā)電機(jī)，換向器的作用是把電樞繞組中的交變電動勢轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妱觿菹蛲獠枯敵鲋绷麟妷?，對于電動機(jī)，它是把外界供應(yīng)的直流電流轉(zhuǎn)變?yōu)槔@組中的交變電流以使電機(jī)旋轉(zhuǎn)。換向器結(jié)構(gòu)如圖36所示。換向器是由換向片組合而成，是直流電機(jī)的關(guān)鍵部件，也是最薄弱的局部。換向器采用導(dǎo)電性能好、硬度大、耐磨性能好的紫銅或銅合金制成。換向片的底部做成燕尾形狀，換向片的燕尾局部嵌在含有云母絕緣的V型鋼環(huán)內(nèi)，拼成圓筒形套入鋼套筒上，相鄰的兩換向片間以0.61.2mm的云母片作為絕緣，最后用螺旋壓圈壓緊。換向器固定在轉(zhuǎn)軸的一端。換向片靠近電樞繞組一段的局部與繞組引出線相焊接。圖36 換向器結(jié)構(gòu)(a)換向

11、片:(b)換向器三轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸起轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的支撐作用，需有一定的機(jī)械強(qiáng)度和剛度，一般用圓鋼加工而成。四電樞繞組電樞繞組安放在電樞鐵心槽內(nèi)，隨著電樞旋轉(zhuǎn)，在電樞繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢；當(dāng)電樞繞組中通過電流時，能與磁場作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使電樞向一定的方向旋轉(zhuǎn)。在電機(jī)中每一個線圈稱為一個元件，多個元件有規(guī)律地連接起來形成電樞繞組。繞制好的繞組放置在電樞鐵心上的槽內(nèi)，放置在鐵心槽內(nèi)的直線局部在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，稱為元件的有效局部；在電樞槽兩端把有效局部連接起來的局部稱為端接局部，端接局部僅起連接作用，在電機(jī)運(yùn)行過程中不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。電樞繞組用圓銅線或矩形截面銅導(dǎo)線制成，銅線的截面積決定于線圈中通過電

12、流的大小。在直流電機(jī)電樞槽的剖面圖中，除導(dǎo)線本身包有絕緣外，上下層線圈間及線圈和鐵心之間都必須妥善絕緣。為了防止線圈在離心力作用下甩出，在槽口處用槽楔將線圈邊封在槽內(nèi)，線圈伸出槽外的端接局部，用熱固性無緯玻璃絲帶或非磁性鋼絲扎緊。槽楔可用竹片或酚醛玻璃布板制成。3.1.3電機(jī)控制技術(shù)要素電機(jī)控制技術(shù)的要素，指對具體的電機(jī)控制系統(tǒng)的最根本的描述或最簡潔的定性描述。一般認(rèn)為電機(jī)控制系統(tǒng)由三要素組成： (1) 被控制的負(fù)載； (2) 電動機(jī)； (3) 控制電路。三要素的良好結(jié)合那么構(gòu)成電機(jī)控制系統(tǒng)。31.4 直流電動機(jī)的類型 按電能轉(zhuǎn)換方式分類按電能轉(zhuǎn)換方式電機(jī)分為發(fā)電機(jī)和電動機(jī)。按電源類型分類按電

13、源類型電機(jī)分為直流電機(jī)和交流電機(jī)。按運(yùn)行形式分類按運(yùn)行形式電機(jī)分為運(yùn)動電機(jī)和靜止電機(jī)。除去上面三種分類方法外，還有一些其他分類方法。電機(jī)分類時先按一種形式為主進(jìn)行分類，否那么會出現(xiàn)交叉或混亂，甚至分不清到底有多少類電機(jī)。如先按電源類型分類為主電機(jī)分類如下：電機(jī)：直流電機(jī)：直流電動機(jī)：他勵直流電動機(jī) 自勵直流電動機(jī)：串勵直流電動機(jī) 并勵直流電動機(jī) 復(fù)勵直流電動機(jī)直流發(fā)電機(jī)：他勵直流發(fā)電機(jī) 自勵直流發(fā)電機(jī)：串勵直流發(fā)電機(jī) 并勵直流發(fā)電機(jī) 復(fù)勵直流發(fā)電機(jī)交流電機(jī)：交流電動機(jī)：三相交流電動機(jī)：三相交流異步電動機(jī)：籠型轉(zhuǎn)子三相交流異步電動機(jī)，繞線轉(zhuǎn)子三相交流異步電動機(jī)。三相交流同步電動機(jī)：凹極轉(zhuǎn)子三相交

14、流同步電動機(jī)，凸極轉(zhuǎn)子三相交流同步電動機(jī)。單相交流電動機(jī)：電阻啟動單相交流異步電動機(jī)， 電容起動單相交流異步電動機(jī)， 電容運(yùn)轉(zhuǎn)單相交流異步電動機(jī)， 罩極啟動單相交流異步電動機(jī)。交流發(fā)電機(jī)：三相交流同步發(fā)電機(jī)， 三相交流異步發(fā)電機(jī)。變壓器：單相變壓器， 三相變壓器，特殊用途變壓器。特殊電機(jī)直流電機(jī)中有兩種根本繞組，即勵磁繞組和電樞繞組。勵磁繞組和電樞繞組之間的連接方式稱為勵磁方式，不同勵磁方式的直流電機(jī)，其特性有很大的差異，應(yīng)選擇勵磁方式是選擇直流電機(jī)的重要依據(jù)。直流電機(jī)的勵磁方式可分為他勵、并勵、串勵、復(fù)勵四類，如圖37所示。1他勵電機(jī) 他勵直流電動機(jī)的勵磁繞組和電樞繞組分別由兩個不同的電源供

15、電，這兩個電源的電壓可以相同，也可以不同。如圖37a，勵磁電流If的大小僅決定于勵磁電源的電壓和勵磁回路的電阻，而與電機(jī)的電樞電壓大小及負(fù)載根本無關(guān)。用永久磁鐵作主磁極的電機(jī)可當(dāng)作他勵電機(jī)。2并勵電機(jī) 并勵式直流電動機(jī)勵磁繞組和電樞繞組并聯(lián)，由同一電源供電，其接線圖如圖37b。勵磁電流一般為額定電流的5%，要產(chǎn)生足夠大的磁通，需要有較多的匝數(shù)，所以并勵繞組匝數(shù)多，導(dǎo)線較細(xì)。并勵式直流電動機(jī)一般用于恒壓系統(tǒng)。中小型直流電動機(jī)多為并勵式。圖37 直流電機(jī)按勵磁方式分類a他勵；b并聯(lián)；c串勵；d復(fù)勵；e復(fù)勵3串勵電機(jī) 勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，如圖37c。勵磁電流與電樞電流相同，數(shù)值較大，因此，串勵繞

16、組匝數(shù)很少，導(dǎo)線較粗。串勵式直流電動機(jī)具有很大的起動轉(zhuǎn)矩，但其機(jī)械特性很軟，且空載時有極高的轉(zhuǎn)速，串勵式直流電動機(jī)不準(zhǔn)空載或輕載運(yùn)行。串勵式直流電動機(jī)常用于要求很大起動轉(zhuǎn)矩且轉(zhuǎn)速允許有較大變化的負(fù)載等。4復(fù)勵電機(jī) 電機(jī)至少由兩個繞組勵磁，其中之一是串勵繞組，其他為他勵或并勵繞組，如圖37d所示。通常他勵或并勵繞組起主要作用，串勵繞組起輔助作用。假設(shè)串勵繞組和他勵或并勵繞組的磁勢方向相同，稱為積復(fù)勵；該型電機(jī)多用于要求起動轉(zhuǎn)矩較大，轉(zhuǎn)速變化不大的負(fù)載；由于積復(fù)勵式直流電動機(jī)在兩個不同旋轉(zhuǎn)方向上的轉(zhuǎn)速和運(yùn)行特性不同，因此不能用于可逆驅(qū)動系統(tǒng)中。假設(shè)串勵繞組和并勵或他勵繞組的磁勢方向相反，稱為差復(fù)勵

17、；差復(fù)勵式直流電動機(jī)一般用于起動轉(zhuǎn)矩小，而要求轉(zhuǎn)速平穩(wěn)的小型恒壓驅(qū)動系統(tǒng)中；這種勵磁方式的直流電動機(jī)也不能用于可逆驅(qū)動系統(tǒng)中。3.1.5 直流電動機(jī)的工作原理 1 直流電動機(jī)的工作原理把電刷A、B接到一直流電源上，電刷A接電源的正極，電刷B接電源的負(fù)極，根據(jù)電樞線圈中將有電流流過。圖3-8 直流他勵電動機(jī)的工作原理圖如圖38a所示，設(shè)線圈的ab邊位于N極下，線圈的cd邊位于S極下，載流導(dǎo)體在磁場中受到電磁力的作用，其大小為：f = BXli 31 式中，f為電磁力，單位為N ；BX為導(dǎo)體所在處的磁通密度，單位為Wb/m；l為導(dǎo)體ab或cd的有效長度，單位m；i為導(dǎo)體中流過的電流，單位為A。導(dǎo)體

18、受力方向由左手定那么確定。在圖38a的情況下，位于N極下的導(dǎo)體ab受力方向?yàn)閺挠蚁蜃螅挥赟極下的導(dǎo)體cd受力方向?yàn)閺淖蟮接?。?dǎo)體所受電磁力對軸產(chǎn)生一轉(zhuǎn)矩，這種由于電磁作用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩稱為電磁轉(zhuǎn)矩，電磁轉(zhuǎn)矩的方向?yàn)槟鏁r針。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩大于阻力矩時，線圈按逆時針方向變?yōu)閺挠蚁蜃?；而原位于N極下的導(dǎo)體ab轉(zhuǎn)到S極下，導(dǎo)體ab受力方向變?yōu)閺淖笙蛴?，該轉(zhuǎn)矩的方向仍為逆時針方向，線圈在此轉(zhuǎn)矩作用下繼續(xù)按逆時針方向旋轉(zhuǎn)。這樣雖然導(dǎo)體中流通的電流為交變的，但N極下的導(dǎo)體受力方向和S極下導(dǎo)體受力的方向并未發(fā)生變化，電動機(jī)在此方向不變的轉(zhuǎn)矩作用下轉(zhuǎn)動。同直流發(fā)電機(jī)相同，實(shí)際的直流電動機(jī)的電樞并非單一線圈，磁極也并

19、非一對。3.1.6 直流電機(jī)的銘牌銘牌釘在電動機(jī)機(jī)座的外邊面上，其上標(biāo)明電機(jī)主要額定數(shù)據(jù)及電機(jī)產(chǎn)品數(shù)據(jù)，供使用者使用時參考。銘牌數(shù)據(jù)主要包括：電機(jī)型號、電機(jī)額定功率、電機(jī)額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速和額定勵磁電流及勵磁方式等，此外還有電機(jī)的出廠數(shù)據(jù)如出廠編號、出廠日期等。電機(jī)的產(chǎn)品型號表示電機(jī)的結(jié)構(gòu)和使用特點(diǎn)，國產(chǎn)電機(jī)型號一般采用大寫的漢語拼音字母和阿拉伯?dāng)?shù)字表示，其格式為：第一局部用大寫的拼音表示產(chǎn)品代號，第二局部用阿拉伯?dāng)?shù)字表示設(shè)計(jì)序號，第三局部用阿拉伯?dāng)?shù)字表示機(jī)座代號，第四局部用阿拉伯?dāng)?shù)字表示電樞鐵心長度代號。以Z192為例說明如下：Z192中Z表示一般用途直流電機(jī)；2表示設(shè)計(jì)序號，第二

20、次改型設(shè)計(jì)；9表示機(jī)座序號；2電樞鐵心長度序號。 第一局部字符的含義如下：Z系列：一般用途直流電動機(jī)如Z2，Z3，Z4等系列；ZJ系列：精密機(jī)床用直流電動機(jī)；ZT系列：廣調(diào)速直流電動機(jī)；ZQ系列：直流牽引電動機(jī)；ZH系列：船用直流電動機(jī)；ZA系列：防爆平安型直流電動機(jī)；ZKJ系列：挖掘機(jī)用直流電動機(jī)；ZZJ系列：冶金起重機(jī)用直流電動機(jī)；電機(jī)銘牌上所標(biāo)的數(shù)據(jù)稱為額定數(shù)據(jù)，具體含義如下：額定功率PN：指在額定條件下電機(jī)所能供應(yīng)的功率。對于電動機(jī)額定功率是指電動機(jī)軸上輸出的最大機(jī)械功率；對于發(fā)電機(jī)是指電刷間輸出的最大電功率。額定功率的單位為kW。額定功率、額定電壓和額定電流的關(guān)系為：發(fā)電機(jī) PN=U

21、NIN 103 kW 電動機(jī) PN=UNIN hN103 kW額定電壓UN：是指額定工況條件下，電機(jī)出線端的平均電壓。對于電動機(jī)是指輸入額定電壓，對于發(fā)電機(jī)指輸出額定電壓。額定電壓的單位為V。額定電流IN：指電機(jī)在額定電壓下，運(yùn)行于額定功率時對應(yīng)的電流值。額定電流的單位為A。額定轉(zhuǎn)速nN：指對應(yīng)于額定電流，額定電壓，電機(jī)運(yùn)行于額定功率時所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速。額定功率的單位為r/min。額定勵磁電流IfN：指對應(yīng)于額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速及額定功率時的勵磁電流。額定勵磁電流的單位為A。勵磁方式：指直流電機(jī)的勵磁線圈與其電樞線圈的連接方式。根據(jù)電樞線圈與勵磁線圈的連接方式不同，直流電機(jī)勵磁有并勵、串勵

22、、他勵、復(fù)勵等方式。此外，電機(jī)的銘牌上還標(biāo)有其他數(shù)據(jù)，如勵磁電壓、出廠日期、出廠編號等。額定值是選用或使用電機(jī)的主要依據(jù)。電機(jī)在運(yùn)行時的各種數(shù)據(jù)可能與額定值不同，由負(fù)載的大小決定。假設(shè)電機(jī)的電流正好等于額定值，稱為滿載運(yùn)行；假設(shè)電機(jī)的電流超過額定值，稱為過載運(yùn)行；假設(shè)比額定值小得多，稱為輕載運(yùn)行。長期過載運(yùn)行將使電機(jī)過熱，降低電機(jī)壽命甚至損壞；長期輕載運(yùn)行使電機(jī)的容量不能充分利用。故在選擇電機(jī)時，應(yīng)根據(jù)負(fù)載的要求，盡可能使電機(jī)運(yùn)行在額定值附近。3.2 直流電動機(jī)的拆卸與安裝 電動機(jī)的拆卸1切斷電源。拆開電動機(jī)與電源的連線，并對電源線線頭做好絕緣處理。2脫開皮帶輪或聯(lián)軸器，松掉地腳螺釘和接地螺栓

23、。3拆卸帶輪或聯(lián)軸器。先在帶輪或聯(lián)軸器舞曲伸端或聯(lián)軸器端做好尺寸標(biāo)記，再將皮帶輪或聯(lián)軸器上的定位螺絲釘或銷子松脫取下，裝上拉具，拉具的絲桿端要對準(zhǔn)電動機(jī)軸的中心，轉(zhuǎn)動絲杠，把皮帶軸或聯(lián)軸器慢慢拉出。如拉不出，不要強(qiáng)拉；可在定位螺孔內(nèi)注入煤油，等待幾小時后再拉。如仍拉不出，可用噴燈等急火在皮帶輪外側(cè)軸套四周加熱，使其膨脹，便可拉出。加熱溫度不能太高，防止軸變形。拆卸過程中不用手錘直接敲擊皮帶輪，防止皮帶界線中聯(lián)軸器碎裂、軸變形和端蓋受損等。4拆卸風(fēng)扇罩、風(fēng)扇。封閉式電動機(jī)在拆卸皮帶輪或聯(lián)軸大后，就右以把外風(fēng)扇罩的螺栓松脫，取下風(fēng)扇罩，然后松脫或取下轉(zhuǎn)子軸尾端風(fēng)扇上的定位螺釘或銷子，用手錘在風(fēng)扇四

24、周均勻輕淘氣，風(fēng)扇就可以取下。小型電動機(jī)的風(fēng)扇一般可不用取下，可隨轉(zhuǎn)子一起抽出。如果后端蓋內(nèi)的軸承需要加油或更換時就必須拆卸。5拆卸軸承蓋和端蓋。先把軸承外蓋的螺栓松下，拆下軸承外蓋。為了方便裝配時復(fù)位，應(yīng)在端蓋與機(jī)座接縫處的任意位置上做一標(biāo)記，然后松開端蓋的緊固螺栓，最后用手錘均勻淘氣打端蓋四周淘氣打時要墊一木塊，把端蓋取下。較大型電動機(jī)端蓋較重，應(yīng)先把端蓋用丐重設(shè)備吊住，以免端蓋卸下時跌碎或碰壞繞組。對于小型電動機(jī)，可以先把軸伸端的軸承外蓋卸下，再松開后端蓋的緊固螺栓如風(fēng)扇葉是裝在軸伸端，那么需先把端蓋的軸承外蓋取下，然后用木錘輕敲軸伸端，就可以把轉(zhuǎn)子和后端蓋一起下。 拆卸軸承，常用以下方

25、法： 用拉具拆卸。可根據(jù)軸承的大小，選擇適用拉具，拉具的腳爪應(yīng)緊扣在軸承的內(nèi)圈上。 用銅棒拆卸。在軸承的內(nèi)圈上墊上銅棒，用手錘向軸外方向敲打銅棒，將軸承推出。敲打時要在軸承內(nèi)圈四周上對稱的兩側(cè)輪流敲析，不可偏敲一面或用力過猛。 擱在圓筒上拆卸。在軸承的內(nèi)圓下面用兩塊鐵板夾住，擱在一只內(nèi)徑略大于轉(zhuǎn)子外徑的圓筒上面，在軸的端面上墊上銅塊，用手錘敲打，著力點(diǎn)對準(zhǔn)軸的中心，圓筒內(nèi)放一些棉紗頭，防止軸承脫下時轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)軸被子摔壞。當(dāng)敲到軸承逐漸松動時，用力要減弱， 加熱拆卸。假設(shè)因軸承裝配過緊或軸承氧化，不易拆卸時，可用1000C左右的機(jī)油澆在軸承內(nèi)圈上，趁熱用上述方法拆卸，可用布包好轉(zhuǎn)軸，防止熱量擴(kuò)散。

26、 軸承在端蓋內(nèi)的拆卸。在拆卸電動機(jī)時，假設(shè)遇到軸承留在端蓋的軸孔內(nèi)時，把端蓋止口面朝上，平穩(wěn)地?cái)R在兩塊鐵板上，墊上一段直徑小于軸承外徑的金屬棒，沿軸承的外圈敲打金屬棒敲打，將軸承敲出。 抽出或吊出轉(zhuǎn)子。小型電動機(jī)的轉(zhuǎn)子可以連同后端蓋一起取出，抽出轉(zhuǎn)子時應(yīng)小心緩慢，不能歪斜，防止碰傷定子繞組。對于大、中型電動機(jī)其轉(zhuǎn)子較重，要用起重設(shè)備將轉(zhuǎn)子吊出。用鋼絲繩套住轉(zhuǎn)子兩端軸頸，軸頸受力處要襯墊紙板或棉紗、棉布，當(dāng)轉(zhuǎn)子的重心已移出定子時，立即在定子和轉(zhuǎn)子間隙內(nèi)塞入紙板墊襯，并在轉(zhuǎn)子移出的軸端墊一支架或木塊架住院轉(zhuǎn)子，然后將鋼絲繩改吊住轉(zhuǎn)子體不要將鋼絲繩吊在鐵心風(fēng)道里，同時在鋼繩與轉(zhuǎn)子之間襯墊紙板慢慢將轉(zhuǎn)

27、子吊出。3.2.2 電動機(jī)的保養(yǎng)1清塵。用吹塵器或壓縮空氣吹去定子繞組中的積塵，并用抹布擦凈轉(zhuǎn)子體。檢查定子和轉(zhuǎn)子有無損傷。2軸承清洗。將軸承和軸承蓋先用煤油浸泡后，用油刷清洗干凈，再用棉布擦凈。3軸承檢查。檢查軸承有無裂紋，再用手旋轉(zhuǎn)軸承外套，觀察其轉(zhuǎn)動是否靈活、均勻。如發(fā)現(xiàn)軸承有卡住或過松現(xiàn)象，要用塞尺檢查軸承的磨損情況。磨損情況如超過表3-1允許值，應(yīng)考慮更換新軸承。軸承內(nèi)徑/mm最大磨損/mm軸承內(nèi)徑/mm最大磨損/mm20300.1851200.30.435800.21201500.40.5表3-1 滾動軸承的允許磨損值4)更換軸承。如更換新軸承,應(yīng)將其放于70800C的變壓器油中加

28、熱5min左右，待全部防銹脂熔去后，再用煤油清洗干凈，并用棉布擦凈待裝。3.2.3 電動機(jī)的裝配電動機(jī)的裝配順序按拆卸時的逆順序進(jìn)行。裝配前，各配合處要先清理除銹，裝配時應(yīng)按各部件拆卸時所做標(biāo)記復(fù)位。1滾動軸承的安裝 冷套法。把軸承套到軸上，對準(zhǔn)軸頸，用一段內(nèi)徑略大于軸徑而外徑略小于軸承內(nèi)圈的鐵管，將其一端頂在軸承的內(nèi)圈上，用手錘敲打鐵管的另一端，將軸承推進(jìn)去。有條件的可用壓床壓入法。 熱套法。把軸承置于801000C的變壓器油中加熱3040min。加熱時軸承要放在浸于油內(nèi)的網(wǎng)架上，不與箱底或箱壁接觸。為防止軸承退火，加熱要均勻，溫度和時間不宜超過要求。熱套時，要趁熱迅速把軸承一直推到軸頸。如

29、套不進(jìn)，應(yīng)檢查原因，假設(shè)無外因，可用套筒頂住軸承內(nèi)圈，用手錘輕敲入。并用棉布擦凈。 注潤滑脂。已裝的軸承要加注潤滑脂于其內(nèi)外套之間。塞裝要均勻潔凈，不要塞裝過滿。軸承內(nèi)外蓋中也要注潤滑脂，一般使其占蓋內(nèi)容積的1/31/2。2 后端蓋的安裝。將軸伸端朝下垂直放置，在其端面上墊付上木板，將后端蓋套在后軸承上，用木錘敲打，把后端蓋敲進(jìn)去后，裝軸承外蓋，緊固內(nèi)外軸承蓋的螺栓時要逐步擰緊，不能先緊一個，再緊另一個。3 轉(zhuǎn)子的安裝。把轉(zhuǎn)子對準(zhǔn)定子孔中心，小心地往里送放，后端蓋要對準(zhǔn)機(jī)座的標(biāo)記，旋上后端蓋螺栓，暫不要擰緊。4前端蓋的安裝。將前端蓋對準(zhǔn)與機(jī)座的標(biāo)記，用木錘均勻敲擊端蓋四周，不可單邊著力，并擰上

30、端蓋的緊固螺栓。擰緊前后端蓋的螺栓時，要按對角線上下左右逐步擰緊，便四周均勻受力。否那么易造成耳攀斷裂或轉(zhuǎn)子的同心度不良等。然后再裝前軸承外端蓋，先在外軸承蓋孔內(nèi)插入一根螺栓，一手頂住螺栓，另一手緩慢轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)軸，軸承內(nèi)蓋也隨之轉(zhuǎn)動，當(dāng)手感覺到軸承內(nèi)外蓋螺孔對齊時，就可以將螺栓擰入內(nèi)軸承蓋的螺孔內(nèi)，再裝另外幾根螺栓。緊固時，也要逐步均勻擰緊。5風(fēng)扇和風(fēng)扇罩的安裝。先安裝風(fēng)扇葉，對準(zhǔn)鍵槽或止緊螺釘孔，一般可以推入或輕輕敲入，然后按機(jī)體標(biāo)記，推入風(fēng)扇罩，轉(zhuǎn)動機(jī)軸，風(fēng)扇罩和風(fēng)扇葉無摩擦，擰緊固螺釘。6皮帶輪的安裝。安裝時要對準(zhǔn)鍵槽或止緊螺釘孔。中小型電動機(jī)可在皮帶輪的端面上墊上木塊或銅板，用手錘打入。假

31、設(shè)打入困難，可將軸的另一端也墊上木塊或銅板頂在鞏固的止擋物上，打入皮事輪。安裝大型電動機(jī)的皮帶輪或聯(lián)軸器，可用千斤頂將皮帶輪頂入，但要用鞏固的止擋物頂住機(jī)軸另一端和千斤頂?shù)鬃?。裝配后的檢驗(yàn)1一般檢查。檢查所有螺栓是否擰緊；轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動是否靈洛，軸伸端徑向是否有偏擺現(xiàn)象。2絕緣電阻測定。用500V兆歐美表，測電動機(jī)定子繞組的相與相、相與機(jī)殼的絕緣電阻，其值不得小于0.5M。3三相電流測量。按電動機(jī)銘牌的技術(shù)要求正確接線，機(jī)殼接好保護(hù)線，接通電源，用鉗形表分別測量三相空載電流的大小及平衡情況。4溫升檢查。檢查鐵心、軸承的溫度是否過高，軸承在運(yùn)行時是否有異常聲音等。3.3 他勵直流電動機(jī)的啟動控制3.3

32、.1 降低電源電壓起動圖3-9直流電動機(jī)降壓啟動接線圖電動機(jī)的起動是指電動機(jī)接通電源后，由靜止?fàn)顟B(tài)加速到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的過程。電動機(jī)在起動瞬間n=0的電磁轉(zhuǎn)矩稱為起動轉(zhuǎn)矩Tst，起動瞬間的電樞電流稱為起動電流Ist。起動轉(zhuǎn)矩為Tst=CTIst 32 如果他勵直流電動機(jī)在額定電壓下直接起動，由于起動瞬間n=0， Ea=0，故起動電流為Ist= 33 因?yàn)殡姌须娮鑂a很小，所以，直接起動電流將到達(dá)很大的數(shù)值，通?？傻竭_(dá)1020IN。過大的起動電流會引起電網(wǎng)電壓下降，影響電網(wǎng)上其他用戶；使電動機(jī)的換向嚴(yán)重惡化，甚至?xí)龎碾妱訖C(jī)；同時過大的沖擊轉(zhuǎn)矩會損壞電樞繞組和傳動機(jī)構(gòu)。因此，除了個別容量很小的電動

33、機(jī)外，一般直流電動機(jī)是不允許直接起動的。對直流電動機(jī)的起動，一般有如下要求：1要有足夠大的起動轉(zhuǎn)矩。2起動電流要限制在一定的范圍內(nèi)。3起動設(shè)備要簡單、可靠。為了限制起動電流，他勵直流電動機(jī)通常采用電樞回路串電阻起動或降低電樞電壓起動。無論采用哪種起動方法，起動時都應(yīng)保證電動機(jī)的磁通到達(dá)最大值。這是因?yàn)樵谕瑯拥碾娏飨?，大那么Tst大；而在同樣的轉(zhuǎn)矩下，大那么Ist可以小一些。當(dāng)直流電源電壓可調(diào)時，可以采用降壓方法起動。起動時，以較低的電源電壓起動電動機(jī)，起動電流便隨電壓的降低而正比減小。隨著電動機(jī)轉(zhuǎn)速的上升，反電動勢逐漸增大，再逐漸提高電源電壓，使起動電流和起動轉(zhuǎn)矩保持在一定的數(shù)值上，從而保證電

34、動機(jī)按需要的加速度升速。降壓起動雖然需要專用電源，設(shè)備投資較大，但它起動平穩(wěn)，起動過程中能量損耗小，因而得到了廣泛的應(yīng)用。3.3.2 電樞回路串電阻起動電動機(jī)起動前，應(yīng)使勵磁回路調(diào)節(jié)電阻Rst=0，這樣勵磁電流If最大，使磁通最大。電樞回路串接起動電阻Rst，在額定電壓下的起動電流為Ist= 34 式中，Rst值應(yīng)使Ist不大于允許值。對于普通直流電動機(jī)，一般要求Ist1.52IN。在起動電流產(chǎn)生的起動轉(zhuǎn)矩作用下，電動機(jī)開始轉(zhuǎn)動并逐漸加速，隨著轉(zhuǎn)速的升高，電樞電動勢反電動勢Ea逐漸增大，使電樞電流逐漸減小，這樣轉(zhuǎn)速的上升就逐漸緩慢下來。為了縮短起動時間，保持電動機(jī)在起動過程中的加速不變，就要求

35、在起動過程中電樞電流維持不變，因此隨著電動機(jī)轉(zhuǎn)速的升高,應(yīng)將起動電阻平滑地切除，最后使電動機(jī)轉(zhuǎn)速到達(dá)運(yùn)行值。實(shí)際上，平滑地切除電阻是不可能的，一般是在電阻回路中串入多級(通常是25級)電阻，在起動過程中逐級加以切除。起動電阻的級數(shù)越多，起動過程就越快且越平穩(wěn)，但所需要的控制設(shè)備就越多，投資也越大。圖310所示是采用二級電阻起動時電動機(jī)的電路原理圖及其機(jī)械特性。圖310 他勵直流電動機(jī)二級電阻起動3.3.3 直流電動機(jī)調(diào)速1 降低電源電壓調(diào)速為了提高生產(chǎn)效率或滿足生產(chǎn)工藝的要求，許多生產(chǎn)機(jī)械在工作過程中都需要調(diào)速。例如車床切削工件時，精加工用高轉(zhuǎn)速，粗加工用低轉(zhuǎn)速；軋鋼機(jī)在軋制不同品種和不同厚度

36、的鋼材時，也必須有不同的工作速度。電力拖動系統(tǒng)的調(diào)速可以采用機(jī)械調(diào)速、電氣調(diào)速或二者配合起來調(diào)速。通過改變傳動機(jī)構(gòu)速比的方法稱為機(jī)械調(diào)速；通過改變電動機(jī)參數(shù)的方法稱為電氣調(diào)速。本節(jié)只介紹他勵直流電動機(jī)的電氣調(diào)速。改變電動機(jī)的參數(shù)就是人為地改變電動機(jī)的機(jī)械特性，從而使負(fù)載工作點(diǎn)發(fā)生變化，轉(zhuǎn)速隨之變化?？梢姡谡{(diào)速前后，電動機(jī)必然運(yùn)行在不同的機(jī)械特性上。如果機(jī)械特性不變，因負(fù)載變化而引起電動機(jī)轉(zhuǎn)速的改變，那么不能稱為調(diào)速。根據(jù)他勵直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速公式 35 可知，當(dāng)電樞電流Ia不變時即在一定的負(fù)載下，只要改變電樞電壓U、電樞回路串聯(lián)電阻Rs及勵磁磁通三者之中的任意一個量，就可改變轉(zhuǎn)速n。因此，他勵

37、直流電動機(jī)具有三種調(diào)速方法：調(diào)壓調(diào)速,電樞串電阻調(diào)速和調(diào)磁調(diào)速。為了評價各種調(diào)速方法的優(yōu)缺點(diǎn)，對調(diào)速方法提出了一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，稱為調(diào)速指標(biāo)。下面先對調(diào)速指標(biāo)做一介紹，然后討論他勵電動機(jī)的三種調(diào)速方法及其與負(fù)載類型的配合問題。評價調(diào)速性能好壞的指標(biāo)由以下四個方面1調(diào)速范圍調(diào)速范圍是指電動機(jī)在額定負(fù)載下可能運(yùn)行的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比，通常又用D表示，即 36 不同的生產(chǎn)機(jī)械對電動機(jī)的調(diào)速范圍有不同的要求。要擴(kuò)大調(diào)速范圍，必須盡可能地提高電動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速和降低電動機(jī)的最低轉(zhuǎn)速。電動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速受電動機(jī)的機(jī)械強(qiáng)度、換向條件、電壓等級等方面的限制，而最低轉(zhuǎn)速那么受到低速運(yùn)行時轉(zhuǎn)速的相對穩(wěn)定性的限制

38、。2靜差率相對穩(wěn)定性轉(zhuǎn)速的相對穩(wěn)定性是指負(fù)載變化時，轉(zhuǎn)速變化的程度。轉(zhuǎn)速變化小，其相對穩(wěn)定性好。轉(zhuǎn)速的相對穩(wěn)定性用靜差率表示。當(dāng)電動機(jī)在某一機(jī)械特性上運(yùn)行時，由理想空載增加到額定負(fù)載，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速降落與理想空載轉(zhuǎn)速n0之比，就稱為靜差率，用百分?jǐn)?shù)表示為： 37顯然，電動機(jī)的機(jī)械特性越硬，其靜差率越小，轉(zhuǎn)速的相對穩(wěn)定性就越高。但是靜差率的大小不僅僅是由機(jī)械特性的硬度決定的，還與理想空載轉(zhuǎn)速的大小有關(guān)。靜差率與調(diào)速范圍兩個指標(biāo)是相互制約的，設(shè)圖311中曲線1和曲線4為電動機(jī)最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速時的機(jī)械特性，那么電動機(jī)的范圍D與最低轉(zhuǎn)速是的靜差率關(guān)系如下： 38 式中，為最低轉(zhuǎn)速機(jī)械特性上的轉(zhuǎn)速降；為

39、最低轉(zhuǎn)速時的靜差率，即系統(tǒng)的最大靜差率。圖311 不同機(jī)械特性的靜差率由式38可知，假設(shè)對靜差率這一指標(biāo)要求過高，即值越小，那么調(diào)速范圍D就越??；反之，假設(shè)要求調(diào)速范圍D越大，那么靜差率也越大，轉(zhuǎn)速的相對穩(wěn)定性越差。不同的生產(chǎn)機(jī)械，對靜差率的要求不同，普通車床要求，而高精度的造紙機(jī)那么要求0.01% 。保證一定靜差率指標(biāo)的前提下，要擴(kuò)大調(diào)速范圍，就必須減小轉(zhuǎn)速降落。3調(diào)速的平滑性在一定的調(diào)速范圍內(nèi)，調(diào)速的級數(shù)越多，就認(rèn)為調(diào)速越平滑，相鄰兩級轉(zhuǎn)速之比稱為平滑系數(shù)： 39 值越接近1，那么平滑性越好，當(dāng)=1時，稱為無級調(diào)速，即轉(zhuǎn)速可以連續(xù)調(diào)節(jié)。調(diào)速不連續(xù)時，級數(shù)有限，稱為有級調(diào)速。4調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性主

40、要指調(diào)速設(shè)備的投資、運(yùn)行效率及維修費(fèi)用等。2 降低電源電壓調(diào)速電動機(jī)的工作電壓不允許超過額定電壓，因此電樞電壓只能在額定電壓以下進(jìn)行調(diào)節(jié)。降低電源電壓調(diào)速的原理及調(diào)速過程可用圖312說明。圖312 降低電壓調(diào)速設(shè)電動機(jī)拖動恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載TL在固有特性上A點(diǎn)運(yùn)行，其轉(zhuǎn)速為nN。假設(shè)電源電壓由UN下降至U1，那么到達(dá)新的穩(wěn)態(tài)后，工作點(diǎn)將移到對應(yīng)人為特性曲線上的B點(diǎn)，其轉(zhuǎn)速下降為n1。從圖中可以看出，電壓越低，穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速也越低。轉(zhuǎn)速由nN下降至n1的調(diào)速過程如下：電動機(jī)原來在A點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行時，Tem=TL，n=nN。當(dāng)電壓降至U1后，電動機(jī)的機(jī)械特性變?yōu)橹本€n01B。在降壓瞬間，轉(zhuǎn)速n不突變，Ea不突變，所

41、以Ia和Tem突變減小，工作點(diǎn)平移到A/點(diǎn)。在A/點(diǎn)，TemTL，電動機(jī)開始減速，隨著n減小，Ea減小，Ia和Tem增大，工作點(diǎn)沿A/B方向移動，到達(dá)B點(diǎn)時，到達(dá)了新的平衡：Tem=TL，此時電動機(jī)便在較低轉(zhuǎn)速n1下穩(wěn)定運(yùn)行。降壓調(diào)速過程與電樞串電阻調(diào)速過程類似，調(diào)速過程中轉(zhuǎn)速和電樞電流或轉(zhuǎn)矩隨時間的變化曲線也與圖346類似。降壓調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是：1電源電壓能夠平衡調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速；2調(diào)速前后機(jī)械特性的斜率不變，硬度較高，負(fù)載變化時，速度穩(wěn)定性好；3無論輕載還是重載，調(diào)速范圍相同，一般可達(dá)D=2.512；4電能損耗較小。降壓調(diào)速的缺點(diǎn)是，需要一套電壓可連續(xù)調(diào)節(jié)的直流電源。3.3.4 電樞回路

42、串電阻調(diào)速電樞回路串電阻調(diào)速的原理及調(diào)速過程可用圖313說明。設(shè)電動機(jī)拖動恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載TL在固有特性上A點(diǎn)運(yùn)行，其轉(zhuǎn)速為nN。假設(shè)電樞回路串入電阻Rs1，那么到達(dá)新的穩(wěn)態(tài)后，工作點(diǎn)變?yōu)槿藶樘匦陨系腂點(diǎn)，轉(zhuǎn)速下降到n1。從圖中可以看出，串入的電阻值越大，穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速就越低。現(xiàn)以轉(zhuǎn)速由nN降至n1為例，說明其調(diào)速過程。電動機(jī)原來在A點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行時，Tem=TL，n=nN,當(dāng)串入Rs1后，電動機(jī)的機(jī)械特性變?yōu)橹本€n0B，因串電阻瞬間轉(zhuǎn)速不突變，故Ea不突變，于是Ia及Tem突變減小，工作點(diǎn)平移到A/點(diǎn)。在A/點(diǎn)，TemTL，電動機(jī)開始加速，隨著n上升，Ea增大，Ia和Tem減小，工作點(diǎn)沿A/B方向移動，到達(dá)

43、B點(diǎn)時，Tem=TL，出現(xiàn)了新的平衡，此時電動機(jī)便在較高的轉(zhuǎn)速n1下穩(wěn)定運(yùn)行。調(diào)速過程中電樞電流和轉(zhuǎn)速隨時間的變化規(guī)律如圖316所示。圖315 減弱磁通調(diào)速 圖316 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時弱磁通調(diào)速過程對于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，調(diào)速前后電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩不變，因?yàn)榇磐p小，所以調(diào)速后的穩(wěn)態(tài)電樞電流大于調(diào)速前的電樞電流，這一點(diǎn)與前兩種調(diào)速方法不同。當(dāng)忽略電樞反響影響和較小的電阻壓降RaIa的變化時，可近似認(rèn)為轉(zhuǎn)速與磁通成反比變化。弱磁調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)：由于在電流較小的勵磁回路中進(jìn)行調(diào)節(jié)，因而控制方便，能量損耗小，設(shè)備簡單，而且調(diào)速平滑性好。雖然弱磁升速后電樞電流增大，電動機(jī)的輸入功率增大，但由于轉(zhuǎn)速升高，輸出功率也增大，

44、電動機(jī)的效率根本不變，因此弱磁調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性是比擬好的。弱磁調(diào)速的缺點(diǎn)：機(jī)械特性的斜率變大，特性變軟；轉(zhuǎn)速的升高受到電機(jī)換向能力和機(jī)械強(qiáng)度的限制，因此升速范圍不可能很大，一般D2。為了擴(kuò)大調(diào)速范圍，常常把降壓和弱磁兩種調(diào)速方法結(jié)合起來。在額定轉(zhuǎn)速以下采用降壓調(diào)速，在額定轉(zhuǎn)速以上采用弱磁調(diào)速。 直流電機(jī)的換向直流電機(jī)電樞繞組中一個元件經(jīng)過電刷從一個支路轉(zhuǎn)換到另一個支路時，電流方向改變的過程為換向。當(dāng)電機(jī)帶負(fù)載后，元件中的電流經(jīng)過電刷時，電流方向會發(fā)生變化。換向不良會產(chǎn)生電火花或環(huán)火，嚴(yán)重時將燒毀電刷，導(dǎo)致電機(jī)不能正常運(yùn)行，甚至引起事故。一換向概述直流電機(jī)每個支路里所含元件的總數(shù)是相等的，但是，就某

45、一個元件來說它一會兒在這個支路里，一會兒又在另一個支路里。一個元件從一個支路換到另一個支路時要經(jīng)過電刷。當(dāng)電機(jī)帶有負(fù)載后，電樞元件中有電流流過，同一支路里各元件的電流大小與方向都是一樣的，相鄰支路里電流大小雖然一樣，但方向卻是相反的?？梢姡骋辉?jīng)過電刷，從一個支路換到另一個支路時，元件里的電流必然改變方向?，F(xiàn)以圖317所示單疊繞組為例來看某個元件里電流換向的過程。圖317 直流電機(jī)的換向過程為了分析簡單，忽略換向片之間的絕緣并假設(shè)電刷寬度等于換向片寬度。在圖330中，電樞繞組以線速度ua從右向左移動，電刷固定不動，觀察圖中元件1的換向過程。當(dāng)電刷完全與換向片1接觸時，元件1里流過的電流為圖

46、中所標(biāo)方向，電流大小為;當(dāng)電樞轉(zhuǎn)到使電刷與換向片2相接觸時，元件1被電刷短路。由于換向片2接觸了電刷，該元件里的電流被分流了一局部。當(dāng)電刷僅與換向片2接觸時，換向元件1已進(jìn)入另一支路，其中電流也從換向前的方向變?yōu)閾Q向后的反方向，完成了換向過程元件1中流過的電流為。元件從開始換向到換向終了所經(jīng)歷的時間，稱為換向周期，換向周期通常只有千分之幾秒。直流電機(jī)在運(yùn)行時電樞繞組每個元件在經(jīng)歷過電刷時，都要經(jīng)歷上述的換向過程。換向問題很復(fù)雜，換向不良會在電刷和換向片之間產(chǎn)生火花，當(dāng)火花到一定程度時有可能損壞電刷和換向器外表，從而使電機(jī)不能正常工作，但也不是說，直流電機(jī)運(yùn)行時，一點(diǎn)火花也不許出現(xiàn)。詳細(xì)情況可以

47、參閱有關(guān)國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。產(chǎn)生火花的原因是多方面的，除電磁原因外，還有機(jī)械的原因，此外換向過程中還伴隨著有電化學(xué)和電熱學(xué)等現(xiàn)象，所以相當(dāng)復(fù)雜。下面僅對電磁方面的原因做一簡略地分析。二換向的電磁理論換向的電磁理論指的是換向元件在換向過程中電流變化的情況，從而判斷什么情況下會產(chǎn)生火花，什么情況下不產(chǎn)生火花。設(shè)兩相鄰的換向片與電刷間的接觸電阻分別為和，元件自身電阻為R，流過的電流為，元件與換向片間的連線電阻為，與兩個換向片連接的元件電流為和，是換向元件的合成電動勢，那么根據(jù)基爾霍夫電壓定律可列寫換向元件在換向過程中的回路方程： 310 根據(jù)合成電動勢的取值情況，換向可分為直線換向、延遲換向或超越換

48、向1直線換向如果元件里的合成電動勢為零，并忽略元件電阻過程R和元件與換向片或超越換向片間的連線電阻，那么上式可簡化為 311 式中接觸電阻和是變化的，其值與電刷和換向片之間的接觸面積成反比，即 312 313 式中、是電刷與換向片1、2的接觸面積，是換向片與電刷完全接觸時的接觸電阻，是電刷軸向長度，為換向器線速度，是換向周期。根據(jù)結(jié)點(diǎn)電流定律 314 315 將式310至式315代入式311可得 316 從式316可看出，換向元件里的電流隨時間線性變化，這種換向稱為直線換向。直線換向時不產(chǎn)生火花，故又稱為理想換向，直線換向時元件電流i的變化曲線如圖318所示。圖318 換向電流變化曲線2延遲換

49、向由于換向元件為線圈，且換向過程中線圈中的電流是變化的，因此線圈中存在自感電動勢；為了保證換向可靠，實(shí)際的電刷的寬度比換向片的寬度要大得多，在換向過程中有多個元件同時換向，因此線圈中存在互感電動勢，用表示。通常將自感電動勢和互感電動勢合起來，稱為電抗電動勢，用表示。故有 317 式中，為換向元件的電感系數(shù)；L為換向元件的自感系數(shù)；M為換向元件的互感系數(shù)。根據(jù)楞次定律，電抗電動勢的作用總是阻礙電流變化的，因此，的方向與元件的換向前電流的方向相同。此外，雖然電刷安裝在幾何中性線處，主磁極磁密為零，但由于電樞反響的存在，電樞反響磁密卻不為零，因此在換向元件中還有切割電動勢的存在。 318 式中，為元件的匝數(shù)；為換向元件邊所在處的氣隙磁通密度；為元件邊導(dǎo)體的有效長度；ua為電樞外表線速度。切割電動勢存在同樣使換向電流變化延緩。因此線圈中合成電動勢電抗電動勢和切割電動勢之和的存在使換向電流變化不再是線性的，出現(xiàn)了電流延遲現(xiàn)象的換向稱為延遲換向。延遲換向時電刷下的各點(diǎn)電流密度不再為常數(shù)。er+ea在換向元件中產(chǎn)生的電流稱為附加換向電流，用