直流電動機與常用特種電機

1、 第一節(jié)第一節(jié)直流電機直流電機第三節(jié)第三節(jié)常用特種電動機常用特種電動機第二節(jié)第二節(jié)直流電動機的控制直流電動機的控制本章小結本章小結* * 第九章第九章直流電動機與常用特種電機直流電動機與常用特種電機 第一節(jié)第一節(jié)直流電機直流電機一、直流電機的構造一、直流電機的構造二、直流電動機的工作原理二、直流電動機的工作原理三、直流電機的勵磁三、直流電機的勵磁 一、直流電機的構造一、直流電機的構造直流發(fā)電機與直流電動機在理論上是可逆的。直流發(fā)電機與直流電動機在理論上是可逆的。（一）定子（一）定子定子由機座、主磁極、定子由機座、主磁極、換向磁極、電刷組件組成，換向磁極、電刷組件組成，如如右右圖所示。圖所示。第

2、一節(jié)第一節(jié)直流電機直流電機 定子的橫剖平面圖定子的橫剖平面圖如如右右圖所示。圖所示。1機座機座用鑄鋼或銅板焊成，用作支撐和保護整機結構，同時又是用鑄鋼或銅板焊成，用作支撐和保護整機結構，同時又是電機磁路的一部分，有良好的導磁性能和機械強度。電機磁路的一部分，有良好的導磁性能和機械強度。第一節(jié)第一節(jié)直流電機直流電機 2主磁極主磁極由鐵心和勵磁繞組組成。鐵心由極身和極靴兩部分組成，如由鐵心和勵磁繞組組成。鐵心由極身和極靴兩部分組成，如下下圖所示。圖所示。勵磁繞組繞在鐵心外面，主磁極的作用是在勵磁繞組中通入勵磁繞組繞在鐵心外面，主磁極的作用是在勵磁繞組中通入勵磁電流時產生主磁通。勵磁電流時產生主磁通

3、。 第一節(jié)第一節(jié)直流電機直流電機 3換向磁極換向磁極換向磁極的作用是為了改善換向性能，減小換向火花。換換向磁極的作用是為了改善換向性能，減小換向火花。換向磁極與轉子間氣隙較大，渦流較小，可用整塊鋼制成。其上向磁極與轉子間氣隙較大，渦流較小，可用整塊鋼制成。其上的繞組一般與電樞繞組串聯，用橫截面較大的銅導線繞制。的繞組一般與電樞繞組串聯，用橫截面較大的銅導線繞制。第一節(jié)第一節(jié)直流電機直流電機 4電刷組件電刷組件電刷組件由電刷、刷握、刷桿、刷桿座及壓緊彈簧組成，如電刷組件由電刷、刷握、刷桿、刷桿座及壓緊彈簧組成，如下下圖所示。圖所示。電刷內有用細銅絲編織成的刷辮與外電路導通，從而連接電電刷內有用細

4、銅絲編織成的刷辮與外電路導通，從而連接電樞、電刷及電路，引入或導出電樞電流。樞、電刷及電路，引入或導出電樞電流。第一節(jié)第一節(jié)直流電機直流電機 （二）電樞（二）電樞電樞又稱轉子，作用是在勵磁磁場作用下，產生感應電動電樞又稱轉子，作用是在勵磁磁場作用下，產生感應電動勢和電磁轉矩，實現電能與機械能之間的轉換。其結構如勢和電磁轉矩，實現電能與機械能之間的轉換。其結構如下下圖圖所示。所示。第一節(jié)第一節(jié)直流電機直流電機 1電樞鐵心電樞鐵心電機磁路的另一部分，為減小渦流由硅鋼片疊壓而成。在電機磁路的另一部分，為減小渦流由硅鋼片疊壓而成。在電區(qū)外緣有嵌放繞組的鐵心槽，整個鐵心固定在轉動軸上，隨電區(qū)外緣有嵌放繞

5、組的鐵心槽，整個鐵心固定在轉動軸上，隨軸一起轉動。軸一起轉動。2電樞繞組電樞繞組由絕緣銅導線或扁銅線在模具上繞制成型后嵌放在轉子鐵由絕緣銅導線或扁銅線在模具上繞制成型后嵌放在轉子鐵心槽中，伸出鐵心槽的端部，均用非磁性絲帶扎緊，每個線圈心槽中，伸出鐵心槽的端部，均用非磁性絲帶扎緊，每個線圈的首尾端，均按一定規(guī)律，焊接到換向片上。的首尾端，均按一定規(guī)律，焊接到換向片上。 第一節(jié)第一節(jié)直流電機直流電機 3換向器換向器由若干個楔形銅片裝成一圓柱體，片與片之間用云母絕緣。由若干個楔形銅片裝成一圓柱體，片與片之間用云母絕緣。結構如結構如下下圖所示。圖所示。換向片與轉軸之間又用換向片與轉軸之間又用塑料絕緣，

6、固定在轉軸的一塑料絕緣，固定在轉軸的一端，按照一定規(guī)律與電樞繞端，按照一定規(guī)律與電樞繞組連接。它的作用是變換電組連接。它的作用是變換電樞電流方向并通過電刷將電樞電流方向并通過電刷將電樞繞組與電路接通。樞繞組與電路接通。第一節(jié)第一節(jié)直流電機直流電機 （三）直流電機的其他部分（三）直流電機的其他部分直流電機的其他部分還有端蓋、軸承、轉軸、風扇、接線直流電機的其他部分還有端蓋、軸承、轉軸、風扇、接線板、接線盒等。板、接線盒等。直流電動機原理示意圖如直流電動機原理示意圖如右右圖所示。圖所示。二、直流電動機的工作原理二、直流電動機的工作原理第一節(jié)第一節(jié)直流電機直流電機 1在圖中所示位置時在圖中所示位置時

7、電源正極接電源正極接 A、負極接、負極接 B，電，電樞繞組中電流流向樞繞組中電流流向 a b c d，電樞受，電樞受力朝逆時針方向旋轉。力朝逆時針方向旋轉。第一節(jié)第一節(jié)直流電機直流電機2電樞轉過電樞轉過 90 時時電源中斷，電樞憑慣性旋轉。電源中斷，電樞憑慣性旋轉。3電樞轉過電樞轉過 180 時時電樞中電流流向為電樞中電流流向為 d c b a，電，電樞受力朝逆時針方向旋轉。樞受力朝逆時針方向旋轉。 4反電動勢反電動勢5電源電壓電源電壓電樞轉動后，其繞組切割勵磁磁場磁感線產生與電樞電流方電樞轉動后，其繞組切割勵磁磁場磁感線產生與電樞電流方向相反的感應電動勢，其值為向相反的感應電動勢，其值為式中

8、，式中， Ce 電動機電動勢常數。電動機電動勢常數。nCEea 加在電樞繞組上的電壓必須用于解決兩個部分的需要，即平加在電樞繞組上的電壓必須用于解決兩個部分的需要，即平衡平衡反電動勢和克服電樞繞組的電阻電壓衡平衡反電動勢和克服電樞繞組的電阻電壓。aaaIREU 其中電樞電流為其中電樞電流為aaaREUI 當負載增大時，電樞電流增大，電動機功率增大，但轉速下當負載增大時，電樞電流增大，電動機功率增大，但轉速下降；當負載減小時，情況與上述規(guī)律相反。降；當負載減小時，情況與上述規(guī)律相反。第一節(jié)第一節(jié)直流電機直流電機 （一）并勵電機（一）并勵電機電機勵磁繞組與電樞繞組并聯，共用一個直流電源供電，如電機

9、勵磁繞組與電樞繞組并聯，共用一個直流電源供電，如下下圖所示。圖所示。三、直流電機的勵磁三、直流電機的勵磁為了保證電樞的輸出功率，電樞繞組線徑粗、匝數少、電阻為了保證電樞的輸出功率，電樞繞組線徑粗、匝數少、電阻小，應有足夠大的工作電流。小，應有足夠大的工作電流。第一節(jié)第一節(jié)直流電機直流電機 （二）串勵電機（二）串勵電機電機的勵磁繞組與電樞繞組串聯接于同一電源，如圖所示。電機的勵磁繞組與電樞繞組串聯接于同一電源，如圖所示。為了減小勵磁電壓，勵磁繞組的線徑粗、匝數少、電阻小。為了減小勵磁電壓，勵磁繞組的線徑粗、匝數少、電阻小。第一節(jié)第一節(jié)直流電機直流電機 （三）復勵電機（三）復勵電機電機主磁極上嵌放

10、兩套獨立的繞組，一套與電樞繞組并電機主磁極上嵌放兩套獨立的繞組，一套與電樞繞組并聯，另一套與電樞繞組串聯，如聯，另一套與電樞繞組串聯，如下下圖所示。圖所示。第一節(jié)第一節(jié)直流電機直流電機 （四）他勵電機（四）他勵電機以上三種勵磁方式的直流電機作發(fā)電機時，它們的勵磁電以上三種勵磁方式的直流電機作發(fā)電機時，它們的勵磁電流都是由自己發(fā)出的，所以通稱為自勵電機流都是由自己發(fā)出的，所以通稱為自勵電機。他勵電機的勵磁電流由另外的直流電源供給，如圖所示他勵電機的勵磁電流由另外的直流電源供給，如圖所示。這類電機設備較復雜，但它的優(yōu)點是：勵磁電流不受電樞這類電機設備較復雜，但它的優(yōu)點是：勵磁電流不受電樞電壓影響，

11、而只與勵磁電源電動勢和勵磁繞組有關。電壓影響，而只與勵磁電源電動勢和勵磁繞組有關。第一節(jié)第一節(jié)直流電機直流電機 第二節(jié)第二節(jié)直流電動機的控制直流電動機的控制一、直流電動機的調速控制一、直流電動機的調速控制二、直流電動機的反轉控制二、直流電動機的反轉控制 并勵電動機轉速公式并勵電動機轉速公式一、直流電動機的調速控制一、直流電動機的調速控制 串勵電動機轉速公式串勵電動機轉速公式 下面以改變主磁極磁通下面以改變主磁極磁通 調速為例分析其調速方法及原理。調速為例分析其調速方法及原理。 eaaCIRUn eaLa)(CIRRUn 第二節(jié)第二節(jié)直流電動機的控制直流電動機的控制 1并勵電動機的變并勵電動機的

12、變 調速調速在勵磁支路上串入一阻值連續(xù)可調的變阻器在勵磁支路上串入一阻值連續(xù)可調的變阻器 RP，如圖所示。，如圖所示。由由第二節(jié)第二節(jié)直流電動機的控制直流電動機的控制 eaaCIRUn 可知，可知，RP 增大時，增大時， 減小，轉速減小，轉速 n 上升上升；RP 減小時，減小時， 增大，增大，轉速轉速 n 下降下降。 2串勵電動機變串勵電動機變 調速調速在勵磁支路上并入一阻值連續(xù)可調的變阻器，如圖所示。在勵磁支路上并入一阻值連續(xù)可調的變阻器，如圖所示。第二節(jié)第二節(jié)直流電動機的控制直流電動機的控制轉速公式應修改為轉速公式應修改為 eaPLa)/(CIRRRUn 因此，因此，RP 增大時，增大時，

13、 增大，轉速增大，轉速 n 下降下降；RP 減小時，減小時， 減小，轉速減小，轉速 n 上升。上升。 （1）可實現無級平滑調速。）可實現無級平滑調速。3根據轉矩公式根據轉矩公式 T = CT Ia 分析，在調速中如保持轉矩分析，在調速中如保持轉矩 T 不變，不變， 減小，電樞電流減小，電樞電流 Ia 必然增大。如果調速前已達額定值，必然增大。如果調速前已達額定值，則不能用此法調速。它只適用于調高速度以前電樞電流未達額則不能用此法調速。它只適用于調高速度以前電樞電流未達額定值的情況。這種調速方法具有如下特點：定值的情況。這種調速方法具有如下特點：第二節(jié)第二節(jié)直流電動機的控制直流電動機的控制（2）

14、調節(jié)器速后，新的轉速仍較穩(wěn)定。）調節(jié)器速后，新的轉速仍較穩(wěn)定。（3）勵磁電流小，能量損耗小。）勵磁電流小，能量損耗小。（4）這種調速方法的缺點是轉速只能調到比加調速變阻器）這種調速方法的缺點是轉速只能調到比加調速變阻器前的轉速高。前的轉速高。 讓直流電動機反轉有兩種方法：讓直流電動機反轉有兩種方法：二、直流電動機的反轉控制二、直流電動機的反轉控制第二節(jié)第二節(jié)直流電動機的控制直流電動機的控制1保持電樞電流方向不變，將勵磁繞組反接，改變勵磁電保持電樞電流方向不變，將勵磁繞組反接，改變勵磁電流方向；流方向；2保持勵磁電流方向不變，將電樞繞組反接，從而改變電保持勵磁電流方向不變，將電樞繞組反接，從而改

15、變電樞電流方向。樞電流方向。 一、單相交直流兩用串勵電動機一、單相交直流兩用串勵電動機第三節(jié)第三節(jié)常用特種電機常用特種電機二、伺服電動機二、伺服電動機三、步進電動機三、步進電動機 一、單相交直流兩用串勵電動機一、單相交直流兩用串勵電動機（一）基本結構與工作原理（一）基本結構與工作原理1基本結構基本結構由定子和電樞兩大部分組成，定子包括外殼、磁極、電刷由定子和電樞兩大部分組成，定子包括外殼、磁極、電刷組件，電樞由轉子鐵心、繞組、轉軸及換向器等組成。組件，電樞由轉子鐵心、繞組、轉軸及換向器等組成。第三節(jié)第三節(jié)常用特種電機常用特種電機 原理電路如圖原理電路如圖（a）所示。所示。2工作原理工作原理對比

16、圖（對比圖（b）和圖（和圖（c）可以看出，）可以看出，無論是正向連接或無論是正向連接或反向連接，電磁轉反向連接，電磁轉矩的方向相同，所矩的方向相同，所以以既既可以用于直流可以用于直流又可以用于交流。又可以用于交流。第三節(jié)第三節(jié)常用特種電機常用特種電機 （二）機械特性及其應用（二）機械特性及其應用單相交直流兩用串勵電動機單相交直流兩用串勵電動機的機械特性如右圖所示。的機械特性如右圖所示。第三節(jié)第三節(jié)常用特種電機常用特種電機由圖可見這種電動機的起動轉矩大、機械特性軟，最適用由圖可見這種電動機的起動轉矩大、機械特性軟，最適用于在電動工具中作動力機。單相交直流兩用串勵電動機多數用于在電動工具中作動力機

17、。單相交直流兩用串勵電動機多數用于交流電源，其轉速很高，在帶負載運行時中速一般保持在于交流電源，其轉速很高，在帶負載運行時中速一般保持在 400 1 000 r/min。所以不能直接接電源空載運轉。所以不能直接接電源空載運轉。這種電動機影響通信設備、壽命短、結構復雜、可靠性差。這種電動機影響通信設備、壽命短、結構復雜、可靠性差。 將輸入信號轉換成軸上的角位移或角速度輸出。按使用電將輸入信號轉換成軸上的角位移或角速度輸出。按使用電源不同分為交流伺服電動機和直流伺服電動機，下面以交流伺源不同分為交流伺服電動機和直流伺服電動機，下面以交流伺服電動機為例分析其基本結構、工作原理、機械特性及應用。服電動

18、機為例分析其基本結構、工作原理、機械特性及應用。（一）基本結構（一）基本結構二、伺服電動機二、伺服電動機交流伺服電動機的結構與交流伺服電動機的結構與單相電容式異步電動機相似，單相電容式異步電動機相似，有兩相在空間按有兩相在空間按 90 電角度分電角度分布的繞組，分別為勵磁繞組和布的繞組，分別為勵磁繞組和控制繞組，兩個繞組分別由獨控制繞組，兩個繞組分別由獨立的電源供電。如圖所示。立的電源供電。如圖所示。第三節(jié)第三節(jié)常用特種電機常用特種電機 轉子結構有籠型和非磁性杯型兩種，結構如圖所示。轉子結構有籠型和非磁性杯型兩種，結構如圖所示。第三節(jié)第三節(jié)常用特種電機常用特種電機 三、步進電動機三、步進電動機

19、（一）基本結構（一）基本結構步進電動機通入一個電脈沖信號只轉動一個角度。下面介步進電動機通入一個電脈沖信號只轉動一個角度。下面介紹反應式旋轉運動步進電動機。紹反應式旋轉運動步進電動機。單段式反應式旋轉運動步單段式反應式旋轉運動步進電動機的結構如圖所示。進電動機的結構如圖所示。第三節(jié)第三節(jié)常用特種電機常用特種電機 三相反應式步進電動機原理如圖所示。三相反應式步進電動機原理如圖所示。（二）工作原理（二）工作原理當向當向 U 相繞組通入電脈沖時，由于相繞組通入電脈沖時，由于磁通總是沿磁阻最小的路徑閉合，于是磁通總是沿磁阻最小的路徑閉合，于是產生磁場力使轉子軸線與產生磁場力使轉子軸線與 U 相繞組軸線

20、相繞組軸線對齊。如將電脈沖改通入到對齊。如將電脈沖改通入到 V 相繞組中，相繞組中，根據同樣的原理，轉子沿順時針方向旋根據同樣的原理，轉子沿順時針方向旋轉轉 60 。如定子繞組按。如定子繞組按 UVWU 的順序重復通入電脈沖，轉子就按的順序重復通入電脈沖，轉子就按順時針的方向一步一步轉動。順時針的方向一步一步轉動。第三節(jié)第三節(jié)常用特種電機常用特種電機 每對定子磁極上繞有一對控制每對定子磁極上繞有一對控制繞組被稱為一相，定子磁極數為相繞組被稱為一相，定子磁極數為相數的兩倍。在定子磁極極面和轉子數的兩倍。在定子磁極極面和轉子外緣均開有分布均勻的小齒，兩者外緣均開有分布均勻的小齒，兩者齒型和齒距相同

21、，齒型和齒距相同，U 相磁極的小齒相磁極的小齒子與轉子小齒一一對正，而子與轉子小齒一一對正，而 V 相磁相磁極的小齒與轉子小齒錯開極的小齒與轉子小齒錯開 1/3 齒距，齒距，W 相則錯開相則錯開 2/3 齒距，這種結構稱齒距，這種結構稱為槽齒結構。為槽齒結構。這種電動機制造簡便、精確度高，每轉一步對應的轉子轉這種電動機制造簡便、精確度高，每轉一步對應的轉子轉角小，容量獲得較高的起動轉矩和運行頻率。角小，容量獲得較高的起動轉矩和運行頻率。第三節(jié)第三節(jié)常用特種電機常用特種電機 在工程技術上，從一相通電切換到另一相通是稱為一拍，在工程技術上，從一相通電切換到另一相通是稱為一拍，而三相依次通電的運行方

22、式稱為三相單三拍運行方式。在使用而三相依次通電的運行方式稱為三相單三拍運行方式。在使用中，還可中，還可 U、V 兩相同時通電，使轉子軸線轉至兩相同時通電，使轉子軸線轉至 U、V 兩相之間兩相之間的軸線上。這類按的軸線上。這類按 UVVWWU 的順序，兩相同時依次通電的順序，兩相同時依次通電的運行方式稱為三相雙三拍運行方式。此外還可按的運行方式稱為三相雙三拍運行方式。此外還可按 UUVVVWWWU 的組合方式依次通電，稱為三相六拍運行方的組合方式依次通電，稱為三相六拍運行方式式。采用槽齒結構可使步距角更小，設轉子齒數為采用槽齒結構可使步距角更小，設轉子齒數為 Z，步進電動，步進電動機拍數為機拍數為 N，則步距角為，則步距角為ZN 360s 第三節(jié)第三節(jié)常用特種電機常用特種電機 第三節(jié)第三節(jié)常用特種電機常用特種電機1換向用的銅片稱為換向片?；ハ嘟^緣的換向片組合的總換向用的銅片稱為換向片?；ハ嘟^緣的換向片組合的總體稱為換向器。體稱為換向器。2直流電動機定子由主磁極、換向磁極、機座和端蓋組成。直流電動機定子由主磁極、換向磁極、機座和端蓋組成。3直流電動機轉子由電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風扇直流電動機轉子由電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風扇等組成。等組成。（1）他勵電動機的勵磁