第7章 直流電機(jī)

1、教學(xué)提示：直流電機(jī)包括直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)。直流電教學(xué)提示：直流電機(jī)包括直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)。直流電機(jī)理論主要包括兩方面的內(nèi)容：一是直流電機(jī)原理分析，二是機(jī)理論主要包括兩方面的內(nèi)容：一是直流電機(jī)原理分析，二是直流電機(jī)控制技術(shù)。前者主要從理論上分析討論直流電機(jī)工作直流電機(jī)控制技術(shù)。前者主要從理論上分析討論直流電機(jī)工作原理、結(jié)構(gòu)組成及性能特點(diǎn)；后者則從技術(shù)上分析討論直流電原理、結(jié)構(gòu)組成及性能特點(diǎn)；后者則從技術(shù)上分析討論直流電機(jī)的各種控制方式方法，如直流電機(jī)的起動(dòng)、制動(dòng)、調(diào)速運(yùn)行機(jī)的各種控制方式方法，如直流電機(jī)的起動(dòng)、制動(dòng)、調(diào)速運(yùn)行等等。另外直流電機(jī)是一種實(shí)用性很強(qiáng)的機(jī)電設(shè)備，本章結(jié)合等等。另外

2、直流電機(jī)是一種實(shí)用性很強(qiáng)的機(jī)電設(shè)備，本章結(jié)合實(shí)際，列舉一些典型題例，說(shuō)明直流電機(jī)在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用。實(shí)際，列舉一些典型題例，說(shuō)明直流電機(jī)在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用。第第 七章七章 直流電機(jī)直流電機(jī) 教學(xué)要求：本章讓學(xué)生了解直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、工作原教學(xué)要求：本章讓學(xué)生了解直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理以及直流電機(jī)的可逆性；熟悉直流電機(jī)的勵(lì)磁方式；掌握理以及直流電機(jī)的可逆性；熟悉直流電機(jī)的勵(lì)磁方式；掌握直流電機(jī)的工作特性。直流電機(jī)的工作特性。 直流電機(jī)是最早發(fā)展起來(lái)的一種直流電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)直流電機(jī)是最早發(fā)展起來(lái)的一種直流電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的電機(jī)。它可以將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，稱為直流發(fā)電機(jī)；換的電機(jī)。它

3、可以將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，稱為直流發(fā)電機(jī)； 也可以把直流電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，稱為直流電動(dòng)機(jī)。它們的工也可以把直流電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，稱為直流電動(dòng)機(jī)。它們的工作原理都建立在電磁感應(yīng)定律和電磁力定律的基礎(chǔ)上。直流電作原理都建立在電磁感應(yīng)定律和電磁力定律的基礎(chǔ)上。直流電動(dòng)機(jī)具有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍廣，調(diào)速平滑，調(diào)速能量消耗動(dòng)機(jī)具有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍廣，調(diào)速平滑，調(diào)速能量消耗較少等優(yōu)點(diǎn)。在對(duì)起動(dòng)性能和調(diào)速性能要求高的生產(chǎn)機(jī)械中較少等優(yōu)點(diǎn)。在對(duì)起動(dòng)性能和調(diào)速性能要求高的生產(chǎn)機(jī)械中（例如大型礦井提升機(jī)、電機(jī)車及挖掘機(jī)等）常用直流電動(dòng)機(jī)（例如大型礦井提升機(jī)、電機(jī)車及挖掘機(jī)等）常用直流電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)，組成直流拖

4、動(dòng)系統(tǒng)。直流發(fā)電機(jī)的用途是作直流作為原動(dòng)機(jī)，組成直流拖動(dòng)系統(tǒng)。直流發(fā)電機(jī)的用途是作直流電源，他們?cè)诨瘜W(xué)工業(yè)的電解、電鍍?cè)O(shè)備中得到廣泛使用。電源，他們?cè)诨瘜W(xué)工業(yè)的電解、電鍍?cè)O(shè)備中得到廣泛使用。7.1直流電機(jī)的構(gòu)造和基本原理直流電機(jī)的構(gòu)造和基本原理 7.1.1直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的結(jié)構(gòu) 直流電機(jī)是實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的設(shè)備，分為靜止和轉(zhuǎn)動(dòng)兩大部分。靜止部分稱為定子，轉(zhuǎn)動(dòng)部分稱為轉(zhuǎn)子。直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖7-1所示。 1. 定子 定子由主磁極、換向極、機(jī)座、電刷裝置和端蓋等組成。 （1）主磁極 主磁極的作用是產(chǎn)生一個(gè)恒定的主極磁場(chǎng),由主磁極鐵心和勵(lì)磁繞組組成,如圖6-2所示。磁極鐵心一般由1.5mm的低

5、碳鋼板沖片疊裝而成,其上部叫極身,下部叫極掌。 勵(lì)磁繞組用圓形截面或矩形截面的絕緣導(dǎo)體繞制、浸漆烘干而成。磁極鐵心套上勵(lì)磁繞組后用螺釘固定在機(jī)座上。主磁極數(shù)總數(shù)是偶數(shù)，各磁極上勵(lì)磁繞組通常都串聯(lián)連接，連接時(shí)要保證相鄰磁極的極性按N、S依次排列。為了改善換向，減小噪音，使氣隙磁場(chǎng)有較好的分布波形，通常在極掌下的氣隙是不均勻的，極身處的氣隙比極掌中部的大。 （2）換向極 換向極的作用是改善換向，消除或減小電刷與換向器之間的火花。換向極的結(jié)構(gòu)與主磁極相似，由鐵心和勵(lì)磁繞組組成，鐵心由薄鋼板或整塊鋼制成，如圖6-3所示。換向磁極安裝在兩個(gè)主磁極之間的幾何中性線上，并用螺釘固定在機(jī)座上。換向磁極的數(shù)目一

6、般與主磁極相等，個(gè)別小電機(jī)，其換向極的數(shù)目也可以少于主磁極的數(shù)目。換向磁極繞組一般用粗的扁銅線繞成，只有幾匝，它總是與電樞繞組串聯(lián)，其極性根據(jù)換向要求確定。 （3）機(jī)座 為了保證良好的機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)磁性能，機(jī)座由鑄鋼鑄成或由厚鋼板焊接而成。機(jī)座的作用有兩個(gè)。一是作為各磁極間的磁路，這部分稱為定子磁鋸；二是作為電機(jī)的機(jī)械支撐。它除用來(lái)固定主磁極、換向極和端蓋外，在機(jī)座下部?jī)蛇呥€焊出兩個(gè)底腳，將電機(jī)固定在堅(jiān)固的底座上。 （4）電刷 電刷是由石墨等做成的導(dǎo)電塊，放在刷握中，由彈簧把電刷壓在換向器表面上，刷握用螺釘固定在刷桿上，它們彼此絕緣。刷桿數(shù)與電機(jī)主磁極數(shù)目相同。電刷裝置由電刷、刷握、握桿、握桿座

7、及銅絲辮等零部件組成，圖6-4。其作用一是使轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子繞組能與外電路接通，使電流經(jīng)電刷輸人電樞或從電樞輸出；二是與換向器配合，獲得直流電壓。整個(gè)電刷裝置裝在端蓋或軸承內(nèi)蓋上，可以在一定范圍內(nèi)移動(dòng)，用來(lái)調(diào)整電刷位置。各電刷上的銅絲辮將電流接通到刷桿上，并將同極性的各刷桿用匯流條連在一起，再與換向極繞組串聯(lián)后，引到出線盒的接線柱上。（5）端蓋端蓋裝在機(jī)座兩側(cè)的端面上。用以保護(hù)電機(jī)內(nèi)部免受外界的侵害并保護(hù)運(yùn)行人員的安全，防止觸電事故。在中、小型電機(jī)中，端蓋還負(fù)有支撐轉(zhuǎn)子的作用，此時(shí)滾動(dòng)鈾承就裝在端蓋上。因此端蓋必須有足夠的強(qiáng)度，常用鑄鐵制成，用螺釘固定在機(jī)座端面上。對(duì)大型電機(jī)，一般改用支架式滑動(dòng)鈾承

8、，這時(shí)軸承由直接固定在底座上的軸承座支撐。 2. 轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子又叫電樞，是直流電機(jī)的重要部件，主要包括電樞鐵芯、電樞繞組、換向器。風(fēng)扇、轉(zhuǎn)鈾和支架等。 1）電樞鐵心 電樞鐵心是主磁路的一部分。當(dāng)電樞在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)時(shí)，鐵心中的磁通方向不斷變化，因而會(huì)產(chǎn)生渦流及磁滯損耗，為了減少磁損耗，鐵心通常用厚硅鋼片制成，并固定在轉(zhuǎn)子支架上。對(duì)較大的電機(jī)，為了加強(qiáng)冷卻，常在帶槽的圓形硅鋼片上沖有軸向通風(fēng)孔。 （2）電樞繞組 電樞繞組是直流電機(jī)的主要電路，是直流電機(jī)實(shí) 現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件。它由許多形狀完全相同的線圈按一定規(guī)律聯(lián)接而成。線圈用絕緣導(dǎo)線繞制，分上、下兩層嵌人鐵芯槽內(nèi)。線圈與槽之間有絕緣，線圈上、下

9、層之間有層間絕緣。它有兩個(gè)出線端，分別焊在兩個(gè)換向片上。當(dāng)電樞在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；當(dāng)電樞繞組中流過(guò)電流時(shí)，電樞就在磁場(chǎng)中受力而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。 （3）換向器 換向器是直流電機(jī)最重要的部件之一。換向器由許多換向片組成。根據(jù)電機(jī)容量和轉(zhuǎn)速的不同，它有多種結(jié)構(gòu)型式。常用的有金屬套筒式換向器和塑料換向器。換向器的導(dǎo)電部分是由許多楔形的銅質(zhì)換向片圍成的圓柱體。片與片間墊以厚的云母絕緣。圓柱體用金屬套筒或塑料緊固成一個(gè)整體，如圖6-6 所示。金屬套筒與換向片之間還需用云母套筒絕緣。 對(duì)于發(fā)電機(jī)，換向器的作用是將繞組中的交變感應(yīng)電勢(shì)轉(zhuǎn)換為電刷上的直流電勢(shì)；對(duì)于電動(dòng)機(jī)則是將電刷上的直流電流

10、轉(zhuǎn)換為繞組內(nèi)的交流電流，產(chǎn)生恒定方向的電磁轉(zhuǎn)矩。 (4) 風(fēng)扇、轉(zhuǎn)軸和支架 對(duì)于小容量電機(jī)，轉(zhuǎn)子鐵芯就裝在轉(zhuǎn)軸上。對(duì)于大容量電機(jī)，為減少硅鋼片的消耗和減輕轉(zhuǎn)子重量，軸上裝有支架，鐵芯裝在支架上。此外，在軸上還裝有風(fēng)扇；以加強(qiáng)電機(jī)的冷卻散熱。1. 直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理7.1.2直流電機(jī)的工作原理直流電機(jī)的工作原理 2. 直流發(fā)電機(jī)的基本工作原理勵(lì)磁繞組的供電方式，稱為勵(lì)磁方式。直流電機(jī)的運(yùn)行特性因勵(lì)磁方式的不同有明顯的區(qū)別。按照勵(lì)磁方式，可把直流電機(jī)分為他勵(lì)和自勵(lì)兩大類。一、他勵(lì)式他勵(lì)是指直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組由另外的電源供電，勵(lì)磁繞組與電樞繞組不相連接，其接線圖如圖6-9(a)所示。永磁式直流

11、電機(jī)屬于此類，由永久磁鐵建立主磁場(chǎng),與電樞電流無(wú)關(guān)。二、自勵(lì)式自勵(lì)式直流發(fā)電機(jī)利用自身發(fā)出的電流勵(lì)磁；自勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組由同一電源供電。自勵(lì)直流電機(jī)按勵(lì)磁繞組與電樞繞組連接方式不同分為三種。1)并勵(lì)式。勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)，如圖6-9(b)所示。并勵(lì)時(shí)，勵(lì)磁繞組上的電壓就是電樞繞組的端電壓。7.1.3直流電機(jī)的勵(lì)磁直流電機(jī)的勵(lì)磁 2)串勵(lì)式。勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，如圖6-9(c)所示。串勵(lì)時(shí)，勵(lì)磁電流就是電樞電流或電樞電流的分流。3)復(fù)勵(lì)式。主磁極鐵心上裝有兩個(gè)勵(lì)磁繞組，一個(gè)是與電樞并聯(lián)的并勵(lì)繞組，另一個(gè)是與電樞串聯(lián)的串勵(lì)繞組，如圖6-9 (d) 所示。若兩勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的

12、磁動(dòng)勢(shì)方向相同，則稱為積復(fù)勵(lì)；反之，則稱為差復(fù)勵(lì)。并勵(lì)繞組與電樞繞組并聯(lián)后，再與串勵(lì)繞組串聯(lián) (如圖6-9 (d)中實(shí)線所示)，稱為短復(fù)勵(lì)；串勵(lì)繞組與電樞繞組串聯(lián)后，再與并勵(lì)繞組并聯(lián) (如圖6-9 (d)中虛線所示)，稱為長(zhǎng)復(fù)勵(lì)。7.2.1 直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)與制動(dòng)7.2直流電機(jī)的啟動(dòng)與反轉(zhuǎn)直流電機(jī)的啟動(dòng)與反轉(zhuǎn) 1. 直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)是指電動(dòng)機(jī)接通電源后，電動(dòng)機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)加速到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的過(guò)程。電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)瞬間的電磁轉(zhuǎn)矩稱為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為 stTstICT對(duì)于串勵(lì)式和復(fù)勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)，由于電樞電流同時(shí)也是勵(lì)磁電流(對(duì)串勵(lì)繞組而言)，因此當(dāng)起動(dòng)電流增加時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩增加得更多，這

13、樣一來(lái)，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)將會(huì)更加容易。 因?yàn)殡姌须娮韬苄?，所以直接起?dòng)電流將達(dá)到很大的數(shù)值，通常可達(dá)到額定電流的10倍以上。過(guò)大的起動(dòng)電流會(huì)引起電網(wǎng)電壓的下降，影響電網(wǎng)上其他用戶的正常用電并使電動(dòng)機(jī)的換向嚴(yán)重惡化，甚至?xí)龎碾妱?dòng)機(jī)；同時(shí)過(guò)大的沖擊轉(zhuǎn)矩會(huì)損壞電樞繞組和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。因此，除了個(gè)別容量很小的電動(dòng)機(jī)外 (通常僅用于以下)，一般直流電動(dòng)機(jī)是不允許直接起動(dòng)的。 對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)，一般有如下要求: (1)要有足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 (2)起動(dòng)電流要限制在一定的范圍內(nèi)。 (3)起動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單、可靠。 目前直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法大體上有以下幾種: （1）直接起動(dòng)法 把直流電動(dòng)機(jī)直接接人直流電源(例如蓄電池)

14、全壓起動(dòng)的方法稱為直接起動(dòng)法，這種方法對(duì)起動(dòng)電流不加限制，因此只適用于額定功率以下的小型電動(dòng)機(jī)。 （2）起動(dòng)電阻起動(dòng)法 圖7-10示出了一種采用起動(dòng)電阻起動(dòng)的直流電機(jī)起動(dòng)器，適用于額定功率為數(shù)十千瓦以下的直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)。其內(nèi)部設(shè)有保護(hù)裝置，保證只有在全部起動(dòng)電阻接人的情況下才允許電動(dòng)機(jī)起動(dòng)。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，首先把開(kāi)關(guān)接入電源，然后用手搬動(dòng)手柄向箭頭方向轉(zhuǎn)動(dòng)，將起動(dòng)電阻依次短接，電阻短接結(jié)束后，手柄被卷繞在鐵心上的無(wú)電壓線圈吸引并保持在運(yùn)行狀態(tài)，至此電動(dòng)機(jī)起動(dòng)結(jié)束。停電時(shí)或開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，由于無(wú)電壓線圈無(wú)勵(lì)磁，在彈簧拉力的作用下手柄返回初始起動(dòng)位置。一般說(shuō)來(lái)，手柄轉(zhuǎn)動(dòng)的速度不宜過(guò)快，應(yīng)一邊監(jiān)視電流的

15、變化一邊轉(zhuǎn)動(dòng)手柄。 （3）自動(dòng)起動(dòng)法 這是一種使用接觸器自動(dòng)地將電樞回路串聯(lián)的 起動(dòng)電阻依次短接的起動(dòng)方法。根據(jù)短接瞬時(shí)檢測(cè) 方法的不同，具體可分為以下幾種方法。 1)限流起動(dòng)法. 起動(dòng)時(shí)，隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸升高，起動(dòng)電流也逐漸減小，當(dāng)起動(dòng)電流減小到某一值時(shí)，用欠電流繼電器檢測(cè)這一電流值，并用接觸器依次短接起動(dòng)電阻。圖6-11出示了限流起動(dòng)法的原理接線圖和順序控制的運(yùn)行說(shuō)明圖。 （3）降壓起動(dòng)法 當(dāng)電樞電源的電壓可調(diào)時(shí)，例如晶閘管可控整流電源，直流電動(dòng)機(jī)可采用降壓起動(dòng)法，也稱為倫納德(Leonard)法。起動(dòng)時(shí)，以較低的電源電壓起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，起動(dòng)電流便隨電壓的降低而成正比減小。隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的上

16、升，反電動(dòng)勢(shì)逐漸增大，再逐漸提高電源電壓，使起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩保持在一定的數(shù)值上，從而保證電動(dòng)機(jī)按需要的加速度升速。這時(shí)，由于主電路不必使用限流電阻器，也就省去了這部分損耗，使降壓起動(dòng)具有較高的效率。 2. 直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng) 在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)經(jīng)常需要工作在制動(dòng)狀態(tài)。例如，許多生產(chǎn)機(jī)械工作時(shí)，往往需要快速停車或者由高速運(yùn)行迅速轉(zhuǎn)為低速運(yùn)行，這就要求對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行制動(dòng)。 對(duì)于像起重機(jī)等重型工作機(jī)械，為了獲得穩(wěn)定的下放速度，電動(dòng)機(jī)也必須運(yùn)行在制動(dòng)狀態(tài)。因此，電動(dòng)機(jī)制動(dòng)運(yùn)行也是十分重要的。 直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)方法可分為電氣制動(dòng)法和機(jī)械制動(dòng)法。與其他種類的電動(dòng)機(jī)一樣，機(jī)械制動(dòng)法主要有電磁制動(dòng)器、手動(dòng)

17、制動(dòng)器、液壓制動(dòng)器以及空氣制動(dòng)器等，本節(jié)僅介紹電氣制動(dòng)方法。所謂的制動(dòng)就是采用與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)迅速停轉(zhuǎn)、減速或限制在某一轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)行。 直流電動(dòng)機(jī)的電氣制動(dòng)法主要有以下三種: 1)能耗制動(dòng)(dynamicbrake)； 把電樞繞組從電網(wǎng)斷開(kāi)并立即換接到制動(dòng)電阻上，這時(shí)電機(jī)作發(fā)電機(jī)運(yùn)行，把轉(zhuǎn)子動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能并消耗在制動(dòng)電阻和電樞電阻上。因此能耗制動(dòng)也稱為電阻制動(dòng)。直流電動(dòng)機(jī)的類型不同，制動(dòng)電路的接線方法也不相同。圖 6-12 為并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)電路。 并勵(lì)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)，保持勵(lì)磁電流不變，把電樞繞組從“電動(dòng)”狀態(tài)切換到“制動(dòng)”狀態(tài)，圖中的為制動(dòng)電阻。圖 6-13 為串勵(lì)電

18、動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)電路，有兩種接線方式。圖6-13(a)中，電動(dòng)機(jī)作為串勵(lì)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生制動(dòng)作用；圖6-13(b)中，將串勵(lì)繞組接成他勵(lì)式，把制動(dòng)電阻接至電樞回路。復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)時(shí)，可以只使用并勵(lì)繞組，也可以并勵(lì)和串勵(lì)繞組共用。 2)反接制動(dòng)(plugging)； 反接制動(dòng)是把正向運(yùn)行中電動(dòng)機(jī)的直流電源反極性切換而實(shí)行的快速制動(dòng)方法。圖6-14 示出了反接制動(dòng)的控制電路。 電動(dòng)機(jī)作“電動(dòng)”運(yùn)行時(shí)，使接觸器處于狀態(tài)，電樞電流沿圖中實(shí)線所示方向流通；實(shí)行反接制動(dòng)時(shí)，保持勵(lì)磁電流不變，使接觸器處于off狀態(tài)，而接觸器則處于狀態(tài)，這時(shí)電樞電流改變?yōu)閳D中虛線所示方向。由于制動(dòng)時(shí)電樞電流方向與“電動(dòng)”運(yùn)行時(shí)的

19、相反，因此產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為制動(dòng)性質(zhì)。由于電樞回路的電源極性反接，使電樞感應(yīng)電壓與電源電壓相加。設(shè) 電樞回路電阻為，制動(dòng)電流將按線性方式從初始的約2V/R變化到電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)的1V/R，因此可實(shí)現(xiàn)快速制動(dòng)。一般情況下，為了防止制動(dòng)電流過(guò)大，制動(dòng)時(shí)應(yīng)在主回路中串接制動(dòng)電阻。 3)回饋制動(dòng)。 電動(dòng)機(jī)接線保持不變，當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的轉(zhuǎn)速超過(guò)空載轉(zhuǎn)速時(shí)，電動(dòng)機(jī)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，這時(shí)電動(dòng)機(jī)的電流與電動(dòng)機(jī)的方向相反，電動(dòng)機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能回饋給電網(wǎng)。并產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 回饋制動(dòng)主要有以下兩種運(yùn)行狀態(tài): 1) 減速時(shí)的過(guò)渡狀態(tài)。 直流電動(dòng)機(jī)采用磁場(chǎng)控制時(shí)，為了降低轉(zhuǎn)速可以增大勵(lì)磁電流，這時(shí)電動(dòng)機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)增大并大于

20、電源電壓，電流回饋給電源使電動(dòng)機(jī)減速。隨著轉(zhuǎn)速的降低，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也隨之減小到小于電源電壓。當(dāng)電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與電樞內(nèi)部壓降之和再次與電源電壓平衡時(shí)，電動(dòng)機(jī)將穩(wěn)定運(yùn)行在新的設(shè)定轉(zhuǎn)速上。采用反并聯(lián)靜止倫納德裝置(參見(jiàn)圖6-15)或沃德-倫納德(Ward-Leonard)裝置控制時(shí)，常常出現(xiàn)上述過(guò)渡狀態(tài)。 2) 回饋制動(dòng)運(yùn)行。 一般回饋制動(dòng)只適用于提升系統(tǒng),用來(lái)高速下放重物。 例如控制卷?yè)P(yáng)機(jī)下降運(yùn)行時(shí), 電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向與轉(zhuǎn)速方向相反, 這時(shí)電動(dòng)機(jī)連續(xù)地把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能并回饋給電網(wǎng), 處于回饋制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。 1. 直流電動(dòng)機(jī)的換向 直流電機(jī)電樞繞組中一個(gè)電樞元件經(jīng)過(guò)電刷從一個(gè)支路轉(zhuǎn)換到另一個(gè)支路里時(shí)

21、，電流方向改變的過(guò)程稱為換向。當(dāng)電機(jī)帶負(fù)載后，元件中的電流經(jīng)過(guò)電刷時(shí)，電流方向會(huì)發(fā)生變化。換向不良會(huì)產(chǎn)生電火花或環(huán)火（換向器表面正負(fù)電刷間產(chǎn)生電弧而短路），嚴(yán)重時(shí)將燒毀電刷，導(dǎo)致電機(jī)不能正常運(yùn)行，甚至引起事故 7.2.2 直流電動(dòng)機(jī)的換向與反轉(zhuǎn)直流電動(dòng)機(jī)的換向與反轉(zhuǎn) 直流電機(jī)每個(gè)支路里所含電樞元件的總數(shù)是相等的，但是，就某一個(gè)元件來(lái)說(shuō)它一會(huì)兒在這個(gè)支路里，一會(huì)兒又在另一個(gè)支路里，一個(gè)元件從一個(gè)支路換到另一個(gè)支路時(shí)，要經(jīng)過(guò)電刷。 當(dāng)電機(jī)帶了負(fù)載后，電樞元件中有電流流過(guò)，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?jiàn)，某一元件經(jīng)過(guò)電刷，從一個(gè)支路換到

22、另一個(gè)支路時(shí)，元件里的電流必然改變方向?，F(xiàn)以圖6-16 所示的單疊繞組為例來(lái)看某元件里電流換向的過(guò)程。 換向問(wèn)題很復(fù)雜，換向不良會(huì)在電刷與換向片之間產(chǎn)生火花，當(dāng)火花大到一定程度時(shí) 有可能損壞電刷和換向器表面，從而使電機(jī)不能正常工作。 2. 換向的電磁理論 換向過(guò)程中，換向元件中會(huì)產(chǎn)生電抗電動(dòng)勢(shì)和運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì)，并因此引起換向元件中電流的變化。 I)電抗電動(dòng)勢(shì) 2)運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì) 3. 產(chǎn)生火花的原因 直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)往往在電刷下發(fā)生火花，雖然電刷下的小部分發(fā)生微弱火花對(duì)電機(jī)運(yùn)行并無(wú)危害，但如果火花范圍擴(kuò)大或程度強(qiáng)烈，則將燒灼換向器和電刷，使其表面粗糙和留有灼痕，而不光滑的換向器表面與粗糙的電刷接觸又使火

23、花程度加強(qiáng)。如此循環(huán)積累下去，將很快使電機(jī)不能繼續(xù)運(yùn)行。所以，在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，電刷下面的火花不應(yīng)超過(guò)一定的等級(jí)。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB755一1981將火花分成五個(gè)等級(jí): I級(jí):電刷下無(wú)火花；換向器上沒(méi)有黑痕以及電刷上沒(méi)有灼痕。 級(jí):電刷邊緣僅小部分 (約1/5至1/4刷邊長(zhǎng))有斷續(xù)的點(diǎn)狀火花；換向器上沒(méi)有黑痕以及電刷上也沒(méi)有灼痕。411 級(jí):電刷邊緣大部分 (大于1/2刷邊長(zhǎng))有連續(xù)的較稀的顆粒狀火花；換向器上有黑 痕，但不發(fā)展，用汽油擦其表面可除去，同時(shí)電刷上有輕微灼痕。 2級(jí):電刷邊緣全部或大部分有連續(xù)的較密的顆粒狀的火花，開(kāi)始有斷續(xù)的舌狀火花； 換向器上有黑痕，用汽油不能擦除，同時(shí)電刷上有灼

24、痕。如短時(shí)出現(xiàn)這一級(jí)火花，換向器上不出現(xiàn)灼痕，電刷不燒焦或損壞。 3級(jí):電刷整個(gè)邊緣有強(qiáng)烈的舌狀火花，伴有爆裂聲音；換向器上黑痕較嚴(yán)重，用汽油 不能擦除，同時(shí)電刷上有灼痕。如在這一級(jí)火花等級(jí)下短時(shí)運(yùn)行，則換向器上將出現(xiàn)灼痕，同時(shí)電刷將被燒焦或損壞。211 對(duì)于一般直流電機(jī)，在額定負(fù)載下運(yùn)行，其火花等級(jí)應(yīng)不超過(guò)級(jí)。 產(chǎn)生火花的原因很多，主要有下列幾種。 一、電磁性原因 二、機(jī)械原因 主要是換向器、轉(zhuǎn)子和電刷裝置等方面的缺陷，如換向器偏心、換向片間的云母絕緣突出、轉(zhuǎn)子平衡不良、電刷在刷握盒中松動(dòng)、電刷壓力不適當(dāng)以及電刷表面粗糙等，都可能導(dǎo)致電刷與換向器接觸不良或發(fā)生振動(dòng)而產(chǎn)生火花。也有由于各個(gè)刷桿

25、之間、或磁極之間距離不相等，使換向元件受到主磁極磁場(chǎng)的作用而引起火花。 三、化學(xué)原因 換向器表面的氧化亞銅薄膜的形成，對(duì)電機(jī)的良好換向有重大作用。如果電刷壓力過(guò) 大，或在高空缺氧與缺乏水汽，或在具有破壞氧化膜的氣體 (如酸性氣體等)的環(huán)境工作，都會(huì)使換向器表面的氧化膜遭到破壞，于是就容易引起火花。 總之產(chǎn)生火花的原因是多方面的，情形相當(dāng)復(fù)雜，要結(jié)合具體情況來(lái)分析。 4.改善換向的方法 改善換向的目的在于消除或削弱電刷下的火花。由于電磁原因是產(chǎn)生火花的主要因素， 所以下面主要分析如何消除或削弱由此引起的電磁性火花。 1）選用合適的電刷，增加電刷與換向片之間的接觸電阻 電機(jī)用電刷的型號(hào)規(guī)格很多，其

26、中碳一石墨電刷的接觸電阻最大，石墨電刷和電化石 墨電刷次之，銅一石墨電刷的接觸電阻最小。 直流電機(jī)如果選用接觸電阻大的電刷，有利于換向，但接觸壓降較大，電能損耗大， 發(fā)熱厲害，同時(shí)由于這種電刷允許的電流密度較小，電刷接觸面積和換向器尺寸以及電刷的摩擦都將增大。設(shè)計(jì)制造電機(jī)時(shí)綜合考慮兩方面的因素，選擇適當(dāng)?shù)碾娝⑴铺?hào)。為此，在使用維修中，欲更換電刷時(shí)，必須選用與原來(lái)同一牌號(hào)的電刷，如果實(shí)在配不到相同牌號(hào)的電刷，那就盡量選擇特性與原來(lái)相接近的電刷，并全部更換。 2）裝設(shè)換向極 目前改善直流電機(jī)換向最有效的辦法是安裝換向極。 3） 移動(dòng)電刷位置 4）減小電抗電動(dòng)勢(shì) 5. 直流電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn) 由于生產(chǎn)工藝

27、上的要求，有些直流拖動(dòng)系統(tǒng)，例如電力機(jī)車，需要電動(dòng)機(jī)同時(shí)具備正、反向旋轉(zhuǎn)的功能。 由前面分析得知，直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩，所以電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向與電磁轉(zhuǎn)矩的方向一致。為了改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向，就要改變電磁轉(zhuǎn)矩的方向。電磁轉(zhuǎn)矩取決于磁通和電樞電流的相互作用。只要磁通和電樞電流的方向有一個(gè)發(fā)生改變，則電磁轉(zhuǎn)矩和電樞轉(zhuǎn)向也隨之改變。具體方法有二: (1)保持電樞端電壓的極性不變，將勵(lì)磁繞組反接，使勵(lì)磁電流反向，而改變磁通的方向； (2)保持勵(lì)磁繞組的電壓極性不變，將電樞繞組反接，使電樞電流改變方向。 顯而易見(jiàn)，如果電樞繞組和勵(lì)磁繞組同時(shí)反接，使磁通和電樞電流都改變方向，則電磁轉(zhuǎn)矩和電樞旋轉(zhuǎn)方

28、向都達(dá)不到反向的目的。 由于直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組的匝數(shù)較多，電感較大，反向勵(lì)磁的建立過(guò)程緩慢，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)的過(guò)程不能迅速進(jìn)行。同時(shí)，當(dāng)勵(lì)磁繞組斷開(kāi)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很高的感應(yīng)電勢(shì)，可能使絕緣擊穿，所以在實(shí)際應(yīng)用中，多采用反接電樞繞組的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)。7.3 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 在生產(chǎn)實(shí)踐中，有許多生產(chǎn)機(jī)械根據(jù)工藝要求需要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。例如刨床在切割過(guò)程中，當(dāng)?shù)毒咔腥牒屯顺龉ぜr(shí)要求用較低的轉(zhuǎn)速；中間一段切削用較高的速度；工件臺(tái)返回時(shí)則用高速。又如軋鋼機(jī)在軋制不同截面與品種的鋼材時(shí)，需要采用最合適的轉(zhuǎn)速?？梢?jiàn)，調(diào)節(jié)生產(chǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速是生產(chǎn)工藝的要求，也是生產(chǎn)控制過(guò)程的重要一環(huán)。 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的

29、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(lái)調(diào)速。通過(guò)改變傳動(dòng)機(jī)構(gòu)速比進(jìn)行調(diào)速的方法稱為機(jī)械調(diào)速；通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)參數(shù)進(jìn)行調(diào)速的方法稱為電氣調(diào)速。本節(jié)只介紹他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電氣調(diào)速。 為了評(píng)價(jià)各種調(diào)速方法的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)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(duì)調(diào)速指標(biāo)作介紹，然后討論他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法。 一、評(píng)價(jià)調(diào)速的指標(biāo) 評(píng)價(jià)調(diào)速性能好壞的指標(biāo)有以下4個(gè)方面。 1）調(diào)速范圍 2）靜差率 (相對(duì)穩(wěn)定性) 3）調(diào)速的平滑性 4）調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性 二、調(diào)速方法 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電氣調(diào)速就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)的電氣參數(shù)而人為地改變電動(dòng)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?jiàn)，在調(diào)速前后，電動(dòng)機(jī)必然運(yùn)行在不同的機(jī)械特性上