第三部分--直流電機

1、第一節(jié)第一節(jié) 直直 流流 電電 機機 直流電機：直流電機：通以直流電流的旋轉(zhuǎn)電機，通以直流電流的旋轉(zhuǎn)電機，它是直流發(fā)電機和它是直流發(fā)電機和直流電動機的總稱。它具有可逆性，即一臺直流電機既可作發(fā)直流電動機的總稱。它具有可逆性，即一臺直流電機既可作發(fā)電機運行，也可以作直流電動機運行。電機運行，也可以作直流電動機運行。 直流發(fā)電機：直流發(fā)電機：將機械能轉(zhuǎn)換為電能。將機械能轉(zhuǎn)換為電能。 直流電動機：直流電動機：將電能轉(zhuǎn)換為機械能。將電能轉(zhuǎn)換為機械能。 直流電機與交流電機相比，雖然其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，使用直流電機與交流電機相比，雖然其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，使用維護較麻煩，但由于直流發(fā)電機能夠直接作為穩(wěn)定的直流電維護

2、較麻煩，但由于直流發(fā)電機能夠直接作為穩(wěn)定的直流電源，而直流電動機具有調(diào)速性能好，起動轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點，因源，而直流電動機具有調(diào)速性能好，起動轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點，因而直流電機在工業(yè)生產(chǎn)中仍獲得了廣泛應(yīng)用。而直流電機在工業(yè)生產(chǎn)中仍獲得了廣泛應(yīng)用。 （一）直流電機的工作原理（一）直流電機的工作原理1.直流發(fā)電機工作原理直流發(fā)電機工作原理 兩極直流兩極直流發(fā)電機發(fā)電機原理如圖原理如圖3-l所示。所示。 一、直流電機的基本原理與結(jié)構(gòu)一、直流電機的基本原理與結(jié)構(gòu)2.直流電動機工作原理直流電動機工作原理直流電動機直流電動機 的作用：將電能轉(zhuǎn)化成機械能 工作原理：工作原理：當直流電動機電樞繞組接至電源上時，根據(jù)電當直流

3、電動機電樞繞組接至電源上時，根據(jù)電磁力定律，載流導(dǎo)體在磁場中受電磁力的作用，產(chǎn)生了一個轉(zhuǎn)磁力定律，載流導(dǎo)體在磁場中受電磁力的作用，產(chǎn)生了一個轉(zhuǎn)矩，在轉(zhuǎn)矩的作用下，電樞便按逆時針方向旋轉(zhuǎn)起來。矩，在轉(zhuǎn)矩的作用下，電樞便按逆時針方向旋轉(zhuǎn)起來。 （二）直流電機的基本結(jié)構(gòu)（二）直流電機的基本結(jié)構(gòu) 直流電機的結(jié)構(gòu)直流電機的結(jié)構(gòu):它由定子和轉(zhuǎn)子兩個基本部分組成。它由定子和轉(zhuǎn)子兩個基本部分組成。 主磁極主磁極換向磁極換向磁極電刷裝置電刷裝置機座機座端蓋端蓋定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子電樞鐵心電樞鐵心電樞繞組電樞繞組換向器換向器轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸軸承軸承直流電機直流電機1、直流電機的定子部分基本結(jié)構(gòu)、直流電機的定子部分基本結(jié)構(gòu)（1

4、)1)主磁極主磁極 包括：包括：主磁極鐵心：導(dǎo)磁，固定繞組主磁極鐵心：導(dǎo)磁，固定繞組 主磁極繞組（勵磁繞組）：主磁極繞組（勵磁繞組）：通入直流勵磁電流產(chǎn)生主磁場通入直流勵磁電流產(chǎn)生主磁場 (2)(2) 換向磁極：換向磁極：作用：其作用是產(chǎn)生換向磁場，作用：其作用是產(chǎn)生換向磁場，以改善電機的換向，消除電刷以改善電機的換向，消除電刷與換向器間的火花。與換向器間的火花。包括：換向極鐵心、換向極繞包括：換向極鐵心、換向極繞組。組。換向極繞組與電樞繞組串聯(lián)連接。換向極繞組與電樞繞組串聯(lián)連接。(3)電刷及換向器的作用：電刷及換向器的作用：把旋轉(zhuǎn)電路與外電路聯(lián)系起來把旋轉(zhuǎn)電路與外電路聯(lián)系起來把電樞繞組中的交

5、流電整流為外電路中的直流電把電樞繞組中的交流電整流為外電路中的直流電 注意：注意：直流電機電樞導(dǎo)體中的電勢為直流電機電樞導(dǎo)體中的電勢為交變電勢。交變電勢。經(jīng)換向經(jīng)換向器和電刷的整流作用后，電刷引出的電勢為器和電刷的整流作用后，電刷引出的電勢為直流電勢。直流電勢。(4)(4)機座：機座：磁路的一部分；磁路的一部分；起機械支撐作用。起機械支撐作用。2 2、直流電機的電樞部分、直流電機的電樞部分 由電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸、由電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸、風(fēng)扇等組成。風(fēng)扇等組成。 (1)(1)電樞鐵心：電樞鐵心：用于嵌放電樞繞組，電機磁路用于嵌放電樞繞組，電機磁路的一部分。的一部分。 (

6、2)(2)電樞繞組：電樞繞組：是產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，并形成感是產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，并形成感應(yīng)電流，使電樞得到電磁轉(zhuǎn)矩作用而旋轉(zhuǎn)，應(yīng)電流，使電樞得到電磁轉(zhuǎn)矩作用而旋轉(zhuǎn)，從而使電機實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換。從而使電機實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換。 (3)(3)換向器：換向器：其作用是將電樞繞組中的交流電動勢其作用是將電樞繞組中的交流電動勢和電流轉(zhuǎn)換成電刷間的直流電動勢和電流。和電流轉(zhuǎn)換成電刷間的直流電動勢和電流。 (4)(4)轉(zhuǎn)軸：轉(zhuǎn)軸：是電樞主要支撐件，用于傳遞轉(zhuǎn)矩。是電樞主要支撐件，用于傳遞轉(zhuǎn)矩。 (5)(5)風(fēng)扇：風(fēng)扇：用于降低電機運行中的溫升。用于降低電機運行中的溫升。 （三）直流電機的分類（三）直流電機的分類1勵磁

7、方式：勵磁方式：直流電機的勵磁繞組的供電方式。直流電機的勵磁繞組的供電方式。2直流電機直流電機按勵磁方式分為有：按勵磁方式分為有：（1）他勵直流電機；（）他勵直流電機；（2）并勵直流電機；（）并勵直流電機；（3）串勵直流）串勵直流電機；（電機；（4）復(fù)勵直流電機等四種，如圖）復(fù)勵直流電機等四種，如圖37所示。所示。并勵繞組匝數(shù)多，導(dǎo)線細；串勵繞組匝數(shù)少，導(dǎo)線粗。并勵繞組匝數(shù)多，導(dǎo)線細；串勵繞組匝數(shù)少，導(dǎo)線粗。 復(fù)勵直流電機有：復(fù)勵直流電機有：并勵并勵和和串勵串勵兩個勵磁繞組。兩個勵磁繞組。 若串勵繞組產(chǎn)生的磁通勢與并勵繞組產(chǎn)生的若串勵繞組產(chǎn)生的磁通勢與并勵繞組產(chǎn)生的磁通磁通勢方向相同勢方向相同

8、稱為稱為積復(fù)勵積復(fù)勵。若。若兩個磁通勢方向相反兩個磁通勢方向相反，則稱為則稱為差復(fù)勵差復(fù)勵。 不同勵磁方式的直流電機有著不同不同勵磁方式的直流電機有著不同的特性。的特性。 直流電樞繞組是雙層繞組。按照連接方式的不同，直流電樞繞組是雙層繞組。按照連接方式的不同，主要分為疊繞組和波繞組兩大類型主要分為疊繞組和波繞組兩大類型( (見圖見圖25251)1)。二、直流電機的電樞繞組二、直流電機的電樞繞組繞組元件可以是單匝也可以是多匝。元件的兩個端點，繞組元件可以是單匝也可以是多匝。元件的兩個端點，即首端和尾端，分別連接到兩換向片上。元件嵌放在電樞即首端和尾端，分別連接到兩換向片上。元件嵌放在電樞鐵心的槽

9、內(nèi)，它的一邊放在某一槽的上層，另一邊放在另鐵心的槽內(nèi)，它的一邊放在某一槽的上層，另一邊放在另一槽的下層。一槽的下層。上層邊用實線表示，下層邊用虛線表示。上層邊用實線表示，下層邊用虛線表示。 第一節(jié)距第一節(jié)距y y1 1：同一元件的上層邊和下層邊之間的距離。同一元件的上層邊和下層邊之間的距離。一般用槽數(shù)來表示。為了使元件獲得最大電動勢，一般用槽數(shù)來表示。為了使元件獲得最大電動勢，第一節(jié)距第一節(jié)距y y1 1 應(yīng)等于或接近于一個極距，即應(yīng)等于或接近于一個極距，即如果如果是整數(shù)，則繞組元件的第一節(jié)距是整數(shù)，則繞組元件的第一節(jié)距y y1 1稱為整距稱為整距繞組；繞組；當當不是整數(shù)時，不是整數(shù)時，使使y

10、 y1 1湊成整數(shù)的一分數(shù)值。湊成整數(shù)的一分數(shù)值。y y1 1 IN（約為（約為1020倍的倍的IN）。）。aNstRUI直流電動機的起動方法有：直流電動機的起動方法有： 電樞串電阻起動電樞串電阻起動和和降壓起動降壓起動兩種。兩種。 1.全壓啟動全壓啟動 電樞電流電樞電流Ia為為（一）他勵直流電動機的啟動（一）他勵直流電動機的啟動2. 減壓起動（降壓起動）減壓起動（降壓起動） 當直流電源電壓可調(diào)時，可以采用降壓方法起動。當直流電源電壓可調(diào)時，可以采用降壓方法起動。在起動瞬間，在起動瞬間，n = 0，反電動勢，反電動勢Ea = 0，降低電源電壓，降低電源電壓U ， 將起動將起動電流限制在允許的范

11、圍內(nèi)。電流限制在允許的范圍內(nèi)。 起動電流通常限制在起動電流通常限制在(1.52)IN內(nèi)，則起動電壓應(yīng)為內(nèi)，則起動電壓應(yīng)為 Ust=IstRa=(1.52)INRaaaNaREUIaNstRUI3. 電樞回路串電阻起動電樞回路串電阻起動 在額定電源電壓下，電樞回路串入分級起動電阻在額定電源電壓下，電樞回路串入分級起動電阻Rst，在起動，在起動過程中將起動電阻逐步切除。過程中將起動電阻逐步切除。 下下 圖為他勵直流電動機三級起動時圖為他勵直流電動機三級起動時的電氣原理圖。的電氣原理圖。 staNstRRUI（二）他勵直流電動機反轉(zhuǎn)（二）他勵直流電動機反轉(zhuǎn)直流電動機反轉(zhuǎn)的方法有以下兩種：直流電動機反

12、轉(zhuǎn)的方法有以下兩種：1.改變勵磁電流方向改變勵磁電流方向 將勵磁繞組反接，使勵磁電流反向。將勵磁繞組反接，使勵磁電流反向。2.改變電樞電壓極性改變電樞電壓極性 將電樞繞組反接，將電樞繞組反接，Ia即改變方向。即改變方向。 （三）（三） 他勵直流電動機的制動他勵直流電動機的制動包括：機械制動和電氣制動包括：機械制動和電氣制動1電氣制動：電氣制動：是使電動機產(chǎn)生一個與旋轉(zhuǎn)方向相反的電磁轉(zhuǎn)是使電動機產(chǎn)生一個與旋轉(zhuǎn)方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，阻礙電動機轉(zhuǎn)動。矩，阻礙電動機轉(zhuǎn)動。2常用的電氣制動方法有：常用的電氣制動方法有：能耗制動：用于準確停車能耗制動：用于準確停車電樞反接制動：用于快速停車電樞反接制動：用于

13、快速停車倒拉反接制動：用于起重機低速下放重物倒拉反接制動：用于起重機低速下放重物反接制動：反接制動：發(fā)電回饋制動：用于高速下放重物發(fā)電回饋制動：用于高速下放重物1.能耗制動能耗制動 （1）制動原理：）制動原理：能耗制動是把正處于電動機運行狀態(tài)能耗制動是把正處于電動機運行狀態(tài)的他勵直流電動機的電樞從電網(wǎng)上切除，并接到一個外加的他勵直流電動機的電樞從電網(wǎng)上切除，并接到一個外加的制動電阻的制動電阻Rbk上構(gòu)成閉合回路?？刂齐娐啡鐖D上構(gòu)成閉合回路。控制電路如圖3-18a所示。所示。能耗制動開始瞬間電動機電樞電流為能耗制動開始瞬間電動機電樞電流為 bkaabkaaaRRERREUI 2.反接制動反接制動

14、 反接制動有反接制動有1）電樞反接制動）電樞反接制動2）倒拉反接制動兩種方式。）倒拉反接制動兩種方式。 （1）電樞反接制動）電樞反接制動 1）制動原理：）制動原理：電樞反接制動是將電樞反接在電源上，同時電電樞反接制動是將電樞反接在電源上，同時電樞回路要串接制動電阻樞回路要串接制動電阻Rbk?？刂齐娐啡鐖D?？刂齐娐啡鐖D3-21所示。所示。U+0aaaabkabkUEEIRRRR （2）倒拉反接制動）倒拉反接制動 控制電路如圖控制電路如圖3-22a所示。所示。 n =NebkabkNC)RR(IUbkaabkaaaRRERREUI（3）發(fā)電回饋制動）發(fā)電回饋制動 1） 直流電動機拖動的電車下坡時：

15、直流電動機拖動的電車下坡時：電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩T與負載轉(zhuǎn)矩與負載轉(zhuǎn)矩TL共同作用，使電動機轉(zhuǎn)速上升，當共同作用，使電動機轉(zhuǎn)速上升，當nno時，時，EaU，Ia反向，反向，T反向成為制動轉(zhuǎn)矩，電動機運行在發(fā)電回饋制動狀態(tài)。反向成為制動轉(zhuǎn)矩，電動機運行在發(fā)電回饋制動狀態(tài)。2）降低電樞電壓調(diào)速時的發(fā)電回饋制動）降低電樞電壓調(diào)速時的發(fā)電回饋制動制動原理：制動原理：當電動機電樞電壓突然降低時，因慣性電動機轉(zhuǎn)當電動機電樞電壓突然降低時，因慣性電動機轉(zhuǎn)速不能突變，使速不能突變，使nan01，EaUl，致使電動機電樞電流，致使電動機電樞電流Ia和電和電磁轉(zhuǎn)矩磁轉(zhuǎn)矩T變?yōu)樨撝?，電動機轉(zhuǎn)速迅速下降。從特性變?yōu)樨撝担?/p>

16、電動機轉(zhuǎn)速迅速下降。從特性b點至點至n01點點之間電動機處于發(fā)電回饋制動狀態(tài)之間電動機處于發(fā)電回饋制動狀態(tài)。（四）（四） 他勵直流電動機的調(diào)速他勵直流電動機的調(diào)速調(diào)速方法有：調(diào)速方法有：（1）降壓調(diào)速；（）降壓調(diào)速；（2）電樞回路串電阻調(diào)）電樞回路串電阻調(diào)速；（速；（3）減弱磁通調(diào)速三種。）減弱磁通調(diào)速三種。1.電樞電路串聯(lián)電阻的調(diào)速電樞電路串聯(lián)電阻的調(diào)速電樞回路串接電阻電樞回路串接電阻Rpa時的人為機械特性曲線如圖時的人為機械特性曲線如圖325所示。所示。（1）電樞串電阻的特點：）電樞串電阻的特點：l）是基速以下調(diào)速，且串入電阻越大特性越軟。）是基速以下調(diào)速，且串入電阻越大特性越軟。2）是有

17、級調(diào)速，調(diào)速的平滑性差。）是有級調(diào)速，調(diào)速的平滑性差。3）調(diào)速電阻消耗的能量大，不經(jīng)濟。）調(diào)速電阻消耗的能量大，不經(jīng)濟。4）電樞串電阻調(diào)速方法簡單，設(shè)備投資少。）電樞串電阻調(diào)速方法簡單，設(shè)備投資少。（2）適用范圍：）適用范圍：適用于小容量電動機調(diào)速。但調(diào)適用于小容量電動機調(diào)速。但調(diào)速電阻不能用起動變阻器代替。速電阻不能用起動變阻器代替。因為啟動電阻是按因為啟動電阻是按短時設(shè)計的短時設(shè)計的 ，而調(diào)速電阻是連續(xù)工作的。，而調(diào)速電阻是連續(xù)工作的。2.降低電樞電壓調(diào)速降低電樞電壓調(diào)速 降低電樞電壓后的人為機械特性曲線如圖降低電樞電壓后的人為機械特性曲線如圖326所示。所示。1.降壓調(diào)速的特點：降壓調(diào)速

18、的特點：1）調(diào)速性能穩(wěn)定，調(diào)速范圍廣。）調(diào)速性能穩(wěn)定，調(diào)速范圍廣。2）調(diào)速平滑性好，可實現(xiàn)無級調(diào)速。）調(diào)速平滑性好，可實現(xiàn)無級調(diào)速。3）損耗減小，調(diào)速經(jīng)濟性好。）損耗減小，調(diào)速經(jīng)濟性好。 4）調(diào)壓電源設(shè)備較復(fù)雜。）調(diào)壓電源設(shè)備較復(fù)雜。 3.減弱磁通調(diào)速減弱磁通調(diào)速 減弱磁通調(diào)速的人為機械特性曲線如圖減弱磁通調(diào)速的人為機械特性曲線如圖327所示所示 減弱磁通調(diào)速的特點：減弱磁通調(diào)速的特點：l）特性變軟，調(diào)速范圍）特性變軟，調(diào)速范圍不大。不大。2）調(diào)速平滑，可實現(xiàn)）調(diào)速平滑，可實現(xiàn)無極調(diào)速。無極調(diào)速。3）能量損耗小。）能量損耗小。 4）控制方便，控制設(shè)）控制方便，控制設(shè)備投資少。備投資少。 由圖可見，串勵電動機的轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩的增加而急由圖可見，串勵電動機的轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩的增加而急劇下降，這種機械特性稱為軟特性。劇下降，這種機械特性稱為軟特性。 串勵電動機適用于負載轉(zhuǎn)矩變化較大、要求起動串勵電動機適用于負載轉(zhuǎn)矩變化較大、要求起動轉(zhuǎn)矩大而不可能空載運行的場合，如城市電車、轉(zhuǎn)矩大而不可能空載運行的場合，如城市電車、蓄電池車輛、挖掘機、起重機等。蓄電池車輛、挖掘機、起重機等。 （五）串勵電動機的機械特性： 機械特性方程:式中的C1、C2均為常數(shù)。1.1.功率在功率在1 1千瓦以上的直流電機作耐壓試驗時，成千瓦以上的直流電機作耐壓試驗時，成品試驗電壓為品試驗電壓為 伏。伏。2UN+10