電工技術(shù)第二版(席時(shí)達(dá))第8章

1第八章直流電動(dòng)機(jī)電工技術(shù)第二節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性第一節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理第八章直流電動(dòng)機(jī)第三節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的使用3第一節(jié)、直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理直流電動(dòng)機(jī)（與三相交流異步電動(dòng)機(jī)相比）：

所以，在電車(chē)、電氣機(jī)車(chē)、軋鋼機(jī)、起重機(jī)械、電力牽引設(shè)備以及龍門(mén)刨床等方面獲得廣泛應(yīng)用。

缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，使用和維修要求高。

優(yōu)點(diǎn)：起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，調(diào)速平滑，易于控制等。第一節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理一、直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)二、直流電動(dòng)機(jī)的工作原理5第一節(jié)、直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理外形和結(jié)構(gòu)示意圖兩個(gè)基本部分：

定子

轉(zhuǎn)子一、直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)6第一節(jié)、直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理（一）定子直流電動(dòng)機(jī)靜止部分。定子主磁極主磁極鐵心勵(lì)磁繞組（可有多個(gè)）換向磁極換向磁極鐵心繞組機(jī)座：既是外殼，又是磁路的一部分端蓋(電刷裝置)7第一節(jié)、直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理（二）轉(zhuǎn)子（電樞）電樞鐵心：表面有許多均勻分布的槽電樞繞組：嵌放在電樞鐵心槽內(nèi)并與換向器相連換向器（整流子）：與電樞繞組相連，表面壓有電刷，與外電路直流電相通。轉(zhuǎn)軸、風(fēng)扇轉(zhuǎn)子直流電動(dòng)機(jī)活動(dòng)部分。8第一節(jié)、直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理直流電動(dòng)機(jī)的4種勵(lì)磁方式電樞繞組勵(lì)磁繞組（三）勵(lì)磁方式

1.他勵(lì)電動(dòng)機(jī)：勵(lì)磁繞組與電樞繞組分別由兩個(gè)不同的直流電源供電。

另外，用永久磁鐵作為磁極的永磁式電動(dòng)機(jī)，也可視為他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的一種。9第一節(jié)、直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理電樞繞組勵(lì)磁繞組

2.并勵(lì)電動(dòng)機(jī)：勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)后由同一個(gè)直流電源供電。

3.串勵(lì)電動(dòng)機(jī)：勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)后由同一個(gè)直流電源供電。

4.復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)：既有并勵(lì)繞組，又有串勵(lì)繞組。

10第一節(jié)、直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理二、直流電動(dòng)機(jī)的工作原理電刷B電刷A換向片2換向片1電樞線圈主磁極11第一節(jié)、直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理U+–

FF（一）轉(zhuǎn)動(dòng)原理（a）線圈在初始位置IaIaSbNadc電刷A換向片2電樞線圈換向片1電刷B主磁極IaIa

直流電Ia從電刷通入電樞繞組，線圈ab邊和cd邊在磁場(chǎng)中受到電磁力F的作用。電樞繞組通電后中受力按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。左手定則n12第一節(jié)、直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理FF（b）線圈轉(zhuǎn)過(guò)1800后

隨著電樞的旋轉(zhuǎn),線圈ab邊從N極處轉(zhuǎn)向S極處,換向片1脫離電刷A與電刷B接觸,,無(wú)論線圈怎樣轉(zhuǎn)動(dòng)，總是N極處線圈中的電流方向向里,電磁力F始終向左。

電磁轉(zhuǎn)矩和方向不變，使電樞能連續(xù)按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)nU+–IaIaIaIaScNdab電刷A換向片1換向片2電刷B主磁極電樞線圈13第一節(jié)、直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理ScNdabU+–電刷A換向片1FF換向片2電刷B主磁極IaIaIaIan

換向器作用：將外部直流電轉(zhuǎn)換成內(nèi)部的直流電，以保持轉(zhuǎn)矩方向不變電樞線圈14第一節(jié)、直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理CT：轉(zhuǎn)矩常數(shù)

:

每極磁通Ia：電樞電流（二）電磁轉(zhuǎn)矩由式可知：直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T與每極磁通和電樞電流Ia

的乘積成正比。電磁轉(zhuǎn)矩的方向由

和Ia

的方向決定。

電磁轉(zhuǎn)矩公式為：T=CTIa

電磁轉(zhuǎn)矩是由電樞繞組通入直流電流(電樞電流Ia)后在磁場(chǎng)（磁通）中受力而形成的。15第一節(jié)、直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理（三）電樞電動(dòng)勢(shì)和電流電樞轉(zhuǎn)動(dòng)使電樞繞組中的導(dǎo)體不斷切割磁力線，因此在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E。SbNadcnU+–IaIaIaIa電樞線圈換向片電刷FFEE右手定則

電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E與電樞電流或外加電壓方向總是相反，所以稱反電勢(shì)。16第一節(jié)、直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理

直流電動(dòng)機(jī)兩電刷間總的電樞電動(dòng)勢(shì)公式：Ea=CE

nCE為電動(dòng)勢(shì)常數(shù)。為每極磁通。n為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

由式可知：直流電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞電動(dòng)勢(shì)Ea大小與每極磁通和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n乘積成正比，其方向與電樞電流相反，起限制電流的作用。17第一節(jié)、直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理直流電動(dòng)機(jī)電樞電流公式：Ra：電樞電阻。

由式可知：電樞電流Ia的大小，不僅與Ua

和Ra有關(guān)，而且還受到反電動(dòng)勢(shì)Ea的制約。直流電動(dòng)機(jī)電樞電路Ua：電樞兩端電壓。Ea：反電動(dòng)勢(shì)。

電樞繞組兩端電壓公式：Ua=Ea+IaRa–RaIaEa+–+UaM18第一節(jié)、直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理（四）轉(zhuǎn)矩和功率的自動(dòng)平衡過(guò)程

1.平衡的概念：電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。在電機(jī)運(yùn)行時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩必須和機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩及空載損耗轉(zhuǎn)矩相平衡。TL：機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩T0：空載轉(zhuǎn)矩

2.平衡過(guò)程：

當(dāng)電動(dòng)機(jī)軸上的機(jī)械負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、電動(dòng)勢(shì)、電樞電流的變化，電磁轉(zhuǎn)矩將自動(dòng)調(diào)整，以適應(yīng)負(fù)載的變化，保持新的平衡。191第一節(jié)、直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理例：設(shè)外加電樞電壓U一定，T=TL

(平衡)，此時(shí)，若TL突然增加，則調(diào)整過(guò)程為:

達(dá)到新的轉(zhuǎn)矩平衡點(diǎn)，而以新的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行。TLnIa

T

Ea可見(jiàn):電磁轉(zhuǎn)矩能自動(dòng)平衡負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化。第三節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的使用一、起動(dòng)二、反轉(zhuǎn)三、調(diào)速四、制動(dòng)21第三節(jié)、直流電動(dòng)機(jī)的使用一、起動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)不允許直接起動(dòng)。對(duì)供電電源是很大沖擊，會(huì)損壞電動(dòng)機(jī)。轉(zhuǎn)速n=0，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（一）原因1.起動(dòng)時(shí)電流大，高達(dá)額定電流十幾倍2.起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大

很大的起動(dòng)電流將產(chǎn)生很大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使被驅(qū)動(dòng)的機(jī)械遭受很大沖擊力，可能損壞傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)機(jī)械。22第三節(jié)、直流電動(dòng)機(jī)的使用（二）解決辦法

1.降低電樞端電壓U

使用一個(gè)可調(diào)壓的直流電源專(zhuān)供電樞電路之用，這樣隨著轉(zhuǎn)速的升高電源電壓可逐漸升高到額定值，但這種方法只適用于他勵(lì)電動(dòng)機(jī)。

2.增大電樞電路的電阻Ra

即在電樞電路內(nèi)串聯(lián)起動(dòng)電阻，隨著轉(zhuǎn)速的升高將起動(dòng)電阻逐漸減小到零。（三）注意

1.起動(dòng)時(shí)勵(lì)磁電路必須可靠連接，不允許開(kāi)路。

2.工作時(shí)也不允許勵(lì)磁電路開(kāi)路。23第三節(jié)、直流電動(dòng)機(jī)的使用

一臺(tái)他勵(lì)電動(dòng)機(jī)，已知額定電壓為110V，額定電流為81.6A，電樞電阻為0.12?。試求：1、如果直接起動(dòng)，起動(dòng)電流是額定電流的幾倍？2、若要將起動(dòng)電流限制為額定電流的2倍，應(yīng)選多大的起動(dòng)電阻？解：（1）直接起動(dòng)時(shí)（2）若將起動(dòng)電流為額定電流的2倍，則【例8-3-1】24第三節(jié)、直流電動(dòng)機(jī)的使用二、反轉(zhuǎn)（二）反轉(zhuǎn)的辦法

通常是改變電樞電流的方向，即把電樞電路的兩條端線互換。（一）反轉(zhuǎn)的種類(lèi)電磁轉(zhuǎn)矩：T=CTIa

(1)改變勵(lì)磁電流的方向。

(2)改變電樞電流的方向。改變直流電機(jī)轉(zhuǎn)向的方法有兩種：25第三節(jié)、直流電動(dòng)機(jī)的使用三、調(diào)速用人為的方法改變它的機(jī)械特性，使之在一定的負(fù)載下獲得不同的轉(zhuǎn)速。（二）調(diào)速的辦法有改變電樞電路的電阻Ra，磁極磁通Ф，電樞電壓U三種辦法。（一）調(diào)速的概念直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性公式:26第三節(jié)、直流電動(dòng)機(jī)的使用1.改變電樞電路的電阻Ra在電樞電路內(nèi)串接可變電阻，當(dāng)Ra增大時(shí)，在同樣負(fù)載下轉(zhuǎn)速下降，如圖(a)，輕載時(shí)得不到低速。

因增加電阻消耗功率，只適用于調(diào)速范圍小、調(diào)速時(shí)間短的小功率電動(dòng)機(jī)。27第三節(jié)、直流電動(dòng)機(jī)的使用2.改變磁極磁通Ф在勵(lì)磁電路中串聯(lián)可變電阻，或減小勵(lì)磁電源的電壓，使電動(dòng)機(jī)的磁通Ф小于原來(lái)的額定值。從而使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速升高。機(jī)械特性變軟，如圖(b)。28第三節(jié)、直流電動(dòng)機(jī)的使用3.改變電樞電壓U用單獨(dú)的可變直流電源給電樞電路供電，也可使電動(dòng)機(jī)的額定電壓向下調(diào)，使機(jī)械特性平行下移，硬度不變，如圖(c)。這種方法調(diào)速比較穩(wěn)定，調(diào)速范圍也較大。

在調(diào)速范圍要求很大的設(shè)備中，也可對(duì)同一電動(dòng)機(jī)分別采用改變電樞電壓和改變勵(lì)磁兩種方法。29第三節(jié)、直流電動(dòng)機(jī)的使用四、制動(dòng)（一）能耗制動(dòng)1.工作過(guò)程有能耗制動(dòng)和反接制動(dòng)兩種辦法。

由于慣性，電樞繼續(xù)按原方向旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E方向不變，但原來(lái)阻礙電流的反電動(dòng)勢(shì)，卻變?yōu)樵陔姌欣@組和制動(dòng)電阻RP上產(chǎn)生電流Ia的電動(dòng)勢(shì)。制動(dòng)電阻

制動(dòng)時(shí)，開(kāi)關(guān)S由左邊扳向右邊，使電樞回路與電源斷開(kāi)，而與RP聯(lián)接，但勵(lì)磁繞組的電源保留。30第三節(jié)、直流電動(dòng)機(jī)的使用

這時(shí)電動(dòng)機(jī)相當(dāng)于一臺(tái)發(fā)電機(jī)，電樞電流與磁通互相作用產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與電樞旋轉(zhuǎn)的方向相反，是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，迫使電動(dòng)機(jī)很快停車(chē)。

在這一過(guò)程中，轉(zhuǎn)動(dòng)部分的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，在電阻中被消耗掉，所以稱能耗制動(dòng)。

2.特點(diǎn)：能耗制動(dòng)線路簡(jiǎn)單，制動(dòng)可靠、平穩(wěn)、經(jīng)濟(jì)，故常被采用。31第三節(jié)、直流電動(dòng)機(jī)的使用（二）反接制動(dòng)

1.概念：把剛脫離電源的電樞繞組反接到電源上進(jìn)行制動(dòng)的方法。

2.工作過(guò)程：電樞反接后，電樞電流反向，電磁轉(zhuǎn)矩隨著反向而成為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，電機(jī)迅速停轉(zhuǎn)，此時(shí)應(yīng)及時(shí)切斷電源，否則反轉(zhuǎn)。

3.特點(diǎn)：制動(dòng)迅速，但消耗一定能量，并有自動(dòng)反轉(zhuǎn)的可能性。第八章直流電動(dòng)機(jī)小結(jié)33一、知識(shí)結(jié)構(gòu)圖直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)定子：主磁極，換向磁極，電刷轉(zhuǎn)子：電樞鐵心，電樞繞組，換向器勵(lì)磁方式：4種轉(zhuǎn)動(dòng)原理電磁原理電樞電動(dòng)勢(shì)和電流功率自動(dòng)平衡過(guò)程工作原理機(jī)械特性他勵(lì)和并勵(lì)電動(dòng)機(jī)：轉(zhuǎn)速基本不變串勵(lì)電動(dòng)機(jī)：負(fù)載大轉(zhuǎn)速下降復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)：介于并勵(lì)和串勵(lì)之間使用不能直接起動(dòng)措施2種：降低電壓，增大電流起動(dòng)反轉(zhuǎn):改變電樞電流方向調(diào)速:3種辦法制動(dòng):能耗、反接2種辦法直流伺服電動(dòng)機(jī)：優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)34

1.由定子和轉(zhuǎn)子兩個(gè)基本部分組成。(一)直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理

2.定子主磁極的勵(lì)磁繞組通入直流電產(chǎn)生主磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子電樞繞組經(jīng)過(guò)換向器通入直流電后受磁場(chǎng)力作用而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。

3.直流電動(dòng)機(jī)的3個(gè)基本方程式：T＝CTФIaEa＝CEФn由此可推出轉(zhuǎn)速公式和機(jī)械特性表達(dá)式。二、需掌握的知識(shí)要點(diǎn)35(二)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

1.按勵(lì)磁方式分為他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)、復(fù)勵(lì)4種。

2.他勵(lì)和并勵(lì)電動(dòng)機(jī)：具有硬特性，適用于轉(zhuǎn)速基本不受負(fù)載影響，又便于在大范圍內(nèi)調(diào)速的設(shè)備中。

3.串勵(lì)電動(dòng)機(jī)：起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，適用于電動(dòng)機(jī)直接與機(jī)械負(fù)載固定聯(lián)接，轉(zhuǎn)速隨負(fù)載的減輕會(huì)明顯上升的設(shè)備中。

4.復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)：其機(jī)械特性介于以上二者之間，適用于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，特性比較軟，又需在空載和輕載