電樞電流改變方向課件

主編宮迎新制作高英霞2006年7月電工電子技術(shù)基礎(chǔ)主編宮迎新電工電子技術(shù)基礎(chǔ)1直流電動(dòng)機(jī)的工作原理直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性直流電動(dòng)機(jī)使用方法學(xué)習(xí)要點(diǎn)第8章電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)的工作原理學(xué)習(xí)要點(diǎn)第8章電動(dòng)機(jī)2第8章直流電動(dòng)機(jī)8.1直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理8.2直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性8.3直流電動(dòng)機(jī)的使用第8章直流電動(dòng)機(jī)8.1直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理38.1直流電動(dòng)機(jī)8.1.1直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)直流電動(dòng)機(jī)與交流三相異步電動(dòng)機(jī)相比較，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格較高，使用與維護(hù)的技術(shù)要求高。但它的優(yōu)點(diǎn)突出：有無級(jí)調(diào)速特性，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大。

直流電動(dòng)機(jī)的外形和結(jié)構(gòu)示意如圖8-1所示。直流電動(dòng)機(jī)和三相異步電動(dòng)機(jī)一樣也是由定子和轉(zhuǎn)子兩個(gè)基本部分構(gòu)成。8.1直流電動(dòng)機(jī)8.1.1直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)4電樞電流改變方向課件51、定子定子是直流電動(dòng)機(jī)的靜止部分，如圖8-2所示。它包括主磁極、換向磁極、機(jī)座、電刷裝置和端蓋等。主磁極由主磁極鐵心和勵(lì)磁繞組組成。勵(lì)磁繞組通入勵(lì)磁電流時(shí)產(chǎn)生主磁通，它可以有一對(duì)或者多對(duì)。換向磁極由換向極鐵心和繞組組成，位于兩主磁極之間，體積比較小，換向極與電樞串聯(lián)，通過電樞電流，產(chǎn)生附加磁場(chǎng)，以改善換向條件，減小換向器上的火花。一般小功率的電動(dòng)機(jī)沒有換向磁極。

1、定子6機(jī)座由鑄鋼制成，用來安裝主磁極和換向磁極等部件，這是電動(dòng)機(jī)的外殼，也是磁路的一部分。端蓋既是轉(zhuǎn)軸的支架，又用來固定刷架。在刷架內(nèi)由彈簧把電刷壓在轉(zhuǎn)子的換向器上。機(jī)座由鑄鋼制成，用來安裝主磁極和換向磁極等部件，這是電動(dòng)機(jī)的72、轉(zhuǎn)子

直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子也稱為電樞。如圖8-3所示。包括電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇等組成。

2、轉(zhuǎn)子8

電樞鐵心由硅鋼片疊成，其表面有均勻分布的槽，用來嵌放電樞繞組。電樞鐵心是直流電動(dòng)機(jī)的磁路的一部分。電樞繞組由許多相同結(jié)構(gòu)的線圈組成，按一定規(guī)律嵌放在電樞鐵心的槽內(nèi)并與換向器相連，通入電樞電流時(shí)在主磁通的作用下產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。換向器也稱為整流子，俗稱銅頭，是直流電動(dòng)機(jī)的特有裝置。它由許多楔形銅片組成，片間用云母或其它墊片絕緣，外表呈圓柱形，裝在轉(zhuǎn)軸上。每一個(gè)換向片按一定規(guī)律與電樞繞組的線圈連接。在換向器的表面用彈簧壓有電刷，由電刷引出線外接直流電源，形成電樞電流，從而實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)的電樞繞組與靜止的外電路相通。

電樞鐵心由硅鋼片疊成，其表面有均勻分布的槽，用來嵌93、勵(lì)磁方式直流電動(dòng)機(jī)的主磁通是由勵(lì)磁繞組中的勵(lì)磁電流產(chǎn)生的，產(chǎn)生主磁通的過程稱為勵(lì)磁。由于勵(lì)磁方式的不同，使得直流電動(dòng)機(jī)的有不同的特性。直流電動(dòng)機(jī)按勵(lì)磁方式的不同可分為四種，如圖8-4所示。

3、勵(lì)磁方式10他勵(lì)式電動(dòng)機(jī)構(gòu)造比較復(fù)雜，一般用于對(duì)調(diào)速范圍要求很寬的重型機(jī)床等設(shè)備中。并勵(lì)式電動(dòng)機(jī)在外加電壓一定的情況下，勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁通將保持恒定不變。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，負(fù)載變動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速比較穩(wěn)定，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方便，調(diào)速范圍大。串勵(lì)式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩的增加，呈顯著下降的軟特性，特別適用于起重設(shè)備。積復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩變化速度較快，負(fù)載變化時(shí)能夠有效克服電樞電流的沖擊，比并勵(lì)式電動(dòng)機(jī)的性能優(yōu)越，主要用于負(fù)載力矩有突然變化的場(chǎng)合。差復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)具有負(fù)載變化時(shí)轉(zhuǎn)速幾乎不變的特性，常用于要求轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的機(jī)械中。他勵(lì)式電動(dòng)機(jī)構(gòu)造比較復(fù)雜，一般用于對(duì)調(diào)速范圍要求很寬的重型機(jī)118.1.2直流電動(dòng)機(jī)的工作原理接通直流電壓U時(shí)，直流電流為從a邊流入，b邊流出，由于a邊處于N極之下，b邊處于S極之下，則線圈受到電磁力而形成一個(gè)逆時(shí)針方向的電磁轉(zhuǎn)矩T，使電樞繞組繞軸線方向逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。1．直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理8.1.2直流電動(dòng)機(jī)的工作原理接通直流電壓U時(shí)，直流電流12當(dāng)電樞轉(zhuǎn)動(dòng)半周后，a邊處于S極之下，而b邊處于N極之下。由于采用了電刷和換向器裝置，此時(shí)電樞中的直流電流方向變?yōu)閺腷邊流入，從a邊流出。電樞仍受到一個(gè)逆時(shí)針方向的電磁轉(zhuǎn)矩T的作用，繼續(xù)繞軸線方向逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)電樞轉(zhuǎn)動(dòng)半周后，a邊處于S極之下，而b邊處于N極之下。由于132．電磁轉(zhuǎn)矩與電壓平衡方程為轉(zhuǎn)矩常數(shù)，它與電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)有關(guān)。為電動(dòng)勢(shì)常數(shù)，它與電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)有關(guān)。

2．電磁轉(zhuǎn)矩與電壓平衡方程為轉(zhuǎn)矩常數(shù)，它與電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)14電樞電流改變方向課件158.2直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性稱之為直流直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。式中的每極磁通是由磁繞組中勵(lì)磁電流產(chǎn)生的，勵(lì)磁方式?jīng)Q定了與負(fù)載的關(guān)系，因此，不同勵(lì)磁方式的直流電動(dòng)機(jī)，其機(jī)械特性也不同。

8.2直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性稱之為直流直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特168.2.1他勵(lì)和并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

他勵(lì)和并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流是不受負(fù)載影響的，也就是當(dāng)勵(lì)磁電壓一定時(shí)為一常數(shù)。于是

可寫成式中：稱為理想空載轉(zhuǎn)速是一個(gè)很小的常數(shù)8.2.1他勵(lì)和并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性他勵(lì)和并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的17這表明他勵(lì)和并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是一條稍微向下傾斜的直線，機(jī)械特性比較硬，如圖8-8所示。常用于轉(zhuǎn)速基本不受負(fù)載影響，又可在大范圍內(nèi)調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械，如龍門刨床、大型車床和冶金機(jī)械等。

這表明他勵(lì)和并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是一條稍微向下傾188.2.2串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性如圖8-9所示。這是一條比較軟的機(jī)械特性?？梢姡畡?lì)電動(dòng)機(jī)沒有固定的理想空載轉(zhuǎn)速。8.2.2串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性19串勵(lì)電動(dòng)機(jī)有比較軟的機(jī)械特性，這是它主要特點(diǎn)之一，因此特別適于起重設(shè)備。當(dāng)起重機(jī)提升較輕的貨物時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速較高，以提高生產(chǎn)效率；當(dāng)提升較重的貨物時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速較低，以保證安全。串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的另一個(gè)特點(diǎn)是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和過載能力較大。當(dāng)負(fù)載較小時(shí)，磁路沒有飽和，磁通與電樞電流成正比，故電磁轉(zhuǎn)矩：串勵(lì)電動(dòng)機(jī)有比較軟的機(jī)械特性，這是它主要特點(diǎn)之一，因此特別適20這表明電磁轉(zhuǎn)矩與電樞電流的平方成正比。因此，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大和過載能力較強(qiáng)。特別適用于電氣牽引設(shè)備。串勵(lì)電動(dòng)機(jī)在空載和輕載時(shí)，由于電樞電流很小，磁通很小，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速很高，達(dá)額定轉(zhuǎn)速的5~6倍，將造成換向困難，甚至使電樞因?yàn)檫^大的離心力而甩壞。所以串勵(lì)電動(dòng)機(jī)不允許空載起動(dòng)，規(guī)定負(fù)載不能小于額定值的20%~30%。同時(shí)，不準(zhǔn)用皮帶或鏈條傳動(dòng)，防止皮帶或鏈條的脫落而使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速過高。

這表明電磁轉(zhuǎn)矩與電樞電流的平方成正比。因此，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大和過218.2.3復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)兼有并勵(lì)和串勵(lì)電動(dòng)機(jī)兩方面的特點(diǎn)，機(jī)械特性介于兩者之間，如圖8-10所示。當(dāng)并勵(lì)繞組的作用大于串勵(lì)繞組的作用時(shí)，機(jī)械特性接近于并勵(lì)電動(dòng)機(jī)；當(dāng)串勵(lì)繞組的作用大于并勵(lì)繞組的作用時(shí)，機(jī)械特性接近于串勵(lì)電動(dòng)機(jī)。適用于負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化比較大，又需要較大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的設(shè)備中，可以空載或輕載運(yùn)行。如輪船、城市電車、起重機(jī)和采礦設(shè)備等。

8.2.3復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)兼228.3直流電動(dòng)機(jī)的使用8.3.1直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)在直流電動(dòng)機(jī)接通電源的瞬間n=0，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，故起動(dòng)電流為：

由于Ra很小，所以起動(dòng)電流很大，達(dá)額定電流的十幾倍。這樣大的起動(dòng)電流對(duì)供電電源的沖擊很大，很容易造成電源的損壞，同時(shí)也可能損壞電動(dòng)機(jī)本身。8.3直流電動(dòng)機(jī)的使用8.3.1直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)23為了減小起動(dòng)電流又保持一定起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，通常限制起動(dòng)電流在額定電流的1.5~2.5倍范圍內(nèi)。從式（8-8）可知，限制起動(dòng)電流的方法有二種：1．降低電樞電壓降低電樞電壓需要有一個(gè)可調(diào)壓的直流電源，隨著轉(zhuǎn)速的升高，使電源電壓逐漸升高到額定值。這種方法只適用于他勵(lì)電動(dòng)機(jī)。2．電樞電路串聯(lián)電阻對(duì)于并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)，采用在電樞電路中串聯(lián)電阻的方法起動(dòng)。隨著轉(zhuǎn)速的升高逐漸減小起動(dòng)電阻，直到減小到零。無論采用何種勵(lì)磁方式的電動(dòng)機(jī)，也無論采用何種起動(dòng)方式，勵(lì)磁電路必須可靠的連接，不允許開路。

為了減小起動(dòng)電流又保持一定起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，通常限制起動(dòng)電流在額定電24【例8-2】一臺(tái)他勵(lì)電動(dòng)機(jī)，這額定電樞電壓為110V，額定電流為81.6A，電樞電阻0.12Ω，求直接起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流是多少？若將起動(dòng)電流限制為額定電流的2倍，應(yīng)選擇多大的起動(dòng)電阻？

【解】：直接起動(dòng)電流為

若將起動(dòng)電流限制為額定電流的2倍，則由

：

【例8-2】一臺(tái)他勵(lì)電動(dòng)機(jī)，這額定電樞電壓為110V，額定電258.3.2．直流電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)改變直流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，必須改變電磁轉(zhuǎn)矩的方向。由直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理可知，電磁轉(zhuǎn)矩的方向是由磁通的方向和電樞的方向決定的。因此，只要改變勵(lì)磁電流的方向或者改變電樞電流的方向，兩者只取其一。一般來說，勵(lì)磁繞組存在很大的電感，在換向時(shí)會(huì)產(chǎn)生很高的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，造成換接困難，因此，一般都改變電樞電流的方向。

8.3.2．直流電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)改變直流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向268.3.3直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速根據(jù)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式可知直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有3種：改變磁通Φ調(diào)速、改變電樞電壓U調(diào)速和電樞串聯(lián)電阻調(diào)速。在電動(dòng)機(jī)的機(jī)械負(fù)載不變的條件下改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，串勵(lì)和復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性比較復(fù)雜。我們以并勵(lì)電動(dòng)機(jī)為例說明。

8.3.3直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速根據(jù)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式可27電樞電流改變方向課件28特點(diǎn)：（1）機(jī)械特性變軟，也就說轉(zhuǎn)速只能變低；（2）低轉(zhuǎn)速時(shí)，調(diào)速電阻上通過較大的電流，消耗電能較多，經(jīng)濟(jì)性差；（3）如果負(fù)載稍有變化，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就會(huì)有較大的變化，這對(duì)于要求恒速的負(fù)載不利。1、電樞電路串聯(lián)電阻調(diào)速

這種調(diào)速方式適于調(diào)速范圍不大和調(diào)速時(shí)間不長的小功率電動(dòng)機(jī)。

特點(diǎn)：1、電樞電路串聯(lián)電阻調(diào)速這種調(diào)速方式適于調(diào)速范圍不大292、勵(lì)磁電路串聯(lián)電阻調(diào)速

在勵(lì)磁電路中串聯(lián)電阻，或改變勵(lì)磁電源電壓，使電動(dòng)機(jī)的磁通小于原來的額定值，從而使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速升高。特點(diǎn)：（1）因磁勵(lì)電流較小，故調(diào)速時(shí)消耗電能少，經(jīng)濟(jì)性好；（2）調(diào)速后的機(jī)械特性硬度變化不大；（3）由于勵(lì)磁電流只能在額定值的基礎(chǔ)上減小，所以只能實(shí)現(xiàn)升速。2、勵(lì)磁電路串聯(lián)電阻調(diào)速特點(diǎn)：303、改變電樞電壓調(diào)速

改變電樞電壓，使電動(dòng)機(jī)的電樞電壓小于額定值，從而使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低。特點(diǎn)：（1）使電動(dòng)機(jī)的電樞電壓下調(diào)時(shí)，機(jī)械特性平行下移；（2）硬度不變，調(diào)速比較平穩(wěn)；（3）轉(zhuǎn)速只能調(diào)高不能調(diào)低。3、改變電樞電壓調(diào)速特點(diǎn)：318.3.4直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)也有能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)和發(fā)電反饋制動(dòng)3種。1、能耗制動(dòng)

能耗制動(dòng)是在停機(jī)時(shí)將電樞繞組接線端從電源上斷開后立即與一個(gè)制動(dòng)電阻短接，由于慣性，短接后電動(dòng)機(jī)仍保持原方向旋轉(zhuǎn)，電樞繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)仍存在并保持原方向，但因?yàn)闆]有外加電壓，電樞繞組中的電流和電磁轉(zhuǎn)矩的方向改變了，即電磁轉(zhuǎn)矩的方向與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方