電機與電氣控制技術 課件 項目3 直流電機調試與維護

項目3直流電機調試與維護任務3.1

直流電機的結構和工作原理任務3.2

直流電機的電樞繞組和磁場任務3.3直流電機的計算及運行分析任務3.4他勵直流電動機的起動和調速任務3.5直流電機的換向任務3.6直流電動機的運行維護與故障檢修任務3.7技能訓練任務3.8項目總結【任務目標】技能目標：1.能正確選擇直流電動機；2.能利用電壓表、電流表測量電機電壓和流；3.能正確完成電機控制線路的安裝與接線；4.能正確使用合理方法對直流電機進行調速。知識目標：1.了解直流電動機的特點、用途和分類；2.熟悉直流電動機的機構和工作原理；3.熟悉直流電動機起動、反轉、調速和制動的方法。項目3直流電機的結構和工作原理【任務描述】

直流電機是指能發(fā)出直流電的發(fā)電機，或通以直流電而轉動的電動機。直流電動機與交流電動機相比較，具有良好的起動性能，起動轉矩較大；能在較寬的范圍內進行平滑的無級調速；還適宜于頻繁起動。因此，凡要求大范圍無級調速，或者要求較大起動轉矩的場合都采用直流電動機作為動力。它應用于電力機車、無軌電車、軋鋼機、礦井卷揚機、大型機床、起重機等設備中。小容量的直流電動機廣泛應用于自動控制系統(tǒng)中。

項目3直流電機的結構和工作原理

【任務描述】

直流發(fā)電機作為各種直流電源，用于直流電動機的電源，化學工業(yè)中電解、電鍍的電源，發(fā)電廠中同步發(fā)電機的勵磁電源，后者稱為勵磁機。直流電機也存在一些缺點，如制造中消耗金屬較多，工藝較復雜，成本較高，運行中電流換向的故障較多，維修比較麻煩。對于粉塵比較大，易燃易爆場所直流電機根本不能應用，這是它致命的弱點。這些使直流電動機的廣泛應用受到了一定的限制，沒有交流電機應用廣泛。本任務主要研究直流電動機的基本結構、工作原理和主要特性。項目3直流電機的結構和工作原理【子任務目標】技能目標：1．能認識直流電機；2．能正確選擇直流電動機。知識目標：1．了解直流電動機的結構和功能；2．熟悉直流電動機的工作原理。項目3.1直流電機的結構和工作原理【知識準備】（一）直流電動機的基本結構直流電機進行能量轉換，必須有磁場以及與磁場耦合的線圈，磁場與線圈之間還必須有相對運動。因此，直流電機由靜止部分和轉動部分組成。靜止部分稱為定子，包括主磁極、換向極、電刷裝置和機座等主要部件。轉動部分稱為轉子。直流電機的轉子通常稱為電樞，它主要由電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉軸和風扇等部件組成。圖3.1所示為直流電機的結構圖。下面對直流電機的主要部件作簡要介紹。項目3.1直流電機的結構和工作原理

圖3-1直流電動機的結構

直流電機裝配結構圖1-換向器；2-電刷裝置；3-機座；4-主磁極；5-換向極；6-端蓋；7-風扇；8-電樞繞組；9-電樞鐵心項目3.1直流電機的結構和工作原理

（一）直流電動機的基本結構1．定子部分（1）主磁極主磁極的作用是產生主磁場，以便電樞在此磁場中轉動而產生感生電動勢。主磁場有兩種形式：永久磁鐵和電磁鐵。絕大部分直流電機采用電磁鐵。電磁鐵由主磁極鐵心和勵磁繞組組成，如圖3.2所示。主磁極鐵心一般由1～1.5mm厚的鋼板沖片疊壓而成。繞制好的勵磁繞組套在鐵心外面，整個磁極用螺釘固定在機座上。主磁極總是成對出現的，各主磁極上的繞組連接時要能保證相鄰磁極的極性按N極和S極依排列。為了減少氣隙中有效磁通的磁阻，改善氣隙磁通密度的分布波形，磁極下的極掌（或稱極靴）較極身寬，這樣也可以使勵磁繞組牢牢地套在磁極上。

項目3.1直流電機的結構和工作原理（一）直流電動機的基本結構1．定子部分（2）換向極換向極是用來改善直流電機換向的，減小電機運行時電刷與換向器之間可能產小的火花。換向極裝在容量大于1kW的直流電機的兩主磁極之間，也是由換向極鐵心和換向極繞組組成，如圖3.3所示。一般換向極鐵心用整塊鋼板加工而成。也可用1.5mm的鋼板疊壓。換向極繞組套在換向極鐵心上，與電樞繞組串聯。一般換向極的數量與主磁極相同。（3）機座電機定子部分的外殼稱為機座。機座通常由鑄鋼或厚鋼板焊成。它有兩個作用，一是用來固定主磁極、換向極和端蓋，并固定和支撐整個電機；二是作為電機磁路的一部分，構成磁極之間磁的通路。機座中有磁通經過的部分稱為磁軛。

項目3.1直流電機的結構和工作原理（一）直流電動機的基本結構1．定子部分（4）電刷裝置電刷的作用是將旋轉的電樞與固定不動的外電路相連，把直流電壓或直流電流引入或引出。電機中常用一套電刷裝置來保證它的作用。電刷裝置由電刷、彈簧、刷握、刷桿及刷桿座等組成。電刷是用石墨等制成的導電塊，放置在刷盒內，用彈簧將它壓緊在換向器上，刷握固定在刷桿上。容量大的電機，可在同一刷桿上并排安裝一組刷握和電刷。一般刷桿數與主磁極數相等。由于電刷有正、負極之分，因此刷桿必須與刷桿座絕緣。電刷組在換向器表面應對稱分布，刷桿座可與端蓋或機座相連接。整個電刷裝置可以移動，用以調整電刷在換向器上的位置。圖3.4所示為電刷裝置結構圖。

項目3.1直流電機的結構和工作原理

（一）直流電動機的基本結構1．定子部分圖3-2主磁極的結構1-主磁極；2-勵磁繞組；3-機座圖3-3換向極1-換向極鐵心；2-換向極繞組圖3-4電刷裝置1-刷握；2-電刷；3-壓緊彈簧；4-刷辮項目3.1直流電機的結構和工作原理（一）直流電動機的基本結構2．轉子部分（1）電樞鐵心電樞鐵心是主磁路的一部分．同時要安放電樞繞組。由于電機運行時，電樞與氣隙磁場間有相對運動，鐵心中也會產生感應電動勢而出現渦流和磁滯損耗。為了減少損耗，電樞鐵心通常由0.5mm厚的表面絕緣的硅鋼片經沖壓疊裝而成。沖片圓周外緣均勻地沖有許多齒和槽，槽內可安放電樞繞組，有的沖片上還沖有許多圓孔，以形成改善散熱的軸向通風孔，圖3.5所示為電樞鐵心沖片的形狀和電樞鐵心主體圖。電機容量大時，電樞鐵心的圓柱體還可分隔成幾段，每段間隔10mm左右，以形成徑向的通風道。

項目3.1直流電機的結構和工作原理

（一）直流電動機的基本結構2．轉子部分圖3-5轉子結構圖項目3.1直流電機的結構和工作原理

（2）電摳繞組由許多線圈按一定規(guī)律連接而成，用來感應電動勢和通過電流，是直流電機電路的主要部分。

項目3.1直流電機的結構和工作原理（3）換向器

在直流電動機中，換向器配以電刷，能將外加直流電源轉換為電樞線圈中的交變電流，使電磁轉矩的方向恒定不變；在直流發(fā)電機中，換向器配以電刷，能將電樞線圈中感應產生的交變電動勢轉換為正、負電刷上引出的直流電動勢。如圖3-6所示。

項目3.1直流電機的結構和工作原理圖3-6換向器結構1-換向片；2-連接部分圖3-7直流電動機工作原理放大直流電動機的基本工作原理

其工作原理說明如下。如圖3-7(a)所示，將外部直流電源的正極加在電刷A上，負極加在電刷B上，則線圈abcd中有電流流過。在導體ab中，電流由a指向b；在導體cd中，電流由c指向d。導體ab和cd分別處于N、S極所產生的磁場中，則必然要受到電磁力的作用。由左手定則判斷可知：導體ab和cd所受電磁力而形成的轉矩(力與力臂的乘積)方向一致。該轉矩稱為電磁轉矩，為逆時針方向，因此電樞順著逆時針方向開始旋轉。當電樞旋轉180°時，導體cd轉到N極下，ab轉到S極下，如圖3-7(b)所示。由于電流仍從電刷A流入，使cd中的電流變?yōu)橛蒬流向c，而ab中的電流由b流向a，從電刷B流出。由左手定則判斷可知：電磁轉矩的方向仍是逆時針方向，電樞繼續(xù)逆時針旋轉?？梢姡瑢wab和cd雖然在不同的時刻處于不同的磁極之下，但是所受電磁力形成的電磁轉矩的轉動效果不變。直流發(fā)電機的基本工作原理

直流發(fā)電機的結構與直流電動機的結構完全一樣，只不過是直流電動機的外加直流電源改為吸取電能的負載，直流電動機所拖動的機械負載改接為外界提供機械能的原動機。其工作原理說明如下。如圖3-8(a)所示，導體ab和cd分別切割N極和S極下的磁力線，產生感應電動勢，電動勢的方向可用右手螺旋定則來確定：導體ab中電動勢的方向由b指向a，導體cd中電動勢的方向由d指向c，在一個串聯回路中相互疊加，形成電刷A為電源正極、電刷B為電源負極的極性。電樞轉過180°時，導體cd與導體ab交換位置，但電刷的正負極性不變，如圖3-8(b)所示?？梢姡绷麟妱訖C一樣，直流發(fā)電機電樞線圈中的感應電動勢的方向也是交變的，而通過換向器和電刷的整流作用，在電刷A、B上輸出的電動勢是極性不變的直流電動勢。在電刷A、B之間接上負載，發(fā)電機就能向負載供給直流電能。圖3-8直流發(fā)電機工作原理項目3.2直流電機的電樞繞組和磁場

直流電機的電樞繞組是產生感應電動勢和電磁轉矩，實現機電能轉換的核心部件。在敘述直流電機工作原理時，為簡化分析，僅在電樞上設置了少量的線圈。而在實際的直流電機中，其電樞表面均勻分布的槽內嵌放了許多線圈，以增加電機的感應電動勢和電磁轉矩，并可降低感應電動勢的脈動。這些線圈按一定規(guī)律與換向器連接起來，組成了直流電機的電樞繞組。

線圈的邊是產生感應電動勢和電磁轉矩的有效元件，簡稱元件，元件數用S表示。每個元件的首尾分別與換向片連接，為盡可能增加電動機的電磁轉矩且保持方向一致，應使各元件同時有電流通過；為使發(fā)電機輸出的感應電動勢增加且方向相同，應使各元件的感應電動勢同時輸出。因此每個元件應按一定方式與換向片連接，使電樞繞組形成一個閉合繞組，才能滿足上述要求。電樞繞組每個元件的匝數可以是1，也可以大于1，即可以是單匝也可以是多匝，如圖3-9所示。元件依次嵌放在電樞槽內，一條元件邊放在槽的上層，另一條邊放在另一槽的下層，構成雙層繞組，如圖3-10所示。項目3.2直流電機的電樞繞組和磁場圖3-9單匝和多匝線圈圖3-10元件邊在槽內的放置情況圖3-11繞組的連接形式

按照元件首尾端與換向片連接規(guī)律的不同，電樞繞組可分為疊繞組和波繞組，如圖3-11所示。疊繞組又有單疊和復疊之分，波繞組也有單波和復波之分。單疊繞組是直流電機電樞繞組的基本形式，下面僅簡要介紹單疊繞組。

如圖3-11(a)所示，單疊繞組的連接特點是元件的首尾兩端分別接到相鄰的兩個換向片上，并且前一元件的尾端與后一元件的首端接在同一換向片上。在圖3-11(a)中上層元件邊用實線表示，下層元件邊用虛線表示，所有相鄰元件依次串聯，形成一個閉合回路。將元件的兩條邊在電樞表面所跨的距離稱為第一節(jié)距，用y1表示(一般用兩條邊所跨的槽數計算)；同一換向片連接的兩個元件邊在電樞表面所跨的距離稱為第二節(jié)距，用y2表示；一個元件的首尾兩端所接的兩個換向片之間所跨的距離稱為換向節(jié)距，用yk表示(一般用換向片數k計算)，單疊繞組的換向節(jié)距為1；前一線圈與后一線圈對應元件邊在電樞表面所跨的距離稱為合成節(jié)距，用y表示。單疊繞組的支路由電刷引出，支路數等于電刷數，電刷數等于被短路的元件數，也等于磁極數。圖3-11(b)所示單波繞組中參數的含義同上述單疊繞組。項目3.2直流電機的電樞繞組和磁場圖3-12四極直流電機的空載磁場分布

當直流電機空載運行時，電樞繞組中的電流為零(作為發(fā)電機運行)或很小(作為電動機運行)。如果忽略電樞電流產生的磁場，則直流電機空載時的氣隙磁場只有勵磁電流產生的主磁場，如圖3-12所示。空載時的磁通根據路徑分為兩部分。一部分是由N極出發(fā)，經氣隙、電樞鐵芯、氣隙、S極、定子磁軛回到原來的N極，這部分磁通稱為主磁通，記為Φ0，它經過的磁路稱為主磁路。另一小部分磁通，它們不進入電樞鐵芯，而是直接經過相鄰的磁極或定子磁軛形成閉合回路，這部分磁通稱為漏磁通，記為Φσ，它經過的磁路稱為漏磁路。主磁通是主要的，它在電樞繞組中產生感應電動勢和電磁轉矩，起機電能量轉換的作用。項目3.2直流電機的電樞繞組和磁場圖3-13主磁場波形直流電機空載時，主磁通的磁通密度取決于氣隙的大小和形狀。一般情況下，磁極中心及其附近的氣隙較小且均勻不變，所以磁通密度較大而且基本為常數；靠近兩極尖處，氣隙逐漸變大，磁通密度減??；超出極尖以外，氣隙明顯增大，磁通密度顯著減??；在磁極的幾何中性線(相鄰兩主磁極之間的中性線)處，氣隙磁通的密度為零。因此，直流電機空載時主磁極磁通密度的分布是一個平頂波。當規(guī)定磁通由電樞進入磁極為正，反之為負時，主磁場的波形如圖3-13所示。項目3.2直流電機的電樞繞組和磁場圖3-14電刷在幾何中性線上時電樞磁勢和磁場

電樞磁場和電樞磁動勢如圖3-14所示。以電刷為界，電樞上半周導體中電流的方向是流出紙面，下半周導體中電流的方向是流入紙面。根據右手螺旋定則，確定電樞磁動勢建立的磁場分布如圖3-14(a)中虛線所示。此時，電刷放在幾何中性線上，電樞磁動勢的軸線也在幾何中性線上，它與主磁極磁動勢軸線正交，所以稱為交軸電樞磁動勢。由圖3-14(b)可見，電樞磁動勢Fa(x)沿氣隙呈三角形分布。由于磁通密度Ba(x)與磁動勢成正比，與氣隙長度成反比，而且在極靴下氣隙是均勻的，因此磁密分布具有與磁動勢相同的形狀。在兩主磁極之間，由于氣隙變大，磁密分布下凹成馬鞍形狀，如圖3-14(b)所示。項目3.2直流電機的電樞繞組和磁場圖3-15電刷不在幾何中性線上時電樞磁勢

若電刷偏離幾何中性線β角度，如圖3-15(a)所示，此時電樞導體可分為兩部分：一是2β角以內的導體，它們產生的磁動勢Fad恰好與主磁極軸線重合，稱為直軸電樞磁動勢，簡稱直軸分量，如圖3-15(b)所示；二是2β角以外的導體，它們產生的磁動勢Faq恰好與主磁極軸線垂直正交，稱為交軸電樞磁動勢，簡稱交軸分量，如圖3-15(c)所示。直流電機的主磁極磁場是定子勵磁繞組中通入直流勵磁電流產生的。主磁極上勵磁繞組獲得電源的方式稱為勵磁方式。根據勵磁繞組和電樞繞組的連接方式不同，即勵磁電流的獲得方式不同，把直流電機分為他勵和自勵兩類，其中自勵又分為串勵、并勵和復勵三種形式。1)他勵如圖3-16(a)所示，他勵直流電機的勵磁繞組和電樞繞組沒有電的聯系，勵磁電流由其他的獨立電源供給。這種勵磁方式的特點是勵磁電流與電樞端電壓和負載電流無關。用永久磁鐵作為主磁極的電機屬于他勵電機。2)自勵自勵直流電機的勵磁電流由電機自身供給，分為以下幾種。①并勵。如圖3-16(b)所示，并勵直流電機的勵磁繞組和電樞繞組并聯在一起，電樞兩端的電壓即為勵磁繞組的端電壓。所以，并勵直流電機的特點是勵磁電流隨電樞端電壓的變化而變化，勵磁繞組匝數多、電阻大、電流小。②串勵。如圖3-16(c)所示，串勵直流電機的勵磁繞組和電樞繞組串聯。所以，串勵直流電機的特點是勵磁電流等于電樞電流，勵磁繞組匝數少、導線粗。③復勵。復勵直流電機在主磁極的鐵芯上纏有兩個勵磁繞組，其中一個與電樞繞組并聯，另一個與電樞繞組串聯。當串勵磁動勢與并勵磁動勢方向相同時，稱為積復勵；當串勵磁動勢與并勵磁動勢方向相反時，稱為差復勵。通常復勵直流電機以并勵為主，并勵繞組產生的磁動勢占總磁動勢的70%以上。項目3.2直流電機的電樞繞組和磁場項目3.2直流電機的電樞繞組和磁場圖3-16直流電機各種勵磁方式的接線圖項目3.2直流電機的電樞繞組和磁場圖3-17交軸電樞反應電刷在幾何中性線上時的電樞反應當電刷在幾何中性線上時，電樞磁場的軸線與主磁極磁場軸線正交，所以電樞磁動勢為交軸磁動勢，電樞磁場為交軸電樞磁場。交軸電樞磁場對主磁場的影響稱為交軸電樞反應。電機帶上負載后，電機內氣隙磁場由空載磁場和電樞磁場合成，合成磁場的分布情況及波形如圖3-17所示。圖3-17中，若磁路不飽和，磁通密度分布曲線Bδ(x)由電樞磁場的磁通密度分布曲線Ba(x)和空載時氣隙磁通密度分布曲線B0(x)疊加而成。項目3.2直流電機的電樞繞組和磁場圖3-18電樞偏離幾何中性線β角度的電樞反應如果電刷位置偏離幾何中性線一個角度β時，如圖3-18所示，電樞磁動勢的軸線也隨著電刷移動。為了分析方便起見，可以認為電樞磁動勢由兩部分組成。在2β角度范圍內的導體所產生的磁動勢為直軸電樞磁動勢Fad。若其作用方向與主磁極極性相同，使主磁通增強，則呈助磁作用；若其作用方向與主磁極極性相反，使主磁通減弱，則呈去磁作用。在2β角度范圍以外的導體所產生的磁動勢為交軸電樞磁動勢Faq，其交軸電樞反應與前面的分析一樣。項目3.2直流電機的電樞繞組和磁場電機作為發(fā)電機運行時，電刷順著旋轉方向從幾何中性線移動一個角度β，直軸電樞反應起去磁作用，如圖3-18(a)所示；電刷逆著電樞旋轉方向移動一個角度β，則直軸電樞反應起助磁作用，如圖3-18(b)所示。由于發(fā)電機的交軸電樞反應已使物理中性線順著電樞轉向移動了一個α角，若再將電刷逆著電樞轉向移動，將使被電樞短接的元件產生較高的感應電動勢，從而形成較大的環(huán)流，對換向器十分有害。故發(fā)電機不允許逆著電樞旋轉方向移動電刷。

電機作為電動機運行時，情況恰好相反。電刷順著電樞旋轉方向從幾何中性線移動β角，直軸電樞反應起助磁作用，如圖3-18(b)所示；電刷逆著電樞旋轉方向從幾何中性線移動β角，直軸電樞反應起去磁作用，如圖3-18(a)所示。同理，電動機不允許順著電樞旋轉方向移動電刷。項目3.3直流電機的計算及運行分析在直流電機運行時，電樞繞組在磁場中切割磁力線，產生感應電動勢，同時電樞繞組中有電流便會受電磁力的作用。下面討論感應電動勢和電磁轉矩的計算公式。1.電樞繞組感應電動勢電樞繞組感應電動勢是指直流電機電樞上正、負電刷間產生的感應電動勢，如圖3-19所示，電刷間感應電動勢波形如同一個交流正弦電壓經過整流以后的波形，這說明直流電機電樞上產生的是交流電，經過電刷換向后才變?yōu)橹绷麟?。直流電機產生的感應電動勢為e=NΦωesinωet

(3-1)（五）直流電動機的電樞感應電動勢和電磁轉矩

1.感應電動勢

上式是在均勻氣隙磁場條件下建立的?，F因直流電機僅在磁極下有磁場分布，需考慮每極磁通Φ的情況，因此直流電機運轉時在電刷間產生的平均感應電動勢為項目3.3直流電機的計算及運行分析項目3.3直流電機的計算及運行分析圖3-19

直流電機電刷間輸出的感應電動勢項目3.3直流電機的計算及運行分析2．電磁轉矩從直流電機的基本結構可以看出，它是一種定子繞組為凸極的電機，現假定其滿足以下條件：(1)忽略各種飽和與非線性。(2)電刷的位置在幾何中性線上，并忽略電刷寬度。(3)

忽略磁動勢的空間諧波。(4)電樞繞組均勻分布，節(jié)距相等，忽略槽寬。直流電機在定子繞組中通入直流勵磁電流If，產生恒定的磁通Φ，由電樞繞組產生的每極磁動勢Fa的波形，是如圖3-20所示的三角波，其幅值為放大項目3.3直流電機的計算及運行分析3.3.2直流電動機的基本方程和工作特性分析直流電機的運行情況可以用基本方程來研究。直流電機可作為發(fā)電機運行或電動機運行。當直流電機電樞輸入直流電源電壓時，此電壓經電刷轉換流入電樞繞組，電樞受電磁轉矩作用，在轉軸輸出機械能。同時電樞也產生感應電動勢，但數值小于電樞電壓，電機作電動機運行。本任務給出直流電動機穩(wěn)態(tài)運行時的基本方程和工作特性。1.直流電動機的基本方程在列出直流電動機的基本方程之前，先規(guī)定相關物理量的參考正方向，若各物理量的瞬時實際方向與參考正方向一致，其值為正，反之為負。直流電動機各物理量的參考正方向選定如圖3-21(a)所示。圖中Ua是直流電動機電樞兩端的端電壓，Ia是電樞電流，Tem是電動機的電磁轉矩，T0是電動機空載轉矩，TL是電動機軸上的負載轉矩，n是電動機電樞的轉速，Uf是勵磁電壓，If是勵磁電流。圖3-21

直流電動機物理量的正方向與等效電路3.3.2直流電動機的基本方程和工作特性分析3.3.2直流電動機的基本方程和工作特性分析圖3-22

他勵直流電動機的功率圖式中：PL——電動機的機械負載功率；P0——電動機的空載損耗，包括機械摩擦損耗ΔPm和鐵芯損耗?pFe。上式說明，電磁功率轉換成空載損耗和機械能輸出他勵直流電動機的功率關系如圖3-22所示。此時，電動機的輸入電功率為例3-1

已知一臺他勵直流電動機額定電壓為220V，額定電流為100A，額定轉速為1150r/min，電樞電阻為0．095Ω，空載損耗為1500W。求：1.額定電動勢；2.額定電磁轉矩；3.額定效率。項目3.3直流電機的計算及運行分析2.直流電動機的工作特性他勵直流電動機的工作狀態(tài)和性能可用下列幾個特性曲線來描述。(1)轉速特性轉速特性是指當Ua=UN，If=IfN時，n=f(Ia)的關系曲線。由感應電動勢公式和電壓方程可得

(3-26)項目3.3直流電機的計算及運行分析

若忽略電樞反應，當Ia增加時，轉速n下降，形成轉速降?n，如圖3-23中曲線1所示。若考慮電樞反應的去磁效應，磁通下降可能引起轉速的上升，與Ia增大引起的轉速降相抵消，使電動機的轉速變化很小。實際運行中為保證電動機穩(wěn)定運行，一般使電動機的轉速隨電流Ia的增加而下降。轉速降一般為額定轉速的3%～8%，呈基本恒速狀態(tài)。圖3-23

直流電動機的工作特性項目3.3直流電機的計算及運行分析(2)轉矩特性轉矩特性是指當Ua=UN，If=IfN時，Tem=f(Ia)的關系曲線。由轉矩特性公式Tem=CTΦIa

(3-27)可知，在磁通為額定值時，電磁轉矩與電樞電流成正比。若考慮電樞反應的去磁效應，轉矩隨電樞電流的變化如圖3-23中曲線2所示。(3)效率特性效率特性是指Ua=UN，If=IfN時，η=f(Ia)的關系曲線。由式(3-24)可見，電動機的損耗中僅電樞回路的銅耗與電樞電流的平方成正比關系，其他部分與電樞電流無關。電動機的效率開始時隨Ia增大而上升，當Ia大到一定值后，效率又逐漸下降，如圖3-23中曲線3所示。一般直流電動機的效率在0．75～0．94之間。直流電動機在使用時一定要保證勵磁回路連接可靠，絕不能斷開。一旦勵磁電流If=0，電機主磁通將迅速下降至剩磁磁通。若此時電動機負載較輕，電動機的轉速將迅速上升，造成“飛車”。若電動機的負載為重載，則電動機的電磁轉矩將小于負載轉矩，使電動機轉速減?。坏姌须娏鲗w速增大，超過電動機允許的最大電流值，引起電樞繞組因大電流過熱而燒毀。因此在閉合電動機電樞回路前應先閉合勵磁回路，保證電動機可靠運行。項目3.3直流電機的計算及運行分析

當直流電機由外動力拖動時，在電樞轉軸上輸入機械能，電樞感應出電動勢，并經電刷轉換輸出直流電能向負載供電，電樞感應電動勢大于電樞端電壓，電機作發(fā)電機運行。本任務給出直流發(fā)電機穩(wěn)態(tài)運行時的基本方程和工作特性。1.直流發(fā)電機的基本方程

直流發(fā)電機各物理量的參考正方向選定如圖3-24(a)所示，圖中Ua是直流發(fā)電機負載兩端的端電壓，Ia是電樞電流，Tm是原動機的拖動轉矩，Tem、T0是發(fā)電機的電磁轉矩和空載轉矩，n是電機的電樞轉速，Uf是勵磁電壓，If是勵磁電流。

圖3-24

直流發(fā)電機物理量的正方向與等效電路項目3.3直流電機的計算及運行分析(1)

電壓方程當他勵式直流發(fā)電機由外動力拖動按圖3-24(a)所示逆時針方向旋轉時，產生感應電動勢Ea>Ua并輸出，使電樞電流實際方向與圖示方向相反，為-Ia，則電機發(fā)電運行狀態(tài)電樞回路方程為Ua=Ea+Ra(-Ia)=Ea-RaIa即Ea=Ua+RaIa

(3-28)他勵式直流發(fā)電機的勵磁線圈采用單獨電源供電。如果發(fā)電機采用并勵方式，勵磁繞組與電樞回路并聯，電流方向如圖3-25所示，電樞回路的電壓方程與他勵時相同，但電流變?yōu)閁=Ua=Uf

(3-29)I=Ia-If

(3-30)

圖3-25

發(fā)電機并勵方式項目3.3直流電機的計算及運行分析(2)

轉矩方程直流發(fā)電機的電樞在外動力轉矩Tm的拖動下逆時針旋轉，工作在發(fā)電狀態(tài)時，與反方向的空載轉矩和電磁轉矩平衡。按圖3-24中正方向的約定，可寫出電機發(fā)電狀態(tài)的轉矩平衡方程Tm=Tem+T0

(3-31)(3)

功率方程對于直流發(fā)電機，輸入機械功率為

(3-32)因

(3-33)式中：P2——直流發(fā)電機輸出給負載的電功率。因此說明他勵直流發(fā)電機將輸入的原動機的機械功率轉換成電能輸出和內部的熱能損耗。其功率關系如圖3-26所示，表示電機把機械能轉換成電能的變換過程。由此可得，發(fā)電機的效率為

(3-35)式中：∑?p——直流發(fā)電機的總損耗。對于他勵直流發(fā)電機有

(3-36)

對于并勵直流發(fā)電機，則在上式中還應加上勵磁損耗?pCuf。圖3-26

他勵直流發(fā)電機的功率圖項目3.3直流電機的計算及運行分析項目3.3直流電機的計算及運行分析圖3-27

他勵直流發(fā)電機的空載特性項目3.3直流電機的計算及運行分析2)

對于并勵和復勵直流發(fā)電機，其勵磁電流要靠發(fā)電機自身提供的電壓產生，而發(fā)電機電壓的產生又需要有勵磁電流才行。由此可見，并勵和復勵直流發(fā)電機在起始階段需要有一個自勵并建立電壓的過程，稱為自勵過程。圖3-28給出了并勵和復勵直流發(fā)電機空載電壓建立的過程：當原動機拖動發(fā)電機以恒定轉速n旋轉時，由于主磁極存在剩磁，電樞繞組切割剩磁磁力線會產生一個較小的感應電動勢Eod，由Eod在勵磁圓路中產生勵磁電流If1；如果極性正確，將在磁路中產生與剩磁方向相同的磁通，使主磁路中磁通增加，使感應電動勢增大為E1，E1又使勵磁電流增大為If2；如此循環(huán)，使得感應電動勢和勵磁電流不斷增加，最終建立起發(fā)電機的空載電動勢，穩(wěn)定工作在圖3-28所示的點A(E0A，IfA)。圖3-28

并勵和復勵直流發(fā)電機的空載特性自勵發(fā)電方式要建立空載電壓，須滿足以下三個條件：一是電機必須有剩磁，如果沒有，須事先進行充磁。二是勵磁繞組的極性必須正確，即勵磁繞組與電樞并聯時接線要正確。三是勵磁回路的電阻不能太大，即其伏安特性的斜率不能太陡(如圖3-28中斜線1)；否則如果伏安特性的斜率太陡，與發(fā)電機空載特性交點的電壓很低或無交點(如圖3-28中斜線2)，就無法建立空載電壓。可見，自勵發(fā)電機的運行首先要在空載階段建立電壓，然后才能帶負載運行。項目3.3直流電機的計算及運行分析圖3-28

并勵和復勵直流發(fā)電機的空載特性(2)外特性發(fā)電機的外特性是指當勵磁電流保持不變，即If=IfN，且改變外部負載時，其輸出電壓與電樞電流的關系用U=f()特性曲線表示。他勵直流發(fā)電機的外特性如圖3-29(a)中曲線1所示，隨著電流增大，其輸出電壓下降。這是因為：1)

隨著發(fā)電機的負載增加，其電樞反應的去磁效應增強，使每極磁通量減小，導致電樞電動勢下降。2)

電樞回路電阻上的電壓將隨著電流上升而增大，使發(fā)電機的輸出電壓下降。實際上，他勵直流發(fā)電機的電樞電流從零變化到額定值時，其輸出電壓降幅不大，接近于一個恒壓源。對于并勵直流發(fā)電機，因還要向勵磁回路供電，其外特性要更軟一些。(3)調節(jié)特性當外接負載變化時，為了保持直流發(fā)電機的輸出電壓不變，可調節(jié)勵磁電流。例如，對于電樞電流增大引起的電壓下降，可通過增加勵磁電流，加大磁通量，從而使電樞電動勢增大，以抵消電樞電流在電樞回路的電壓降，達到維持發(fā)電機電壓恒定的目的。他勵直流發(fā)電機調節(jié)特性=f()如圖3-29(a)中曲線2所示。項目3.3直流電機的計算及運行分析項目3.3直流電機的計算及運行分析圖3-29

他勵直流發(fā)電機的工作特性(4)效率特性他勵直流發(fā)電機帶負載運行時，其損耗中僅電樞回路的銅耗與電樞電流

的平方成正比，稱為可變損耗；其他部分損耗與電樞電流無關，稱為不變損耗。當負載較小時，

也較小，此時發(fā)電機的損耗是以不變損耗為主，但因輸出功率P2小而效率低；隨著負載增加，P2增大使效率上升，當可變損耗與不變損耗相等時效率達到最大值；此后，若繼續(xù)增加負載，可變損耗將隨著

增大而成為損耗主要部分，效率又逐漸下降。他勵直流發(fā)電機的效率特性曲線η=如圖3-29(b)所示。項目3.3直流電機的計算及運行分析項目3.4他勵直流電動機的起動和調速直接啟動直流電動機不宜用直接啟動。因此這里所講的直接啟動只限于小容量電動機，對電網和自身沖擊都不大，且操作簡便，無須添加任何啟動設備。所謂直接啟動，是指不采取任何措施，直接將靜止電樞施加額定電壓的啟動過程。在直接啟動時，電源及勵磁回路應先于電樞回路得電，從而確保在電樞回路得電前磁場已經建立。直接啟動過程中電樞電流和轉速的變化曲線如圖3-30所示。由于電樞回路電感的作用，電流不能突變，但很快上升到最大沖擊值Ist，不過此時轉子已開始旋轉，并有一定速度，使E>0，因此，實際的啟動電流沖擊值Ist稍小于圖3-30

直接啟動過程中電樞電流和轉速的變化曲線項目3.4他勵直流電動機的起動和調速2.電樞回路串電阻啟動串電阻啟動時，在電樞回路中串接多級啟動電阻，在啟動過程中逐級切除。啟動電阻的級數越多，啟動過程就越快、越平穩(wěn)，但所需的控制設備越復雜，所以一般啟動電阻分為2～5級。圖3-31所示為一個三級啟動電阻電路圖。啟動時先合上接觸器KMf，保證勵磁電路先接通，繼而合上接觸器KMa，電動機開始啟動，隨著轉速上升，依次合上KM1、KM2、KM3，逐次切除啟動電阻Rst1、Rst2和Rst3，使電動機達到穩(wěn)定轉速。為了限制啟動電流在一定的范圍，必須保證啟動過程中每次沖擊電流都不超過電動機允許的最大電流Istmax，一般為(1．8～2．5)IN。下面以圖3-31的三級啟動方法為例來討論應該如何選擇啟動電阻大小和切換級數。圖3-32是與圖3-31對應的啟動特性曲線圖。項目3.4他勵直流電動機的起動和調速圖3-31電樞回路串電阻起動

圖3-32三級起動特性項目3.4他勵直流電動機的起動和調速

啟動時，電動機首先沿著R1=Ra+Rst1+Rst2+Rst3的機械特性從a點升到A點。到達A點時，使觸頭KM1接通，電阻Rst1被短接，電動機的運行點躍變到B點，沿R2=Ra+Rst2+Rst3的特性升速。當到達C點時，觸頭KM2閉合，短接Rst2，電樞總電阻為R3=Ra+Rst3，電動機通過D點向E點升速。到達E點時，觸頭KM3閉合，短接Rst3，電樞電路只有電樞電阻Ra，這時電動機沿著固有機械特性從F點上升，當Tem=TL時，電動機在W點穩(wěn)定運行。由上分析可知項目3.4他勵直流電動機的起動和調速故有下式成立

（3-37）設起動電流切換比β=Istmax／Istmin，起動電阻級數為m，式（3-37）推廣為一般表達式（3-38）項目3.4他勵直流電動機的起動和調速進而有（3-39）應用式（3-38），計算出各條機械特性對應的電阻

（3-40）項目3.4他勵直流電動機的起動和調速各段起動電阻為Rst1=R1-R2Rst2=R2-R3

（3-41）3.減壓起動當直流電源電壓可調時，可以采用減壓方法起動。在起動瞬間，電動機的轉速n=0，反電動勢Ea=0，通過降低電源電壓U，將起動電流限制在允許的范圍內。此時起動電流為Ist=（3-42）隨著電動機轉速的上升，反電動勢逐漸增大，再逐漸升高電源電壓，直至升到額定電源電壓UN，電動機在A點以轉速以nA穩(wěn)定運行。注意每次電壓的提高必須使電樞電流不超過允許值。減壓啟動的特性如圖3-33(b)所示。其中TL為恒轉矩負載，啟動電流對應的電磁轉矩為Tst電壓切換點的電磁轉矩T2=(1．1～1．2)TL。

減壓啟動需要可調的直流電源，這里可采用基于電力電子器件的可控整流器(UPE)向直流電動機供電，如圖3-33(a)所示，例如，采用晶閘管整流器或PWM脈寬調制器，其控制原理是通過改變控制電壓Uc，使UPE的輸出電壓Ud連續(xù)變化，從而使電動機的轉速逐步增加到穩(wěn)態(tài)值。采用減壓啟動方法，可使整個啟動過程既快又平穩(wěn)，同時能量損耗也小。此外，可控制直流電源，還可用于調速，因而在電機拖動系統(tǒng)中得到廣泛應用。項目3.4他勵直流電動機的起動和調速減壓啟動項目3.4他勵直流電動機的起動和調速圖3-33他勵直流電動機減壓起動項目3.4他勵直流電動機的起動和調速1.調速指標（1）調速范圍調速范圍是指電動機在額定負載下能運行的最高轉速nmax和最低轉速nmin之比，用字母D表示，即（3-43）（2）

靜差率當系統(tǒng)在某一轉速下運行時，負載由理想空載變到額定負載時所對應的轉速降ΔnN與理想空載轉速n0之比，稱為靜差率S，即（3-44）項目3.4他勵直流電動機的起動和調速在直流電動機調壓調速系統(tǒng)中，nmax就是電動機的額定速度nN，若額定負載時的轉速降為ΔnN，則系統(tǒng)的靜差率應該是最低轉速時的靜差率，即

（3-45）而額定負載時的最低轉速為（3-46）項目3.4他勵直流電動機的起動和調速考慮到式（2-45），式（2-46）可以寫成

（3-47）而調速范圍為

（3-48）項目3.4他勵直流電動機的起動和調速將式（3-47）代入式（3-48）得

（3-49）式（3-49）表達了調速范圍D、靜差率S和額定速降ΔnN之間應滿足的關系。對于同一個調速系統(tǒng)，其特性硬度ΔnN值是一定的，如果對靜差率的要求越嚴（即S值越?。到y(tǒng)允許的調速范圍D就越小。

（3-50）項目3.4他勵直流電動機的起動和調速（3）

調速的平滑性在一定的調速范圍內，調速的級數越多，調速越平滑。相鄰兩級轉速之比為平滑系數（3-51）φ越接近1，平滑性越好，當φ=1時，稱為無級調速，即轉速可以連續(xù)調節(jié)。調速不連續(xù)時，級數有限，稱為有級調速。項目3.4他勵直流電動機的起動和調速圖3-34不同轉速下的靜差率項目3.4他勵直流電動機的起動和調速2.調速方法（1）

電樞回路串電阻調速（簡稱串電阻調速）他勵電動機的電樞回路串電阻調速過程的機械特性變化如圖3-35所示。圖3-35他勵電動機的電樞回路串電阻調速過程項目3.4他勵直流電動機的起動和調速（2）

減弱磁通調速（簡稱弱磁調速）減弱磁通調速過程的機械特性變化如圖3-36所示。圖3-36他勵電動機弱磁調速過程項目3.4他勵直流電動機的起動和調速（3）

降低電源電壓調速（簡稱降壓調速）降低電源電壓調速過程的機械特性變化如圖3-37所示。圖3-37他勵電動機降壓調速過程引導問題為：（1）直流電動機有什么用處？按勵磁方式怎樣分類？

（2）直流電動機的主要結構有哪幾部分？

（3）直流電動機的主要額定值有哪幾個，直流電動機、直流發(fā)電機的額定容量、額定電壓的意義相同嗎？（4）什么是直流電動機的電樞反應？電樞反應對電機主磁場的有哪些？（5）寫出直流電動機的電動勢公式、電磁轉矩公式、電壓平衡方程式，解釋各式中各符號的含義。（6）電力拖動系統(tǒng)有哪幾部分組成？

3）教師通過圖片、實物或多媒體分析演示讓學生了解直流電機結構、原理、銘牌參數并舉例，或指導學生自學。

項目3.5直流電機的換向【學習小結】

1.直流電機是電能和機械能相互轉換的旋轉電機之一。它可以將機械能轉換為直流電能，稱之為直流發(fā)電機；也可以將直流電能轉換為機械能，稱之為直流電動機。2.直流電機按用途可分為直流發(fā)電機和直流電動機兩類。按勵磁方式可分為他勵和自勵兩大類。其中自勵電機又可分為并勵、串勵、復勵三種形式。直流電機在結構上分為固定部分和轉動部分。固定部分主要是主磁極，由它產生主磁場。轉動部分主要是電樞，電樞繞組是直流電機的核心部分，在其中產生感應電動勢和感應電流，通過電流產生電磁轉矩，傳送電磁功率，進行電能和機械能的相互轉換。

項目3.5直流電機的換向3.直流電機是根據電流和磁場的相互作用原理來工作的。直流發(fā)電機是根據導線在磁場中運動而產生感應電動勢的原理來工作的；直流電動機是根據通電子體在磁場中受到磁場作用力的原理來工作的。4.直流電機運行時，電樞電流產生電樞磁場，電樞磁場對主磁場的作用，稱電樞反應。主磁極產生主磁場，主磁場和電樞磁場的合成磁場是電機的工作磁場。電樞反應使主磁場的物理中性面產生偏移，并削弱磁場，其主要表現在電流換向問題上。

項目3.5直流電機的換向【自我評估】2.1-1直流電動機的主要結構有哪些？各有何作用？2.1-2直流電機是如何分類的，其銘牌各項分別代表什么？2.1-3直流電機的主磁場是怎么產生的？2.1-4一臺直流發(fā)電機數據為：額定功率PN=10kW，額定電壓UN=230 V,額定轉速

nN=

2850r／min

，額定效率ηN＝0.85。求它的額定電流及額定負載時的輸入功率。2.1-5一臺直流電動機的額定數據為：額定功率PN＝17kW，額定電壓UN＝220V，額定轉速nN＝2850r／min，額定效率ηN＝0.83，求它的額定電流及額定負載時的輸入功率。

項目3.5直流電機的換向2.1-6一臺直流電機有兩對磁極（p=2），每極的氣隙磁通Ф=0.14Wb，電樞繞組有兩對并聯支路（a=2），共有導體N＝348根，當電機轉速為1450r/min時，電樞電動勢是多少？2.1-7一臺并勵直流發(fā)電機額定電壓UN=230V，電樞電阻Ra=0.25Ω，勵磁繞組RE=460Ω，負載電阻RL＝50Ω，求電樞電流和電動勢。

項目3.5直流電機的換向

項目3.5直流電機的換向圖3-38是一個分為四條支路的電樞繞組示意圖，整個閉合繞組通過電刷向外引出四條支路，各支路中的電流方向如圖中箭頭所示。當繞組元件和換向器旋轉時，如元件1轉過30°機械角，就從右上方支路退出進入左上方支路，而變成了左上方支路元件，元件1中的電流就改變了方向。圖3-38電樞繞組元件換向示意圖

項目3.5直流電機的換向圖3-39電樞元件的換向過程

項目3.5直流電機的換向圖3-40換向過程中電動勢等于零時，電流隨時間的變化關系

項目3.5直流電機的換向1.電抗電動勢eX換向時，換向元件中所通過的電流由+ia變?yōu)?ia，換向元件本身就是一個線圈，線圈必有自感作用。同時被電刷短路而進行換向的元件一般不止一個，換向元件與換向元件之間又有互感作用，因此在電流變化時，換向元件中必然出現由自感與互感作用所引起的感應電動勢，這個合成電動勢稱為電抗電動勢eX。由于所有電樞繞組元件（包括換向元件在內）中電流所產生的電樞磁通密度分布在一定負載電流下是不變的，故電抗電動勢僅由換向元件的漏自感與漏互感的磁通所感應產生，即eX=eL+eM=-LX≈LX根據楞次定律，這些漏感的作用總是在阻礙電流變化，因為電流在減少，所以其方向必與+ia方向相同。

項目3.5直流電機的換向2.電樞反應電動勢ea由于電刷放置在磁極軸線下的換向器上，換向元件的有效邊就處于幾何中性線上或其附近的區(qū)域中。在幾何中性線處，雖然主磁場的磁通密度等于零，但是電樞磁場的磁通密度不等于零而為Ba。因此，換向元件必然切割電樞磁場，而在其中感應產生一種旋轉電動勢，稱為電樞反應電動勢ea。其大小由電磁感應定律來確定，即ea=2NyBalv可。根據左手定則可確定電動機旋轉方向（圖中為自右到左）；根據右手螺旋定則確定換向元件邊中的旋轉電動勢方向與換向前元件中的電流方向一致，因而電樞反應電動勢ea也總是阻礙換向元件電流的變化。同理可知，在發(fā)電機中情況也如此。圖3-41延遲換向時電流隨時間的變化關系

項目3.5直流電機的換向如何確定換向極的極性呢？因為電樞反應電動勢ea的方向與電抗電動勢eX的方向相同，而產生ea的磁場是電樞磁場。因此，無論是電動機還是發(fā)電機，換向極的極性可以由換向極磁場與電樞磁場相反的原則來確定。從圖3-42可知，在電動機中，換向極的極性應與順著電樞旋轉方向的下一個主極的極性相反。在發(fā)電機中，情況則相反。圖3-42用換向極改善換向

項目3.5直流電機的換向（a）環(huán)火（b）補償繞組圖3-43環(huán)火和補償繞組

項目3.6直流電動機的運行維護與故障檢修1.使用前的檢查（1）

清潔檢查，清除電動機內部和外表灰塵、電刷上粉末等。（2）

測量電動機繞組和機殼對地絕緣電阻，絕緣電阻應大于等于0．5MΩ，否則應對繞組進行干燥處理（采用真空干燥法或小電流干燥法）。（3）

檢查換向片上的粗糙度，粗糙度應達0．8級以上，并抹掉機械損傷和火花灼痕。（4）

檢查電刷磨損情況，電刷高度是否過低，彈簧壓力是否適中，刷盒位置是否有移動。（5）

檢查冷卻系統(tǒng)是否正常。（6）

檢查電動機銘牌數據及接線是否與使用要求相符。2.運行時的維護和檢查（1）

電動機運行時在換向器上出現火花，其等級一般為否則要停下，檢查換向器和電刷裝置的質量。（2）

檢查軸承溫度，并聽其是否有異聲。（3）

檢查電動機振動狀態(tài)，振動不得超過規(guī)定值。級，不能大于2級，

項目3.6直流電動機的運行維護與故障檢修3.定期檢查（1）小修：清除電動機灰塵，清除繞組和換向器表面污垢；更換電刷、彈簧，調整電刷位置；測量繞組絕緣電阻；清洗軸承和加油等。（2）中修：除小修內容外，還要對繞組進行烘干處理，換向器表面拋光處理，更換機件，測量直流電阻及換向片間電阻、電氣強度等。（3）大修：除中修內容外，還要對繞組進行浸漆、烘干處理，做轉子平衡校正，進行性能測量等。1.直流電動機的常見故障及排除方法（1）

電動機不能起動1）

電動機無電源或電源電壓過低。2）

輸入電動機的電纜斷路。3）

控制系統(tǒng)有故障。4）

負載太大。5）

保護系統(tǒng)未調好或已鎖定。

項目3.6直流電動機的運行維護與故障檢修（2）電動機振動大1）電動機的底腳螺栓松動。2）電動機的安裝基礎松動。3）電動機的安裝基礎與機械之間產生共振。4）電控系統(tǒng)未調好，形成某一段不連續(xù)電流波形，使電動機有強烈的振動感。5）電動機電樞的平衡塊脫落。6）機組連接不同軸。（3）電動機發(fā)熱1）電動機的勵磁電流太大。2）風機的過濾器堵塞、污染或風機反轉。3）冷卻器的風扇反轉、內部過濾器堵塞、冷卻水斷水或水壓太低，溫度控制器及差壓開關設定太高。4）電動機負載太大。（4）電動機冒煙1）勵磁電流過載，主極線圈冒煙。2）電樞電流太大，電樞冒煙。3）電樞或主極線圈有匝間短路。4）電動機端電壓太低。5）起動頻繁。

項目3.6直流電動機的運行維護與故障檢修6）電樞與定子相摩擦。2.換向器常見故障及排除（1）電刷裝置及換向器過熱這種現象除由電動機過載或電動機繞組有匝間短路引起外，主要還應對電刷牌號、彈簧壓力、電刷接觸表面、換向器表面污染、換向器過快磨損等加以檢查，給予逐個排除。（2）換向器片間短路或接地絕緣損壞此時必須檢查換向片間電阻和對地絕緣電阻，加以排除。（3）換向器表面發(fā)黑或燒傷換向器表面不干凈或高低不平（片間絕緣片高出表面）等故障會引起這種現象，必須對換向器表面加以清理，對凸出的絕緣片“下刻”，然后重新調整電刷裝置位置。

項目3.6直流電動機的運行維護與故障檢修3.電動機繞組故障及排除（1）

電樞繞組開路電樞繞組開路一般是由電動機繞組或支路燒斷、電刷接觸不良、升高片上焊接脫焊等引起的。（2）

電樞繞組對地短路電樞繞組對地短路一般是由絕緣老化或換向器對地絕緣損壞而引起的。檢查短路接線圖如圖3-44所示。圖3-44檢查短路接線圖（3）

電樞繞組匝間短路匝間短路是由于導線絕緣損壞或老化、層間絕緣損壞或受潮，以及線圈松動使漆膜損壞等引起的。

項目3.7技能訓練1.目的熟悉他勵電動機（即并勵電動機按他勵方式）的接線、起動、改變電動機轉向與調速的方法。2.設備序號型號名稱數量序號型號名稱數量1DD03導軌、測速發(fā)電機及轉速表15D42三相可調電阻器12DJ23校正直流測功機16D44可調電阻器、電容器13DJ15直流并勵電動機17D51波形測試及開關板14D31直流電壓、毫安、電流表2

項目3.7技能訓練3.內容及步驟（1）

按圖3-45接線。接入直流電流表和直流電壓表時注意其正負極性。圖3-45直流他勵電動機接線圖

項目3.7技能訓練（2）圖中直流電動機M用DJ15，其額定功率PN=185W，額定電壓UN=220V，額定電流IN=1．2A，額定轉速nN=1600r/min，額定勵磁電流IfN<0．16A。校正直流測功機MG作為測功機使用，TG為測速發(fā)電機。直流電流表選用D31。（3）Rf1用D44的1800Ω阻值作為直流他勵電動機勵磁回路串接的電阻。Rf2選用D42的1800Ω阻值的變阻器，作為MG勵磁回路串接的電阻。R1選用D44的180Ω阻值作為直流他勵電動機的起動電阻，R2選用D41的90Ω電阻6只串聯和D42的900Ω與900Ω并聯電阻相串聯作為MG的負載電阻。（4）好線后，檢查M、MG及TG之間是否用聯軸器直接連接好。（5）他勵直流電動機起動。

項目3.7技能訓練1）按圖3-45的接線，檢查是否正確，電表的極性、量程選擇是否正確。檢查電動機勵磁回路接線是否牢靠。然后，將電動機電樞串聯起動電阻R1、測功機MG的負載電阻R2及測功機MG的磁場回路電阻Rf2調到阻值最大位置；電動機M的磁場調節(jié)電阻Rf1調到最小位置，斷開開關S，并斷開控制屏下方右邊的電樞電源開關，做好起動準備。2）開啟控制屏上的電源總開關（注意：開啟電源的順序應該是先開“電源總開關”，然后再按“起動”按鈕，接著再開“勵磁電源”開關，最后才是“電樞電源”開關；關閉電源時則是先關“電樞電源”，再關“勵磁電源”。其操作的詳細過程見DDSZ-1型電機及電氣技術實驗裝置交流及直流電源操作說明），按下其上方的“起動”按鈕，接通其下方左邊的勵磁電源開關，觀察M及MG的勵磁電流值，調節(jié)Rf2使If2等于校正值（100mA）并保持不變，再接通控制屏右下方的電樞電源開關，使M起動。3）電動機M起動后觀察轉速表指針偏轉方向，應為正向偏轉，若不正確，可撥動轉速表上正、反向開關來糾正。調節(jié)控制屏上電樞電源“電壓調節(jié)”旋鈕，使電動機端電壓為220V。減小起動電阻R1阻值，直至短接。至此，電機起動完畢。

項目3.7技能訓練4）M起動正常后，將其電樞串聯電阻R1調至零，調節(jié)電樞電源的電壓為220V，調節(jié)校正直流測功機的勵磁電流If2為校正值（50mA或100mA），再調節(jié)其負載電阻R2和電動機的磁場調節(jié)電阻Rf1，使電動機達到額定值：U=UN，I=IN，n=nN。此時M的勵磁電流If即為額定勵磁電流IfN。5）

保持U=UN、If=IfN、If2為校正值不變的條件下，逐次減小電動機負載。測取電動機電樞輸入電流Ia、轉速n和校正電機的負載電流IF。共取數據9～10組，記錄于表3-1中。表3-1數據記錄表ⅠU=UN=VIf=IfN=mAIf2=mAIa/A

n/（r·min-1）

IF/A

項目3.7技能訓練（6）

調速特性。1）

改變電樞端電壓的調速。①直流電動機M運行后，將電阻R1調至零，If2調至校正值，再調節(jié)負載電阻R2、電樞電壓及磁場電阻Rf1，使M的U=UN、I=0．5IN、If=IfN，記下此時MG的IF值。②

保持此時的IF值（即T2值）和If=IfN不變，逐次增加R1的阻值，降低電樞兩端的電壓U，使R1從零調至最大值，每次測取電動機的端電壓U、轉速n和電樞電流Ia。③

共取數據8～9組，記錄于表3-2中。表3-2數據記錄表ⅡIf=IfN=mAT2=N·mUa/V

n/（r·min-1）

Ia/A

項目3.7技能訓練2）

改變勵磁電流的調速。①

直流電動機運行后，將M的電樞串聯電阻R1和磁場調節(jié)電阻Rf1調至零，將MG的磁場調節(jié)電阻If2調至校正值，再調節(jié)M的電樞電源調壓旋鈕和MG的負載，使電動機M的U=UN、I=0．5IN，記下此時的IF值。②

保持此時MG的IF值（T2值）和M的U=UN不變，逐次增加Rf1電阻阻值直至n=1．3nN，每次測取電動機的n、If和Ia，共取7～8組，記錄于表3-3中。表3-3數據記錄表ⅢU=UN=VT2=N·mn/（r·min-1）

If/mA

Ia/A

項目3.7技能訓練1.目的了解和測定他勵直流電動機在各種運轉狀態(tài)的機械特性。2.設備序號型號名稱數量1MET01電源控制屏12DD03不銹鋼電機導軌、測速系統(tǒng)及數顯轉速表13DJ15直流并勵電動機14DJ23校正直流測功機15D51波形測試及開關板1

項目3.7技能訓練3.內容及步驟按圖2-38接線，圖中電動機M用編號為DJ15的直流并勵電動機（接成他勵方式），MG用編號為DJ23的校正直流測功機，直流電壓表為V1、V2（1000V，D31），直流電流表為A1、A3（200mA，D31），A2、A4（5A，D31）。R1～R4為調節(jié)電阻。（1）R2=0時電動及回饋制動狀態(tài)下的機械特性1）R1、R2分別選用D44的1800Ω和180Ω阻值，R3選用D42上4只900Ω串聯共3600Ω阻值，R4選用D42上1800Ω再加上D41上6只90Ω串聯共2340Ω阻值。2）R1阻值置最小位置，R2、R3及R4阻值置最大位置。開關S1、S2選用D51掛箱上的對應開關，并將S1合向1電源端，S2合向2′短接端（圖3-46）。3）開機時需檢查控制屏下方左、右兩邊的“勵磁電源”開關及“電樞電源”開關都須在斷開的位置，然后按次序先開啟控制屏上的“電源總開關”，再按下“起動”按鈕，隨后接通“勵磁電源”開關，最后檢查R2阻值確在最大位置時接通“電樞電源”開關，使他勵直流電動機M起動運轉。調節(jié)“電樞電源”電壓為220V，調節(jié)R2阻值至零位置，調節(jié)R3阻值，使電流表A3顯示為100mA。4）調節(jié)電動機M的磁場調節(jié)電阻R1阻值和電機MG的負載電阻R4阻值（先調節(jié)D42上1800Ω阻值，調至最小后應用導線短接），使電動機M的n=nN=1600r/min，IN=If+Ia=1．2A。此時，他勵直流電動機的勵磁電流If為額定勵磁電流IfN。保持U=UN=220V、If=IfN，A3表顯示為100mA。增大R4阻值，直至空載（拆掉開關S2的2′上的短接線），測取電動機M在額定負載至空載范圍的n、Ia，共取8～9組數據，記錄于表2-4中。

項目3.7技能訓練5）在確定S2上短接線仍拆掉的情況下，把R4調至零值位置（其中D42上1800Ω阻值調至零值后用導線短接），再減小R3阻值，使MG的空載電壓與電樞電源電壓值接近相等（在開關S2兩端測），并且極性相同，把開關S2合向1′端。6）保持電樞電源電壓U=UN=220V、If=IfN，調節(jié)