機(jī)床電氣控制技術(shù)與技能 3.3 直流電動(dòng)機(jī) 學(xué)習(xí)課件

任務(wù)三直流電動(dòng)機(jī)知識(shí)鏈接一直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)一、直流電動(dòng)機(jī)的外形直流電動(dòng)機(jī)的外形如圖3-3-1所示。

Z4系列直流電動(dòng)機(jī)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)70zy45直流電動(dòng)機(jī)

圖3-3-1直流電動(dòng)機(jī)外形任務(wù)三直流電動(dòng)機(jī)二、直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)直流電動(dòng)機(jī)是借助電刷和換向器的作用，把電源的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)殡姌欣@組中的交流電，保持電磁轉(zhuǎn)矩的方向不變，確保直流電動(dòng)機(jī)朝一定的方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)可以分為定子和轉(zhuǎn)子兩大部分，定子和轉(zhuǎn)子之間有空氣隙。

直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)如圖3-3-2所示。

圖3-2直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)構(gòu)圖任務(wù)三直流電動(dòng)機(jī)三、直流電動(dòng)機(jī)的銘牌如圖3-3-3所示的電動(dòng)機(jī)銘牌是電動(dòng)機(jī)外殼上的重要標(biāo)志，銘牌上標(biāo)明的數(shù)據(jù)稱(chēng)為額定值，是正確使用直流電動(dòng)機(jī)的依據(jù)。

圖3-3-3直流電動(dòng)機(jī)的銘牌

型號(hào)：額定功率PN：額定功率在指在額定情況下，電動(dòng)機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率，單位為W或KW。額定電壓UN：額定電壓是指電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，加在電動(dòng)機(jī)上的電源電壓，單位為V或KV。額定電流IN：額定電流是指電動(dòng)機(jī)軸上帶有額定負(fù)載時(shí)從電源輸入的電流，單位為A。

PN=UNINηN×10-3

任務(wù)三直流電動(dòng)機(jī)任務(wù)三直流電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速nN：額定轉(zhuǎn)速是指電壓、電流和輸出功率均為額定值時(shí)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的速度，單位為r/min。勵(lì)磁方式：勵(lì)磁方式是指直流電動(dòng)機(jī)主磁場(chǎng)產(chǎn)生的方式。主磁場(chǎng)產(chǎn)生的方式有兩種：一種是由永久磁鐵產(chǎn)生；另一種是由主磁極繞組通入直流電產(chǎn)生。定額（工作方式）：定額是指電動(dòng)機(jī)在額定狀態(tài)運(yùn)行時(shí)能持續(xù)工作的時(shí)間和順序。電動(dòng)機(jī)定額分為連續(xù)、短時(shí)和斷續(xù)三種，分別用S1、S2、S3表示。絕緣等級(jí)：表示電動(dòng)機(jī)繞組及其他絕緣部分所用絕緣材料的等級(jí)。任務(wù)三直流電動(dòng)機(jī)例3-1一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的額定值為：PN=145KW，UN=220V，nN=1450r/min，ηN=90%，求該電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的輸入功率P1和電流IN。

解額定輸入功率

P1=額定電流任務(wù)三直流電動(dòng)機(jī)知識(shí)鏈接二直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速、反轉(zhuǎn)與制動(dòng)一、直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

直流電動(dòng)機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)加速達(dá)到正常運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程稱(chēng)為起動(dòng)過(guò)程，通常采用降低電源電壓起動(dòng)和在電樞回路中串電阻起動(dòng)，詳見(jiàn)表3-3-2。

類(lèi)別工作原理特點(diǎn)相關(guān)計(jì)算公式降低電壓起動(dòng)在直流電動(dòng)機(jī)開(kāi)始起動(dòng)時(shí)，給電樞繞組加上較低的直流電壓，隨著轉(zhuǎn)速的上升，逐漸升高電樞電壓，直到額定電壓運(yùn)行，起動(dòng)完畢。優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)過(guò)程平滑，電能浪費(fèi)少；缺點(diǎn)是設(shè)備成本較高，控制系統(tǒng)較復(fù)雜。適用于經(jīng)常起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，如起重機(jī)，運(yùn)輸機(jī)械上的電動(dòng)機(jī)。起動(dòng)初始的最小電壓為Ust=RaIst式中：Ra—電樞回路的總電阻；Ist—起動(dòng)電流。串電阻起動(dòng)當(dāng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，在電樞回路中串入起動(dòng)電阻Rst

，適當(dāng)選擇起動(dòng)電阻的大小，將電樞電流限制在1.5～2.5倍額定電流的范圍內(nèi)，隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的上升，反電動(dòng)勢(shì)增大，電樞電流減小，再逐步減少起動(dòng)電阻阻值，直到電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，起動(dòng)電阻全部切除。該方法設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，但電阻上的能量浪費(fèi)多。一般應(yīng)用于小功率直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)，容量稍大但不需要經(jīng)常起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)也可用此方法起動(dòng)。式中：UN—電動(dòng)機(jī)的額定電壓；Ist—電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流。任務(wù)三直流電動(dòng)機(jī)二、直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速就是人為地改變電動(dòng)機(jī)的參數(shù)，使工作點(diǎn)從一條機(jī)械特性轉(zhuǎn)移到另一條機(jī)械特性上，從而在同一負(fù)載下得到不同的轉(zhuǎn)速。根據(jù)機(jī)械特性方程式可以看出：當(dāng)負(fù)載不變時(shí)，電動(dòng)機(jī)可以通過(guò)改變U、Rsa及Φ這三種方法進(jìn)行調(diào)速，詳見(jiàn)表3-3-3所示。

類(lèi)別工作原理人工機(jī)械特性圖優(yōu)缺點(diǎn)降壓調(diào)速在其它參數(shù)不變時(shí)，改變直流電動(dòng)機(jī)的電樞電壓U，其工作點(diǎn)將從固有機(jī)械特性移到降壓的人工機(jī)械特性上，在右圖中將從特性曲線1轉(zhuǎn)移到特性曲線3，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速隨之下降。從圖中可見(jiàn)，在負(fù)載相同的情況下，不同的電樞電壓，所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速是不同的，電壓越低，轉(zhuǎn)速越低。優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械特性硬，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性好，調(diào)速范圍大，電能損耗小，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速；缺點(diǎn)是需要專(zhuān)用的調(diào)速直流電源，成本較高，其應(yīng)用在前一段時(shí)間內(nèi)受到限制。電樞串電阻調(diào)速在其它參數(shù)不變的條件下，在電樞回路串聯(lián)電阻Rsa后，工作點(diǎn)將從固有特性轉(zhuǎn)移到電樞串電阻的人為特性上，在右圖中將從特性曲線1轉(zhuǎn)移到特性曲線2，從而得到較低的轉(zhuǎn)速。由圖可知，在負(fù)載相同的情況下，電樞串入的電阻值越大，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速就越低。優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備成本低；缺點(diǎn)是低速時(shí)機(jī)械特性軟，效率低，調(diào)速級(jí)數(shù)有限，一般用于小容量的電動(dòng)機(jī)中。弱磁調(diào)速在其它參數(shù)不變的條件下，在勵(lì)磁回路中串入調(diào)節(jié)電阻RPL，改變RPL的大小，就可以改變電動(dòng)機(jī)主磁通Φ的大小。從圖中可見(jiàn)，在勵(lì)磁回路中串入的電阻值越大，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就越高。轉(zhuǎn)速只能往上調(diào)，因受電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速和機(jī)械強(qiáng)度的限制，調(diào)速范圍小。由于調(diào)速回路功率小，電能損耗小，控制方便，可以做到無(wú)級(jí)調(diào)速。任務(wù)三直流電動(dòng)機(jī)三、直流電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)直流電動(dòng)機(jī)有兩種反轉(zhuǎn)方法：一種是改變磁通（勵(lì)磁電流）的方向；另一種是改變電樞電流的方向。

四、直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)所謂制動(dòng)就是加上一個(gè)與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向相反的轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)迅速停轉(zhuǎn)或限制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)可以分為機(jī)械制動(dòng)和電氣制動(dòng)，其中電氣制動(dòng)又可分為再生制動(dòng)、能耗制動(dòng)和反接制動(dòng)等。詳見(jiàn)表3-3-4所示。

任務(wù)三直流電動(dòng)機(jī)知識(shí)鏈接三直流電動(dòng)機(jī)的使用、維護(hù)及故障處理1．直流電動(dòng)機(jī)的正確使用（1）根據(jù)負(fù)載合理選用直流電動(dòng)機(jī)首先應(yīng)根據(jù)負(fù)載的大小，正確選擇電動(dòng)機(jī)的額定容量；再根據(jù)負(fù)載運(yùn)行的實(shí)際情況，正確選擇電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速；最后根據(jù)負(fù)載的特點(diǎn)，確定電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)型式。（2）直流電動(dòng)機(jī)使用前的檢查首先檢查電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)、接線、起動(dòng)設(shè)備是否符合規(guī)定，轉(zhuǎn)動(dòng)部件是否靈活；再檢查絕緣電阻是否符合要求；最后通電空轉(zhuǎn)，觀察轉(zhuǎn)向是否正確，振動(dòng)和噪聲是否正常。

（3）直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中的監(jiān)視對(duì)運(yùn)行中的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行監(jiān)視，其目的是及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患并進(jìn)行處理。

任務(wù)三直流電動(dòng)機(jī)2．直流電動(dòng)機(jī)的定期維護(hù)及時(shí)清除電動(dòng)機(jī)外殼上的灰塵和油泥，檢查接線端子是否良好；檢查傳動(dòng)裝置有無(wú)破裂損壞，安裝是否牢固；經(jīng)常檢查電動(dòng)機(jī)的絕緣電阻，定期檢查機(jī)殼接地是否可靠，檢查、清洗電動(dòng)機(jī)軸承，更換潤(rùn)滑油；定期清潔電刷與換向器表面，檢查電刷與換向器是否良好。3．直流電動(dòng)機(jī)的常見(jiàn)故障及其處理，詳見(jiàn)表3-3-5所示。

任務(wù)三直流電動(dòng)機(jī)輔助故障現(xiàn)象可能的原因檢查和排除方法電動(dòng)機(jī)不能起動(dòng)電流表無(wú)指示電源未能真正接通檢查線路是否完好，起動(dòng)設(shè)備接線是否正確，電刷接觸是否良好，熔斷器是否熔斷電流表讀數(shù)很大起動(dòng)時(shí)負(fù)載過(guò)大或傳動(dòng)機(jī)構(gòu)卡死減小負(fù)載或排除機(jī)械故障通電后電動(dòng)機(jī)稍微動(dòng)一下起動(dòng)電流太小檢查電源電壓是否太低，起動(dòng)電阻是否太大電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不正常轉(zhuǎn)速快、線電流大、電刷上火花大電樞繞組匝間短路拆開(kāi)修理或更換繞組并勵(lì)繞組極性接錯(cuò)或部分?jǐn)嗑€測(cè)試極性重新接線或找出故障點(diǎn)予以排除串勵(lì)電動(dòng)機(jī)輕載或空載增大負(fù)載轉(zhuǎn)速過(guò)快、過(guò)慢或不穩(wěn)電源電壓過(guò)高、過(guò)低或波動(dòng)過(guò)大調(diào)節(jié)電壓至額定值并設(shè)法穩(wěn)定電壓電刷接觸不良或位置不正確調(diào)整電刷位置，將刷架調(diào)在幾何中線處電動(dòng)機(jī)溫升過(guò)高電動(dòng)機(jī)溫升過(guò)高長(zhǎng)期過(guò)載或未按規(guī)定運(yùn)行減輕負(fù)載或按規(guī)定“短時(shí)”、“斷續(xù)”運(yùn)行通風(fēng)不良檢查風(fēng)扇是否正常，風(fēng)道是否暢通電動(dòng)機(jī)電樞過(guò)熱電樞繞組或換向器片短路測(cè)定、排除短路點(diǎn)，若短路嚴(yán)重應(yīng)更換定、轉(zhuǎn)子相擦檢查磁極固定螺栓是否松動(dòng)，軸承是否磨損電壓過(guò)低度或過(guò)高恢復(fù)電壓額定值電動(dòng)機(jī)軸承過(guò)熱軸承磨損或潤(rùn)滑不良更換軸承或加入適量潤(rùn)滑油電動(dòng)機(jī)電刷火花過(guò)大電刷磨損過(guò)量或型號(hào)不符合要求更換新電刷電刷磨損過(guò)量或型號(hào)不符合要求電刷與換向器接觸不良或壓力不均勻研磨電刷與換向器或調(diào)整電刷上彈簧壓力電刷與換向器接觸不良或壓力不均勻電刷表面不清潔清潔換向器電刷表面不清潔電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期過(guò)載減輕負(fù)載至額定值電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期過(guò)載電樞繞組或換向器短路檢查云母槽中有無(wú)銅或用毫伏表查出短路處電樞繞組或換向器短路換向極繞組短路或極性接反查出短路處襯墊絕緣或重新繞制，接反極性則需重新接續(xù)線換向極繞組短路或極性接反任務(wù)實(shí)施一、任務(wù)實(shí)施工具直流電動(dòng)機(jī)（0.8KW，220V）1臺(tái)與電動(dòng)機(jī)配套的起動(dòng)器1臺(tái)變阻器Rf（1KΩ，0.5A）1個(gè)變阻器Rsa（95Ω，6A）1個(gè)直流電壓表（300V）1塊直流電流表（0.5A）1塊轉(zhuǎn)速表1塊。二、任務(wù)實(shí)施步驟1．直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)與反轉(zhuǎn)

按圖3-3-4接線，經(jīng)指導(dǎo)教師檢查確認(rèn)無(wú)誤后，按如下步驟操作：（1）將勵(lì)磁回路電阻Rf短接，電樞回路電阻Rsa調(diào)至最大值。（2）在斷開(kāi)S1時(shí)，檢查起動(dòng)器手柄是否處于起始位置；如果位置正確則可閉合S1。（3）緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)起動(dòng)手柄，起動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)。觀察電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向，直至起動(dòng)器處于運(yùn)行位置，起動(dòng)器手柄被電磁鐵鎖住，即起動(dòng)完畢。（4）斷開(kāi)S1，則電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。觀察起動(dòng)器失電后自動(dòng)復(fù)位的過(guò)程。（5）起動(dòng)器復(fù)位后，調(diào)換電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組兩個(gè)接頭的接線。（6）再閉合S1，轉(zhuǎn)動(dòng)起動(dòng)器手柄，起動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)，觀察電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向是否改變。2．直流電動(dòng)機(jī)電樞串電阻調(diào)速和弱磁調(diào)速實(shí)驗(yàn)電路與圖3-3-4相同，操作步驟如下：（1）重復(fù)前面操作步驟（1）～（3），起動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)。（2）逐漸減小電樞回路電阻Rsa，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升，直至Rsa被短接。記錄Rsa改變時(shí)的轉(zhuǎn)速n和電樞電壓Ua，將各數(shù)據(jù)記入表3-3-5中。

任務(wù)實(shí)施Ra100％Ra75％Ra50％Ra25％Ra0n/r/minUa/V表3-3-5直流電動(dòng)機(jī)電樞串電阻調(diào)速（3）電樞串電阻調(diào)速測(cè)試結(jié)束后，不要停車(chē)，要非常緩慢地增大勵(lì)磁回路電阻Rf，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升，直至1.2nN左右。記錄Rf改變時(shí)的轉(zhuǎn)速n和勵(lì)磁電流If，將各數(shù)據(jù)記入表3-4-6中。（4）繪制直流電動(dòng)機(jī)電樞串電阻調(diào)速和弱磁調(diào)速的特性曲線n=f(Ua)和n=f(If)。

n/r/minIf