直流電機的應用.ppt

1、項目1，直流電機的應用，任務1識別直流電機，任務2直流電機的調(diào)速，任務3直流電機的啟動，逆轉(zhuǎn)和制動，任務4直流電機的使用和維護，目錄，1了解直流電機的特點、用途和分類，了解直流電機的基本工作原理。 2認識直流電機的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，熟悉各部件的作用。 3了解直流電機銘牌的型號和額定值的含義，掌握額定值的簡單修正算法。 4進行直流電機的檢測、接線、簡單操作。 任務是識別直流電機，直流電機是實現(xiàn)直流能和機械能相互轉(zhuǎn)換的機電，可以根據(jù)用途分為直流電機和直流發(fā)電機。 將機械能轉(zhuǎn)換為直流能的電動機稱為直流發(fā)電機，如圖1-1所示將直流能轉(zhuǎn)換為機械能的電動機稱為直流電動機，如圖1-2所示。 直流電機是工礦、交

2、通、建筑等行業(yè)常見的動力機械，是機電行業(yè)人員的重要工作對象之一。 作為一名電氣控制技術(shù)人員，必須熟悉直流電機的結(jié)構(gòu)、工作原理和性能特點，掌握主要殘奧儀表的分析校正計算，正確操作和使用直流電機。 圖1-1直流發(fā)電機、圖1-2直流電動機、1 .直流電動機的特征直流電動機與交流電動機相比，具有優(yōu)異的調(diào)速性能和起動性能。 直流電動機具有廣泛的調(diào)速范圍、流暢的無級調(diào)速特性，能夠?qū)崿F(xiàn)頻繁的無級高速起動、制動和逆轉(zhuǎn)的超負荷能力大，能夠承受頻繁的沖擊負荷，滿足自動化生產(chǎn)系統(tǒng)中各種特殊運行的要求。 直流發(fā)電機能夠提供沒有脈動的大功率直流電源，能夠正確地調(diào)整控制輸出電壓。 但是，直流電機也有其顯著缺點：一是制造工

3、藝復雜，消耗了大量有色金屬，生產(chǎn)成本高；二是運行時電刷和換向器之間容易產(chǎn)生火花，可靠性差，維護困難。 因此，在對調(diào)速性能要求不高的領(lǐng)域，已經(jīng)取代了交流變頻調(diào)速系統(tǒng)。 但是，在要求調(diào)速范圍寬、高速性高、精密度好、控制性能好的情況下，直流電動機的應用現(xiàn)在仍占有很大的比重。 2直流電動機的用途由于直流電動機具有良好的起動和調(diào)速性能，在起動和調(diào)速要求較高時，常用于例如大型可逆式軋機、礦山卷揚機、酒店高速電梯、龍門刨床、電力機車、內(nèi)燃機車、城市電車、地鐵列車、電動自行車、造紙和印刷機械、船舶機械等地鐵列車、(b )城市電車、(c )電動自行車、(d )抄紙機、直流發(fā)電機主要作為直流電動機電源、化學工業(yè)所

4、需的低電壓大電流的直流電源、直流焊機電源等各種直流電源使用，圖1-4所示的(a )電解鋁工廠、(b )電鍍工廠、圖1-4直流發(fā)電機的用途、二、直流電動機直流電機由靜止的定子和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子的大部分組成，定子和轉(zhuǎn)子之間有間隙，被稱為氣隙。 定子的作用是磁場的產(chǎn)生和電機的支撐，包括主磁極、換流磁極、機臺、電刷裝置、端蓋等。 轉(zhuǎn)子的作用是產(chǎn)生感應電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)機電能量的轉(zhuǎn)換，也被稱為電樞。 主要包括電樞鐵心、電樞繞組及整流子、旋轉(zhuǎn)軸、風扇等。 直流電機的結(jié)構(gòu)如圖1-5所示。 前端蓋2-風扇3-定子4-轉(zhuǎn)子5-電刷及電刷保持器6-后端蓋、圖1-5的直流電動機的結(jié)構(gòu)，1主磁極主磁極的作用產(chǎn)生主磁通，

5、如圖1-6所示，由鐵心和勵磁繞組構(gòu)成。 鐵芯一般是由lmml.5mm的低碳鋼片層疊而成，小型馬達也使用鑄鋼磁極整體的馬達。 主磁極上的勵磁繞組是用絕緣銅線卷繞的集中繞組，與鐵心絕緣，各主磁極上的線圈一般串聯(lián)連接。主磁極始終成對，n極和s極交替排列。 2換流磁極的換流磁極的作用是產(chǎn)生用于改善電動機的換流性能的附加磁場。 通常，鐵心由鋼整體構(gòu)成，換流磁極的繞組應與電樞繞組串聯(lián)連接。 換流磁極如圖1圖7所示，安裝在兩個主磁極之間。 其極性作為發(fā)電機運行時，電樞導體必須與進入的主磁極的極性相同，作為電動機運行時，電樞導體必須與剛離開的主磁極極性相同。圖1-6直流電機的主磁極、圖1-7換流磁極的位置、3

6、機臺固定主磁極、換流磁極和端蓋等，另一方面，作為電機磁路的一部分，稱為磁軛。 機臺一般是用鑄鋼或鋼板焊接制成的。 4在電刷裝置直流電動機中，為了連接電樞線圈和外部電路，如圖1-8所示，需要安裝由電刷、電刷保持器和電刷桿保持器構(gòu)成的固定電刷裝置。 刷子是用石墨等制成的導電塊，裝入刷子座上，利用彈簧將手指按在整流子上。 刷握用螺絲固定在刷柄上，刷與刷柄用銅絞線連接，刷柄安裝在刷柄上，相互絕緣，刷柄安裝在端蓋上。圖1-8電刷和刷握、圖1-9電樞鐵心、5電樞鐵心的電樞鐵心的作用是將電樞繞組與磁通收納。 電樞在磁場中旋轉(zhuǎn)時，鐵心會產(chǎn)生渦電流和磁滯損耗。 為了減少損失，提高效率，電樞鐵心一般用硅鋼板沖壓。

7、 電樞鐵芯如圖1圖9所示，具有軸向冷卻通風孔。 在鐵心的外周均勻分布有用于嵌入電樞繞組的槽。 6電樞繞組的電樞繞組的作用是感應電動勢的產(chǎn)生和電流產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換。 繞組通常用漆包線纏繞，嵌入電樞鐵心的槽中，按照一定的規(guī)則連接。 為了防止繞組因電樞旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力而飛出，將繞組嵌入槽內(nèi)后，用槽楔按壓的線圈的突出槽外的終端部分用無緯玻璃帶緊固。 7換向器的結(jié)構(gòu)如圖1-10所示。 鴿尾形的多個換流薄板重疊在一個圓筒上，薄板和薄板之間用云母薄板絕緣，用v形套筒和螺絲固定環(huán)緊固成一體。 各節(jié)段與繞組的各元件的引出線焊接，起到將從直流電動機輸入的直流電流變換為電樞繞組內(nèi)的交變電流，產(chǎn)生一定

8、方向的電磁轉(zhuǎn)矩，使電動機連續(xù)運轉(zhuǎn)的作用。圖1-10弧形整流子、三、直流電機的工作原理、1直流發(fā)電機的工作原理、圖1-11是由直流發(fā)電機的主磁極、電刷、電樞繞組和整流子等主要部件組成的工作原理圖，定子上有兩個磁極n和s，它們形成恒定磁場， 兩磁極的中間是安裝在轉(zhuǎn)子上的電樞繞組即繞組元件abcd的兩端a和d分別與兩片相互絕緣的半圓形銅片(整流子)連接，通過電刷a、b與外電路連接。 原動機拿著電樞逆時針旋轉(zhuǎn)時，線圈的2個有效邊ab和cd切斷磁場磁力線產(chǎn)生感應電動勢，方向由右手決定，如圖1-11a所示，s極為dc，n極為ba，刷子a為正極，刷子b為負極。 負載電流的方向為AB。 當線圈旋轉(zhuǎn)90度時，兩

9、個線圈的有效邊位于磁場物理中性面上，導體的運動方向與磁力線平行，不切割磁力線，因此感應電動勢為零，如圖1-11b所示。 兩個電刷同時接觸兩銅片，將線圈短路，但是線圈沒有電動勢和電流。 線圈旋轉(zhuǎn)180圈時，如圖1-11c所示，此時線圈邊的電動勢方向發(fā)生變化，在s極為ab，在n極為cd。 此時，由于刷a和刷b接觸的銅片被更換，因此刷a保持正極，刷b保持負極，輸出電流I的方向不變。 燈b )燈c )燈d )燈不點亮，圖1-11直流發(fā)電機的工作原理圖，線圈每轉(zhuǎn)動一對磁極，其兩個有效邊中的電動勢方向都改變，但兩個電刷之間的電動勢方向不變，電動勢的大小在零和最大值之間變化。顯然，電動勢方向沒有改變，但是大

10、小的變動很大，這樣的電動勢沒有實用價值。 為了減小電動勢的變動程度，實用的電動機在電樞周面安裝了很多相互串聯(lián)的線圈和與其對應的銅板。 由此，逆合成電動勢的變動程度顯著減少。 實際的發(fā)電機由于線圈數(shù)多，所以電動勢變動小，可以認為是一定的直流電動勢。 從以上分析可以得出直流發(fā)電機的工作原理：當原動機使直流發(fā)電機的電樞旋轉(zhuǎn)時，在電樞繞組中產(chǎn)生方向交變的感應電動勢，通過電刷和整流子的作用，在電刷的兩端輸出方向不變的直流電動勢。 2直流電動機的工作原理直流電動機在機械結(jié)構(gòu)上與直流發(fā)電機完全相同，圖1-12是直流電動機的工作原理圖。 假定電樞不用外力驅(qū)動，將電刷a、b與直流電源連接，從電刷a向線圈流過電流

11、，沿著abcd方向從電刷b流過電流。 通電線圈在磁場中受到電磁力的作用，其方向由左手定律決定，ab受到向上的力，cd受到向下的力形成電磁力矩，結(jié)果使電子逆時針旋轉(zhuǎn)。 電樞旋轉(zhuǎn)90圈后，如圖1-12b所示，線圈沒有電流和轉(zhuǎn)矩，但由于慣性繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。 當電樞旋轉(zhuǎn)180圈時，如圖1-12c所示，電流還是從電刷a流向線圈，沿著dcba方向從電刷b流向線圈。 與圖1-12a相比，通過線圈的電流方向發(fā)生了變化，但兩個線圈受到電磁力的方向沒有變化，即電動機只向一個方向旋轉(zhuǎn)。 為了改變其轉(zhuǎn)向，必須改變電源的極性，從電刷b流出電流，從電刷a流出電流。 a )受到電磁力，逆時針旋轉(zhuǎn)b )不受到電磁力，慣性旋轉(zhuǎn)c )

12、不受到電磁力，逆時針旋轉(zhuǎn)d )不受到電磁力，慣性旋轉(zhuǎn)圖1-12的直流電動機的動作原理是，直流電動機接通直流電源時，由于刷子和整流子的作用， 比較了直流電動機電樞繞組中流動的3直流電動機的可逆原理直流電動機和直流發(fā)電機的結(jié)構(gòu)和工作原理，可知1臺直流電動機可以作為發(fā)電機也可以作為電動機運轉(zhuǎn)，但只是其輸入輸出的條件不同。 向電刷的兩端施加直流電源，向電樞輸入電能，從馬達軸輸出機械能，生產(chǎn)機械工作，此時直流馬達將電能轉(zhuǎn)換為機械能，在馬達的狀態(tài)下工作。 用原動機旋轉(zhuǎn)驅(qū)動直流電機的電樞，從電機軸輸入機械能的話，從刷子的兩端引出直流電動勢，可輸出直流能量，這時直流電機將機械能轉(zhuǎn)換成直流能量，在發(fā)電機狀態(tài)下工

13、作。 同一電動機是發(fā)電機的運轉(zhuǎn)和電動機的運轉(zhuǎn)都可以的原理，被稱為電動機的可逆原理。 1臺電機的實際動作狀態(tài)因外部條件而異。 實際的直流電動機和直流發(fā)電機是考慮到工作特征的差異而設(shè)定的，因此是不同的。 例如直流發(fā)電機的額定電壓比直流電動機稍高，補償線路的電壓降，便于兩者組合使用。 直流發(fā)電機的額定轉(zhuǎn)速比直流電動機稍低，便于選擇原動機。 四、直流電動機的勵磁方式直流電動機的勵磁方式是指電動機勵磁電流的供給方式，根據(jù)勵磁支路和電樞支路的相互關(guān)系，有他勵、自激(殘奧電平、直勵和復勵)、永磁方式。 1他勵方式他勵方式中，電樞繞組和勵磁繞組電路相互獨立，電樞電壓和勵磁電壓相互無關(guān)。 接線圖如圖1-13所示

14、。 在圖1-13他勵電機、2并聯(lián)勵磁方式并聯(lián)勵磁方式中，電樞線圈和勵磁線圈處于并聯(lián)關(guān)系，由同一電源供電，接線圖如圖1-14所示。 在圖1-14殘奧直線電機、圖1-15殘奧直線電機、3殘奧直線模式殘奧直線模式下，電樞線圈和勵磁線圈處于串聯(lián)關(guān)系，接線圖如圖1-15所示。4雙勵磁方式的雙勵磁電動機的主磁極有2個勵磁線圈，一個與電樞線圈并聯(lián)連接，另一個與電樞線圈串聯(lián)連接。 2個勵磁線圈產(chǎn)生的磁通的方向相同時，稱為積復勵磁，相反稱為差復勵磁。 接線圖如圖1-16所示。圖1-16雙激勵電機、五、直流電機銘牌數(shù)據(jù)和系列1直流電機銘牌數(shù)據(jù)電機廠家根據(jù)國家標準，對電機的設(shè)定修訂和試驗數(shù)據(jù)，規(guī)定了電機的正常運行狀

15、態(tài)和條件，通常稱為額定運行。 表示電機額定運行狀況的各種數(shù)據(jù)稱為額定值，顯示在電機鋁制銘牌上，是正確合理使用電機的依據(jù)。 直流電機的主要額定值如表1-1所示。 表1-1直流電機銘牌、(1)額定容量(額定功率) PN(kW )額定容量是指電機的輸出功率。 對于發(fā)電機來說，是輸出的電力。對于電機來說，是輸出到旋轉(zhuǎn)軸的機械功率。 (2)額定電壓UN(V )和額定電流IN(A )注意這些與電機的電樞電壓Ua和電樞電流Ia不同，發(fā)電機的UN、IN是輸出值，電機的UN、IN是輸入值。 (3)額定轉(zhuǎn)速nN(r/min )額定轉(zhuǎn)速是指額定功率、額定電壓、額定電流時的電機轉(zhuǎn)速。 電機實際使用時是否為額定運行，取

16、決于負載的大小。 電機不允許超過額定值運轉(zhuǎn)。 這是因為縮短了馬達的壽命，損壞了馬達。 但是，無法長期輕負荷運轉(zhuǎn)馬達，無法充分利用設(shè)備，運轉(zhuǎn)效率低，因此應該根據(jù)負荷的大小合理選擇馬達。2直流電機系列，我國目前生產(chǎn)的直流電機主要有以下系列。 (1)Z2系列本系列為一般用途的小型直流電機系列。 “z”表示直流，“2”表示第二次改良設(shè)定修訂。 系列容量為0.4kW200kW，電動機電壓為1lOV、220V，發(fā)電機電壓為1l5V、230V，為防護式。 (2)ZF和ZD系列這兩個系列是一般用途的中型直流電機系列。 “f”表示發(fā)電機，“d”表示電動機。 系列容量為55kW145OkW。 (3)ZZJ系列本系

17、列為起重機冶金用直流電機系列。 的雙曲馀弦值。 電壓有220V、440V兩種。 工作方式有連續(xù)、短時間、斷續(xù)3種。 ZZJ系列電機啟動快，過載能力大。 此外，還有ZQ直流牽引電機系列和容易爆炸時使用的ZA防爆安全型直流電機系列等。 常見的電機產(chǎn)品系列如表1-2所示。 表1-2常見的電機產(chǎn)品系列、6、直流電機的感應電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩，無論是直流電機還是直流發(fā)電機，旋轉(zhuǎn)時其電樞線圈都通過切斷主磁極產(chǎn)生的磁力線來感應電動勢。 同時，因為電流流過電樞線圈，電樞電流和主磁場發(fā)生作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。 因此，直流電機的電樞繞組中同時存在感應電勢和電磁轉(zhuǎn)矩，它們對電機的運轉(zhuǎn)起著重要的作用。 在直流發(fā)電機中感應電

18、動勢主要起作用，在直流電動機中電磁轉(zhuǎn)矩主要起作用。 對1個電樞線圈的感應電動勢Ea電樞線圈電路進行分析，直流電機電樞線圈的感應電動勢在Ea=Cen (1-1)式中，作為電機每極的磁通量的n是電機的轉(zhuǎn)速Ce是關(guān)于電機結(jié)構(gòu)的常數(shù)，稱為電動勢常數(shù)。 Ea的方向由n的方向和右手決定。 由式(1-1)可知，要改變Ea的大小，可以改變(由勵磁電流If決定)或n的大小。 變更Ea的方向時，變更的方向或馬達的旋轉(zhuǎn)方向。 無論是直流電機還是直流發(fā)電機，在電樞線圈中都存在感應電動勢，在發(fā)電機中，Ea和電樞電流Ia的方向相同，是電源電動勢，另一方面，在電動機中，Ea和Ia的方向相反，是反電動勢。 2直流電機的電磁轉(zhuǎn)矩t也一樣，得到的電磁轉(zhuǎn)矩t在T=CTIa (1-2)式中，Ia是電樞電流CT也是與電機結(jié)構(gòu)相關(guān)的常數(shù)，被稱為轉(zhuǎn)矩常數(shù)。 電磁轉(zhuǎn)矩t的方向，磁通及電樞電流Ia