第4章 直流電動機

1、跳轉(zhuǎn)到第一頁n 電動機與我們的生活密不可分。電動機是一種旋轉(zhuǎn)式機器，它將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能。n 電動機按使用電源不同分為直流電動機和交流電動機，其中交流電動機中常用的是三相異步電動機和單相異步電動機。 第四章第四章 直流電動機直流電動機概述：概述： 直流電機是指通入直流電流而產(chǎn)生機械運動的電動機，或能輸出直流電流的發(fā)電機。具有可逆性。跳轉(zhuǎn)到第一頁（1）調(diào)速性能好）調(diào)速性能好:調(diào)速范圍廣，易于平滑調(diào)節(jié)。調(diào)速范圍廣，易于平滑調(diào)節(jié)。（2）起動、制動轉(zhuǎn)矩大，易于快速起動、停車。）起動、制動轉(zhuǎn)矩大，易于快速起動、停車。（3）易于控制。）易于控制。直流電機特性：直流電機特性：（1）軋鋼機、電氣機車、中大型龍

2、門刨床等調(diào)速）軋鋼機、電氣機車、中大型龍門刨床等調(diào)速 范圍大的大型設(shè)備。范圍大的大型設(shè)備。（2）用蓄電池做電源的地方，如汽車、拖拉機等。）用蓄電池做電源的地方，如汽車、拖拉機等。（3）執(zhí)行元件、測量元件。）執(zhí)行元件、測量元件。用途：用途：跳轉(zhuǎn)到第一頁直流電動機由定子、轉(zhuǎn)子兩大部分所組成直流電動機由定子、轉(zhuǎn)子兩大部分所組成 直流電機組成：直流電機組成： 按勵磁方式的不同，傳統(tǒng)型直流伺服電動機可按勵磁方式的不同，傳統(tǒng)型直流伺服電動機可以再分為永磁式和電磁式兩種。以再分為永磁式和電磁式兩種。 永磁式直流電動機的定子磁極由永久磁鋼組成。永磁式直流電動機的定子磁極由永久磁鋼組成。 電磁式直流電動機的定子

3、磁極通常由硅鋼片鐵電磁式直流電動機的定子磁極通常由硅鋼片鐵心和勵磁繞組組成。心和勵磁繞組組成。 分類：分類：跳轉(zhuǎn)到第一頁根據(jù)勵磁線圈和轉(zhuǎn)子繞組的聯(lián)接關(guān)系，勵磁式的根據(jù)勵磁線圈和轉(zhuǎn)子繞組的聯(lián)接關(guān)系，勵磁式的直流電機又可細(xì)分為：直流電機又可細(xì)分為：他勵電動機：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的電源分開他勵電動機：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的電源分開。M他勵他勵UfIfIaU勵磁方式勵磁方式：跳轉(zhuǎn)到第一頁并勵電動機：并勵電動機：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞并聯(lián)到同一電源上。勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞并聯(lián)到同一電源上。串勵電動機：串勵電動機：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞串聯(lián)接到同一電源上。勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞串聯(lián)接到同一電源上。復(fù)勵電動機：復(fù)勵電動機：

4、勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的聯(lián)接有串有并，接在勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的聯(lián)接有串有并，接在 同一電源上。同一電源上。M并勵并勵UIfM串勵串勵UM復(fù)勵復(fù)勵U跳轉(zhuǎn)到第一頁 以起動機為例介紹直流電動機的以起動機為例介紹直流電動機的 各部分作用及工作原理各部分作用及工作原理直流串激式電動機主要由機殼、磁極、電樞、換向器及電刷等組成，如下圖所示。結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：1 一磁場繞組 2 一磁極鐵心 3 一外殼 4 一磁極固定螺釘 5 一換向器 6 一轉(zhuǎn)子鐵心 7 一電樞繞組 8 一電樞軸跳轉(zhuǎn)到第一頁磁極：磁極： 作用是產(chǎn)生磁場，由鐵心和磁場繞組組成。鐵心用螺釘固定在殼體的內(nèi)壁上，其上套有磁場繞組。磁極的數(shù)目一般為 4 個（兩

5、對），功率超過 7.5kW的起動機有用 6 個（三對）的。磁場繞組用矩形截面的裸銅條繞制。 4 個磁場繞組的連接方法有兩種，如下圖所示。一種是 4 個相互串聯(lián)，另一種是兩串兩并，即先將兩個串聯(lián)后再并聯(lián)。不論采用哪一種連接方式， 4 個磁場繞組產(chǎn)生的極性是相互交錯的。磁場與磁路磁場與磁路跳轉(zhuǎn)到第一頁電樞和換向器電樞和換向器 ： 電樞是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的核心部件，主要由電樞軸、電樞鐵電樞是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的核心部件，主要由電樞軸、電樞鐵心、電樞繞組和換向器組成。心、電樞繞組和換向器組成。 換向器和鐵心都壓裝在電樞軸上，電樞繞組則嵌裝在鐵心內(nèi)換向器和鐵心都壓裝在電樞軸上，電樞繞組則嵌裝在鐵心內(nèi)。 電樞軸的一

6、端制有螺旋花鍵與傳動機構(gòu)聯(lián)接。電樞軸兩端支電樞軸的一端制有螺旋花鍵與傳動機構(gòu)聯(lián)接。電樞軸兩端支承在殼體內(nèi)。承在殼體內(nèi)。 跳轉(zhuǎn)到第一頁電樞和換向器電樞和換向器 ： 鐵心由許多相互絕緣的硅鋼片疊裝而成，其圓周表面上有鐵心由許多相互絕緣的硅鋼片疊裝而成，其圓周表面上有槽，用來安放電樞繞組。槽，用來安放電樞繞組。 電樞繞組各線圈的端頭均焊接在換向器上。換向器由銅片電樞繞組各線圈的端頭均焊接在換向器上。換向器由銅片和云母片相間疊壓而成。和云母片相間疊壓而成。 換向器的作用是把通入電刷的直流電流轉(zhuǎn)變?yōu)殡姌欣@組中換向器的作用是把通入電刷的直流電流轉(zhuǎn)變?yōu)殡姌欣@組中導(dǎo)體所需的交變電流。導(dǎo)體所需的交變電流。跳轉(zhuǎn)到

7、第一頁電刷與電刷架電刷與電刷架 ： 電刷與電刷架的作用是將電流引入電動機。電刷與電刷架的作用是將電流引入電動機。 4 個電個電刷架均固定在前端蓋上，其中兩個電刷架與端蓋絕緣刷架均固定在前端蓋上，其中兩個電刷架與端蓋絕緣，稱為絕緣電刷架；另外兩個電刷架與端蓋直接鉚合，稱為絕緣電刷架；另外兩個電刷架與端蓋直接鉚合而搭鐵，稱為搭鐵電刷架電刷由銅與石墨粉壓制而而搭鐵，稱為搭鐵電刷架電刷由銅與石墨粉壓制而成，加人銅是為了減小電阻并增加耐磨性。電刷裝在成，加人銅是為了減小電阻并增加耐磨性。電刷裝在電刷架中，借彈簧壓力將它壓緊在換向器上，電刷彈電刷架中，借彈簧壓力將它壓緊在換向器上，電刷彈簧的壓力一般為簧的

8、壓力一般為 11 . 7N 14 . 7N 。跳轉(zhuǎn)到第一頁跳轉(zhuǎn)到第一頁端蓋端蓋 ： 端蓋分為前、后兩個端蓋。前端蓋一般用鋼板壓制端蓋分為前、后兩個端蓋。前端蓋一般用鋼板壓制而成，其上裝有而成，其上裝有 4 個電刷架，后端蓋用鑄鐵澆鑄而成個電刷架，后端蓋用鑄鐵澆鑄而成。它們分別裝在機殼的兩端，靠兩個長螺栓與起動機。它們分別裝在機殼的兩端，靠兩個長螺栓與起動機機殼緊固在一起。兩端蓋均裝有青銅石墨軸承或鐵基機殼緊固在一起。兩端蓋均裝有青銅石墨軸承或鐵基含油軸承套。含油軸承套。 跳轉(zhuǎn)到第一頁機殼機殼 ： 機殼用鋼管制成，一端開有窗口，作為觀察電刷與機殼用鋼管制成，一端開有窗口，作為觀察電刷與換向器之用

9、，平時用防塵箍蓋住。機殼上只有一個電換向器之用，平時用防塵箍蓋住。機殼上只有一個電流輸人接線柱（與外殼絕緣），并在內(nèi)部與磁場繞組流輸人接線柱（與外殼絕緣），并在內(nèi)部與磁場繞組的一端相接。的一端相接。跳轉(zhuǎn)到第一頁直流電動機的工作原理直流電動機的工作原理 ： 直流電動機是將電能轉(zhuǎn)換為機械能的設(shè)備，是以通直流電動機是將電能轉(zhuǎn)換為機械能的設(shè)備，是以通電導(dǎo)體在磁場中受電場力作用的原理而制成的。電導(dǎo)體在磁場中受電場力作用的原理而制成的。 跳轉(zhuǎn)到第一頁FF (a) 直流電動機原理圖 (b) 線圈受力方向NSABabNS+U接通直流電壓接通直流電壓U U時，直流電流為從時，直流電流為從a a邊流入，邊流入，b

10、 b邊流出，由邊流出，由于于a a邊處于邊處于N N極之下，極之下，b b邊處于邊處于S S極之下，則線圈受到電磁力極之下，則線圈受到電磁力而形成一個逆時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩而形成一個逆時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩T T，使電樞繞組繞軸線使電樞繞組繞軸線方向逆時針轉(zhuǎn)動。方向逆時針轉(zhuǎn)動。跳轉(zhuǎn)到第一頁FF (a) 直流電動機原理圖 (b) 線圈受力方向NSABbaNS+U當(dāng)電樞轉(zhuǎn)動半周后，當(dāng)電樞轉(zhuǎn)動半周后，a a邊處于邊處于S S極之下，而極之下，而b b邊處于邊處于N N極之下。極之下。由于采用了電刷和換向器裝置，此時電樞中的直流電流方向由于采用了電刷和換向器裝置，此時電樞中的直流電流方向變?yōu)閺淖優(yōu)閺腷 b邊

11、流入，從邊流入，從a a邊流出。電樞仍受到一個逆時針方向的邊流出。電樞仍受到一個逆時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩T T的作用，繼續(xù)繞軸線方向逆時針轉(zhuǎn)動。的作用，繼續(xù)繞軸線方向逆時針轉(zhuǎn)動。跳轉(zhuǎn)到第一頁直流電動機的轉(zhuǎn)矩：直流電動機的轉(zhuǎn)矩： 電樞軸上產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩電樞軸上產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩 M 的大小，與電樞電流的大小，與電樞電流 Ia及磁極磁通及磁極磁通的大小成正比，即：的大小成正比，即： M = Cm Ia式中：式中： Cm 電機常數(shù)，與電動機的磁極對數(shù)、繞組電機常數(shù)，與電動機的磁極對數(shù)、繞組個數(shù)有關(guān)。個數(shù)有關(guān)。跳轉(zhuǎn)到第一頁直流電動機轉(zhuǎn)矩自動調(diào)節(jié)原理直流電動機轉(zhuǎn)矩自動調(diào)節(jié)原理 ： 當(dāng)直流電動機接入直流電

12、源時，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，當(dāng)直流電動機接入直流電源時，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使電樞旋轉(zhuǎn)。但當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時，由于電樞繞組又切割使電樞旋轉(zhuǎn)。但當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時，由于電樞繞組又切割磁力線，則其中又產(chǎn)生了一感應(yīng)電動勢。按右手定則磁力線，則其中又產(chǎn)生了一感應(yīng)電動勢。按右手定則可知，該電動勢的方向恰與電樞電流的方向相反，如可知，該電動勢的方向恰與電樞電流的方向相反，如圖圖4-32所示。由于它與外加電壓的方向相反，故稱反所示。由于它與外加電壓的方向相反，故稱反電動勢，其大小為：電動勢，其大小為： Ef = Cen 跳轉(zhuǎn)到第一頁 這樣外加于電樞上的電壓這樣外加于電樞上的電壓U1 , ，一部分消耗在電，一部分消耗在電樞電阻樞電阻R

13、a上，一部分則用來平衡電動機的反電動勢上，一部分則用來平衡電動機的反電動勢 Ef 。即：。即： U1 = Ef + RaIa 上式是在電動機運轉(zhuǎn)時，必須滿足的一個基本條上式是在電動機運轉(zhuǎn)時，必須滿足的一個基本條件，稱為電壓平衡方程式。由此式可知，電樞電流件，稱為電壓平衡方程式。由此式可知，電樞電流 I 。為：。為：跳轉(zhuǎn)到第一頁 分析上式可知：當(dāng)電動機的負(fù)載增加時，電樞軸分析上式可知：當(dāng)電動機的負(fù)載增加時，電樞軸上的阻力轉(zhuǎn)矩增加，電樞轉(zhuǎn)速降低，而使反電動勢上的阻力轉(zhuǎn)矩增加，電樞轉(zhuǎn)速降低，而使反電動勢 E 隨之減小，電樞電流隨之減小，電樞電流 I 。增大，因此電磁轉(zhuǎn)矩也將隨。增大，因此電磁轉(zhuǎn)矩也將隨之增大，直至電磁轉(zhuǎn)矩增加到與阻力矩相等時為止，之增大，直至電磁轉(zhuǎn)矩增加到與阻力矩相等時為止，這時電動機將在新的負(fù)載下以較低的轉(zhuǎn)速平穩(wěn)運轉(zhuǎn)。這時電動機將在新的負(fù)載下以較低的轉(zhuǎn)速平穩(wěn)運轉(zhuǎn)。反之，當(dāng)電動機的負(fù)載減小時，電樞轉(zhuǎn)速升高，反電反之，當(dāng)電動機的負(fù)載減小時，電樞轉(zhuǎn)速升高，反電動勢增大，電樞電流減小，電磁轉(zhuǎn)矩則隨之減小，直動勢增大，電樞電流減小，電磁轉(zhuǎn)矩則隨之減小，直至電動機的電磁轉(zhuǎn)矩減小到與阻力矩相等時為止，電至電動機的電磁轉(zhuǎn)矩減小到與阻力矩相等時為止，電動機將在較高的轉(zhuǎn)速下平穩(wěn)運轉(zhuǎn)。動機將在較高的