直流電動(dòng)機(jī)工作原理

1、下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁 直流電動(dòng)機(jī)雖然比三相交流異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修也直流電動(dòng)機(jī)雖然比三相交流異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修也不便，但由于它的調(diào)速性能較好和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，因此，對(duì)調(diào)不便，但由于它的調(diào)速性能較好和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，因此，對(duì)調(diào)速要求較高的生產(chǎn)機(jī)械或者需要較大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的生產(chǎn)機(jī)械往往速要求較高的生產(chǎn)機(jī)械或者需要較大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的生產(chǎn)機(jī)械往往采用直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。采用直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁NSNS 直流電機(jī)由定直流電機(jī)由定子子(磁極磁極)、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子(電樞

2、電樞)和機(jī)座等和機(jī)座等部分構(gòu)成。部分構(gòu)成。下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁 由鐵心、繞組（線圈）、換向器組成。由鐵心、繞組（線圈）、換向器組成。由永久磁鐵做成。由永久磁鐵做成。磁極上繞線圈，線圈中通過直流電，磁極上繞線圈，線圈中通過直流電， 形成電磁鐵。形成電磁鐵。磁極上的線圈通以直流電產(chǎn)生磁通，稱為勵(lì)磁。磁極上的線圈通以直流電產(chǎn)生磁通，稱為勵(lì)磁。下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁 直流電機(jī)按照勵(lì)磁方式可分為他勵(lì)電動(dòng)機(jī)、并直流電機(jī)按照勵(lì)磁方式可分為他勵(lì)電動(dòng)機(jī)、并勵(lì)電動(dòng)機(jī)、串勵(lì)電動(dòng)機(jī)和復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)勵(lì)電動(dòng)機(jī)、串勵(lì)電動(dòng)機(jī)和復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)UUfIaM+_+_

3、IffR stRIaUM+_IffR stR+_IE下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁UIa+_IfM復(fù)勵(lì)復(fù)勵(lì)U+_IMIa下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁IU+SbNacd 直流電從兩電刷之間通入電樞繞組，電樞電流直流電從兩電刷之間通入電樞繞組，電樞電流方向如圖所示。由于換向片和電源固定聯(lián)接，無論方向如圖所示。由于換向片和電源固定聯(lián)接，無論線圈怎樣轉(zhuǎn)動(dòng)，總是線圈怎樣轉(zhuǎn)動(dòng)，總是S極有效邊的電流方向向里極有效邊的電流方向向里, N極有效邊的電流方向向外。電動(dòng)機(jī)電樞繞組通電后極有效邊的電流方

4、向向外。電動(dòng)機(jī)電樞繞組通電后中受力中受力(左手定則左手定則)按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。U+U+電刷電刷換向片換向片U+IFFTn換向器作用：換向器作用：將外部直流電將外部直流電轉(zhuǎn)換成內(nèi)部的轉(zhuǎn)換成內(nèi)部的交流電，以保交流電，以保持轉(zhuǎn)矩方向不持轉(zhuǎn)矩方向不變。變。下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁U+EETnSbNdFFacII換向片換向片電刷電刷KE: 與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)n: 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 ：磁通磁通E=EK n下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁U+EETnSbNdFFacII換向片換向片電刷電刷aaaaRInK

5、RIEUE RaIaE+UM下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁02TTT 設(shè)外加電樞電壓設(shè)外加電樞電壓 U 一定，一定，T=T2 (平衡平衡)，此時(shí)，此時(shí)，若若T2突然增加，則調(diào)整過程為突然增加，則調(diào)整過程為達(dá)到新的平衡點(diǎn)達(dá)到新的平衡點(diǎn)(Ia 、 P入入 ) 。T2 n Ia T E nKEE aaaREUI aIKTT 下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁雖然電源電壓雖然電源電壓U和和勵(lì)磁電阻保持不變，但隨著勵(lì)磁方式不同，電勵(lì)磁電阻保持不變，但隨著勵(lì)磁方式不同，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和機(jī)械特性

6、有很大的區(qū)別。動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和機(jī)械特性有很大的區(qū)別。)f(ITa一、并勵(lì)電動(dòng)機(jī)一、并勵(lì)電動(dòng)機(jī)1. 轉(zhuǎn)矩特性轉(zhuǎn)矩特性IaUM+_IffR stR+_IEaaRIEU 由圖可求得由圖可求得aaREUI ffRUI aafIIII 下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁aaRIEU aaREUI ffRUI aafIIII 由上分析可知：由上分析可知： 當(dāng)電源電壓當(dāng)電源電壓U和勵(lì)磁回路的電阻和勵(lì)磁回路的電阻Rf一定時(shí)一定時(shí), 勵(lì)勵(lì)磁電流磁電流If和磁通和磁通則則即：并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的磁通即：并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的磁通 n0T)f(ITa)f(Ina2. 轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)速特性下一頁下一頁總目錄總目錄

7、 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁aEaEIKRKUnaaaI IT TTEKnKERIEU 由以下公式由以下公式n0T)f(ITa理理想想空空載載轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速:0KUnE 式中：式中：n0)f(Ina下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁nnn 0TKKRnET2a TKKRKUnETE2a aI IT TTKIaUM+_IffR stR+_IEf(T)n3. 機(jī)械特性機(jī)械特性aEaEIKRKUn下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速降降:2aTKKRnET 理理想想空空載載轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速:0KUnE 式中：式中：nnTKKRKUnETE 02an0nN

8、TNn0T100%nnnnNN0N下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁)f(ITa二、串勵(lì)電動(dòng)機(jī)二、串勵(lì)電動(dòng)機(jī)1. 轉(zhuǎn)矩特性轉(zhuǎn)矩特性當(dāng)當(dāng)Ia較小時(shí)，鐵心不飽和較小時(shí)，鐵心不飽和UIa+_IfMfaII 特點(diǎn)：特點(diǎn)：)af(IaKI 2aTaTIKIKT當(dāng)當(dāng)Ia較大時(shí)，鐵心飽和較大時(shí)，鐵心飽和aTIKT 與并勵(lì)類似與并勵(lì)類似下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁)f(Ina2. 轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)速特性當(dāng)當(dāng)Ia較小時(shí)，較小時(shí)，aKI aEaEIKRKUnKKRKIKUnEaaE當(dāng)當(dāng)Ia較大時(shí)，鐵心飽和較大時(shí)，鐵心飽和 與并勵(lì)類似與并勵(lì)類似從上式可見，當(dāng)輕載時(shí)串勵(lì)

9、電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速從上式可見，當(dāng)輕載時(shí)串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速急劇上升，將導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的損壞，所以串急劇上升，將導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的損壞，所以串勵(lì)電動(dòng)機(jī)不允許輕載運(yùn)行，一般最低負(fù)載勵(lì)電動(dòng)機(jī)不允許輕載運(yùn)行，一般最低負(fù)載不小于額定負(fù)載的不小于額定負(fù)載的30%n0T)f(Ina下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁bTaUnf(T)n3. 機(jī)械特性機(jī)械特性2aTaTIKIKTKKRKIKUnEaaE下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁三、復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)三、復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)復(fù)勵(lì)復(fù)勵(lì)U+_IMIa 他的工作特性介于并勵(lì)他的工作特性介于并勵(lì)和串勵(lì)之間。如果并勵(lì)繞組和串勵(lì)之間。如果并勵(lì)繞組磁通勢(shì)起主

10、要作用，其工作磁通勢(shì)起主要作用，其工作特性與并勵(lì)電動(dòng)機(jī)工作特性特性與并勵(lì)電動(dòng)機(jī)工作特性接近。如果串勵(lì)繞組磁通勢(shì)接近。如果串勵(lì)繞組磁通勢(shì)起主要作用，其工作特性與起主要作用，其工作特性與串勵(lì)電動(dòng)機(jī)工作特性接近。串勵(lì)電動(dòng)機(jī)工作特性接近。但因?yàn)橛胁?lì)繞組磁通勢(shì)的但因?yàn)橛胁?lì)繞組磁通勢(shì)的存在，磁通存在，磁通 不會(huì)趨近于零，不會(huì)趨近于零，所以空載或輕載時(shí)，仍能正所以空載或輕載時(shí)，仍能正常運(yùn)行。常運(yùn)行。下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁有一并勵(lì)電動(dòng)機(jī)，其額定數(shù)據(jù)如下：有一并勵(lì)電動(dòng)機(jī)，其額定數(shù)據(jù)如下：P=22KW, UN=110V, nN=1000r/min, = 0.84, 并已知并

11、已知Rf= 27.5 ，Ra= 0.04 , 試求試求: (1) 額定電流額定電流I , 額定額定 電樞電流電樞電流Ia及及額定勵(lì)磁電流額定勵(lì)磁電流If ; (2) 損耗功率損耗功率 PaCu , 及及 PO ; (3) 額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩T; (4) 反電動(dòng)勢(shì)反電動(dòng)勢(shì)E。解：解：(1) P2是輸出功率，額定輸入功率為是輸出功率，額定輸入功率為KW19.2684. 02221 PPA2381101019.2631UPI額定電流額定電流額定勵(lì)磁電流額定勵(lì)磁電流A45 .27110ff RuI額定電樞電流額定電樞電流A2344238fa III下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一

12、頁（2）電樞電路銅損）電樞電路銅損W219023404. 02a2aaCu IRPW44045 .272f2ffCu IRP勵(lì)磁電路銅損勵(lì)磁電路銅損總損失功率總損失功率W4190220002619021 PPP空載損耗功率空載損耗功率W200021904190aCu10 PPPm.N210100022955095502 nPT（3）額定轉(zhuǎn)矩）額定轉(zhuǎn)矩（4）反電動(dòng)勢(shì)）反電動(dòng)勢(shì)V6 .10023404. 0110aa IRUE下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁TKKRKUnETE2a nn0Tn0nT00n 0n0nTnO下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁

13、上一頁太大會(huì)使換向器產(chǎn)生嚴(yán)重的火花太大會(huì)使換向器產(chǎn)生嚴(yán)重的火花, ,燒壞換向器；燒壞換向器；NaaNast)2010(IRUI 0 nKEE1. 起動(dòng)問題：起動(dòng)問題：(1) 起動(dòng)電流大起動(dòng)電流大(2) 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大 起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為(1020)TN , 造成機(jī)械沖造成機(jī)械沖擊，使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)遭受損壞。擊，使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)遭受損壞。tasIT 下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁NstaNast)5 . 25 . 1 (IRRUI aastNstRIUR nn0TnnTKKRKUnETE 02aTLT2T1此啟動(dòng)方法，啟動(dòng)設(shè)備簡此啟動(dòng)方法，啟動(dòng)設(shè)備簡單，操

14、作方便，但啟動(dòng)能單，操作方便，但啟動(dòng)能耗大。耗大。下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁 直流電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)和工作時(shí)，勵(lì)磁電路一定要直流電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)和工作時(shí)，勵(lì)磁電路一定要接通接通, ,不能讓它斷開不能讓它斷開, ,而且起動(dòng)時(shí)要滿勵(lì)磁。否則，而且起動(dòng)時(shí)要滿勵(lì)磁。否則，磁路中只有很少的剩磁，可能產(chǎn)生事故：磁路中只有很少的剩磁，可能產(chǎn)生事故：aNstR2IU目前基本采用可控硅整流目前基本采用可控硅整流電源作為調(diào)壓電源。此啟電源作為調(diào)壓電源。此啟動(dòng)方法，啟動(dòng)電流小，啟動(dòng)方法，啟動(dòng)電流小，啟動(dòng)平穩(wěn)，啟動(dòng)能耗小。動(dòng)平穩(wěn)，啟動(dòng)能耗小。TLT2n0nT0T1下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄

15、章目錄返回返回上一頁上一頁 (3)如果電機(jī)在空載運(yùn)行，可能造成飛車，使電機(jī)遭如果電機(jī)在空載運(yùn)行，可能造成飛車，使電機(jī)遭受嚴(yán)重的機(jī)械損傷，而且因電受嚴(yán)重的機(jī)械損傷，而且因電電流過大而將繞組電流過大而將繞組燒壞。燒壞。下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁電磁轉(zhuǎn)矩：電磁轉(zhuǎn)矩：下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁與異步電動(dòng)機(jī)相比，雖然結(jié)與異步電動(dòng)機(jī)相比，雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高，維護(hù)也不方便，但在調(diào)速性能上構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高，維護(hù)也不方便，但在調(diào)速性能上由其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。由其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。 1. 調(diào)速均勻平滑，可以無級(jí)調(diào)速調(diào)速均勻平滑，可以無級(jí)調(diào)速 2. 調(diào)速范圍大，調(diào)

16、速比可達(dá)調(diào)速范圍大，調(diào)速比可達(dá)D=810 以上以上 3.3.調(diào)速靜差率調(diào)速靜差率 小。小。由轉(zhuǎn)速公式由轉(zhuǎn)速公式: EKRIUnaa可見直流電機(jī)調(diào)速方法有三種。可見直流電機(jī)調(diào)速方法有三種。下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁TKKRKUnETE2a 保持電樞電壓保持電樞電壓U不變，減小勵(lì)磁電流不變，減小勵(lì)磁電流If (調(diào)調(diào)Rf)以以減小磁通減小磁通 。由式由式0n 0n0nTnOaaaREUI Rf E I n Ia E T nKEE 在高于在高于n的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁nCnKRIU1EaanCInCKIKT2a

17、1TaTCTnP(1)調(diào)速平滑，可得到無級(jí)調(diào)速；但只能向上調(diào)，受調(diào)速平滑，可得到無級(jí)調(diào)速；但只能向上調(diào)，受 機(jī)械本身強(qiáng)度所限，機(jī)械本身強(qiáng)度所限，n不能太高。不能太高。(2) 調(diào)速設(shè)備簡單，經(jīng)濟(jì)，電流小，便于控制。調(diào)速設(shè)備簡單，經(jīng)濟(jì)，電流小，便于控制。(3) 機(jī)械特性較硬，穩(wěn)定性較好。機(jī)械特性較硬，穩(wěn)定性較好。(4) 對(duì)專門生產(chǎn)的調(diào)磁電動(dòng)機(jī)對(duì)專門生產(chǎn)的調(diào)磁電動(dòng)機(jī), ,其其D D可達(dá)可達(dá), 一般一般D=2下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁n0n0Tcn0nT0KTnTKKRKUnETE 02a )(a一一定定和和R(1)工作時(shí)電壓不允許超過工作時(shí)電壓不允許超過 ，而，而,

18、所以調(diào)速所以調(diào)速 只能向下調(diào)只能向下調(diào)。(2)機(jī)械特性較硬，并且電壓降低后硬度不變，穩(wěn)機(jī)械特性較硬，并且電壓降低后硬度不變，穩(wěn) 定性好。定性好。下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁(4)均勻調(diào)節(jié)電樞電壓，可得到平滑無級(jí)調(diào)速。均勻調(diào)節(jié)電樞電壓，可得到平滑無級(jí)調(diào)速。(5)調(diào)速范圍較大。一般調(diào)速范圍較大。一般D=8D=810U Ia n E Ia (3)屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁nn0TnnTKKRRKUn02ETaE特點(diǎn)：特點(diǎn)：(1) 設(shè)備簡單，操作方便。設(shè)備簡單，操作方便。(2)機(jī)械特性軟，穩(wěn)定性差。機(jī)械特性軟

19、，穩(wěn)定性差。(4)能量損耗大，只用于小型直流機(jī)。能量損耗大，只用于小型直流機(jī)。TL(3)調(diào)速范圍較小，一般調(diào)速范圍較小，一般D=22.5下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁1.電機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率。電機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率。2.額定工作情況下的電樞上加的直流電額定工作情況下的電樞上加的直流電壓。（例：壓。（例：110V，220V，440V） 3.額定電壓下軸上輸出額定功率時(shí)的電流額定電壓下軸上輸出額定功率時(shí)的電流 （并勵(lì)包括勵(lì)磁和電樞電流）。（并勵(lì)包括勵(lì)磁和電樞電流）。 （ ：效率）：效率）4.額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速nN: 在在PN , UN , IN 時(shí)的轉(zhuǎn)速。時(shí)的轉(zhuǎn)速。 直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速一般在直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速一般在500500r/min 以上。特殊的直流電機(jī)轉(zhuǎn)以上。特殊的直流電機(jī)轉(zhuǎn)速可以做到很低（如每分鐘幾轉(zhuǎn)）或很高（每分鐘速可以做到很低（如每分鐘幾轉(zhuǎn)）或很高（每分鐘30003000轉(zhuǎn)以上轉(zhuǎn)以上）。）。調(diào)速時(shí)對(duì)于沒有調(diào)速要求的電機(jī)，最大轉(zhuǎn)速不能超過調(diào)速時(shí)對(duì)于沒有調(diào)速要求的電機(jī)，最大轉(zhuǎn)速不能超過 1.2nN