直流電動(dòng)機(jī)與單項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)分解

神福羅源灣港電培訓(xùn)隊(duì)

主講人：王佳楊7.2.1概述與異步電動(dòng)機(jī)相比，直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)困難，運(yùn)用和維護(hù)不如異步機(jī)便利，而且要運(yùn)用直流電源。直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：（1）調(diào)速性能好:調(diào)速范圍廣，易于平滑調(diào)節(jié)。（2）起動(dòng)、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，易于快速起動(dòng)、停車。（3）易于控制。應(yīng)用：（1）軋鋼機(jī)、電氣機(jī)車、無(wú)軌電車、中大型龍門刨床等調(diào)速范圍大的大型設(shè)備。（2）用蓄電池做電源的地方，如汽車、拖拉機(jī)等。（3）家庭：電動(dòng)縫紉機(jī)、電動(dòng)自行車、電動(dòng)玩具7.2.2工作原理

一、工作原理U+–NS電刷換向片直流電源電刷換向器線圈II留意：換向片和電源固定聯(lián)接，線圈無(wú)論怎樣轉(zhuǎn)動(dòng)，總是上半邊的電流向里，下半邊的電流向外。電刷壓在換向片上。由左手定則，通電線圈在磁場(chǎng)的作用下，使線圈逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。FFU+–NS電刷換向片IIFFU+–NS電刷換向片IIEE由右手定則，線圈在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)，將在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向與電流的方向相反。直流發(fā)電機(jī)用右手定則判感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ea的方向U+–NSEEIa電樞繞組電阻Ra感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)輸出電壓二、直流電機(jī)的構(gòu)成直流電機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子和機(jī)座等部分構(gòu)成。機(jī)座磁極勵(lì)磁繞組轉(zhuǎn)子勵(lì)磁式直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)1.轉(zhuǎn)子（又稱電樞）由鐵芯、繞組（線圈）、換向器組成。2.定子定子的分類：永磁式：由永久磁鐵做成。勵(lì)磁式：磁極上繞線圈，然后在線圈中通過(guò)直流電，形成電磁鐵。勵(lì)磁的定義：磁極上的線圈通以直流電產(chǎn)生磁通，稱為勵(lì)磁。依據(jù)勵(lì)磁線圈和轉(zhuǎn)子繞組的聯(lián)接關(guān)系，勵(lì)磁式的直流電機(jī)又可細(xì)分為：他勵(lì)電動(dòng)機(jī)：勵(lì)磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的電源分開。并勵(lì)電動(dòng)機(jī)：勵(lì)磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞并聯(lián)到同一電源上。串勵(lì)電動(dòng)機(jī)：勵(lì)磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞串聯(lián)接到同一電源上。復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)：勵(lì)磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的聯(lián)接有串有并，接在同一電源上。M他勵(lì)UfIfIaUM并勵(lì)UIfM串勵(lì)UM復(fù)勵(lì)U7.2.3電樞電動(dòng)勢(shì)及電壓平衡關(guān)系電樞通入電流后，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。通電線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)，又會(huì)在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（用E表示）。一、電樞中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)FFU+–NS電刷換向片IIEE依據(jù)右手定則知，E和原通入的電流方向相反，其大小為：KE：與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)n：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速：磁通單位：（韋伯），n（轉(zhuǎn)/每分），E（伏）FFU+–NS電刷換向片IIEE二、電樞繞組中電壓的平衡關(guān)系因?yàn)镋與通入的電流方向相反，所以叫反電勢(shì)。U：外加電壓Ra:繞組電阻MRaIaE+–+–U以上兩公式反映的概念：(1)電樞反電動(dòng)勢(shì)的大小和磁通、轉(zhuǎn)速成正比，若想改變E，只能改變

或n。(2)若忽略繞組中的電阻Ra，則，可見，當(dāng)外加電壓一定時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速和磁通成反比，通過(guò)改變

可調(diào)速。7.2.4電磁轉(zhuǎn)矩KT：與線圈的結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)（與線圈大小，磁極的對(duì)數(shù)等有關(guān)）：線圈所處位置的磁通Ia：電樞繞組中的電流一、電磁轉(zhuǎn)矩單位：

（韋伯），Ia（安培），T（牛頓米）由轉(zhuǎn)矩公式可知：(1)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的條件：必需有勵(lì)磁磁通和電樞電流。(2)變更電機(jī)旋轉(zhuǎn)的方向：變更電樞電流的方向或者變更磁通的方向。二、轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系電磁轉(zhuǎn)矩T為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，在電機(jī)運(yùn)行時(shí)，必需和外加負(fù)載和空載損耗的阻轉(zhuǎn)矩相平衡，即TL：負(fù)載轉(zhuǎn)矩T0

：空載轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩平衡過(guò)程：當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩（TL）發(fā)生變更時(shí)，通過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)速、電動(dòng)勢(shì)、電樞電流的變更，電磁轉(zhuǎn)矩自動(dòng)調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)新的平衡。例：設(shè)外加電樞電壓U確定，T=TL+T0(平衡)，這時(shí)，若TL突然增加，則調(diào)整過(guò)程為：與原平衡點(diǎn)相比，新的平衡點(diǎn)：Ia

、P入TL

nEIaT

最后達(dá)到新的平衡點(diǎn)。

機(jī)械特性指的是電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速間的關(guān)系，下邊以他勵(lì)和串勵(lì)電機(jī)為例說(shuō)明。他勵(lì)電動(dòng)機(jī)和并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的特性一樣。7.2.5機(jī)械特性一、他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性即：其中，M他勵(lì)UfIfIaUn0：志向空載轉(zhuǎn)速,即T=0時(shí)的轉(zhuǎn)速。（實(shí)際工作時(shí),由于有空載損耗，電機(jī)的T不會(huì)為0。）當(dāng)T時(shí)n，但由于他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的電樞電阻Ra很小，所以在負(fù)載變更時(shí)，轉(zhuǎn)速n的變更不大，屬硬機(jī)械特性。依據(jù)n-T公式畫出特性曲線n0nNTNTnn其中，串勵(lì)的特點(diǎn)：勵(lì)磁線圈的電流和電樞線圈的電流相同。二、串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性設(shè)磁通和電流成正比，即=KIa,則據(jù)此公式做出T-n曲線nTM串勵(lì)UIa(1)T=0時(shí)，在志向狀況下，n。但事實(shí)上負(fù)載轉(zhuǎn)矩不會(huì)為0，不會(huì)工作在T=0的狀態(tài)，但空載時(shí)T很小，n很高。串勵(lì)不允許空載運(yùn)行，以防轉(zhuǎn)速過(guò)高。串勵(lì)特性：(2)隨轉(zhuǎn)矩的增大，n下降得很快，這種特性屬軟機(jī)械特性。nT(2)恒功率負(fù)載（P確定時(shí)，T和n成反比），要選軟特性電機(jī)拖動(dòng)。如：電氣機(jī)車等。直流電動(dòng)機(jī)特性類型的選擇:(1)恒轉(zhuǎn)矩的生產(chǎn)機(jī)械(TL確定，和轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)）要選硬特性的電動(dòng)機(jī)，如：金屬加工、起重機(jī)械等。7.2.6直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速與異步電動(dòng)機(jī)相比，直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)困難，價(jià)格高，維護(hù)不便利，但它的最大優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速性能好。下面以他勵(lì)電動(dòng)機(jī)為例說(shuō)明直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法。（1）調(diào)速勻整平滑，可以無(wú)級(jí)調(diào)速。（2）調(diào)速范圍大，調(diào)速比可達(dá)200（他勵(lì)式）以上（調(diào)速比等于最大轉(zhuǎn)速和最小轉(zhuǎn)速之比）。直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的主要優(yōu)點(diǎn)是：由該式可知，n和有關(guān)，在U確定的情況下，變更可變更n。在勵(lì)磁回路中串上電阻Rf，變更Rf大小調(diào)整勵(lì)磁電流，從而變更的大小。一、變更磁通（調(diào)磁）1.原理其中，M他勵(lì)UfIfIaU其中：=KIfRfIfn，但在額定狀況下，已接近飽和，If再加大，對(duì)影響不大，所以這種增加磁通的方法一般不用。RfIfn，減弱磁通是常用的調(diào)速方法。If的調(diào)整有兩種狀況：概念：變更磁通調(diào)速的方法—減小磁通，n只能上調(diào)。其中，2.特性的變更所以：磁通減小以后特性上移，而且斜率增加。，因?yàn)椋海?/p>

減?。㏕LRf增加Tn其中，調(diào)速過(guò)程:U確定,則RfEIaTnIaE短暫T>TL其中，最后達(dá)到新的平衡T

=TL（1）調(diào)速平滑，可做到無(wú)級(jí)調(diào)速，但只能向上調(diào)，受機(jī)械本身強(qiáng)度所限，n不能太高。（2）調(diào)的是勵(lì)磁電流（該電流比電樞電流小得多），調(diào)整限制便利。3.減小調(diào)速的特點(diǎn)：二、變更電樞電壓調(diào)速由轉(zhuǎn)速特性方程知：調(diào)電樞電壓U，n0變更，斜率不變，所以調(diào)速特性是一組平行曲線。1.特性曲線nn0"n0'n0電壓降低T其中，2.變更電樞電壓調(diào)速的特點(diǎn)（1）工作時(shí)電樞電壓確定，電壓調(diào)整時(shí)，不允許超過(guò)UN，，而nU，所以調(diào)速只能向下調(diào)。（2）可得到平滑、無(wú)級(jí)調(diào)速。（3）調(diào)速幅度較大。MUfIfIaU變壓整流220V~整流調(diào)壓220V~Uf=110V固定U=0~110V可調(diào)變更電樞電壓調(diào)速方案舉例：例：已知他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的PN=2.2KW,UN=220V,IaN=12.4ARa=0.5,nN=1500r/min。求：（1）TL=0.5TN時(shí),

n=?（2）=0.8

N時(shí),

n=?解：（1）TL=0.5TN時(shí)（2）=0.8

N時(shí)這種調(diào)速方法耗能較大，只用于小型直流機(jī)。串勵(lì)電機(jī)也可用類似的方法調(diào)速。三、變更轉(zhuǎn)子電阻調(diào)速在電樞中串入電阻，使n、

n0不變，即電機(jī)的特性曲線變陡（斜率變大），在相同力矩下，nnn0RaRa+

RT其中，7.2.7直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)用和額定值限制Iast的措施：（1）啟動(dòng)時(shí)在電樞回路串電阻。（2）啟動(dòng)時(shí)降低電樞電壓。一、運(yùn)用1.啟動(dòng)啟動(dòng)時(shí),n=0

Ea=0，若加入額定電壓，則Iast太大會(huì)使換向器產(chǎn)生嚴(yán)峻的火花，燒壞換向器。一般Iast限制在(2-2.5)IaN內(nèi)。(1)若電動(dòng)機(jī)原本靜止，由于勵(lì)磁轉(zhuǎn)矩T=KTIa，而0，電機(jī)將不能啟動(dòng)，因此，反電動(dòng)勢(shì)為零，電樞電流會(huì)很大，電樞繞組有被燒毀的危急。直流機(jī)在啟動(dòng)和工作時(shí)，勵(lì)磁電路一定要接通，不能讓它斷開，而且啟動(dòng)時(shí)要滿勵(lì)磁。否則，磁路中只有很少的剩磁，可能產(chǎn)生以下事故：注意：（2）假如電動(dòng)機(jī)在有載運(yùn)行時(shí)磁路突然斷開，則E，Ia，T和，可能不滿足TL的要求，電動(dòng)機(jī)必將減速或停轉(zhuǎn)，使Ia更大，也很危急。（3）如果電機(jī)空載運(yùn)行，可能造成飛車。EIaT>>

T0

n飛車措施：他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)確定要有失磁愛(ài)護(hù)。一般在勵(lì)磁繞組加失壓繼電器或欠流繼電器。當(dāng)失壓或欠流時(shí)，自動(dòng)切斷電樞電源U。M他勵(lì)UfIfIaU2.反轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向由電磁力矩的方向確定。（1）改變勵(lì)磁電流的方向。（2）或改變電樞電流的方向。改變直流電機(jī)轉(zhuǎn)向的方法：（1）反接制動(dòng)3.制動(dòng)制動(dòng)的所接受的方法：反接制動(dòng)、能耗制動(dòng)、發(fā)電回饋制動(dòng)MUUfIf+–R運(yùn)行制動(dòng)電阻R的作用是限制電源反接制動(dòng)時(shí)電樞的電流過(guò)大。（2）能耗制動(dòng)—電樞斷電后馬上接入一個(gè)電阻。MUUfIf+–R運(yùn)行制動(dòng)K停車時(shí)，電樞從電源斷開,接到電阻上，這時(shí)：由于慣性電樞仍保持原方向運(yùn)動(dòng)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向也不變，電動(dòng)機(jī)變成發(fā)電機(jī)，電樞電流的方向與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相同，從而電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)向相反，起制動(dòng)作用。特殊狀況下，例如汽車下坡時(shí)、吊車重物下降時(shí)，在重力的作用下nn0（n0志向空載轉(zhuǎn)速），這時(shí)電動(dòng)機(jī)變成發(fā)電機(jī)，電磁轉(zhuǎn)矩成為阻轉(zhuǎn)矩，從而限制電機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)分上升。(3)發(fā)電回饋制動(dòng)直流電機(jī)有四個(gè)出線端，電樞繞組、勵(lì)磁繞組各兩個(gè)，可通過(guò)標(biāo)出的字符和繞組電阻的大小區(qū)分。4.連接（1）繞組的阻值范圍

電樞繞組的阻值在零點(diǎn)幾歐姆到1~2歐姆。

他勵(lì)/并勵(lì)電機(jī)的勵(lì)磁繞組的阻值有幾百歐姆。

串勵(lì)電機(jī)的勵(lì)磁繞組的阻值與電樞繞組的相當(dāng)。自學(xué)（2）繞組的符號(hào)S1T1B1C1H1BC1Q1S2T2B2C2H2BC2Q2電樞繞組他勵(lì)繞組并勵(lì)繞組串勵(lì)繞組換向極繞組補(bǔ)償繞組啟動(dòng)繞組始端繞組名稱末端二、額定值1.額定功率PN:電機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率。2.額定電壓UN：額定工作狀況下的電樞上加的直流電壓。（例：110V，220V，440V）3.額定電流IN：額定電壓下，軸上輸出額定功率時(shí)的電流（并勵(lì)應(yīng)包括勵(lì)磁電流和電樞電流）三者關(guān)系：PN=UNIN（：效率）留意：調(diào)速時(shí)對(duì)于沒(méi)有調(diào)速要求的電機(jī)，最大轉(zhuǎn)速不能超過(guò)1.2nN。4.額定轉(zhuǎn)速nN：在PN，UN，IN時(shí)的轉(zhuǎn)速。直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速等級(jí)一般在500r/min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3000轉(zhuǎn)以上）。7.3單相異步電動(dòng)機(jī)一、單相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理結(jié)構(gòu)：定子放單相繞組（其中通220V單相溝通電）轉(zhuǎn)子一般用鼠籠式。定子轉(zhuǎn)子定子繞組220V~NS當(dāng)定子繞組產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)增加時(shí)，依據(jù)右手螺旋定則和左手定則，可知轉(zhuǎn)子導(dǎo)條左、右受力大小相等方向相反，所以沒(méi)有起動(dòng)