電機及機床電氣控制（終稿）第四章

第4章直流電機

直流電機的基本工作原理

4.1直流電機的拖動控制

4.24.1直流電機的基本工作原理優(yōu)點：調(diào)速性能良好，大啟動轉(zhuǎn)矩和過載能力。缺點：制造復(fù)雜，成本較高，運行中電流換向的故障多，對粉塵、易燃易爆場所無法應(yīng)用。用途：在需要較大啟動轉(zhuǎn)矩的生產(chǎn)機械上（如電車、電氣機車等）和要求性能高的生產(chǎn)機械（如軋鋼機等）上廣泛應(yīng)用。

（a）ZYT系列（b）J-SZ（ZYT）-PX系列（c）ZK13TH型直流電機實物圖4.1.1直流電機的基本工作原理及結(jié)構(gòu)4.1.2直流電機電樞繞組的感應(yīng)電動勢與電磁轉(zhuǎn)矩直流電機的能量轉(zhuǎn)換示意圖4.1.1

直流電機基本工作原理及結(jié)構(gòu)每一臺直流電機既可以作為發(fā)電機運行，也可以作為電動機運行。

直流電動機原理示意圖磁極電樞換向器電刷基本工作原理（a）直流電機分解圖端蓋風(fēng)扇電樞電刷架端蓋基本結(jié)構(gòu)1—風(fēng)扇2—機座3—電樞4—主磁極5—電刷架6—換向器7—接線板8—出線盒9—端蓋10—換向磁極11—轉(zhuǎn)軸12—電樞鐵芯13—電樞繞組14—電刷（b）直流電機剖視圖（c）直流電機截面圖①定子：產(chǎn)生磁場并起機械支撐作用（由主磁極、換向磁極、機座、端蓋、軸承、電刷裝置等部件組成）。②轉(zhuǎn)子（電樞）：產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢，能量轉(zhuǎn)換的樞紐（由電樞鐵芯、電樞繞組、換向器、風(fēng)扇、轉(zhuǎn)軸等部件組成）。③氣隙：定子、轉(zhuǎn)子之間的間隙。①定子端蓋機座主磁極電刷架換向極主磁極機座主磁極鐵芯勵磁繞組換向極換向極鐵芯換向極繞組

機座作用：1）作為磁軛傳導(dǎo)磁通，是磁路的一部分；2）固定主磁極、換向磁極和端蓋等部件；3）借用機座的底腳把電機固定在基礎(chǔ)上。機座必須具有足夠的機械強度和良好的導(dǎo)磁性能。電刷裝置（a）電刷裝置結(jié)構(gòu)（b）電刷在刷握中的安放

電刷裝置刷桿座彈簧壓板刷桿電刷刷握電刷刷握刷辨壓指壓緊彈簧端蓋端蓋一般用鑄鐵制成，固定于機座兩端；作用：裝有軸承支撐電樞轉(zhuǎn)動；保護電機避免外界雜物落進；維護人身安全，防止接觸電機內(nèi)部器件。

②轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子及電樞鐵芯沖片換向器電樞繞組元件電樞鐵芯徑向通風(fēng)道齒槽軸向通風(fēng)孔電樞鐵芯電樞繞組

線圈槽內(nèi)安放示意圖電樞槽內(nèi)絕緣

上層有效邊端接部分下層有效邊線圈末端線圈首端槽楔線圈絕緣導(dǎo)體層間絕緣槽絕緣槽底絕緣換向器換向器結(jié)構(gòu)片間云母鎖緊螺母V形環(huán)套筒云母絕緣換向片換向片轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸起電樞旋轉(zhuǎn)的支撐作用，需有一定的機械強度和剛度，一般用圓鋼加工而成。③氣隙氣隙是電機主磁極與電樞之間的間隙，小型電機氣隙約為1mm~3mm，大型電機氣隙約為10mm~12mm。氣隙雖小，因空氣磁阻較大，在電機磁路系統(tǒng)中有重要作用,其大小、形狀對電機性能有很大的影響。型號Z2—31勵磁并勵額定功率1.1kW勵磁電壓110V額定電壓110V勵磁電流0.895A額定電流13.3A定額連續(xù)額定轉(zhuǎn)速1000r/min溫升75℃出廠編號一××××××出廠日期

×年

×月中國

×××電機廠直流電機的銘牌型號勵磁方式分為他勵、并勵、串勵和復(fù)勵等。（a）他勵式（b）并勵式（c）串勵式（d）復(fù)勵式直流電機的勵磁方式直流電動機的主要種類、性能特點及典型應(yīng)用

電動機種類主要性能特點典型生產(chǎn)機械舉例直流電動機他勵、并勵機械特性硬、啟動轉(zhuǎn)矩大、調(diào)速范圍寬、平滑性好調(diào)速性能要求高的生產(chǎn)機械，如大型機床（車、銑、刨、磨、鏜）、高精度車床、可逆軋鋼機、造紙機、印刷機等串勵機械特性軟、啟動轉(zhuǎn)矩大、過載能力強、調(diào)速方便要求啟動轉(zhuǎn)矩大、機械特性軟的機械，如電車、電氣機車、起重機、吊車、卷揚機、電梯等復(fù)勵機械特性硬度適中、啟動轉(zhuǎn)矩大、調(diào)速方便直流電機主要系列Z4系列：一般用途的小型直流電動機；ZT系列：廣調(diào)速直流電動機；ZJ系列：精密機床用直流電動機；ZTD系列：電梯用直流電動機；ZZJ系列：起重冶金用直流電動機；ZD2、ZF2系列：中型直流電動機；ZQ系列：直流牽引電動機；Z-H系列：船用直流電動機；ZA系列：防爆安全用電動機；ZLJ系列：力矩直流電動機。線端標(biāo)記繞組名稱出線端標(biāo)記繞組名稱出線端標(biāo)記始端末端始端末端電樞繞組A1或S1A2或S2并勵繞組E1或B1E2或B2換向極繞組B1或H1B2或H2他勵繞組F1或T1F2或T2串勵繞組D1或C1D2或C2國產(chǎn)電動機出線端標(biāo)記4.1.2

直流電機電樞繞組的感應(yīng)電動勢與電磁轉(zhuǎn)矩根據(jù)電磁定律可知，無論是直流發(fā)電機還是直流電動機，當(dāng)其運行時，電樞繞組切割磁場就要產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，由于電樞繞組中又有電流通過（帶負載）,其與磁場的作用就會產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。Ea—電樞電動勢p—電機極對數(shù)N—電樞繞組總導(dǎo)體數(shù)a—電樞繞組并聯(lián)支路對數(shù)Φ—氣隙磁通，單位韋伯（Wb）n—電機轉(zhuǎn)速，單位轉(zhuǎn)/分（r/min）Ce—電樞電動勢常數(shù)電樞感應(yīng)電動勢T—電磁轉(zhuǎn)矩CT

—轉(zhuǎn)矩常數(shù)Ia

—電樞電流電磁轉(zhuǎn)矩4.2直流電機的拖動控制4.2.1直流電動機的機械特性4.2.2直流電動機的啟動4.2.3直流電動機的調(diào)速4.2.4直流電動機的制動與反轉(zhuǎn)4.2.5直流電動機的使用、維護及常見故障處理方法1．他勵方式（a）他勵直流發(fā)電機（b）他勵直流電動機他勵直流電機的勵磁方式勵磁繞組單獨由其他直流電源供電的方式

勵磁繞組和電樞繞組無電路上的聯(lián)系

Ia=I

適用于精密加工直流電動機拖動系統(tǒng)。I

負載電流I

負載電流勵磁電流If由獨立的直流電源供電，與電樞電流Ia無關(guān)

2．并勵方式發(fā)電機：勵磁電流由發(fā)電機自身提供，Ia=I+If電動機：勵磁繞組與電樞繞組并接于同一外加電源，勵磁電流由外加電源提供，Ia=I－If。適用于中小型直流電動機恒壓拖動系統(tǒng)。勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)的方式

（a）并勵直流發(fā)電機（b）并勵直流電動機并勵直流電機的勵磁方式3．串勵方式（a）串勵直流發(fā)電機（b）串勵直流電動機串勵直流電機的勵磁方式勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)再接通直流電源的方式

發(fā)電機：勵磁電流由發(fā)電機自身提供電動機：勵磁繞組與電樞繞組串接于同一外加電源，勵磁電流由外加電源提供。適用于負載轉(zhuǎn)矩變化較大的直流電動機拖動系統(tǒng)。

勵磁繞組和電樞繞組串聯(lián)

Ia=I=If

4．復(fù)勵方式

（a）復(fù)勵直流發(fā)電機（b）復(fù)勵直流電動機復(fù)勵直流電機的勵磁方式差復(fù)勵：兩者磁勢方向相反積復(fù)勵：串勵繞組產(chǎn)生的磁勢與并勵磁勢方向相同兩個勵磁繞組（一個和電樞并聯(lián)，一個和電樞串聯(lián)）的方式4.2.1

直流電動機的機械特性直流電動機基本方程式機械特性方程式固有機械特性固有機械特性

他勵直流電機具有硬特性4.2.2

直流電動機的啟動全壓啟動減壓啟動電樞串電阻啟動1.電樞起動電流應(yīng)限制到允許值之內(nèi).2.具有足夠量的起動轉(zhuǎn)矩.采用單獨電源供電，啟動電流小、啟動平滑、能耗少，但需專用電源。多用于經(jīng)常啟動的大、中型直流電動機。減壓啟動啟動能耗較大，不適用于經(jīng)常啟動的大、中型直流電動機。電樞串電阻啟動4.2.3

直流電動機的調(diào)速電樞串電阻調(diào)速降壓調(diào)速弱磁調(diào)速負載不變的情況下，人為地改變電動機的轉(zhuǎn)速

★電樞串電阻調(diào)速只能在低于額定轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)調(diào)速。設(shè)備簡單，但特性變軟，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性較差，電阻上的功率損耗較大。電源電壓U=UN，氣隙磁通Ф=ФN，電樞外串電阻R越大，穩(wěn)定運行轉(zhuǎn)速越低機械特性曲線

★降壓調(diào)速調(diào)節(jié)電樞電壓U、n0變化，但斜率不變機械特性曲線

氣隙磁通Ф=ФN，電樞外串電阻RΩ=0，改變電樞端電壓

一組平行曲線

★弱磁調(diào)速機械特性曲線電源電壓U=UN，電樞外串電阻RΩ=0，改變氣隙磁通Ф

4.2.4

直流電動機的制動與反轉(zhuǎn)他勵直流電動機的制動他勵直流電動機的反轉(zhuǎn)指電機運行時，當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的方向相反時的工作狀態(tài)。★他勵直流電動機的制動1.能耗制動系統(tǒng)將本身貯存的動能發(fā)電,轉(zhuǎn)換成電能,消耗在電樞回路的電阻上。2.反接制動①電源反接制動電機將系統(tǒng)動能發(fā)電，同時電源也向電機輸入電能，這些能量大都消