《電機與電氣控制（第三版）》 課件全套 課題1-6 直流電機的應用- 常用機床電氣控制線路的安裝與調(diào)試

課題一直流電機的應用1任務5直流電動機的使用和維護任務4直流電動機的啟動、反轉(zhuǎn)和制動任務2直流電機的運行任務1認識直流電機任務3直流電動機的調(diào)速任務1認識直流電機3學習目標1.了解直流電機的特點、用途和分類，熟悉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.了解直流電機銘牌中型號和額定值的含義，掌握額定值的簡單計算。4.學會直流電動機的檢測、接線和簡單操作使用。4學習目標直流電機是實現(xiàn)直流電能與機械能之間相互轉(zhuǎn)換的電力機械，按用途可分為直流電動機和直流發(fā)電機兩類。將機械能轉(zhuǎn)換成直流電能的電機稱為直流發(fā)電機，如圖所示；將直流電能轉(zhuǎn)換成機械能的電機稱為直流電動機，如圖所示。直流電機是工礦、交通、建筑等行業(yè)中常見的動力機械，是機電行業(yè)從業(yè)人員的重要工作對象之一。電氣自動化專業(yè)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，掌握主要參數(shù)的分析計算，正確并熟練地操作使用直流電機。56直流發(fā)電機直流電動機相關(guān)知識一、直流電機的特點和用途1.直流電機的特點直流電動機與交流電動機相比，具有優(yōu)良的調(diào)速性能和啟動性能，其調(diào)速范圍寬廣，有平滑的無級調(diào)速特性；過載能力大，能承受頻繁的沖擊負載；可實現(xiàn)頻繁的無級快速啟動、制動和反轉(zhuǎn)；能滿足自動化生產(chǎn)系統(tǒng)各種不同的特殊運行要求。而直流發(fā)電機則能提供無脈動的大功率直流電源，且可以精確地調(diào)節(jié)和控制輸出電壓。7但直流電機也有它顯著的缺點：一是制造工藝復雜，消耗有色金屬較多，生產(chǎn)成本高；二是直流電機在運行時由于電刷與換向器之間容易產(chǎn)生火花，因而可靠性較差，維護比較困難，所以在一些對調(diào)速性能要求不高的領(lǐng)域中已被交流變頻調(diào)速系統(tǒng)所取代。但是在某些調(diào)速范圍大、調(diào)速性能要求高、精密度好、控制性能優(yōu)異的場合，直流電機的應用目前仍占有較大的比重。82.直流電機的用途由于直流電動機具有良好的啟動和調(diào)速性能，所以常用于對啟動和調(diào)速有較高要求的場合，如大型可逆式軋鋼機、礦井卷揚機、賓館高速電梯、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、大型精密機床和大型起重機等生產(chǎn)機械，如圖所示。910直流電動機的用途a）軋鋼機b）地鐵列車c）城市電車d）電力機車e）電動自行車f）造紙機直流發(fā)電機主要用作各種直流電源，如直流電動機電源、化學工業(yè)中電解和電鍍所需的低電壓大電流的直流電源、直流電焊機電源等，如圖所示。11直流發(fā)電機的用途a）電解鋁車間b）電鍍車間二、直流電機的基本結(jié)構(gòu)直流電機由定子和轉(zhuǎn)子（電樞）兩大部分組成。定子部分包括機座、主磁極、換向極、端蓋、電刷等裝置；轉(zhuǎn)子部分包括電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸、風扇等部件。此外，為確保轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)時不與定子發(fā)生摩擦，造成掃膛，燒壞電機，電機定子與轉(zhuǎn)子之間還必須有一定的空隙，稱為氣隙，氣隙也是電機磁路中的重要組成部分。直流電機的外形和基本結(jié)構(gòu)，如圖所示。1213直流電機的外形和基本結(jié)構(gòu)a）外形b）基本結(jié)構(gòu)1.定子部分（1）機座機座也就是外殼部分，直流電機的機座外形如圖所示，其作用有兩個：一個是固定主磁極、換向極、端蓋等部件；另一個是作為電機磁路的一部分（稱為磁軛）。機座一般用鑄鋼制成或用厚鋼板焊接而成，具有良好的導磁性能和力學強度。（2）主磁極直流電機的主磁極總是成對的，相鄰主磁極的極性按N極和S極交替排列，整個磁極用螺釘固定在機座上，如圖所示。1415直流電機的機座主磁極的作用是產(chǎn)生氣隙磁場。主磁極由主磁極鐵心和主磁極繞組（勵磁繞組）構(gòu)成，主磁極鐵心一般由1.0~1.5mm厚的低碳鋼板沖片疊壓而成，包括極身和極靴兩部分。極靴做成圓弧形，以使磁極下氣隙磁通較均勻。極身上面套有由絕緣銅線繞制而成的勵磁繞組，繞組中通入直流電流時即產(chǎn)生磁性，如圖所示。16直流電機的主磁極（3）換向極在圖中，兩個主磁極N、S之間的小磁極就是換向極。換向極裝在相鄰兩主磁極之間，用螺釘固定在機座上。換向極的作用是改善換向，減小火花。換向極的基本結(jié)構(gòu)與主磁極相似，也是由鐵心和套在鐵心上的繞組構(gòu)成，如圖所示。換向極鐵心一般用整塊鋼制成，如果換向要求較高，則用1.0~1.5mm厚的鋼板疊壓而成，其繞組中流過的是電樞電流。17直流電機的機座直流電機的換向極（4）電刷裝置電刷裝置如圖所示，它由電刷、刷握、刷桿、刷桿架、彈簧、銅辮等構(gòu)成。電刷是用碳—石墨等做成的導電塊，電刷裝在刷握的刷盒內(nèi)，用彈簧把它緊壓在換向器表面上。電刷的作用是與換向器配合將轉(zhuǎn)動的電樞繞組電路與外電路相連接，并把電樞繞組中的交流電轉(zhuǎn)變成電刷兩端的直流電，或者把電源的直流電轉(zhuǎn)變成電樞繞組中的交流電。電刷組的個數(shù)，一般等于主磁極的個數(shù)。1819直流電機的電刷裝置a）外形b）結(jié)構(gòu)2.轉(zhuǎn)子部分（1）電樞鐵心電樞鐵心的作用，一是構(gòu)成電機磁路的一部分，二是嵌放電樞繞組。電樞鐵心一般用0.5mm厚、兩邊涂有絕緣漆的硅鋼片疊壓而成，以減小電樞旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的渦流和磁滯損耗。在電樞鐵心的外圓周上開有許多均勻分布的槽，以嵌放電樞繞組，如圖所示。電樞鐵心固定在轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子支架上。20電樞鐵心（2）電樞繞組電樞繞組的作用是產(chǎn)生感應電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩，從而實現(xiàn)機電能量的轉(zhuǎn)換。電樞繞組是電機的核心部件。電樞繞組由一定數(shù)目的絕緣導線繞制的線圈組成，各線圈分別嵌放在不同的電樞鐵心槽中，電樞繞組每個線圈的兩個端頭接在不同的換向片上，按一定的規(guī)律構(gòu)成閉合回路，如圖所示。線圈與鐵心之間以及線圈的上、下層之間均要妥善絕緣，用槽楔壓緊，再用玻璃絲帶或鋼絲扎緊。21電樞鐵心（3）換向器換向器是直流電機的關(guān)鍵部件。它與電刷配合，在發(fā)電機中將電樞繞組中的交流電轉(zhuǎn)換為電刷間的直流電，起整流作用；在電動機中將電源的直流電轉(zhuǎn)換為電樞繞組中的交流電，保持電磁轉(zhuǎn)矩的方向不變。換向器是一個由許多帶有燕尾槽的楔形銅片組成的圓筒，銅片之間用云母片絕緣，由套筒、云母片和螺母緊固成一個整體，換向片與套筒之間要妥善絕緣。在中小型直流電機中最常用的是金屬套筒式換向器，如圖所示。容量很小的直流電機采用塑料換向器，換向器的各部件用塑料加工成一個整體，如圖所示。2223換向器結(jié)構(gòu)圖a）外形b）結(jié)構(gòu)塑料換向器（4）轉(zhuǎn)軸、支架和風扇對于小容量直流電機，電樞鐵心就裝在轉(zhuǎn)軸上。對于大容量直流電機，為了減少硅鋼片的消耗和轉(zhuǎn)子的重量，軸上裝有金屬支架，電樞鐵心裝在支架上。此外軸上還裝有風扇，以加強對電機的冷卻。整個直流電機的轉(zhuǎn)子（電樞）外形，如圖所示。24直流電機的轉(zhuǎn)子3.氣隙氣隙的大小對電機運行性能有很大的影響，氣隙過小易發(fā)生掃膛，氣隙過大電機的效率會降低，影響電機做功。一般中小型直流電機的氣隙為0.5~3mm，大型直流電機的氣隙為10~12mm。25三、直流電機的勵磁方式和額定值1.直流電機的勵磁方式直流電機產(chǎn)生磁場的過程稱為勵磁。按勵磁方式的不同，直流電機可分為他勵和自勵兩大類。而自勵電機，按勵磁繞組與電樞繞組的連接方式不同，又可分為并勵、串勵和復勵三種。26（1）他勵直流電機他勵直流電機的勵磁繞組與電樞繞組無電路上的聯(lián)系，勵磁電流If由一個獨立的其他直流電源提供，與電樞電流Ia無關(guān)，如圖a所示。（2）并勵直流電機并勵直流電機的勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)，如圖b所示。（3）串勵直流電機串勵直流電機的勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，如圖c所示。（4）復勵直流電機復勵直流電機的勵磁繞組一部分與電樞繞組并聯(lián)，另一部分與電樞繞組串聯(lián)，如圖d所示。2728直流電機的勵磁方式a）他勵b）并勵c）串勵d）復勵2.直流電機的銘牌和額定值每臺直流電機的機座上都有一塊銘牌，如圖所示。它類似于人的身份證，標注了直流電機的型號和一些重要技術(shù)數(shù)據(jù)，這些技術(shù)數(shù)據(jù)叫作額定值。29直流電動機的銘牌（1）型號電機型號由若干字母和數(shù)字所組成，用以表示電機的系列和主要特點。根據(jù)電機的型號，可以從相關(guān)手冊及資料中查出該電機的有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)。電機型號的含義如下：30常見的直流電機產(chǎn)品系列見表。31常見的直流電機產(chǎn)品系列（2）額定值額定值是電機制造廠對電機正常運行時有關(guān)的電量或機械量所規(guī)定的數(shù)據(jù)。額定值是正確選擇和合理使用電機的依據(jù)。根據(jù)國家標準，直流電機的額定值有：1）額定功率PN電機在額定工況下允許輸出的功率。2）額定電壓UN額定工況下，電刷兩端輸出或輸入的電壓，單位為V。3）額定電流IN額定工況下，電機流出或流入的電流，單位為A。4）額定轉(zhuǎn)速nN額定功率、額定電壓、額定電流時電機的轉(zhuǎn)速，單位為r/min。5）額定勵磁電壓UfN額定工況下，勵磁繞組所加的電壓，單位為V。6）額定勵磁電流IfN額定工況下，通過勵磁繞組的電流，單位為A。32有些物理量雖然不標在銘牌上，但它們也是額定值，例如在額定運行狀態(tài)時的轉(zhuǎn)矩、效率分別稱為額定轉(zhuǎn)矩、額定效率。若電機運行時，各物理量都與額定值一樣，稱為額定狀態(tài)。電機在實際運行時，由于負載的變化，往往不是總在額定狀態(tài)下運行。如果流過電機的電流小于額定電流，稱為欠載運行；超過額定電流，稱為過載運行。長期過載有可能因過熱而燒壞電機；長期欠載，電機沒有得到充分利用，效率降低，不經(jīng)濟。電機在接近額定狀態(tài)下運行，才是最經(jīng)濟、合理的。33四、直流電機的工作原理1.直流發(fā)電機的工作原理圖所示是由直流發(fā)電機的主磁極、電刷、電樞繞組和換向器等主要部件構(gòu)成的工作原理圖，定子上有兩個磁極N和S，它們建立恒定磁場，兩磁極中間是裝在轉(zhuǎn)子上的電樞繞組。3435直流發(fā)電機工作原理圖a）燈亮b）燈不亮c）燈亮d）燈不亮線圈每轉(zhuǎn)過一對磁極，其兩個有效邊中的電動勢方向就改變一次，但是兩電刷之間的電動勢方向是不變的，電動勢大小在零和最大值之間變化。顯然，電動勢方向雖然不變，但大小波動很大，這樣的電動勢是沒有實用價值的。要減小電動勢的波動程度，實用的電機在電樞圓周表面裝有較多數(shù)量互相串聯(lián)的線圈和相應數(shù)量的銅片。這樣，換向后合成電動勢的波動程度就會顯著減小。由于實際發(fā)電機的線圈數(shù)量較多，所以電動勢波動很小，可認為是恒定不變的直流電動勢。由以上分析可得出直流發(fā)電機的工作原理：當原動機帶動直流發(fā)電機電樞旋轉(zhuǎn)時，在電樞繞組中產(chǎn)生方向交變的感應電動勢，通過電刷和換向器的作用，在電刷兩端輸出方向不變的直流電動勢。362.直流電動機的工作原理直流電動機在機械構(gòu)造上與直流發(fā)電機完全相同，如圖所示是直流電動機的工作原理圖。電樞不用外力驅(qū)動，把電刷A、B接到直流電源上，假定電流從電刷A流入線圈，沿a→b→c→d方向，從電刷B流出。載流線圈在磁場中將受到電磁力的作用，其方向按左手定則確定，ab邊受到向上的力，cd邊受到向下的力，形成電磁轉(zhuǎn)矩，結(jié)果使電樞逆時針方向轉(zhuǎn)動，如圖a所示。當電樞轉(zhuǎn)過90°時，如圖b所示，線圈中雖無電流和力矩，但在慣性的作用下繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。37當電樞轉(zhuǎn)過180°時，如圖c所示，電流仍然從電刷A流入線圈，沿d→c→b→a方向，從電刷B流出。與圖a比較，通過線圈的電流方向改變了，但兩個線圈邊受電磁力的方向卻沒有改變，即電動機只朝一個方向旋轉(zhuǎn)。若要改變其轉(zhuǎn)向，必須改變電源的極性，使電流從電刷B流入，從電刷A流出才行。由以上分析可得直流電動機的工作原理：當直流電動機接入直流電源時，借助于電刷和換向器的作用，使直流電動機電樞繞組中流過方向交變的電流，從而使電樞產(chǎn)生恒定方向的電磁轉(zhuǎn)矩，保證了直流電動機朝一個方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。3839直流電動機工作原理圖a）受電磁力，逆時針轉(zhuǎn)動b）不受電磁力，慣性轉(zhuǎn)動c）受電磁力，逆時針轉(zhuǎn)動d）不受電磁力，慣性轉(zhuǎn)動3.直流電機的可逆原理比較直流電動機與直流發(fā)電機的結(jié)構(gòu)和工作原理，可以發(fā)現(xiàn)：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，只是其輸入、輸出的條件不同而已。如果在電刷兩端加上直流電源，將電能輸入電樞，則從電機軸上輸出機械能，驅(qū)動生產(chǎn)機械工作，這時直流電機將電能轉(zhuǎn)換為機械能，工作在電動機狀態(tài)。如果用原動機驅(qū)動直流電機的電樞旋轉(zhuǎn)，從電機軸上輸入機械能，則從電刷兩端可以引出直流電動勢，輸出直流電能，這時直流電機將機械能轉(zhuǎn)換為直流電能，工作在發(fā)電機狀態(tài)。40同一臺電機，既能作發(fā)電機運行，又能作電動機運行的原理，稱為電機的可逆原理。一臺電機的實際工作狀態(tài)取決于外界的不同條件。實際的直流電動機和直流發(fā)電機在設(shè)計時考慮了工作特點的一些差別，因此有所不同。例如直流發(fā)電機的額定電壓略高于直流電動機，以補償線路的電壓降，便于兩者配合使用。直流發(fā)電機的額定轉(zhuǎn)速略低于直流電動機，便于選配原動機。41任務2直流電機的運行42學習目標1.了解直流電機的磁場和電樞反應對電機工作的影響。2.掌握電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩的基本概念。3.了解直流電機產(chǎn)生火花的原因和改善換向的方法。4.熟悉直流電機的基本方程式和工作特性。5.學會直流發(fā)電機工作特性的測試方法。43任務引入直流電動機通電啟動后，為了高效經(jīng)濟地使用它，需要了解直流電動機的效率在什么情況下最高，與哪些因素有關(guān)。一臺機床的負載大小會根據(jù)加工零件和加工工藝的不同而改變，這就要求直流電動機能根據(jù)負載的不同而改變其力矩的大小、轉(zhuǎn)速的高低，那么電動機的力矩大小與哪些因素有關(guān)呢?直流電機在工作時，電刷與換向器之間難免會產(chǎn)生火花，可以用哪些方法來減小火花呢?直流發(fā)電機有時候需要輸出較高的電壓，有時候又需要輸出較低的電壓，那么應該如何來調(diào)節(jié)輸出電壓的大小呢?直流電機的上述問題都需要由電氣技術(shù)人員來解決，因此本任務就來熟悉直流電機的運行性能，掌握它的測試方法。44相關(guān)知識一、直流電機的磁場和電樞反應直流電機運行時除了主磁極產(chǎn)生的主磁場外，若電樞繞組中有電流流過，還將產(chǎn)生電樞磁場。這兩個磁場在氣隙中相互影響，相互疊加，合成氣隙磁場，它直接影響電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩的大小。1.空載時的主磁場電機的空載是指發(fā)電機不輸出電功率，電動機不輸出機械功率。這時電樞電流很小，電樞磁動勢也很小，所以電機空載時的氣隙磁場可以看作是主磁場。45空載磁場的分布，如圖所示。磁通從N極出來，經(jīng)過氣隙、電樞齒、電樞磁軛進入S極，再經(jīng)過定子磁軛回到N極，形成一個閉合回路。這部分磁通穿過電樞繞組，電樞轉(zhuǎn)動時，能在電樞繞組中產(chǎn)生感應電動勢，一旦電樞繞組中有電流流過，能夠產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，這種磁通稱為主磁通Φ。還有少量不穿過電樞繞組的磁通稱為漏磁通。46直流電機的空載磁場2.負載時的電樞磁場電機帶負載運行時，電樞繞組中有電流流過，它將產(chǎn)生一個電樞磁場。電樞磁場的磁力線分布如圖中虛線所示，在磁極軸線處，電樞磁場為零。47電樞磁場和電樞反應3.電樞反應電機帶負載時電樞磁動勢對主磁場的影響稱為電樞反應。電刷位于相鄰兩個磁極的分界線（即幾何中性線）處時，電樞磁場和主磁極磁場相互垂直，如上圖所示。此時的電樞反應稱交軸電樞反應。下面分析交軸電樞反應對電機工作的影響。（1）氣隙磁場發(fā)生畸變每一磁極下，電樞磁場與主磁極磁場一半方向相同，一半方向相反。（2）對主磁場起附加去磁作用在磁路不飽和時，主磁極磁場被削弱的數(shù)量恰好等于被加強的數(shù)量，因此，負載時每極下的合成磁通量與空載時相同。48二、直流電機的電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩無論是直流電動機還是直流發(fā)電機，在轉(zhuǎn)動時，其電樞繞組都會由于切割主磁極產(chǎn)生的磁力線而感應出電樞電動勢。同時，由于電樞繞組中有電流流過，電樞電流與主磁場作用又會產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。因此，直流電機的電樞繞組中同時存在著電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩，它們對電機的運行起著重要的作用。直流發(fā)電機中是電樞電動勢在起主要作用，直流電動機中是電磁轉(zhuǎn)矩在起主要作用。491.電樞電動勢電樞電動勢是指直流電機正、負電刷之間的感應電動勢，也就是電樞繞組每條支路中各元件的感應電動勢之和。電樞繞組由繞組元件（線圈）按一定規(guī)律與換向片連接而成，如圖所示。50電樞繞組示意圖電樞旋轉(zhuǎn)時，根據(jù)電磁感應定律，繞組各個元件邊切割主磁場感應出電動勢，元件電動勢即為兩個元件邊的電動勢之和。各元件邊交替通過不同極性磁極所感應的電動勢稱為交變電動勢，由于電刷與換向片相對旋轉(zhuǎn)，而與主磁極相對靜止，每條支路內(nèi)所包含的元件數(shù)量基本不變，各元件所處的磁場位置基本不變，因此通過電刷與換向片的及時換接，支路電動勢（即電樞電動勢）為直流電動勢。為使支路電動勢最大，被電刷短接元件的軸線應與主磁極中心線重合，即通常所稱電刷應處于幾何中性線位置。51理論推導和實驗測試均可以證明，電刷位于幾何中性線位置時，其電樞電動勢Ea可按下式計算：式中p———電機的磁極對數(shù)；

N———電樞導體總數(shù)；

a———電樞繞組并聯(lián)支路對數(shù)；

Ce———與電動機結(jié)構(gòu)有關(guān)的電動勢常數(shù)；

Φ———每個磁極的磁通量，Wb；

n———電機的轉(zhuǎn)速，r/min；

Ea———電樞電動勢，V。52可見，對于已經(jīng)制造好的直流電機，其電樞電動勢的大小正比于每個磁極的磁通量Φ和轉(zhuǎn)速n，通過調(diào)節(jié)勵磁電流If的大?。疵總€磁極的磁通量Φ）和轉(zhuǎn)速n的高低都可以達到改變電樞電動勢Ea大小的目的。電樞電動勢Ea的方向由電機的轉(zhuǎn)向和主磁場的方向根據(jù)右手定則判定。若兩者只改變其一，則電樞電動勢Ea的方向改變；若兩者同時改變，則電樞電動勢Ea的方向不變。532.電磁轉(zhuǎn)矩在直流電機中，電磁轉(zhuǎn)矩是由電樞電流與主磁場作用產(chǎn)生的電磁力所形成的。由電磁力公式可知，每根載流導體在磁場中受到的電磁力f=Bli。對于給定的電機，磁感應強度B與每個磁極的磁通量Φ成正比，導體中的電流i與電樞電流Ia成正比，而導體在磁場中的有效長度、導體總數(shù)及電樞半徑等都是固定的，僅取決于電機的結(jié)構(gòu)。54由于電樞繞組中各導體產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向是一致的，因此，直流電機總的電磁轉(zhuǎn)矩T的大小可以表示為：式中CT———與電機結(jié)構(gòu)有關(guān)的電磁轉(zhuǎn)矩常數(shù)；

Ia———電樞電流，A；

T———電磁轉(zhuǎn)矩，N·m。55可見，對于制造好的直流電機，電磁轉(zhuǎn)矩T的大小正比于每個磁極的磁通量Φ或電樞電流Ia，通過調(diào)節(jié)勵磁電流If的大小或電樞電流Ia的大小都可以達到改變電磁轉(zhuǎn)矩大小的目的。電磁轉(zhuǎn)矩T的方向由主磁場的方向和電樞電流Ia的方向根據(jù)左手定則判定，只要改變其中一個的方向，電磁轉(zhuǎn)矩的方向都將隨之改變；而兩個方向同時改變時，電磁轉(zhuǎn)矩的方向不變。在同一臺直流電機中，電樞電動勢常數(shù)和電磁轉(zhuǎn)矩常數(shù)是恒定的，兩者之間有如下關(guān)系：CT=9.55Ce電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩同時存在于發(fā)電機和電動機中，但是所起的作用各不相同。56三、直流電機的換向1.換向過程直流電機結(jié)構(gòu)中存在著特有的部件———電刷和換向器，它們的作用是將電機內(nèi)部的交流電轉(zhuǎn)變成外部的直流電。這套裝置在工作中有一個換向過程，當電樞旋轉(zhuǎn)時，電樞繞組每條支路里所含的元件數(shù)目是基本不變的，但組成每條支路的元件在依次循環(huán)地更換。一條支路中的某個元件在經(jīng)過電刷后就成為另一條支路的元件，并且電刷兩側(cè)元件中的電流方向是相反的，如圖所示。5758電樞磁場和電樞反應因此，直流電機在工作時，繞組元件連續(xù)不斷地從一條支路退出而進入相鄰的支路。這種電樞繞組元件從一條支路經(jīng)過電刷轉(zhuǎn)入另一條支路，元件中的電流改變方向的過程，稱為換向。圖所示是單疊繞組換向過程的示意圖。59直流電機電樞繞組元件的換向過程如果出現(xiàn)換向不良，將會在電刷與換向片之間產(chǎn)生火花，影響電機的安全運行?；鸹ǔ^一定程度，會燒壞電刷和換向器表面，使電機不能正常工作。此外，電刷下的火花也是一個電磁波的來源，對附近無線電通信會有干擾。直流電機工作時火花的大小，按照國家標準可以分為5個等級，見表。60直流電機工作時的火花等級2.產(chǎn)生火花的原因在直流電機電路中，由于電刷和換向器之間存在動接觸，因此運行時難免會出現(xiàn)或多或少的火花。產(chǎn)生火花的原因是多方面的，除了電磁原因外，還有機械原因。另外，換向過程中還伴有電化學、電熱等因素，它們相互交織在一起，原因相當復雜。61從電磁理論方面看，換向元件在換向過程中，電流的變化必然會在換向元件中產(chǎn)生自感電動勢。電刷寬度大于換向片寬度時，幾個元件同時在進行換向，換向元件與換向元件之間會有互感電動勢產(chǎn)生。自感電動勢和互感電動勢合成稱為電抗電動勢。根據(jù)楞次定律，電抗電動勢的作用是阻止電流變化，即阻礙換向的進行。另外，由于電樞磁場的存在，使得處于幾何中性線上的換向元件會切割電樞磁場，在其中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電動勢，稱為電樞反應電動勢。62直流電機的電樞繞組與外電路之間是通過電刷和換向器進行連接的，因此電刷與換向器之間的接觸不良也是產(chǎn)生火花的重要原因。電刷壓力過小肯定會造成接觸電阻過大產(chǎn)生火花，電刷壓力過大除了增加機械阻力外，同樣會使得電刷跳動而產(chǎn)生火花。換向器存在一定的橢圓度、與轉(zhuǎn)軸不同心、表面不光滑等原因都會使電刷的壓力時大時小而產(chǎn)生火花。換向器表面灰塵多也會使電刷因接觸不良而增大火花。直流電機在腐蝕性氣體環(huán)境，或者在高海拔地區(qū)工作時，換向器表面容易因受到腐蝕或磨損而變得粗糙，從而導致電刷接觸不良，因此電機要減小容量使用。633.改善換向的方法改善換向、減小火花就是要設(shè)法減小換向元件中的附加電動勢和附加電流，使其越小越好，常用的方法有以下幾種：（1）安裝換向極這是目前改善換向最有效的方法。從產(chǎn)生火花的電磁原因看，要有效改善換向，就必須減小甚至抵消換向元件中的電抗電動勢和電樞反應電動勢。換向極裝設(shè)在相鄰兩個主磁極之間，換向極繞組產(chǎn)生的磁動勢方向與電樞反應磁動勢的方向相反，大小比電樞磁動勢略大。這樣換向極磁動勢除了抵消電樞反應磁動勢在幾何中性線處的作用外，剩余的磁動勢在換向元件中產(chǎn)生感應電動勢，這個電動勢可以抵消換向元件中的電抗電動勢，這樣就能消除電刷下的火花，達到改善換向的目的。64由于換向元件中的電抗電動勢和電樞反應電動勢均與電樞電流成正比，所以換向極繞組中應通以電樞電流，即換向極繞組與電樞繞組串聯(lián)。只要換向極設(shè)計和調(diào)整得合適，就能保證換向元件中總電動勢接近于零，使負載運行時電刷與換向器之間基本上沒有火花。圖所示為一臺直流電機換向極繞組與電樞繞組的連接方法和換向極的極性布置。65直流電機換向極電路與極性不論是直流電動機還是直流發(fā)電機，換向極的極性都應該與電樞反應的磁通方向相反。在直流電動機中，換向極極性應與逆轉(zhuǎn)向的主磁極極性相同。在直流發(fā)電機中，換向極極性應與順轉(zhuǎn)向的主磁極極性相同。但是一臺直流電動機的換向極繞組與電樞繞組正確連接后，運行于發(fā)電機狀態(tài)時不必改變接法，因為電樞電流和換向極繞組中的電流同時改變了方向。裝有換向極的直流電機，繞組元件對稱時，電刷的實際位置一般都應放在換向極表面的主磁極中心線上。66（2）正確移動電刷在小容量沒有安裝換向極的直流電機中，常采用適當移動電刷位置的方法來改善換向。將電刷從電樞幾何中性線移動一個適當角度，用主磁場來代替換向極磁場，也可改善換向。正確移動電刷的方法是：當電機運行于電動機狀態(tài)時，電刷應逆著電樞旋轉(zhuǎn)方向移動；而運行于發(fā)電機狀態(tài)時，電刷則應順著電樞旋轉(zhuǎn)方向移動。如電刷移動的方向不正確，不但起不到改善換向的作用，反而會使電機換向更加惡化。67（3）正確選用電刷不同牌號的電刷具有不同的接觸電阻，選擇合適的電刷能改善換向。（4）裝設(shè)補償繞組直流電機負載時的電樞反應使主磁極下的氣隙磁場發(fā)生了畸變，這樣就增大了某幾個換向片之間的電壓，在負載變化劇烈的大型直流電機中可能出現(xiàn)環(huán)火現(xiàn)象。68四、直流電機的基本方程式直流電機的基本方程式是了解和分析直流發(fā)電機、直流電動機性能的主要方法和重要手段，直流電機的基本方程式包括電壓方程式、轉(zhuǎn)矩方程式、功率方程式等。1.直流發(fā)電機的基本方程式圖所示為直流他勵發(fā)電機的工作原理圖，下面以直流他勵發(fā)電機為例分析電壓、轉(zhuǎn)矩和功率之間的關(guān)系。他勵發(fā)電機的勵磁繞組是由其他直流電源提供電流的，其電樞在原動機驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)（輸入機械能），切割勵磁繞組的磁場產(chǎn)生感應電動勢，通過換向器和電刷對外輸送直流電能。6970直流他勵發(fā)電機的工作原理圖（1）電壓方程式若直流發(fā)電機的電樞在原動機驅(qū)動下按逆時針方向旋轉(zhuǎn)，n是電樞轉(zhuǎn)速，T1是原動機的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，T是電樞的電磁轉(zhuǎn)矩，T0是空載轉(zhuǎn)矩，Ea是電樞感應電動勢，U是發(fā)電機接負載時輸出的端電壓，Ia是電樞電流，Uf、If分別是勵磁繞組的勵磁電壓和勵磁電流，Φ是勵磁繞組產(chǎn)生的主磁通。（2）轉(zhuǎn)矩方程式當發(fā)電機空載時，Ia

=0、U=Ea；當接上負載時，電樞回路產(chǎn)生電流

Ia，這時電樞電流

Ia與主磁通Φ會作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T。71（3）功率方程式直流發(fā)電機工作時，原動機從軸上輸入機械功率P1，首先要扣除用來克服軸承及電刷摩擦和冷卻風扇等的機械損耗Pm，其次要扣除主磁通在鐵心中的損耗PFe，這兩部分損耗合稱為空載損耗，最后剩下的機械功率用來進行機、電能量轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為電功率，這部分功率稱為電磁功率PM，即：PM=Tω=Ea

Ia

機械功率轉(zhuǎn)換為電功率后，還要在電樞回路的內(nèi)阻Ra上消耗一部分功率PCua，最終剩下的才是從電刷兩端輸出的電功率P2。722.直流電動機的基本方程式圖所示為直流并勵電動機的工作原理圖，以它為例分析電壓、轉(zhuǎn)矩和功率之間的關(guān)系。73直流并勵電動機工作原理圖（1）電壓方程式由上圖所示的直流并勵電動機工作原理圖可知，直流并勵電動機中有兩個電流回路：勵磁回路和電樞回路。（2）轉(zhuǎn)矩方程式直流電動機正常工作時，作用在軸上的轉(zhuǎn)矩有三個：一是電磁轉(zhuǎn)矩T，方向與轉(zhuǎn)速n方向相同，為驅(qū)動性質(zhì)轉(zhuǎn)矩；二是電動機空載損耗形成的轉(zhuǎn)矩T0，是電動機空載運行時的制動轉(zhuǎn)矩，方向總與轉(zhuǎn)速n方向相反；三是軸上所帶生產(chǎn)機械的負載轉(zhuǎn)矩TL，一般為制動性質(zhì)轉(zhuǎn)矩。74（3）功率方程式由上圖所示直流并勵電動機工作原理圖可以看出，電源輸入的電功率為P1=UI電動機勵磁回路電阻Rf上的銅損耗為PCuf=I2f

Rf電樞回路中的銅損耗為PCua=I2a

Ra輸入的電功率扣除上述兩項損耗后，通過電磁感應關(guān)系轉(zhuǎn)換為機械功率，電動機中由電能轉(zhuǎn)換為機械能的那一部分功率叫電磁功率PM=Ea

Ia=Tω75轉(zhuǎn)換得到的機械功率還要扣除機械損耗和鐵損耗，即空載損耗P0=Pm+PFe最后剩下的才是直流電動機軸上輸出的機械功率P2=T2

ω綜上所述，可得直流并勵電動機的功率方程式如下：

P1=PCuf

+PCua+Pm+PFe+P276五、直流發(fā)電機的工作特性衡量一臺直流發(fā)電機性能的優(yōu)劣，主要是看發(fā)電機輸出電壓的高低和穩(wěn)定性這兩方面。因此，直流發(fā)電機的工作特性中，比較重要的有空載特性和外特性等，通?？捎锰匦郧€來表示直流發(fā)電機的性能。即在某些參數(shù)保持不變的條件下，用曲線來表示電機中某兩個參數(shù)之間的關(guān)系，這樣的曲線稱為電機的特性曲線。下面主要以直流他勵發(fā)電機為例來分析工作特性，并簡要分析與并勵發(fā)電機的區(qū)別。771.空載特性直流他勵發(fā)電機的空載特性是指當發(fā)電機轉(zhuǎn)速為常數(shù)，電樞電流Ia=0時，發(fā)電機端電壓U0與勵磁電流If之間的關(guān)系，即U0

=f（If

），空載特性可用其曲線來表示。直流發(fā)電機空載時，電樞電流為零，此時的端電壓用U0表示，它等于電樞電動勢Ea。78空載特性曲線的起始部分，因為勵磁電流較小，磁路磁通未飽和，所以Ea

與If

近似為線性關(guān)系。隨著勵磁電流增加，磁路磁通逐漸飽和。這時隨著勵磁電流If

的增加，磁通Φ或電樞電動勢Ea

的增加量越來越小。因此，電機額定工作時，為了充分、經(jīng)濟地利用鐵心材料，其磁路往往工作在磁化曲線的臨界飽和區(qū)?？蛰d特性曲線在鑒定發(fā)電機的性能方面有著重要的意義。直流他勵發(fā)電機的空載特性曲線可以用實驗的方法測得，并勵發(fā)電機的空載特性曲線與他勵發(fā)電機一樣。792.外特性直流他勵發(fā)電機的外特性是指轉(zhuǎn)速不變、勵磁電流不變時，輸出端電壓U與負載電流Ia之間的關(guān)系，即當n=常數(shù)，

If

=常數(shù)時，U=f（Ia）的關(guān)系。從圖所示的直流他勵發(fā)電機工作原理圖可知，負載電流Ia=0，即空載時，輸出端電壓U=

U0。80直流他勵發(fā)電機的工作原理圖3.調(diào)整特性直流他勵發(fā)電機的調(diào)整特性是指保持轉(zhuǎn)速和端電壓不變，即n=nN、U=UN時，If

=f（Ia

）的關(guān)系曲線。如圖所示，調(diào)整特性是一條上升的曲線。81直流他勵發(fā)電機的調(diào)整特性六、直流并勵發(fā)電機的自勵過程圖所示是直流并勵發(fā)電機的接線圖，勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)，勵磁電流取自發(fā)電機本身，所以又稱“自勵發(fā)電機”。82直流并勵發(fā)電機的接線圖如果勵磁繞組接法與上述情況相反，那么Er產(chǎn)生的勵磁電流所建立的磁通方向與剩磁通方向相反，這樣不但不能增大電機磁路中的磁通，相反還會削弱剩磁通，因此，發(fā)電機不能自勵建立電壓。圖中的曲線2是勵磁回路的伏安特性，其斜率取決于回路中的總電阻。83直流并勵發(fā)電機建立電壓的過程調(diào)節(jié)勵磁回路的總電阻，可改變勵磁回路伏安特性的斜率，可相應調(diào)節(jié)空載電壓的穩(wěn)定點。同樣，若改變發(fā)電機轉(zhuǎn)速，空載特性跟著成正比變化，空載電壓的穩(wěn)定點也變化。當勵磁回路的總電阻逐漸增大時，伏安特性的斜率增大，空載電壓逐漸減??；當勵磁回路的伏安特性與空載特性的直線部分相切時，兩條曲線的交點不明顯，發(fā)電機的空載電壓變不穩(wěn)定，這時的勵磁回路總電阻稱為臨界電阻；當勵磁回路總電阻大于臨界電阻時，勵磁回路的伏安特性與空載特性交點很低，發(fā)電機的端電壓與剩磁電動勢相差無幾，并勵發(fā)電機就不能自勵建立電壓。84綜上所述，并勵發(fā)電機自勵建立穩(wěn)定電壓的條件有三個：（1）電機必須有剩磁。若無剩磁，可用外部直流電源給勵磁繞組通一下電流，即“充磁”，使發(fā)電機剩磁得到恢復。（2）勵磁繞組的接線與電樞旋轉(zhuǎn)的方向必須正確配合，使勵磁電流產(chǎn)生的磁通方向與剩磁通方向一致。若發(fā)現(xiàn)接法不對，只要將勵磁繞組并聯(lián)到電樞的兩個端點對調(diào)一下即可。（3）勵磁回路的總電阻應小于與發(fā)電機轉(zhuǎn)速相對應的臨界電阻。發(fā)電機轉(zhuǎn)速越高，其臨界電阻值越大。85任務3直流電動機的調(diào)速86學習目標1.了解生產(chǎn)機械的負載特性。2.熟悉直流電動機的機械特性。3.掌握直流電動機機械特性的簡單計算。4.重點掌握直流電動機的三種調(diào)速方法。5.學會直流電動機調(diào)速方法的操作使用。87任務分析直流電動機的最大優(yōu)點是具有線性的機械特性，調(diào)速性能優(yōu)異，因此廣泛應用于對調(diào)速性能要求較高的電氣自動化系統(tǒng)中。要了解、分析和掌握直流電動機的調(diào)速方法，首先要掌握直流電動機的機械特性。直流電動機有三種不同的人為機械特性，對應三種不同性能的調(diào)速方法，分別應用于不同的場合。因此熟悉機械特性是基礎(chǔ)，掌握調(diào)速方法是目的。知道了各種調(diào)速方法的性能特點后，就可以根據(jù)實際生產(chǎn)機械負載的工藝要求來選擇一種最合適的調(diào)速方法，發(fā)揮直流電動機的最大效益。88相關(guān)知識一、電氣傳動系統(tǒng)用各種原動機帶動生產(chǎn)機械的工作機構(gòu)運轉(zhuǎn)，完成一定生產(chǎn)任務的過程稱為驅(qū)動。用電動機作為原動機的驅(qū)動稱為電氣傳動。在電氣傳動系統(tǒng)中，電動機是原動機，起主導作用，生產(chǎn)機械是負載。電動機的機械特性與負載的轉(zhuǎn)矩特性是分析電氣傳動的基礎(chǔ)。891.電氣傳動系統(tǒng)的組成電氣傳動系統(tǒng)一般由電動機、傳動機構(gòu)、生產(chǎn)機械的工作機構(gòu)、控制設(shè)備以及電源五部分組成，如圖所示。90電氣傳動系統(tǒng)的實例和組成框圖2.電氣傳動系統(tǒng)的運動方程式在圖所示的電動機帶動水泵供水的電氣傳動系統(tǒng)中，電動機直接與生產(chǎn)機械的工作機構(gòu)相連接，電動機與負載用同一個軸，以同一轉(zhuǎn)速運行。電氣傳動系統(tǒng)中主要的機械物理量有電動機的轉(zhuǎn)速n、電磁轉(zhuǎn)矩T、負載轉(zhuǎn)矩TL。由于電動機負載運行時，一般情況下

TL遠大于T0（T0

為電動機空載轉(zhuǎn)矩），故可忽略T0

。91根據(jù)轉(zhuǎn)矩平衡的關(guān)系，電氣傳動系統(tǒng)運動方程式為：式中

———反映電氣傳動系統(tǒng)機械慣性的一個常數(shù)。上式表明，當T=TL時，系統(tǒng)處于恒定轉(zhuǎn)速運行的穩(wěn)態(tài)；當T>TL時，系統(tǒng)處于加速運動的過渡過程中；當T<TL時，系統(tǒng)處于減速運動的過渡過程中。92二、生產(chǎn)機械的負載特性生產(chǎn)機械工作機構(gòu)的轉(zhuǎn)速n與負載轉(zhuǎn)矩TL之間的關(guān)系，即n=f（TL），稱為生產(chǎn)機械的負載特性。生產(chǎn)機械的種類很多，它們的負載特性各不相同，但根據(jù)統(tǒng)計分析，生產(chǎn)機械的負載特性按照性能特點，可以歸納為以下三類。931.恒轉(zhuǎn)矩負載特性（1）阻力型恒轉(zhuǎn)矩負載特性阻力型恒轉(zhuǎn)矩負載的特點是工作機構(gòu)轉(zhuǎn)矩的絕對值是恒定不變的，轉(zhuǎn)矩的性質(zhì)總是阻止運動的制動性轉(zhuǎn)矩。（2）位能型恒轉(zhuǎn)矩負載特性位能型恒轉(zhuǎn)矩負載的特點是工作機構(gòu)轉(zhuǎn)矩的絕對值是恒定的，而且方向不變（與運動方向無關(guān)），總是沿重力作用方向。9495阻力型恒轉(zhuǎn)矩負載特性位能型恒轉(zhuǎn)矩負載特性96起重機和電動葫蘆2.恒功率負載特性某些車床，在粗加工時切削量大，切削阻力大，工作在低速狀態(tài)；而在精加工時切削量小，切削阻力小，工作在高速狀態(tài)。97車床與恒功率負載特性3.通風機型負載特性水泵、油泵、鼓風機、電風扇和螺旋槳等，其轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)速的平方成正比，即TL∝n2，其負載特性如圖所示。98鼓風機與通風機型負載特性上述恒轉(zhuǎn)矩負載、恒功率負載以及通風機型負載，都是從各種實際負載中概括出來的典型的負載形式，實際上的負載可能是以某種典型負載形式為主，或某幾種典型負載形式的結(jié)合。例如，水泵主要是通風機型負載特性，但是軸承摩擦力又是阻力性的恒轉(zhuǎn)矩負載特性，只是運行時后者數(shù)值較小而已。又例如，起重機在提升和下放重物時，主要是位能性恒轉(zhuǎn)矩負載特性，但各個運動部件的摩擦力又是阻力性恒轉(zhuǎn)矩負載特性。99三、直流他勵電動機的機械特性電動機的機械特性是指電動機的轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩T之間的關(guān)系n=f（T）。它是電動機機械性能的主要表現(xiàn)，也是電動機最重要的特性。1.固有機械特性直流他勵電動機的電氣原理，如圖所示。100直流他勵電動機的電氣原理將Ea=Ce

ΦN

n和T=CT

ΦN

Ia代入UN=Ea+Ia

Ra，經(jīng)整理后可得到：上式右邊第二項的電磁轉(zhuǎn)矩T為零時，轉(zhuǎn)速大小就是

，沒有電磁轉(zhuǎn)矩而電動機在轉(zhuǎn)動，顯然這是不太可能的，所以把它稱為理想空載轉(zhuǎn)速，用n0表示。而電動機實際的空載轉(zhuǎn)速用n′0表示，是指電動機軸上沒有帶機械負載，只存在空載轉(zhuǎn)矩T0時的轉(zhuǎn)速。對應的功率就是空載功率P0，其意義是電動機克服軸承摩擦力及風扇阻力等所需的功率。101如果用n0表示理想空載轉(zhuǎn)速，用β表示常數(shù)

，則上式可寫成：n=n0-βT式中，β為固有機械特性的斜率。直流他勵電動機的固有機械特性曲線，如圖所示。102直流他勵電動機的固有機械特性直流他勵電動機的固有機械特性有五個特點。（1）隨著電磁轉(zhuǎn)矩T的增大，轉(zhuǎn)速n降低，其特性曲線是一條略為向下傾斜的直線。（2）當T=0時，n=n0，電動機工作在理想空載狀態(tài)。（3）由于電動機電樞回路不串電阻，機械特性斜率β的數(shù)值很小，特性曲線較平，稱為硬特性。（4）當T=TN時，n=nN

，此點為電動機的額定工作點。（5）n=0，即電動機啟動時，Ea=0，此時的電樞電流Ia=Ist，稱為啟動電流；對應的電磁轉(zhuǎn)矩T=

Tst，稱為啟動轉(zhuǎn)矩。1032.人為機械特性一臺直流電動機如果只有一條固有的機械特性，對于某一負載轉(zhuǎn)矩，只有一個固定的轉(zhuǎn)速，這顯然無法達到實際驅(qū)動對轉(zhuǎn)速變化的要求，如啟動、調(diào)速和制動等，因此需要人為地改變電動機的參數(shù)，如改變電樞回路電阻R、電樞電壓U或氣隙磁通量Φ，以此獲得相應的人為機械特性。（1）電樞回路串電阻的人為機械特性保持直流電動機的電樞電壓U=UN，磁通Φ=ΦN

，只在電樞回路串入電阻RP時的人為機械特性方程式為：104電樞串入不同阻值的RP時的人為機械特性曲線，如圖所示。105電樞串電阻的人為機械特性（2）改變電樞電壓的人為機械特性電樞不串電阻，磁通Φ=ΦN，只改變電樞電壓U的大小及方向，此時的人為機械特性方程式為：改變電樞電壓U的人為機械特性是一組與固有機械特性平行的直線，如圖所示。改變電樞電壓的人為機械特性有如下特點：1）理想空載轉(zhuǎn)速n0與電樞電壓U成正比，即n0U∝U；且U改變正負極性時，n0U也改變轉(zhuǎn)向。2）人為機械特性斜率β與固有機械特性斜率保持相同，即轉(zhuǎn)速降Δn不變。106107改變電樞電壓的人為機械特性（3）減弱磁通的人為機械特性減弱磁通的方法是通過減小勵磁電流來實現(xiàn)的。保持電樞電壓為額定值不變，電樞回路不串電阻，只改變勵磁磁通的人為機械特性方程式為：改變勵磁磁通的人為機械特性有如下特點：1）理想空載轉(zhuǎn)速n0Φ隨磁通Φ的減弱而上升。2）機械特性斜率βΦ因與磁通Φ的平方成反比，所以隨磁通的減弱而增大，機械特性變軟。108109減弱磁通的人為機械特性不同磁通時的人為機械特性，如圖所示。四、直流串勵電動機的機械特性直流串勵電動機的電氣原理，如圖所示，其最大特點是勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，If=Ia=I，因此，機械特性也與他勵（并勵）電動機有明顯的不同。110直流串勵電動機的電氣原理圖當磁路飽和時，氣隙主磁通Φ基本不變，機械特性與他勵電動機相似。因此，串勵電動機的機械特性，如圖所示。111串勵電動機的機械特性從上述分析可知，串勵電動機具有以下特性：1.空載時，I→0，Φ→0，電動機轉(zhuǎn)速極高，所以串勵電動機不許空載或輕載運行。2.由于串勵電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與電流的平方成正比，因此啟動和過載能力強。3.串勵電動機接交流電源后，由于磁通Φ和電樞電流Ia同時改變方向，所以電磁轉(zhuǎn)矩方向不變，因此是一種交直流兩用的電動機。112串勵電動機廣泛應用于電力牽引設(shè)備中，如工廠中的電瓶車、公共電車、電力機車等。平時電工常用的手電鉆、電錘、家用絞肉機、吸塵器等也是串勵電動機。直流復勵電動機的機械特性介于他勵和串勵之間，取決于串勵繞組所起的作用如何。即復勵電動機的機械特性較他勵電動機軟，但是可以空載運行，在現(xiàn)實中應用很多；而差勵電動機由于負載增大時，磁通減弱，轉(zhuǎn)速上升，很容易燒壞，因此不常用。113五、直流他勵電動機的調(diào)速在現(xiàn)代工業(yè)中，有大量的生產(chǎn)機械要求能改變工作速度。調(diào)速可以用機械的、電氣的或機電配合的方法來實現(xiàn)。直流他勵電動機的調(diào)速就是人為地改變電氣參數(shù)，使電動機的工作點從一條機械特性曲線轉(zhuǎn)移到另一條機械特性曲線上，從而在同一負載下得到不同的轉(zhuǎn)速。它與電動機在負載變化時引起的轉(zhuǎn)速變化是兩個不同的概念。負載變化引起轉(zhuǎn)速變化是自動進行的，電動機工作點總是在同一條機械特性曲線上，它不是根據(jù)生產(chǎn)的需要人為地控制電氣參數(shù)進而控制轉(zhuǎn)速的變化。1141.調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)指標直流電動機具有極好的調(diào)速性能，可以在寬廣范圍內(nèi)平滑而經(jīng)濟地調(diào)速，特別適用于調(diào)速要求較高的電氣傳動系統(tǒng)。電動機調(diào)速性能的好壞，常用下列技術(shù)指標來衡量：（1）調(diào)速范圍D調(diào)速范圍是指電動機驅(qū)動額定負載時，所能達到的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比。（2）調(diào)速的平滑性電動機相鄰兩個調(diào)速擋的轉(zhuǎn)速之比稱為調(diào)速的平滑性，其比值φ稱為平滑系數(shù)。115（3）調(diào)速的穩(wěn)定性調(diào)速的穩(wěn)定性是指負載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化時，電動機轉(zhuǎn)速隨之變化的程度。（4）調(diào)速的經(jīng)濟性調(diào)速的經(jīng)濟性由調(diào)速設(shè)備的投資及電動機運行時的能量消耗來決定。（5）調(diào)速時電動機的允許輸出在電動機得到充分利用的情況下（一般是指電流為額定值），調(diào)速過程中電動機所能輸出的功率和轉(zhuǎn)矩。主要有恒功率調(diào)速方式和恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式兩大類。1162.電動機的調(diào)速方法直流他勵電動機的一般機械特性方程式為：由上式可知，當負載不變時T=TL，只要改變電樞電壓U、電樞回路串入的電阻值RP、每極磁通Ф三個量中的任意一個，都能改變電動機的轉(zhuǎn)速，因此，直流他勵電動機有三種調(diào)速方法。117（1）電樞回路串電阻調(diào)速直流他勵電動機驅(qū)動負載運行時，保持電源電壓U及磁通Φ為額定值，改變電樞回路串入的電阻值，電動機就可運行于不同的轉(zhuǎn)速，如圖所示，該圖中的負載是恒轉(zhuǎn)矩負載。118電樞串電阻調(diào)速電樞回路串電阻調(diào)速的特點是：1）電動機的轉(zhuǎn)速只能從額定轉(zhuǎn)速往下調(diào)。2）轉(zhuǎn)速越低，機械特性越軟，負載波動時轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性越差。3）轉(zhuǎn)速越低，電樞串入的電阻越大，電能損耗也越大，調(diào)速的經(jīng)濟性越差。4）調(diào)速范圍小，電動機空載時幾乎無調(diào)速作用。5）調(diào)速過程中允許的輸出轉(zhuǎn)矩不變，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。6）調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)備簡單，初次投資小。119（2）降低電樞電壓調(diào)速降低電樞電壓調(diào)速需要有連續(xù)可調(diào)的直流電源給電樞供電。由于工作電壓不能大于額定電壓，因此，電樞電壓只能從額定電壓往下調(diào)。如前所述，降低電樞電壓的人為機械特性低于且平行于固有機械特性。直流他勵電動機驅(qū)動負載運行時，電樞回路不串電阻，保持磁通為額定值（他勵電動機保持勵磁電壓為額定值，并勵電動機在降低電源電壓的同時必須減小勵磁回路的電阻，保持勵磁電流為額定值），改變電源電壓的高低，電動機就可以運行于不同的轉(zhuǎn)速。120121降低電樞電壓調(diào)速降低電樞電壓調(diào)速的特點是：1）電動機的轉(zhuǎn)速只能從額定轉(zhuǎn)速往下調(diào)。2）由于轉(zhuǎn)速降ΔnN不變，機械特性硬度不變，所以穩(wěn)定性好。3）調(diào)速范圍大，最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比可達10倍以上。4）當電樞電壓連續(xù)可調(diào)時，轉(zhuǎn)速也連續(xù)可調(diào)，可實現(xiàn)無級調(diào)速。5）調(diào)速過程中能量損耗少。6）調(diào)速過程中允許的輸出轉(zhuǎn)矩不變，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。7）需要專用的可調(diào)直流電源，初次投資大。122（3）弱磁調(diào)速保持電源電壓為額定值，電樞回路不串電阻，調(diào)節(jié)勵磁回路串入的電阻Rf，改變勵磁電流If，以改變磁通Ф。其轉(zhuǎn)速方程式為：由上式可知，將磁通Ф減小，理想空載轉(zhuǎn)速n0升高，機械特性的斜率β增大，引起轉(zhuǎn)速降Δn增大，一般情況下，由于

n0升高對轉(zhuǎn)速的影響遠遠大于轉(zhuǎn)速降Δn對轉(zhuǎn)速的影響，因此，磁通Ф減小時，電動機的轉(zhuǎn)速升高。由于電動機在額定狀態(tài)運行時，磁路已接近飽和，所以通常只能減小磁通（Ф<ФN），將轉(zhuǎn)速往上調(diào)，故稱弱磁調(diào)速。直流電動機弱磁調(diào)速的機械特性曲線，如圖所示。123124弱磁調(diào)速的機械特性弱磁調(diào)速的特點是：1）磁場電阻容量小，能連續(xù)調(diào)節(jié)，控制方便，可實現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)速平滑性好。2）勵磁回路電流小，調(diào)速時能量損耗小，調(diào)速的經(jīng)濟性好。3）機械特性較硬，穩(wěn)定性好。4）受到換向能力、強度等因素的限制，調(diào)速范圍較小，一般不超過2nN。特殊設(shè)計的寬調(diào)速電動機，最高轉(zhuǎn)速可達額定轉(zhuǎn)速的3~4倍。由于弱磁調(diào)速的調(diào)速范圍較小，所以很少單獨使用，一般都與降壓調(diào)速相配合，以擴大調(diào)速范圍。125任務4直流電動機的啟動、反轉(zhuǎn)和制動126學習目標1.了解直流電動機啟動時存在的問題。2.掌握直流電動機常用的啟動方法。3.掌握直流電動機的反轉(zhuǎn)方法。4.熟悉直流電動機的制動方法。5.學會直流電動機常用啟動、反轉(zhuǎn)和制動方法的操作使用。127任務分析使用一臺直流電動機，首先碰到的問題是怎樣把它啟動起來。要使電動機的啟動過程達到最優(yōu)，以下幾個方面的問題最值得考慮：啟動電流Ist的大小，啟動轉(zhuǎn)矩Tst

的大小，啟動設(shè)備是否簡單等。電動機驅(qū)動的生產(chǎn)機械，常常需要改變運動方向，例如起重機、刨床、軋鋼機等，這就需要電動機能快速地正反轉(zhuǎn)。某些生產(chǎn)機械除了需要電動機提供驅(qū)動力矩外，還要電動機在必要時，提供制動的力矩，以便限制轉(zhuǎn)速或快速停車，例如電車下坡和剎車時，起重機下放重物時，機床反向運動開始時，都需要電動機進行制動。因此，掌握直流電動機啟動、反轉(zhuǎn)和制動的方法，對電氣技術(shù)人員是很重要的。128相關(guān)知識一、直流電動機的啟動直流電動機接入電源后轉(zhuǎn)速從零逐漸上升到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的過程稱為啟動過程，簡稱啟動。由直流電動機的電壓方程式可知，正常工作時的電樞電流為：因為電樞回路電阻Ra很小，所以電源電壓UN與反電動勢Ea接近。129在電動機啟動的瞬間，n=0，所以Ea=Ce

ФN

n=0，這時的電樞電流（即直接啟動時的電樞電流）為：由于Ra很小，直接加額定電壓啟動，啟動電流很大，可達額定電流的10~20倍。這么大的啟動電流，會使電動機的換向惡化，產(chǎn)生嚴重的火花。又由于電磁轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比，所以電動機的啟動轉(zhuǎn)矩也非常大，會產(chǎn)生機械沖擊，損壞傳動機構(gòu)。另外，大電流還會使電網(wǎng)的電壓波動，將影響同一電網(wǎng)上其他用電設(shè)備的正常運行。130這種直接加額定電壓啟動的方法稱為直接啟動。除了個別容量極小的電動機可以采用直接啟動以外，一般直流電動機是不允許直接啟動的。直流電動機啟動的基本要求是：有足夠的啟動轉(zhuǎn)矩，一般為額定轉(zhuǎn)矩的2~2.5倍，以便縮短啟動時間，快速啟動；啟動電流不能過大，要在一定范圍內(nèi)，一般規(guī)定啟動電流不超過額定電流的2~2.5倍，以確保啟動設(shè)備安全、可靠、經(jīng)濟。除了微型直流電動機采用直接啟動外，由式

可知，直流他勵電動機的啟動方法有電樞回路串電阻啟動和減壓啟動兩種。1311.電樞回路串電阻啟動啟動時，電樞回路串接可變電阻Rst，Rst稱為啟動電阻。電動機加額定電壓，這時的啟動電流減小到：對應的啟動電阻為：選擇合適的啟動電阻阻值，使啟動電流Ist限制在電動機允許的范圍內(nèi)。132由啟動電流產(chǎn)生的啟動轉(zhuǎn)矩使電動機開始旋轉(zhuǎn)并加速，隨著轉(zhuǎn)速的升高，電樞反電動勢增大，電樞電流減小，轉(zhuǎn)速上升速度慢下來。為了縮短啟動時間，保證啟動過程中維持電樞電流在一個較大的范圍內(nèi)，因此，隨著轉(zhuǎn)速的升高應把啟動電阻Rst平滑地減小，直到電動機穩(wěn)定運行時全部切除。但是實際上要隨著轉(zhuǎn)速升高，平滑切除Rst是難以做到的，一般是把啟動電阻分為若干段逐段加以切除。133134電樞回路串電阻啟動的電路圖和機械特性2.減壓啟動當直流他勵電動機的電樞回路由專用可調(diào)直流電源供電時，可用降低電壓的方法來限制啟動電流，由式

可知，啟動電流的減小將與電樞電壓降低的程度成正比。電動機啟動前先調(diào)好勵磁電流，然后將電源電壓由低向高調(diào)節(jié)，最低電壓所對應的人為機械特性上的啟動轉(zhuǎn)矩Tst>TL時，電動機就開始啟動。電動機啟動后，隨著轉(zhuǎn)速的上升相應地提高電源電壓，使電樞電流和電磁轉(zhuǎn)矩維持在一定的數(shù)值范圍內(nèi)，電動機獲得一定的加速轉(zhuǎn)矩，按需要的加速度升速，直到額定轉(zhuǎn)速。直流他勵電動機減壓啟動過程的電路和機械特性，如圖所示。135136直流他勵電動機的減壓啟動電路和機械特性在手動調(diào)節(jié)電源電壓啟動時應注意電壓不能升得太快，否則會產(chǎn)生較大的沖擊電流。在實際的驅(qū)動系統(tǒng)中，電壓的升高是由自動控制環(huán)節(jié)自動調(diào)節(jié)的，它能保證電壓連續(xù)升高，并在整個啟動過程中保持電樞電流為最大允許值，從而使系統(tǒng)在恒定的加速轉(zhuǎn)矩下迅速啟動，是一種比較理想的啟動方法。減壓啟動過程中能量損耗很少，由于電壓連續(xù)可調(diào)，所以電動機啟動平滑；但采用減壓啟動時，需要專用可調(diào)壓的直流電源，設(shè)備投資較大。因此，減壓啟動常用于要求經(jīng)常啟動的場合以及大中型直流電動機的啟動。137二、直流電動機的反轉(zhuǎn)電氣傳動系統(tǒng)在工作過程中，常常需要改變運動方向，為此需要電動機反方向啟動和運行。在電動狀態(tài)下，電磁轉(zhuǎn)矩是驅(qū)動性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩，電動機的轉(zhuǎn)向由電磁轉(zhuǎn)矩的方向決定，即反轉(zhuǎn)就是要改變電動機產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向。因為電磁轉(zhuǎn)矩是由主磁通與電樞電流相互作用產(chǎn)生的，T=CT

ФIa，根據(jù)左手定則，任意改變兩者之一，作用力方向就改變。所以，直流電動機改變轉(zhuǎn)向的方法有兩種：138（1）在勵磁電流方向不變即磁場方向不變的條件下，將電樞電壓的正負極性反接，從而改變電樞電流和電磁轉(zhuǎn)矩的方向，使電動機反轉(zhuǎn)，如圖a所示。（2）在電樞電壓的極性不變時，將勵磁繞組反接，改變勵磁電流的方向，即改變磁場的方向，可使電磁轉(zhuǎn)矩方向改變，實現(xiàn)電動機反轉(zhuǎn)，如圖b所示。由于勵磁繞組的匝數(shù)多，電感大，電磁慣性較大，為了實現(xiàn)電動機高效、快速地反轉(zhuǎn)，往往采用電樞反接的方法。139140直流他勵電動機反轉(zhuǎn)的電路圖a）電樞反接b）勵磁反接三、直流電動機的制動電動機大多運行于電動狀態(tài)，但在電氣傳動系統(tǒng)中，為了滿足生產(chǎn)工藝的要求或者為了安全，有時需要電動機盡快地減速或停車（如可逆轉(zhuǎn)式軋機），有時為了限制電動機轉(zhuǎn)速的升高（例如電車下坡），以及緊急停車等，需要對電動機進行制動。制動的方式很多，最簡單的方法就是用機械制動，即依靠摩擦力使電動機制動。本部分主要討論電氣制動，即通過電動機產(chǎn)生與旋轉(zhuǎn)方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩達到制動的目的。電氣制動的優(yōu)點是制動轉(zhuǎn)矩大，制動強度比較容易控制。在電氣傳動系統(tǒng)中多采用這種方法，或者與機械制動器配合使用。1411.能耗制動直流電動機原先處于電動工作狀態(tài)（電磁轉(zhuǎn)矩的方向與旋轉(zhuǎn)方向相同），如圖a所示。142電動機運行狀態(tài)原理圖a）電動狀態(tài)b）能耗制動狀態(tài)能耗制動過程的物理意義是電動機由生產(chǎn)機械和自身慣性的作用而驅(qū)動發(fā)電，把生產(chǎn)機械和電動機儲存的動能轉(zhuǎn)換為電能，再消耗在電樞回路的電阻上，所以稱為能耗制動。在能耗制動時，因為U=0，n0=0，電樞回路串入制動電阻Rb，所以電動機能耗制動的機械特性方程式變?yōu)椋嚎梢?，直流電動機能耗制動時的機械特性是一條過原點的直線，它是與電樞回路串電阻Rb的人為機械特性平行的一條直線，如圖所示。143144能耗制動的機械特性2.電樞反接制動電樞反接制動的電路，如圖所示，當電動機工作在電動狀態(tài)下，以轉(zhuǎn)速n穩(wěn)定運行時，維持勵磁電流不變，即磁通Ф不變，突然改變外加電樞電壓的極性，即電樞電壓由正變負，與電樞電動勢Ea同向，這時作用在電樞電路的電壓（UN+Ea）≈2UN，電樞電流增大到

，與原來方向相反，數(shù)值很大，產(chǎn)生一個很大的電磁制動轉(zhuǎn)矩，使電動機很快停轉(zhuǎn)。因此必須在電樞反接的同時，在電樞電路串入制動電阻，以限制過大的制動電流。電樞反接制動的機械特性，如圖所示。145146電樞反接制動的電路圖電樞反接制動的機械特性電樞反接制動的過程如下：在制動前電動機運行在固有機械特性曲線上的A點。當串入電阻并將電樞電源反接瞬間，電動機過渡到電樞反接的人為機械特性曲線上的B點。電動機的電磁轉(zhuǎn)矩變?yōu)橹苿愚D(zhuǎn)矩，開始反接制動，使電動機沿電樞反接的機械特性曲線減速。如果電動機在n=0時（D點）不立即切斷電源，電動機很可能會反向啟動，加速到C點。為了防止電動機反轉(zhuǎn)，在制動到快停車時，應切斷電源，并使用機械制動器將電動機止住。147為了限制電樞制動剛開始時的大電流，在電樞電路中應串入制動電阻，電阻大小的選擇應使反接制動時電樞電流不超過額定電流的2~2.5倍，即：電樞反接制動時，電動機變?yōu)榘l(fā)電機運行，電源供給的電能和驅(qū)動系統(tǒng)動能轉(zhuǎn)換出來的電能全部消耗在電樞回路的電阻Ra+Ra上。因此，電樞反接制動時，能量消耗很多。電樞反接制動適用于要求迅速反轉(zhuǎn)的場合。1483.倒拉反接制動當直流電動機驅(qū)動位勢負載，電樞串入大電阻時，電動機會被外力驅(qū)動向著與它接線應有的旋轉(zhuǎn)方向相反的方向旋轉(zhuǎn)，這時電動機便工作在倒拉反接制動狀態(tài)。例如，驅(qū)動起重裝置的直流電動機，當電樞回路不串電阻時，電動機正向旋轉(zhuǎn)提升負載，電動機穩(wěn)定運行于固有機械特性曲線上的A點，如圖所示。149150倒拉反接制動的機械特性曲線若將大電阻Rb串聯(lián)到電樞電路中，使電樞電流大大減小，電動機便轉(zhuǎn)到對應于該電阻的人為機械特性曲線上的B點。由于這時電動機的電磁轉(zhuǎn)矩小于負載轉(zhuǎn)矩，電動機的轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩沿該電阻的人為機械特性曲線箭頭所示方向變化。當轉(zhuǎn)速降至零時，如電動機的電磁轉(zhuǎn)矩仍小于負載轉(zhuǎn)矩，則在位勢負載轉(zhuǎn)矩作用下，將電動機倒拉而開始反轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)方向變?yōu)橄路胖匚锏姆较颉?51在此情況下，電動機的電動勢方向也隨之改變，與電源電壓方向相同。由于電樞電流方向未變，因此電動機的電磁轉(zhuǎn)矩方向也不變，但因旋轉(zhuǎn)方向已改變，所以電磁轉(zhuǎn)矩便成為阻礙反向運動的制動轉(zhuǎn)矩，當T=TL時，電動機的轉(zhuǎn)速最終穩(wěn)定運行在C點。電樞回路串入的電阻越大，下放重物的速度越快，圖中C′點的速度大于C點的速度。152倒拉反接制動時，直流電源仍然向電機供給電能，而下放重物的勢能也變?yōu)殡娔?，這兩部分電能都消耗在電樞電阻Ra和制動電阻Rb上。由此可知，倒拉反接制動在電能利用方面很不經(jīng)濟。從上圖所示的機械特性曲線上可以看出，電動機是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，是提升重物還是下放重物，完全取決于電樞回路電阻的大小，電阻大小合適時，可以讓重物懸在空中。倒拉反接制動一般用于慢速下放重物的場合。1534.回饋制動回饋制動又稱再生制動或發(fā)電制動。電動機在運行過程中，由于某種客觀原因，負載轉(zhuǎn)矩由制動性質(zhì)變成驅(qū)動性質(zhì)，使電動機轉(zhuǎn)速n高于理想空載轉(zhuǎn)速n0，如電車下坡、起重機下放重物等情況，勢能轉(zhuǎn)換所得的動能使電動機加速，電動機就處于發(fā)電狀態(tài)，并對電氣傳動系統(tǒng)的運動機構(gòu)起制動作用。154回饋制動的機械特性回饋制動一般不串電阻，因為如果串入電阻，電動機的轉(zhuǎn)速會升得更高，工作于B′點?；仞佒苿拥淖畹娃D(zhuǎn)速已經(jīng)n>n0，再升高轉(zhuǎn)速的話，系統(tǒng)的安全、力學強度、換向等方面是不允許的。不串電阻，沒有電阻上的能量損耗，可使盡可能多的電能回饋電網(wǎng)，所以從節(jié)能的角度看，回饋制動是最經(jīng)濟的。但是回饋制動的工作轉(zhuǎn)速必須大于理想空載轉(zhuǎn)速，因此使用場合受到限制。回饋制動一般用于電車下坡或起重機快速下放重物的場合。155任務5直流電動機的使用和維護156學習目標1.了解直流電動機啟動前的準備工作和啟動、運行時的注意事項。2.熟悉直流電動機的定期檢修內(nèi)容和注意事項。3.了解直流電動機的常見故障以及處理方法。157任務引入直流電動機經(jīng)常性的維護和監(jiān)視工作，是保證電動機正常運行的重要條件。除經(jīng)常保持電動機的清潔，使其不積塵土、油垢外，還必須注意監(jiān)視電動機運行中的換向火花、轉(zhuǎn)速、電流、溫升等的變化是否正常，因為直流電動機的故障都會反映在換向惡化和運行性能的異常變化上。做好直流電動機的維護及檢修工作，對提高生產(chǎn)效率、預防事故的發(fā)生具有非常重要的意義。作為一名電氣技術(shù)人員，必須學會正確使用直流電動機的操作方法，能夠?qū)χ绷麟妱訖C進行定期維護，處理一些常見的故障。158相關(guān)知識一、直流電動機的使用1.直流電動機的啟動準備直流電動機在安裝后投入運行前或長期擱置重新投入運行前，需做下列啟動準備工作。（1）用壓縮空氣吹凈附著于電動機內(nèi)部的灰塵，對于新電動機應去掉在風窗處的包裝紙。檢查軸承潤滑脂是否潔凈、適量，潤滑脂以占軸承室空間的2/3為宜。（2）用柔軟、干燥、無絨毛的布塊擦拭換向器表面，并檢視其是否光潔，如有油污，則可蘸少許汽油擦拭干凈。159（3）檢查電刷壓力是否正常均勻，各電刷之間壓力差不超過10%，刷握的固定是否可靠，電刷在刷握內(nèi)是否太緊或太松，電刷與換向器的接觸是否良好。（4）檢查刷桿座上是否標有電刷位置的記號。（5）用手轉(zhuǎn)動電樞，檢查是否阻塞或在轉(zhuǎn)動時是否有撞擊、摩擦聲。（6）檢查接地裝置是否良好。（7）用500V兆歐表測量繞組對機殼的絕緣電阻，如小于1MΩ則必須進行干燥處理。（8）檢查電動機引出線與磁場變阻器、啟動器等連接是否正確，接觸是否良好。1602.直流電動機的啟動（1）檢查線路情況（包括電源、控制器、接線及測量儀表的連接等），檢查啟動器彈簧是否靈活，接觸是否良好。（2）在恒壓電源供電時，電動機需用啟動器啟動。閉合電源開關(guān)，在電動機負載下，轉(zhuǎn)動啟動器，在每個觸點上停留約2s，直至最后一點轉(zhuǎn)動臂被電磁鐵吸住為止。（3）在單獨可調(diào)電源供電時，先將勵磁繞組通電，并將電源電壓降低至最小，然后閉合電樞回路接觸器，逐漸升高電壓，直至額定值或所需轉(zhuǎn)速。161（4）電動機與生產(chǎn)機械的聯(lián)軸器分別連接，輸入小于10%的額定電樞電壓，確定電動機與生產(chǎn)機械轉(zhuǎn)速方向是否一致，一致時表示接線正確。（5）電動機換向器端裝有測速發(fā)電機時，電動機啟動后，應檢查測速發(fā)電機輸出特性，該極性與控制屏極性應一致。（6）電動機啟動完畢后，應觀察換向器上有無火花，火花等級是否超標。1623.直流電動機的調(diào)速恒功率弱磁向上調(diào)速，可調(diào)節(jié)磁場調(diào)速器，直至轉(zhuǎn)速達到所需要的值，但不得超過技術(shù)條件所允許的最高轉(zhuǎn)速。恒轉(zhuǎn)矩負載向下調(diào)速可以采用減壓調(diào)速或電樞回路串電阻調(diào)速。4.直流電動機的停機（1）如為變速電動機，先將轉(zhuǎn)速降到最低值。（2）去掉電動機負載（除串勵電動機外）后切斷電源開關(guān)。（3）切斷勵磁回路，勵磁繞組不允許在停車后長期通額定電流。163二、直流電動機的維護電動機在使用過程中定期進行檢查時應特別注意下列事項。1.電動機的清潔電動機周圍應保持干燥，其內(nèi)外部均不應放置其他物件。電動機的清潔工作每月不得少于一次，清潔時應以壓縮空氣吹凈內(nèi)部的灰塵，特別是換向器、線圈連接線和引線部分。1642.換向器的保養(yǎng)（1）換向器應是呈正圓柱形光潔的表面，不應有機械損傷和燒焦的痕跡。（2）換向器在負載下經(jīng)長期無火花運轉(zhuǎn)后，在表面產(chǎn)生一層褐色有光澤的堅硬薄膜，這是正?，F(xiàn)象，它能避免換向器的磨損，這層薄膜必須加以保護，不能用砂布摩擦。165（3）若換向器表面出現(xiàn)粗糙、燒焦等現(xiàn)象，可用0號砂布在旋轉(zhuǎn)著的換向器表面進行細致研磨。（4）換向器表面磨損很多，或經(jīng)車削后發(fā)現(xiàn)云母片有凸出現(xiàn)象，應用銑刀將云母片銑成1~1.5mm的凹槽。（5）換向器車削或云母片下刻時，須防止銅屑、灰塵進入電樞內(nèi)部，因而加工前要將電樞線圈端部及接頭片覆蓋，加工完畢用壓縮空氣清潔。1663.電刷的使用（1）電刷與換向器的工作面應有良好的接觸，電刷壓力正常。電刷在刷握內(nèi)應能滑動自如。電刷磨損或損壞時，應用牌號及尺寸與原來相同的電刷替換，并用0號砂布進行研磨。砂布面向電刷，背面緊貼換向器，研磨時隨換向器來回移動。（2）電刷研磨后用壓縮空氣清潔，再使電動機空載運轉(zhuǎn)，然后以輕負載（為額定負載的1/4~1/3）運轉(zhuǎn)1小時，使電刷在換向器上得到良好的接觸面（每塊電刷的接觸面積不小于其總面積的75%）。1674.軸承的保養(yǎng)（1）軸承在運轉(zhuǎn)時溫度太高或發(fā)出有害雜音時，說明可能有損壞或外物進入，應拆下軸承進行清洗檢查。當發(fā)現(xiàn)鋼珠或滑圈有裂紋，或軸承經(jīng)清洗后使用情況仍未改變，必須更換新軸承。軸承工作2000~2500小時后應更換新的潤滑脂，即便工作時間不夠也要保證每年更換不少于一次。（2）軸承在運轉(zhuǎn)時須防止灰塵及潮氣進入，并嚴禁對軸承內(nèi)圈和外圈造成任何沖擊。1685.絕緣電阻的檢查（1）應當經(jīng)常檢查電動機的絕緣電阻，如果絕緣電阻小于1MΩ，應用汽油、甲苯或四氯化碳仔細清除絕緣表面的污物和灰塵，待其干燥后再涂絕緣漆。（2）必要時可采用熱空氣干燥法，用通風機將熱空氣（80℃）送入電動機進行干燥，開始時絕緣電阻降低，然后升高，最后趨于穩(wěn)定。6.通風系統(tǒng)的檢查應經(jīng)常檢查定子溫升，判斷通風系統(tǒng)是否正常，風量是否足夠，如果溫升超過允許值，應立即停車檢查通風系統(tǒng)。169三、直流電動機的常見故障及處理170直流電動機的常見故障及處理171直流電動機的常見故障及處理課題二變壓器的應用172任務5變壓器的維護與故障分析處理任務4特種變壓器的應用任務2單相變壓器的運行任務1認識變壓器任務3三相變壓器的應用任務1認識變壓器174學習目標1.了解變壓器的用途和分類。2.認識變壓器的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，熟悉各部件的作用。3.了解變壓器銘牌中型號和額定值的含義，掌握額定值的簡單計算。4.學會變壓器的檢測、接線和簡單操作使用。175學習目標變壓器利用電磁感應原理，可以將一種電壓等級的交流電變?yōu)橥l率的另一種電壓等級的交流電。變壓器廣泛應用于各種交流電路中，與人們的生產(chǎn)生活密切相關(guān)。小型變壓器應用于機床的安全照明和控制電路、各種電子產(chǎn)品的電源適配器、電子線路中的阻抗匹配等，其外形如圖所示。電力變壓器是電力系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，起著高壓輸電、低壓供電的重要作用，電力變壓器的外形如圖所示。電氣自動化專業(yè)技術(shù)人員必須熟悉變壓器的結(jié)構(gòu)、工作原理和性能特點，掌握變壓器的檢測、接線和簡單操作使用。176177小型變壓器電力變壓器相關(guān)知識一、變壓器的用途變壓器的基本作用是在交流電路中變電壓、變電流、變阻抗、變相位和電氣隔離。工作中，需要用到各種不同的電源電壓。178例如，發(fā)電廠發(fā)出的電壓一般為6~10kV，在電能輸送過程中，為了減少線路損耗，通常要將電壓升高到110~500kV。圖所示為發(fā)電廠的升壓變壓器。而日常使用的單相交流電壓為220V，三相交流電壓為380V，這又需要通過變壓器將電網(wǎng)的高壓交流電降低到220/380V。圖所示為各用電單位的降壓變壓器。因此，變壓器是電力系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，其容量遠大于發(fā)電機的容量。圖所示是電力系統(tǒng)的輸配電流程示意圖，其中，G為發(fā)電機，T1為升壓變壓器，T2~T4為降壓變壓器。179180升壓變壓器降壓變壓器電力系統(tǒng)輸配電流程示意圖除了電力系統(tǒng)的變壓器外，電氣技術(shù)人員做試驗時，要用調(diào)壓變壓器，如圖所示。電解、電鍍行業(yè)需要變壓器來產(chǎn)生低壓大電流，如圖所示為整流變壓器。焊接金屬器件常用交流電焊機，如圖所示