《電機與電氣控制技術（第2版）》 課件 項目3 直流電動機的運行與應用

任務3.1三相異步電動機的運行項目3

直流電動機的運行與應用

導引上講重點內(nèi)容回顧：1、三相異步電動機的結構和工作原理；2、三相異步電動機的轉差率。任務描述任務描述：對欲投入運行的一臺直流電動機進行全面的檢查和實驗工作，并能掌握直流電動機的結構、工作原理及銘牌含義，理解其機械特性。（一）.知識學習——直流電機的基本知識1)直流電動機模型直流電源電刷換向器電樞繞組電樞繞組NSIIabcdU+–電刷換向片轉動方向磁極2）直流電動機的基本工作原理保證磁極下的電流方向不變（直流電）

NSIIabcdU+–左手定則換向器的作用（一）.知識學習——直流電機的基本知識2）直流電動機的基本工作原理保證磁極下的電流方向不變（直流電）

NSIIabcdU+–左手定則換向器的作用（一）.知識學習——直流電機的基本知識3)直流電機的結構與分類77主磁極：由主極鐵心、勵磁繞組組成；產(chǎn)生工作磁場。①定子組成：作用：產(chǎn)生磁場、支撐作用機座、主磁極、換向極、端蓋、軸承、和電刷等。機座磁極勵磁繞組直流電動機結構圖轉子換向器（一）.知識學習——直流電機的基本知識8機座：固定與支撐作用，另外也是磁路的一部分。換向極：由鐵心、繞組組成。換向極繞組與電樞繞組串聯(lián)。改善電機的換向性能，防止產(chǎn)生電弧火花。電刷裝置：

接通外電路與電樞繞組。和換向器一起將繞組內(nèi)交流電轉換為外部直流電。（一）.知識學習——直流電機的基本知識電樞鐵心、繞組、換向器和轉軸等電樞鐵心由0.35—0.5mm厚的硅鋼片疊制而成。電樞繞組由絕緣導線繞制的電樞線圈組成換向器轉子②轉子（電樞）組成：（一）.知識學習——直流電機的基本知識

由許多鴿形尾的換向片排列成一個圓筒，片間用V形云母絕緣。和電刷配合將直流電引入或引出的裝置。換向器由絕緣材料相隔的銅片做成，并固定在軸上。（一）.知識學習——直流電機的基本知識(2)直流電動機的分類他勵電動機：勵磁線圈與轉子電樞的電源分開。并勵電動機：勵磁線圈與轉子電樞并聯(lián)到同一電源上。串勵電動機：勵磁線圈與轉子電樞串聯(lián)接到同一電源上。復勵電動機：勵磁線圈與轉子電樞的聯(lián)接有串有并，接在同一電源上。M他勵UfIfIaUM并勵UIfM串勵UM復勵U根據(jù)勵磁線圈和轉子繞組的聯(lián)接關系（一）.知識學習——直流電機的基本知識4)直流電機銘牌數(shù)據(jù)1、額定容量（功率）PN

（單位：KW）

直流電動機PN=UNINりN

（輸出機械能）直流發(fā)電機PN=UNIN

（輸出電能）りN

：額定效率，在帶額定負載運行是，輸出機械功率與輸入功率之比。2、額定電壓UN

（單位：V）

在額定情況下，電刷兩端輸出（發(fā)電機）或輸入（電動機）的電壓。3、額定電流IN

（單位：A）

在額定情況下，電刷流入或流出的電流。4、額定轉速nN

（單位：r/min）

在額定功率、額定電壓、額定電流時電機的轉速。5、額定勵磁電流IfN

（單位：A）6、銘牌上沒有的額定值：額定轉矩TN

其中TN=9.55PN/nN

（一）.知識學習——直流電機的基本知識（1）檢查項目檢修后欲投入運行的電機，所有的緊固元件應擰緊，轉子轉動應靈活。此外還應檢查下列項目：1）檢查出線是否正確，接線是否與端子的標號一致，電機內(nèi)部的接線是否有碰觸轉動的部件。2）檢查換向器的表面。3）檢查刷握。4）檢查刷握的下邊緣與換向器表面的距離、電刷在刷握中裝配的尺寸要求、電刷與換向片的吻合接觸面積。5）電刷壓力彈簧的壓力。6）檢查電機氣隙的不均勻度。（二）.任務實施(2)試驗項目1）絕緣電阻測2）繞組直流電阻的測量3）確定電刷中性線

常采用的方法有以下三種：（1）感應法。（2）正反轉發(fā)電機法。（3）正反轉電動機法。4）耐壓試驗5）空載試驗6）負載試驗

7）超速試驗（二）.任務實施（三）.問題研討——直流電動機有哪些機械特性？（1）定義

指一定條件下，電動機的轉速與電磁轉矩之間的關系：

n=f(T)

理想空載轉速:n0=U/Ce

Φ（2）表達式U=IaRa+Ea=IaRa+CeΦnT=CTΦIa（三）.問題研討——直流電動機有哪些機械特性？（3）固有機械特性當時的機械特性稱為固有機械特性。

由于電樞電阻很小，特性曲線斜率很小，電機運行比較穩(wěn)定

當T=TN時，n=nN

當n=0時，即電動機起動時，電磁轉矩Tem=Ts硬特性額定工作點起動轉矩定義（三）.問題研討——直流電動機有哪些機械特性？1、電樞串電阻時的人為機械特性

當改變或或得到的機械特性稱為人為機械特性。（4）人為機械特性2、降低電樞電壓時的人為機械特性

（三）.問題研討——直流電動機有哪些機械特性？3、減弱勵磁磁通時的人為特性

保持不變，只改變勵磁回路調節(jié)電阻Rf

的人為特性他勵直流電動機起動和運行過程中，絕不允許勵磁回路斷開。

注意：

Φ2<Φ1<ΦN（1）查閱資料查找直流電機的結構特點對其在生產(chǎn)實踐中的應用有何影響？（2）分析直流電機不能正常旋轉的主要原因有哪些？（3）對他勵直流電動機進行空載試車，分別改變電樞電壓、電樞回路電阻和勵磁回路電阻，測量電動機穩(wěn)定運行后的電樞電流和空載轉速值，試尋找其變化規(guī)律。（四）.任務拓展任務3.2直流電動機的特性及運行原理項目3

直流電動機的運行與應用

任務描述任務描述：在理解直流電動機起動、調速和制動的方法及原理的基礎上，設計電氣原理圖，將相應的拖動方法實現(xiàn)。

目錄1知識學習2任務實施3問題研討4任務拓展（一）.知識學習——直流電動機的拖動1)直流電動機的起動與反轉起動瞬間，起動轉矩和起動電流分別為

為了限制起動電流，他勵直流電動機通常采用電樞回路串電阻或降低電樞電壓起動。將引起電網(wǎng)電壓下降，使電動機的換向惡化；同時過大的沖擊轉矩會損壞電樞繞組和傳動機直流電機不允許直接起動起動時由于轉速n=0，電樞電動勢Ea=0，而且電樞電阻Ra很小危害所以起動電流很大（一）.知識學習——直流電動機的拖動（1）電樞回路串電阻起動三級電阻起動時電動機的電路原理圖1（一）.知識學習——直流電動機的拖動（2）降壓起動

起動時，以較低的電源電壓起動電動機，起動電流隨電源電壓的降低而正比減小。

降壓起動需專用電源，設備投資較大，但它起動平穩(wěn)，起動過程能量損耗小，因此得到廣泛應用。隨著電動機轉速的上升，反電動勢逐漸增大，再逐漸提高電源電壓，使起動電流和起動轉矩保持在一定的數(shù)值上，保證按需要的加速度升速。

起動結束時，以額定電源電壓運行。(3)直流電動機的反轉由電磁轉矩公式可知改變直流電動機轉向的方法有兩個：①保持電樞繞組兩端極性不變，將勵磁繞組反接；②保持勵磁繞組極性不變，將電樞繞組反接。（一）.知識學習——直流電動機的拖動2)直流電動機的調速在改變電動機參數(shù)進行調速的方法。從一種穩(wěn)定狀態(tài)到達另一個穩(wěn)定狀態(tài)

改變電動機的參數(shù)就是人為地改變電動機的機械特性，調速前后，電動機工作在不同的機械特性上。調壓調速；電樞串電阻調速；調磁調速。調速方法：電氣調速實質如果機械特性不變，因負載變化而引起轉速的變化，則不能稱為調速（一）.知識學習——直流電動機的拖動(1）電樞回路串電阻調速nTemTLRan0nNA0A’Bn1Ra+Rs1未串電阻時的工作點串電阻Rs1后,工作點由A→A’→B在電樞中串入電阻，n0不變，即電機的特性曲線變軟。原理：U=IaRa+Ea=IaRa+CeΦn（一）.知識學習——直流電動機的拖動（一）.知識學習——直流電動機的拖動(2)降低電源電壓調速TemTLAA’B調速壓前工作點A降壓瞬間工作點穩(wěn)定后工作點

降壓調速過程與電樞串電阻調速過程相似由機械特性方程知：調電樞電壓U，n0變化，斜率不變。原理:U=IaRa+Ea=IaRa+CeΦn（一）.知識學習——直流電動機的拖動(3)減弱磁通調速A’B調節(jié)磁場前工作點弱磁瞬間工作點A→A‘弱磁穩(wěn)定后的工作點原理：TemTLAU=IaRa+Ea=IaRa+CeΦn磁通減弱，電樞電流增大，電磁轉矩變大，轉速上升。（一）.知識學習——直流電動機的拖動3)直流電動機的制動制動的目的：使電動機減速或停車。限制電動機轉速的升高。（如電車下坡）制動的方式：機械（抱閘）制動電氣制動：T與n反向（一）.知識學習——直流電動機的拖動（1）能耗制動

方法：由電磁轉矩TemB反相,為制動性質,電機處于制動狀態(tài)。電動制動能耗制動運行時，電動機靠將生產(chǎn)機械的機械能轉換成電能，消耗在制動電阻上。斷開電源，接制動電阻RB

原理：（一）.知識學習——直流電動機的拖動（2）反接制動方法第一：電源反接制動電動制動電樞回路串入制動電阻RB

后，接上極性相反的電源電壓

反向的電樞電流產(chǎn)生反向的電磁轉矩，從而產(chǎn)生很強的制動作用。電樞回路內(nèi)產(chǎn)生反向電流

原理：

可見,反接制動時,從電源輸入的電功率和從軸上輸入的機械功率轉變成的電功率一起消耗在電樞回路制動電阻上。（一）.知識學習——直流電動機的拖動第二：倒拉反轉反接制動先減速到n＝0，然后在重物倒拉下反轉，n反向。制動時在電路串入一個大電阻。nT+-+-Ea+nT--Ea+方法原理反接制動適用于低速下放重物。（一）.知識學習——直流電動機的拖動第三：回饋制動

電動機拖動機車下坡時，會出現(xiàn)n>n0情況。方法原理此時Ea>U，Ia反向，Tem反向，由驅動變?yōu)橹苿印ｋ妱訖C輸出電能，處于發(fā)電狀態(tài)——回饋制動狀態(tài)（1）并勵直流電動機正反轉控制設計及實現(xiàn)正轉起動按鈕SB1；停止按鈕SB3；反轉起動按鈕SB2（二）.任務實施（2）并勵直流電動機的調速控制設計與實現(xiàn)（二）.任務實施起動按鈕SB2；KM1:電樞串電阻R1和R2低速起動中間繼電器KA1\KA2:分段切除電阻（3）能耗制動控制設計及實現(xiàn)按下起動按鈕SB2，KM1線圈得電，KM1的主觸頭閉合電動機接通電源起動；制動：按下停止按鈕，交流接觸器KM1線圈失電，KM1的主觸頭打開電動機與電源斷開，KM1的常閉輔助觸頭閉合電阻R接入電樞回路開始能耗制動，當轉速降到零電動機停止運行制動結束。（二）.任務實施（三）.問題研討——直流電機如何進行常見故障的處理？故障現(xiàn)象可能原因處理方法電動機不能起動1．無電源2．電刷接觸不良3．勵磁回路斷路4．過載5．啟動電流太小1．檢查線路是否完好，啟動器連接是否準確，保險絲是否熔斷2．檢查刷握彈簧是否松弛或改善接觸面3．檢查變阻器及磁場繞組是否斷路，更換繞組4．減少負載5．檢查所用啟動器是否合適（三）.問題研討——直流電機如何進行常見故障的處理？故障現(xiàn)