电工与电子技术基础 第7章 直流电动机

电工与电子技术基础第6章三相异步电动机电工与电子技术基础华南理工大学电子与信息学院第7章直流电动机7.2直流电动机的基本工作原理7.3他励电动机的机械特性7.4他励电动机的使用7.1直流电动机的基本结构电工与电子技术基础第7章直流电动机电动机交流电动机直流电动机笼式绕线式异步机同步机（他励、并励、串励、复励）本章主要介绍直流电动机的基本结构、工作原理、机械特性及其使用。返回7.1直流电动机的基本结构电工与电子技术基础第7章直流电动机直流电动机返回电工与电子技术基础第7章直流电动机电枢（转子）返回定子（主磁极）换向器直流电动机主要是由定子、电枢（转子）和换向器组成。电工与电子技术基础第7章直流电动机机座磁极励磁绕组转子励磁式直流电动机的结构1.转子（电枢）由铁芯、绕组、换向器组成。换向器（整流子）：是直流电机的一种特殊装置，是直流电机的结构特征。它利用电刷，使转动的电枢得以和外电路联接起来。返回电工与电子技术基础第7章直流电动机励磁：磁极上的线圈通以直流电产生磁通，称为励磁。磁极励磁绕组2.定子（磁极和绕组）永磁式：由永久磁铁做成。励磁式：磁极上绕线圈，然后在线圈中通过直流电，形成电磁铁。返回电工与电子技术基础第7章直流电动机返回根据励磁绕组和转子绕组的联接关系，励磁式的直流电动机分为四类：1.他励电动机：励磁绕组与转子电枢的电源分开。2.并励电动机：励磁绕组与转子电枢并联到同一电源上。3.串励电动机：励磁绕组与转子电枢串联接到同一电源上。4.复励电动机：励磁绕组与转子电枢的联接有串有并，接在同一电源上。M他励UfIfIaUM并励UIfM串励UM复励U电工与电子技术基础第7章直流电动机返回7.2直流电动机的基本工作原理U+–NS电刷换向片直流电源电刷换向器线圈II电流方向：上半边向里，下半边向外，如图所示。一、工作原理电工与电子技术基础第7章直流电动机返回换向片的作用：保证电枢电流及时改变方向（电刷压在换向片上），线圈无论怎样转动，总是上半边的电流向里，下半边的电流向外，使电机按一个方向旋转。由左手定则可知，通电线圈在磁场的作用下，使线圈逆时针旋转。FFU+–NS电刷换向片II电工与电子技术基础第7章直流电动机返回电枢通入电流后，产生电磁转矩，使电动机在磁场中转动起来。通电线圈在磁场中转动，又会在线圈中产生感应电动势（用E表示）。二、电枢电动势FFU+–NS电刷换向片IIEE电工与电子技术基础第7章直流电动机由右手定则可知，E的方向和通入的电流方向相反，称为反电势，其大小为：ΦnKEEKE：与电机结构有关的常数n：电动机的转速：磁通单位：（韦伯），n（转/每分），E（伏）FFU+–NSIIEE返回电工与电子技术基础第7章直流电动机三、电磁转矩KT:与线圈的结构有关的常数（与线圈大小，磁极的对数等有关）：线圈所处位置的磁通Ia：电枢绕组中的电流aTΦIKT电磁转矩公式单位：（韦伯），Ia（安培），T（牛顿.米）由转矩公式可知：(1)产生转矩的条件：必须有励磁磁通和电枢电流。(2)改变电动机旋转方向：改变电枢电流的方向或者改变磁通的方向。返回电工与电子技术基础第7章直流电动机7.3他励电动机的机械特性机械特性：是指电动机的电磁转矩和转速间的关系。串励MUM复励U返回电工与电子技术基础第7章直流电动机他励电动机的机械特性：fffaaaaRUIREUIRIEU当不变时，If、φ也不变，即φ=常数，则电动机转矩和电枢电流成正比，即aaTKIΦIKT他励电动机的φ为常数，其转矩和电枢电流成正比。fRU,返回电工与电子技术基础第7章直流电动机即：nnn0TΦKKRnETa2ΦKUnE0其中，，ΦKRIUΦKEnEaaETΦKKRΦKUnETaE2aTEaaΦIKTΦnKERIEU由返回电工与电子技术基础第7章直流电动机n0：理想空载转速,即T=0时的转速。（实际工作时,由于有空载损耗，电机的T不会为0。）根据n-T公式画出特性曲线如图:TΦKKRnETa2ΦKUnE0nnn0其中，返回电工与电子技术基础第7章直流电动机特性曲线分析：当T时n，但由于他励电动机的电枢电阻Ra很小，所以在负载变化时，转速n的变化不大，属硬机械特性。LaLLTTIEnTT自适应过程：返回电工与电子技术基础第7章直流电动机串励的特点：励磁线圈的电流和电枢线圈的电流相同。串励电动机的机械特性设磁通和电流成正比，即=KIa,则据此公式做出T-n曲线aaaΦTaTaΦEERIEUIKKΦIKTnIKKΦnKE2nTΦEaΦETKKRTKKUKn串励MU返回电工与电子技术基础第7章直流电动机(1)T=0时，在理想情况下，n。但实际上负载转矩不会为0，电动机不会工作在T=0的状态，但空载时T很小。串励特性分析：(2)随转矩的增大，n下降得很快，这种特性属于软机械特性。转速越低、转矩越大，适合汽车发动机启动的需要。nT注意：n很高的串励不允许空载运行，以防转速过高。返回电工与电子技术基础第7章直流电动机7.4他励电动机的使用7.4.1启动启动时，先接通励磁电源，然后接通电枢电源。在接通电枢电源的瞬间，。，使由于00EnaaastRUREUI电枢的启动电流很大，即启动电流超过额定电流的10倍以上，使启动转矩也超过额定转矩的10倍以上，使电机和所驱动的生产机械遭受很大的机械冲击。返回电工与电子技术基础第7章直流电动机他励电动机的启动方法：电枢串电阻stastaastRRURREUI将启动电阻全部消除。电阻值，，此时可逐步减小启动随着aIEn返回电工与电子技术基础第7章直流电动机【例7.1】？倍，启动电阻应为多少电流的若启动电流不超过额定若直接启动，试求：。电枢电阻额定电枢电流电压和电枢电压他励电动机的额定励磁2.2?.112.0,50V,110aaaNNfNIRAIUUARUIaNast7.91612.0110倍3.18507.916解：1.是额定电流的2.aNstaNIRRU298.012.05021102aaNNatRIUR返回电工与电子技术基础第7章直流电动机7.4.2反转方法1：磁通的方向不变，改变电枢电流的方向。方法2：电枢电流的方向不变，改变磁通的方向。对调电枢绕组接电源的两根线即可。对调励磁绕组接电源的两根线即可。返回电工与电子技术基础第7章直流电动机7.4.3调速改变电枢绕组、磁通或电压就可以进行调速。ΦKRIUnEaa式由他励电动机的转速公调速方法：1.改变电枢绕组调速电枢串电阻返回电工与电子技术基础第7章直流电动机2ΦKKRRΦKUnTETaE－机械特性为调速条件：电枢电压U和磁通不变。优点：方法简单，容易实现。缺点：特性变软，调速电阻损耗大。返回电工与电子技术基础第7章直流电动机2.改变磁通调速调速条件：电枢电压U和励磁电压Uf不变。0ffRIn优点：特性较硬，控制方便。返回电工与电子技术基础第7章直流电动机【例7.２】110V,263,0.041000,fNNaNafUUIARnR他励电动机的额定励磁电压和电枢电压电枢额定电流电枢电阻，额定转速转/分。为了提高转速，增大励磁电阻使磁通减小20%，如果负载转矩不变，调速后的转速提高多少？1263328.750.8TTaaaITKIKIIIAaa解（）磁通减小20%后，=0.8，电枢电流为。由于负载转矩不变，则所以返回电工与电子技术基础第7章直流电动机21102630.0499.48110328.750.04121.060.8121.06100%100%121.70%99.48aaEEEaaEEEnUIRnKKKUIRnKKKnn（）磁通减小后的转速为，减小前减小后121.70%100121.70%1217nn０转／分转速提高了217转/分。返回电工与电子技术基础第7章直流电动机3.改变电枢电压调速条件：励磁电压Uf和磁通不变。02aaaaaEEEEEETUIRIRREUUnTnKTKKKKKKK优点：机械特性硬，控制方便。0Unn返回电工与电子技术基础第7章直流电动机【例7.3】220V,60,0.51500fNNaNaUUIARn他励电动机的额定励磁电压和电枢电压电枢额定电流电枢电阻，额定转速转/分。若将电枢电压降低为147V,负载转矩不变。调速后的转速降低了多少？解电压降低后的转速为EEnK147600.50.62220600.5aaEaaEEUIRKnEEnEUIRK0.620.621500930nn转/分返回电工与电子技术基础第7章直流电动机调速时励磁回路不能断电，否则励磁电流为零，反电动势为零，电枢电流剧增，导致转速剧增，易发生飞车事故。他励电动机调速时需要主意的是：返回电工与电子技术基础第7章直流电动机7.4.4制动制动方法：能耗制动和反接制动能耗制动：开关S打到位置1，电动机正常工作；开关S打到位置2，电枢接电阻，产生反方向的电流和力矩，使电动机很快停止。返回电工与电子技术基础第6章三相异步电动机电工与电子技术基础华南理工大学电子与信息学院第7章结束