电工学(第七版)上册秦曾煌第八章

返回退出上一页下一页章目录第8章直流电动机8.1直流电机的构造8.2直流电机的基本工作原理8.4并励电动机的起动与反转8.3直流电动机的机械特性8.5并励(他励)电动机的调速返回退出上一页下一页章目录第8章直流电动机1.了解直流电机的基本构造和工作原理;2.掌握他励(并励)和串励直流电动机的电压与电流的关系式，接线图、机械特性;3.搞清他励(并励)和串励直流电动机的起动、反转和调速的基本原理和基本方法。本章要求：返回退出上一页下一页章目录8.1直流电机的构造直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构复杂,维修也不便，但由于它的调速性能较好和起动转矩较大，因此，对调速要求较高的生产机械或者需要较大起动转矩的生产机械往往采用直流电动机驱动。直流电机的优点：(1)调速性能好,调速范围广,易于平滑调节。(2)起动、制动转矩大,易于快速起动、停车。(3)易于控制。直流电机是机械能和直流电能相互转换的旋转机械装置。直流电机用作电机时，它将机械能转换为电能；用作电动机时，将电能转换为机械能。返回退出上一页下一页章目录直流电动机的结构直流电机主要由磁极、电枢和换向器三部分构成。8.1.1直流电机的构造返回退出上一页下一页章目录1.磁极永磁式:由永久磁铁做成。励磁式:磁极上绕线圈，线圈中通过直流电，形成电磁铁。励磁:磁极上的线圈通以直流电产生磁通,称为励磁。用来在电动机中产生磁场。分为极心和极掌两部分。直流电动机的磁极及磁路返回退出上一页下一页章目录2.电枢电枢铁心：由硅钢片叠装而成。电枢绕组：单个绕组元件组成。电枢包括直流电动机的电枢和电枢铁心片(a)电枢(b)电枢铁心片返回退出上一页下一页章目录换向器又称整流子，是直流电动机的一种特殊装置。换向器作用：将外部直流电转换成内部的交流,以保持转矩方向不变。换向器外形剖面图3.换向器返回退出上一页下一页章目录1.他励电动机励磁绕组和电枢绕组分别由两个直流电源供电。8.1.2直流电动机的分类直流电动机按照励磁方式可分为他励电动机、并励电动机、串励电动机和复励电动机2.并励电动机励磁绕组和电枢绕组并联，由一个直流电源供电。并励IaUM+_IffRstR+_IEIaUM+_IffRstR+_IEUUfIaM+_+_IffRstR他励他励UUfIaMM+_+_IffRstR他励他励返回退出上一页下一页章目录4.复励电动机励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在同一电源上。3.串励电动机励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。串励复励U++__IMIaU++__IMMMIaUIa+_IfMUIa+_IfMMM返回退出上一页下一页章目录SbNacdSbNacd8.2直流电动机的基本工作原理IU–+直流电从两电刷之间通入电枢绕组，电枢电流方向如图所示。由于换向片和电源固定联接，无论线圈怎样转动，总是S极有效边的电流方向向里,N极有效边的电流方向向外。电动机电枢绕组通电后中受力(左手定则)按顺时针方向旋转。U–+U–+电刷换向片U–+IFFTn换向器作用：将外部直流电转换成内部的交流电，以保持转矩方向不变。返回退出上一页下一页章目录TnSbNdFFacII换向片电刷TnSbNdFFFFacacacIIII换向片电刷U–+EE线圈在磁场中旋转,将在线圈中产生感应电动势。由右手定则，感应电动势的方向与电流的方向相反。KE:与电机结构有关的常数n:电动机转速：磁通1.电枢感应电动势E=EKn返回退出上一页下一页章目录由图可知，电枢感应电动势E与电枢电流或外加电压方向总是相反，所以称反电势。aaaaRIΦnKRIEUE式中：U—外加电压Ra—绕组电阻2.电枢回路电压平衡式–RaIaE+–+UMU–+TnSbNdFFacII换向片电刷TnSbNdFFFFacacacIIII换向片电刷返回退出上一页下一页章目录KT:与电动机结构有关的常数:线圈所处位置的磁通Ia：电枢绕组中的电流3.电磁转矩单位:(韦伯)，Ia(安)，T(牛顿•米)直流电动机电枢绕组中的电流(电枢电流Ia)与磁通相互作用，产生电磁力和电磁转矩,直流电动机的电磁转矩公式为4.转矩平衡关系电动机的电磁转矩T为驱动转矩,它使电枢转动。在电动机运行时，电磁转矩必须和机械负载转矩及空载损耗转矩相平衡，即T=KTIa返回退出上一页下一页章目录当电动机轴上的机械负载发生变化时，通过电动机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁转矩将自动调整，以适应负载的变化，保持新的平衡。转矩平衡过程02TTTT2:机械负载转矩T0:空载转矩例：设外加电枢电压U一定，T=T2(平衡)，此时，若T2突然增加，则调整过程为达到新的平衡点(Ia、P入)。T2nIaTEΦnKEEaaaREUIaΦIKTT返回退出上一页下一页章目录8.3直流电动机的机械特性aaRIEU特点:励磁绕组与电枢并联由图可求得aaREUIffRUIaafIIII由上分析可知：当电源电压U和励磁回路的电阻Rf一定时,励磁电流If和磁通不变，即=常数。则IaUM+_IffRstR+_IEIaUM+_IffRstR+_IE返回退出上一页下一页章目录8.3直流电动机的机械特性nnn0TΦKKRnET2aΦKUnE0令：TΦKKRΦKUnETE2aT=KTIa=KTIa即：并励电动机的磁通=常数，转矩与电枢电流成正比。aaaΦITΦTEKnKERIEU由以下公式求得IaUM+_IffRstR+_IEIaUM+_IffRstR+_IE返回退出上一页下一页章目录转速降:2aTΦKKRnET理想空载转速:0ΦKUnE式中：nnTΦKKRΦKUnETE02an=f(T)特性曲线n0nNTN并励电动机在负载变化时，转速n的变化不大—硬机械特性(自然特性)。改变电枢电压和电枢回路串电阻可得人工特性曲线nOTn返回退出上一页下一页章目录例:有一并励电动机，其额定数据如下：P２=22KW,UN=110V,nN=1000r/min,=0.84,并已知Rf=27.5，Ra=0.04,试求:(1)额定电流I,额定电枢电流Ia及额定励磁电流If;(2)损耗功率PaCu,及PO;(3)额定转矩T;(4)反电动势E。解：(1)P2是输出功率，额定输入功率为KW19.2684.02221PPA2381101019.2631UPI额定电流额定励磁电流A45.27110ffRuI额定电枢电流A2344238faIII返回退出上一页下一页章目录(2)电枢电路铜损W219023404.02a2aaCuIRPW44045.272f2ffCuIRP励磁电路铜损总损失功率W4190220002619021PPP空载损耗功率W200021904190aCu10PPPm.N210100022955095502nPT(3)额定转矩(4)反电动势V6.10023404.0110aaIRUE返回退出上一页下一页章目录8.4并励电动机的起动与反转起动直流电动机不允许在额定电压UN下直接起动。Iast太大会使换向器产生严重的火花,烧坏换向器；NaaNast)20~10(IRUI起动时,n=00ΦnKEE1.起动问题：(1)起动电流大(2)起动转矩大起动时，起动转矩为(10~20)TN,造成机械冲击,使传动机构遭受损坏。tasIT一般Iast限制在(1.5~2.5)IN。返回退出上一页下一页章目录2.起动方法3.注意事项(1)电枢串电阻起动法NstaNast)5.2~5.1(IRRUI(2)降压起动法：直流电动机在起动和工作时，励磁电路一定要接通,不能让它断开,而且起动时要满励磁。否则，磁路中只有很少的剩磁，可能产生事故：aastNstRIUR在满磁下将Rst置最大处，逐渐减小Rst使n升高。最大起动电压Ust为aNastst)5.2~5.1(RIRIU返回退出上一页下一页章目录(1)如果电动机是静止的，由于转矩太小(T=KTIa),电机将不能起动，这时反电动势为零，电枢电流很大，电枢绕组有被烧坏的危险。(2)如果电动机在有载运行时断开励磁回路,反电动势立即减小而使电枢电流增大，同时由于所产生的转矩不满足负载的需要,电动机必将减速而停转,更加促使电枢电流的增大,以至烧毁电枢绕组和换向器。(3)如果电动机在空载运行,可能造成飞车，使电动机遭受严重的机械损伤，而且因电枢电流过大而将绕组烧坏。（EIaTT0n飞车）返回退出上一页下一页章目录2.反转例：串励的单相手电钻，利用励磁电流和电枢电流两者的方向同时改变时而转向不变的原理，采用特别的串励电动机，使手电钻用单相交流电源或直流电源供电均可。电磁转矩：T=KTIa(1)改变励磁电流的方向。(2)改变电枢电流的方向。注意：改变转动方向时，励磁电流和电枢电流两者的方向不能同时变。改变直流电机转向的方法有两种：返回退出上一页下一页章目录8.5并励(他励)电动机的调速并励(他励)电动机与交流异步电动机相比，虽然结构复杂，价格高，维护也不方便，但在调速性能上由其独特的优点。因此，在对调速性能要求较高的生产机械，常采用直流电动机。由并励(或他励)电动机的转速公式:EKRIUnaa可知，改变转速常用以下两种方法。电动机的调速就是在同一负载下获得不同的转速,以满足生产要求。返回退出上一页下一页章目录可见：在U一定的情况下，改变可改变转速n。8.5.1改变磁通调速TΦKKRΦKUnETE2a保持电枢电压U不变，改变励磁电流If(调Rf)以改变磁通。由式RfIfn一般只采用减少励磁电流(减弱磁通)的方法调速,即改变磁通调速的方法：减小磁通，n只能上调。改变时的机械特性如图。0n'n0TTLLTn（（减小）减小）RRff增增加加On00n'n0TTLLTn（（减小）减小）RRff增增加加On0返回退出上一页下一页章目录调速过程:直至T=TC达到新的平衡。电压U保持一定,减小磁通。TΦKKRΦKUnETE2aaaaREUIRfEIａnIaE瞬间TT２TΦnKEEaΦIKTT返回退出上一页下一页章目录(1)调速平滑，可得到无级调速；但只能向上调，受机械本身强度所限，n不能太高。(2)调速设备简单，经济，电流小，便于控制。(3)机械特性较硬，稳定性较好。(4)对专门生产的调磁电动机,其调速幅度可达3~4,例如530~2120r/min及310~1240r/min。减小调速的特点：(1)若调速后Ia保持不变，电动机在高速运转时其负载转矩必须减小。(2)这种调速方法只适用于恒功率调速(如用于切削机床)。使用调磁调速时应注意：返回退出上一页下一页章目录8.5.2改变电压调速由转速公式知：调电压U，n0变化，但斜率不变，所以调速特性是一组平行曲线。n0n0'电压降低Tc特性曲线n0KTnTΦKKRΦKUnETE02a)(a一定和RΦ改变电压调速的特点:(1)工作时电压不允许超过UN，而nU,所以调速只能向下调。(2)机械特性较硬，并且电压降低后硬度不变，稳定性好。nTo返回退出上一页下一页章目录(3)调速幅度较大，可达6~10。(4)均匀调节电枢电压，可得到平滑无级调速。调速过程:保持If为额定,减小电枢电压。UIaTT=TC稳定nEIaT改变电压调速需要用电压可以调节的专用设备,投资费用较高。近年来已普遍采用晶闸管整流电源对电动机进行调压和调磁，以改变它的转速。返回退出上一页下一页章目录例:有一他励电动机,已知U=220V,Ia=53.8A,n=1500r/minRa=0.7。今将电枢电压降低一半，而负载转矩不变，问转矩降低多少？解:由T=KTIa可知，在保持负载转矩和励磁电流不变的条件下，电流也保持不变。电压降低后的转速n对原来的转速n之比为8.537.02