直流电动机PPT课件课件

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1、 直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构复杂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，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。机驱动。NSNS 直流电机由定直流电机由定子子(磁极磁极)、转子、转子(电枢电枢)和机座等和机座等部分构成。部分构成。由铁心、绕组（线圈）、换向器组成。由铁心、绕组（线圈）、换向器组成。由永久磁铁做成。由永久磁铁做成。磁极上绕线圈，线圈中通过直流电，

2、磁极上绕线圈，线圈中通过直流电，形成电磁铁。形成电磁铁。磁极上的线圈通以直流电产生磁通，称磁极上的线圈通以直流电产生磁通，称 为励磁。为励磁。直流电机按照励磁方式可分为他励电动机直流电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、并励电动机、串励电动机和复励电动机UUfIaM+_+_IffR stRIaUM+_IffR stR+_IEUIa+_IfM复励复励U+_IMIaIU+SbNacd 直流电从两电刷之间通入电枢绕组，电枢电流直流电从两电刷之间通入电枢绕组，电枢电流方向方向如图所示。由于换向片和电源固定联接，无论如图所示。由于换向片和电源固定联接，无论线圈怎样转动，总

3、是线圈怎样转动，总是S极有效边的电流方向向里极有效边的电流方向向里,N极有效边的电流方向向外。电动机电极有效边的电流方向向外。电动机电枢枢绕组通电绕组通电后中受力后中受力(左手定则左手定则)按顺时针方向旋转按顺时针方向旋转。U+U+电刷电刷换向片换向片U+IFFTn换向器作用：换向器作用：将外部直流电将外部直流电转换成内部的转换成内部的交流电，以保交流电，以保持转矩方向不持转矩方向不变。变。U+EETnSbNdFFacII换向片换向片电刷电刷KE:与电机结构有关的常数与电机结构有关的常数n:电动机转速电动机转速 ：磁通磁通E=EK nU+EETnSbNdFFacII换向片换向片电刷电刷aaaa

4、RInKRIEUE RaIaE+UM02TTT 设外加电枢电压设外加电枢电压 U 一定，一定，T=T2(平衡平衡)，此时，此时，若若T2突然增加，则调整过程为突然增加，则调整过程为达到新的平衡点达到新的平衡点(Ia 、P入入)。T2 n Ia T E nKEE aaaREUI aIKTT 虽然电源电压虽然电源电压U和和励磁电阻保持不变，但随着励磁方式不同，电励磁电阻保持不变，但随着励磁方式不同，电动机的转矩、转速和机械特性有很大的区别。动机的转矩、转速和机械特性有很大的区别。)f(ITa一、并励电动机一、并励电动机1.转矩特性转矩特性IaUM+_IffR stR+_IEaaRIEU 由图可求得

5、由图可求得aaREUI ffRUI aafIIII aaRIEU aaREUI ffRUI aafIIII 由上分析可知：由上分析可知：当电源电压当电源电压U和励磁回路的电阻和励磁回路的电阻Rf一定时一定时,励励磁电流磁电流If和磁通和磁通则则即：并励电动机的磁通即：并励电动机的磁通 n0T)f(ITa)f(Ina2.转速特性转速特性aEaEIKRKUnaaaI IT TTEKnKERIEU 由以下公式由以下公式n0T)f(ITa理想空载转速理想空载转速:0KUnE 式中：式中：n0)f(Inannn 0TKKRnET2a TKKRKUnETE2a aI IT TTKIaUM+_IffR st

6、R+_IEf(T)n3.机械特性机械特性aEaEIKRKUn转转速速降降:2aTKKRnET 理想空载转速理想空载转速:0KUnE 式中：式中：nnTKKRKUnETE 02an0nNTN动画动画n0T100%nnnnNN0N)f(ITa二、串励电动机二、串励电动机1.转矩特性转矩特性当当Ia较小时，铁心不饱和较小时，铁心不饱和UIa+_IfMfaII 特点：特点：)af(IaKI 2aTaTIKIKT当当Ia较大时，铁心饱和较大时，铁心饱和aTIKT 与并励类似与并励类似)f(Ina2.转速特性转速特性当当Ia较小时，较小时，aKI aEaEIKRKUnKKRKIKUnEaaE当当Ia较大时

7、，铁心饱和较大时，铁心饱和 与并励类似与并励类似从上式可见，当轻载时串励电动机的转速从上式可见，当轻载时串励电动机的转速急剧上升，将导致电动机的损坏，所以串急剧上升，将导致电动机的损坏，所以串励电动机不允许轻载运行，一般最低负载励电动机不允许轻载运行，一般最低负载不小于额定负载的不小于额定负载的30%n0T)f(InabTaUnf(T)n3.机械特性机械特性2aTaTIKIKTKKRKIKUnEaaE三、复励电动机三、复励电动机复励复励U+_IMIa 他的工作特性介于并励他的工作特性介于并励和串励之间。如果并励绕组和串励之间。如果并励绕组磁通势起主要作用，其工作磁通势起主要作用，其工作特性与并

8、励电动机工作特性特性与并励电动机工作特性接近。如果串励绕组磁通势接近。如果串励绕组磁通势起主要作用，其工作特性与起主要作用，其工作特性与串励电动机工作特性接近。串励电动机工作特性接近。但因为有并励绕组磁通势的但因为有并励绕组磁通势的存在，磁通存在，磁通 不会趋近于零，不会趋近于零，所以空载或轻载时，仍能正所以空载或轻载时，仍能正常运行。常运行。有一并励电动机，其额定数据如下：有一并励电动机，其额定数据如下：P=22KW,UN=110V,nN=1000r/min,=0.84,并已知并已知Rf=27.5 ，Ra=0.04 ,试求试求:(1)额定电流额定电流I,额定额定 电枢电流电枢电流Ia及及额定

9、励磁电流额定励磁电流If ;(2)损耗功率损耗功率 PaCu,及及 PO;(3)额定转矩额定转矩T;(4)反电动势反电动势E。解：解：(1)P2是输出功率，额定输入功率为是输出功率，额定输入功率为KW19.2684.02221 PPA2381101019.2631 UPI额定电流额定电流额定励磁电流额定励磁电流A45.27110ff RuI额定电枢电流额定电枢电流A2344238fa III（2）电枢电路铜损）电枢电路铜损W219023404.02a2aaCu IRPW44045.272f2ffCu IRP励磁电路铜损励磁电路铜损总损失功率总损失功率W4190220002619021 PPP空

10、载损耗功率空载损耗功率W200021904190aCu10 PPPm.N210100022955095502 nPT（3）额定转矩）额定转矩（4）反电动势）反电动势V6.10023404.0110aa IRUETKKRKUnETE2a nn0Tn0nT00n 0n0nTnO有一他励电动机，其额定数据如下：有一他励电动机，其额定数据如下：P=22KW,UN=220V,nN=1500r/min,IN=115A Ra=0.125 ,试求试求:(1)电枢电枢 (2)(3)解：根据额定数据可得解：根据额定数据可得0.137nIRUKNaaNNE1606r/minKUnEN0NEaNNNKRIUn有一他励

11、电动机，其额定数据如下：有一他励电动机，其额定数据如下：P=22KW,UN=220V,nN=1500r/min,IN=115A Ra=0.125 ,试求试求:(1)电枢电枢 (2)(3)解：根据额定数据可得解：根据额定数据可得(1)当当，T=TN时，时，NEaNNKR)(RIUn1500n1150.1252201150.75)(0.125220IRUR)I(RUnnaaNaaNNmin/874 rnmin/990 rn(2)(3)(2)T=TN时时1500n1150.1252201150.125150IRUIRUEEE/K/KEnnaaaaEENmin/1095 r0n0N00n1606r/m

12、in150220UUnn(3)T=TN时时min/2007 r0nmin/1844rn1I0.8III0.8IITTaNaaNNaNaNNaN1500n0.8115)0.125(220115/0.80.125220)/KIR(U)/KIR(UnnNEaNaNEaaNN000n1606r/min10.8nn太大会使换向器产生严重的火花太大会使换向器产生严重的火花,烧坏换向器；烧坏换向器；NaaNast)2010(IRUI 0 nKEE1.起动问题：起动问题：(1)起动电流大起动电流大(2)起动转矩大起动转矩大 起动时，起动转矩为起动时，起动转矩为(1020)TN ,造成机械冲造成机械冲击，使传动

13、机构遭受损坏。击，使传动机构遭受损坏。tasIT NstaNast)5.25.1(IRRUI aastNstRIUR nn0TnnTKKRKUnETE 02aTLT2T1此启动方法，启动设备简此启动方法，启动设备简单，操作方便，但启动能单，操作方便，但启动能耗大。耗大。直流电动机在起动和工作时，励磁电路一定要直流电动机在起动和工作时，励磁电路一定要接通接通,不能让它断开不能让它断开,而且起动时要满励磁。否则，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：磁路中只有很少的剩磁，可能产生事故：aNstR2IU目前基本采用可控硅整流目前基本采用可控硅整流电源作为调压电源。此启电源作为

14、调压电源。此启动方法，启动电流小，启动方法，启动电流小，启动平稳，启动能耗小。动平稳，启动能耗小。TLT2n0nT0T1 (3)如果电机在空载运行，可能造成飞车，使电机遭如果电机在空载运行，可能造成飞车，使电机遭受严重的机械损伤，而且因电受严重的机械损伤，而且因电电流过大而将绕组电流过大而将绕组烧坏。烧坏。电磁转矩：电磁转矩：与异步电动机相比，虽然结与异步电动机相比，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。由其独特的优点。1.调速均匀平滑，可以无级调速调速均匀平滑，可以无级调速 2.调速范围大，调速比可达调速范围大，调速比可

15、达D=810 以上以上 3.3.调速静差率调速静差率 小。小。由转速公式由转速公式:EKRIUnaa可见直流电机调速方法有三种。可见直流电机调速方法有三种。TKKRKUnETE2a 保持电枢电压保持电枢电压U不变，减小励磁电流不变，减小励磁电流If(调调Rf)以以减小磁通减小磁通 。由式由式0n 0n0nTnO动画动画aaaREUI Rf E I n Ia E T nKEE 在高于在高于n的转速下运行的转速下运行nCnKRIU1EaanCInCKIKT2a1TaTCTnP(1)调速平滑，可得到无级调速；但只能向上调，受调速平滑，可得到无级调速；但只能向上调，受 机械本身强度所限，机械本身强度所

16、限，n不能太高。不能太高。(2)调速设备简单，经济，电流小，便于控制。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。机械特性较硬，稳定性较好。(4)对专门生产的调磁电动机对专门生产的调磁电动机,其其D D可达可达,一般一般D=2n0n0Tcn0nT0KTnTKKRKUnETE 02a)(a一定一定和和R(1)工作时电压不允许超过工作时电压不允许超过，而，而,所以调速所以调速 只能向下调只能向下调。(2)机械特性较硬，并且电压降低后硬度不变，稳机械特性较硬，并且电压降低后硬度不变，稳 定性好。定性好。(4)均匀调节电枢电压，可得到平滑无级调速。均匀调节电枢电压，可得到平滑

17、无级调速。(5)调速范围较大。一般调速范围较大。一般D=8D=810U Ia n E Ia (3)属于恒转矩调速。属于恒转矩调速。nn0TnnTKKRRKUn02ETaE特点：特点：(1)设备简单，操作方便。设备简单，操作方便。(2)机械特性软，稳定性差。机械特性软，稳定性差。(4)能量损耗大，只用于小型直流机。能量损耗大，只用于小型直流机。TL(3)调速范围较小，一般调速范围较小，一般D=22.5 有一他励电动机，有一他励电动机，已知已知U=220V,Ia=53.8A,n=1500r/min Ra=0.7 。今将电枢电压。今将电枢电压降低一降低一 半，而负载转矩不变，问转速降低多少？半，而负

18、载转矩不变，问转速降低多少？解解:由由可知，在保持负载转矩和励磁可知，在保持负载转矩和励磁电电 流不变的条件下，电流也保持不变。流不变的条件下，电流也保持不变。53.80.722053.80.7110IRUIRUEEE/K/KEnnaaaaEE4.0 有一他励电动机，有一他励电动机，已知已知:Ia=68.5A,PN=13KW nN=1500r/min Ra=0.225 。UN=220V(1)采用电枢串电阻调速，使采用电枢串电阻调速，使n=1000r/min，应，应串入多大的电阻？串入多大的电阻？(2)采用降压调速，使采用降压调速，使n=1000r/min，电源电压，电源电压应降为多少？应降为多

19、少？(3)采用弱磁调速，采用弱磁调速，电动机的转速，电动机的转速为多少？能否长期运行？为多少？能否长期运行？(4)如要求静差率如要求静差率30%，NEaaNKR)I(RUn(1)采用电枢串电阻调速时，当采用电枢串电阻调速时，当=N,T=TN时时Ia=68.5A,根据根据NEaaNNKIRUn1500100068.50.22522068.5R)(0.225220IRUR)I(RUnnaaNaaNN0.995R NEaaKIRUn(2)降压调速时，当降压调速时，当=N,T=TN时时Ia=68.5A,根据根据NEaaNNKIRUn1500100068.50.22522068.50.225UIRUIR

20、UnnaaNaaNV8.511U(2)弱磁调速时，当弱磁调速时，当=0.85 N,T=TN时时,根据根据80.59A0.85IINamin/1741rn1I0.85III0.85IITTaNaaNNaNaNNaN1500n0.8568.5)0.225(22080.2252)/KIR(U)/KIR(UnnNEaNaNEaaNN59.020电动机不能长期运行电动机不能长期运行(4)额定条件下，固有特性额定条件下，固有特性根据根据1364.0nRIUKNaNNNE113r/min15001613nnnN0N1613r/min0.1364220KUnNEN0额定负载允许的转速降为额定负载允许的转速降为

21、电枢串联电阻调速时，电枢串联电阻调速时，n0不变，不变，30%nn0N时时484r/min16130.330%nn0N允许的最低转速为允许的最低转速为1129r/min4841613n-nnN0min调速范围为：调速范围为：1.3311291500nnnnDminNminmax降压调速时，降压调速时，nN不变，不变，30%nn0N允许的最低理想空载转速降为允许的最低理想空载转速降为时时376.7r/min0.3113nnN0允许的最低转速为允许的最低转速为263.7r/min113376.7n-nnN0min调速范围为：调速范围为：5.69263.71500nnnnDminNminmax制动方

22、法制动方法机械制动机械制动电气制动电气制动能耗制动能耗制动反接制动反接制动发电反馈制动发电反馈制动 能耗制动时，电动机励磁电流不变，电枢电压能耗制动时，电动机励磁电流不变，电枢电压U=0U=0UfIaM+_+_IffR stRaaaRREREUI 因为电枢电流方向改变，因为电枢电流方向改变，所以电磁转矩方向也改变，为所以电磁转矩方向也改变，为制动转矩。制动转矩。此时机械特性方程为此时机械特性方程为TKKRRn2TEsta可见可见T=0 时，时，n=0;T0时，时，n0;T0;所以，所以，机械特性应在二、四象限，并通过原点。机械特性应在二、四象限，并通过原点。nn0TTLAB-TU=0Ia 反向

23、反向反向为制动转矩反向为制动转矩n nKEE aaREUIRREU-Iaa因为电枢电流方向改变，所以电磁转矩方因为电枢电流方向改变，所以电磁转矩方向也改变，为制动转矩。向也改变，为制动转矩。TKKRRn2TEsta0n 此时机械特性方程为此时机械特性方程为-n0n0TTLAB-TC-UIa 反向反向反向为制动转矩反向为制动转矩n nKEE TKKRRn2TEa0n 此时机械特性方程为此时机械特性方程为n=0n0TTLACBD-nUUfIaM+_+_IffR RK 当当K闭合时，电动机为正向闭合时，电动机为正向电动运行（提升重物）为使电动运行（提升重物）为使重物下放，断开重物下放，断开K，n=0

24、n0TTLACBD-naaRE)UI(电枢电流方向不变，所以电枢电流方向不变，所以电磁转矩方向也不变，但与电磁转矩方向也不变，但与n的方向相反，为制动转矩。的方向相反，为制动转矩。电枢电流电枢电流在电枢串入较大的电阻，使（在电枢串入较大的电阻，使（n=0时的电磁转矩时的电磁转矩T)小小于负载转矩于负载转矩TL，这样在位能负载转矩，这样在位能负载转矩TL的作用下，的作用下，时电动机反转（时电动机反转（n为负，下放重物）。一直到为负，下放重物）。一直到D点稳点稳定运行定运行aaREUI电枢电流电枢电流电枢电流方向改变，所以电磁转矩方向也电枢电流方向改变，所以电磁转矩方向也改变，为制动转矩。改变，为

25、制动转矩。n0T-TLB 串励电动机的启动方法与他励电动机一样，串励电动机的启动方法与他励电动机一样，采用电枢串电阻和降压启动。采用电枢串电阻和降压启动。2aTaTIKIKT但但启动转矩较大启动转矩较大 串励电动机的调速方法与他励电动机一样，串励电动机的调速方法与他励电动机一样，采用电枢串电阻和降压启动和弱磁调速。其原理采用电枢串电阻和降压启动和弱磁调速。其原理与他励电动机相同。与他励电动机相同。串励电动机由于理想空载转速无穷大，所以没串励电动机由于理想空载转速无穷大，所以没有回馈制动运行状态，只能进行能耗和反接制动。有回馈制动运行状态，只能进行能耗和反接制动。1.电机轴上输出的机械功率。电机

26、轴上输出的机械功率。2.额定工作情况下的电枢上加额定工作情况下的电枢上加 的直流电压。（例：的直流电压。（例：110V，220V，440V）3.额定电压下轴上输出额定功额定电压下轴上输出额定功 率时的电流（并励包括励磁和电枢电流）。率时的电流（并励包括励磁和电枢电流）。（：效率）：效率）4.额定转速额定转速nN:在在PN,UN,IN 时的转速。时的转速。直流电机的转速一般在直流电机的转速一般在500500r/min 以上。特以上。特 殊的直流电机转速可以做到很低（如每分殊的直流电机转速可以做到很低（如每分 钟几转）或很高（每分钟钟几转）或很高（每分钟30003000转以上）。转以上）。调速时对

27、于没有调速要求的电机，最大转速调速时对于没有调速要求的电机，最大转速 不能超过不能超过1.2nN。(3)恒功率负载（恒功率负载（P 一定时，一定时，T和和n 成反比成反比)，要选，要选 软特性电机拖动。如：电气机车等。软特性电机拖动。如：电气机车等。(1)恒转矩的生产机械恒转矩的生产机械(TL一定，和转速无关一定，和转速无关)要选要选 硬特性的电动机，如：金属加工、起重机械等。硬特性的电动机，如：金属加工、起重机械等。(2)通风机械负载，机械负载通风机械负载，机械负载 TL 和转速和转速 n 的平方的平方成正比。这类机械也要选硬特性的电动机拖动。成正比。这类机械也要选硬特性的电动机拖动。直流电

28、机有四个出线端，电枢绕组、励磁绕组直流电机有四个出线端，电枢绕组、励磁绕组各两个，可通过标出的字符和绕组电阻的大小各两个，可通过标出的字符和绕组电阻的大小区别。区别。电枢绕组的阻值在零点几欧姆到电枢绕组的阻值在零点几欧姆到12欧姆。欧姆。他励他励(并励并励)电机的励磁绕组电机的励磁绕组的阻值有的阻值有几百欧姆几百欧姆。串励电机的励磁绕组串励电机的励磁绕组的阻值的阻值与电枢绕组的相当与电枢绕组的相当。电枢绕组电枢绕组的阻值在的阻值在零点几欧姆到零点几欧姆到12欧姆。欧姆。S1T1B1C1H1 BC1Q1S2T2B2C2H2 BC2Q2电枢绕组电枢绕组他励绕组他励绕组并励绕组并励绕组串励绕组串励绕组 换向极绕组换向极绕组补偿绕组补偿绕组起动绕组起动绕组