第6章直流电动机及其拖动

他励电动机在负载 变化时， 转速 n 的 变化不大。—硬机械 特性（自然特性）。
N
0
TN
T
改变电枢电压和电枢回路串电阻可得人工特性曲线
分析： 当外加电枢电压 U 一定，T=TC (平衡)， 若TC 突然增加，则调整过程为： E K EΦ n E n TC T
T KTΦ I a
Ia
使用调磁调速时应注意： 1）若调速后 Ia 保持不变，则高速运转时负载 转矩必须减小。 2）这种调速方法只适用于恒功率调速。
四. 制动 制动的所采用的方法： 反接制动、能耗制动、发电回馈制动
1）反接制动
电阻 R 的作用 是限制电源反 接制动时电枢 的电流过大。
+
U
–
运行
R If
M
Uf
制动
2）能耗制动 — 电枢断电后立即接入一个电阻。
通电线圈在磁场的作用下，产生电磁力（左手 定则），使线圈逆时针旋转。
电刷 +
U – 换向片
F E
c b
N
d a
S
I I
E
F
1. 电枢中的感应电动势 KE：与电机结构有关的常数 E K EΦ n n：电动机转速 ：磁通 电枢反电动势E的大小和磁通、转速成正比， 单位： （韦伯），n（转/每分），E（伏） 若想改变E，只能改变 或 n
6.5 并励(他励)电动机的调速
与异步电动机相比，直流电动机结构复杂， 价格高，维护不方便，但它的最大优点是调速 性能好。 直流电动机调速的主要优点： 1.调速均匀平滑，可以无级调速(注：异步机 改变极对数调速的方法叫有级调速)。 2.调速范围大，调速比可达200 以上（调速比 等于最大转速和最小转速之比），因此机械 变速所用的齿轮箱可大大简化。
n n0 n
Ra U n T n0 n n0 KT 2 K EΦ K T K EΦ
U 式中： n0 : 理想空载转速 T 0, n n ) ( 0 K EΦ Ra n T : 转速降 2 K T K EΦ n n0 动画 n= f (T) 特性曲线 n
一、构造
励磁 绕组
机座
磁极
转子
励磁式直流电动机的构造
直流电机由定子、转子和机座等部分构成。
1. 定子 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。 励磁的定义：磁极上的线圈通以直流电 产生磁通，称为励磁。 2. 转子（电枢） 由铁芯、绕组（线圈）、换向器组成。
TL
T
Ra U T n n0 n 其中 n0 ， n 2 K EΦ KT K EΦ
调速过程: U一定,则 Rf

E
E
n
I a
Ia
T
暂时 T > TL
最后达到新的平衡
减小 调速的特点： 1）调速平滑，可做到无级调速，但只能向 上调，受机械本身强度所限，n不能太高。 2）调的是励磁电流（该电流比电枢电流小 得多），调节控制方便。
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。
2. 电枢回路电压平衡方程 E与通入的电流方向相反，所以称反电势。
U E I a Ra K E n I a Ra
式中：U — 外加电压
Ra — 绕组电阻
+
Ra
Ia
+
M E
U
–
–
U I a Ra 由转速公式: n K E 可见直流电机调速方法有三种。 1.改变电枢电压调速 (和Ra一定 )
Ra U n T n0 KT 2 K EΦ K T K EΦ n0 n 由转速特性方程知： n0' n0" 调电枢电压U，n0 变化，但斜率不变， 所以调速特性是一 TN 组平行曲线。 0 特性曲线
3. 改变磁通调速（调磁）
Ra U n T 2 K EΦ K T K EΦ
由公式可知: n 和 有关，在 U 一定的情况下，改变 可改变 n 。在励磁回路串上电阻Rf，改变 Rf大小可调节励磁电流，从而改变 的大小。
Ra U T If的调节有两种情况： n 2 K EΦ K T K EΦ • Rf If n ，但在额定情况下， 已接近饱和，If 再加大，对 影响不大， 所以这种增加磁通的办法一般不用。 • Rf If n ，减弱磁通是常用 n0 ' ' n 的调速方法。 （ Rf n0 ' 增 减 改变磁通调速的方法: n0 加 小 一般只采用减少励磁电 ） 流的方法调速。
第6章 直流电动机及其拖动
6.1 直流电机的构造 6.2 直流电机的基本工作原理
6.3 直流电动机的机械特性 6.4 并励电动机的起动与反转
6.5 并励(他励)电动机的调速 6.6 串励直流电动机
第6章
本章要求：
直流电动机
1、了解直流电动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
1) 若电动机原本静止，由于励磁转矩 T = KT Ia = 0 ，电机将不能起动，因此， 反电动势为零，电枢电流会很大，电枢绕 组有被烧毁的危险。 2）如果电动机在有载运行时磁路突然断开， 则 E ，Ia ，T 和 ，可能不 满足TL的要求，电动机必将减速或停转， 使Ia更大，也很危险。 3）如果电机空载运行，可能造成飞车。 E Ia T >> T0 n飞车
例：已知他励电动机的 PN=2.2KW, UN=220V ,IaN=12.4A Ra=0.5 , nN=1500r/min。 求：
（1）TL=0.5TN 时, n=? 解：（1） TL=0.5TN 时 （2） =0.8 N 时, n=?
E K EΦ n
E U I a Ra 220 0.5 12.4 K EΦ 0.143 n nN 1500 PN 2.2 TN 9550 9550 14Nm nN 1500 TN KTΦ I a TN 14 KTΦ 1.13 I a 12.4
4. 转矩平衡关系 电磁转矩T为驱动转矩，在电机运行时，必须 和外加负载和空载损耗的阻转矩相平衡，即
T T2 T0
转矩平衡过程：
T2： 负载转矩 T0 ：空载转矩
当负载转矩T2 发生变化时，通过电机转速、 电动势、电枢电流的变化，电磁转矩自动调整 以实现新的平衡。
例：设外加电枢电压 U 一定，T=TC (平衡)， 此时，若TC突然增加，则调整过程为： TC T
2. 电枢回路串电阻调速
Ra U n T n0 n 2 K EΦ K T K EΦ
n 在电枢中串入电阻， 使 n 、 n0不变，即 n0 电机的特性曲线变陡 (斜率变大)，在相同 力矩下，n
Ra
Ra + R
T
这种调速方法耗能较大，只用于小型直流机。 串励电机也可用类似的方法调速。
由公式可知: 若忽略绕组中的电阻Ra，则 U E K EΦ n ， 可见，当外加电压一定时，电机转速和磁通成 反比，通过改变 可调速。
3. பைடு நூலகம்磁转矩
T KTΦ I a
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
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) 改变电机旋转的方向：改变电枢电流的方向或者 改变磁通的方向。
2.限制 Iast的措施： 1）起动时在电枢回路串电阻。
I ast UN ( 2 ~ 2.5) I N Ra Rst
2）起动时降低电枢电压。 3.注意事项 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 产生以下事故：
电 压 降 低
T
改变电枢电压调速的特点 1) 工作时电枢电压不允许超过UN ，而 n U， 所以调速只能向下调。 2）均匀改变电枢电压，可得到平滑无级调速。 3）调速幅度较大。
说明：改变电压的调速方法必须有连续可调的大功 率直流电源，这种调速方法适用G - M（发电机-电 动机）系统。G-M 系统通过改变直流发电机的励磁 电流来改变发电机的输出电压，发电机的输出电压 再去控制电动机的电枢电压。这种方法投资大，目 前广泛使用的方法是可控硅整流电路调节电枢电压。
二、反转 直流电动机的转动方向由电磁力矩的方向确定 改变直流电机转向的方法： 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。
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。
U
M
U
M 复励
串励
6.2
直流电机的基本工作原理
电刷 +
b
N
a
I I
d
U
– 换向片 直流电源
c
S
电刷
线圈
换向器
电流方向：上半边向里，下半边向外。如图所示。
电刷 +
U – 换向片
F
c b T
n
N
d a
S
I I
F
注意：换向片和电源固定联接，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。电刷压在换向片上。
– U +
If
K
M
运行 制动
R
Uf
停车时，电枢从 电源断开,接到电 阻上，这时：由 于惯性电枢仍保 持原方向运动， 感应电动势方向 也不变，电动机