三 直流电机及拖动

他励直流电动机的功率流程图
任务二 直流电机的电势、转矩和功率
四、直流电动机的基本方程式
3.转矩平衡方程式
T2 T T0
式中 T ——电动机电磁转矩; T2 ——电动机轴上输出的机械转矩； T0 ——空载转矩。
因为空载转矩通常为电动机额定转矩的2%～5%， 所以在重载或负载下通常忽略不计，则负载转矩 与电磁转矩近似相等。
任务一 认识直流电机
三、直流电机的铭牌、型号和额定值
3.额定值
（1）额定功率：指电机在额定情况下，长期运行所允许 的输出功率。 （2）额定电压：指在额定运行状态下，电机出线端的电 压值。 （3）额定电流：电机在额定运行时的电流值，对于发电 机是指额定运行时供给负载的额定电流。 （4）额定转速：指电机在额定电压、额定电流和额定输 出功率时转子旋转的速度，单位为r/min。 （5）励磁方式：是主极励磁绕组与电枢绕组的连接以及 供电方式，有他励、并励、串励和复励等。
直流电机模型
任务一 认识直流电机
二、直流电机的基本工作原理
2.直流电动机的工作原理
直流电机模型
直流电动机的工作 原理是：直流电动机在 外加电压的作用下，在 导体中形成电流，载流 导体在磁场中将受电磁 力的作用，由于换向器 的换向作用，导体进入 异性磁极时，导体中的 电流方向也相应改变， 从而保证了电磁转矩的 方向不变，使直流电动 机能连续旋转，把直流 电能转换为机械能输出。
任务四 直流电动机的运行
一、直流电动机的起动
1.全压起动
UN I st Ra
Tst CT N I st
由于电枢回路电阻阻值很小，所以直接起 动的电流很大，通常是额定电流的10~20倍，启 动转矩也很大，过大的起动电流会引起电网电 压下降，影响同一电网上的其他用户的正常工 作，同时电动机自身的换向器产生剧烈火花， 起动转矩过大将使生产机械和传动机构受到强 烈冲击而损坏。因此，除小容量直流电动机外， 不允许全压起动。一般规定启动电流不得超过 额定电流的1.5~2.5倍。
任务一 认识直流电机
三、直流电机的铭牌、型号和额定值
1.铭牌
直流电机的铭牌
任务一 认识直流电机
三、直流电机的铭牌、型号和额定值
2.型号
（1）老型号 Z3—42 Z——产品代号，Z表示直流电动机 3——设计序号，表示第三次设计 42——规格代号，4号机座，2号铁芯。 （2）新型号 Z4—200—21 Z4——系列代号，直流电动机，第四次设计 200——电机中心高（mm） 2——电枢铁芯长度代号 1——端盖代号
3.自励电机 （2）串励电机
串励直流电动机
任务一 认识直流电机
四、直流电动机的分类
3.自励电机 （3）复励电机
复励电机
任务二 直流电机的电势、转矩和功率
一、直流电机的电枢电动势
根据电磁感应定律，导体在磁场中运动切割磁力线产生感应电动势，其大小为：
直流电机的一条支路是由许多根有效导体串联而成的，用N表示有效导体总数，则一 条支路串联的有效导体数为N/2a，其中a为并联支路对数。直流电机转速通常用n表示， Da n 2pn 而 v 60 60 D a ——电枢的直径； 式中： ——极距 p——极对数； v ——导体切割磁力线的线速度； n ——电机转速。 如果把磁密B用每个磁极下的平均磁密表示，则每极主磁通为： Bav S Bavl 由上述三个公式可得：
任务二 直流电机的电势、转矩和功率
二、直流电机的电磁转矩
2p I a Da Np T NTav N l I a CT I a Da l 2a 2 2a
该电磁转矩对于电动机来说是驱动转矩，是由 电源供给电动机的电能转换来的，能够拖动负载运 动；对发电机来讲是制动转矩，原动机必须克服电 磁转矩才能使电枢转动而发出电能。
e Blv
任务二 直流电机的电势、转矩和功率
一、直流电机的电枢电动势
Ea N 2pn Np l n C e n 2a l 60 60a
T ——电磁转矩； 式中：
Ce C e ——电动机转矩常数； Np 。 60a
直流电机的电枢电动势对直流发电机和直流电 动机都适用，对于直流发电机来讲，是电源电动势， 向外电路供电，电流方向和电动势方向一致；对于 电动机来讲，是反电动势，与外加电源电流方向相 反，用来与外加电压相平衡。
任务二 直流电机的电势、转矩和功率
三、直流电机的电磁功率
Np 2 n Np P T I a nI a Ea I a 2 a 60 60a
电磁功率这个物理量，从机械角度讲是电磁转 矩与角速度的乘积；从电的角度讲是电枢电动势与 电枢电流的乘积。在实际中的直流电机因为存在功 率损耗，所以电磁功率总是小于输入功率而大于输 出功率。
转子通常称为电枢，是产生感应电动势、电 流、电磁转矩，实现能量转换的部件。由电枢铁 芯、电枢绕组、换向器、风扇和轴等组成。 是直流电机磁路的一部分，用来嵌放电枢绕组。 电枢绕组的作用是通过电流产生感应电动 势和电磁转矩，从而实现能量转换。
（1）电枢铁芯 （2）电枢绕组
（3）换向器
作用是将电枢中的交流电动势和电流，转换 成电刷间的直流电动势和电流，保证所有导体上 产生的转矩方向一致。
任务四 直流电动机的运行
一、直流电动机的起动
2.降压起动 降压起动是指在起动前，降低加在电动机电枢绕组两端的电 压，以减小起动电流，随着电动机转速的升高，逐步增加直流电 压的数值，直到电动机起动完毕，加在电动机上的电压即是电动 机的额定电压。 为了使起动电流限制在（1.5~2.5） 以内，则起动电压应 为：
任务一 认识直流电机
三、直流电机的铭牌、型号和额定值
3.额定值
（6）额定励磁电压：指加在励磁绕组两端的额定电压， 单位为V。 （7）额定励磁电流：指电机额定运行时所需要的励磁电 流，单位为A。 （8）定额（工作方式）：电机在额定状态运行时能持续 工作的时间和顺序。分为连续、短时和断续三种，分别用 S1、S2、S3表示。 （9）温升：电机各发热部分的温度与周围冷却介质温度 之差称为温升。 （10）绝缘等级：表示电机各绝缘部分所用的绝缘材料的 等级。
（2）机械特性斜率随的增大而 增大，特性曲线变软。如图3-16 所示为不同时的一组人为机械特 性曲线。
任务三 直流电动机的机械特性
三、人为机械特性
2.改变电源电压时的人为机械特性
Ra U n T 2 Ce N CeCT N
（1）理想空载转速正比于电压， 下降时，成正比例减小； （2）特性曲线斜率不变，如图317所示为调节电压的一组人为机 械特性曲线，是一组平行直线。
（1）机座
（2）主磁极
（3）换向磁极
位于两个主磁极之间，又称附加磁极。作用 是产生换向磁场，改善电机的换向。由换向磁极铁 芯和换向磁极绕组组成。 它的作用是使旋转的电枢绕组与固定不动的 外电路相连接，将直流电流引入或引出。由电刷、 刷握、刷杆座和压力弹簧等组成。
（4）电刷装置
任务一 认识直流电机
2.转子（电枢）部分
（2）由于电枢回路没有串联电阻， 很小，则很小，即很小，因此机械 特性曲线是一条略微下降的直线， 所以固有机械特性为硬特性。
任务三 直流电动机的机械特性
三、人为机械特性
1.电枢回路串电阻时的人为机械特性
Ra Rpa UN n T 2 Ce N CeCT N
（1）理想空载转速保持不变；
（b）直流电动机
项目三 直流电机及拖动
直流发电机的作用是将机械能转换为直流电能， 可以作为电解、电镀、电焊以及自动控制系统的直 流电源
（a）电解铝车间
（b）电镀车间
项目三 直流电机及拖动
直流电动机的作用是将直流电能转换成机械能， 直流电动机结构较复杂，使用、维护较麻烦，价格也 较贵，但是由于其启动、调速性能较好，仍广泛应用 于轧钢机、高炉卷扬机、电力机车、城市电车、电动 自行车、造纸和金属切削等工作负载变化较大、要求 频繁地启动、改变方向、平滑地调速的生产机械上。
用来传递转矩，一般用合金钢锻压加工而成。
（4）转轴
（5）风扇
用来降低运行中电机的温升。
任务一 认识直流电机
二、直流电机的基本工作原理
•
1.直流发电机的工作原理
直流发电机的工作 原理是：直流发电机在 原动机拖动下旋转时， 电枢上的导体切割磁力 线产生交变电动势，再 通过换向器的整流作用， 在电刷间获得直流电压 输出，从而实现了将机 械能转换成直流电能的 目的。 。
任务三 直流电动机的机械特性
三、人为机械特性
3.改变磁通时的人为机械特性
UN Ra n T 2 Ce CeCT
（1）理想空载转速与磁通成反比， 减弱磁通则升高；
（2）斜率与磁通二次方成反比， 减弱磁通使斜率增大。
任务四 直流电动机的运行
一、直流电动机的起动
直流电动机由静止状态加速达到正常运转的过程， 称为起动过程或简称起动。生产机械对直流电动机 的起动有下列要求： （1）起动转矩要足够大，电动机才能顺利启动。 （2）起动电流不可太大。 （3）起动设备简单，启动时间短，运行可靠，成 本低。 直流电动机的起动方法有：全压起动、降压起动 和电枢回路串电阻起动三种。
任务二 直流电机的电势、转矩和功率
四、直流电动机的基本方程式
1.电动势平衡方程式
U Ea I a Ra
（a）结构示意图 （b）电路图 他励直流电动机结构示意图和电路图
任务二 直流电机的电势、转矩和功率
四、直流电动机的基本方程式
2.功率平衡方程式
P 2 P em P Fe P m P em P 0 P 1P Cua P 0 P 1 P
任务一 认识直流电机
二、直流电机的基本工作原理
3.直流电机的可逆性原理
同一台电机，既能作发电机运行，又能作电动 机运行，称为直流电机的可逆原理。 当直流电机作为发电机运行时，外加转矩拖动 转子旋转，线圈产生感应电动势，接通负载以 后提供电流，从而将机械能转变成电能。当作 为电动机运行时，通电的线圈导体在磁场中受 力，产生电磁转矩并拖动机械负载转动，从而 将电能转变成机械能。