第一节 直流电动机(一)

一、直流电动机的结构
直流电动机是借助电 刷和换向器的作用，把电源 的直流电转变为电枢绕组中 的交流电，保持电磁转矩的 方向不变，确保直流电动机 朝一定的方向连续旋转。 直流电动机外形如图 3-1所示。直流电动机的结 构可以分为定子和转子两大 部分，定子和转子之间有空 气隙。 图3-1 直流电动机的外形图
直流电动机的运行特性
（2） 串励电动机的机械特性
由于串励电动机的励磁绕组与电枢绕组串联，励磁电流等于电枢电 流，故当电枢电流Ia很小时，Φ 也很小，电磁转矩T也很小，转速n很大； 其当电枢电流Ia较大时，Φ 也较大，电磁转矩T也较大，而转速n则较小。 其机械特性与并励电动机有明显的不同，形状如一条双曲线，如图3-7曲 线1所示。
绝缘等级：表示电动机绕组及其他绝缘部分所用绝缘材料的等级。
直流电动机的结构
例3-1 一台他励直流电动机的额定值为： PN =145KW，UN=220V，nN =1450r/min ，ηN=90%， 求该电动机额定运行时的输入功率P1和电流IN。 解 额定输入功率 P 145 KW 161KW P1= 0.9 额定电流
直流电动机的结构
3. 铭牌与额定值
每台直流电动机的机座上都有一块铭牌，如图3-4所示，铭牌上标 明的数据称为额定值，是正确使用直流电动机的依据。
图3-4 直流电动机的铭牌
直流电动机的结构
型号：
Z4 – 200 - 21
端盖代号 电枢铁心长度代号动机，端盖代号 电动机中心高/mm 系列代号，直流电动机，第4次设计
直流电动机的结构
2. 转子
转子是电动机的旋转部分，通称为电枢，它是产生感应电动势和电磁 转矩，实现能量转换的部件，由电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴、风扇 等部分组成。
图3-3 电枢
直流电动机的结构
电枢铁心：电枢铁心用来嵌放电枢绕组，是直流电动机主磁 路的一部分。电枢转动时，铁心中的磁通方向不断变化，会产 生涡流损耗。 电枢绕组：电枢绕组的作用是通过电流产生感生电动势和电 磁转矩，是直流电动机进行机电能量转换的关键部件。 换向器：换向器的作用是将电枢中的交流电动势和电流转换 成电枢间的直流电动势和电流，从而保证所有导体上产生的转 矩方向一致。 转轴：转轴的作用是用来传递转矩，为了使电动机能安全、 可靠地运行，转轴一般用合金钢锻压加工而成。 风扇：风扇用来降低运行中电动机的温升。
Rsa—电枢回路串接的附加电阻
当电动机的励磁方式不同时，主磁通Φ 随负载电流 a的变化而变动的情况不同，导致不同励磁方式的直流电动机机械特 性有很大差别。
直流电动机的运行特性
（1） 并励（他励）电动机的机械特性
对于并励和他励电动机，其Φ 值基本恒定不变，电磁转矩T正比于Ia ， 而电动机转速n随Ia的增加稍有下降，故电动机转速n随电磁转矩T增加而稍 有下降，是一条略为向下倾斜的直线，如图3-6曲线1所示。
第三章 电动机与变压器
第一节 直流电动机（一）
பைடு நூலகம்
第一节 直流电动机（一）
【教学目标】 1. 了解直流电动机的结构和工作原理； 2．掌握直流电动机的铭牌数据和运行特性； 3．学会直流电动机功率的计算。 【教学重点】 直流电动机的运行特性 【教学难点】 直流电动机的机械特性
第一节 直流电动机（一）
直流电动机是将直流电能转换为机械能并输出机 械转矩的设备。与交流电动机相比，直流电动机结 构复杂，使用、维护麻烦，成本高，运行可靠性差， 但其调速性能好，起动转矩大。因此在高炉卷扬机、 起重运输机械、冶金机械等工作负载变化较大，要 求频繁地起动、反转、平滑调速的机电设备上得到 了广泛的应用。
直流电动机的结构
图3-2 直流电动机的结构图
直流电动机的结构
主磁极：主磁极用来产生电动机工作的主磁场，永磁电动机 的主磁极直接由不同极性的永久磁体组成励磁电动机的主磁极 由主磁极铁心和主磁极绕组两部分组成。 换向磁极：换向磁极是位于两个主磁极之间的小磁极，又称 为附加磁极。其作用是产生换向磁场，改善电动机的换向。它 由换向磁极铁心和换向磁级绕组组成。 电刷装置：电刷的作用是通过电刷与滑向器之间的滑动接触， 把旋转的电枢电路与静止的外电路相连接。电刷装置由电刷刷 握、刷杆、刷杆座和压力弹簧等组成。
第一节 直流电动机（一）
【课堂练习】
教材“复习思考题”：
1. 填空题第1、2、4题；
2. 选择题第1、3、4题； 3. 判断题第1题。
第一节 直流电动机（一）
【课堂小结】
一、直流电动机的原理——电磁感应原理； 二、并励式直流电动机与串励式直流电动机的 运行特性比较：
转速与转矩特性
并励式 串励式
机械特性
第一节 直流电动机（一）
【课后作业】
教材“复习思考题”
1、简答题第1、2、3题； 2、计算题第2题。
当负载变化时，电动机的转速变化不 大，这是电动机的固有机械特性，称为硬 特性。这种特性适用于在负载变化时，要 求转速比较稳定的场合，经常用于金属切 削机床、造纸机械等要求恒速的地方。
直流电动机的运行特性
如果改变电压U、磁通 Φ 或串电阻Rsa，就会改变 电动机的固有机械特性，得 到电动机的人为机械特性。 电枢串电阻Rsa后，可得到 一组放射线的直线；降低电 压后，可得到一组平行的直 线，如图3-6曲线2、3所示； 减弱磁通后，可得到一组如 图3-6曲线4所示的直线。
直流电动机的结构
1. 定子
电动机中静止不动的部分称为定子，它的主要作用是产生主磁场 和作为机械部分的支撑。定子包括机座、前端盖、后端盖、主磁极、 换向磁极和电刷装置等部分，如图3-2所示。 机座：机座有两方面的作用：一方面起导磁作用，作为电动机磁 路的一部分；另一方面起支撑作用，用来安装主磁极、换向磁极，并 通过端盖支撑转子部分。机座一般用导磁性能较好的铸钢或钢板焊接 而成，也可直接用无缝钢管加工而成。
额定转速nN：额定转速是指电压、电流和输出功率均为额定值时转子 旋转的速度，单位为r/min。 励磁方式：励磁方式是指直流电动机主磁场产生的方式。主磁场产生 的方式有两种：一种是由永久磁铁产生；另一种是由主磁极绕组通入 直流电产生。 定额（工作方式）：定额是指电动机在额定状态运行时能持续工作 的时间和顺序。电动机定额分为连续、短时和断续三种，分别用S1、 S2、S3表示。
（a）并励电动机转速及转矩 特性曲线
(b) 串励电动机转速及转矩 特性曲线
直流电动机的运行特性
2、 机械特性
n =f (T )
机械特性是指当电源电压和励磁电流（即磁通）保持不变时， 电动机的转速n 和电磁转矩T 之间的关系。它是电动机机械性能的 主要表现，是电动机的最重要特性。直流电动机的机械特性方程式 如下： R Rsa U n a T 2 Ce Ce C MΦ
U Ra I a n C eΦ
式中： Ra—电枢回路总电阻； Ia—电枢电流； Ce—电动势常数，对制造好的电动机是一个常数； Φ—主磁通。
直流电动机的运行特性
（2） 转矩特性T=f (Ia)：
转矩特性是指当加在直流电动机两端电压U不变，励磁电流If也不变时， 电磁转矩T与电枢电流Ia之间的相互关系。由公式T=CMΦ Ia 可知，对于并励 电动机，由于Φ 基本不变，T 与 Ia 近似为正比关系。如图（a）所示。当 电枢电流较大，电动机磁路饱和时，Φ 为常数，则电磁转矩与电枢电流成正 比，其特性曲线如图（b）所示。
N N
P1 103 145 103 IN A 659.1A UN 220
二、 直流电动机的运行特性
1、 工作特性
工作特性 ：直流电动机的工作特性主要是指转速特性和转矩特性。
（1） 转速特性n =f (Ia)
所谓转速特性是指当加在直流电动机两端的电压不变时，电枢电流与转 速之间的相互关系。
额定功率PN：额定功率在指在额定情况下，电动机轴上输出的机械功 率，单位为W或KW。 额定电压UN：额定电压是指电动机额定运行时，加在电动机上的电源 电压，单位为V或KV。 额定电流IN：额定电流是指电动机轴上带有额定负载时从电源输入的 电流，单位为A。 PN=UNINη N×10-3
直流电动机的结构
从机械特性曲线可知，串励电动 机具有以下特性：转速随转矩变化而 剧烈变化，其机械特性为软特性，即 在轻载时，转速很快，负载转矩增加 时，转速较慢。
直流电动机的运行特性
由于电动机空载时转速极高，因此串励电动机不允许空载或轻 载运行；由于起动转矩与电流平方成正比，因此电动机起动转矩大， 过载能力强；串励电动机也可以通过电枢串电阻，改变电源电压、 改变磁通达到人为机械特性，以适应负载和工艺的要求，电枢串电 阻后的人为机械特性如图3-7曲线2、3所示。串励电动机适用于负载 变化比较大，且不可能空转的场合，如电车、铲车、起重机、电力 机车、挖掘机等。