直流电动机原理总结

直流电动机原理及应用

直流电机控制6字原则: 启动 调速 制动

直流电动机原理部分

一、 电枢中的感应电动势

电枢通入电流后，产生电磁转矩，使电机在磁场中转动起来。通电线圈在磁场中转动，又会在线圈中产生感应电动势（用E 表示）。

根据右手定则知，反电动势E 和原通入的电流方向相反，其大小为：

Ke ：与电机结构有关的常数、Φ为励磁磁通

二、电枢绕组中电压的平衡关系

以上两公式反映的概念：

(1)电枢反电动势的大小和磁通、转速成正比，若想改变E ，只能改变Φ 或 n 。 (2)若忽略绕组中的电阻R a ，则U ≈ ,可见，当外加电压一定时，电机转速和磁通成反比，通过改变Φ 可调速。

n

K E E φ=a

a R I E U +=U ：外加电压

E

–n K E E φ=

三、电磁转矩

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。

四、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

TL：负载转矩

T0 ：空载转矩

转矩平衡过程：当负载转矩（TL）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=TL+ T0(平衡)，这时，若–TL突然增加，则调整过程为：

五、运动控制系统的基本运动方程（忽略阻尼转矩和扭转弹性转矩）

GD²——转动惯性，习惯称飞轮转矩（N.m²）

T e ——电磁转矩（N.m）

T L ——负载转矩（N.m）

a ——加速度

六、机械特性

机械特性指的是电机的电磁转矩和转速间的关系，下边以他励电机为例说明。他励电动机和并励电动机的特性一样。

Φ为励磁磁通

a

T

ΦI

K

T=

T

T

T

L

+

=

a

T

E

a

a

ΦI

K

T

Φn

K

E

R

I

E

U

=

=

+

=

T

Φ

K

K

R

Φ

K

U

n

E

T

a

E

2

-

=

即 ，其中

直流电机通过以下（人为特性）三种方法为依据进行调速

直流电动机特性类型的选择:

ΦK U

n E =0T Φ

K K R n E T a 2

=∆n

n n ∆-=0

(1) 恒转矩的生产机械(TL 一定，和转速无关）要选硬特性的电动机，如： 金属加工、起重机械等。

(2) 恒功率负载（P 一定时，T 和 n 成反比），要选软特性电机拖动。如：电气机车等。

直流电动机应用部分（启动、制动、调速）

一、直流电机启动

1、启动时,n= 0 → Ea=0，若加入额定电压，则

Iast 太大会使换向器产生严重的火花，烧坏换向器。一般Iast 限制在(2-2.5)IaN 内。

2、限制Iast 的措施：

（1）启动时在电枢回路串电阻。 （2）启动时降低电枢电压。

3、直流机在启动和工作时，励磁电路一定要接通，不能让它断开，而且启动时要满励磁。否则，磁路中只有很少的剩磁，可能产生以下事故：

（1）若电动机原本静止，由于电磁转矩 T = K T Φ Ia ，而 Φ→0 ，电机将不能启

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 Φ↓↓，

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。 Φ ↓ → E ↓ →Ia ↑ →T ↑>> T 0 → n ↑飞车 措施：

他励直流电动机一定要有失磁保护。一般在励磁绕组加失压继电器或欠流继电器。当失压或欠流时，自动切断电枢电源U 。

反转：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）或改变电枢电流的方向。 二、直流电机制动

aN

a

N

ast

I R U I >>=

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。

（2）能耗制动 — 电枢断电后立即接入一个电阻。

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，电动机变成发电机，电枢电流的方向与感应电动势相同，从而电磁转矩与转向相反，起制动作用。

(3) 发电回馈制动

特殊情况下，例如汽车下坡时、吊车重物下降时，在重力的作用下 n >n0 （ n0理想空载转速），这时电动机变成发电机，电磁转矩成为阻转矩，从而限制电机转速过分升高

三、 直流电机调速（见直流电机的调速PPT 文档）

1、电力拖动系统的调速: 1)机械调速; 2)电气调速

2、他励电动机的转速公式：

3、电气调速方法：1）调压调速；

2）电枢回路串电阻调速； 3）调磁调速 4、调速指标

f

制动

运行

制动 Φ

+-=

e s a a C R R I U n )(min

max

n n

D =