第5章 直流电动机及其应用(教育课件)

图5-5 换向器结构示意图
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5.1.2 直流电动机的工作原理
流电动机也是由磁路和电路两个基本部分 组成的。
它的工作原理仍以电磁力定律和电磁感应 定律为基础。
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图5-6 直流电动机的工作原理图
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5.1.3 直流电动机的反电动势和电磁转矩
Ea＝KeΦn
（5-1）
式中，Ke —电动势常数，由电动机本身
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5.1.1 直流电动机的结构
直流电动机主要由定子（固定部分）和 电枢（旋转部分）两大部分组成。
图5-1所示为直流电动机的结构图。
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图5-1 直流电动机的结构图
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1．定子
定子主要由主磁极、换向磁极、机座、端 盖、电刷装置等部件组成。
（1）主磁极 主磁极的作用是产生主磁场。
机的机械功率，如果不计摩擦损耗，它也就
是电动机的输出功率；
RaIa2—电枢绕组的铜耗； UIa —电源供给的电功率（不计铁耗）。
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直流电动机的电磁转矩（T）与每极磁通
（Φ）和电枢电流（Ia）成正比：
T = KTΦIa
（5-5）
式中，KT —转矩常数，取决于电动机的
结构。
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第五章 直流电动机及其应用
5.1 直流电动机的结构和工作原理 5.2 直流电动机的励磁方式 5.3 直流电动机的启动、反转和调速 5.4 无刷直流电机 5.5车用直流起动机 5.6 典型汽车电动机控制电路
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5.1 直流电动机的结构和工作原理
5.1.1 直流电动机的结构 5.1.2 直流电动机的工作原理 5.1.3 直流电动机的反电动势和电磁 转矩 5.1.4 直流电动机的转矩平衡 5.1.5 直流电动机的铭牌
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3．额定功率
额定功率（PN）指电动机额定运行时，轴
上输出的机械功率。即
PN = UNIN N 式中，N —额定效率。
（5-7）
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4．额定转速
额定转速（nN）指电动机额定运行时的转
速。
根据铭牌上一些物理量的额定值，可以计
算另一些物理量的额定值，则额定转矩为
TN
9
550
PN nN
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图5-10 串励直流电动机的等效电路图
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图5-9 并励直流电动机的机械特性曲线
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5.2.3 串励直流电动机
串励直流电动机的励磁绕组和电枢绕组 串联后，由一个电源供电，其等效电路如图 5-10所示。
可见串励直流电动机的励磁电流就是电 枢电流，其数值为
Ia
If
U Ea Ra Rf
（5-11）
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5.2.1 他励直流电动机
励磁电流为
If
Uf Rf
式中，Uf — 励磁电压； Rf — 励磁电阻（包括励磁绕组电阻和
励磁调节电阻）。
为了能用较小的电流产生足够的磁场，
励磁绕组匝数很多，导线截面很细，所以Rf 比较大，一般的关系是RfRa。
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图5-7 他励直流电动机的等效电路图
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5.2.2 并励直流电动
并励直流电动机的励磁绕组与其电枢电
路并联后，共同由一个直流电源供电，其等
效电路如图5-8所示，这时电源输出的电流等
于电枢电流与励磁电流之和，即
I = Ia+If
（5-9）
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图5-8 并励直流电动机的等效电路图
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5.1.4 直流电动机的转矩平衡
直流电动机的稳定运行状况取决于负载 的大小；当负载发生变化时，电动机的转速、 电流、转矩都将自动地作相应的变化来达到 新的平衡。
转速公式可由式（5-1）和式（5-3）得 出
n Ea U Ra Ia
Ke Ke
（5-6）
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5.1.5 直流电动机的铭牌
的结构所决定。
直流电动机运转时，电枢中的电流为
Ia
U
Ea Ra
式中，U —外加电压；
Ra —电枢绕组的电阻。
（5-2）
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于是得 U = Ea+RaIa （5-3）
这是直流电动机的电压平衡方程式，显
然Ea＜U。上式两边乘以电流（Ia），即得功
率平衡方程：
UIa = EaIa+RaIa2 （5-4） 式中，EaIa —电磁功率，它转化为电动
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图5-2 主磁极结构图
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（2）换向磁极 在相邻的主磁极之间装有换向磁极，它
也是由铁芯和绕组构成。 其作用是消除或减小换向时的火花，保
护换向器，使电动机可靠安全的运行。
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（3）机座
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图5-3 机座结构图
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（4）电刷装置
电刷装置一般由电刷、刷握、引线、电刷 弹簧等构成。
（5-8）
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5．励磁方式
励磁方式是指励磁绕组的供电方式，励磁 方式与电动机的性能有密切关系。
直流电动机有他励、并励、串励和复励４ 种励磁方式。
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5.2 直流电动机的励磁方式
5.2.1 他励直流电动机 5.2.2 并励直流电动机 5.2.3 串励直流电动机 5.2.4 复励直流电动机
额定数据主要有如下几个。
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1．额定电压
额定电压（UN）指直流电动机额定运行时，
电枢绕组外接电源的电压，也是电动机安全工 作的最高电压。
2．额定电流
额定电流（IN）指直流电动机额定运行
时，电枢绕组流过的直流电流，也是电动机按 规定长期额定运行时电枢绕组可以通过的最大 电流。
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2．电枢
直流电动机的转子是电动机实现能量转换 的枢纽，所以常称之为电枢。
电枢部分包括电枢铁芯、电枢绕组、换向 器、转轴、轴承、风扇等。
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（1）电枢铁芯 （2）电枢绕组
图5-4 小型直流电动机电枢冲片和电枢铁芯示意图
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（3）换向器
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直流电动机的铭牌上标明其型号、额定 数据和励磁方式等。
型号主要说明产品代号和规格代号。 例如，型号为Z-132L-TH的直流电动机， 说明此直流电动机是中心高为132mm，长机座， 适用于湿热带地区使用的普通直流电动机。
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直流电动机在标准环境温度下，带额定 负载、按规定励磁方式励磁且使励磁电流为 额定值、电枢绕组加额定电压时的运行方式， 称为额定运行。