直流电动机的启动
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直流电动机 型号 额定功率 额定电压 额定电流 额定转速 定额 Z4-112/2-1 5.5kW 440V 15A 3000r/min 连续 励磁方式 励磁电压 励磁电流 额定效率 绝缘等级 出厂日期 电机厂 并励 180V 0.4A 81.2% B级 年月
例1：
一台直流电动机的额定数据为：PN=13KW，UN=220V， nN=1500r/min，ηN=87.6%，求额定输入功率PIN、额定电流IN 和额定输出转矩T2N。
四、 直流电动机的铭牌
Z2-56/4-2
铭 牌 1
(1) 型号。国产电动机的型号一般采用大写的汉语拼音字母和数 字表示电动机的结构和使用特点。 例如：
Z2
___
56 / 4—2 2号铁心长度
磁极数为4 机座中心高56mm 设计代号，表示第二次设计 Ｚ表示直流电动机
产品代号的含义如下： Z系列：一般用途直流电动机，如Z2、Z3、 Z4等系列； ZJ系列：精密机床用直流电动机； ZT系列：广调速直流电动机； ZQ系列：牵引直流电动机；
UN 220 Rst Ra 0.286 1.35 I st 134.5
二、 直流电动机的调速
1、电气传动系统 用电动机作为原动机带动生产机械的工作机构运转，完成一定 生产过程，称为电气传动。 2、生产机械的负载特性 (1)恒转矩负载特性
启动特点： （1）Ist很大，是IN的10－20倍； （2）操作简单、启动时间短，不需启动其他设备； （3）应用于容量很小的直流电动机（大型直流电机电枢电阻更小）。
例1：
一台Z2-61/4-2他励直流电动机。已知：
PN=10KW,UN=220V,nN=1500r/min,IN=53.8A,Ra=0.286Ω, 求：（1）直接启动时的启动电流。 （2）在额定磁通下启动的启动转矩。
解：
13 PIN 14.84KW N 0.876
PN
PIN 14.84103 IN 67.45A UN 220
T2 N PN 13 9550 9550 82.77N m nN 1500
五、 直流电动机的特征
电动机(并励)的基本方程式 (1)电压方程式
U E I a Ra E Ce n
作用是感应电动势、通过电枢电流。通常用绝缘导线绕成线圈， 按一定规律连接而成。
电枢绕组
（3）换向器
换向器是由多个紧压在一起的梯形铜片构成的一个圆筒，片 与片之间用一层薄云母绝缘，电枢绕组与换向片按一定规律 连接。换向器与转轴固定在一起。
（4）转轴
对于小容量直流电机,电枢铁心就装在转轴上。
三、 直流电动机的分类 直流电机的励磁方式
直流电机的主磁极
（2）换向磁极
减小电刷与换向器之间的火花。由铁心和绕组构成。换向极铁 心一般用整块钢制成，如换向要求较高，则用1.0mm～1.5mm厚 的钢板叠压而成，其绕组中流过的是电枢电流。换向极装在相邻 两主极之间，用螺钉固定在机座上。
13 16
（3）电刷装置
电刷与换向器配合可以把转动的电 枢绕组电路和外电路连接并把电枢 绕组中的交流量转变成电刷端的直 流量。电刷装置如图所示。电刷组 的个数，一般等于主磁极的个数。
I 解：（1）st UN 220 769.2 A Ra 0.286 Tst CT I st 则Tst∝Ist Ia
Tst I st TN IN I st 14.3 IN
（2)
P TN 9550 N 63.7 N m nN
Tst 14.3TN 910 4 N m .
UN 440 2820A Ra 0.156
UN 440 Rst Ra 0.156 1.31 I st 300
(2） Ist=2×IN=2×150=300A
U UN I st I a N I st I a Ra Ra Rst
（3） Ust=IstRa=300×0.156=46.8 V
例4：
PN=10kW，UN＝220V，IN＝53.8A，Ra＝ 0.286Ω,nN=1500r/min的他励电动机。试求： (1) 若直接启动， 则启动电流是多少？（2） 若要求启动电流限 制在额定电流的2.5倍，采用降压启动，则启动电压是多少?（3） 如果要求启动电流限制在额定电流的2.5倍，电枢回路串电阻启 动，则启动开始时应串入多大阻值的启动电阻？ 解：(1)
(2)转矩方程式
T T0 TL T CT I a
(3)功率方程式
T=TL?
P1=P2?
任务2
直流电动机的启动、调速、反转和制动
一、 并励（他励）直流电动机的启动 启动的含义：直流电动机的转速从0加速到稳定运行速度的整
个过程。
生产机械对启动的要求：
（1）启动电流在允许的范围内, Ist=2-2.5IN （2）启动转矩Tst>TL, Tst=2-2.5TN （3）启动时间短,符合生产技术要求 （4）启动设备简单、经济、可靠
二、 直流电动机的基本结构
直流电机由定子（固定不动）与转子（旋转）两大部分组成， 定子与转子之间有空隙,称为气隙。 定子部分包括主磁极、换向极、电刷、机座等； 转子部分包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴、风扇等。
1、定子部分
（1）主磁极
主磁极的作用是产生气隙磁场，由铁 心和绕组（励磁绕组）构成。铁心一般 由1.0mm～1.5mm厚的低碳钢板冲片叠压 而成，包括极身和极靴两部分。极靴做 成圆弧形，以使磁极下气隙磁通较均匀。 极身上面套有励磁绕组，绕组中通入直 流电流。整个磁极用螺钉固定在机座上。
ZH系列：船用直流电动机；
ZA系列：防暴安全型直流电动机； ZKJ系列：挖掘机用直流电动机； ZZJ系列：冶金起重机用直流电动机。
Z2-56/4-2
(2) 额定功率PN。指电动机在额定情况下轴上输出的机械功率。单位是kW或W
(3) 额定电压UN。在额定情况下，电动机直流电源的电压。单位是V。 (4) 额定电流IN。在额定负载时，电源输入到电动机的允许电流，单位是A。 (5) 额定转速nN。电机运行在额定电压、额定电流、额定功率时所对应的转 速，单位是r/min。 (6) 励磁。指电机的励磁方式，包含他励、并励、串励、 复励等。 (7) 励磁电压。电机在额定状态下励磁绕组两端所加的电压，对于并励的电 机，励磁电压等于电机的额定电压； 对于他励电机，励磁电压要根据情况 来定。单位是V。 (8) 励磁电流。电机产生主磁通所需要的励磁电流，单位是A。
他励：励磁绕组的电流由独立电源提供的。即励磁电路与电枢电路没有电 的连接。 并励：励磁绕组与电枢绕组并联。励磁电压等于电枢电压，励磁绕组匝数较 多，电阻较大。（是他励的特殊方式） 串励： 励磁绕组与电枢绕组串联。励磁电流和电枢电流相等。 复励：励磁绕组一部分与电枢绕组串联，另一部分与电枢绕组并联。并励绕 组匝数多而线径细，串励绕组匝数少而线径粗。
启动时，励磁电压保持额定值，电枢电压从零逐渐升高到额定值。 降压启动只能在电动机有专用电源时才采用，目前多采用晶闸管 可控直流电源作为降压启动的供电电源。
减压启动 机械特性 曲线
降压启动时启动电流小， 启动过程中能耗小， 缺点是需要 有专用电源， 设备投资大。
例3：
一台直流电机PN=60kW，UN＝440V，IN＝150A，Ra＝ 0.156Ω,nN=1000r/min，驱动额定恒转矩负载。试求： (1) 若直接启动， 则启动电流是多少？（2） 若要求Ist=2IN，采 用电枢回路串电阻启动，则启动开始时应串入多大阻值的启动 电阻？（3） 如果要求降压启动，则启动电压是多少? 解：(1) I st
解：（1）I I U N 220 769.2 A st a
Ra 0.286 UN （2） I st ' 100A Ra Rst UN 220 Rst Ra 0.286 1.914 I st ' 100
3、减压启动
减压启动是指通过暂时降低供电电压的方式启动。
I st I a
UN Ra Rst 1 Rst 2
缺点: 在启动过程中启动电阻上有能量损 耗
例2：
一台他励直流电动机，PN=10KW，UN=220V，IN＝ 53.8A，nN=1500r/min,Ra=0.286Ω,求： （1）直接启动时的启动电流 （2）若限制启动电流不超过100A，采用电枢回路串电 阻起动，则开始时应串入多大电阻？
电机控制系统的 安装调试与维修
——直流电动机的启动、调速、 反转与制动
电子课件
宁波职业技术学院海天学院 电机控制系统的安装调试与维修课程教学团队
直流电动机(Direct Current Motor ) 的启动、调速、反 转与制动 能力目标： 1、能正确分析直流电动机的工作原理 2、能根据直流电动机的结构类型，定性地分析其机 械特性 3、能定性分析直流电动机的启动、调速和制动方法 知识目标： 1、掌握直流电机工作原理 2、了解直流电机励磁的类型和调速特性 3、了解直流电机应用场合 任务1 任务2 认识直流电动机 直流电动机的启动、调速、反转和制动
Z2-56/4-2
(9) 定额。指电机在额定状态下可以持续运行的时间和顺序。 例如标有“连 续”，则表示电机可以不受时间限制连续运行;标有“25%”，则表示电机在 一个周期内工作25%的时间，休息75%的时间。
(10) 温升。 表示电机允许发热的一个限度。 温升限度取决于电机所使用的 绝缘材料。
铭牌2
直流电机的电刷装置
（4）机座
机座既可以固定主磁极、换向极、 端盖 等 ，又是电机磁路的一部分 （称为磁轭）。机座一般用铸钢或 厚钢板焊接而成，具有良好的导磁 性能和机械强度。
2、转子(电枢)部分
（1）电枢铁心 电枢铁心是电机磁路的一部分，其外圆周开槽，用来嵌放 电枢绕组。电枢铁心一般用0.5mm厚、两边涂有绝缘漆的硅钢片 冲片叠压而成，如图所示。电枢铁心固定在转轴或转子支架上。 铁心较长时，为加强冷却，可把电枢铁心沿轴向分成数段，段 与段之间留有通风孔。 （2）电枢绕组
任务1
认识直流电机
Βιβλιοθήκη Baidu
直流电动机应用图片
一、 直流电动机的工作原理
图中N和S是一对固定的（主）磁极，用来建立恒定磁场。两磁极之间有一个可以转动 的圆柱形铁心，铁心上固定着线圈abcd。线圈的ad端接在随电枢一起旋转的两片半圆形 铜片上，这两个铜片合称为换向器，换向器固定在转轴上且与转轴绝缘。铁心、线圈和 换向器组合在一起形成电枢。电刷A、B分别与换向片接触而通向外电路。 通电线圈在磁场中要受到磁场力的作用。假设电刷A与电源的正极相连，电刷B与电源 的负极相连，电流经A-d-c-b-a-B形成回路。根据左手定则，线圈ab受力向右，线圈cd受 力向左。这样就形成一个转矩，使电枢逆时针方向旋转，
I st UN 220 769.2A Ra 0.286
(2） I =2.5×I =2.5×53.8=134.5A st N
Ust=IstRa=134.5×0.286=38.5 V
（3） I =2.5×I =2.5×53.8=134.5 A st N
I st I a UN UN I st I a Ra Ra Rst
常用的启动方法
• 直接启动 • 电枢回路串电阻启动 • 降压启动
U N Ea I st I a Ra
2、电枢回路串电阻（分级）启动
（a）
（b）
图(a)所示为他励电动机的启动接线图，图中KM1、KM22分别为短接启动电 阻Rst1、Rst2的接触器。启动时，先接通励磁电源，KM合上，KM1、KM2全部 断开，启动电阻全部接入。随着转速的上升，再将启动电阻逐步切除。
他励直流 电动机的 固有机械 特性
1、直接启动 将电机直接接到额定电源的启动方法。 启动方法：先建立磁场，然后全压启动 启动计算：
E Ce n
例：一直流电机PN=0.8KW，UN=220V，IN=5A，Ra=4Ω。若电动机直接接入电 网启动，启动电流=？
I st 很大 启动转矩很大 n迅速上升 Ea 增加 I a下降 T下降 T TN 启动过程结束
例1：
一台直流电动机的额定数据为：PN=13KW，UN=220V， nN=1500r/min，ηN=87.6%，求额定输入功率PIN、额定电流IN 和额定输出转矩T2N。
四、 直流电动机的铭牌
Z2-56/4-2
铭 牌 1
(1) 型号。国产电动机的型号一般采用大写的汉语拼音字母和数 字表示电动机的结构和使用特点。 例如：
Z2
___
56 / 4—2 2号铁心长度
磁极数为4 机座中心高56mm 设计代号，表示第二次设计 Ｚ表示直流电动机
产品代号的含义如下： Z系列：一般用途直流电动机，如Z2、Z3、 Z4等系列； ZJ系列：精密机床用直流电动机； ZT系列：广调速直流电动机； ZQ系列：牵引直流电动机；
UN 220 Rst Ra 0.286 1.35 I st 134.5
二、 直流电动机的调速
1、电气传动系统 用电动机作为原动机带动生产机械的工作机构运转，完成一定 生产过程，称为电气传动。 2、生产机械的负载特性 (1)恒转矩负载特性
启动特点： （1）Ist很大，是IN的10－20倍； （2）操作简单、启动时间短，不需启动其他设备； （3）应用于容量很小的直流电动机（大型直流电机电枢电阻更小）。
例1：
一台Z2-61/4-2他励直流电动机。已知：
PN=10KW,UN=220V,nN=1500r/min,IN=53.8A,Ra=0.286Ω, 求：（1）直接启动时的启动电流。 （2）在额定磁通下启动的启动转矩。
解：
13 PIN 14.84KW N 0.876
PN
PIN 14.84103 IN 67.45A UN 220
T2 N PN 13 9550 9550 82.77N m nN 1500
五、 直流电动机的特征
电动机(并励)的基本方程式 (1)电压方程式
U E I a Ra E Ce n
作用是感应电动势、通过电枢电流。通常用绝缘导线绕成线圈， 按一定规律连接而成。
电枢绕组
（3）换向器
换向器是由多个紧压在一起的梯形铜片构成的一个圆筒，片 与片之间用一层薄云母绝缘，电枢绕组与换向片按一定规律 连接。换向器与转轴固定在一起。
（4）转轴
对于小容量直流电机,电枢铁心就装在转轴上。
三、 直流电动机的分类 直流电机的励磁方式
直流电机的主磁极
（2）换向磁极
减小电刷与换向器之间的火花。由铁心和绕组构成。换向极铁 心一般用整块钢制成，如换向要求较高，则用1.0mm～1.5mm厚 的钢板叠压而成，其绕组中流过的是电枢电流。换向极装在相邻 两主极之间，用螺钉固定在机座上。
13 16
（3）电刷装置
电刷与换向器配合可以把转动的电 枢绕组电路和外电路连接并把电枢 绕组中的交流量转变成电刷端的直 流量。电刷装置如图所示。电刷组 的个数，一般等于主磁极的个数。
I 解：（1）st UN 220 769.2 A Ra 0.286 Tst CT I st 则Tst∝Ist Ia
Tst I st TN IN I st 14.3 IN
（2)
P TN 9550 N 63.7 N m nN
Tst 14.3TN 910 4 N m .
UN 440 2820A Ra 0.156
UN 440 Rst Ra 0.156 1.31 I st 300
(2） Ist=2×IN=2×150=300A
U UN I st I a N I st I a Ra Ra Rst
（3） Ust=IstRa=300×0.156=46.8 V
例4：
PN=10kW，UN＝220V，IN＝53.8A，Ra＝ 0.286Ω,nN=1500r/min的他励电动机。试求： (1) 若直接启动， 则启动电流是多少？（2） 若要求启动电流限 制在额定电流的2.5倍，采用降压启动，则启动电压是多少?（3） 如果要求启动电流限制在额定电流的2.5倍，电枢回路串电阻启 动，则启动开始时应串入多大阻值的启动电阻？ 解：(1)
(2)转矩方程式
T T0 TL T CT I a
(3)功率方程式
T=TL?
P1=P2?
任务2
直流电动机的启动、调速、反转和制动
一、 并励（他励）直流电动机的启动 启动的含义：直流电动机的转速从0加速到稳定运行速度的整
个过程。
生产机械对启动的要求：
（1）启动电流在允许的范围内, Ist=2-2.5IN （2）启动转矩Tst>TL, Tst=2-2.5TN （3）启动时间短,符合生产技术要求 （4）启动设备简单、经济、可靠
二、 直流电动机的基本结构
直流电机由定子（固定不动）与转子（旋转）两大部分组成， 定子与转子之间有空隙,称为气隙。 定子部分包括主磁极、换向极、电刷、机座等； 转子部分包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴、风扇等。
1、定子部分
（1）主磁极
主磁极的作用是产生气隙磁场，由铁 心和绕组（励磁绕组）构成。铁心一般 由1.0mm～1.5mm厚的低碳钢板冲片叠压 而成，包括极身和极靴两部分。极靴做 成圆弧形，以使磁极下气隙磁通较均匀。 极身上面套有励磁绕组，绕组中通入直 流电流。整个磁极用螺钉固定在机座上。
ZH系列：船用直流电动机；
ZA系列：防暴安全型直流电动机； ZKJ系列：挖掘机用直流电动机； ZZJ系列：冶金起重机用直流电动机。
Z2-56/4-2
(2) 额定功率PN。指电动机在额定情况下轴上输出的机械功率。单位是kW或W
(3) 额定电压UN。在额定情况下，电动机直流电源的电压。单位是V。 (4) 额定电流IN。在额定负载时，电源输入到电动机的允许电流，单位是A。 (5) 额定转速nN。电机运行在额定电压、额定电流、额定功率时所对应的转 速，单位是r/min。 (6) 励磁。指电机的励磁方式，包含他励、并励、串励、 复励等。 (7) 励磁电压。电机在额定状态下励磁绕组两端所加的电压，对于并励的电 机，励磁电压等于电机的额定电压； 对于他励电机，励磁电压要根据情况 来定。单位是V。 (8) 励磁电流。电机产生主磁通所需要的励磁电流，单位是A。
他励：励磁绕组的电流由独立电源提供的。即励磁电路与电枢电路没有电 的连接。 并励：励磁绕组与电枢绕组并联。励磁电压等于电枢电压，励磁绕组匝数较 多，电阻较大。（是他励的特殊方式） 串励： 励磁绕组与电枢绕组串联。励磁电流和电枢电流相等。 复励：励磁绕组一部分与电枢绕组串联，另一部分与电枢绕组并联。并励绕 组匝数多而线径细，串励绕组匝数少而线径粗。
启动时，励磁电压保持额定值，电枢电压从零逐渐升高到额定值。 降压启动只能在电动机有专用电源时才采用，目前多采用晶闸管 可控直流电源作为降压启动的供电电源。
减压启动 机械特性 曲线
降压启动时启动电流小， 启动过程中能耗小， 缺点是需要 有专用电源， 设备投资大。
例3：
一台直流电机PN=60kW，UN＝440V，IN＝150A，Ra＝ 0.156Ω,nN=1000r/min，驱动额定恒转矩负载。试求： (1) 若直接启动， 则启动电流是多少？（2） 若要求Ist=2IN，采 用电枢回路串电阻启动，则启动开始时应串入多大阻值的启动 电阻？（3） 如果要求降压启动，则启动电压是多少? 解：(1) I st
解：（1）I I U N 220 769.2 A st a
Ra 0.286 UN （2） I st ' 100A Ra Rst UN 220 Rst Ra 0.286 1.914 I st ' 100
3、减压启动
减压启动是指通过暂时降低供电电压的方式启动。
I st I a
UN Ra Rst 1 Rst 2
缺点: 在启动过程中启动电阻上有能量损 耗
例2：
一台他励直流电动机，PN=10KW，UN=220V，IN＝ 53.8A，nN=1500r/min,Ra=0.286Ω,求： （1）直接启动时的启动电流 （2）若限制启动电流不超过100A，采用电枢回路串电 阻起动，则开始时应串入多大电阻？
电机控制系统的 安装调试与维修
——直流电动机的启动、调速、 反转与制动
电子课件
宁波职业技术学院海天学院 电机控制系统的安装调试与维修课程教学团队
直流电动机(Direct Current Motor ) 的启动、调速、反 转与制动 能力目标： 1、能正确分析直流电动机的工作原理 2、能根据直流电动机的结构类型，定性地分析其机 械特性 3、能定性分析直流电动机的启动、调速和制动方法 知识目标： 1、掌握直流电机工作原理 2、了解直流电机励磁的类型和调速特性 3、了解直流电机应用场合 任务1 任务2 认识直流电动机 直流电动机的启动、调速、反转和制动
Z2-56/4-2
(9) 定额。指电机在额定状态下可以持续运行的时间和顺序。 例如标有“连 续”，则表示电机可以不受时间限制连续运行;标有“25%”，则表示电机在 一个周期内工作25%的时间，休息75%的时间。
(10) 温升。 表示电机允许发热的一个限度。 温升限度取决于电机所使用的 绝缘材料。
铭牌2
直流电机的电刷装置
（4）机座
机座既可以固定主磁极、换向极、 端盖 等 ，又是电机磁路的一部分 （称为磁轭）。机座一般用铸钢或 厚钢板焊接而成，具有良好的导磁 性能和机械强度。
2、转子(电枢)部分
（1）电枢铁心 电枢铁心是电机磁路的一部分，其外圆周开槽，用来嵌放 电枢绕组。电枢铁心一般用0.5mm厚、两边涂有绝缘漆的硅钢片 冲片叠压而成，如图所示。电枢铁心固定在转轴或转子支架上。 铁心较长时，为加强冷却，可把电枢铁心沿轴向分成数段，段 与段之间留有通风孔。 （2）电枢绕组
任务1
认识直流电机
Βιβλιοθήκη Baidu
直流电动机应用图片
一、 直流电动机的工作原理
图中N和S是一对固定的（主）磁极，用来建立恒定磁场。两磁极之间有一个可以转动 的圆柱形铁心，铁心上固定着线圈abcd。线圈的ad端接在随电枢一起旋转的两片半圆形 铜片上，这两个铜片合称为换向器，换向器固定在转轴上且与转轴绝缘。铁心、线圈和 换向器组合在一起形成电枢。电刷A、B分别与换向片接触而通向外电路。 通电线圈在磁场中要受到磁场力的作用。假设电刷A与电源的正极相连，电刷B与电源 的负极相连，电流经A-d-c-b-a-B形成回路。根据左手定则，线圈ab受力向右，线圈cd受 力向左。这样就形成一个转矩，使电枢逆时针方向旋转，
I st UN 220 769.2A Ra 0.286
(2） I =2.5×I =2.5×53.8=134.5A st N
Ust=IstRa=134.5×0.286=38.5 V
（3） I =2.5×I =2.5×53.8=134.5 A st N
I st I a UN UN I st I a Ra Ra Rst
常用的启动方法
• 直接启动 • 电枢回路串电阻启动 • 降压启动
U N Ea I st I a Ra
2、电枢回路串电阻（分级）启动
（a）
（b）
图(a)所示为他励电动机的启动接线图，图中KM1、KM22分别为短接启动电 阻Rst1、Rst2的接触器。启动时，先接通励磁电源，KM合上，KM1、KM2全部 断开，启动电阻全部接入。随着转速的上升，再将启动电阻逐步切除。
他励直流 电动机的 固有机械 特性
1、直接启动 将电机直接接到额定电源的启动方法。 启动方法：先建立磁场，然后全压启动 启动计算：
E Ce n
例：一直流电机PN=0.8KW，UN=220V，IN=5A，Ra=4Ω。若电动机直接接入电 网启动，启动电流=？
I st 很大 启动转矩很大 n迅速上升 Ea 增加 I a下降 T下降 T TN 启动过程结束