电工技术第二版第7章直流电动机课件.ppt

1、 直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构复杂，维修也不便，但由直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构复杂，维修也不便，但由于它的调速性能较好和于它的调速性能较好和起动起动转矩较大，因此，对调速要求较高的生产机械转矩较大，因此，对调速要求较高的生产机械或者或者需要较大起动转矩的生产机械往往采用直流电需要较大起动转矩的生产机械往往采用直流电动机动机驱动。驱动。直流电机由直流电机由定子定子(磁极磁极)、转子转子(电枢电枢)和机和机座座等部等部分构成。分构成。IU+SbNacd 直流电从两电刷之间通入电枢绕组，电枢电流直流电从两电刷之间通入电枢绕组，电枢电流方向方向如图所示。由于换向片和电源固定联接，

2、无论如图所示。由于换向片和电源固定联接，无论线圈怎样转动，总是线圈怎样转动，总是S极有效边的电流方向向里极有效边的电流方向向里,N极有效边的电流方向向外。电动机电极有效边的电流方向向外。电动机电枢枢绕组通电绕组通电后中受力后中受力(左手定则左手定则)按顺时针方向旋转按顺时针方向旋转。U+U+电刷电刷换向片换向片U+IFFTn换向器作用：换向器作用：将外部直流电将外部直流电转换成内部的转换成内部的直流电，以保直流电，以保持转矩方向不持转矩方向不变。变。U+EETnSbNdFFacII换向片换向片电刷电刷KE:与电机结构有关的常数与电机结构有关的常数n:电动机转速电动机转速 ：磁通磁通E=KE n

3、U+EETnSbNdFFacII换向片换向片电刷电刷aaaaRInKRIEUE RaIaE+UM02TTT 设外加电枢电压设外加电枢电压 U 一定，一定，T=T2(平衡平衡)，此此时时若若T2突然增加，则调整过程为突然增加，则调整过程为达到新的平衡点达到新的平衡点(Ia 、P入入)。T2 n Ia T E nKEE aaaREUI aIKTT 7.3.1 直流电动机的分类直流电动机的分类直流电动机按照励磁方式可分为他励、并励、串励和复励四种。M+-+-U1UIaIfMU+-IaIfM+-UIa=IfMU+-Ia=If1If2（a）他励 （b）并励 （c）串励 （d）复励 按励磁方式分类接线图7

4、.3.2直流电机的铭牌数据直流电机的铭牌数据1.型号：2额定值：（1）额定功率NP 是指电机在额定运行时的输出功率。对于电动机是指轴上输出机械功率的额定值；对于发电机是指电刷间输出的额定电功率。额定功率的单位为W 或kW。（2）额定电压 指额定运行条件下，直流电动机的输入电压或直流发电机的输出电压，单位为（3）额定电流 指额定电压和额定负载时允许电机长期输入（电动机）或输出（发电机）的电流，单位为（4）额定转速 指电机在额定电压和额定负载时的旋转速度，单位为aaRIEU 励磁绕组与电枢并联励磁绕组与电枢并联由图可求得由图可求得aaREUI ffRUI aafIIII 由上分析可知：由上分析可知

5、：当电源电压当电源电压U和励磁回路的电阻和励磁回路的电阻Rf一定时一定时,励励磁电流磁电流If和磁通和磁通则则IaUM+_IffR stR+_IEnnn 0TKKRnET2a KUnE 0令：令：TKKRKUnETE2a 即：并励电动机的磁通即：并励电动机的磁通 aaaI IT TTEKnKERIEU 由以下公式由以下公式IaUM+_IffR stR+_IE转转速速降降:2aTKKRnET 理理想想空空载载转转速速:0KUnE 式中：式中：nnTKKRKUnETE 02an0nNTN改变电枢电压和电枢回路串电阻可得人工特性曲线改变电枢电压和电枢回路串电阻可得人工特性曲线动画动画n0T有一并励电

6、动机，其额定数据如下：有一并励电动机，其额定数据如下：P=22KW,UN=110V,nN=1000r/min,=0.84,并已知并已知Rf=27.5 ，Ra=0.04 ,试求试求:(1)额定电流额定电流I,额定额定 电枢电流电枢电流Ia及及额定励磁电流额定励磁电流If ;(2)损耗功率损耗功率 PaCu,及及 PO;(3)额定转矩额定转矩T;(4)反电动势反电动势E。解：解：(1)P2是输出功率，额定输入功率为是输出功率，额定输入功率为KW19.2684.02221 PPA2381101019.2631 UPI额定电流额定电流额定励磁电流额定励磁电流A45.27110ff RuI额定电枢电流额

7、定电枢电流A2344238fa III（2）电枢电路铜损）电枢电路铜损W219023404.02a2aaCu IRPW44045.272f2ffCu IRP励磁电路铜损励磁电路铜损总损失功率总损失功率W4190220002619021 PPP空载损耗功率空载损耗功率W200021904190aCu10 PPPm.N210100022955095502 nPT（3）额定转矩）额定转矩（4）反电动势）反电动势V6.10023404.0110aa IRUE太大会使换向器产生严重的火花太大会使换向器产生严重的火花,烧坏换向器；烧坏换向器；NaaNast)2010(IRUI 0 nKEE1.起动问题：起

8、动问题：(1)起动电流大起动电流大(2)起动转矩大起动转矩大 起动时，起动转矩为起动时，起动转矩为(1020)TN ,造成机械冲造成机械冲击，使传动机构遭受损坏。击，使传动机构遭受损坏。tasIT NstaNast)5.25.1(IRRUI 直流电动机在起动和工作时，励磁电路一定要直流电动机在起动和工作时，励磁电路一定要接通接通,不能让它断开不能让它断开,而且起动时要满励磁。否则，而且起动时要满励磁。否则，磁路中只有很少的剩磁，可能产生事故：磁路中只有很少的剩磁，可能产生事故：aastNstRIUR aNastst)5.25.1(RIRIU (3)如果电机在空载运行，可能造成飞车，使电机遭如果

9、电机在空载运行，可能造成飞车，使电机遭受严重的机械损伤，而且因电受严重的机械损伤，而且因电电流过大而将绕组电流过大而将绕组烧坏。烧坏。（E Ia T T0 n 飞车）飞车）例：例：串励的单相手电钻，利用励磁电流和电枢电流串励的单相手电钻，利用励磁电流和电枢电流两者的方向同时改变时而转向不变的原理，采用特两者的方向同时改变时而转向不变的原理，采用特别的串励电动机，使手电钻用单相交流电源或直流别的串励电动机，使手电钻用单相交流电源或直流电源供电均可。电源供电均可。电磁转矩：电磁转矩：n0n0Tcn0nT0)(a一定一定和和R(1)工作时电压不允许超过工作时电压不允许超过，而，而,所以调速所以调速

10、只能向下调只能向下调。(2)机械特性较硬，并且电压降低后硬度不变，稳机械特性较硬，并且电压降低后硬度不变，稳 定性好。定性好。KTnTKKRKUnETE 02a(3)均匀调节电枢电压，可得到平滑无级调速。均匀调节电枢电压，可得到平滑无级调速。(4)调速幅度较大。调速幅度较大。U Ia n E Ia 有一他励电动机，有一他励电动机，已知已知U=220V,Ia=53.8A,n=1500r/min Ra=0.7 。今将电枢电压。今将电枢电压降低一降低一 半，而负载转矩不变，问转矩降低多少？半，而负载转矩不变，问转矩降低多少？解解:由由可知，在保持负载转矩和励磁可知，在保持负载转矩和励磁电电 流不变的

11、条件下，电流也保持不变。流不变的条件下，电流也保持不变。8.537.02208.537.0110/aaaa IRUIRUEEKEKEnnEE4.0 TKKRKUnETE2a 保持电枢电压保持电枢电压U不变，改变励磁电流不变，改变励磁电流If(调调Rf)以改变磁通以改变磁通 。由式由式0n 0n0nTnO动画动画TKKRKUnETE2a aaaREUI Rf E I n Ia E T nKEE aIKTT(1)调速平滑，可得到无级调速；但只能向上调，受调速平滑，可得到无级调速；但只能向上调，受 机械本身强度所限，机械本身强度所限，n不能太高。不能太高。(2)调速设备简单，经济，电流小，便于控制。

12、调速设备简单，经济，电流小，便于控制。(3)机械特性较硬，稳定性较好。机械特性较硬，稳定性较好。(4)对专门生产的调磁电动机对专门生产的调磁电动机,其调速幅度可达其调速幅度可达3 4,例如例如5302120 r/min及及3101 240 r/min。(1)(2)1、换向产生火花 火花是电刷与换向器间的电弧放电现象，是换向火花是电刷与换向器间的电弧放电现象，是换向不良的明显标志。产生火花的原因可分不良的明显标志。产生火花的原因可分3类：电磁原因类：电磁原因、机械原因和负载与环境原因。、机械原因和负载与环境原因。：主要有三种，一是换向元件合成电势不为零，使换向元件产生附加电流，换向时电刷边电流密

13、度增大，元件的电磁能以火花的形式释放出来；二是电枢绕组开焊或匝间短路，使电路不对称，造成严重火花。三是电刷不在磁极轴线上，使换向元件处在主极区内，感应电势，造成换向时产生花。：机械原因很多，主要有换向器偏心或变形，换向器表面粗糙，换向片突出变形，片间绝缘突出等都会造成电刷与换向器的接触不良产生火花；电枢动平衡不好，振动等原因也造成电刷与换向器的接触不良产生火花；电刷与刷握的间隙不合适，电刷压力不当，电刷材质不合适等，影响滑动接触产生火花。主要有严重过载，带冲击性负载等而造成换向困难产生火花。环境湿度、温度过高或过低，油雾、有害气体、粉尘量过高等破坏换向器表面氧化膜的平衡而影响正常滑动接触产生火

14、花。根据不同的原因，可采取不同的处理方法。（1）电磁原因的处理方法 检查换向极的励磁绕组是否正常励磁；处理电枢绕组的短路和开焊；将电移动至磁极轴线上。（2）机械原因的处理方法 车圆、车光换向器，保证电刷与换向器的良好接触；校平衡消振；调整刷握间隙和弹簧压力；选择合适牌号的电刷。（3）负载与环境原因的处理方法 使负载在电动机的额定范围内，否则更换更合适功率的电动机；改善环境条件，加强通风，避免温度过高，防止油雾、粉尘和潮气进入电机，使换向器表面的氧化膜保持平衡。环火是恶性事故，出现环火时，正、负极电刷之间有电弧飞越，换向器表面出现一圈弧光，此时电弧的高温和具有的能量不仅会严重损坏换向器和电刷，而

15、且会造成电枢绕组的短路，并且危及操作和维修人员的安全。环火产生的主要原因有：换向片的片间绝缘被击穿；换向器表面不清洁；短路或带严重的冲击负载；换向器片间电压过高；严重换向不良；电枢绕组开焊等。处理故障的方法有：更换片间绝缘；注意维护保养，保持清洁；清除短路、开焊和过电压；改善换向。运行时绕组常见故障有：绕组过热、匝间短路、接地、绝缘电阻下降以及极性错接等。产生故障的主要原因是：（1）绕组过热：通风散热不良；过载和匝间短路。（2）匝间短路：匝间绝缘老化；长期过载运行；过电压以及受到冲撞损坏使匝间绝缘受损。（3）定子绕组：绝缘受损是最常见的；线圈、铁心等的槽口尖毛刺对地击穿；绕组受潮，绝缘电阻过低等。（4）绝缘电阻下降：绕组绝缘受潮，绝缘表面积有粉尘、油污以及化学腐蚀气体影响等。本章小结第7章n 结束