電工基礎(chǔ)第7章直流電動機和控制電機直流電動機的結(jié)構(gòu)與工作原理7.1直流電動機的分類和銘牌數(shù)據(jù)7.2直流電動機的啟動、制動和調(diào)速7.4控制電機7.57.1直流電動機的結(jié)構(gòu)與工作原理

7.1.1直流電動機的結(jié)構(gòu)直流電動機主要由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成，定子與轉(zhuǎn)子之間有很小的氣隙。其結(jié)構(gòu)如圖7-1所示。圖7-1直流電動機的結(jié)構(gòu)示意圖1．定子

定子由機座、主磁極、換向磁極、端蓋和電刷裝置等部分構(gòu)成，如圖7-2所示。圖7-2直流電動機的定子

2．轉(zhuǎn)子直流電動機的轉(zhuǎn)子習(xí)慣上稱為電樞，如圖7-3所示，它由電樞鐵芯、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇等組成。圖7-3直流電動機的轉(zhuǎn)子7.1.2直流電動機的工作原理

1．轉(zhuǎn)動原理圖7-4直流電動機的轉(zhuǎn)動原理圖

2．電磁轉(zhuǎn)矩直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩T是由電樞繞組通入直流電后，在主磁場的作用下使得電樞繞組的導(dǎo)體受到力F的作用而形成的。根據(jù)電磁力定律，電樞繞組通入直流電后，每根有效導(dǎo)體受到的力可以表示為

F

=

BIl

式中，B為電磁感應(yīng)強度，與每極磁通Φ成正比；l為每根有效導(dǎo)體的長度，取決于電動機的結(jié)構(gòu)，是個定值；I為每根導(dǎo)體中的電流，與電樞電流Ia成正比。直流電動機受到的電磁轉(zhuǎn)矩T是由所有有效的導(dǎo)體所受電磁力F共同產(chǎn)生的，正比于電磁力F，可以用下式來表示。

T

=

CTΦIa

式中，CT為電磁轉(zhuǎn)矩系數(shù)，與電機結(jié)構(gòu)有關(guān)，是個常數(shù)；Φ為每極磁通，單位是Wb；Ia為電樞電流，單位為A；T的單位為N·m。3．電樞電動勢和電樞電流當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時，電樞繞組切割磁力線作運動，在每根導(dǎo)體兩端將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其有效值為

E

=

Blv

導(dǎo)體運動的線速度v與電樞繞組的轉(zhuǎn)速n成正比。由于習(xí)慣上用磁通來表示各個電量，所以電動機的電樞電動勢為

Ea

=

Cen

圖7-5直流電動機的電樞電路圖7.2直流電動機的分類和銘牌數(shù)據(jù)

7.2.1直流電動機的分類

1．他勵直流電動機

2．并勵直流電動機

3．串勵直流電動機

4．復(fù)勵直流電動機圖7-6直流電動機的勵磁方式7.2.2直流電動機的銘牌數(shù)據(jù)

1．型號

2．額定電壓

3．額定電流

4．額定轉(zhuǎn)速

5．額定功率

6．額定勵磁電流

7．勵磁例7-1一臺Z2—41的直流電動機，技術(shù)數(shù)據(jù)PN

=

5.5kW，UN

=

220V，nN

=

3

000r/min，IN

=

30.3A，求額定轉(zhuǎn)矩和額定效率。解：額定轉(zhuǎn)矩為電動機的額定效率等于額定輸出功率與額定輸入功率之比，即7.4直流電動機的啟動、制動和調(diào)速

7.4.1啟動

1．直接啟動直流電動機直接啟動時，剛開始轉(zhuǎn)速為零，電樞反電勢也為零，啟動電流為由于電樞電阻很小，一般小于1，所以啟動電流很大，可達額定電流的10～20倍，這樣會對電源造成很大的沖擊，波及同一電網(wǎng)上的其他用戶，甚至造成電動機換向器及電樞繞組的損壞，所以一般直流電動機不允許直接啟動。

2．降低電樞電壓啟動

3．電樞回路串電阻啟動例7-3一臺直流并勵電動機，PN

=10kW，IN

=

54.8A，UN

=

220V，電樞電阻Ra

=

0.4。若直接啟動，啟動電流為多少？若采用電樞回路串電阻啟動，將啟動電流降為額定值的1.5倍，則應(yīng)串多大的啟動電阻？解：直接啟動時，啟動電流為電樞回路串電阻啟動時，啟動電流、啟動電阻為7.4.2制動

1．能耗制動圖7-8能耗制動電路圖2．反接制動圖7-9反接制動線路圖3．回饋制動7.4.3調(diào)速

1．改變電源電壓U調(diào)速圖7-10調(diào)壓調(diào)速的機械特性圖2．電樞回路串電阻調(diào)速圖7-11電樞串電阻調(diào)速的機械特性圖3．改變勵磁磁通調(diào)速圖7-12改變勵磁磁通調(diào)速曲線圖7.5控制電機

7.5.1伺服電動機

1．交流伺服電動機圖7-13交流伺服電動機的結(jié)構(gòu)和原理圖2．直流伺服電動機圖7-16直流伺服電動機的接線圖和機械特性7.5.2測速發(fā)電機