直流电机的运行
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17章 直流电机的运行 课后答案
Pem E a I a 251.829 44.548 11218.48W
Tem 9.55 Pem 11218.48 9.55 73.9 Nm n 1450
（3） P 1 P em p Fe p mec 11218.48 442 104 11764.48W
n 与 Tem 方向相同， E a 与 I a 方向相反，将电能转换为机械能。
17.2 分别对不同励磁方式的发电机、电动机列出电流I、 I a 、I f 的关系式。 答： 他励发电机和电动机： I a I 并励发电机： I a I I f ，并励电动机： I I a I f 串励电动机： I I a I f 复励电动机： I I f (串励） I a I f ( 并励） 17.3 直流电机中有哪些损耗? 是什么原因引起的? 为什么铁耗和机械损耗可看成是不变损耗? 答：直流电机中有：电枢铁心损耗、机械损耗、附加损耗、电枢回路铜损耗和励磁回路铜损耗。 电枢铁心损耗是由于电枢铁心内磁场交变引起的； 机械损耗是由于转动部件摩擦引起的； 附加损耗 是由于齿槽存在及漏磁场畸变引起的；电枢回路铜损耗是电枢电流 I a 在电枢回路总电阻 Ra 上产生的损 耗；励磁回路铜损耗是励磁电流 I f 在励磁回路电阻 R f 上产生的损耗。铁心损耗与磁通密度幅值及交变 频率有关，因为磁密不变，在转速一定时，电枢内磁场的交变频率也不变，所以铁耗是不变损耗；机械 损耗与转速有关，当转速一定时，它是不变损耗。 17.4 如果并励直流发电机不能自励建压，可能有哪些原因？应如何处理？ 答： （1）主磁极可能没有剩磁，应该通过励磁绕组给主磁极充磁； （2）转向不正确（或励磁绕组与 电枢绕组的连接不正确） ，在有剩磁的状态下改变转向（或转向不变时，改变励磁绕组与电枢绕组的相 互连接） ； （3）励磁回路电阻过大，超过了临界电阻，此时应减小励磁回路的调节电阻。 17.5 并励直流发电机正转时能自励，反转时能否自励？为什么？ 答：正转能自励，说明励磁电流所产生的磁场恰好与剩磁方向相同，如果反转，励磁电流所产生的 磁场就会与剩磁方向相反，主极剩磁被削弱，不能建立电压。 17.6 一台他励直流发电机，当励磁电流保持不变时，将转速提高 20%，空载电压提高多少？若是
1-6 直流电机的运行原理
由于n为常数，所以U0∝Φ。同时Ff=If Nf， If∝Ff，则空载特性曲线 U 0 = f ( I f ) 与电机的磁 化曲线 Φ = f ( F f )形状完全相同。 空载特性表明了电机磁路的性质。
空载特性曲线可用试验方法测定： 试验时开关Q断开，发电机有原动机拖动旋转，励 磁电路接到外电源上，调节励磁电阻Rpf，使励磁电 流If从零开始增加，空载电压随之增大，直到U0= （1.1~1.3）UN为止。然后逐渐减小If直到回到零， 测取空载电压U0及励磁电流If，即可得出发电机的空 载特性曲线 U 0 = f ( I f ) 。因为磁路中磁滞现象，所 以正、反空载特性是整个磁滞回线的一半。还有另 一半或者直接测取（改变励磁电流的方向，重复上 述步骤），或者根据对称的关系画出。一般空载特 性取整个磁滞回线的平均线，如图中的虚线，即为 他励直流发电机的空载特性。
（2）外特性 I 是指发电机接上负载后，在保持n = n N ，f = I fN 情况下，发电机端电压U随负载电流I变化而 变化的规律，即 U = f (I ) 。 由图可见： 随着负载电流增加，发电 机的端电压逐渐下降。
外特性曲线可由电压方程
U = E a − I a Ra = C e Φ n − I a R a
并励直流发电机端电压随负载电流的增大而 下降的原因: (1)与他励直流发电机相同的电枢反应的去磁作 用和电枢回路的电阻压降。 (2)因为励磁电流随端电压下降而减小，从而引 起主磁通和电枢电势的进一步下降。 所以并励直流发电机的外特性比他励时下降 得快。
（3）电压调整率 发电机端电压随负载而变化的程度用电压调 整率来衡量，发电机从额定负载过渡到空载 时，端电压变化的数值与额定电压的比值， 称为额定电压调整率。
U0 −U N ∆U N = × 100% UN
第6章 直流电机的运行特性
第 6 章 直流电机的运行特性
6.1 直流发电机的运行特性
直流发电机稳态运行特性根据基本方程式进行分析。其主要变量为端电压 U、励 磁电流 If、负载电流 I L 和电机转速 n。通常运行时转速保持不变，将其他三个变量中任 一变量保持不变，而将其余两个变量间的关系用特性曲线表示。 第一种曲线称负载特性， U=f（If）， IL =常数。表示在某一负载电流情况下，端电 压是如何随励磁电流而变化的。如果 IL =0，这条特性称空载特性，即电机的磁化曲线， 是反应该电机磁路特性的重要曲线。 第二种曲线称外特性，又称为电压调整特性， U=f（ IL ）， If=常数。表示励磁电流 不变，端电压随负载电流变化而变化。对用户来讲这是一条重要的特性，标志 着直流 发电机输出电能的质量。 第三种曲线称调节特性，又称调整特性， If=f（ IL）， U=常数。表示负载变化时， 为维持端电压一定，励磁电流的调节规律。 发电机的特性曲线，将随着电机励磁方式的不同而不同，以下对各种励磁方式的 发电机特性加以讨论。 6.1.1 他励发电机的特性 1 空载特性 6.1.1. 6.1.1.1 空载特性是一条负载电流为零的负载特性曲线。即 n=nN=常数，IL =0 时，U0=f（If） 的曲线。此时端电压 U0 等于感应电动势 E0，空载特性可写成 E0=f（If）。它可通过磁路 计算获得，也可通过空载实验获得。 由于 U 0 = E 0 C eΦ n ， 当 n=常数，E0 正比于 Φ， 又励磁磁动势 Ff 与励磁电流 If 成正比 ， 所以空载特性 E0=f（If）与电机的磁化曲线 Φ= f（ If）的形状完全相似，它们的坐标之 间仅相差一个比例常数，因此空载特性实质上就是电机的磁化曲线。由此可分析电机 磁路的性质，判别电机工作点的饱和程度。 用空载实验求取空载特性和用空载特性分析问题时应注意，空载特性是指在某一 特定转速下的数据，通常 n=nN，当转速不同时，曲线将随转速变化而成正比的上升或 下降。此外，空载实验调节励磁电流时应单方向调节，这样作出上升与下将两条支线， 其平均值为空载曲线，这是由于铁芯的磁滞现象形成的，如图 6-1 所示。当 I f=0 时 ，
6.1 直流发电机的运行特性
直流发电机稳态运行特性根据基本方程式进行分析。其主要变量为端电压 U、励 磁电流 If、负载电流 I L 和电机转速 n。通常运行时转速保持不变，将其他三个变量中任 一变量保持不变，而将其余两个变量间的关系用特性曲线表示。 第一种曲线称负载特性， U=f（If）， IL =常数。表示在某一负载电流情况下，端电 压是如何随励磁电流而变化的。如果 IL =0，这条特性称空载特性，即电机的磁化曲线， 是反应该电机磁路特性的重要曲线。 第二种曲线称外特性，又称为电压调整特性， U=f（ IL ）， If=常数。表示励磁电流 不变，端电压随负载电流变化而变化。对用户来讲这是一条重要的特性，标志 着直流 发电机输出电能的质量。 第三种曲线称调节特性，又称调整特性， If=f（ IL）， U=常数。表示负载变化时， 为维持端电压一定，励磁电流的调节规律。 发电机的特性曲线，将随着电机励磁方式的不同而不同，以下对各种励磁方式的 发电机特性加以讨论。 6.1.1 他励发电机的特性 1 空载特性 6.1.1. 6.1.1.1 空载特性是一条负载电流为零的负载特性曲线。即 n=nN=常数，IL =0 时，U0=f（If） 的曲线。此时端电压 U0 等于感应电动势 E0，空载特性可写成 E0=f（If）。它可通过磁路 计算获得，也可通过空载实验获得。 由于 U 0 = E 0 C eΦ n ， 当 n=常数，E0 正比于 Φ， 又励磁磁动势 Ff 与励磁电流 If 成正比 ， 所以空载特性 E0=f（If）与电机的磁化曲线 Φ= f（ If）的形状完全相似，它们的坐标之 间仅相差一个比例常数，因此空载特性实质上就是电机的磁化曲线。由此可分析电机 磁路的性质，判别电机工作点的饱和程度。 用空载实验求取空载特性和用空载特性分析问题时应注意，空载特性是指在某一 特定转速下的数据，通常 n=nN，当转速不同时，曲线将随转速变化而成正比的上升或 下降。此外，空载实验调节励磁电流时应单方向调节，这样作出上升与下将两条支线， 其平均值为空载曲线，这是由于铁芯的磁滞现象形成的，如图 6-1 所示。当 I f=0 时 ，
第4章 直流电动机的运行
4、运动方程式中转矩正、负号的规定
首先确定电动机处于电动状态时的旋转方向为转速的正方向， 然后再规定：
（1）电磁转矩 T 与转速 n 的正方向相同时为正，相反时为负。
（2）负载转矩 TL 与转速 n 的正方向相同时为负，相反时为正。
2 (3)惯性转矩 GD dn 的大小和正负号由 T 和 TL 的代数和决定。
2）降低电枢电压调速
前提 N , R 0 调U。
（1）调速特性曲线
n n0
n01 n02
A (n)
UN
A1 (n1 )
A2 ( n 2 ) U1
U降低
U2
0
TL
T
（2）主要特征
①U↓→n↓； ②从基速向下调速；
③负载转矩TL一定时，电枢电流Ia与转速n无关；
④ β不变，硬度不变，转速稳定性好； ⑤ 可实现转速连续变化，平滑性好。
1、能耗制动 1）能耗制动过程
如图，处于电动状态的电动机，突然 将开关S投向制动电阻 RB 上，即实现 制动。
Ia
U
S
电动
I aB
RB
M
Ea
制 动
制动瞬间（如特性曲线图），U=0， n不能突变，运行点从A→B，Ф 和Ea 均不变。此时 I aB <0，TB <0。 制动运行时，将系统储存的动能转换成电能， 消耗在电阻上，直到电机停止转动。
2）静差率
n n n 100 % 0 100 % n0 n0
额定负载时的转速降落与理想空载转速之比。静差率越小，相对 稳定性越好。
3）平滑性
ni ni 1
相邻两级调速中，高一级转速 n i 与低一级转速 ni 1 之比。 φ 越接近1，平滑性越好。i→∞，φ→1为无极调速。
直流电动机的运行原理
直流电动机的运行原理直流电动机是一种将直流电能转化为机械能的电动机。
它的运行原理基于洛伦兹力和电磁感应现象。
直流电动机主要由定子和转子两部分组成。
定子是直流电动机的固定部分，由磁极、磁场和电枢组成。
磁极是定子上的永磁体或电磁体，它们的磁场是产生电磁感应的关键。
电枢则是定子上的绕组，它通常由许多线圈组成，每个线圈都与电源相连。
当电枢通电时，它会在定子中产生一个磁场。
转子是直流电动机的旋转部分，通常由绕组和换向器组成。
绕组是转子上的线圈，它也与电源相连。
换向器则是用来改变绕组中电流方向的装置。
当电流通过绕组时，由于电流的方向不断改变，转子就会受到洛伦兹力的作用而旋转。
直流电动机的运行过程可以分为四个阶段：励磁阶段、启动阶段、运行阶段和制动阶段。
在励磁阶段，只有定子通电，电枢的绕组产生磁场。
这个磁场会产生一个磁通量，使得转子受到一个磁力矩的作用，但转子并不旋转。
在启动阶段，电枢开始通电，绕组中的电流方向会不断改变。
由于洛伦兹力的作用，转子开始旋转。
同时，换向器不断改变绕组中电流的方向，确保转子能够持续旋转。
在运行阶段，电动机达到了额定转速，转子继续旋转。
此时，直流电动机可以输出机械功率，用于驱动各种设备。
在制动阶段，停止给电枢通电，同时通过外部电路将电动机的绕组短路或接入电阻。
这样，电动机成为发电机，将机械能转化为电能。
由于电动机的转子继续旋转，它会通过电阻或短路电路产生电流，这就是电动机的制动过程。
总的来说，直流电动机的运行原理是通过定子和转子之间的电磁相互作用来实现的。
定子产生的磁场与转子上的绕组中通电产生的磁场相互作用，产生洛伦兹力，使转子旋转。
直流电动机通过改变电流方向和大小来控制转速和输出功率。
直流电动机的运行原理在多个领域得到了广泛应用，如工业生产、交通运输、家庭电器等。
直流电机的运行原理
新材料与新工艺的应用
新材料
随着科技的发展，新型材料如碳纤维、纳米材料等在直流电机中得到了广泛应用。这些新材料具有更高的导磁性 能、耐高温和轻量化等特点，提高了电机的性能和可靠性。
新工艺
新工艺的应用为直流电机的制造提供了更多的可能性。例如，采用先进的激光加工、3D打印等技术，可以实现对 电机零部件的高精度制造和快速成型，提高了生产效率和产品质量。
电能。
反接制动
通过反接电机电源来产生制动转 矩。这种方式适用于快速停止电 机，但会对电机造成较大冲击。
机械制动
通过机械摩擦力来产生制动转矩。 这种方式适用于高速或大惯量电 机的快速停止，但需要额外的机
械装置。
04
直流电机的应用
工业领域的应用
自动化生产线
直流电机广泛应用于自动化生产线， 如传送带、机械臂等，实现高效、精 准的物料搬运和加工。
02
直流电机的运行原理
直流电机的电磁场原理
磁场定义
磁场对电流的作用
磁场是存在于磁体周围的一种特殊物 质，它看不见摸不着，但具有能量， 可以被磁体所磁化。
在磁场中运动的导线会受到安培力的 作用，这个力就是直流电机转动的主 要驱动力。
直流电机中的磁场
在直流电机中，磁场是由励磁绕组产 生的，励磁绕组通入直流电流后，就 会在电机内部形成一个恒定的磁场。
串电阻调速
通过在电机回路中串入电 阻来调节转速。这种方式 适用于小功率电机，但电 阻耗能较大。
PWM调速
通过调节电机输入端的 PWM信号占空比来调节 转速。这种方式可以实现 宽范围的调速，且效率较 高。
直流电机的制动方式
能耗制动
在电机定子绕组中通入直流电， 产生制动转矩使电机迅速停止。 这种方式简单可靠，但需要消耗
直流电机的工作原理
直流电机的工作原理
直流电机是一种常见的电动机，它通过直流电源提供电能，将电能转换为机械能，驱动机械装置运转。
直流电机的工作原理主要包括磁场产生、电流通路和力矩产生三个方面。
首先，直流电机的工作原理与磁场产生密切相关。
在直流电机中，通常会有一个磁场产生装置，它可以是永磁体或者电磁铁。
当电流通过磁场产生装置时，会在装置周围产生磁场，形成磁极。
这个磁场是直流电机工作的基础，因为它与电流之间会产生相互作用，从而产生力矩，驱动电机运转。
其次，直流电机的工作原理还与电流通路有关。
在直流电机中，电流通路是通过电刷和换向器来实现的。
电刷是连接电源和电机的导电装置，它与换向器配合工作，使得电流可以按照一定的规律在电机的绕组中流动。
这样，电流在磁场中产生作用，产生力矩，从而驱动电机转动。
最后，直流电机的工作原理还涉及到力矩的产生。
在直流电机中，当电流通过绕组时，会在绕组中产生磁场，这个磁场与磁场产生装置的磁场相互作用，产生力矩。
这个力矩会驱动电机转动，实现能量转换。
综上所述，直流电机的工作原理是通过磁场产生、电流通路和力矩产生三个方面相互作用，实现电能到机械能的转换。
通过对这些原理的深入理解，可以更好地掌握直流电机的工作特点，为实际应用提供理论支持。
直流电动机的可逆运行原理
注意：
直流电机的结构
直流电机的结构
由直流电动机和发电机工作原 理示意图可以看到，直流电机的结 构应由定子和转子两大部分组成。 直流电机运行时静止不动的部 分称为定子，定子的主要作用是产 生磁场，由机座、主磁极、换向极、 端盖、轴承和电刷装置等组成。 运行时转动的部分称为转子， 其主要作用是产生电磁转矩和感应 电动势，是直流电机进行能量转换 的枢纽，所以通常又称为电枢，由 转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向 器和风扇等组成。
T H A原理
一台直流电机原则上:
既可以作为电动机运行,也可以作为发电机运行,这种原理在 电机理论中称为可逆原理。
当原动机驱动电枢绕组在主磁极N、S之间旋转时，电枢绕组 上感生出电动势，经电刷、换向器装置整流为直流后，引向外部 负载（或电网），对外供电，此时电机作直流发电机运行。 如用外部直流电源，经电刷换向器装置将直流电流引向电枢 绕组，则此电流与主磁极N.S.产生的磁场互相作用，产生转矩， 驱动转子与连接于其上的机械负载工作，此时电机作直流电动机 运行。
同理：上述过程还可以反过来 这就是：直流电机的可逆原理
总结
无论直流电机还是交流电机：
都可以在一定的条件下，把机械能转变为电能供给负载（即： 作为发电机运行）；并在另外的条件下，把电能转换为机械能拖动 机械负载（即：作为电动机运行）。
注意：任何电机都是可逆的，但这并不是说是厂商提供的电机可 以不分发电机和电动机了。因为电机是有额定工作状态的，这也 是制造厂家为该电机设计的最佳工作状态，若混用，会不同程度 的偏离最佳工作状态，使电机的性能变坏。
直流电机
定义输出或输入为直流电能的旋转电机，称为直流电机，它是能 实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是 直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电 机，将机械能转换为电能。
第三章直流电机运行特性概要
需要可调的 直流电源。
他励直流电动机的调速方法
3.改变磁通调速
Ra U n T 2 Ce Ce CT
减少 的人为机械特性：理想空 载转速升高，斜率减小。 减少 通常使 n 从基速升高。
效率高。
增加。
设备简单，耗能 TL不变时，Ia增大，P1增加；P2 ∝n， 少，平滑性好。
串励和复励直流电动机的机械特性
串励电动机的机械特性
是一个非线性的软特性，转 速n随T的增大而迅速降低。 具有优良的起动性能。
复励电动机的机械特性
1 串励 2 复励 3 他励
机械特性介于并励和串励的 之间。
第三节 直流电动机的调速
调速的要求
调速范围（调速比） 调速平滑性 经济性 调速方法简单，可靠
可变损耗等于不变损耗时， 最高 。
他/并励直流电动机的机械特性
U n0 Ce
T n n0
，理想空载转速 ，机械特性的斜率
Ra Ce CT 2
固有机械特性：U＝UN ，If＝ IfN ，电枢回路不串任何电阻 时的机械特性。 他 /并励直流电动机的固有机械特性是一条略有下降的 直线，是硬特性（ 很小）。
转速调整特性 n＝f ( Ia )
U I a Ra 转速公式 n Ce
Ia
IaRa
n n
n变化 很小
n＝f(Ia)为硬特性。
他/并励直流电动机的工作特性
转矩特性 T＝f ( Ia )
T 近似与 Ia 成正比。
效率特性 ＝f ( Ia )
p0 基本不随 Ia 变化 —— 不变 损 耗 ； pCu 随 Ia 变 化 —— 可 变损耗。
他励直流电动机的运行
他励直流电动机三种调速方法的性能比较
调速方法 调速方向
电枢串电阻 降电源电压
向下调
向下调
减弱磁通 向上调
δ≤50%时调速范围
一定调速范围内转速 的稳定性 负载能力 调速平滑性 设备初投资 电能损耗
~2
差 恒转矩 有级调速
少 多
10~12
好 恒转矩 无级调速
多 较少
1.2~2 3~4
与δ无关
较好
恒功率 无级调速
TL T C
保持励磁电流If的大小及方向不变， 将开关接至R， 电枢从电 网脱离经制动电阻R闭合。
参数特点：=N，U=0， 电枢回路总电阻R=Ra＋R
实际上是一台他励直流发电机。轴上的机械能转化成电能， 全 部消耗于电枢回路的电阻上， 所以称为能耗制动。
他励直流电动机能耗制动过程中的功率关系
输 入 电枢回路总 电磁功率
n0
n0
D nmax nmax
nmax
n
nmin
n0 nN
n0
1
nN n0
n0
nmax
nmax
n0
nN 1 nN 1
nN
nmax
D1
0
nN nmin
nN 1
1
nN 2 nN 3
3
2
TN
T
2.调速的平滑性 平滑系数：相邻两级转速或线速度之比。
ni
ni 1
3.调速的经济性 设备的初投资、调速时电能的损耗、运行时的维修费用等
电动机的电磁功率：
O TL
PM T
T
9.55Ce
N
I
a
2
60
UN
Ce
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2、直流电机主要系列
Z4系列：一般用途的小型直流电动机； ZT系列：广调速直流电动机； ZJ系列：精密机床用直流电动机；
电电机机及及机机床电床器电控气制控制
知识点二 直流电动机的电磁转矩和电枢电动势 一）、电磁转矩
直流电动机的电磁转矩T的大小可表示为 T=CTΦIa
式中CT——与电动机结构有关的常数； Φ——每极磁通（Wb） Ia——电枢电流（Ａ） T——电磁转矩（N.m）
他励直流电动机电枢回路串电阻的人为机械特性
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（1）理想空载转速n0正比于电压U，U下降时，n0成正比例减小； （2）特性曲线斜率β不变，图为调节电压的一组人为机械特性曲线， 它是一组平行直线。因此，降低电源电压也可用于调速，U越低，转速 越低。
图他励直流电动机降压的人为机械特性
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三）、直流电机的励磁方式
分为他励直流电机、并励直流电机、串励直流电机与复励直 流电机等四种，如图所示。
a)他励直流电机 b）并励直流电机 c）串励直流电机 d）复励直流电机
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四）直流电机的铭牌数据和主要系列
1、直流电机的铭牌数据 1）电机型号 2）额定功率PN 3）额定电压UN 4）额定电流IN 5）额定转速nN 6）电动机额定效率ηN
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2。、机械特性 将U=0，R=Ra+Rbk代人式（4-10）中，便可获 得能耗制动的机械特性方程
(2-1-21)
能耗制动机械特性曲线是一条过坐标原点，位于第Ⅱ象限的直 线，如图所示
能耗制动机械特性
图电动机拖动位能性负载能耗制动电路图
电机及机床电器控制
电电机机及及机机床电床器电控气制控制
电电机机及及机机床电床器电控气制控制
教学目标： 1、直流电动机工作特性 2、直流电动机的启动、制动方法 3、直流电动机的调速方法 4、电动机的启动、制动控制电路 教学重点和难点： 1、直流电动机的启动、制动方法 2、直流电动机的调速方法 3、电动机的启动、制动控制电路
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3、他励直流电动机的人为机械特性
1）电枢回路串联电阻Rpa是的人为特性 电枢回路串联 电阻Rpa时的人为机械特性方程为
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（1）理想空载转速n0保持不变； （2）机械特性的斜率β随Rpa的增大而增大，特性曲线变软。 图为不同Rpa时的一组人为机械特性曲线，从图中可以看出改变 电阻Rpa大小，可以使电动机的转速发生变化，因此电枢回路串 电阻可用于调速。
教学方法： 项目教学法：1、引出问题；2项目分析；3、
行为引导法；4、学练结合 学时、电机、三相异步电机控制装备、
万用表 课前准备：学生预习相关课程知识；设备调试；
规范标准准备；
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教学过程： 一、项目提出 直流电机是通以直流电流的旋转电机，是将电能 互转换成机械能的设备。 与交流电机相比优点是调速性能好，启动转矩大， 过载能力强，在启动和调速要求较高的场合应用广泛； 不足之处是直流电机结构复杂，成本高，运行维护困 难。
五、项目检查
检查掌握直流电机的工作过程情况，首先应了解直流发 电原理，在此基础上掌握直流电动机工作过程。然后通过再 进一步掌握直流电动机的工作特性以及调速方法。
三种调速方法及线路搭接检查。
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六、教学评估
1 直流电机中为何要用电刷和换向器，它们有何作用? 2 简述直流电动机的工作原理。 3 直流电动机的励磁方式有哪几种?画出其电路。 4 试写出直流电动机的基本方程式，它们的物理意义各是 什么? 5 何为直流电动机的机械特性，写出他励直流电动机的机 械特性方程式。 6 何为直流电动机的固有机械特性与人为机械特性?
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知识点四 他励直流电动机的起动和反转
一）起动方法 1．全压起动 2．减压起动。 3．电枢回路串电阻起动
图他励直流电动机电枢回路串电阻起动控制主电路图
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知识点五 他励直流电动机的制动
一）、能耗制动 1、制动原理
能耗制动 a)能耗制动控制电路图 b）能耗制动电路图
一）直流电机的工作原理
1、直流发电机工作原理 2、直流电动机的工作原理
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二、直流电机的基本结构
直流电机的结构示意图如图所示。它由定子和转子两个基本 部分组成。a)为结构图b)为轴向截面图。
a)
b)
a)1—端盖 2—风扇 3—机座 4—电枢 5—主磁极6—刷架 7—换向器 8—接线板 9—出线盒10—换向器 b) 1—机座 2—主磁极 3—转轴 4—电枢铁心 5—换向磁极 6—电枢绕组 7—换向器 8—电刷
1、电动势平衡方程式
U= Ea+IaRa 式中U—电枢电压（V） Ia—电枢电流（A） Ra—电枢回路中总电阻（Ω） 2、功率平衡方程式 1）机械损耗Pm 2）铁心损耗PFe 3)铜耗PCu4)附加损耗Ps 直流电动机总损耗∑P为
∑P =Pm+ PFe+ PCu + Ps 则输出机械功率P2为
P2=Pem-PFe- Pm= Pem-P0
T
他励直流电动机机械特性
式中Ce、CT 、Φ—由电动机结构决定的常数。 当U、R数值不变时，转速n与电磁转矩T为线性关系，其机械 特性曲线如图所示。
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2、他励直流电动机的固有机械特性
其特性方程式为
由于电枢绕组的电阻Ra阻值很小，而Φn值大，因此Δn 很小，固有机械特性为硬特性。
二）、电枢电动势
直流电动机两电刷间总的 电枢电动势的大小为
Ea=CeΦn
图2-1-9 电枢电动势和电流
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知识点三 他励直流电动机的运行原理与机械特性
a)
b)
他励直流电动机结构示意图和电路图
a）结构示意图
b）电路图
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一）、直流电动机的基本方程式
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三、项目计划及决策 1、控制设备的准备： DZSZ-1D型电机及电器自动控制实验装置。万用 表的准备。 2、工作准备 直流电机控制的启动、停止、运行线路方案准备。 3、电源配备 四、项目实施 知识点一 直流电机的基本原理与结构
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二、项目分析 直流电机是通以直流电流的旋转电机，是电能和 机械能相互转换的设备。将机械能转换为电能的是直 流发电机，将电能转换为机械能是直流电动机。 直流电动机具有良好的调速特性和宽广的调速范 围，在调速性能和指标要求较高的场合，直流电机得 到了广泛的应用。 直流电机是如何工作和机械特性是使用直流电机 的必要知识；掌握直流电机的调速方法是关键技能点。
=P1-PCua- P0= P1-∑P 则直流电动机的功率为 η= ×100%= ×100%
他励直流电动机功率流程图
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二）、他励直流电动机的机械特性
1、他励直流电动机的机械特性方程式 由他励直流电动机电动势平衡方程式
U=Ea+Ia(Ra+Rpa)=Ea+IaR 最终可得机械特性方程式：
二）、反接制动
反接制动有电枢反接制动和倒拉反接制动两种方式。 1、电枢反接制动 1）制动原理
a)
b)
电枢反接制动
a)控制电路图 b)机械特性
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拓展与提高 一、电机调速的概念 二、 调速静态技术指标
1．静差率 2．调速范围 3．平滑性 4、经济性 主要考虑设备的初投资、调速时电能的损耗及运行的维 修费用等。
Z4系列：一般用途的小型直流电动机； ZT系列：广调速直流电动机； ZJ系列：精密机床用直流电动机；
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知识点二 直流电动机的电磁转矩和电枢电动势 一）、电磁转矩
直流电动机的电磁转矩T的大小可表示为 T=CTΦIa
式中CT——与电动机结构有关的常数； Φ——每极磁通（Wb） Ia——电枢电流（Ａ） T——电磁转矩（N.m）
他励直流电动机电枢回路串电阻的人为机械特性
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（1）理想空载转速n0正比于电压U，U下降时，n0成正比例减小； （2）特性曲线斜率β不变，图为调节电压的一组人为机械特性曲线， 它是一组平行直线。因此，降低电源电压也可用于调速，U越低，转速 越低。
图他励直流电动机降压的人为机械特性
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三）、直流电机的励磁方式
分为他励直流电机、并励直流电机、串励直流电机与复励直 流电机等四种，如图所示。
a)他励直流电机 b）并励直流电机 c）串励直流电机 d）复励直流电机
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四）直流电机的铭牌数据和主要系列
1、直流电机的铭牌数据 1）电机型号 2）额定功率PN 3）额定电压UN 4）额定电流IN 5）额定转速nN 6）电动机额定效率ηN
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2。、机械特性 将U=0，R=Ra+Rbk代人式（4-10）中，便可获 得能耗制动的机械特性方程
(2-1-21)
能耗制动机械特性曲线是一条过坐标原点，位于第Ⅱ象限的直 线，如图所示
能耗制动机械特性
图电动机拖动位能性负载能耗制动电路图
电机及机床电器控制
电电机机及及机机床电床器电控气制控制
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教学目标： 1、直流电动机工作特性 2、直流电动机的启动、制动方法 3、直流电动机的调速方法 4、电动机的启动、制动控制电路 教学重点和难点： 1、直流电动机的启动、制动方法 2、直流电动机的调速方法 3、电动机的启动、制动控制电路
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3、他励直流电动机的人为机械特性
1）电枢回路串联电阻Rpa是的人为特性 电枢回路串联 电阻Rpa时的人为机械特性方程为
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（1）理想空载转速n0保持不变； （2）机械特性的斜率β随Rpa的增大而增大，特性曲线变软。 图为不同Rpa时的一组人为机械特性曲线，从图中可以看出改变 电阻Rpa大小，可以使电动机的转速发生变化，因此电枢回路串 电阻可用于调速。
教学方法： 项目教学法：1、引出问题；2项目分析；3、
行为引导法；4、学练结合 学时、电机、三相异步电机控制装备、
万用表 课前准备：学生预习相关课程知识；设备调试；
规范标准准备；
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教学过程： 一、项目提出 直流电机是通以直流电流的旋转电机，是将电能 互转换成机械能的设备。 与交流电机相比优点是调速性能好，启动转矩大， 过载能力强，在启动和调速要求较高的场合应用广泛； 不足之处是直流电机结构复杂，成本高，运行维护困 难。
五、项目检查
检查掌握直流电机的工作过程情况，首先应了解直流发 电原理，在此基础上掌握直流电动机工作过程。然后通过再 进一步掌握直流电动机的工作特性以及调速方法。
三种调速方法及线路搭接检查。
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六、教学评估
1 直流电机中为何要用电刷和换向器，它们有何作用? 2 简述直流电动机的工作原理。 3 直流电动机的励磁方式有哪几种?画出其电路。 4 试写出直流电动机的基本方程式，它们的物理意义各是 什么? 5 何为直流电动机的机械特性，写出他励直流电动机的机 械特性方程式。 6 何为直流电动机的固有机械特性与人为机械特性?
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知识点四 他励直流电动机的起动和反转
一）起动方法 1．全压起动 2．减压起动。 3．电枢回路串电阻起动
图他励直流电动机电枢回路串电阻起动控制主电路图
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知识点五 他励直流电动机的制动
一）、能耗制动 1、制动原理
能耗制动 a)能耗制动控制电路图 b）能耗制动电路图
一）直流电机的工作原理
1、直流发电机工作原理 2、直流电动机的工作原理
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二、直流电机的基本结构
直流电机的结构示意图如图所示。它由定子和转子两个基本 部分组成。a)为结构图b)为轴向截面图。
a)
b)
a)1—端盖 2—风扇 3—机座 4—电枢 5—主磁极6—刷架 7—换向器 8—接线板 9—出线盒10—换向器 b) 1—机座 2—主磁极 3—转轴 4—电枢铁心 5—换向磁极 6—电枢绕组 7—换向器 8—电刷
1、电动势平衡方程式
U= Ea+IaRa 式中U—电枢电压（V） Ia—电枢电流（A） Ra—电枢回路中总电阻（Ω） 2、功率平衡方程式 1）机械损耗Pm 2）铁心损耗PFe 3)铜耗PCu4)附加损耗Ps 直流电动机总损耗∑P为
∑P =Pm+ PFe+ PCu + Ps 则输出机械功率P2为
P2=Pem-PFe- Pm= Pem-P0
T
他励直流电动机机械特性
式中Ce、CT 、Φ—由电动机结构决定的常数。 当U、R数值不变时，转速n与电磁转矩T为线性关系，其机械 特性曲线如图所示。
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2、他励直流电动机的固有机械特性
其特性方程式为
由于电枢绕组的电阻Ra阻值很小，而Φn值大，因此Δn 很小，固有机械特性为硬特性。
二）、电枢电动势
直流电动机两电刷间总的 电枢电动势的大小为
Ea=CeΦn
图2-1-9 电枢电动势和电流
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知识点三 他励直流电动机的运行原理与机械特性
a)
b)
他励直流电动机结构示意图和电路图
a）结构示意图
b）电路图
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一）、直流电动机的基本方程式
电电机机及及机机床电床器电控气制控制
三、项目计划及决策 1、控制设备的准备： DZSZ-1D型电机及电器自动控制实验装置。万用 表的准备。 2、工作准备 直流电机控制的启动、停止、运行线路方案准备。 3、电源配备 四、项目实施 知识点一 直流电机的基本原理与结构
电电机机及及机机床电床器电控气制控制
电电机机及及机机床电床器电控气制控制
二、项目分析 直流电机是通以直流电流的旋转电机，是电能和 机械能相互转换的设备。将机械能转换为电能的是直 流发电机，将电能转换为机械能是直流电动机。 直流电动机具有良好的调速特性和宽广的调速范 围，在调速性能和指标要求较高的场合，直流电机得 到了广泛的应用。 直流电机是如何工作和机械特性是使用直流电机 的必要知识；掌握直流电机的调速方法是关键技能点。
=P1-PCua- P0= P1-∑P 则直流电动机的功率为 η= ×100%= ×100%
他励直流电动机功率流程图
电电机机及及机机床电床器电控气制控制
二）、他励直流电动机的机械特性
1、他励直流电动机的机械特性方程式 由他励直流电动机电动势平衡方程式
U=Ea+Ia(Ra+Rpa)=Ea+IaR 最终可得机械特性方程式：
二）、反接制动
反接制动有电枢反接制动和倒拉反接制动两种方式。 1、电枢反接制动 1）制动原理
a)
b)
电枢反接制动
a)控制电路图 b)机械特性
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拓展与提高 一、电机调速的概念 二、 调速静态技术指标
1．静差率 2．调速范围 3．平滑性 4、经济性 主要考虑设备的初投资、调速时电能的损耗及运行的维 修费用等。