《他励式直流电动机》PPT课件
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《他励式直流电动机》课件
未来发展景
展望他励式直流电动机未来的发展趋势，如更 高效能和更智能化的控制系统。
《他励式直流电动机》 PPT课件
我们将一起探索他励式直流电动机的定义、原理、特点、分类，以及构造、 工作原理、能效与控制，应用领域及未来发展趋势。
简介
定义和原理
解释他励式直流电动机的 概念和工作原理，包括电 流方向和电磁力。
特点
介绍他励式直流电动机的 优点和特性，如高转速、 可调速和高起动力矩。
分类
应用领域
工业自动化
探索他励式直流电动机在工业自动化中的应用，如生产线和机械设备。
交通运输
介绍他励式直流电动机在交通运输领域的应用，如电动车和火车。
家庭电器
解释他励式直流电动机在家庭电器中的使用，如洗衣机和电风扇。
发展趋势
科技进步对他励式直流电动机 的影响
讨论先进技术如人工智能和物联网对他励式直 流电动机的影响。
讨论不同类型的他励式直 流电动机，如兴磁系数和 励磁方式。
构造和工作原理ຫໍສະໝຸດ 构造描述他励式直流电动机的组成部分，如定子、 转子和碳刷。
工作原理
解释电流在电动机中的流动和电磁力如何驱动 转子旋转。
能效与控制
能效说明
讨论他励式直流电动机的能效，包括效率和能 量损耗。
电机控制
介绍如何控制他励式直流电动机的转速和运行 状态，如电流和电压调整。
实验二：他励直流电动机试运转及直流发电机的运行特性ppt课件
〔1〕确认可调直流稳压电源、励磁电源开关处于断开 位置；可调直流稳压电源输出调理旋钮处于最小值位 置；
;
发电机外特性—步骤
〔2〕按照电路图衔接实物；〔R2=900//900+900//900〕
A1
-
Rf1
-
U1
V1 M
E1
U2
+
R1
+
A2
R2
;
S
V2 MG
IL
A3
E2 Rf2
If A4
发电机外特性—步骤
〔5〕先闭合直流励磁电压源开关，再闭合直流稳压电源及加载箱 电源，调理直流稳压电源输出旋钮，使输出电压到达220V左右， 减小R1至0，增大Rf1使转速到达额定转速； 〔6〕调理Rf2，使空载电压到达1.2UN，微调直流稳压电源，坚 持转速在nN=1600rpm不变的条件下，从1.2UN开场，一方向调 理励磁串联电阻Rf2，每次记录发电机空载电压U0、和励磁电流If， 直至励磁电流减小到0；〔记录8组〕
发电机空载特性实验—原理
发电机由外部可测的量有三个：端电压、负载电流和励磁电 流。当发电机正常稳定运转时，三个物理量有一个坚持不变， 另外两个物理量之间的函数关系曲线，可以表征发电机的性 能，称之为发电机的运转特性。
当转速n=常数，负载电流I=0时，发电机的开路端电压U0随 励磁电流If变化的关系，即U0=f(If)曲线，称为开路特性。
;
发电机外特性—步骤
〔7〕在坚持 n nN 和 I f I fN 不变的前提下，逐渐添加R2至最 大值，即，使发电机的负载电流从额定负载运转到空载运转〔空 载即断开开关S〕，过程中，记录8组发电机电压U和负载电流 。
U（V） IL （ A ）
他励式直流电动机课件
例：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。
励磁式：磁极上绕线圈，然后在线圈中 通过直流电，形成电磁铁。
励磁的定义：磁极上的线圈通以直流电 产生磁通，称为励磁。
根据励磁线圈和转子绕组的联接关系，励磁式的 直流电机又可细分为：
他励电动机：励磁线圈与转子电枢的电源分开。 并励电动机：励磁线圈与转子电枢并联到同一电源上。 串励电动机：励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。 复励电动机：励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在 同一电源上。
要选软特性电机拖动。如：电气机车等。
8.6 直流电动机的调速
与异步电动机相比，直流电动机结构复杂，价
格高，维护不方便，但它的最大优点是调速性能好。
直流电动机调速的主要优点是： （1）调速均匀平滑，可以无级调速。（注：异步 机改变极对数调速的方法叫有级调速）。 （2）调速范围大，调速比可达200 以上（调速比 等于最大转速和最小转速之比），因此机械 变速所用的齿轮箱可大大简化。 下面以他励电动机为例说明直流电动机的调速方法。
If Uf
Ia
M U U 他励
If
M
U
M
U
M
并励
串励
复励
8.3 电枢电动势及电压平衡关系
8.3.1 电枢中的感应电动势
电枢通入电流后，产生电磁转矩，使电机在磁场中转 动起来。通电线圈在磁场中转动，又会在线圈中产生 感应电动势（用E表示）。
电刷
+ U –
换向片
N
F E I E F
I
S
电刷
+ U
–
换向片
励磁式：磁极上绕线圈，然后在线圈中 通过直流电，形成电磁铁。
励磁的定义：磁极上的线圈通以直流电 产生磁通，称为励磁。
根据励磁线圈和转子绕组的联接关系，励磁式的 直流电机又可细分为：
他励电动机：励磁线圈与转子电枢的电源分开。 并励电动机：励磁线圈与转子电枢并联到同一电源上。 串励电动机：励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。 复励电动机：励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在 同一电源上。
要选软特性电机拖动。如：电气机车等。
8.6 直流电动机的调速
与异步电动机相比，直流电动机结构复杂，价
格高，维护不方便，但它的最大优点是调速性能好。
直流电动机调速的主要优点是： （1）调速均匀平滑，可以无级调速。（注：异步 机改变极对数调速的方法叫有级调速）。 （2）调速范围大，调速比可达200 以上（调速比 等于最大转速和最小转速之比），因此机械 变速所用的齿轮箱可大大简化。 下面以他励电动机为例说明直流电动机的调速方法。
If Uf
Ia
M U U 他励
If
M
U
M
U
M
并励
串励
复励
8.3 电枢电动势及电压平衡关系
8.3.1 电枢中的感应电动势
电枢通入电流后，产生电磁转矩，使电机在磁场中转 动起来。通电线圈在磁场中转动，又会在线圈中产生 感应电动势（用E表示）。
电刷
+ U –
换向片
N
F E I E F
I
S
电刷
+ U
–
换向片
他励直流电动机的调速PPT学习教案
第8页/共62页
9
他励直流电动机的调速
3、调速的平滑性：
在一定的调速范围内，调速的级数越多，调
速越平滑。相邻两n级i 转速之比，为平滑系数 ：
ni 1
越接近1，平滑性越好，当 时 1，称为无
级调速，即转速可以连续调节。调速不连续
时，级数有限，称为有级调速。
4、调速的经济性主要指调速的投资、运行效 ：
缺点： 机械特性的斜率变大，特性变软；
转速的升高受到电动机换向能力和机械强度的 限制，升速范围不可能很大，一般
D≤2；
为了扩大调速范围，通常把降压和弱磁两种调速方法 结合起来，在额定转速以上，采用弱磁调速，在额定 转速以下采用降压 调速。
第15页/共62页
16
恒转矩调速方式
电机长期运行时，电枢电流应小于额定
第32页/共62页
33
①具有良好的静特性(接近理想的“挖土机特性 ”)。
②具有较好的动态特性，起动时间短(动态响应 快)
③系统抗扰动能力强，电流环能较好地克服电网 电压波动的影响，而速度环能抑制被它包围的各个环
④由两个调节器分别调节电流和转速。这样，可 以分别进行设计，分别调整(先调好电流环，再调速 度环)，调整方便。
解：如果要满足D=20，Sn<5%的要求，则其在额定条件 下的转速降为：
n nes 1000 0.05 2.63% D(1 s) 20(1 0.05)
而由已知条件并设系统电流连续，则其额定转速下 的转速降为：
n I N R 305 0.18 274.5r / min
Ce N
0.2
第21页/共62页
2）调速前后的机械特性的斜率不变， 硬度较高，负载变化时稳定性好。
2024年直流电动机ppt
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的关系为转速特性。
根据转速公式，可得
n0： 理想空载转速
转速下降不多， 考虑电枢发应， 有可能升高。
Ia
Mem
并励（他励）电动机转矩特性
根据转矩公式：
或者
考虑去磁， 曲线有所下降。
并励（他励）电动机效率特性
当U＝UN， If＝IfN时，
的关系叫效率特性。
其中，
为不变损耗
为可变损耗
并励（他励）电动机效率特性
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的关系为转速特性。
根据转速公式，可得
n0： 理想空载转速
转速下降不多， 考虑电枢发应， 有可能升高。
Ia
Mem
并励（他励）电动机转矩特性
根据转矩公式：
或者
考虑去磁， 曲线有所下降。
并励（他励）电动机效率特性
当U＝UN， If＝IfN时，
的关系叫效率特性。
其中，
为不变损耗
为可变损耗
并励（他励）电动机效率特性
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他励直流电动机的机械特性74页PPT
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
他励直流电动机的机械特性
26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林斯 潘。
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
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第8章 直流电动机
8.1 概述 8.2 工作原理 8.3 电枢电动势及电压平衡关系 8.4 电磁转矩 8.5 机械特性 8.6 直流电动机的调速 8.7 直流电动机的使用和额定值
8.1 概述
与异步电动机相比，直流电动机的结构复杂，使用和维护不如异步机方便， 而且要使用直流电源。
直流电机的优点：
（1）调速性能好:调速范围广，易于平滑调节。 （2）起动、制动转矩大，易于快速起动、停车。 （3）易于控制。
串励电动机：励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。
复励电动机：励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在 同一电源上。
If
Ia
If
Uf
MU U
MU
MU
M
他励
并励
串励
复励
8.3 电枢电动势及电压平衡关系
8.3.1 电枢中的感应电动势
电枢通入电流后，产生电磁转矩，使电机在磁场中转 动起来。通电线圈在磁场中转动，又会在线圈中产生 感应电动势（用E表示）。
直流电动机调速的主要优点是：
（1）调速均匀平滑，可以无级调速。（注：异步 机改变极对数调速的方法叫有级调速）。
（2）调速范围大，调速比可达200 以上（调速比 等于最大转速和最小转速之比），因此机械 变速所用的齿轮箱可大大简化。
U E Ia Ra
U：外加电压 Ra:绕组电阻
Ra +
Ia U
–
+
ME
–
以上两公式反映的概念：
(1)电枢反电动势的大小和磁通、转速成正比，若想
改变E，只能改变 或 n。
U E K Φn (2)若忽略绕组中的电阻Ra，则
，
可见，当外加电压一定时，电机转速和磁通成反
E
比，通过改变 可调速。
8.4 电磁转矩
改变磁通的方向。
8.4.2 转矩平衡关系
电磁转矩T为驱动转矩，在电机运行时，必须和外 加负载和空载损耗的阻转矩相平衡，即
T TL T0
TL： 负载转矩 T0 ：空载转矩
转矩平衡过程：当负载转矩（TL）发生变化时， 通过电机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁
转矩自动调整，以实现新的平衡。
例：设外加电枢电压 U 一定，T=TL(平衡)，这时， 若TL突然增加，则调整过程为：
8.4.1 电磁转矩 T KTΦI a
KT：与线圈的结构有关的常数 （与线圈大小，磁极的对数等有关）
：线圈所处位置的磁通
Ia：电枢绕组中的电流
单位： （韦伯），Ia（安培），T（牛顿•米）
由转矩公式可知： (1)产生转矩的条件：必须有励磁磁通和电枢电流。 (2)改变电机旋转的方向：改变电枢电流的方向或者
由左手定则，通电线圈在磁场的作用下， 使线圈逆时针旋转。
电刷
N +
U
– S
换向片
FEห้องสมุดไป่ตู้
IE F
I
由右手定则，线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动势，感应电动 势的方向与电流的方向相反。
8.2.2 直流电机的构成
直流电机由定子、转子和机座等部分构成。
励磁 绕组
机座
磁极
转子
励磁式直流电动机结构
1. 转子（又称电枢） 由铁芯、绕组（线圈）、换向器组成。
2. 定子 定子的分类：
永磁式：由永久磁铁做成。 励磁式：磁极上绕线圈，然后在线圈中
通过直流电，形成电磁铁。
励磁的定义：磁极上的线圈通以直流电 产生磁通，称为励磁。
根据励磁线圈和转子绕组的联接关系，励磁式的 直流电机又可细分为：
他励电动机：励磁线圈与转子电枢的电源分开。
并励电动机：励磁线圈与转子电枢并联到同一电源上。
(2) 通风机械负载，机械负载 TL 和转速 n 的平 方成正比。这类机械也要选硬特性的电动机 拖动。
(3) 恒功率负载（P 一定时，T 和 n 成反比）， 要选软特性电机拖动。如：电气机车等。
8.6 直流电动机的调速
与异步电动机相比，直流电动机结构复杂，价 格高，维护不方便，但它的最大优点是调速性能好。
串励特性：
(1) T=0时，在理想情况下，n。但实际上负 载转矩不会为 0，不会工作在 T=0 的状态， 但空载时 T 很小，n 很高的串励不允许空载 运行，以防转速过高。
(2) 随转矩的增大，n 下降得很快，这种特性属 软机械特性。
直流电动机特性类型的选择:
(1) 恒转矩的生产机械(TL一定，和转速无关）要 选硬特性的电动机，如： 金属加工、起重机 械等。
电刷
N +
U
– S
换向片
FE
IE F
I
电刷
N +
U
– S
换向片
FE
I
E
F I
根据右手定则知，E和原通入的电流方向相反，其大小为：
E
K
Φn
E
KE：与电机结构有关的常数 n：电动机转速
：磁通
单位： （韦伯），n（转/每分），E（伏）
8.3.2 电枢绕组中电压的平衡关系：
因为E与通入的电流方向相反，所以叫反电势。
应用：
（1）轧钢机、电气机车、中大型龙门刨床等调速 范围大的大型设备。
（2）用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等。
8.2 工作原理
8.2.1 工作原理
电刷
+
U
N I
I
– S
换向片
直流电源
电刷
线圈
换向器
电流方向：上半边向里，下半边向外。如图所示。
电刷
+
U
F N
I
F I
– S
换向片
注意：换向片和电源固定联接，线圈无论怎样转动，总是上半边的电流向里， 下半边的电流向外。电刷压在换向片上。
Ra
KT
K
Φ
E
2
T
即：
n n0 n
其中
n0
U
K
Φ
E
，n
Ra
KT
K
Φ2
E
T
n n0 n
其中
n0
U
K
Φ
E
，n
Ra
KT
K
Φ2
E
T
n0： 理想空载转速,即T=0时的转速。（实际工作时,由于有空载损耗，电机的 T不会为0。）
n
根据 n-T 公式
n0
画出特性曲线
nN
n
T TN
当 T时n ，但由于他励电动机的电枢电阻Ra很小， 所以在负载变化时， 转速 n 的变化不大，属硬机械 特性。
8.5.2 串励电动机的机械特性
串励的特点：励磁线圈的电流和电枢线圈的电流相同。
设磁通和电流成正比，即 =K Ia ,则
E
K
Φn
E
KE
KΦ I a n
T KTΦI a KT KΦI a 2 n
U E Ia Ra
n KT U Ra
T
K E KΦT K E KΦ
据此公式做出 T-n 曲线
TL
n
E
T
Ia
最后达到新的平衡点。
与原平衡点相比，新的平衡点：Ia 、 P入
8.5 机械特性
机械特性指的是电机的电磁转矩和转速间的关系，下边以他励和串励电机为例 说明。
8.5.1 他励电动机的机械特性
他励电动机和并励电动机的特性一样。
U E Ia Ra
E
K
Φn
E
T KTΦI a
n
U
K
Φ
E
8.1 概述 8.2 工作原理 8.3 电枢电动势及电压平衡关系 8.4 电磁转矩 8.5 机械特性 8.6 直流电动机的调速 8.7 直流电动机的使用和额定值
8.1 概述
与异步电动机相比，直流电动机的结构复杂，使用和维护不如异步机方便， 而且要使用直流电源。
直流电机的优点：
（1）调速性能好:调速范围广，易于平滑调节。 （2）起动、制动转矩大，易于快速起动、停车。 （3）易于控制。
串励电动机：励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。
复励电动机：励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在 同一电源上。
If
Ia
If
Uf
MU U
MU
MU
M
他励
并励
串励
复励
8.3 电枢电动势及电压平衡关系
8.3.1 电枢中的感应电动势
电枢通入电流后，产生电磁转矩，使电机在磁场中转 动起来。通电线圈在磁场中转动，又会在线圈中产生 感应电动势（用E表示）。
直流电动机调速的主要优点是：
（1）调速均匀平滑，可以无级调速。（注：异步 机改变极对数调速的方法叫有级调速）。
（2）调速范围大，调速比可达200 以上（调速比 等于最大转速和最小转速之比），因此机械 变速所用的齿轮箱可大大简化。
U E Ia Ra
U：外加电压 Ra:绕组电阻
Ra +
Ia U
–
+
ME
–
以上两公式反映的概念：
(1)电枢反电动势的大小和磁通、转速成正比，若想
改变E，只能改变 或 n。
U E K Φn (2)若忽略绕组中的电阻Ra，则
，
可见，当外加电压一定时，电机转速和磁通成反
E
比，通过改变 可调速。
8.4 电磁转矩
改变磁通的方向。
8.4.2 转矩平衡关系
电磁转矩T为驱动转矩，在电机运行时，必须和外 加负载和空载损耗的阻转矩相平衡，即
T TL T0
TL： 负载转矩 T0 ：空载转矩
转矩平衡过程：当负载转矩（TL）发生变化时， 通过电机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁
转矩自动调整，以实现新的平衡。
例：设外加电枢电压 U 一定，T=TL(平衡)，这时， 若TL突然增加，则调整过程为：
8.4.1 电磁转矩 T KTΦI a
KT：与线圈的结构有关的常数 （与线圈大小，磁极的对数等有关）
：线圈所处位置的磁通
Ia：电枢绕组中的电流
单位： （韦伯），Ia（安培），T（牛顿•米）
由转矩公式可知： (1)产生转矩的条件：必须有励磁磁通和电枢电流。 (2)改变电机旋转的方向：改变电枢电流的方向或者
由左手定则，通电线圈在磁场的作用下， 使线圈逆时针旋转。
电刷
N +
U
– S
换向片
FEห้องสมุดไป่ตู้
IE F
I
由右手定则，线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动势，感应电动 势的方向与电流的方向相反。
8.2.2 直流电机的构成
直流电机由定子、转子和机座等部分构成。
励磁 绕组
机座
磁极
转子
励磁式直流电动机结构
1. 转子（又称电枢） 由铁芯、绕组（线圈）、换向器组成。
2. 定子 定子的分类：
永磁式：由永久磁铁做成。 励磁式：磁极上绕线圈，然后在线圈中
通过直流电，形成电磁铁。
励磁的定义：磁极上的线圈通以直流电 产生磁通，称为励磁。
根据励磁线圈和转子绕组的联接关系，励磁式的 直流电机又可细分为：
他励电动机：励磁线圈与转子电枢的电源分开。
并励电动机：励磁线圈与转子电枢并联到同一电源上。
(2) 通风机械负载，机械负载 TL 和转速 n 的平 方成正比。这类机械也要选硬特性的电动机 拖动。
(3) 恒功率负载（P 一定时，T 和 n 成反比）， 要选软特性电机拖动。如：电气机车等。
8.6 直流电动机的调速
与异步电动机相比，直流电动机结构复杂，价 格高，维护不方便，但它的最大优点是调速性能好。
串励特性：
(1) T=0时，在理想情况下，n。但实际上负 载转矩不会为 0，不会工作在 T=0 的状态， 但空载时 T 很小，n 很高的串励不允许空载 运行，以防转速过高。
(2) 随转矩的增大，n 下降得很快，这种特性属 软机械特性。
直流电动机特性类型的选择:
(1) 恒转矩的生产机械(TL一定，和转速无关）要 选硬特性的电动机，如： 金属加工、起重机 械等。
电刷
N +
U
– S
换向片
FE
IE F
I
电刷
N +
U
– S
换向片
FE
I
E
F I
根据右手定则知，E和原通入的电流方向相反，其大小为：
E
K
Φn
E
KE：与电机结构有关的常数 n：电动机转速
：磁通
单位： （韦伯），n（转/每分），E（伏）
8.3.2 电枢绕组中电压的平衡关系：
因为E与通入的电流方向相反，所以叫反电势。
应用：
（1）轧钢机、电气机车、中大型龙门刨床等调速 范围大的大型设备。
（2）用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等。
8.2 工作原理
8.2.1 工作原理
电刷
+
U
N I
I
– S
换向片
直流电源
电刷
线圈
换向器
电流方向：上半边向里，下半边向外。如图所示。
电刷
+
U
F N
I
F I
– S
换向片
注意：换向片和电源固定联接，线圈无论怎样转动，总是上半边的电流向里， 下半边的电流向外。电刷压在换向片上。
Ra
KT
K
Φ
E
2
T
即：
n n0 n
其中
n0
U
K
Φ
E
，n
Ra
KT
K
Φ2
E
T
n n0 n
其中
n0
U
K
Φ
E
，n
Ra
KT
K
Φ2
E
T
n0： 理想空载转速,即T=0时的转速。（实际工作时,由于有空载损耗，电机的 T不会为0。）
n
根据 n-T 公式
n0
画出特性曲线
nN
n
T TN
当 T时n ，但由于他励电动机的电枢电阻Ra很小， 所以在负载变化时， 转速 n 的变化不大，属硬机械 特性。
8.5.2 串励电动机的机械特性
串励的特点：励磁线圈的电流和电枢线圈的电流相同。
设磁通和电流成正比，即 =K Ia ,则
E
K
Φn
E
KE
KΦ I a n
T KTΦI a KT KΦI a 2 n
U E Ia Ra
n KT U Ra
T
K E KΦT K E KΦ
据此公式做出 T-n 曲线
TL
n
E
T
Ia
最后达到新的平衡点。
与原平衡点相比，新的平衡点：Ia 、 P入
8.5 机械特性
机械特性指的是电机的电磁转矩和转速间的关系，下边以他励和串励电机为例 说明。
8.5.1 他励电动机的机械特性
他励电动机和并励电动机的特性一样。
U E Ia Ra
E
K
Φn
E
T KTΦI a
n
U
K
Φ
E