直流电动机的启动

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
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
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
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。
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；
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
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。
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
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？
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 Rstຫໍສະໝຸດ 任务1认识直流电机
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，
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。
(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
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。
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（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。
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
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。
例4：