第三節(jié) 直流電動(dòng)機(jī)及其控制
直流電動(dòng)機(jī)是將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的設(shè)備。它的優(yōu)點(diǎn)是具有良好的調(diào)速性能和較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因而廣泛地應(yīng)用于要求調(diào)速性能較高和較大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的生產(chǎn)機(jī)械。但直流電動(dòng)機(jī)的制造工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高，維護(hù)較困難，可靠性較差。
一、直流電動(dòng)機(jī)是如何工作的
直流電動(dòng)機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子組成。定子的作用是在勵(lì)磁繞組中通入直流電流勵(lì)磁而產(chǎn)生磁場；轉(zhuǎn)子的作用是通電后產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。
直流電源通電導(dǎo)線在磁場中會(huì)受到電磁力作用，其方向由左手定則確定。
【注意】重點(diǎn)掌握主磁極、機(jī)座、換向極，轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組和換向器。
二、直流電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造
直流電動(dòng)機(jī)主要由靜止的定子和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子組成。
定子
主磁極
產(chǎn)生主磁場
機(jī)座
各磁極間磁的通路，同時(shí)也是電機(jī)的機(jī)械支架
換向極
兩個(gè)相鄰磁極間的小磁極叫做換向極，它的作用是用來產(chǎn)生附加磁場，用以減弱換向片與電刷之間的火花，避免燒蝕。
轉(zhuǎn)子
轉(zhuǎn)子鐵芯
兩個(gè)作用：一是用來安放轉(zhuǎn)子繞組；二是作為電動(dòng)機(jī)磁路的一部分
轉(zhuǎn)子繞組
產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢并通過點(diǎn)流，使電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)、電能量轉(zhuǎn)換
換向器
在轉(zhuǎn)子軸的一端裝有換向器，換向器由許多銅片組成，片與片之間用云母絕緣。
【例題·單選題】（2007年）直流電動(dòng)機(jī)的定子不包括（?。?。
A.磁極
B.電刷裝置
C.繞組
D.換向器
『正確答案』D
『答案解析』直流電動(dòng)機(jī)的定子包括主磁極、換向極、電刷裝置和機(jī)座。換向器是轉(zhuǎn)子的一部分。
三、直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁方式
勵(lì)磁方式
具體含義中 華 考 試 網(wǎng)
直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)
勵(lì)磁繞組與轉(zhuǎn)子繞組沒有電的聯(lián)系，勵(lì)磁電流是由另外的直流電源（如蓄電池組）供給的。
直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)
勵(lì)磁繞組與轉(zhuǎn)子繞組并聯(lián)。并勵(lì)繞組兩端電壓就是轉(zhuǎn)子繞組兩端電壓，其值較高，但勵(lì)磁繞組用細(xì)導(dǎo)線制成，其匝數(shù)繞得很多，因此具有較大的電阻，使通過它的勵(lì)磁電流較小。
直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)
在這種電動(dòng)機(jī)中，勵(lì)磁繞組與轉(zhuǎn)子繞阻串聯(lián)。為使勵(lì)磁繞組不引起過大的損耗和電壓降，勵(lì)磁繞組的電阻越小越好，所以串勵(lì)繞組通常用較粗的導(dǎo)線繞制，其匝數(shù)也較少。
直流復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)
在這種電動(dòng)機(jī)中有兩個(gè)勵(lì)磁繞組，一個(gè)與轉(zhuǎn)子繞組并聯(lián)，稱為并勵(lì)繞組；另一個(gè)與轉(zhuǎn)子繞組串聯(lián)，稱為串勵(lì)繞組。電動(dòng)機(jī)中的磁通由這兩個(gè)繞組內(nèi)的勵(lì)磁電流共同產(chǎn)生。
四、電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)數(shù)據(jù)
在直流電動(dòng)機(jī)的銘牌上，標(biāo)明的主要技術(shù)數(shù)據(jù)有下列幾項(xiàng)：
（一）額定功率PN
額定功率是指電動(dòng)機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率，它等于電動(dòng)機(jī)額定電壓UN與額定電流IN的乘積，再乘以電動(dòng)機(jī)的額定效率ηN,，即PN＝UN·IN·ηN，單位是W或kW。
（二）額定電壓UN
額定電壓是指在額定運(yùn)行情況下，加在電動(dòng)機(jī)上的輸入電壓，單位為V。
（三）額定電流IN
額定電流是指在額定運(yùn)行情況下，輸給電動(dòng)機(jī)的電流，單位是A。
（四）額定轉(zhuǎn)速nN
額定轉(zhuǎn)速是指電動(dòng)機(jī)在額定電壓、額定電流和額定功率情況下運(yùn)行時(shí)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,以r/min為單位。
（五）額定效率ηN
額定效率是電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)輸出功率與輸入功率之比的百分?jǐn)?shù)，即：
（六）額定溫升τN
額定溫升指電動(dòng)機(jī)的溫度允許高出環(huán)境溫度的允許值（我國規(guī)定環(huán)境溫度為40℃）。在一般電動(dòng)機(jī)中繞組最易發(fā)熱，所以銘牌上的溫升是指電動(dòng)繞組的溫升。
【提示】直流電動(dòng)機(jī)系列：小型電磁式直流電動(dòng)機(jī)系列Z、ZF、ZD；一般用途的中型直流電動(dòng)機(jī)系列Z4、ZO2；大型直流電動(dòng)機(jī)系列ZJF、ZJD。
【例題·單選題】（2008年）下列關(guān)于直流電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)的說法中，錯(cuò)誤的是（?。?BR> A.額定功率是指電動(dòng)機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率，等于額定電壓與額定電流的乘積
B.額定電壓是指在額定運(yùn)行情況下，加在電動(dòng)機(jī)上的輸入電壓
C.額定電流是指在額定運(yùn)行情況下，輸給電動(dòng)機(jī)的電流
D.額定轉(zhuǎn)速是指電動(dòng)機(jī)在額定電壓、額定電流和額定功率情況下運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速
『正確答案』A
『答案解析』額定功率是指電動(dòng)機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率，等于額定電壓與額定電流的乘積，再乘以電動(dòng)機(jī)的額定效率。
【例題·單選題】（2009年）某電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Z3－95，下列關(guān)于該電動(dòng)機(jī)的說法中，錯(cuò)誤的是（?。?BR> A.型號(hào)中字母“z”表示該電動(dòng)機(jī)為直流電動(dòng)機(jī)
B.型號(hào)中數(shù)字“3”表示該電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)
C.型號(hào)中數(shù)字“9”表示該電動(dòng)機(jī)的機(jī)座號(hào)
D.型號(hào)中數(shù)字“5”表示該電動(dòng)機(jī)的鐵芯長度
『正確答案』B
『答案解析』3表示第三次改型設(shè)計(jì)。
-
五、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性
【結(jié)論】并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性比較硬。
六、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、反轉(zhuǎn)及調(diào)速
（一）起動(dòng)
【結(jié)論】1.直接起動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)是絕對(duì)不允許的。
2.選擇起動(dòng)電阻RQ，通常以起動(dòng)電流等于額定電流的1.2～2.5倍為準(zhǔn)。
（二）反轉(zhuǎn)
將轉(zhuǎn)子繞組兩端的接頭對(duì)調(diào)或者將勵(lì)磁繞組兩端的接頭對(duì)調(diào)，都能夠使電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩反向，從而使其反轉(zhuǎn)。
【注意】如果將轉(zhuǎn)子繞組和勵(lì)磁繞組的接頭同時(shí)對(duì)調(diào)，那么電磁轉(zhuǎn)矩的方向?qū)⒈３植蛔儭＿@樣也就不可能達(dá)到改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向的目的。
（三）調(diào)速
并勵(lì)電動(dòng)機(jī)具有良好的調(diào)速性能，因此用于調(diào)速性能要求高的機(jī)械中。
并勵(lì)電動(dòng)機(jī)通常有三種調(diào)速方法
改變磁通調(diào)速
通常是減小磁通將轉(zhuǎn)速往上調(diào)。這種調(diào)速方法為恒功率調(diào)速，適用于轉(zhuǎn)速約成反比而輸出功率基本上不變的場合，例如用于切削機(jī)床中。
改變外加電壓調(diào)速
為了保證電動(dòng)機(jī)的絕緣不受損害，通常是通過降低電壓將轉(zhuǎn)速往下調(diào)。這種調(diào)速方法為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，起重設(shè)備多采用這種調(diào)速方法。
轉(zhuǎn)子繞組回路電阻調(diào)速
變轉(zhuǎn)子繞組回路電阻的調(diào)速方法需在轉(zhuǎn)子繞組電路中串聯(lián)一個(gè)調(diào)速用的變阻器。由于有較大的功率損耗，所以這種調(diào)速方法的經(jīng)濟(jì)性較差，應(yīng)用范圍不廣。
直流電動(dòng)機(jī)是將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的設(shè)備。它的優(yōu)點(diǎn)是具有良好的調(diào)速性能和較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因而廣泛地應(yīng)用于要求調(diào)速性能較高和較大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的生產(chǎn)機(jī)械。但直流電動(dòng)機(jī)的制造工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高，維護(hù)較困難，可靠性較差。
一、直流電動(dòng)機(jī)是如何工作的
直流電動(dòng)機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子組成。定子的作用是在勵(lì)磁繞組中通入直流電流勵(lì)磁而產(chǎn)生磁場；轉(zhuǎn)子的作用是通電后產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。
直流電源通電導(dǎo)線在磁場中會(huì)受到電磁力作用，其方向由左手定則確定。
【注意】重點(diǎn)掌握主磁極、機(jī)座、換向極，轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組和換向器。
二、直流電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造
直流電動(dòng)機(jī)主要由靜止的定子和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子組成。
定子
主磁極
產(chǎn)生主磁場
機(jī)座
各磁極間磁的通路，同時(shí)也是電機(jī)的機(jī)械支架
換向極
兩個(gè)相鄰磁極間的小磁極叫做換向極，它的作用是用來產(chǎn)生附加磁場，用以減弱換向片與電刷之間的火花，避免燒蝕。
轉(zhuǎn)子
轉(zhuǎn)子鐵芯
兩個(gè)作用：一是用來安放轉(zhuǎn)子繞組；二是作為電動(dòng)機(jī)磁路的一部分
轉(zhuǎn)子繞組
產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢并通過點(diǎn)流，使電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)、電能量轉(zhuǎn)換
換向器
在轉(zhuǎn)子軸的一端裝有換向器，換向器由許多銅片組成，片與片之間用云母絕緣。
【例題·單選題】（2007年）直流電動(dòng)機(jī)的定子不包括（?。?。
A.磁極
B.電刷裝置
C.繞組
D.換向器
『正確答案』D
『答案解析』直流電動(dòng)機(jī)的定子包括主磁極、換向極、電刷裝置和機(jī)座。換向器是轉(zhuǎn)子的一部分。
三、直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁方式
勵(lì)磁方式
具體含義中 華 考 試 網(wǎng)
直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)
勵(lì)磁繞組與轉(zhuǎn)子繞組沒有電的聯(lián)系，勵(lì)磁電流是由另外的直流電源（如蓄電池組）供給的。
直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)
勵(lì)磁繞組與轉(zhuǎn)子繞組并聯(lián)。并勵(lì)繞組兩端電壓就是轉(zhuǎn)子繞組兩端電壓，其值較高，但勵(lì)磁繞組用細(xì)導(dǎo)線制成，其匝數(shù)繞得很多，因此具有較大的電阻，使通過它的勵(lì)磁電流較小。
直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)
在這種電動(dòng)機(jī)中，勵(lì)磁繞組與轉(zhuǎn)子繞阻串聯(lián)。為使勵(lì)磁繞組不引起過大的損耗和電壓降，勵(lì)磁繞組的電阻越小越好，所以串勵(lì)繞組通常用較粗的導(dǎo)線繞制，其匝數(shù)也較少。
直流復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)
在這種電動(dòng)機(jī)中有兩個(gè)勵(lì)磁繞組，一個(gè)與轉(zhuǎn)子繞組并聯(lián)，稱為并勵(lì)繞組；另一個(gè)與轉(zhuǎn)子繞組串聯(lián)，稱為串勵(lì)繞組。電動(dòng)機(jī)中的磁通由這兩個(gè)繞組內(nèi)的勵(lì)磁電流共同產(chǎn)生。
四、電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)數(shù)據(jù)
在直流電動(dòng)機(jī)的銘牌上，標(biāo)明的主要技術(shù)數(shù)據(jù)有下列幾項(xiàng)：
（一）額定功率PN
額定功率是指電動(dòng)機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率，它等于電動(dòng)機(jī)額定電壓UN與額定電流IN的乘積，再乘以電動(dòng)機(jī)的額定效率ηN,，即PN＝UN·IN·ηN，單位是W或kW。
（二）額定電壓UN
額定電壓是指在額定運(yùn)行情況下，加在電動(dòng)機(jī)上的輸入電壓，單位為V。
（三）額定電流IN
額定電流是指在額定運(yùn)行情況下，輸給電動(dòng)機(jī)的電流，單位是A。
（四）額定轉(zhuǎn)速nN
額定轉(zhuǎn)速是指電動(dòng)機(jī)在額定電壓、額定電流和額定功率情況下運(yùn)行時(shí)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,以r/min為單位。
（五）額定效率ηN
額定效率是電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)輸出功率與輸入功率之比的百分?jǐn)?shù)，即：
（六）額定溫升τN
額定溫升指電動(dòng)機(jī)的溫度允許高出環(huán)境溫度的允許值（我國規(guī)定環(huán)境溫度為40℃）。在一般電動(dòng)機(jī)中繞組最易發(fā)熱，所以銘牌上的溫升是指電動(dòng)繞組的溫升。
【提示】直流電動(dòng)機(jī)系列：小型電磁式直流電動(dòng)機(jī)系列Z、ZF、ZD；一般用途的中型直流電動(dòng)機(jī)系列Z4、ZO2；大型直流電動(dòng)機(jī)系列ZJF、ZJD。
【例題·單選題】（2008年）下列關(guān)于直流電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)的說法中，錯(cuò)誤的是（?。?BR> A.額定功率是指電動(dòng)機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率，等于額定電壓與額定電流的乘積
B.額定電壓是指在額定運(yùn)行情況下，加在電動(dòng)機(jī)上的輸入電壓
C.額定電流是指在額定運(yùn)行情況下，輸給電動(dòng)機(jī)的電流
D.額定轉(zhuǎn)速是指電動(dòng)機(jī)在額定電壓、額定電流和額定功率情況下運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速
『正確答案』A
『答案解析』額定功率是指電動(dòng)機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率，等于額定電壓與額定電流的乘積，再乘以電動(dòng)機(jī)的額定效率。
【例題·單選題】（2009年）某電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Z3－95，下列關(guān)于該電動(dòng)機(jī)的說法中，錯(cuò)誤的是（?。?BR> A.型號(hào)中字母“z”表示該電動(dòng)機(jī)為直流電動(dòng)機(jī)
B.型號(hào)中數(shù)字“3”表示該電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)
C.型號(hào)中數(shù)字“9”表示該電動(dòng)機(jī)的機(jī)座號(hào)
D.型號(hào)中數(shù)字“5”表示該電動(dòng)機(jī)的鐵芯長度
『正確答案』B
『答案解析』3表示第三次改型設(shè)計(jì)。
-
五、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性
【結(jié)論】并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性比較硬。
六、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、反轉(zhuǎn)及調(diào)速
（一）起動(dòng)
【結(jié)論】1.直接起動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)是絕對(duì)不允許的。
2.選擇起動(dòng)電阻RQ，通常以起動(dòng)電流等于額定電流的1.2～2.5倍為準(zhǔn)。
（二）反轉(zhuǎn)
將轉(zhuǎn)子繞組兩端的接頭對(duì)調(diào)或者將勵(lì)磁繞組兩端的接頭對(duì)調(diào)，都能夠使電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩反向，從而使其反轉(zhuǎn)。
【注意】如果將轉(zhuǎn)子繞組和勵(lì)磁繞組的接頭同時(shí)對(duì)調(diào)，那么電磁轉(zhuǎn)矩的方向?qū)⒈３植蛔儭＿@樣也就不可能達(dá)到改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向的目的。
（三）調(diào)速
并勵(lì)電動(dòng)機(jī)具有良好的調(diào)速性能，因此用于調(diào)速性能要求高的機(jī)械中。
并勵(lì)電動(dòng)機(jī)通常有三種調(diào)速方法
改變磁通調(diào)速
通常是減小磁通將轉(zhuǎn)速往上調(diào)。這種調(diào)速方法為恒功率調(diào)速，適用于轉(zhuǎn)速約成反比而輸出功率基本上不變的場合，例如用于切削機(jī)床中。
改變外加電壓調(diào)速
為了保證電動(dòng)機(jī)的絕緣不受損害，通常是通過降低電壓將轉(zhuǎn)速往下調(diào)。這種調(diào)速方法為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，起重設(shè)備多采用這種調(diào)速方法。
轉(zhuǎn)子繞組回路電阻調(diào)速
變轉(zhuǎn)子繞組回路電阻的調(diào)速方法需在轉(zhuǎn)子繞組電路中串聯(lián)一個(gè)調(diào)速用的變阻器。由于有較大的功率損耗，所以這種調(diào)速方法的經(jīng)濟(jì)性較差，應(yīng)用范圍不廣。