电机与拖动课程设计---直流电动机电枢串电阻启动设计

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1、直流电动机电枢串电阻启动设计1直流电动机的工作原理直流电动机是将直流电能转换为机械能的电动机。因其良好的调速性能而在电力拖动中得到广泛应用。与交流电机相比，直流电机因结构复杂、维护困难、价格较贵等缺点制约了它的发展，应用不如交流电机广泛。但由于直流电动机具有优良的起动、调速和制动性能，因此在工业领域中仍占有一席之地。随着电力电子技术的发展，直流发电机虽然被可控整流电源取代的趋势，但从供电的质量和可靠性来看，直流发电机仍有一定优势，因此在某些场合，例如化学工业中的电镀、电解等设备，直流电焊机和某些大型同步电机的励磁电源仍然使用直流发电机作为供电电

2、源。1.1直流电动机的结构直流电动机主要由磁极、电枢、换向器三部分组成，其结构如图所示。图1-1直流电动机的主要结构（1）磁极。磁极是电动机中产生磁场的装置，如图所示。它分成极心1和极掌2两部分。极心上放置励磁绕组3，极掌的作用是使电动机空气隙中磁感应强度的分布最为合适，并用来挡住励磁绕组；磁极是用钢片叠成的，固定在机座4（即电机外壳）上；机座也是磁路的一部分。机座常用铸钢制成。18直流电动机电枢串电阻启动设计图1-1.1直流电动机的磁极及磁路1－极心2－极掌3－励磁绕组4－机座（2）电枢。电枢是电动机中产生感应电动势的部分。直流电动机的电枢是

3、旋转的，电枢铁心呈圆柱状，由硅钢片叠成，表面冲有槽，槽中放有电枢绕组，如图所示。图1-1.2直流电动机的电枢（3）换向器（整流子）。换向器是直流电动机的一种特殊装置，其外形如图所示，主要由许多换向片组成，每两个相邻的换向片中间是绝缘片。在换向器的表面用弹簧压着固定的电刷，使转动的电枢绕组得以同外电路联接。换向器是直流电动机的结构特征，易于识别。图1-1.3换向器18直流电动机电枢串电阻启动设计1.2直流电动机的工作原理图1-2工作原理图直流电动机的工作原理如下：如图1-1所示为最简单的直流电动机的原理图。其换向器是由二片互相绝缘的半圆铜环（换向

4、片）构成的，每一换向片都与相应的电枢绕组连接，与电枢绕组同轴旋转，并与电刷A、B相接触。若电刷A是正电位，B是负电位，那么在N极范围内的转子绕组ab中的电流从a流向b，在S极范围内的转子绕组cd中的电流从c流向d。转子载流导体在磁埸中要受到电磁力的作用，根据磁场方向和导体中的电流方向，利用电动机左手定则判断，如图中ab边受力方向是向左，而cd则向右。由于磁场是对称的，导体中流过的又是相同的电流，所以ab边和cd边所受的电磁力的大小相等。这样转子线圈上受到的电磁力f的作用而按逆时针方向旋转。当线圈转到磁极的中性面时，线圈中的电流为零。因此，电磁力

5、也等于零。但由于惯性的作用，线圈继续转动。线圈转过半圈之后，虽然ab与cd的位置调换了，ab转到S极范围内，cd转到N极范围内，但是由于电刷和换向片的作用，转到N极下的cd边中的电流方向也变了，是从d流向c，在S极下的ab边中的电流，则从b流向a。因此，电磁力f的方向仍然不变，转子线圈仍按逆时针方向转动。可见，分别在N，S极范围内的导体中的电流方向总是不变的。因此，线圈二边受力方向也不变。这样，线圈就可以按受力方向不停地旋转。这就是直流电动机的工作原理。18直流电动机电枢串电阻启动设计2直流电动机的分类及其特性在直流电动机中，除了必须给电枢绕组

6、外接直流电源外，还要给励磁绕组通以直流电流用以建立磁场。电枢绕组和励磁绕组可以用两个电源单独供电，也可以由一个公共电源供电。按励磁方式的不同，直流电动机可以分为他励电动机、并励电动机、串励电动机和复励电动机等形式。由于励磁方式不同，它们的特性也不同。2.1他励直流电机他励电动机的励磁绕组和电枢绕组分别由两个电源供电，如图所示。他励电动机由于采用单独的励磁电源，设备较复杂。但这种电动机调速范围很宽，多用于主机拖动中。图2-1他励电动机2.2并励直流电机并励电动机的励磁绕组是和电枢绕组并联后由同一个直流电源供电，如图所示，这时电源提供的电流I等于电

7、枢电流Ia和励磁电流If之和，即I=Ia+If。18直流电动机电枢串电阻启动设计图2-2并励电动机并励电动机励磁绕组的特点是导线细、匝数多、电阻大、电流小。这是因为励磁绕组的电压就是电枢绕组的端电压，这个电压通常较高。励磁绕电阻大，可使If减小，从而减小损耗。由于If较小，为了产生足够的主磁通Φ，就应增加绕组的匝数。由于If较小，可近似为I=Ia。并励直流电动机的机械特性较好，在负载变时，转速变化很小，并且转速调节方便，调节范围大，启动转矩较大。因此应用广泛。2.3串励直流电机串励电动机的励磁绕组与电枢绕组串联之后接直流电源，如图所示。串励电动

8、机励磁绕组的特点是其励磁电流If就是电枢电流Ia，这个电流一般比较大，所以励磁绕组导线粗、匝数少，它的电阻也较小。图2-3串励电动机18直流电动机电枢