直流电动机及其控制

直流电动机是将直流电能转换为机械能的设备。直流电动机优点：具有良好的调速性能和较大的起动转矩。因而广泛的应用于要求调速性能较高的生产机械(如龙门刨床、镗床等)，或需要较大启动转矩的生产机械(如起重机械)。

但直流电动机的制造工艺复杂，生产成本较高，维护较困难，可靠性较差。

一、直流电动机的工作原理

图1 直流电动机的工作原理图

上图为直流电机的物理模型，N、S是一对固定不变的磁极，用以产生所需要的磁场。abcd是固定在可旋转铁质圆柱体上的线圈，线圈和圆柱体分别称为电枢绕组和电枢铁心。线圈的首末端a、d连接到两个相互绝缘并可随线圈一同旋转的换向片上。转子线圈与外电路的连接是通过与换向片连接、固定不动的电刷进行的。

通电导线在磁场中受到电磁力作用。其方向有左手定则确定。

如图电刷A接电源正极，且总与转到上边的换向片接触，所以产生的电磁转矩使转子总是逆时针旋转。

二、直流电动机的构造

直流电动机主要由静止的定子和旋转的转子组成。定子的作用是产生磁场，转子的作用是产生感应电动势和电磁转矩。

(一) 定子

1、 主磁极。作用产生主磁场。

2、 机座。机座又称为磁轭，是各磁极间的磁通路。

3、 换向极。两个相邻磁极间的小磁极。作用产生附加磁场，渐弱换向片与电刷间的电火花。

(二) 转子

1、 转子铁芯。有两个作用：一是用来安放转子绕组;二是作为电动机磁路的一部分。

2、 转子绕组。作用产生感应电动势并通过电流，使电动机实现机、电能量转换。

3、 换向器。装在转子轴的一端，换向器与绕组元件连接。

三、直流电动机的励磁方式

直流电动机中的主磁通是由励磁绕组中通过励磁电流产生的。直流电动机的性能与它的励磁方式密切相关。

1、 直流他励电动机

2、 直流并励电动机

3、 直流串励电动机

4、 直流复励电动机

四、直流电动机的主要技术数据

1、 额定功率PN

额定功率是指电动机轴上输出的机械功率，它等于电动机额定电压与额定电流的乘积，再乘以电动机的额定效率。

2、 额定电压UN

指在额定运行情况下，加在电动机上的输入电压。

3、 额定电流IN

指在额定运行情况下，输给电动机的电流。

4、 额定转速nN

指电动机在额定电压、额定电流和额定功率情况下运行时的电动机转速。

5、 额定效率ηN

电动机在额定运行时输出功率与输入功率之比的百分数。

6、 额定温升τN

指电动机的温度允许高出环境温度的最大允许值。

五、并励直流电动机的机械特性

直流电动机的地转速随着负载的增加而稍有降低，但降低的幅度不大，可以看成是近于恒速的电动机，因此具有良好的机械特性。

六、并励直流电动机的起动、反转及调速

(一) 起动

由于起动电流大，直流电动机绝对不允许直接起动。通常在转子绕组电路中串联接入一个起动变阻器。

(二) 反转

要改变电动机的旋转方向，关键是改变电磁转矩的方向。改变绕组电流的方向或改变励磁电流方向，都可以改变电磁转矩的方向。如图3-38对调转子绕组的接头或对调励磁绕组接头改变方向。

(三) 调速

并励电动机通常有三种调速方法：改变磁通、改变外加电压、改变转子绕组电阻调速。在改变磁通的调速方法中，减小磁通，转速上升，为恒功率调速;

改变外加电压的方法是通过降低电压，降低转速;

改变转子绕组的调速方法，需要在电路中串联一个调速用变阻器。