1、直流电动机电枢串电阻启动设计 1 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源。 1.1 直流电动机的结
2、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。 直流电动机电枢串电阻启动设计 2 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旋转的， 电枢铁心呈圆柱状，由硅钢片
3、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 直流电动机电枢串电阻启动设计 3 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（换向片）构成的，每一换向片都与相应的电枢绕组连接
4、， 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，电磁力也等于零。但由于惯性的作用
5、，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。 直流电动机电枢串电阻启动设计 4 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 等于电枢电流 Ia和励磁电流 If之和，即 I=Ia+If。 直流电动机电枢串电阻启动设计 5 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，就应增加绕组的匝数。由于 If较小，可 近似为 I=Ia。
