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。它的优点是具有良好的调速性能和较大的起动转矩，因而广泛地应用于要求调速性能较高和较大起动转矩的生产机械。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、直流电动机是如何工作的

直流电动机由定子和转子组成。定子的作用是在励磁绕组中通入直流电流励磁而产生磁场；转子的作用是通电后产生电磁转矩。

直流电源通电导线在磁场中会受到电磁力作用，其方向由左手定则确定。

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。

定子由主磁极、换向极、电刷装置和机座等组成。

转子由转子铁芯、转子绕组、换向器、轴和风扇等组成。

（一）定子

1.主磁极。主磁极的作用是产生主磁场。

2.机座。机座是各磁极间磁的通路，同时也是电机的机械支架。

3.换向极。两个相邻磁极间的小磁极叫做换向极，它的作用是用来产生附加磁场，用以减弱换向片与电刷之间的火花，避免烧蚀。

（二）转子

1.转子铁芯。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。转子绕组的主要作用是产生感应电动势并通过点流，使电动机实现机、电能量转换。

3.换向器。在转子轴的一端装有换向器，换向器由许多铜片组成，片与片之间用云母绝缘。

三、直流电动机的励磁方式

（一）直流他励电动机

在这种电动机中，励磁绕组与转子绕组没有电的联系，励磁电流是由另外的直流电源（如蓄电池组）供给的。

（二）直流并励电动机

在这种电动机中，励磁绕组与转子绕组并联。并励绕组两端电压就是转子绕组两端电压，其值较高，但励磁绕组用细导线制成，其匝数绕得很多，因此具有较大的电阻，使通过它的励磁电流较小。

（三）直流串励电动机

在这种电动机中，励磁绕组与转子绕阻串联。为使励磁绕组不引起过大的损耗和电压降，励磁绕组的电阻越小越好，所以串励绕组通常用较粗的导线绕制，其匝数也较少。

（四）直流复励电动机

在这种电动机中有两个励磁绕组，一个与转子绕组并联，称为并励绕组；另一个与转子绕组串联，称为串励绕组。电动机中的磁通由这两个绕组内的励磁电流共同产生。

四、电动机的主要技术数据

在直流电动机的铭牌上，标明的主要技术数据有下列几项：

（一）额定功率P_N

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UN与额定电流IN的乘积，再乘以电动机的额定效率η_N,，即P_N=U_N·I_N·η_N，单位是W或kW。

（二）额定电压U_N

额定电压是指在额定运行情况下，加在电动机上的输入电压，单位为V。

（三）额定电流I_N

额定电流是指在额定运行情况下，输给电动机的电流，单位是A。

（四）额定转速n_N

额定转速是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,以r/min为单位。

（五）额定效率η_N

额定效率是电动机在额定运行时输出功率与输入功率之比的百分数，即：

（六）额定温升τ_N

额定温升指电动机的温度允许高出环境温度的最大允许值（我国规定环境最高温度为40℃）。 在一般电动机中绕组最易发热，所以铭牌上的温升是指电动绕组的最高温升。

例：一台直流电动机，其额定功率P_N=160kW，额定电压U_N=220V，额定效率η_N=90%，求该电动 机的输入功率及额定电流。

解：输入功率

因为P₁=U_N·I_N， 所以额定电流