积。 目前国产一般用途的直流电动机有Z2及Z3系列。Z2系列 电动机派生了一些特殊规格的直流电动机,以适应不同的需要, 如恒功率调励磁调速范围为3:1及4:1的ZT2系列广调速电 动机;zO2系列封闭式电动机等。Z3系列与Z2系列相比,具有 调速范围广、体积小、转动惯量小、重量轻等优点。其安装尺 寸与国际电工委员会(IFC)推荐标准相同。 2-2直流电动机的机械特性和控制 直流电动机具有结构复杂、难于维护等缺点,但是它所具 有的良好的调速性能和启动特性,是交流异步电动机无法比拟 的。因此,直流电动机至今仍然在许多工业部门得到广泛的应 用。如大型轧钢机、造纸机、精密金属切削机床、矿井卷扬机、 市内电车等,都采用直流电动机作为原动机。又如在发电厂中 调节锅炉燃烧量的给粉机的原动机与伺服电动机、玻璃工业生 产中拔拉玻璃管的旋管杋、拔管机等也都使用直流电动机。 直流电动机内部的电磁关系、基本构造、励磁方式等与直 流发电机柜同,不同的是电动机是将电能转换为机械能,用以 拖动各种生产机械工作。直流电动机一般都是他励式。按励磁 绕组和电枢绕组的连接方式可以把电动机分为并励式、串励式 和复励式几种 在本文中以并励电动机为主,讨论直流电动机的机械特性、 调速、起动、反转、制动等运行特性和典型的控制电路。 、直流电动机的转矩与反电动势的平衡关系 电动机的主要功用是在电动杋的轴上输出机械转矩,带动 生产机械工作,于是,首先要弄清楚它的转矩平衡关系。图2-16
是并励直流电动机的电路图。前面曾讲过,电动机的输出功率 Pz是由电磁功率Pm中减去空载损耗△P,即 P2=Pm-△P0 把上式中各项除以电动机的角速度ω,就得到 P AP 即 M2=Mn-Mo 式中M2电动机轴上输出的机楲转矩 Mm电动机的电磁转矩; M0—电动机的空载转矩 上式是电动机的转矩平衡方程式。它说明电动机吸取电能 在电动机内产生电磁转矩后,其中的一小部分用来克服电动机 的空载摩擦和铁损耗产生的制动转矩,其余主要部分是电动机 轴上输出的机械转矩,也就是与所带生产机械的负载制动转矩 相平衡的部分(除了他励电动机外,其余各种直流电动机的励 磁绕组还要消耗一部分功率,它的数值较小,这里忽略不计)。 电动机从电源吸取的电功 率P1;并不能全部转换为电磁 功率Pm,其中有一小部分功 率是损耗在电枢绕组和励磁绕 组的电阻上,这就是铜损 R △Pc。这三部分功率关系是 P=Pm+APco 输入功率P1=U1,电磁功率2216并励直流电动机电路图 Pc=EL,电动机铜损△P=f3R2;把这些关系代人上式,就 得到 UL=EI,+LR 30·
把上式中各项除以电枢电流Ia,又得到 U=E+LR 上式说明,邡在电动机上的电源电压与电枢电动势及电枢 绕组压降相平衡,这就是直流电动机的电势平衡方程式。由于 电枢电阻较小,所以电枢绕组压降lR不大,电动机电枢两端 的外加电压主要与其电枢电动势相平衡。在电动机中,电枢感 应电动势和外加电压的方向相反,所以是反电动势。 由上式可以得到电枢电流的计算公式 U 、直流电动机的柷械特性 1.并励电动机的机械特性 电动机是一种输出机械功率的旋转式原动机,输出的机械 功率为P2=M2,也就是说,它究竟输出多少功率,可以用它 轴上输出的转矩M2和电动机旋转的角速度a来衡量,而角速 度ω又由它的转速n决定。所以输出转矩M2和转速n是说明 电动机工作特性的两个重要物理量。 通常,由电动机轴输出的机械转矩M2是不容易测量的, 般用电磁转矩Mm去代替M2,它们之间只差一个空载转矩M M一般很小,可以忽略,对分析问题并没有多大影响。当电源 电压U=常数、励磁电流l,=常数、电枢回路总电阻R不变时 电动机转速n与转矩Mm之间的关系n=f(Mm)叫做电动机的 机械特性。 分析电动机的机械特性需要从电路上去找它们的关系。前 面提过,直流电动机的外加电压、电枢反电动势和电枢绕组压 降的关系是
U=E+IRa 其中 Ea=C④n 式中C是电动势常数也叫结构常数,C的大小,决定于磁极对 数P、支路对数a和电枢导体总数N。一台已经出厂的电动机, P、a、N都是固定不变的,所以,C是一个不变的常数。用式 子表示C~PN 60 ,这样←来,电枢电动势E就和气隙磁通φ及 电枢转速n成正比 或 n C中 又知道 Mm=CMl 或 将以上关系式代换后得到 E. U-IR U C. p CφCφ R R C中CCk 上式表示了并励电动机转速n与电磁转矩Mm之间的关系,称 为并励直流电动机的机械特性方程式。 土列方程式说明什么问题呢?首先假定Mm=0,也就是电 动机既没有输出转矩M2,也没有空载损耗转矩M的情况,这 时的电动机转速用n表示,从机械特性方程式可以得到 Cφ 当然,空载损耗转矩M=0的情况是不可能出现的,电动机只 要一转动,就会有空载损耗,所以m叫做理想空载转速。若忽 略电枢反应的影响,并励直流电动机的主磁通φ是一个常数, C是电动机的结构常数,因此,一个已制造好的电动机,在不
改变励磁电流时,n。是一个定值。 “机楲特性方程式”的第二项中,C4、CM都是电动机结构常 数,R。是电枢回路电阻,一般是不变的,如果忽略电枢反应的 影响,的大小也不改变,因此,,CM可以用一个系数a来 代表,于是机械特性方程式又可写为 aM 可以用一条直线来表示这个关系(图2-17) M 0 Mn M、n 图2-17并励直流电动机机械特性曲线 当Mm=0时,n=n0,在纵坐标轴上可以找到这一点。当电磁转 矩为额定值Mx(这时电动机上带有额定负载)时,电动机转速 为nN=n-aMN,在坐标系中也可以找到这一点把这两点连接 起来得到一条直线,就是并励电动机的机械特性曲线显然,这 是一条与纵坐标轴相交而向下倾斜的直线。 机械特性曲线与纵坐标轴的交点,表示理想空载转速n