直流电动机的拖动概述

电机与拖动直流电机的工作原理、直流电机的基本结构和额定值主题：直流电机的辅导文章——直流电机的工作原理、直流电机的基本结构和额定值、直流电机的磁场和电枢反应、直流电机的感应电动势和电磁转矩学习时间：2016年10月10日--10月16日内容：我们这周主要学习课件第2章直流电机的相关内容。

希望通过下面的内容能使同学们加深对直流电机相关知识的理解。

一、直流电机的工作原理（重点掌握）直流电机按其能量转换方向的不同分为直流发电机和直流电动机，两者之间具有可逆性。

1.直流电动机的工作原理：当给电枢绕组通入直流电流时，通过电刷和换向器转换为交变电流，使处于主极磁场中绕组的线圈始终受到相同方向电磁转矩的作用，保证了电动机连续转动，从而实现电能到机械能的转换。

图1 直流电动机的工作原理图2.直流发电机的工作原理：当原动机拖动电枢转动时，电枢绕组的线圈切割主极磁场而产生交变感应电动势，再通过电刷和换向器转换为直流电动势，由电枢绕组输出直流电流，从而实现机械能到电能的转换。

图2 直流发电机的工作原理图二、直流电机的基本组成和额定值（重点掌握）1.直流电机主要由定子和转子两大部分组成，其基本组成如图3所示。

转子称为电枢，它是能量转换的枢纽。

电枢绕组构成了直流电机的主要电路，它是由很多元件按一定规律连接起来的闭合绕组。

按元件的连接方式和端接形状分类，电枢绕组主要有叠绕组和波绕组两大类。

电枢绕组是电机的重要部件。

直流电机的绕组有五种形式：单叠绕组、单波绕组、复叠绕组、复波绕组和蛙绕组。

换向器是直流电机所特有的部件，与电刷配合，实现电枢绕组端部的直流电流与电枢绕组内部的交变电流之间的转换，即在直流电动机中起到了“逆变器”的作用，在直流发电机中起到了“整流器”的作用。

图3 直流电机的基本组成2.直流电机的额定值主要有额定电压、额定电流、额定功率和额定转速等。

1）额定电压N U ：对于直流电动机，N U 是输入电压的额定值；对于直流发电机，N U 是输出电压的额定值。

直流电机及其电力拖动工作原理直流电机是实现直流电能和机械能相互转换的一种旋转电机，分为直流发电机和直流电动机。

如果作为发电机，必须由原动机拖动，把机械能转换为直流电能，以满足生产的需要，如直流电动机的电源、同步发电机的励磁电源（称为励磁机）、电镀和电解用的低压电源；如果作为电动机，将电能转变成机械能来拖动各种生产机械，以满足用户的各种要求。

由于直流电动机具有良好的起动特性，能在宽广的范围内平滑而经济地调速，所以它广泛地用于对起动和调速性能要求较高的生产机械上，如轧钢机、高炉卷扬设备、大型精密机床等。

小容量直流电机广泛作为测量、执行元件使用。

一、直流电机的基本原理和结构直流电机主要由定子和转子组成，定子由主磁极（产生恒定的气隙磁通，由铁心和励磁绕组构成）、换向磁极（改善换向）、电刷装置（与换向片配合，完成直流与交流的互换）、机座和端盖（起支承和固定作用）组成；转子由电枢铁心（主磁路的一部分，放置电枢绕组）、电枢绕组（由带绝缘的导线绕制而成，是电路部分）、换向器（与电刷装置配合，完成直流与交流的互换）、转轴、轴承组成。

直流电机是根据电磁感应定律和电磁率定律实现机械能与直流电能转换的电器设备。

按照转换方向不同可分为直流发电机（机械能转换为电能）和直流电动机（电能转换为机械能）。

二、直流电机的电力拖动原理由直流电机作为原动机的拖动系统称为直流电力拖动系统。

其优点是：系统的起动转矩大，在较大范围内能平滑地进行速度调节，控制简便。

然而，由于直流电机具有换向器和电刷，给使用带来了不少限制，如不能使用在易燃、易爆的场合；另外，换向器还限制了电机向高速、大容量方面发展。

尽管如此，直流电机在电力拖动系统的调速和起动方面的优势，使其至今仍在各个工业传动中发挥着重要的作用，特别是小型直流控制电机。

不同类型、励磁方式的电机特性各不相同，它们分别适用于不同类型的生产机械和工艺要求，本节以应用最为广泛的他励直流电机拖动系统为典型，研究他励直流电机的机械特性、起动、制动、调速运行及电力拖动系统稳定运行的条件。

1. 直流电拖动系统概述机直流电动机在电力拖动系统中具有两个突出优点。

首先直流电动机具有良好的启动、制动性能、调速性能和控制性能，这个优点使直流电动机运动控制系统（简称直流调速系统）在需要调速的高性能电力拖动中得到广泛的应用。

另外，它的电枢电压、电枢电力、电枢回路电阻、电机输出转矩、电机转速等各参数、变量之间的关系几乎都是近似的线性函数关系，这使直流电动机的数学模型较为简单、准确、相应地使得直流调速控制系统的分析、计算及设计也较为容易，且经过较长时间的实践，直流拖动控制系统在理论和实践上都比较成熟、经典，而且从反馈闭环控制的角度来看，它又是及交流调速控制系统的基础。

但常规的意义的直流电动机也具有它不可克服的缺点---带有机械换向装置，即有换向器和电刷，运行时会产生火花和电磁干扰，电刷易磨损需维护、更换；而交流电动机则不存在机械换向的问题。

2. 单闭环直流调速系统3. 双闭环直流调速系统在许多工程实践中，有一些生产机械由于生产工艺的要求，要求电机经常处于启动，制动的工作状态，其速度图多为梯形或三角形。

这类生产机械要求电机经常过载或堵转，例如，往返运动的龙门刨床，可逆轧钢机等。

这类机械要求尽量缩短启、制动过程的时间，来提高生存率。

为此，要求电机在最大允许电流和转矩条件下，充分利用电机的过载能力，最好是在过度过程中始终保持电流（转矩）为允许的最大值，使电力拖动系统以最大的加速度启动，达到稳态转速时，立即让电流减下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。

这样的理想启动过程中，启动电流呈方波型，转速按线性增长。

这是在最大的电流（转矩）受限制时调速系统所能获得的最快的启动过程。

如图1。

图13.1 双闭环直流调速系统的基本构成双闭环直流调速系统是指含有：○1转速负反馈，实现转速的无静差调节；○2电流负反馈环，使系统在充分利用电动机过载能力的条件下获得最佳过度过程。

在单闭环控制系统中，一个调节器的动态参数无法保证两种调节器过程同时具有良好的动态品质。

电力拖动系统知识点总结一、电力拖动系统概述电力拖动系统是指利用电动机驱动，通过变速器、机械传动装置和控制系统，实现对各种机械设备的动力传递和控制的系统。

它是现代工业中广泛应用的一种动力传动方式，具有结构简单、运行可靠、效率高、调速范围广等优点，被广泛应用于各种生产设备和工业机械中。

二、电力拖动系统结构1. 电动机：电力拖动系统的驱动源，常见的电动机有直流电动机、交流异步电动机、交流同步电动机等。

根据不同的工况和要求，选择适合的电动机类型。

2. 变速器：用于调节和控制电动机的转速，使其适应不同的工况和负载要求。

根据需要，可以选择机械变速器或者电子变速器。

3. 机械传动装置：包括联轴器、齿轮传动、链传动等，用于将电动机的旋转运动传递给工作机构，实现对工作机构的动力传递和控制。

4. 控制系统：用于控制电动机的启停、调速、反向等动作，使整个电力拖动系统能够按照要求进行运行和控制。

控制系统通常包括PLC、变频器、传感器等设备。

5. 电源系统：用于提供电动机所需的电能，包括电源线路、电箱、开关柜等设备。

三、电力拖动系统的工作原理电力拖动系统的工作原理可以分为如下几个步骤：1. 电源供应：电源系统将电能供应给电动机，使其转动。

2. 变速器控制：利用变速器对电动机的转速进行调节，根据不同的负载要求和工作条件进行调整。

3. 机械传动：通过机械传动装置将电动机的转动传递给工作机构，实现对工作机构的动力传递。

4. 控制系统作用：控制系统对整个电力拖动系统进行控制和监控，保证其安全稳定地运行。

这样，整个电力拖动系统就能够实现对工作机构的动力传递和控制，满足各种不同的生产要求和工业应用。

四、电力拖动系统的应用领域电力拖动系统广泛应用于各种生产设备和工业机械中，包括：机床、起重设备、输送设备、风机、泵等。

特别是对于需要频繁启停、调速和反向的设备，电力拖动系统具有明显的优势。

在自动化生产线和智能制造系统中，电力拖动系统更是不可或缺的一部分，它能够实现对整个生产线的动力传递和控制，完全符合现代工业的生产要求。