直流電動(dòng)機(jī)的工作原理、接線及調(diào)試

從化技工學(xué)校

學(xué)科電工實(shí)習(xí)課程教案用紙（首頁(yè)JA－1）

審批簽字教Z2-22型并勵(lì)直流電動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)的工作原理、接線及調(diào)試授課授課時(shí)數(shù)授課時(shí)間授課班級(jí)教學(xué)目的重點(diǎn)和難點(diǎn)復(fù)習(xí)提問(wèn)10機(jī)電高級(jí)方講授法、示范操作、手把手指導(dǎo)機(jī)，可調(diào)直流法具電源1．掌握判別直流電動(dòng)機(jī)各種繞組的方法2．掌握調(diào)整直流電動(dòng)機(jī)中性位的調(diào)整及通電試車方法。重點(diǎn)：直流電動(dòng)機(jī)的通電試車方法難點(diǎn)：直流電動(dòng)機(jī)中性位的調(diào)整1、201*A型龍門刨床應(yīng)如何調(diào)試直流系統(tǒng)？作業(yè)寫出實(shí)習(xí)報(bào)告教學(xué)內(nèi)容方法過(guò)程附記復(fù)習(xí)提問(wèn)5分鐘引入新課一、實(shí)習(xí)課題：直流電動(dòng)機(jī)的工作原理、接線及調(diào)試【板書】二、實(shí)習(xí)目的：1．掌握判別直流電動(dòng)機(jī)各種繞組的方法2．掌握調(diào)整直流電動(dòng)機(jī)中性位的調(diào)整及通電試車方法。三、工具耗材：Z2-22型直流電動(dòng)機(jī)、萬(wàn)用表、轉(zhuǎn)速表等四、教學(xué)過(guò)程【復(fù)習(xí)提問(wèn)】1、201*A型龍門刨床應(yīng)如何調(diào)試直流系統(tǒng)？【入門指導(dǎo)】一、直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理1．直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。定子包括主磁極、換向極、電刷裝置、機(jī)座、端蓋等。其中主磁極的作用是產(chǎn)生主磁極磁場(chǎng)；換向極的作用是產(chǎn)生換向磁場(chǎng)，改善直流電機(jī)的換向。轉(zhuǎn)子又稱為電樞，包括電樞鐵心、電樞繞組、換向器、風(fēng)扇、轉(zhuǎn)軸等。直流電機(jī)常做成電樞旋轉(zhuǎn)形式。直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖43所示。1頁(yè)教案附頁(yè)（JA－2）

附記根據(jù)實(shí)物講解演示教學(xué)內(nèi)容方法過(guò)程2．直流電動(dòng)機(jī)的基本原理直流電動(dòng)機(jī)其基本工作原理是通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)內(nèi)會(huì)受到電磁力的作用而使電樞旋轉(zhuǎn)。通過(guò)換向器，使直流電動(dòng)機(jī)獲得單方向的電磁轉(zhuǎn)矩；通過(guò)換向片使處于磁極下不同位置的電樞導(dǎo)體串聯(lián)起來(lái)，使其電磁轉(zhuǎn)矩相疊加而獲得幾乎恒定不變的電磁轉(zhuǎn)矩。3．直流電機(jī)的分類按照勵(lì)磁方式不同，直流電機(jī)可分為他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)及復(fù)勵(lì)等四大類。其中，直流電動(dòng)機(jī)各種勵(lì)磁方式的接線原理圖如圖4-4所示。結(jié)合實(shí)物講授并加以演示2頁(yè)教案附頁(yè)（JA－2）

附記布置實(shí)訓(xùn)任務(wù)并講清楚相關(guān)操作規(guī)程及操作要點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容方法過(guò)程【實(shí)習(xí)訓(xùn)練】【實(shí)習(xí)步驟】1、判別直流電動(dòng)機(jī)的電樞繞組、并勵(lì)繞組及串勵(lì)繞組1）看編號(hào)，接線端子上都有字母，電樞端子是S1、H2，并勵(lì)繞組是B1、B2，串勵(lì)繞組是C1、C2。2）量電阻，并勵(lì)繞組的電阻比其它兩個(gè)繞組的電阻大很多倍，不是一個(gè)數(shù)量級(jí)的。一般來(lái)說(shuō)，串勵(lì)繞組電阻比電樞繞組電阻又小一些，但因?yàn)槎�者是串�?lián)關(guān)系，所以大多數(shù)情況并無(wú)必要分清二者到底是誰(shuí)的端子。3）把電刷與換向器之間用絕緣的東西隔開(kāi)，電樞線圈的接線柱之間是斷開(kāi)的，也就是你量電阻的話，電阻無(wú)窮大，而串磁線圈或并勵(lì)線圈的接線端子就一直是導(dǎo)通的狀態(tài)。2、調(diào)整直流電動(dòng)機(jī)的中性位(1)感應(yīng)法勵(lì)磁繞組經(jīng)一開(kāi)關(guān)接到3V的直流電源上，將毫伏表或檢流計(jì)接由實(shí)習(xí)老師進(jìn)解到電樞相鄰的兩極下的電刷上，使電樞靜止不動(dòng)，接通或斷開(kāi)勵(lì)磁行課堂演示講電源時(shí)，毫伏表將會(huì)左右擺動(dòng)，移動(dòng)電刷位置，找到毫汰表擺動(dòng)最小或不動(dòng)的最佳位置，這個(gè)位置就是中性線位置。(2)正反轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)法將電機(jī)接成他勵(lì)發(fā)電機(jī)運(yùn)行，使輸出電壓接近額定值。保持電機(jī)的轉(zhuǎn)速和勵(lì)磁電流不變，使電機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，慢慢移動(dòng)電刷位置，直到正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)的電樞輸出電壓相等，此時(shí)的電刷位置就是中性線位置。(3)正反轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)法對(duì)于允許可逆運(yùn)行的直流電動(dòng)機(jī)，在外加電壓和勵(lì)磁電流不變的情況下，使電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，慢慢移動(dòng)電刷位置，直到正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速相等，此時(shí)電刷的位置就是中性線位置。3、將直流電動(dòng)機(jī)接成并勵(lì)或復(fù)勵(lì)等形式，并通電試車（先后接成正3頁(yè)教案附頁(yè)（JA－2）

附記示范操作10～20分鐘學(xué)生操作教師指導(dǎo)180分鐘教學(xué)內(nèi)容方法過(guò)程反轉(zhuǎn)）【示范操作】1、判別直流電動(dòng)機(jī)的電樞繞組、并勵(lì)繞組及串勵(lì)繞組2、調(diào)整直流電動(dòng)機(jī)的中性位（感應(yīng)法）3、直流電動(dòng)機(jī)接成并勵(lì)或復(fù)勵(lì)等形式，并通電試車【巡回指導(dǎo)】學(xué)生自行操作，遇到問(wèn)題請(qǐng)教老師，由老師巡回指導(dǎo)【結(jié)束總結(jié)】就學(xué)生在操作過(guò)程中遇到的問(wèn)題以及解決方法進(jìn)行清晰的總總結(jié)評(píng)定5分結(jié)和評(píng)講【作業(yè)評(píng)定】布置實(shí)操課的作業(yè)：實(shí)習(xí)報(bào)告【課后記錄】鐘布置作業(yè)2分鐘

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第四章直流電動(dòng)機(jī)的基本控制線路

在精密機(jī)械加工與冶金工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，如：高精度金屬切削機(jī)床、軋鋼機(jī)、造紙機(jī)、龍門刨床、電氣機(jī)車等生產(chǎn)機(jī)械都是用直流電動(dòng)機(jī)來(lái)拖動(dòng)的。這是因?yàn)橹绷麟妱?dòng)機(jī)具有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、調(diào)速范圍廣、調(diào)速精度高、能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速以及可以頻繁啟動(dòng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，對(duì)需要能夠在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速或需要大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的生產(chǎn)機(jī)械，常用直流電動(dòng)機(jī)來(lái)拖動(dòng)。

第一節(jié)學(xué)習(xí)目的和要求

一、學(xué)習(xí)目的

1．掌握并勵(lì)和串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、換向、調(diào)速和制動(dòng)控制線路的工作原理

2．根據(jù)并勵(lì)串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的控制線路原理圖能熟練進(jìn)行線路的安裝、接線和調(diào)試。

二、參考課時(shí)第一章第一節(jié)第二節(jié)合計(jì)授課內(nèi)容并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)總學(xué)時(shí)理論學(xué)時(shí)實(shí)訓(xùn)學(xué)時(shí)14448426

三、學(xué)習(xí)要求

1．掌握直流電動(dòng)機(jī)基本控制線路的工作原理，理解和分析控制線路的特點(diǎn)。2．能根據(jù)直流電動(dòng)機(jī)的控制線路原理圖熟練進(jìn)行線路的安裝、接線，在調(diào)試過(guò)程中，能根據(jù)出現(xiàn)的故障現(xiàn)象進(jìn)行正確的分析與排除。

第二節(jié)學(xué)習(xí)與訓(xùn)練指導(dǎo)

本章要點(diǎn)

并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、換向、制動(dòng)、調(diào)速控制線路串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、換向、制動(dòng)控制線路

本章難點(diǎn)

并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)控制方法串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)自動(dòng)控制原理本章主要學(xué)習(xí)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)和串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的基本控制線路，包括起動(dòng)控制線路、正反轉(zhuǎn)控制線路、制動(dòng)控制線路和調(diào)速控制線路。同時(shí)對(duì)各個(gè)控制線路的保護(hù)電路也作了詳細(xì)的分析。因?yàn)榻�、直流電�?dòng)機(jī)基本控制線路的工作原理大同小異，所以在學(xué)習(xí)過(guò)程中要注意新舊知識(shí)的聯(lián)系。

一、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的基本控制線路

（一）重點(diǎn)內(nèi)容

1.并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制線路

對(duì)于并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，一般不允許直接起動(dòng)。這是因?yàn)椴��?lì)直流電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)時(shí)電樞電流可高達(dá)十幾倍或更高的額定電流，使繞組由于過(guò)熱而損壞。并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制常采用降壓起動(dòng)。

（1）直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)變阻器主要由電阻元件、調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換裝置和外殼三大部分組成。調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換裝置、電阻元件均置于旋轉(zhuǎn)式變阻器的定型箱殼中，電阻元件一般為螺旋形，采用康銅電阻材料制成。失壓保護(hù)聯(lián)鎖裝置依靠旋軸中心的扭力彈簧自動(dòng)復(fù)位切斷電路。

在學(xué)習(xí)手動(dòng)起動(dòng)控制線路的工作原理時(shí)，要認(rèn)識(shí)到：一是轉(zhuǎn)動(dòng)起動(dòng)變阻器手輪時(shí)，在每個(gè)觸頭位置上要停留約2秒的時(shí)間；二是在切斷電源開(kāi)關(guān)使電動(dòng)機(jī)停止工作，而起動(dòng)變阻器手輪自動(dòng)回到零位時(shí)，勵(lì)磁繞組、電樞繞組和起動(dòng)電阻要組成一閉合回路，作為勵(lì)磁繞組斷電時(shí)的放電回路，避免勵(lì)磁繞組會(huì)因突然斷電而產(chǎn)生很大的自感電動(dòng)勢(shì)，造成繞組的絕緣擊穿或在手輪和銅條間產(chǎn)生火花，將動(dòng)觸頭燒壞；三是在起動(dòng)時(shí)，要保證勵(lì)磁電路不得斷路，為了獲得較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，應(yīng)使勵(lì)磁電路中的外接電阻RP短接，此時(shí)勵(lì)磁電流最大，才能產(chǎn)生較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

（2）在學(xué)習(xí)自動(dòng)起動(dòng)控制線路時(shí)，可結(jié)合三相交流異步電動(dòng)機(jī)的串電阻降壓起動(dòng)控制線路來(lái)進(jìn)行。兩個(gè)線路的最大區(qū)別在于控制電路，除了共同擁有的短路保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、失壓保護(hù)，在并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)自動(dòng)控制線路的控制電路中，還有弱磁保護(hù)、過(guò)流保護(hù)等功能。另外還有勵(lì)磁電路斷電時(shí)的放電回路。

2．并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制線路

并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)的方法有兩種，一是改變勵(lì)磁電流方向，二是改變電樞電流方向。不管采用哪一種方法，都是為了改變電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩方向，從而實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)。在生產(chǎn)實(shí)際中，并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)都是靠改變電樞電流方向來(lái)實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制線路工作原理的學(xué)習(xí)，重點(diǎn)是主電路,必須理解改變電樞繞組電流方向的原理及方法，其控制電路與異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制線路相同。

3．并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制線路

直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)與三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)相似，其制動(dòng)方法也有機(jī)械制動(dòng)和電氣制動(dòng)兩大類。由于電力制動(dòng)具有制動(dòng)力矩大、操作方便、無(wú)噪聲等優(yōu)點(diǎn)，所以，在直流電力拖動(dòng)中應(yīng)用較廣。電氣制動(dòng)按其產(chǎn)生電磁制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的方法不同又可分為能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)和再生發(fā)電制動(dòng)三種。

（1）能耗制動(dòng)控制線路

能耗制動(dòng)就是需要電機(jī)停車時(shí)，維持直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電源不變，只切斷電動(dòng)機(jī)電樞繞組的電源，使電樞繞組與外加制動(dòng)電阻串接構(gòu)成閉合回路�？繎T性繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的電樞繞組感應(yīng)電流方向與原來(lái)電流方向相反，產(chǎn)生與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向相反的制動(dòng)力矩，迫使電動(dòng)機(jī)迅速停轉(zhuǎn)。這種制動(dòng)方法在運(yùn)輸、起重設(shè)備上應(yīng)用較廣，不足之處是不宜對(duì)機(jī)械迅速制動(dòng)。

在學(xué)習(xí)能耗制動(dòng)控制線路工作原理時(shí)，其制動(dòng)控制的關(guān)鍵是制動(dòng)電阻的接入，在掌握好這一要點(diǎn)的基礎(chǔ)上，再來(lái)完成整個(gè)制動(dòng)過(guò)程的學(xué)習(xí)。

（2）反接制動(dòng)控制線路

反接制動(dòng)是利用改變電樞電流或勵(lì)磁電流的方向，來(lái)改變電磁轉(zhuǎn)矩方向，形成制動(dòng)力矩，迫使電動(dòng)機(jī)迅速停轉(zhuǎn)。并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)是利用改變電樞電流的方向來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

在學(xué)習(xí)反接制動(dòng)控制線路工作原理時(shí)，應(yīng)掌握好以下兩點(diǎn)，一是反接制動(dòng)時(shí)電樞繞組如何實(shí)現(xiàn)反接？電樞繞組回路串入制動(dòng)電阻的作用是什么？二是當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低接近為零時(shí)，如何斷開(kāi)電樞回路的電源，避免電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。

（3）再生發(fā)電制動(dòng)

再生發(fā)電制動(dòng)只適用于當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速大于理想空載轉(zhuǎn)速n0的場(chǎng)合。此時(shí)電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)運(yùn)行，將發(fā)出的電能返送回電網(wǎng)，電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)。

4．調(diào)速控制線路

并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電氣調(diào)速方法有三種：一是電樞回路串電阻調(diào)速；二是改變主磁通調(diào)速；三是改變電樞電壓調(diào)速。

（1）電樞回路串電阻調(diào)速

電樞回路串電阻調(diào)速是在電樞回路中串接調(diào)速變阻器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這種調(diào)速方法只能由額定轉(zhuǎn)速向下調(diào)節(jié)。（2）改變主磁通調(diào)速

改變主磁通調(diào)速是通過(guò)改變勵(lì)磁電流的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這種調(diào)速方法是由額定轉(zhuǎn)速向上調(diào)節(jié)的，電機(jī)轉(zhuǎn)速不能調(diào)節(jié)太高。改變主磁通調(diào)速是恒功率調(diào)速，即轉(zhuǎn)速升高后，輸出轉(zhuǎn)矩必須減小，否則電樞電流會(huì)超過(guò)原來(lái)的額定電流，使電動(dòng)機(jī)發(fā)熱燒壞。

（3）改變電樞電壓調(diào)速

在要求調(diào)速范圍寬廣的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制電路中，一般采用改變電樞電壓調(diào)速。目前正日趨廣泛地使用晶閘管整流裝置作為直流電動(dòng)機(jī)的可調(diào)電源，通過(guò)改變晶閘管的導(dǎo)通角的大小來(lái)改變輸出的脈動(dòng)直流電的波形，從而達(dá)到改變輸出電壓的大小。調(diào)壓調(diào)速是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，轉(zhuǎn)速也只能由額定轉(zhuǎn)速向下調(diào)節(jié)。

（二）難點(diǎn)分析

如圖4.1為并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)控制線路

圖4.1并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)控制電路圖

由于并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組的導(dǎo)線較細(xì)，允許通過(guò)的電流較小，所以并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的的反接制動(dòng)是通過(guò)改變電樞電流的方向，來(lái)實(shí)現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)矩方向的改變，從而實(shí)現(xiàn)反接制動(dòng)。

在學(xué)習(xí)反接制動(dòng)控制線路工作原理時(shí)，如圖45所示，應(yīng)掌握好以下兩點(diǎn)，一是反接制動(dòng)時(shí)，維持勵(lì)磁繞組電流If方向不變，在斷開(kāi)電樞繞組電源后首先接入制動(dòng)電阻RB以限制反接制動(dòng)電流，然后再實(shí)現(xiàn)電樞繞組的反接；二是當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低接近為零時(shí)，即實(shí)現(xiàn)制動(dòng)時(shí)，電樞中的反電動(dòng)勢(shì)Ea也接近于零，電壓繼電器KA因其線圈兩端電壓較低而釋放，使接觸器KM2、KM3斷電釋放，斷開(kāi)電樞回路的電源，避免電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。（三）學(xué)習(xí)方法

本部分內(nèi)容由交流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制引出并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)，來(lái)理解并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)不允許直接起動(dòng)的原因。并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)常用的起動(dòng)方法，并對(duì)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)各種起動(dòng)方法的優(yōu)缺點(diǎn)及其適應(yīng)范圍進(jìn)行了介紹。又對(duì)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制線路、制動(dòng)控制線路、調(diào)速控制線路的工作原理作了詳細(xì)介紹，在學(xué)習(xí)過(guò)程中要注意新舊知識(shí)的聯(lián)系。

（四）注意事項(xiàng)

１．并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，一般都不采用直接起動(dòng)的方法，在起動(dòng)時(shí)必須保證勵(lì)磁繞組回路不能斷路且在勵(lì)磁繞組回路電流最大的情況下起動(dòng)。

２．并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)和反接制動(dòng)都是利用改變電樞電流的方向來(lái)實(shí)現(xiàn)的

３．在勵(lì)磁繞組的控制電路中不僅要有失磁保護(hù)和弱磁保護(hù)，而且要有斷電時(shí)的放電回路。

４．并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速變阻器可作啟動(dòng)變阻器使用，而啟動(dòng)變阻器不能用于調(diào)速。在采用弱磁調(diào)速時(shí)，轉(zhuǎn)速又不能調(diào)節(jié)得過(guò)高，以免電動(dòng)機(jī)振動(dòng)過(guò)大，換向條件惡化，甚至出現(xiàn)“飛車”事故；還要注意轉(zhuǎn)速升高后，輸出轉(zhuǎn)矩必須減小。

二、串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的基本控制線路

（一）重點(diǎn)內(nèi)容

1.串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制線路

在學(xué)習(xí)串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電樞回路串電阻起動(dòng)控制線路時(shí)，要掌握好其基本控制方法為時(shí)間控制。

時(shí)間繼電器KT1在合上電源開(kāi)關(guān)QF時(shí)即獲電動(dòng)作，以保證電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)串入全部電阻。在按下起動(dòng)按鈕SB1后，串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串電阻R1和R2起動(dòng)。并接在電阻R1兩端的時(shí)間繼電器KT2獲電動(dòng)作，由于KM1常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，KT1線圈斷電釋放，經(jīng)過(guò)一定的整定時(shí)間，KT1的常閉觸點(diǎn)延時(shí)恢復(fù)閉合，使接觸器KM2線圈得電吸合，KM2的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合有兩個(gè)作用，一是短接電阻R1，電動(dòng)機(jī)加速運(yùn)轉(zhuǎn)，二是使KT2線圈失電，經(jīng)過(guò)一定的整定時(shí)間，KT2的常閉觸點(diǎn)延時(shí)恢復(fù)閉合，接觸器KM3線圈得電吸合，KM3的常開(kāi)觸點(diǎn)，閉合短接電阻R2，電動(dòng)機(jī)正常工作。整個(gè)動(dòng)作過(guò)程為：QF（合上）→KT1（得電動(dòng)作）→SB2（按下）→KM1（得電動(dòng)作）、KT2（得電動(dòng)作）、KT1（斷電釋放）→KT1整定延時(shí)→KM2（得電動(dòng)作）→KT2（斷電釋放）→KT2整定延時(shí)→KM3（得電動(dòng)作）→起動(dòng)結(jié)束。

2．串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制線路

對(duì)于串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制線路,要把學(xué)習(xí)的重點(diǎn)放在主電路，熟悉改變勵(lì)磁繞組電流方向的方法及原理。其控制電路與異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制線路基本相同，區(qū)別在于正反向起動(dòng)時(shí)，都需要在電樞回路串聯(lián)起動(dòng)電阻。作好復(fù)習(xí)即可。

3．串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制線路

串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制是本課題的難點(diǎn)內(nèi)容，要抓住關(guān)鍵，掌握好串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)自勵(lì)式能耗制動(dòng)控制線路的工作原理。在學(xué)習(xí)過(guò)程中可根據(jù)能耗制動(dòng)時(shí)元器件的動(dòng)作過(guò)程來(lái)掌握。其能耗制動(dòng)時(shí)元器件的動(dòng)作過(guò)程為：SB2（按下）→KM1（斷電釋放）、KM2（得電動(dòng)作）→電動(dòng)機(jī)M能耗制動(dòng)→KV（斷電釋放）→KM2（斷電釋放）→制動(dòng)結(jié)束。

4．調(diào)速控制線路

串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電氣調(diào)速方法與并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)相同。即電樞回路串電阻調(diào)速、改變電樞電壓調(diào)速三種方法，學(xué)習(xí)時(shí)，掌握好三種調(diào)速方法的適用范圍即可，不必過(guò)多占用學(xué)時(shí)。

（二）難點(diǎn)分析

串勵(lì)電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)自動(dòng)控制電路可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停車。在電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)停車和反轉(zhuǎn)停車時(shí)，沒(méi)有制動(dòng)控制過(guò)程，只有在電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換時(shí)，才經(jīng)過(guò)制動(dòng)控制過(guò)程。在學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容時(shí)，要按元器件的動(dòng)作順序來(lái)掌握。

串勵(lì)電動(dòng)機(jī)正傳運(yùn)行時(shí)，若需反轉(zhuǎn)，將主令控制器AC手柄扳向反轉(zhuǎn)位置“2”，元器件的具體動(dòng)作順序?yàn)?

接觸器KM1和中間繼電器KA1失電，其觸頭復(fù)位，接觸器KM3、KM4、KM5線圈也斷電，電動(dòng)機(jī)M串入啟動(dòng)電阻R1和R2以及反接制動(dòng)電阻RB。

接觸器KM、KM2得電動(dòng)作，改變電樞繞組的電流方向，使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在反接制動(dòng)狀態(tài)。

當(dāng)轉(zhuǎn)速降到接近于零時(shí)，KA2線圈上的電壓升到吸合電壓，KA2線圈得電，KA2常開(kāi)觸頭閉合，使KM3得電動(dòng)作，RB被短接，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入反轉(zhuǎn)起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。

（三）學(xué)習(xí)方法

串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的基本控制包括起動(dòng)控制、正反轉(zhuǎn)控制、制動(dòng)控制和調(diào)速控制，與并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)控制線路比較，除主電路有較大區(qū)別外，控制電路基本上是一樣的。所以在學(xué)習(xí)時(shí)，可參考并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的基本控制線路來(lái)學(xué)習(xí)。

（四）注意事項(xiàng)

１．串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)和并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)一樣，一般也不直接起動(dòng)，常采用電樞回路串聯(lián)起動(dòng)電阻的方法進(jìn)行起動(dòng)。

２．串勵(lì)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，切忌空載或輕載啟動(dòng)及運(yùn)行。因?yàn)榭蛰d或輕載時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速很高，會(huì)使電樞因離心力過(guò)大而損壞，所以啟動(dòng)時(shí)至少要帶20%～30%的額定負(fù)載。而且電動(dòng)機(jī)要與生產(chǎn)機(jī)械直接耦合，禁止使用帶轉(zhuǎn)動(dòng)，以防帶滑脫而造成嚴(yán)重事故。

３．串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)常采用勵(lì)磁繞組反接法來(lái)實(shí)現(xiàn)。４．串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法和注意事項(xiàng)與并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的相同。

第三節(jié)知識(shí)拓展

一、直流電機(jī)的勵(lì)磁方式

直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁方式是指勵(lì)磁繞組獲得勵(lì)磁電流的方式，除永磁式微直流電動(dòng)機(jī)外，直流電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)都是通過(guò)勵(lì)磁繞組通入電流激勵(lì)而建立的。按勵(lì)磁方式不同可分為四種：他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)。

1．他勵(lì)電動(dòng)機(jī)

他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組和電樞繞組互不相連，如圖4.2所示。他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組采用單獨(dú)的勵(lì)磁電源。

圖4.2他勵(lì)電動(dòng)機(jī)

2．并勵(lì)電動(dòng)機(jī)

并勵(lì)電機(jī)的勵(lì)磁繞組是和電樞繞組并聯(lián)的，如圖4.3所示。并勵(lì)電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組的特點(diǎn)是導(dǎo)線細(xì)、匝數(shù)多、電阻大、電流小。這是因?yàn)閯?lì)磁繞組的電壓就是電樞繞組的端電壓，這個(gè)電壓通常較高。勵(lì)磁繞電阻大，可使If減小，從而減小損耗。由于If較小，為了產(chǎn)生足夠的主磁通Φ，就應(yīng)增加繞組的匝數(shù)。

圖4.3并勵(lì)電動(dòng)機(jī)

3．串勵(lì)電動(dòng)機(jī)

串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)之后接直流電源，如圖4.4所示。串勵(lì)電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組的特點(diǎn)是其勵(lì)磁電流If就是電樞電流Ia，這個(gè)電流一般比較大，所以勵(lì)磁繞組導(dǎo)線粗、匝數(shù)少，它的電阻也較小。

圖4.4串勵(lì)電動(dòng)機(jī)

4．復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)

這種直流電動(dòng)機(jī)的主磁極上裝有兩個(gè)勵(lì)磁繞組，一個(gè)與電樞繞組串聯(lián)，另一個(gè)與電樞繞組并聯(lián)，如圖4.5a所示，所以復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的特性兼有串勵(lì)電動(dòng)機(jī)和并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)，所以也被廣泛應(yīng)用。當(dāng)兩個(gè)勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的磁通方向一致時(shí)，稱為積復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)，如圖4.5b所示。相反時(shí)則稱為差復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)。如圖4.5c所示。

ａ復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)

b積復(fù)勵(lì)c差復(fù)勵(lì)

圖４.5復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)

二、直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)

直流電機(jī)可作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，也可作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行。不管是電動(dòng)機(jī)還是發(fā)電機(jī)其基本結(jié)構(gòu)是相同的，即都有靜止部分（定子）和可旋轉(zhuǎn)部分（轉(zhuǎn)子）組成。

1．定子部分

直流電機(jī)的定子主要有以下部件組成：機(jī)座、前后端蓋、主磁極、換向磁極和電刷裝置等。

（1）機(jī)座

直流電機(jī)一般采用整體機(jī)座，有兩個(gè)方面的作用。一是作為電機(jī)磁路的一部分，起導(dǎo)磁作用，稱為定子鐵軛；二是主磁極、換向磁極及端蓋均固定在機(jī)座上，起機(jī)械支撐作用。

（2）端蓋

直流電機(jī)的前、后端蓋是用來(lái)安裝軸承和支撐電樞的。（3）主磁極

主磁極的作用是通入直流勵(lì)磁電流，產(chǎn)生恒定、有一定空間分布形狀的氣隙磁通密度，即主磁場(chǎng)。它有主磁極鐵心和放置在鐵心上的勵(lì)磁繞組兩部分組成。為減小渦流損耗，主磁極鐵心一般用1.0～1.5mm厚的薄鋼片沖制成型后再用鉚釘鉚緊，構(gòu)成一個(gè)整體，最后固定在機(jī)座上。勵(lì)磁繞組是產(chǎn)生主磁通的，當(dāng)給勵(lì)磁繞組通入直流電時(shí)，各主磁極均產(chǎn)生一定極性，相鄰兩主磁極的極性是N、S交替出現(xiàn)的。

（4）換向極

又稱附加極，用以產(chǎn)生換向磁場(chǎng)，以改善直流電機(jī)的換向。一般電機(jī)容量超過(guò)1KW時(shí)均應(yīng)安裝換向極。

換向極安裝在相鄰的兩主磁極之間，由換向極鐵心和換向極繞組組成。換向極鐵心比主磁極的簡(jiǎn)單，一般用整塊鋼板加工制成。換向極繞組常用較大截面的扁銅線繞制而成，放置在換向極鐵心上。換向極繞組匝數(shù)不多，總與電樞繞組串聯(lián)在一起。

（5）電刷裝置

電刷裝置是直流電機(jī)的重要組成部分。通過(guò)該裝置把電機(jī)電樞中的電流與外部靜止電路相連或把外部電源與電機(jī)電樞相連。電刷裝置與換向器一起完成機(jī)械整流，把電樞中的交變電流變成電刷上的直流或把外部電路中的直流變換為電樞中的交流。

圖4.6電刷裝置

電刷裝置一般有電刷、刷握、刷桿和刷桿座等零件構(gòu)成。如圖4.6所示。電刷為具有良好的導(dǎo)電性能、又有較好耐磨性的石墨制成，置于刷握中，其上壓一彈簧，使電樞轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)電刷與換向器表面保持一定的接觸壓力。刷握固定在刷桿上，刷桿裝在刷桿座上，彼此之間絕緣，刷桿座裝在端蓋上，可是移動(dòng)調(diào)整電刷位置。電刷借銅辮線與刷桿連接，再用導(dǎo)線引出。2．轉(zhuǎn)子部分

直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子是電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分，統(tǒng)稱為電樞，由電樞鐵心、電樞繞組、換向器、風(fēng)扇、電機(jī)轉(zhuǎn)軸和軸承等部分組成。

（1）電樞鐵心

電樞鐵心是主磁路的一部分，同時(shí)對(duì)放置其上的電樞繞組起支撐作用。為減少當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)鐵心中的磁通方向發(fā)生變化引起磁滯損耗和渦流損耗，電樞鐵心通常用0.5mm厚且沖有齒和槽的硅鋼片疊成，裝在轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子支架上。

（2）電樞繞組

電樞繞組是直流電機(jī)的重要組成部分，其作用是產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和通過(guò)電流。電樞繞組由圓形或矩形的絕緣銅線繞制而成，按一定的規(guī)律嵌放在電樞鐵心槽中，放置在鐵心槽內(nèi)的直線部分在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，稱為元件的有效部分；在電樞槽兩端把有效部分連接起來(lái)的部分稱為端接部分，端接部分僅起連接作用，在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。每個(gè)繞組元件的首末段分別與換相片相接。

（3）換向器

換向器又叫整流子，作用是把電樞繞組中的交流電動(dòng)勢(shì)和電流轉(zhuǎn)換成電刷間的直流電動(dòng)勢(shì)和電流。由換向片組合而成，外表呈圓形。是直流電機(jī)的關(guān)鍵部件。如圖4.7b所示。

圖4.7換向器結(jié)構(gòu)

換向片常采用硬度大、導(dǎo)電和耐磨性能好的電解銅或銅合金制成，換向片的底部做成燕尾形狀，如圖4.7a所示。相鄰換向片間以0.41.2mm厚的云母片作為絕緣，利用換向器套筒、V型壓圈、及螺旋壓圈將換向片及云母片緊固成一個(gè)整體。在換向片與套筒、壓圈之間用V型云母環(huán)絕緣，換向器固定在轉(zhuǎn)軸的一端。

（4）風(fēng)扇

用來(lái)降低電機(jī)運(yùn)行中產(chǎn)生的溫升，保護(hù)電機(jī)不致因?yàn)檫^(guò)熱而造成絕緣損壞。（5）轉(zhuǎn)軸和軸承

電機(jī)的轉(zhuǎn)軸和軸承起支撐和傳遞力矩的作用。三、直流電機(jī)的基本工作原理

1．直流發(fā)電機(jī)的基本原理

(a)(b)

圖4.8直流發(fā)電機(jī)模型

當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)內(nèi)作切割磁力線的運(yùn)動(dòng)時(shí)，在導(dǎo)體內(nèi)就會(huì)有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，這就是直流發(fā)電機(jī)的基本工作原理。在圖4.8中，固定部分主要是有兩個(gè)磁極：N極和S極，可看成直流發(fā)電機(jī)的定子。abcd是固定在可旋轉(zhuǎn)導(dǎo)磁圓柱體上的線圈，線圈連同導(dǎo)磁圓柱體是可轉(zhuǎn)動(dòng)部分，可看成直流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子部分，或稱為電樞。線圈首末端a、d連接的兩個(gè)相互絕緣并可隨線圈一同轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)電片，稱為換向片。放置在換向片上固定不動(dòng)的電刷把線圈與外電路連接在一起。定、轉(zhuǎn)子之間存在的空氣隙簡(jiǎn)稱氣隙。

當(dāng)原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子以一定的速度逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)定律可知，在線圈abcd中將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向可用右手定則確定。在圖4.8a所示瞬間，ab導(dǎo)體中的電勢(shì)方向由b至a，而導(dǎo)體cd中的電勢(shì)則由d至c。在此狀態(tài)下電刷A的極性為正，電刷B的極性為負(fù)。當(dāng)線圈旋轉(zhuǎn)180°，如圖4.8b所示瞬間，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的極性由高到低分別為a點(diǎn)至b點(diǎn)，c點(diǎn)至d點(diǎn)。但由于原來(lái)與電刷A接觸的換向片已經(jīng)與電刷B接觸，而與電刷B接觸的換向片同時(shí)換到與電刷A接觸，因此電刷A的極性仍為正，電刷B的極性仍為負(fù)。

實(shí)際直流發(fā)電機(jī)的電樞是根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)確定線圈數(shù)目。線圈分布于電樞鐵心表面的不同位置上，在空間相隔一定的角度，，并按照一定的規(guī)律連接起來(lái)，構(gòu)成電機(jī)的電樞繞組。

2．直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理

直流電動(dòng)機(jī)是依據(jù)通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中將受到力的作用而運(yùn)動(dòng)的原理制造的。

圖4.9直流電動(dòng)機(jī)工作原理

把電刷A、B接到一直流電源上，電刷A接電源的正極，電刷B接電源的負(fù)極，則在電樞線圈abcd中有電流I流過(guò)，如圖4.9所示。

當(dāng)線圈處于圖412所示位置時(shí)，線圈的ab邊在N極下，線圈的cd邊位于S極下，兩邊中的電流方向?yàn)閍→b，c→d。由左手定則可以確定，ab邊受力方向?yàn)閺挠蚁蜃螅琧d邊受力方向?yàn)閺淖笙蛴�。ab邊或cd邊所受的電磁力為：

fBxlI

式中，I為導(dǎo)體中流過(guò)的的電流，Bx為導(dǎo)體所在處的磁通密度。l為導(dǎo)體ab或cd邊的有效長(zhǎng)度，f為電磁力。根據(jù)左手定則可知，兩個(gè)F的方向相反，如圖4.9所示，形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)使線圈逆時(shí)針?lè)较蛐�轉(zhuǎn)。當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過(guò)180°時(shí)，cd邊處于N極下，ab邊處于S極上。由于換向器的作用，使兩有效邊中電流的方向與原來(lái)相反，變?yōu)閐→c、b→a，這就使得兩磁極下的有效邊中電流的方向保持不變，因而其受力方向，電磁轉(zhuǎn)矩方向都不變。

由此可見(jiàn)，正是由于直流電動(dòng)機(jī)采用了換向器結(jié)構(gòu)，雖然導(dǎo)體中流過(guò)的電流是交變的，但電樞線圈中受到的電磁轉(zhuǎn)矩保持不變，在這個(gè)電磁轉(zhuǎn)矩作用下使電樞按逆時(shí)針?lè)较蛐�轉(zhuǎn)。這時(shí)電動(dòng)機(jī)可作為原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械旋轉(zhuǎn)，即由電動(dòng)機(jī)向機(jī)械負(fù)載輸出機(jī)械功率。

由以上分析可知，直流電機(jī)可以作發(fā)電機(jī)運(yùn)行，也可以作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。這就使電機(jī)的可逆原理。直流電機(jī)是以電磁感應(yīng)定律和電磁力定律作為它的理論基礎(chǔ)的。當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)便產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，而載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中便要受到電磁力的作用。如果原動(dòng)機(jī)供給直流電機(jī)機(jī)械能，拖動(dòng)電樞旋轉(zhuǎn)，通過(guò)電磁感應(yīng)，便將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，供給負(fù)載，這就使發(fā)電機(jī)；如果有外部直流電供給電機(jī)電能，通過(guò)電磁感應(yīng)，便將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，拖動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)，這就使電動(dòng)機(jī)。

第四節(jié)習(xí)題與思考題選解

一、教材中的習(xí)題解答

4-1.并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)與串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)比較，主要有哪些區(qū)別？

答：并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)與串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的區(qū)別主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：(1)機(jī)械特性不同。并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性為硬特性，在轉(zhuǎn)矩變化時(shí)轉(zhuǎn)速變化很��；串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性為軟特性，轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩的變化而劇烈變化。(2)適用場(chǎng)合不同。并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)主要用于轉(zhuǎn)速要求恒定的場(chǎng)合，適用于恒轉(zhuǎn)速負(fù)載；串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)主要用于負(fù)載轉(zhuǎn)矩在大范圍內(nèi)變化的場(chǎng)合，適用于恒功率負(fù)載。(3)起動(dòng)時(shí)對(duì)負(fù)載的要求不同。并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)適用于空載起動(dòng)或輕載起動(dòng)；串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)不允許空載起動(dòng)，同時(shí)不允許用皮帶或鏈條傳動(dòng)。

4-2.并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的控制原理是什么？

答：并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)是靠改變電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩方向?qū)崿F(xiàn)的。因電磁轉(zhuǎn)矩方向取決于主磁通方向和電樞電流方向，故改變電磁轉(zhuǎn)矩的方向從而使直流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)的方法有兩種：一種是改變主磁通方向（即勵(lì)磁電流）方向，另一種是改變電樞電流方向。

4-3.并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)方式有哪幾種？各有什么特點(diǎn)？

答：電氣制動(dòng)在并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)種系統(tǒng)中應(yīng)用較廣，主要有以下三種方法：一是能耗制動(dòng)，其優(yōu)點(diǎn)是制動(dòng)平穩(wěn)，適用于制動(dòng)頻繁的場(chǎng)合。缺點(diǎn)是不能迅速制動(dòng)；二是反接制動(dòng)，其優(yōu)點(diǎn)是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，制動(dòng)迅速。缺點(diǎn)是制動(dòng)時(shí)的反向電流大，易使換向器和電刷間產(chǎn)生強(qiáng)烈火花而損傷；三是再生發(fā)電制動(dòng)，其優(yōu)點(diǎn)是制動(dòng)時(shí)不需要另外投入設(shè)備，缺點(diǎn)是只適用于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速大于理想空載轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合。

4-4.串勵(lì)電動(dòng)機(jī)采用電樞法反接制動(dòng)時(shí)，通過(guò)改變外電源的電壓極性是否能達(dá)到制動(dòng)目的？為什么？

答：不能。因?yàn)楦淖兺怆娫吹碾妷簶O性時(shí)，磁通方向和電樞電流方向同時(shí)改變，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩方向不變，不能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)，達(dá)不到制動(dòng)目的，所以不能實(shí)現(xiàn)反接制動(dòng)。

4-5.串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)改變主磁通調(diào)速時(shí)，通常采用哪些方法？畫出原理圖，并分析工作原理。

答：串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用改變主磁通的調(diào)速方法有以下幾種：對(duì)于小型串勵(lì)電動(dòng)機(jī)常采用勵(lì)磁繞組兩端并聯(lián)變阻器的方法進(jìn)行調(diào)磁調(diào)速。在大型串勵(lì)電動(dòng)機(jī)上，常采用改變勵(lì)磁繞組匝數(shù)或接線方式來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)磁調(diào)速。

圖１是改變磁通調(diào)速原理圖。當(dāng)調(diào)速變阻器RP的阻值變大（箭頭向左移動(dòng)）時(shí)，流過(guò)勵(lì)磁繞組A的電流變小，主磁通也相應(yīng)變小，電機(jī)的轉(zhuǎn)速升高。反之，電機(jī)的轉(zhuǎn)速降低。

在圖２中，把勵(lì)磁繞組A分段制作，改變勵(lì)磁繞組的接線方式可以獲得串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的三種轉(zhuǎn)速。當(dāng)KM1觸頭動(dòng)作時(shí)，勵(lì)磁繞組A1、A2并聯(lián)，此時(shí)勵(lì)磁電流最大，電機(jī)為低速運(yùn)行。當(dāng)KM1、KM2的觸頭均不動(dòng)作時(shí)，只有勵(lì)磁繞組A1工作，電機(jī)為中速運(yùn)行。當(dāng)KM2的觸頭動(dòng)作時(shí)，勵(lì)磁繞組A1、A2串聯(lián)，此時(shí)勵(lì)磁電流最小，電機(jī)為高速運(yùn)行。

圖１串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)改變主磁通（調(diào)速變阻器）調(diào)速原理圖

圖２串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)改變主磁通（接線方式）調(diào)速原理圖

二、補(bǔ)充習(xí)題及解答

1.與交流電動(dòng)機(jī)比較，直流電動(dòng)機(jī)有何優(yōu)點(diǎn)？

答：直流電動(dòng)機(jī)具有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、調(diào)速范圍廣、調(diào)速精度高、能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速以及可以頻繁啟動(dòng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，對(duì)需要能夠在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速或需要大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的生產(chǎn)機(jī)械，常用直流電動(dòng)機(jī)來(lái)拖動(dòng)。

2.電氣制動(dòng)有何優(yōu)點(diǎn)？分為幾種？

答：電氣制動(dòng)具有制動(dòng)力矩大、操作方便、無(wú)噪聲等優(yōu)點(diǎn)，按其產(chǎn)生電磁制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的方法不同又可分為能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)和再生發(fā)電制動(dòng)三種。

第五節(jié)實(shí)訓(xùn)技能操作

實(shí)訓(xùn)一、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、調(diào)速控制

一、實(shí)訓(xùn)目的和要求

1.掌握并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、調(diào)速控制線路的安裝與調(diào)試。2.掌握并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制線路的安裝、接線與調(diào)試。

二、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容

1．根據(jù)實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地所備電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)，結(jié)合實(shí)際條件，進(jìn)行電氣元件的選配，并把型號(hào)、規(guī)格、數(shù)量等數(shù)據(jù)填入教材實(shí)訓(xùn)表4.4中。

2．按元件明細(xì)表配齊所用電器元件，并對(duì)各電器元件進(jìn)行質(zhì)量檢查。如元件外觀有無(wú)破損、活動(dòng)部分是否靈活、型號(hào)規(guī)格是否相符等。

3．根據(jù)電路圖，進(jìn)行線路編號(hào)。

4．根據(jù)電路圖，在配電板上合理布局各電器元件，并對(duì)電器元件進(jìn)行牢固安裝，然后貼上醒目的文字符號(hào)。電源開(kāi)關(guān)、啟動(dòng)變阻器和按鈕板的安裝位置要接近電動(dòng)機(jī)和被拖動(dòng)的機(jī)械，以便在控制時(shí)能看到電動(dòng)機(jī)和被拖動(dòng)機(jī)械的運(yùn)行情況。

5．在控制板上根據(jù)電路圖進(jìn)行正確布線和套編碼套管。6．連接控制板外部的導(dǎo)線。

7．可靠連接電動(dòng)機(jī)和金屬元件金屬外殼的保護(hù)接地線。

8．接線完畢，采用自檢、互檢的方式進(jìn)行檢查，初次進(jìn)行接線練習(xí)的，必須由指導(dǎo)教師現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)并作最后的檢查。

9．檢查無(wú)誤后按正確的操作步驟通電試車。

實(shí)訓(xùn)二、串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串電阻起動(dòng)控制

一、實(shí)訓(xùn)目的和要求

掌握串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串電阻起動(dòng)控制線路的安裝和調(diào)試

二、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容

1．根據(jù)實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地所備電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)，參照教材圖4.４，結(jié)合實(shí)際條件，進(jìn)行電氣元件的選配，并把型號(hào)、規(guī)格、數(shù)量等數(shù)據(jù)填入教材實(shí)訓(xùn)表4.5中。若實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地沒(méi)有直流電器元件，則不能完成串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串電阻啟動(dòng)控制線路的安裝和調(diào)試。也就不能完成實(shí)訓(xùn)目的和要求�？梢园呀滩膱D4.10的串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串電阻起動(dòng)控制線路原理圖修改為圖3，然后進(jìn)行實(shí)訓(xùn)操作。

圖３串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串電阻起動(dòng)控制線路

與教材圖4.10比較，在圖３中，控制電路變?yōu)榻涣麟娐罚�所用電器元件也變�(yōu)榻涣鞯蛪弘娖髟�件。在元件明�?xì)表中填寫的內(nèi)容以實(shí)際所用的元件數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。

2．按元件明細(xì)表配齊所用電器元件，并對(duì)各電器元件進(jìn)行質(zhì)量檢查。如元件外觀有無(wú)破損、活動(dòng)部分是否靈活、型號(hào)規(guī)格是否相符等。

3．根據(jù)電路圖，進(jìn)行線路編號(hào)�？蓞⒄�?qǐng)D4－8的線路編號(hào)。

4．根據(jù)電路圖，在配電板上合理布局各電器元件，并對(duì)電器元件進(jìn)行牢固安裝，然后貼上醒目的文字符號(hào)。電源開(kāi)關(guān)、按鈕板的安裝位置要接近電動(dòng)機(jī)和被拖動(dòng)的機(jī)械，以便在控制時(shí)能看到電動(dòng)機(jī)和被拖動(dòng)機(jī)械的運(yùn)行情況。

5．在控制板上根據(jù)電路圖進(jìn)行正確布線和套編碼套管。6．連接控制板外部的導(dǎo)線。

7．可靠連接電動(dòng)機(jī)和金屬元件金屬外殼的保護(hù)接地線。

8．接線完畢，采用自檢、互檢的方式進(jìn)行檢查，初次進(jìn)行接線練習(xí)的，必須由指導(dǎo)教師現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)并作最后的檢查。

9．檢查無(wú)誤后按正確的操作步驟通電試車。

第五章三相同步電動(dòng)機(jī)的基本控制線路

在交流電機(jī)中，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速始終保持與同步轉(zhuǎn)速相等的一類電機(jī)稱為同步電機(jī)。按功率轉(zhuǎn)換關(guān)系，同步電機(jī)主要有三種運(yùn)行方式，即作為發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和補(bǔ)償機(jī)運(yùn)行。作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行是同步電機(jī)最主要的運(yùn)行方式，作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行是同步電機(jī)的另一種重要的運(yùn)行方式。同步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)可以調(diào)節(jié)，在不要求調(diào)速的場(chǎng)合，應(yīng)用大型同步電動(dòng)機(jī)可以提高運(yùn)行效率。近年來(lái)，小型同步電動(dòng)機(jī)在變頻調(diào)速系統(tǒng)中開(kāi)始得到較多地應(yīng)用。同步電機(jī)還可以接于電網(wǎng)作為同步補(bǔ)償機(jī)。這時(shí)電機(jī)不帶任何機(jī)械負(fù)載，靠調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子中的勵(lì)磁電流向電網(wǎng)發(fā)出所需的感性或者容性無(wú)功功率，以達(dá)到改善電網(wǎng)功率因數(shù)或者調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓的目的。

第一節(jié)學(xué)習(xí)目的和要求

一、學(xué)習(xí)目的和要求

1．熟悉同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)自動(dòng)加入勵(lì)磁的原理。2．熟悉同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)控制線路的工作原理。3．熟悉同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法。

二、參考課時(shí)第一章一二合計(jì)授課內(nèi)容同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制總學(xué)時(shí)理論學(xué)時(shí)實(shí)訓(xùn)學(xué)時(shí)622422

第二節(jié)學(xué)習(xí)與訓(xùn)練指導(dǎo)

本章重點(diǎn)

同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制線路同步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制線路

本章難點(diǎn)

同步電動(dòng)機(jī)自動(dòng)加入勵(lì)磁的控制

本章主要學(xué)習(xí)三相同步電動(dòng)機(jī)的異步起動(dòng)控制原理和起動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的加入控制方式，以及同步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制線路。

一、重點(diǎn)內(nèi)容

同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法有兩種：一種是輔助電機(jī)法起動(dòng)；一種是異步起動(dòng)法起動(dòng)。按起動(dòng)時(shí)供給定子電壓的方式不同，分為直接起動(dòng)和降壓起動(dòng)。直接起動(dòng)取決于電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)（是否允許直接起動(dòng)）及線路電壓下降程度等因素。降壓起動(dòng)有定子繞組串電阻或電抗器降壓起動(dòng)，自耦變壓器降壓起動(dòng)等方法。

同步電動(dòng)機(jī)降壓起動(dòng)時(shí)，按轉(zhuǎn)子加入勵(lì)磁的時(shí)間分為輕載起動(dòng)和重栽起動(dòng)。輕載起動(dòng)是同步電動(dòng)機(jī)在降低了定子電壓的情況下加速到同步轉(zhuǎn)速，供給勵(lì)磁，使電動(dòng)機(jī)進(jìn)入同步，然后再接入全電壓。輕載起動(dòng)時(shí)可以減小勵(lì)磁接入時(shí)引起的電流沖擊，但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小，僅適用于輕載或空載起動(dòng)。

重載起動(dòng)分兩步進(jìn)行，先降壓起動(dòng)，待電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)后再加全壓使電動(dòng)機(jī)加速到準(zhǔn)同步轉(zhuǎn)速，然后再供給勵(lì)磁。牽入同步運(yùn)行。若直接加全壓起動(dòng)，起動(dòng)電流太大，可能會(huì)影響電機(jī)的壽命或者造成其他設(shè)備不能正常工作。若起動(dòng)中不加全壓，因?yàn)槠饎?dòng)轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比，由于負(fù)載重不能加速到準(zhǔn)同步轉(zhuǎn)速，也就不能牽入同步運(yùn)行。

二、難點(diǎn)分析

同步電動(dòng)機(jī)自動(dòng)加入勵(lì)磁原理是同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)控制線路分析的基礎(chǔ)，必須在充分理解的基礎(chǔ)上再展開(kāi)對(duì)同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)控制線路原理的分析。

同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，它的勵(lì)磁繞組要串入大約10倍勵(lì)磁繞組電阻值的附加電阻構(gòu)成閉合回路，達(dá)到既能降低勵(lì)磁繞組感應(yīng)電勢(shì)，又能保證同步電動(dòng)機(jī)有足夠起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的目的。待起動(dòng)到接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)，再把所串的電阻去除，通以直流勵(lì)磁電流，電動(dòng)機(jī)自動(dòng)牽入同步，完成起動(dòng)過(guò)程。

教材對(duì)按定子電流原則自動(dòng)加入勵(lì)磁起動(dòng)控制線路的工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的分析。要對(duì)照原理圖來(lái)掌握這部分內(nèi)容。

三、學(xué)習(xí)方法

1．抓住重點(diǎn)同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和制動(dòng)控制線路原理是本章學(xué)習(xí)的重點(diǎn)內(nèi)容。同步電動(dòng)機(jī)沒(méi)有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，所以不能自行起動(dòng)。在生產(chǎn)中廣泛采用異步起動(dòng)法。在同步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和制造時(shí)，在轉(zhuǎn)子上加裝一套籠型起動(dòng)繞組。這樣一來(lái)，當(dāng)同步電動(dòng)機(jī)定子繞組接到電源上時(shí)，由起動(dòng)繞組的作用，產(chǎn)生起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，，使電動(dòng)機(jī)能自行起動(dòng)。這個(gè)過(guò)程和異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過(guò)程完全一致。當(dāng)起動(dòng)的最終轉(zhuǎn)速達(dá)到同步轉(zhuǎn)速的95%左右時(shí)，給同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組通入直流電流，轉(zhuǎn)子即刻自動(dòng)牽入同步，以同步轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。

同步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)均采用能耗制動(dòng)。制動(dòng)時(shí)，首先切斷運(yùn)轉(zhuǎn)的同步電動(dòng)機(jī)定子繞組的交流電源，然后將定子繞組接入一組外接電阻R（或頻敏變阻器）上，并保持轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組的直流勵(lì)磁。這時(shí)，勵(lì)磁繞組電流產(chǎn)生的恒定磁場(chǎng)，繼續(xù)隨著轉(zhuǎn)子的慣性轉(zhuǎn)動(dòng)在氣隙中形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)切割定子三相繞組時(shí)，在定子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及電流，該電流在固定磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生電磁力矩，此力矩與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，從而使轉(zhuǎn)子較快的停止轉(zhuǎn)動(dòng)。同步電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)時(shí)，將轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能變換成電樞中的電能，最終變?yōu)闊崮芟�耗在電阻R上。

2．突破難點(diǎn)內(nèi)容同步電動(dòng)機(jī)自動(dòng)加入勵(lì)磁的控制是本章學(xué)習(xí)的難點(diǎn)內(nèi)容。同步電動(dòng)機(jī)作異步啟動(dòng)時(shí)，定子繞組的電流很大。但隨著轉(zhuǎn)速的升高，電流逐漸減小。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到準(zhǔn)同步轉(zhuǎn)速時(shí)，電流明顯減小。所以可用定子電流值來(lái)反映電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速狀況。按定子電流的大小加入勵(lì)磁。

四、訓(xùn)練要點(diǎn)

1．開(kāi)展參觀學(xué)習(xí)，到工廠或高校參觀同步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)運(yùn)行。2．結(jié)合實(shí)際條件，在指導(dǎo)教師的教學(xué)演示過(guò)程中，根據(jù)所學(xué)知識(shí)和老師的講解，認(rèn)真觀察同步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程。

3．有條件的地方進(jìn)行這一課題的技能訓(xùn)練：三相同步電動(dòng)機(jī)異步起動(dòng)控制線路的安裝接線與試車。

五、注意事項(xiàng)

1．同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，勵(lì)磁繞組既不能開(kāi)路，也不能短路。

2．同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，必須待轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到同步轉(zhuǎn)速的95%或以上時(shí)再通入勵(lì)磁直流電流。

第三節(jié)知識(shí)拓展

一、同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式有兩種，一種是旋轉(zhuǎn)電樞式，即把三相繞組裝在轉(zhuǎn)子上，磁極裝在定子上；另一種是旋轉(zhuǎn)磁極式，它與前者相反，把磁極裝在轉(zhuǎn)子上，三相繞組裝在定子上。后一種結(jié)構(gòu)的同步電機(jī)，由于磁極裝在轉(zhuǎn)子上，其電壓和容量常比電樞小得多，所以電刷和集電環(huán)的負(fù)荷和工作條件就大為減輕和改善，因而廣泛用于大、中型同步電機(jī)中，已成為同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)形式。

在旋轉(zhuǎn)磁極式中，按照磁極的形狀又可分為隱極式和凸極式兩種。隱極式的轉(zhuǎn)子上沒(méi)有明顯凸出的磁極，其氣隙是均勻的，轉(zhuǎn)子成圓柱形。凸極式的轉(zhuǎn)子上有明顯凸出的磁極，氣隙不均勻，極弧下氣隙較小，極間部分氣隙較大。二、三相同步發(fā)電機(jī)的工作原理

同步發(fā)電機(jī)主要是由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。同步發(fā)電機(jī)的定子上裝有一套在空間上彼此相差120電角度的三相對(duì)稱繞組（圖中繞組均畫在各相繞組軸線上）；轉(zhuǎn)子磁極（簡(jiǎn)稱主極）上裝有勵(lì)磁繞組，由直流電勵(lì)磁。當(dāng)勵(lì)磁繞組中通有直流電流時(shí)，就在氣隙中產(chǎn)生恒定的主極磁場(chǎng)。若用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子恒速旋轉(zhuǎn)時(shí)，主極產(chǎn)生的恒定磁場(chǎng)就隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)在氣隙中形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)切割定子三相繞組時(shí)，在定子繞組中就會(huì)感應(yīng)出交變電勢(shì)。設(shè)氣隙磁場(chǎng)沿圓周在空間按正弦規(guī)律分布，則各相繞組中產(chǎn)生的交變電勢(shì)也隨時(shí)間按正弦規(guī)律分布，即：

e=Emsinωt

式中Em繞組相電勢(shì)的最大值

ω交變電勢(shì)的角頻率，ω=2πf。其中f即為電勢(shì)的頻率，單位為赫茲。由于三相繞組在空間彼此互差120電角度，因此，定子三相電勢(shì)大小相等，相位彼此相差120電角度。設(shè)U相的初相角為零，則三相電勢(shì)的瞬時(shí)值為：

eU=EmsinωteV=Emsin(ωt-120)eW=Emsin(ωt-240)

這樣，在同步發(fā)電機(jī)的定子繞組中就產(chǎn)生了三相對(duì)稱電勢(shì)，若定子繞組接上負(fù)載，則同步發(fā)電機(jī)就會(huì)向負(fù)載輸出三相交流電流，從而將轉(zhuǎn)子上的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能輸出。

三相電勢(shì)的頻率可以這樣決定：當(dāng)轉(zhuǎn)子為一對(duì)極時(shí)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，繞組中的感應(yīng)電勢(shì)就正好交變一次（一個(gè)周波）；當(dāng)電機(jī)有p對(duì)極時(shí)，則轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，

n感應(yīng)電勢(shì)交變p次（即p個(gè)周波）；設(shè)轉(zhuǎn)子每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)為n，則轉(zhuǎn)子每秒鐘旋轉(zhuǎn)

60pn轉(zhuǎn)，因此感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)每秒交變次，即電勢(shì)的頻率為：

60pnf赫

60從上式可以看出，同步發(fā)電機(jī)輸出電壓的頻率等于電機(jī)的極對(duì)數(shù)p與轉(zhuǎn)子每

n秒鐘轉(zhuǎn)速的乘積。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定工業(yè)交流電的頻率為50赫茲，因此電機(jī)

60的極對(duì)數(shù)和轉(zhuǎn)速成反比關(guān)系。例如：在汽輪發(fā)電機(jī)中，如果n=3000轉(zhuǎn)/分，則電機(jī)為一對(duì)極；n=1500轉(zhuǎn)/分，電機(jī)為兩對(duì)極。所以電機(jī)的轉(zhuǎn)速越低，則極對(duì)數(shù)越多。

三、同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)的調(diào)整

與異步電動(dòng)機(jī)相似，同步電動(dòng)機(jī)接至電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，其外接電源電壓U由定子繞組產(chǎn)生的反電勢(shì)和內(nèi)阻抗壓降來(lái)平衡。它們之間的電壓平衡關(guān)系可由下式表示

.UE0RaIjxtI

....上式中，E0為定子繞組切割轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生的反電勢(shì)；RaI為定子電流在

jxtI為定子繞組的電抗壓降，定子繞組內(nèi)產(chǎn)生的內(nèi)阻壓降。當(dāng)忽略定子繞組電阻時(shí)，

...定子繞組電流I將滯后于jxtI90。

..

圖5.1同步電動(dòng)機(jī)定子電壓、電流向量圖

..對(duì)應(yīng)于上式的向量圖如圖5.1所示。電勢(shì)E0與外加電壓U之間的夾角θ稱為

..同步電動(dòng)機(jī)的功角；電壓U與電流I之間的夾角φ即為功率因數(shù)角。

更深入的分析表明：在外加電壓一定，并忽略定子繞組電阻時(shí)，同步電動(dòng)機(jī)的電磁功率與反電勢(shì)和功角的正弦的乘積成正比，即：

Pem=KE0sinθ

式中，K與電機(jī)結(jié)構(gòu)和外加電壓有關(guān)的常數(shù)

下面，我們進(jìn)一步分析當(dāng)外加電壓一定、電動(dòng)機(jī)的機(jī)械負(fù)載一定時(shí)，同步電動(dòng)機(jī)的無(wú)功功率隨勵(lì)磁電流變化的規(guī)律。

當(dāng)同步電動(dòng)機(jī)的負(fù)載功率不變時(shí)，如果忽略定子繞組的電阻的影響，則電動(dòng)機(jī)的電磁功率、輸入功率均為常數(shù)，改變勵(lì)磁電流的大小，可使同步電動(dòng)機(jī)處于正常勵(lì)磁、過(guò)勵(lì)和欠勵(lì)三種勵(lì)磁狀態(tài)。

..同步電動(dòng)機(jī)正常勵(lì)磁時(shí)，定子電流I與電壓U同相，為純有功電流，同步電動(dòng)機(jī)僅從電網(wǎng)吸取有功功率，電動(dòng)機(jī)表現(xiàn)為電阻性負(fù)載。

.若在正常勵(lì)磁的基礎(chǔ)上，增大勵(lì)磁電流，則電動(dòng)機(jī)將處于過(guò)勵(lì)狀態(tài)，這時(shí)I將.超前于U，電動(dòng)機(jī)除向電網(wǎng)吸取一定的有功功率外，同時(shí)還向電網(wǎng)吸取一定的容性無(wú)功功率，電動(dòng)機(jī)表現(xiàn)為電容性負(fù)載。

.若在正常勵(lì)磁的基礎(chǔ)上，減小勵(lì)磁電流使電動(dòng)機(jī)處于欠勵(lì)狀態(tài)，這時(shí)，I將滯后于U一個(gè)角度，電動(dòng)機(jī)除向電網(wǎng)吸取有功功率外，還向電網(wǎng)吸取一定的感性無(wú)功功率，電動(dòng)機(jī)表現(xiàn)為電感性負(fù)載。

綜上所述可知，改變同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流，即可改變其功率因數(shù)。正常勵(lì)磁時(shí)，電動(dòng)機(jī)為電阻性負(fù)載。功率因數(shù)為1；欠勵(lì)時(shí)，電動(dòng)機(jī)為感性負(fù)載，功率因數(shù)小于1，要向電網(wǎng)吸取一定的感性無(wú)功功率，這是很不利的，同步電動(dòng)機(jī)一般不允許欠勵(lì)運(yùn)行。過(guò)勵(lì)時(shí)，電動(dòng)機(jī)為容性負(fù)載，向電網(wǎng)吸取一定的容性無(wú)功功率，換句話說(shuō)，即電動(dòng)機(jī)向電網(wǎng)輸出感性無(wú)功功率，這一點(diǎn)對(duì)電網(wǎng)十分有利，因?yàn)殡娋W(wǎng)上通常有大量的感性負(fù)載，需要吸收大量的感性無(wú)功功率，使輸電線的電流增大，增加了線路損耗。如果在同一工廠中或附近工廠中，使用了大容量的同步電動(dòng)機(jī)，而且令其在過(guò)勵(lì)狀態(tài)下工作，則同步電動(dòng)機(jī)能向附近的感性負(fù)載提供感性無(wú)功功率，使負(fù)載所需的感性無(wú)功功率不必從發(fā)電廠送來(lái)，于是減小了輸電線的電流，降低了線路損耗，充分發(fā)揮了發(fā)電機(jī)的利用率。

四、同步補(bǔ)償機(jī)

同步電動(dòng)機(jī)在過(guò)勵(lì)狀態(tài)下運(yùn)行，可以輸出感性的無(wú)功功率，提高電網(wǎng)的功率因數(shù)。根據(jù)這一特性，人們專門制造了一種同步電動(dòng)機(jī)，使其在過(guò)勵(lì)狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)而不帶任何機(jī)械負(fù)載，用來(lái)向電網(wǎng)輸出感性無(wú)功功率，專門吸收超前的無(wú)功電流，用來(lái)改善（補(bǔ)償）電網(wǎng)的功率因數(shù)。這種同步電動(dòng)機(jī)就稱為同步補(bǔ)償機(jī)，又稱同步調(diào)相機(jī)。由此來(lái)看，同步補(bǔ)償機(jī)實(shí)際上就是一臺(tái)在空載情況下運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)。它從電網(wǎng)吸收的有功功率僅提供給電機(jī)本身的損耗，因此同步補(bǔ)償機(jī)總是在接近于零的電磁功率和零功率因數(shù)的情況下運(yùn)行。其補(bǔ)償原理如下：

.

圖5.2同步補(bǔ)償機(jī)的電壓、電流向量圖

忽略補(bǔ)償機(jī)的全部功耗，圖5.2是同步補(bǔ)償機(jī)的電壓、電流向量圖。由圖可見(jiàn)，過(guò)勵(lì)時(shí)，電流I超前U90°，而欠勵(lì)時(shí)，電流I滯后U90°。所以只要調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，就能靈活地調(diào)節(jié)它的無(wú)功功率的性質(zhì)和大小。電網(wǎng)中的負(fù)載大部分為感性負(fù)載，例如電動(dòng)機(jī)變壓器等。當(dāng)負(fù)載變化較大時(shí)，功率因數(shù)也會(huì)發(fā)生較大的變化，將在電網(wǎng)中引起較大的電壓波動(dòng)，造成許多設(shè)備不能正常工作。如果在用戶端接入同步補(bǔ)償機(jī)，在電網(wǎng)感性負(fù)載較大引起電網(wǎng)電壓下降時(shí)，同步補(bǔ)償機(jī)工作在過(guò)

....勵(lì)狀態(tài)，提高電網(wǎng)功率因數(shù)，維持負(fù)載端電壓基本不變；在電網(wǎng)輕載時(shí)，同步補(bǔ)償機(jī)工作在欠勵(lì)狀態(tài)，以抵消電網(wǎng)線路電容效應(yīng)造成的電壓升高。

第四節(jié)習(xí)題與思考題選解

一、教材中的習(xí)題解答

5-1.如何解決同步電動(dòng)機(jī)不能自行起動(dòng)的問(wèn)題？

答：由于同步電動(dòng)機(jī)沒(méi)有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，所以不能自行起動(dòng)。這給使用帶來(lái)極大的不方便。為了解決起動(dòng)的問(wèn)題，主要采用兩種方法：一種是輔助電動(dòng)機(jī)起動(dòng)法，這種方法由于需要一臺(tái)起動(dòng)用的輔助電動(dòng)機(jī)，設(shè)備多，操作復(fù)雜，故已基本不采用；另一種是異步起動(dòng)法。這種方法不需另加設(shè)備，操作簡(jiǎn)單，而在生產(chǎn)中被廣泛采用。在同步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和制造時(shí)，在轉(zhuǎn)子上加裝一套籠型起動(dòng)繞組。這樣，當(dāng)同步電動(dòng)機(jī)定子繞組接到電源上時(shí)，由起動(dòng)繞組的作用，產(chǎn)生起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)能自起動(dòng)，此過(guò)程和異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過(guò)程完全一致。一般起動(dòng)的最終轉(zhuǎn)速達(dá)同步轉(zhuǎn)速的95%左右，然后給同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組通入直流電流，轉(zhuǎn)子即刻自動(dòng)牽入同步，以同步轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。

5-2.同步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制是如何實(shí)現(xiàn)的？分析教材中圖5．3的工作原理。答：同步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)均采用能耗制動(dòng)。制動(dòng)時(shí)，首先切斷運(yùn)轉(zhuǎn)的同步電動(dòng)機(jī)定子繞組的交流電源，然后將定子繞組接入一組外接電阻R（或頻敏變阻器）上，并保持轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組的直流勵(lì)磁。這時(shí)，勵(lì)磁繞組電流產(chǎn)生的恒定磁場(chǎng)，繼續(xù)隨著轉(zhuǎn)子的慣性轉(zhuǎn)動(dòng)在氣隙中形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)切割定子三相繞組時(shí)，在定子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及電流，該電流在固定磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生電磁力矩，此力矩與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，從而使轉(zhuǎn)子較快的停止轉(zhuǎn)動(dòng)。同步電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)時(shí)，將轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能變換成電樞中的電能，最終變?yōu)闊崮芟�耗在電阻R上。

同步電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)的工作原理：

當(dāng)同步電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，若斷開(kāi)電源開(kāi)關(guān)QS1，則同步電動(dòng)機(jī)定子繞組斷電。同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子仍在慣性運(yùn)轉(zhuǎn)。此時(shí)合上開(kāi)關(guān)QS2，使定子繞組接入外接電阻。通有直流勵(lì)磁電流的轉(zhuǎn)子繞組繼續(xù)隨著轉(zhuǎn)子的慣性轉(zhuǎn)動(dòng)，在氣隙中形成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割定子三相繞組，產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的制動(dòng)力矩，從而使轉(zhuǎn)子較快的停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

第五節(jié)實(shí)訓(xùn)范例

一、實(shí)訓(xùn)目的和要求了解三相同步電動(dòng)機(jī)的異步起動(dòng)方法。

二、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容

1．按教材表51選配電器元件，并檢查元件質(zhì)量。

2．根據(jù)教材圖5．4所示電路圖在控制板上合理布置和牢固安裝電器元件。3．安裝電動(dòng)機(jī)。4．進(jìn)行正確接線。

5．接線完畢，采用自檢、互檢的方式進(jìn)行檢查，有問(wèn)題時(shí)，由指導(dǎo)教師現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)。

6．檢查無(wú)誤后通電試車。其具體操作如下：

（1）根據(jù)勵(lì)磁繞組電阻的阻值調(diào)節(jié)變阻器R1和R2的的阻值。（2）把QS合向上方，變阻器R1接入勵(lì)磁繞組。接通三相同步電動(dòng)機(jī)電源進(jìn)行異步啟動(dòng)。

（3）觀察電壓表V和電流表A1的讀數(shù)變化情況，用轉(zhuǎn)速表測(cè)量其轉(zhuǎn)速。（4）當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)（約1425r/min左右），把開(kāi)關(guān)QS迅速?gòu)纳戏桨庀蛳路�，同步電�?dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組加入直流勵(lì)磁，牽入同步運(yùn)行，異步起動(dòng)過(guò)程結(jié)束。

友情提示：本文中關(guān)于《直流電動(dòng)機(jī)的工作原理、接線及調(diào)試》給出的范例僅供您參考拓展思維使用，直流電動(dòng)機(jī)的工作原理、接線及調(diào)試：該篇文章建議您自主創(chuàng)作。

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