机电传动.ppt

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1、11机电传动控制的目的与任务机电传动控制的目的与任务第一章第一章 绪论绪论一、机电系统的组成一、机电系统的组成机电系统完成生机电系统完成生产任务的基础产任务的基础驱驱动动运运动动部部件件的的原原动动机机（这这里里指指的的是是各各种种电电动动机机）之总称之总称控制电动机的系统控制电动机的系统驱动生产机械的电动驱动生产机械的电动机和控制电动机的一机和控制电动机的一整套电气系统整套电气系统二、机电传动控制的任务二、机电传动控制的任务将电能转换为机械能；将电能转换为机械能；实现生产机械的启动、停止以及速度的调节；实现生产机械的启动、停止以及速度的调节；完成各种生产工艺过程的要求；完成各种生产工艺过程的

2、要求；保证生产过程的正常进行。保证生产过程的正常进行。三、机电传动控制的目的三、机电传动控制的目的从广义上讲，机电传动控制的目的就是要使生产设备、生产从广义上讲，机电传动控制的目的就是要使生产设备、生产线、车间乃至整个工厂都实现线、车间乃至整个工厂都实现自动化自动化。从狭义上讲，则指控制电动机驱动生产机械，实现生产产品从狭义上讲，则指控制电动机驱动生产机械，实现生产产品数数量的增加量的增加（效率）、（效率）、质量的提高质量的提高（精度）、（精度）、生产成本的降低生产成本的降低、工人工人劳动条件的改善劳动条件的改善以及以及能量的合理利用能量的合理利用等。等。随着生产工艺的发展，对机电传动控制系统

3、的要求愈来愈高。随着生产工艺的发展，对机电传动控制系统的要求愈来愈高。一些精密机床要求加工精度百分之几毫米，甚至几微米；一些精密机床要求加工精度百分之几毫米，甚至几微米；重型镗床重型镗床为保证加工精度和粗糙度，要求在极慢的稳速下进给，为保证加工精度和粗糙度，要求在极慢的稳速下进给，即要求系统有很宽的调速范围；即要求系统有很宽的调速范围；轧钢车间轧钢车间的可逆式轧机及其辅助机械，操作频繁，要求在不到的可逆式轧机及其辅助机械，操作频繁，要求在不到一秒的时间内完成从正转到反转的过程，即要求系统能迅速启动、一秒的时间内完成从正转到反转的过程，即要求系统能迅速启动、制动和反向；制动和反向；对于对于电梯和

4、提升机电梯和提升机，则要求启动和制动平稳，并能准确地停止，则要求启动和制动平稳，并能准确地停止在给定的位置上；在给定的位置上；对于对于冷、热连轧机以及造纸机的冷、热连轧机以及造纸机的个机架或分部，则要求各机架个机架或分部，则要求各机架或各分部的转速保持一定的比例关系进行协调运转；或各分部的转速保持一定的比例关系进行协调运转；为了提高效率，由数台或十几台设备组成的生产自动线，要求为了提高效率，由数台或十几台设备组成的生产自动线，要求统一控制或管理。统一控制或管理。诸如此类的要求，都要靠电动机及其控制系统来实现。诸如此类的要求，都要靠电动机及其控制系统来实现。1.2机电传动控制的发展机电传动控制的

5、发展机电传动及其控制系统总是随着社会生产的发展而发展的。机机电传动及其控制系统总是随着社会生产的发展而发展的。机电传动控制的发展可从电传动控制的发展可从机电传动机电传动和和控制系统控制系统两方面来讨论。两方面来讨论。一、机电传动的发展一、机电传动的发展成组拖动成组拖动一台电动机拖动一根天轴（或地轴），然后再一台电动机拖动一根天轴（或地轴），然后再由天轴（或地轴）通过皮带轮和皮带分别拖动多台由天轴（或地轴）通过皮带轮和皮带分别拖动多台生产生产机械。机械。单电机拖动单电机拖动一台电动机拖动一台生产机械的各运动部件。一台电动机拖动一台生产机械的各运动部件。多电机拖动多电机拖动一台生产机械的各个运动部

6、件分别由不同的电一台生产机械的各个运动部件分别由不同的电动机来拖动。动机来拖动。特点是生产效率低、劳动条件差、一旦电动机出现故障，将造特点是生产效率低、劳动条件差、一旦电动机出现故障，将造成成组的生产机械停车；成成组的生产机械停车；这种拖动方式较成组拖动前进了一步，但当一台生产机械的运这种拖动方式较成组拖动前进了一步，但当一台生产机械的运动部件较多时，其传动机构仍十分复杂；动部件较多时，其传动机构仍十分复杂；二机电传动控制系统的发展二机电传动控制系统的发展控制系统的发展伴随控制器件的发展而发展。随着功率器件、控制系统的发展伴随控制器件的发展而发展。随着功率器件、放大器件的不断更新，机电传动控制

7、系统的发展日新月异，它主要放大器件的不断更新，机电传动控制系统的发展日新月异，它主要经历了四个阶段：经历了四个阶段：1继电器继电器接触器控制接触器控制：出现在：出现在20世纪初，它仅借助于简单世纪初，它仅借助于简单的接触器的接触器.器与继电器，实现对控制对象的启动、停车以及有级调器与继电器，实现对控制对象的启动、停车以及有级调速等控制，它的控制速度慢，控制精度差；速等控制，它的控制速度慢，控制精度差；2电机放大机控制电机放大机控制：3磁放大器控制和大功率可控制水银整流器控制磁放大器控制和大功率可控制水银整流器控制：4数字控制（数字控制（NC）：自动化程度、通用性和加工效率。自动化程度、通用性和

8、加工效率。柔性制造系统柔性制造系统（FMS）由数控机床、工业机器人、自动搬由数控机床、工业机器人、自动搬运车等组成的统一由中心计算机控制的机械加工自动线运车等组成的统一由中心计算机控制的机械加工自动线，它是实现它是实现自动化车间和自动化工厂的重要组成部分。自动化车间和自动化工厂的重要组成部分。机械制造自动化高级阶段是走向设计、制造一体化，即利用计机械制造自动化高级阶段是走向设计、制造一体化，即利用计算机辅助设计（算机辅助设计（CAD）与计算机辅助制造（与计算机辅助制造（CAM）形成产品设计形成产品设计和制造过程的完整系统，对产品构思和设计直到装配、试验和质量和制造过程的完整系统，对产品构思和设

9、计直到装配、试验和质量管理这一全过程实现自动化。管理这一全过程实现自动化。为了实现制造过程的高效率、高柔性、高质量，研制计算机集为了实现制造过程的高效率、高柔性、高质量，研制计算机集成制造系统（成制造系统（CIMS）是人们现在的任务。是人们现在的任务。第二章第二章机电传动系统的运动学基础机电传动系统的运动学基础机电传动系统的运动方程式；机电传动系统的运动方程式；多轴传动系统中转矩折算的基本原则和方法；多轴传动系统中转矩折算的基本原则和方法；了解几种典型生产机械的负载特性；了解几种典型生产机械的负载特性；了解机电传动系统稳定运行的条件以及学会分析实际了解机电传动系统稳定运行的条件以及学会分析实际

10、系统的稳定性。系统的稳定性。2.1单轴拖动系统的运动方程式单轴拖动系统的运动方程式一、单轴拖动系统的组成一、单轴拖动系统的组成电动机电动机M通过连接件直接与生产机械相连，由电动机通过连接件直接与生产机械相连，由电动机M产生输产生输出转矩出转矩TM，用来克服负载转矩用来克服负载转矩TL，带动生产机械以角速度带动生产机械以角速度（或速或速度度n）进行运动。进行运动。电动机电动机电动机的驱动对象电动机的驱动对象连接件连接件系统结构图转距方向二、运动方程式二、运动方程式在在机机电电系系统统中中，TM、TL、（或或n)之之间间的的函函数数关关系系称称为为运运动动方方程式程式。根据动力学原理，根据动力学原

11、理，TM、TL、（或（或n)之间的函数关系如下：之间的函数关系如下：运动方程式运动方程式转矩平衡方程式转矩平衡方程式TM电动机的输出转矩（电动机的输出转矩（N.m）;TL负载转矩（负载转矩（N.m）;J 转动惯量（转动惯量（kg.m2）;角速度（角速度（rad/s）；）；n速度（速度（r/min）；）；t 时间（时间（s）;动态转矩（动态转矩（N.m）。）。三、传动系统的状态三、传动系统的状态根据运动方程式可知：运动系统有两种不同的运动状态：根据运动方程式可知：运动系统有两种不同的运动状态：即即，为常数，传动系统以恒速运动。为常数，传动系统以恒速运动。TM=TL时时传动系统处于恒速运动的这种状

12、态被称为稳态。传动系统处于恒速运动的这种状态被称为稳态。即即传动系统加速运动。传动系统加速运动。即即传动系统减速运动。传动系统减速运动。TM TL 时时传传动动系系统统处处于于加加速速或或减减速速运运动动的的这这种种状状态态被被称称为为动动态态。四、四、TM、TL、n的参考方向的参考方向(2)因为电动机和生产机械以共同的转速旋转，所以，一般以因为电动机和生产机械以共同的转速旋转，所以，一般以（或（或n）的转动方向为参考来确定转矩的正负。的转动方向为参考来确定转矩的正负。当当TM的实际作用方向与的实际作用方向与n的方向相同时的方向相同时，取与取与n相同的符号；相同的符号；1.TM的符号与性质的符

13、号与性质当当TM的实际作用方向与的实际作用方向与n的方向相反时的方向相反时，取与取与n相反的符号；相反的符号；当当TM的实际作用方向与的实际作用方向与n的方向相同（符号相同）时的方向相同（符号相同）时，TM为为拖动转距，否则为制动转距。拖动转距，否则为制动转距。拖动转距促进运动；制动转距阻碍运动。拖动转距促进运动；制动转距阻碍运动。当当TL的实际作用方向与的实际作用方向与n的方向相同时的方向相同时，取与取与n相反的符号；相反的符号；2.TL的符号与性质的符号与性质当当TL的实际作用方向与的实际作用方向与n的方向相反时的方向相反时，取与取与n相同的符号；相同的符号；当当TL的实际作用方向与的实际

14、作用方向与n的方向相同（符号相反的方向相同（符号相反）时时，TL为拖为拖动转距，否则为制动转距。动转距，否则为制动转距。举例：如图所示电动机拖动重物上升和下降。举例：如图所示电动机拖动重物上升和下降。设重物设重物上升上升时速度时速度n的符号的符号为为正正，下降下降时时n的符号为的符号为负负。当重物上升时：当重物上升时：TM、TL、n的的方方向向如如图图（a）所示。运动方程式为：所示。运动方程式为：因此重物上升时，因此重物上升时，TM为拖动转矩，为拖动转矩，TL为制动转矩。为制动转矩。当重物下降时：当重物下降时：TM、TL、n的方向如图（的方向如图（b）所示。运动方程式为：所示。运动方程式为：即

15、：即：因此重物下降时，因此重物下降时，TM为制动转矩，为制动转矩，TL为拖动转矩。为拖动转矩。TM为正，为正，TL为正。为正。TM为为正，正，TL为正。为正。22多轴拖动系统的简化多轴拖动系统的简化为为了了对对多多轴轴拖拖动动系系统统进进行行运运行行状状态态的的分分析析，一一般般是是将将多多轴轴拖拖动动系统等效折算为单轴系统。系统等效折算为单轴系统。一、多轴拖动系统的组成一、多轴拖动系统的组成电动机通过减速机构（如减速齿轮箱、蜗轮蜗杆等）与生产机电动机通过减速机构（如减速齿轮箱、蜗轮蜗杆等）与生产机械相连，如图所示：械相连，如图所示：折算的原则是：静态时，折算的原则是：静态时，折算前后系统总的

16、传输功率不变。折算前后系统总的传输功率不变。二、负载转矩的折算二、负载转矩的折算假假设设电电动动机机以以M角角速速度度旋旋转转，负负载载转转矩矩TL折折算算到到电电动动机机轴轴上上的的负负载载转转矩矩为为Teq，而而生生产产机机械械的的转转动动速速度度为为L。则则电电动动机机输输出出功功率率PM和负载所需功率和负载所需功率PL分别为：分别为：考考虑虑传传动动机机构构在在传传输输功功率率的的过过程程中中有有损损耗耗，这这个个损损耗耗可可用用效效率率c来表示，且来表示，且则生产机械上的负载转矩折算到电动机轴上的等效转矩为：则生产机械上的负载转矩折算到电动机轴上的等效转矩为：式中：式中：c电动机拖动

17、生产机械运动时的传动效率；电动机拖动生产机械运动时的传动效率；传动机构的总传动比传动机构的总传动比23生产机械的机械特性生产机械的机械特性在同一轴上，负载转矩和转速之间的函数关系，称为生产机在同一轴上，负载转矩和转速之间的函数关系，称为生产机械的机械特性。械的机械特性。一、恒转矩型机械特性一、恒转矩型机械特性恒恒转转矩矩型型机机械械特特性性根根据据其其特特点点可可分分为为反反抗抗转转矩矩和和位位能能转转矩矩两两种种。分别如图所示：分别如图所示：1反抗转矩：又称摩擦性转矩，其特点如下：反抗转矩：又称摩擦性转矩，其特点如下：作用方向始终与速度作用方向始终与速度n的方向相反，当的方向相反，当n的方向

18、发生变化时，的方向发生变化时，它的作用方向也随之发生变化，恒与运动方向相反，即总是它的作用方向也随之发生变化，恒与运动方向相反，即总是阻碍运动的。阻碍运动的。转矩大小恒定不变；转矩大小恒定不变；按关于转矩正方向的约定可知，反抗转矩恒与转速按关于转矩正方向的约定可知，反抗转矩恒与转速n取相同的取相同的符号，即符号，即n为正方向时为正方向时TL为正，特性在第一象限；为正，特性在第一象限；n为负方向时为负方向时TL为为负，特性在第三象限。负，特性在第三象限。2位能转矩位能转矩,其特点为：其特点为：转矩大小恒定不变；转矩大小恒定不变；作用方向不变，与运动方向无关，即在某一方向阻碍运动而作用方向不变，与

19、运动方向无关，即在某一方向阻碍运动而在另一方向促进运动。在另一方向促进运动。卷扬机起吊重物时，由于重物的作用方向永远向着地心，所卷扬机起吊重物时，由于重物的作用方向永远向着地心，所以，由它产生的负载转矩永远作用在使重物下降的方向，当电动以，由它产生的负载转矩永远作用在使重物下降的方向，当电动机拖动重物上升时，机拖动重物上升时，TL与与n的方向相反；当重物下降时，的方向相反；当重物下降时，TL和和n的的方向相同。方向相同。假设假设n为正时为正时TL阻碍运动，则阻碍运动，则n为负时为负时TL一定促进运动，特性一定促进运动，特性在第一、四象限。在第一、四象限。不难理解，在运动方程式中，反抗转矩不难理

20、解，在运动方程式中，反抗转矩TL的符号总是与的符号总是与n 相同；相同；位能转矩位能转矩TL的符号则有时与的符号则有时与n 相同，有时与相同，有时与n相反。相反。二、离心式通风型机械特性二、离心式通风型机械特性离心式通风型机械特性是按离心力离心式通风型机械特性是按离心力原理工作的，如离心式鼓风机、水泵等，原理工作的，如离心式鼓风机、水泵等，它们的负载转矩它们的负载转矩TL的大小与速度的大小与速度n的平的平方成正比，即：方成正比，即：其中：其中：C为常数。为常数。三、直线型机械特性三、直线型机械特性直线型机械特性的负载转矩直线型机械特性的负载转矩TL的的大小与速度大小与速度n的大小成正比，即的大

21、小成正比，即：其中：其中：C为常数。为常数。恒功率型机械特性的负载转矩恒功率型机械特性的负载转矩TL的大小与速度的大小与速度n的大小成正比，的大小成正比，即即其中：其中：C为常数。如图所示。为常数。如图所示。四、恒功率型机械特性四、恒功率型机械特性2.4机电系统稳定运行的条件机电系统稳定运行的条件机电传动系统中，电动机与生产机械连成一体，为了使系统运机电传动系统中，电动机与生产机械连成一体，为了使系统运行合理，就要使电动机的机械特性与生产机械的机械特性尽量相配行合理，就要使电动机的机械特性与生产机械的机械特性尽量相配合。特性配合好的一个起码要求是合。特性配合好的一个起码要求是系统能稳定运行系统

22、能稳定运行。一、机电系统稳定运行的含义一、机电系统稳定运行的含义1.系统应能一定速度匀速运行；系统应能一定速度匀速运行；2.系统受某种外部干扰（如电压波动、负载转矩波动等）使运系统受某种外部干扰（如电压波动、负载转矩波动等）使运行速度发生变化时，应保证在干扰消除后系统能恢复到原来的运行行速度发生变化时，应保证在干扰消除后系统能恢复到原来的运行速度。速度。二、机电系统稳定运行的条件二、机电系统稳定运行的条件从从Tn坐标上来看，就是电动机的机械特性曲线坐标上来看，就是电动机的机械特性曲线n=f(TM)和生和生产机械的机械特性曲线产机械的机械特性曲线n=f(TL)必须有交点，交点被称为必须有交点，交

23、点被称为平衡点平衡点。2.充分条件充分条件系统受到干扰后，要具有恢复到原平衡状态的能力，即：系统受到干扰后，要具有恢复到原平衡状态的能力，即：当干扰使速度上升时，有当干扰使速度上升时，有TMTL。这是稳定运行的充分条件。这是稳定运行的充分条件。符合稳定运行条件的平衡点称为稳定平衡点。符合稳定运行条件的平衡点称为稳定平衡点。1.必要条件必要条件电动机的输出转矩电动机的输出转矩TM和负载转矩和负载转矩TL大小相等，方向相反。大小相等，方向相反。分析举例分析举例a、b两点是否两点是否为稳定平衡点？为稳定平衡点？a点点：当负载突然增加后当负载突然增加后当负载波动消除后当负载波动消除后故故a点为系统的稳

24、定平衡点。点为系统的稳定平衡点。同同理理b点不是稳定平衡点。点不是稳定平衡点。异步电动机异步电动机的机械特性的机械特性生产机械生产机械的机械特的机械特性性交点交点a交点交点b如如图图所所示示，曲曲线线1为为异异步步电电动动机机的的机机械械特特性性，曲曲线线2为为异异步步电电动动机机拖拖动动的的生生产产机机械械的的机机械械特特性性。两两曲曲线线有有交交点点b，即即拖拖动动系系统统有有一一个个平平衡衡点点。b点点符符合合稳稳定定运运行行的的条条件件，因因此此b点点为为是是稳稳定定平平衡衡点点。此此系统能在系统能在b点稳定运行。点稳定运行。练 习 题1机电系统稳定运行的必要条件是电动机的输出转矩和负

25、载转矩机电系统稳定运行的必要条件是电动机的输出转矩和负载转矩a.大小相等大小相等b.方向相反方向相反c.大小相等，方向相反大小相等，方向相反d.无法确定无法确定2.某机电系统中，电动机输出转矩大于负载转矩，则系统正处于某机电系统中，电动机输出转矩大于负载转矩，则系统正处于a.加速加速b.减速减速c.匀速匀速d.不确定不确定3.在单轴拖动系统中，已知电动机输出转矩和负载转矩的作用方向在单轴拖动系统中，已知电动机输出转矩和负载转矩的作用方向与转速的方向相同，则系统正处于与转速的方向相同，则系统正处于a.加速加速b.减速减速c.匀速匀速d.静止静止4在机电系统中，已知电动机输出转矩小于负载转矩，且电

26、动机在机电系统中，已知电动机输出转矩小于负载转矩，且电动机的输出转矩作用方向与转速的方向相同，而负载转矩的方向与转速的输出转矩作用方向与转速的方向相同，而负载转矩的方向与转速相反，则系统正处于相反，则系统正处于a.加速加速b.减速减速c.匀速匀速d.静止静止第三章第三章直流电机的工作原理及特性直流电机的工作原理及特性重点掌握：重点掌握：了解直流电机的基本结构及工作原理；了解直流电机的基本结构及工作原理；了解直流发电机的特性；了解直流发电机的特性；掌握直流电动机的机械特性；掌握直流电动机的机械特性；掌握直流电动机启动、调速和制动等各种特性；掌握直流电动机启动、调速和制动等各种特性；掌掌握握实实现

27、现直直流流电电动动机机启启动动、调调速速和和制制动动的的各各种种方方法法以以及及它们的使用场所。它们的使用场所。电机分交流和直流两种。电机分交流和直流两种。直流电机直流电机工作电压或输出的电压为直流；工作电压或输出的电压为直流；交流电机交流电机工作电压为交流。工作电压为交流。直流电机分直流电动机和直流发电机两种。直流电机分直流电动机和直流发电机两种。直流电动机直流电动机将电能转换为机械能；将电能转换为机械能；直流发电机直流发电机将机械能转换为电能。将机械能转换为电能。31直流电机的基本结构和工作原理直流电机的基本结构和工作原理一、直流电机的基本结构一、直流电机的基本结构直流电机的结构图如图所示

28、：直流电机的结构图如图所示：根根据据电电机机的的工工作作原原理理，直直流流电电机机的的组组成成可可分分为为定定子子、转转子子和和换换向器向器三大部分。三大部分。定子部分定子部分主要由定子铁心和绕在上面的励磁绕组两部分组成。主要由定子铁心和绕在上面的励磁绕组两部分组成。转子部分转子部分主要由电枢铁心和电枢绕组两部分组成。主要由电枢铁心和电枢绕组两部分组成。换向器换向器由换向片和电刷组成，电刷固定在定子上，换向片与由换向片和电刷组成，电刷固定在定子上，换向片与电枢绕组相连，换向片与电刷保持滑动接触。电枢绕组相连，换向片与电刷保持滑动接触。二、基本的工作原理二、基本的工作原理为了讨论直流电机的工作原

29、理，可把复杂的直流电机结构简化为了讨论直流电机的工作原理，可把复杂的直流电机结构简化为电机具有一对主磁极，电枢绕组只是一个线圈，线圈两端分别联为电机具有一对主磁极，电枢绕组只是一个线圈，线圈两端分别联在两个换向片上，换向片上压着电刷在两个换向片上，换向片上压着电刷A和和B。如图所示：如图所示：1主磁极主磁极：励磁绕组上加上直：励磁绕组上加上直流电压，励磁绕组上有励磁电流流电压，励磁绕组上有励磁电流通过，使定子铁心产生固定磁场，通过，使定子铁心产生固定磁场，即定子的主要作用是产生主磁场。即定子的主要作用是产生主磁场。2电电枢枢绕绕组组：在在固固定定的的磁磁场场中中旋旋转转，主主要要作作用用是是产

30、产生生感感应应电电动动势势或或产产生生机机械械转转矩矩，实实现现能能量量的的转换。转换。3、4换换向向器器：电电刷刷固固定定不不动动，换换向向片片与与电电枢枢绕绕组组一一起起旋旋转转，主主要要作作用用对对发发电电机机而而言言是是将将电电枢枢绕绕组组内内感感应应的的交交流流电电势势转转换换成成电电刷刷间间的的直直流流电电势势。对对电电动动机机而而言言，则则是是将将外外加加的的直直流流电电流流转转换换为为电电枢枢绕绕组组的的交交变变电电流流，并并保保证证每每一一磁磁极极下下，电电枢枢导导体体的的电电流流的的方方向不变，以产生恒定的电磁转矩。向不变，以产生恒定的电磁转矩。3电刷电刷4换向片换向片1发

31、电机原理：发电机原理：将机械能转换为电能。将机械能转换为电能。电电枢枢由由原原动动机机驱驱动动而而在在磁磁场场中中旋旋转转，在在电电枢枢线线圈圈的的两两根根有有效效边边ab和和cd（切切割割磁磁力力线线的的导导体体部部分分）中中便便感感应出电动势应出电动势e。显然，每一有效边中的电动势是交变的，即在显然，每一有效边中的电动势是交变的，即在N极下是一个方极下是一个方向，当它转到向，当它转到S极下时是另一个方向。但是，由于电刷极下时是另一个方向。但是，由于电刷A总是同与总是同与N极下的有效边相联的换向片接触，而电刷极下的有效边相联的换向片接触，而电刷B总是同与总是同与S极下的有效边极下的有效边相联

32、的换向片接触，因此，在电刷间就出现一个极性不变的电动势相联的换向片接触，因此，在电刷间就出现一个极性不变的电动势或电压，当电刷之间接有负载时，在电动势的作用下就在电路中产或电压，当电刷之间接有负载时，在电动势的作用下就在电路中产生一定方向的电流。生一定方向的电流。2电动机原理电动机原理：将电能转换为机械能。将电能转换为机械能。直直流流电电源源接接在在电电刷刷之之间间而而使使电电流流通通入入电电枢枢线线圈圈。电电流流方方向向应应该该是是这这样样的的：N极极下下的的有有效效边边中中的的电电流流总总是是一一个个方方向向，而而S极极下下的的有有效效边边中中的的电电流流总总是是另另一一个个方方向向，这这

33、样样才才能能使使两两个个边边上上受受到到的的电电磁磁力力的的方方向向一一致致，电电枢枢因因而而转转动动。因因此此，当当线线圈圈的的有有效效边边从从N（S）极极下下转转到到S（N）极极下下时时，其其中中电电流流的的方方向向必必须须同同时时改改变变，使使电电磁磁力力的的方方向向不变，即电磁转矩的方向不变而使转子以不变，即电磁转矩的方向不变而使转子以n的转速旋转。的转速旋转。三、电动势和电磁转矩三、电动势和电磁转矩1.电动势电动势E根据电磁学原理，两电刷间的感应电动势为根据电磁学原理，两电刷间的感应电动势为:式中：式中：E感应电动势（感应电动势（V）；）；对磁极的磁通（对磁极的磁通（Wb）；）；n电

34、枢转速（电枢转速（r/min）；）；Ke与电机结构有关的常数。与电机结构有关的常数。直流发电机中，电动势的方向总是与电流的方向相同，被称为直流发电机中，电动势的方向总是与电流的方向相同，被称为电源电动势电源电动势。直流电动机中，电动势的方向总是与电流的方向相反，被称为直流电动机中，电动势的方向总是与电流的方向相反，被称为反电动势反电动势。2电磁转矩电磁转矩TM电枢绕组中的电流和磁通相互作用，产生电磁力和电磁转矩，电枢绕组中的电流和磁通相互作用，产生电磁力和电磁转矩，其大小可用如下公式表示：其大小可用如下公式表示：式中：式中：TM电磁转矩（电磁转矩（Nm）；）；对磁极的磁通（对磁极的磁通（Wb）

35、；）；Ia电枢电流（电枢电流（A）；）；Km与电机结构有关的常数，与电机结构有关的常数，Km=9.55 Ke直流发电机和直流电动机的电磁转矩的作用是不同的。直流发电机和直流电动机的电磁转矩的作用是不同的。发电机的电磁转矩发电机的电磁转矩是阻转矩，它与电枢转动的方向或原动机的是阻转矩，它与电枢转动的方向或原动机的驱动转矩的方向相反。因此，在等速转动时，原动机的转矩驱动转矩的方向相反。因此，在等速转动时，原动机的转矩T1必须必须与发电机的电磁转矩与发电机的电磁转矩TM及空载损耗转矩及空载损耗转矩T0相平衡。相平衡。电动机的电磁转矩电动机的电磁转矩是驱动转矩，它使电枢转动。因此，电动机是驱动转矩，它

36、使电枢转动。因此，电动机的电磁转矩的电磁转矩TM必须与机械负载转矩必须与机械负载转矩TL及空载损耗转矩及空载损耗转矩T0相平衡。相平衡。从以上分析可知，直流电机作发电机运行和作电动机运行时，从以上分析可知，直流电机作发电机运行和作电动机运行时，虽然都产生电动势虽然都产生电动势E和电磁转矩和电磁转矩T，但二者的作用正好相反，见表但二者的作用正好相反，见表：电机运行电机运行方式方式E与与I的方的方向向E的作用的作用TM的性质的性质转矩之间的转矩之间的关系关系发电机发电机相同相同电源电动势电源电动势阻转矩阻转矩T1=TM+T0电动机电动机相反相反反电动势反电动势驱动转矩驱动转矩TM=TL+T0四、直

37、流电机的分类四、直流电机的分类直流电机按定子励磁绕组的励磁方式不同可分为五类：直流电机按定子励磁绕组的励磁方式不同可分为五类：1他励电机：励磁绕组由外加电源单独供电，励磁电流的大他励电机：励磁绕组由外加电源单独供电，励磁电流的大小与电枢两端电压或电枢电流的大小无关。小与电枢两端电压或电枢电流的大小无关。2.并励电机：励磁绕组与电枢绕组并联连接。并励电机：励磁绕组与电枢绕组并联连接。3串励电机：励磁绕组与电枢绕组并联连接。串励电机：励磁绕组与电枢绕组并联连接。4复复励励电电机机：励励磁磁绕绕组组分分为为两两部部分分，一一部部分分与与电电枢枢绕绕组组并并联联连接，另一部分与电枢绕组并联连接。连接，另一部分与电枢绕组并联连接。5永磁电机：定子由永久磁铁建立磁场。永磁电机：定子由永久磁铁建立磁场。