直流電機(jī)的工作原理

1、1-1 1-1 電機(jī)理論基礎(chǔ)知識(shí)電機(jī)理論基礎(chǔ)知識(shí)第一章第一章 直流電機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)直流電機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)講授新課講授新課一一. .電機(jī)：是以電機(jī)：是以磁場(chǎng)為媒介磁場(chǎng)為媒介進(jìn)行進(jìn)行機(jī)械能和電能相互轉(zhuǎn)換機(jī)械能和電能相互轉(zhuǎn)換 的的電磁裝置電磁裝置。二二. .電機(jī)按能量轉(zhuǎn)換方式電機(jī)按能量轉(zhuǎn)換方式分類分類：2.2.（直流）電能（直流）電能 機(jī)械能：機(jī)械能：（直流）（直流）電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)1.1.機(jī)械能機(jī)械能 （直流）電能：（直流）電能：（直流）（直流）發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)二、分析電機(jī)原理常用物理量及常用的基本定律二、分析電機(jī)原理常用物理量及常用的基本定律 （一）常用物理量（一）常用物理量1.1.磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B B

2、：描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱和磁場(chǎng)方向的物理量。：描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱和磁場(chǎng)方向的物理量。2.2.磁通磁通：垂直穿過某一截面：垂直穿過某一截面s s的磁感應(yīng)強(qiáng)度的磁感應(yīng)強(qiáng)度B B的通量。的通量。=B=BS S通電直導(dǎo)線的磁場(chǎng)通電直導(dǎo)線的磁場(chǎng)通電螺旋管的磁場(chǎng)通電螺旋管的磁場(chǎng)3.3.磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度H H：描述磁場(chǎng)強(qiáng)度和方向的輔助物理量。：描述磁場(chǎng)強(qiáng)度和方向的輔助物理量。B=B=H H4.4.磁勢(shì)磁勢(shì)F F：電流產(chǎn)生磁勢(shì)，磁勢(shì)建立磁場(chǎng)。：電流產(chǎn)生磁勢(shì)，磁勢(shì)建立磁場(chǎng)。F=NF=N I I5.5.磁鏈磁鏈=N=N （二）常用的基本電磁定律（二）常用的基本電磁定律1.1.全電流定律全電流定律 任意一個(gè)閉合回線上的任意一個(gè)閉合

3、回線上的總磁壓總磁壓，等于被這個(gè)，等于被這個(gè)閉合回線所包圍的面內(nèi)穿過的全部電流的代數(shù)和，閉合回線所包圍的面內(nèi)穿過的全部電流的代數(shù)和，這個(gè)規(guī)律稱為全電流定律。這個(gè)規(guī)律稱為全電流定律。 其中其中, ,電流的正方向與電流的正方向與閉合回路的正方向滿足閉合回路的正方向滿足右手右手定則定則。dH2.2.電磁感應(yīng)定律電磁感應(yīng)定律電磁感應(yīng)現(xiàn)象電磁感應(yīng)現(xiàn)象: :當(dāng)穿過閉合導(dǎo)體回路的當(dāng)穿過閉合導(dǎo)體回路的磁通磁通（不論由于（不論由于什么原因）發(fā)生什么原因）發(fā)生變化變化時(shí)，在導(dǎo)體回路中就會(huì)時(shí)，在導(dǎo)體回路中就會(huì)產(chǎn)生電流產(chǎn)生電流。閉合回閉合回路磁通變化的原因路磁通變化的原因有兩種：有兩種：（2 2）本身不隨時(shí)間變化，本

4、身不隨時(shí)間變化，線圈切割磁力線線圈切割磁力線，產(chǎn)生，產(chǎn)生動(dòng)生電勢(shì)。動(dòng)生電勢(shì)。 （發(fā)電機(jī)原理發(fā)電機(jī)原理）( (右手定則右手定則) )（1 1）隨時(shí)間變化隨時(shí)間變化，而閉合回路的任一部分對(duì)媒質(zhì)，而閉合回路的任一部分對(duì)媒質(zhì)沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生感生電勢(shì)。（沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生感生電勢(shì)。（變壓器原理變壓器原理）（楞次定律楞次定律) )3.3.電磁力定律電磁力定律載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到力的作用。載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到力的作用。 （電動(dòng)機(jī)原理電動(dòng)機(jī)原理）( (左手定則左手定則) )一、直流發(fā)電機(jī)的一、直流發(fā)電機(jī)的工作原理工作原理 1-2 1-2 直流電機(jī)基本工作原理直流電機(jī)基本工作原理一一（一）簡(jiǎn)單模型簡(jiǎn)介：（一）

5、簡(jiǎn)單模型簡(jiǎn)介：v主磁極主磁極N N，SS產(chǎn)生靜止磁場(chǎng)（產(chǎn)生靜止磁場(chǎng)（定子定子）v電樞繞組電樞繞組絕緣導(dǎo)體絕緣導(dǎo)體abab與與cdcd構(gòu)成的構(gòu)成的線圈，安放在電樞鐵芯上（線圈，安放在電樞鐵芯上（轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子）v換向器換向器電樞繞組的首段和末端分電樞繞組的首段和末端分別連到圓弧形的銅片（別連到圓弧形的銅片（換向片換向片）上，）上，換向片直接相互絕緣，換向片構(gòu)成的換向片直接相互絕緣，換向片構(gòu)成的整體叫整體叫換向器換向器。換向器固定在轉(zhuǎn)軸上，。換向器固定在轉(zhuǎn)軸上，且與轉(zhuǎn)軸相互絕緣。（且與轉(zhuǎn)軸相互絕緣。（轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子）v電刷電刷與換向器滑動(dòng)接觸，使旋轉(zhuǎn)的電路與外界靜止的電路與換向器滑動(dòng)接觸，使旋轉(zhuǎn)的電路與外界靜

6、止的電路相連接。相連接。 （定子定子）21（二）（二）直流發(fā)電機(jī)工作原直流發(fā)電機(jī)工作原理（理（e=e=BlvBlv, ,方向：右手定則）方向：右手定則）121（二）（二）直流發(fā)電機(jī)工作原直流發(fā)電機(jī)工作原理（理（e=e=BlvBlv, ,方向：右手定則）方向：右手定則）電壓：電壓：A+ B-感應(yīng)電流方向：感應(yīng)電流方向：b a , c d121vvee21（二）（二）直流發(fā)電機(jī)工作原直流發(fā)電機(jī)工作原理（理（e=e=BlvBlv, ,方向：右手定則）方向：右手定則）負(fù)負(fù)載載ABabcd無無evvn2（二）（二）直流發(fā)電機(jī)工作原直流發(fā)電機(jī)工作原理（理（e=e=BlvBlv, ,方向：右手定則）方向：右

7、手定則）感應(yīng)電流方向：感應(yīng)電流方向：a b , dc電壓：電壓： A+ B-321vveeA2B1（二）（二）直流發(fā)電機(jī)工作原直流發(fā)電機(jī)工作原理（理（e=e=BlvBlv, ,方向：右手定則）方向：右手定則）abcd負(fù)負(fù)載載無無evvn4（二）（二）直流發(fā)電機(jī)工作原直流發(fā)電機(jī)工作原理（理（e=e=BlvBlv, ,方向：右手定則）方向：右手定則）12342121電壓：電壓：A+ B-感應(yīng)電流方向：感應(yīng)電流方向：b a , c d無無e無無e感應(yīng)電流方向：感應(yīng)電流方向：a b , dc電壓：電壓： A+ B-結(jié)論：結(jié)論：1.1.電樞線圈中的電勢(shì)方向由于電樞旋轉(zhuǎn)而隨時(shí)間做正電樞線圈中的電勢(shì)方向由于

8、電樞旋轉(zhuǎn)而隨時(shí)間做正負(fù)變化。負(fù)變化。2.2.電刷電刷A A、B B間出現(xiàn)了一個(gè)極性不變的電動(dòng)勢(shì)或電壓。間出現(xiàn)了一個(gè)極性不變的電動(dòng)勢(shì)或電壓。3.3.換向器的作用：把直流發(fā)電機(jī)電樞線圈中交變的感換向器的作用：把直流發(fā)電機(jī)電樞線圈中交變的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，變成電刷應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，變成電刷A A、B B兩端輸出的直流電動(dòng)勢(shì)，這兩端輸出的直流電動(dòng)勢(shì)，這種作用稱為種作用稱為整流整流。l實(shí)際電機(jī)中，電樞上放置了實(shí)際電機(jī)中，電樞上放置了許多線圈組成的電樞繞組許多線圈組成的電樞繞組，這些線，這些線圈均勻分布在電樞表面，并按一定規(guī)律連接起來。實(shí)踐證明，圈均勻分布在電樞表面，并按一定規(guī)律連接起來。實(shí)踐證明，若每若每極極下線圈邊

9、數(shù)下線圈邊數(shù)大于大于8 8時(shí)時(shí)，電勢(shì)脈動(dòng)的幅值將可，電勢(shì)脈動(dòng)的幅值將可小于小于1 1% %，基本，基本是一直流電勢(shì)。是一直流電勢(shì)。 （多線圈）（多線圈）當(dāng)電刷之間接有負(fù)載時(shí)，在電動(dòng)勢(shì)的作用下就在電路中產(chǎn)生與當(dāng)電刷之間接有負(fù)載時(shí)，在電動(dòng)勢(shì)的作用下就在電路中產(chǎn)生與電動(dòng)勢(shì)方向相同的電流。同時(shí)載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中必然產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢(shì)方向相同的電流。同時(shí)載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中必然產(chǎn)生一個(gè)電磁力（電磁力（f=f=BliBli, ,方向：左手定則），電磁力對(duì)轉(zhuǎn)軸形成方向：左手定則），電磁力對(duì)轉(zhuǎn)軸形成電磁轉(zhuǎn)電磁轉(zhuǎn)矩矩TeTe，因電磁轉(zhuǎn)矩與電樞旋轉(zhuǎn)的方向相反，起制動(dòng)作用，故稱，因電磁轉(zhuǎn)矩與電樞旋轉(zhuǎn)的方向相反，起制動(dòng)作用，故

10、稱之為之為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 要維持發(fā)電機(jī)狀態(tài)，原動(dòng)機(jī)要維持發(fā)電機(jī)狀態(tài)，原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械轉(zhuǎn)矩輸入的機(jī)械轉(zhuǎn)矩T T機(jī)械機(jī)械必須必須克服克服電磁電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩Te Te ，方可實(shí)現(xiàn)機(jī)械能轉(zhuǎn)換為，方可實(shí)現(xiàn)機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。電能。21T機(jī)械機(jī)械Teeeff直流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī)工作的條件工作的條件是：是：1 1、直流電機(jī)內(nèi)部需要有磁場(chǎng)存在、直流電機(jī)內(nèi)部需要有磁場(chǎng)存在2 2、原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子以、原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子以n n（r/minr/min）旋轉(zhuǎn)）旋轉(zhuǎn)3 3、機(jī)械轉(zhuǎn)矩大于電磁轉(zhuǎn)矩、機(jī)械轉(zhuǎn)矩大于電磁轉(zhuǎn)矩直流發(fā)電機(jī)的直流發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)特點(diǎn)是：是：1 1、將輸入的機(jī)械功率轉(zhuǎn)換為電功率輸出、將輸入的機(jī)械功率轉(zhuǎn)換為電功率輸

11、出2 2、利用換向器和電刷將電樞線圈中的交變電動(dòng)勢(shì)和、利用換向器和電刷將電樞線圈中的交變電動(dòng)勢(shì)和電流整成直流電輸出電流整成直流電輸出3 3、電樞線圈中電流的方向和感應(yīng)電勢(shì)的方向相同。、電樞線圈中電流的方向和感應(yīng)電勢(shì)的方向相同。4 4、電磁轉(zhuǎn)矩起制動(dòng)作用、電磁轉(zhuǎn)矩起制動(dòng)作用二、直流電動(dòng)機(jī)的工二、直流電動(dòng)機(jī)的工作原作原理（理（f=Bli,方向：左手定則）方向：左手定則）T=f.R1ban逆時(shí)針轉(zhuǎn)向逆時(shí)針轉(zhuǎn)向Bilf 21iiffTe21二、直流電動(dòng)機(jī)二、直流電動(dòng)機(jī)工作原工作原理（理（ f=Bli,方向：左手定則）方向：左手定則）ABabcd無無Te2二、直流電動(dòng)機(jī)工作原理（二、直流電動(dòng)機(jī)工作原理（

12、 f=Bli,方向：左手定則）方向：左手定則）3ab n逆時(shí)針轉(zhuǎn)向逆時(shí)針轉(zhuǎn)向iiffTe21A2B1二、直流電動(dòng)機(jī)二、直流電動(dòng)機(jī)工作原工作原理（理（ f=Bli,方向：左手定則）方向：左手定則）abcd4二、直流電動(dòng)機(jī)的工二、直流電動(dòng)機(jī)的工作原作原理（理（f=Bli,方向：左手定則）方向：左手定則）21iiffTeiiffTe211234電壓：電壓：A+ B-感應(yīng)電流方向：感應(yīng)電流方向：b a , c d無無e無無e感應(yīng)電流方向：感應(yīng)電流方向：a b , dc電壓：電壓： A+ B-結(jié)論：結(jié)論：1.1.電樞線圈中的電流是隨時(shí)間做正負(fù)變化。電樞線圈中的電流是隨時(shí)間做正負(fù)變化。2.2.換向器的作用

13、：把直流電動(dòng)機(jī)兩端的直流電，變成換向器的作用：把直流電動(dòng)機(jī)兩端的直流電，變成電樞線圈中的交流電，這種作用稱為電樞線圈中的交流電，這種作用稱為逆變逆變。 當(dāng)電樞線圈旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞線圈在導(dǎo)體中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)電樞線圈旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞線圈在導(dǎo)體中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)（產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)（e=e=BlvBlv, ,方向：左手定則）。因感應(yīng)電勢(shì)的方向方向：左手定則）。因感應(yīng)電勢(shì)的方向與輸入電流的方向相反，稱為與輸入電流的方向相反，稱為反電動(dòng)勢(shì)反電動(dòng)勢(shì)。 要維持電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，外部輸入要維持電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，外部輸入電動(dòng)勢(shì)必須大于電樞內(nèi)部切割運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì)必須大于電樞內(nèi)部切割運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。2

14、1iivvTeee直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)工作的條件工作的條件是：是：1 1、直流電機(jī)內(nèi)部需要有磁場(chǎng)存在、直流電機(jī)內(nèi)部需要有磁場(chǎng)存在2 2、將電機(jī)外部接入直流電源、將電機(jī)外部接入直流電源3 3、外部輸入電動(dòng)勢(shì)必須大于電樞內(nèi)部運(yùn)動(dòng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、外部輸入電動(dòng)勢(shì)必須大于電樞內(nèi)部運(yùn)動(dòng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)直流電動(dòng)機(jī)的直流電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)特點(diǎn)是：是：1 1、將輸入的電功率轉(zhuǎn)換為機(jī)械功率輸出、將輸入的電功率轉(zhuǎn)換為機(jī)械功率輸出2 2、利用換向器和電刷將外部的直流電逆變成內(nèi)部電、利用換向器和電刷將外部的直流電逆變成內(nèi)部電樞線圈中的交變電動(dòng)勢(shì)樞線圈中的交變電動(dòng)勢(shì)3 3、外部輸入電流的方向與電樞線圈中感應(yīng)電勢(shì)的方、外部輸入電流的方向與電樞線圈中感應(yīng)電勢(shì)的方向相反。向相反。4 4、電磁轉(zhuǎn)矩起驅(qū)動(dòng)作用、電磁轉(zhuǎn)矩起驅(qū)動(dòng)作用e e和和TeTe對(duì)對(duì)電機(jī)的作用電機(jī)的作用直流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī) 直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)e電源電動(dòng)勢(shì)反電動(dòng)勢(shì)Te制動(dòng)轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩總結(jié)：總結(jié)：引入下文：引入下文： 這節(jié)課我們用簡(jiǎn)單的電機(jī)模型來分析電動(dòng)機(jī)和這節(jié)課我們用簡(jiǎn)單的電機(jī)模型來分