電機學(xué)直流電機課件

第六章直流電機的工作原理及結(jié)構(gòu)直流電機的多媒體動畫1直流電機的多媒體動畫2第一節(jié)直流電機及其用途直流發(fā)電機把機械能轉(zhuǎn)化為電能；直流電動機把電能轉(zhuǎn)化為機械能。用途：直流電動機的優(yōu)點：①調(diào)速范圍寬，且易于平滑調(diào)速；②過載、起動、制動轉(zhuǎn)矩大；③易于控制，可靠性高；④

調(diào)速時能量損耗小。第二節(jié)直流電機的基本工作原理1交流電動勢的產(chǎn)生（交流發(fā)電機模型）電磁感應(yīng)定律：滿足右手定則為隨時間正負交變的電動勢結(jié)論：交流電機模型動畫2直流電動勢的產(chǎn)生（直流發(fā)電機模型）直流電機模型動畫結(jié)論：為脈動的直流電動勢。由于旋轉(zhuǎn)電刷和靜止換向器的作用，3電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生（直流電動機模型）電磁力定律：滿足左手定則以單線圈簡化模型為例，進行分析。顯然，在電刷間接入直流電源后，在線圈中就有直流電流流過。直流電機換向器將外部的直流電變成了內(nèi)部交替變化的電流。圖中電刷相對于磁極的位置保證了，無論線圈邊處在N極下，還是S極下，線圈電流均產(chǎn)生逆時針方向的電磁力矩，從而使轉(zhuǎn)子獲得了一個固定方向的電磁轉(zhuǎn)矩。第三節(jié)直流電機的主要結(jié)構(gòu)風(fēng)扇機座鐵心和繞組主磁極電刷換向器接線板接線盒勵磁繞組端蓋電樞直流電機主要結(jié)構(gòu)部件動畫主磁極換向磁極電刷裝置機座端蓋電樞繞組電樞鐵心換向器轉(zhuǎn)軸磁極鐵心勵磁繞組電刷刷握絕緣支架壓緊力調(diào)整裝置定子轉(zhuǎn)子直流電機（產(chǎn)生勵磁磁場）（產(chǎn)生電動勢，流過電流，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩）直流電機的額定值①額定功率：

PN（kW）②額定電壓：

UN（V）③額定電流：

IN（A）④額定轉(zhuǎn)速：

nN（r/min）直流發(fā)電機：直流電動機：

直流電機的共同問題本部分主要內(nèi)容：

1了解電樞繞組聯(lián)結(jié)的基本知識；理解直流電機主磁極磁場、電樞電流產(chǎn)生的磁場及直流電機的電樞反應(yīng)的基本知識；理解電樞繞組感應(yīng)電動勢和電樞繞組產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的知識。1電樞繞組與換向片（器）通過換向片，6個元件依次串連構(gòu)成一個閉合回路。結(jié)論：一電樞繞組的基本知識2電樞繞組與電刷連接位于對稱位置的電刷將閉合的6個線圈分成兩個并聯(lián)支路。電刷將環(huán)形閉合電樞繞組分成兩條對稱的并聯(lián)支路。兩個電刷位于換向器內(nèi)圓對稱位置(實際放置在外圓上)。3

電樞繞組感應(yīng)電動勢和電流方向根據(jù)主極磁場方向和電樞轉(zhuǎn)向，可知：上半電樞表面元件邊感應(yīng)電動勢和電流方向指向外；下半電樞表面元件邊感應(yīng)電動勢和電流方向指向內(nèi)。思考：N、P電刷放在換向器什么位置，可在兩個電刷間獲得最大的感應(yīng)電動勢？結(jié)論：只有把N、P電刷放在主磁極軸線對應(yīng)的換向器表面（如圖中時刻電刷和1、4換向器接觸），這樣通過電刷，1、2、3、4號換向片把1（紅）、2（湖蘭）、3（紫）號3個元件串聯(lián)組成的一條并聯(lián)支路感應(yīng)電動勢最大。對稱的關(guān)系，4、5、6、1號換向片把剩余3個元件串聯(lián)組成的另外一條并聯(lián)支路電動勢完全一樣。電樞元件感應(yīng)電動勢的方向，決定了元件中電流的方向。3

電樞繞組感應(yīng)電動勢方向和電流的方向4

直流電機電樞簡化模型

右圖的模型圖中不再畫出換向器和繞組端接線，直接將電刷移到幾何中心線位置處的元件邊相接觸。另外，在模型中，每個極下電樞表面均勻分布的導(dǎo)體表示繞組的一條支路，兩個極下的兩條支路通過電刷并聯(lián)，電刷外部電路中的電流為一條支路電流的2倍。還有，電刷中心線也是電樞表面電流分布的分界線。二直流電機磁場的基本知識1直流電機主極磁場主磁極電樞附加磁極主磁通漏磁通Bδ

τ

N

根據(jù)全電流定律，并不考慮鐵心磁路的磁壓降，勵磁繞組通過勵磁電流建立的磁動勢，認為全部消耗在氣隙里。再不考慮電樞齒槽影響，在極弧范圍內(nèi)的氣隙處處相等，那么整個主磁極下主極磁密的分布為一平頂波。2直流電機主極磁場產(chǎn)生方式（勵磁方式）

他勵：主極勵磁電流由專門獨立的直流電源供給，與電樞繞組不相連接。永磁直流電機也可認為是他勵方式。直流電機勵磁方式，主要分為他勵和自勵兩類。自勵：勵磁繞組與電樞繞組相連接，勵磁電流由發(fā)電機本身供給。具體又可分為并勵、串勵和復(fù)勵等形式：3直流電機電樞電流產(chǎn)生的磁場發(fā)電機1－主磁極產(chǎn)生的氣隙磁密波2－電樞電流產(chǎn)生的氣隙磁動勢波3－電樞電流產(chǎn)生的氣隙磁密波

4直流電機的電樞反應(yīng)1－主磁極產(chǎn)生的氣隙磁密波2－電樞電流產(chǎn)生的氣隙磁密波

3－磁路不飽和的合成氣隙磁密波4－磁路飽和的合成氣隙磁密波

5直流電機電樞繞組的感應(yīng)電動勢空載時單根導(dǎo)體的電動勢：空載時電刷間電樞繞組感應(yīng)電動勢：負載時的感應(yīng)電動勢：其中，空載每極磁通量：切割速度和電樞轉(zhuǎn)速關(guān)系：電動勢常數(shù)：6直流電機電樞繞組的電磁轉(zhuǎn)矩電樞繞組產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩：其中，為轉(zhuǎn)矩常數(shù)一根載流導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁力：電動勢常數(shù)和轉(zhuǎn)矩常數(shù)的關(guān)系為：bδ

Bavbδx0..............niaT

第十一章直流電動機

1直流電動機的作用原理電樞繞組和勵磁繞組分別施加直流電源。氣隙中主磁通與電樞電流相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩:

電磁力矩為原動力矩，在電磁力矩的作用下，驅(qū)動軸上的機械負載旋轉(zhuǎn)。電樞繞組感應(yīng)電勢為2直流電動機的平衡方程式

電壓平衡式電流平衡式（并勵時）2直流電動機的平衡方程式

轉(zhuǎn)矩平衡式2直流電動機的平衡方程式

功率平衡式（他勵式）輸入電功率:電磁功率:電樞回路總的銅損耗:為輸出的機械功率;空載損耗功率：電磁功率包括：3他勵電動機的工作特性(1)轉(zhuǎn)矩特性勵磁電流不變。當(dāng)負載電流很小時，電樞反應(yīng)的去磁作用很小，近似認為主磁通不變，則與電樞電流成線性關(guān)系。當(dāng)負載電流較大時，電樞反應(yīng)去磁作用使主磁通有所減小，曲線向下彎曲。工作特性曲線3他勵電動機的工作特性(2)(2)轉(zhuǎn)速特性負載電流增加，電樞電阻壓降增大，如不計電樞反應(yīng)的去磁作用即主磁通不變，減小一些，，則隨的下降而有所減小，形成向下的機械特性。如考慮電樞反應(yīng)的去磁作用將使每極磁通減少，他（并）勵電動機的轉(zhuǎn)速變化很小。電阻電壓降的影響影響較大，轉(zhuǎn)速特性是略為下傾的?！蔡匦怨ぷ魈匦郧€3他勵電動機的機械特性主磁通由于負載電流去磁作用的影響隨電流增加而略有減小。是理想空載轉(zhuǎn)速是機械特性的斜率4他勵直流電動機的起動與調(diào)速4.1直流電動機的起動

起動要求：

足夠的起動轉(zhuǎn)矩

一定范圍的起動電流

起動時間符合生產(chǎn)要求、起動設(shè)備簡單、經(jīng)濟、可靠。（1）直接起動缺點：最初起動時，起動電流很大，容易損壞電樞繞組、導(dǎo)致?lián)Q向困難，產(chǎn)生強烈環(huán)火。并勵電動機起動時，勵磁回路中串聯(lián)的電阻應(yīng)最小：因為起動中要求有較大的轉(zhuǎn)矩，勵磁回路電阻小，勵磁電流大，較大，有利起動。電機起動后，感應(yīng)電勢建立，使起動電流很快減小。（2）電樞串電阻起動他勵電動機的電樞回路串入起動電阻（一般采用可多級切除的變阻器），就能限制最初起動電流的大小。（3）降壓起動一般只適用于大容量頻繁起動的直流電動機，須用專門的調(diào)壓電源。優(yōu)點：起動電流小，起動消耗能量少，升速比較平穩(wěn)。在起動過程中，可逐步提升電源電壓，使按需要的加速度上升。在實用中，發(fā)電機-電動機組即采用降壓起動法，其中，發(fā)電機及電動機均采用他勵，以保證起動時有足夠的勵磁電流?！罢髌?電動機”組也采用此方法。4.2直流電動機的調(diào)速調(diào)速的基本要求與方法：（1）要求：調(diào)速幅度寬廣、調(diào)速連續(xù)平滑、損耗小、經(jīng)濟指標(biāo)高等。

（2）方法：①調(diào)節(jié)勵磁電流以改變每極磁通；②調(diào)節(jié)外施電源電壓；③電樞回路中引入可調(diào)電阻量。

（1）僅調(diào)節(jié)電樞回路總電阻調(diào)速

效率低；負載轉(zhuǎn)矩較小時，電樞電流小，調(diào)節(jié)作用不大；電動機機械特性變軟，使轉(zhuǎn)速變化率增大；（2）調(diào)節(jié)勵磁電流調(diào)速優(yōu)點：控制功率?。辉O(shè)備簡單；效率高。缺點：受換向和機械強度限制