《直流電機教案版》課件

直流電機教案版本教案設(shè)計用于教授直流電機的基礎(chǔ)知識，涵蓋直流電機的結(jié)構(gòu)、工作原理、種類和應(yīng)用等內(nèi)容。11課程目標(biāo)11.理解直流電機的工作原理深入了解直流電機的結(jié)構(gòu)和運作方式，掌握其基本原理。22.掌握直流電機的分類和特性熟悉不同類型的直流電機，包括分勵式、串勵式、獨立式和復(fù)勵式等，了解其特性和應(yīng)用。33.學(xué)習(xí)直流電機的調(diào)速方法掌握通過調(diào)節(jié)勵磁電流、電樞電壓等方式控制直流電機轉(zhuǎn)速的技術(shù)。44.了解直流電機的應(yīng)用探索直流電機在工業(yè)、交通、醫(yī)療等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。直流電機的基本結(jié)構(gòu)直流電機由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。定子是電機靜止的部分，轉(zhuǎn)子是電機旋轉(zhuǎn)的部分。定子通常由機座、磁極、磁軛和勵磁繞組組成，轉(zhuǎn)子通常由電樞鐵心、電樞繞組、換向器和電刷組成。直流電機的工作原理1磁場產(chǎn)生電樞繞組通電后，產(chǎn)生磁場。2磁場相互作用電樞磁場與定子磁場相互作用，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩。3電機轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)矩驅(qū)動電樞旋轉(zhuǎn)，帶動負(fù)載運轉(zhuǎn)。4電磁感應(yīng)電樞旋轉(zhuǎn)切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。直流電機的基本工作原理基于電磁感應(yīng)和電磁力的相互作用。通過電樞繞組通電產(chǎn)生磁場，并與定子磁場相互作用，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動。與此同時，電樞旋轉(zhuǎn)切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，為電機運行提供能量。電樞繞組的結(jié)構(gòu)電樞繞組是直流電機中最重要的組成部分之一。它是由導(dǎo)線繞制在電樞鐵芯的槽內(nèi)，并按一定的規(guī)律連接而成。電樞繞組的作用是將電能轉(zhuǎn)換為機械能，或?qū)C械能轉(zhuǎn)換為電能。電樞繞組的結(jié)構(gòu)主要包括導(dǎo)線、槽、槽楔、絕緣、繞組連接等。其中，導(dǎo)線是電樞繞組的核心，它負(fù)責(zé)導(dǎo)通電流，將電能轉(zhuǎn)換為機械能。槽是電樞繞組的安裝位置，它可以保護(hù)導(dǎo)線，并使電樞繞組更加牢固。槽楔的作用是固定導(dǎo)線，防止導(dǎo)線松動或脫落。絕緣材料可以防止導(dǎo)線之間的短路，確保電樞繞組的正常工作。繞組連接是指將多個線圈連接成一個閉合的回路，以便形成一個通路的電流。直流電機轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生直流電機轉(zhuǎn)矩是由電樞電流和磁場相互作用產(chǎn)生的。當(dāng)直流電機通電時，電樞繞組中產(chǎn)生電流，電流在磁場中受到力的作用，從而帶動電樞轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)矩的大小與電樞電流和磁場強度成正比，與電樞的尺寸和結(jié)構(gòu)有關(guān)。直流電機轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式轉(zhuǎn)矩與磁場強度的關(guān)系磁場越強，轉(zhuǎn)矩越大。這反映了磁場強度對轉(zhuǎn)矩的直接影響。轉(zhuǎn)矩與電樞電流的關(guān)系電樞電流越大，轉(zhuǎn)矩越大。這反映了電樞電流對轉(zhuǎn)矩的直接影響。轉(zhuǎn)矩與電機結(jié)構(gòu)的關(guān)系電樞繞組匝數(shù)、磁極對數(shù)等參數(shù)也會影響轉(zhuǎn)矩的大小。直流電機外特性直流電機外特性是指在負(fù)載變化時，電機轉(zhuǎn)速、電流和輸出功率隨負(fù)載變化的規(guī)律。在相同勵磁電流下，負(fù)載電流變化時，電樞電流、轉(zhuǎn)速和輸出功率的變化規(guī)律稱作直流電機的外特性。直流電機的外特性曲線反映了直流電機在不同負(fù)載情況下的運行狀況，是選擇和應(yīng)用直流電機的重要依據(jù)之一。直流電機的外特性曲線可以用來判斷直流電機的性能，例如電機在不同負(fù)載下的輸出功率、效率、電流等等。直流電機分類按勵磁方式分類直流電機根據(jù)勵磁繞組的連接方式和電流來源，可分為他勵、串勵、并勵和復(fù)勵四種類型。每種類型的電機擁有不同的特性，適用于不同的應(yīng)用場景。按用途分類直流電機可用于各種應(yīng)用場景，例如電動汽車、工業(yè)自動化、醫(yī)療設(shè)備等。根據(jù)用途的不同，直流電機可以分為小型電機、中型電機和大型電機。按結(jié)構(gòu)分類直流電機根據(jù)其結(jié)構(gòu)的差異，可分為直流永磁電機和直流電刷電機。直流永磁電機使用永久磁鐵來產(chǎn)生磁場，而直流電刷電機使用電磁線圈來產(chǎn)生磁場。直流電機勵磁方式分勵式勵磁繞組獨立于電樞繞組，由單獨的電源供電。串勵式勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，電流相同。并勵式勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)，電壓相同。復(fù)勵式勵磁繞組由串勵繞組和并勵繞組組成。分勵式直流電機獨立勵磁勵磁繞組獨立于電樞繞組，勵磁電流由獨立的勵磁電源供給。勵磁電流不受電樞電流影響，勵磁磁場穩(wěn)定。優(yōu)缺點轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，調(diào)速性能好，效率高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。應(yīng)用于對轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性要求高的場合，如機床、起重機等。串勵式直流電機11.電樞繞組和勵磁繞組串聯(lián)勵磁電流等于電樞電流，兩者隨負(fù)載電流變化而變化。22.轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流成反比負(fù)載電流增加時，勵磁磁通增強，轉(zhuǎn)矩增大，轉(zhuǎn)速下降。33.起動轉(zhuǎn)矩大，空載轉(zhuǎn)速高適用于起動負(fù)載較重、對轉(zhuǎn)速要求不高的場合。44.應(yīng)用于起重機、電動機車等廣泛應(yīng)用于起重機、電動機車、電動工具等。獨立式直流電機獨立式直流電機簡介獨立式直流電機勵磁繞組獨立于電樞繞組。勵磁繞組接獨立電源，不受電樞電流影響。勵磁電流穩(wěn)定，磁場強度保持恒定。復(fù)勵式直流電機組合勵磁復(fù)勵式直流電機同時使用串勵和并勵兩種勵磁方式。優(yōu)勢具有串勵和并勵的優(yōu)點啟動轉(zhuǎn)矩大，運行穩(wěn)定調(diào)節(jié)可通過調(diào)節(jié)串勵繞組和并勵繞組的電流來調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。直流電機的調(diào)速方法1改變勵磁電流改變勵磁電流，從而改變電樞磁場強度，進(jìn)而改變電機的轉(zhuǎn)速。2改變電樞電壓通過改變電樞電壓，從而改變電樞電流，進(jìn)而改變電機的轉(zhuǎn)速。3改變電樞電路的電阻通過改變電樞電路的電阻，從而改變電樞電流，進(jìn)而改變電機的轉(zhuǎn)速。直流電機的調(diào)速方法多種多樣，但歸根結(jié)底都是通過改變電機的轉(zhuǎn)矩和負(fù)載來實現(xiàn)的。通過改變勵磁電流、電樞電壓和電樞電路的電阻，可以有效地調(diào)節(jié)直流電機的轉(zhuǎn)速，滿足不同的應(yīng)用需求。調(diào)節(jié)勵磁電流調(diào)速勵磁電流與轉(zhuǎn)速勵磁電流越大，電磁場越強，轉(zhuǎn)速越高。調(diào)速方法通過調(diào)節(jié)勵磁繞組中的電流來改變勵磁電流，從而控制電機轉(zhuǎn)速。應(yīng)用廣泛應(yīng)用于需要精確控制轉(zhuǎn)速的場合，例如機床、起重機等。調(diào)節(jié)電樞電壓調(diào)速電樞電壓調(diào)速原理通過改變電樞繞組兩端的電壓來控制電機轉(zhuǎn)速。電壓調(diào)節(jié)器使用可控硅、晶閘管等器件，調(diào)節(jié)電樞繞組的電壓。閉環(huán)控制系統(tǒng)通過反饋系統(tǒng)，測量電機速度并調(diào)整電壓，實現(xiàn)精確控制。六脈動整流器供電優(yōu)點效率高，功率因素高缺點輸出電壓波紋較大，對電機轉(zhuǎn)速影響大應(yīng)用直流電機調(diào)速系統(tǒng)，要求高功率輸出的應(yīng)用場合六脈動整流器廣泛應(yīng)用于直流電機調(diào)速系統(tǒng)，通過改變直流電壓來控制電機轉(zhuǎn)速，但輸出電壓波紋較大，會影響電機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性。整流子的作用和結(jié)構(gòu)整流子是直流電機的重要組成部分，它將電樞繞組中的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，實現(xiàn)電機的持續(xù)旋轉(zhuǎn)。整流子由多個絕緣的銅片組成，每個銅片連接到電樞繞組的一個線圈。當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時，整流子與電刷接觸，通過電刷將電流傳送到外部電路。整流子通過改變與電刷的接觸點，實現(xiàn)電流的方向轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)。整流子的磨損及維修磨損原因長時間運行，整流子表面會因電刷與整流子間的摩擦而產(chǎn)生磨損，導(dǎo)致接觸不良。檢查方法觀察整流子表面是否有明顯磨損痕跡檢查整流子表面是否光滑平整維修步驟清潔整流子表面更換磨損嚴(yán)重的整流子調(diào)整電刷壓力直流電機的啟動1啟動過程直流電機啟動時，電樞繞組中產(chǎn)生電流，形成電磁力，從而帶動電機轉(zhuǎn)動。2啟動電流啟動電流通常很大，可能會超過額定電流，需要考慮啟動電流的限制措施，保護(hù)電機。3啟動方式常用的啟動方式包括直接啟動、降壓啟動和軟啟動，選擇合適的方式，保證電機安全啟動。直流電機的反轉(zhuǎn)改變勵磁電流方向直流電機勵磁電流方向決定了磁場方向，進(jìn)而影響電機旋轉(zhuǎn)方向。改變電樞電流方向電樞電流方向決定了電磁力方向，進(jìn)而影響電機旋轉(zhuǎn)方向。改變電樞和勵磁電流方向同時改變電樞和勵磁電流方向，也能改變電機旋轉(zhuǎn)方向。直流電機的換向器換向器直流電機的換向器是一種圓盤形狀的裝置，它由多個銅片組成，每個銅片與電樞繞組的一對線圈相連接。電樞繞組換向器的主要作用是將電樞繞組中的直流電流方向改變，使電機能夠持續(xù)旋轉(zhuǎn)。電刷換向器通過電刷與外部電源或負(fù)載相連，電刷通常由碳材料制成，可以與換向器進(jìn)行滑動接觸。直流電機的損耗與效率損耗類型產(chǎn)生原因銅損電樞繞組和勵磁繞組中的電流產(chǎn)生的熱量鐵損電樞鐵芯和磁極鐵芯中的磁滯損耗和渦流損耗機械損耗軸承摩擦、風(fēng)摩擦、齒輪摩擦等造成的能量損失附加損耗電刷接觸電阻、換向器摩擦、通風(fēng)散熱等產(chǎn)生的損耗直流電機的效率是指輸出功率與輸入功率之比，效率越高，能量利用率越高，損耗越低。直流電機的熱特性直流電機的熱特性指的是直流電機在運行過程中產(chǎn)生的熱量及其對電機性能的影響。主要因素包括：銅損、鐵損和機械損耗。銅損是電樞繞組和勵磁繞組中的電流產(chǎn)生的熱量；鐵損是由電機磁場變化產(chǎn)生的渦流和磁滯損耗產(chǎn)生的熱量；機械損耗是由電機運行過程中產(chǎn)生的摩擦和風(fēng)阻產(chǎn)生的熱量。這些熱量會導(dǎo)致電機溫度升高，影響絕緣性能，甚至造成電機燒毀。電機過熱會導(dǎo)致絕緣老化、電機壽命縮短，甚至造成電機燒毀。因此，要采取措施降低電機溫度，例如提高散熱效率、控制電機負(fù)載、使用合適的冷卻方式等。直流電機的無刷結(jié)構(gòu)直流電機傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)使用電刷和換向器，易磨損、壽命短。無刷直流電機利用電子開關(guān)控制定子繞組的勵磁電流，實現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生和方向控制。無刷直流電機無需機械換向，具有高效率、長壽命、低噪音、無電磁干擾等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品中。無刷直流電機的工作原理1位置傳感器檢測轉(zhuǎn)子位置2控制電路控制電機運轉(zhuǎn)3定子繞組產(chǎn)生磁場4轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運動無刷直流電機通過位置傳感器感知轉(zhuǎn)子位置，控制電路根據(jù)位置信息控制定子繞組產(chǎn)生磁場，吸引轉(zhuǎn)子運動。這種閉環(huán)控制確保電機穩(wěn)定運行，并能實現(xiàn)更高效率和更長壽命。無刷直流電機的特點高效率無刷直流電機沒有電刷，因此沒有電刷摩擦損耗，效率更高。長壽命無刷直流電機沒有電刷，因此沒有電刷磨損，壽命更長。低噪音無刷直流電機沒有電刷，因此沒有電刷摩擦噪音，噪音更低。高可靠性無刷直流電機沒有電刷，因此沒有電刷接觸不良問題，可靠性更高。無刷直流電機的應(yīng)用1電動汽車電動汽車的動力系統(tǒng)，提