《CH直流電機(jī)》課件

直流電機(jī)直流電機(jī)是一種將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置，廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械設(shè)備中，如電動汽車、工業(yè)機(jī)械等。WD課程簡介課程內(nèi)容本課程涵蓋直流電機(jī)結(jié)構(gòu)、工作原理、分類、速度調(diào)速、勵磁方式和應(yīng)用等關(guān)鍵內(nèi)容。學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握直流電機(jī)基本知識、理解工作原理、熟悉常見應(yīng)用場景。實踐應(yīng)用通過理論學(xué)習(xí)和實踐操作，提升對直流電機(jī)的理解和應(yīng)用能力。學(xué)習(xí)目標(biāo)了解直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)包括定子、轉(zhuǎn)子、換向器和集電環(huán)等關(guān)鍵部件。掌握直流電機(jī)的工作原理了解洛倫茲力、轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生和電磁感應(yīng)等基本概念。熟悉直流電機(jī)的分類包括按勵磁方式分類和按轉(zhuǎn)矩-速度特性分類。學(xué)習(xí)直流電機(jī)的速度調(diào)速方法例如改變電機(jī)勵磁、改變負(fù)載阻抗和改變供電電壓等方法。1.直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)定子定子是直流電機(jī)的靜止部分，包含機(jī)殼、磁極和勵磁繞組。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子是直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分，包含電樞、電樞繞組、換向器和刷子。換向器換向器將直流電引入電樞繞組，并改變電流方向，使電機(jī)能夠持續(xù)旋轉(zhuǎn)。集電環(huán)集電環(huán)將直流電從外部電源傳輸?shù)絼畲爬@組，為定子磁場提供能量。1.1定子直流電機(jī)定子是電機(jī)中固定不動的部分，主要由機(jī)座、磁極和磁軛組成。機(jī)座是支撐整個電機(jī)并固定磁極的框架。磁極是用來產(chǎn)生磁場的部件，通常由鐵芯和線圈組成。磁軛是連接磁極并引導(dǎo)磁力線的部件。1.2轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子是直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分，通常由鐵芯和繞組組成。轉(zhuǎn)子鐵芯通常由硅鋼片疊壓而成，以減少渦流損耗。轉(zhuǎn)子繞組是由導(dǎo)線繞制在轉(zhuǎn)子鐵芯上的，它連接到換向器，用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子繞組可以是波繞組或鏈繞組，波繞組具有更好的換向性能，但鏈繞組的制造更簡單。轉(zhuǎn)子繞組的電流方向隨著電機(jī)旋轉(zhuǎn)而改變，從而產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，與定子磁場相互作用，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。1.3換向器換向器是直流電機(jī)中不可缺少的一部分，它將轉(zhuǎn)子繞組中的交流電流轉(zhuǎn)化為直流電流，從而使電機(jī)能夠持續(xù)穩(wěn)定地運轉(zhuǎn)。換向器由多個絕緣銅片組成，每個銅片與一個轉(zhuǎn)子繞組相連，通過刷子接觸換向器，完成電流的轉(zhuǎn)換。換向器是直流電機(jī)的關(guān)鍵部件之一，它的性能直接影響著電機(jī)的工作效率和壽命。在選擇換向器時，需要考慮其材料、尺寸、形狀、絕緣性能等因素。1.4集電環(huán)集電環(huán)的作用集電環(huán)用于將外部電源的電流傳遞給轉(zhuǎn)子，為轉(zhuǎn)子繞組提供直流電源。集電環(huán)的結(jié)構(gòu)集電環(huán)通常由銅或銀制成，并安裝在電機(jī)軸上。它們與電刷接觸，形成電流的通路。集電環(huán)的工作原理當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，集電環(huán)與電刷之間保持良好的接觸，保證電流的穩(wěn)定傳遞。2.直流電機(jī)的工作原理11.電磁感應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組通電后，會產(chǎn)生磁場，與定子磁場相互作用，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。22.洛倫茲力轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在磁場中運動，會受到洛倫茲力的作用，推動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。33.電動勢產(chǎn)生轉(zhuǎn)子切割定子磁力線，會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，稱為反電動勢，與電源電壓方向相反。44.功率平衡電源提供的電能一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，另一部分轉(zhuǎn)化為熱能，維持電機(jī)運轉(zhuǎn)。2.1洛倫茲力電流和磁場當(dāng)電流在磁場中流動時，電流會受到力的作用。這種力被稱為洛倫茲力，它是磁場對運動電荷的作用力。力的方向洛倫茲力的方向與電流方向和磁場方向垂直。它可以用右手定則來確定。力的強(qiáng)度洛倫茲力的強(qiáng)度取決于電流強(qiáng)度、磁場強(qiáng)度以及電流和磁場方向之間的夾角。2.2轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生磁場作用電流通過導(dǎo)體，并在磁場中受到力的作用。轉(zhuǎn)動方向力的方向取決于電流方向和磁場方向，決定轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向。轉(zhuǎn)矩大小轉(zhuǎn)矩的大小由電流強(qiáng)度、磁場強(qiáng)度和導(dǎo)體長度決定。2.3電磁感應(yīng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。感應(yīng)電動勢的大小與轉(zhuǎn)速、磁場強(qiáng)度成正比。感應(yīng)電動勢的方向與轉(zhuǎn)動方向和磁場方向有關(guān)。感應(yīng)電動勢阻礙轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，稱為反電動勢。3.直流電機(jī)的分類分類根據(jù)不同的特點和用途，直流電機(jī)可以被分為不同的類別。勵磁方式直流電機(jī)根據(jù)勵磁方式的不同，可以分為串勵、并勵、復(fù)勵和他勵等。轉(zhuǎn)矩-速度特性直流電機(jī)根據(jù)轉(zhuǎn)矩和速度之間的關(guān)系，可以分為恒功率、恒轉(zhuǎn)矩和恒速三種類型。3.1按勵磁方式分類11.他勵勵磁繞組獨立供電，與電樞繞組無關(guān)，勵磁電流可單獨調(diào)節(jié)。22.自勵勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)或并聯(lián)，勵磁電流取決于電樞電流。33.復(fù)勵勵磁繞組同時采用串聯(lián)和并聯(lián)兩種連接方式，結(jié)合了兩種勵磁方式的特性。3.2按轉(zhuǎn)矩-速度特性分類恒轉(zhuǎn)矩特性轉(zhuǎn)矩保持恒定，速度隨負(fù)載變化。恒功率特性功率保持恒定，轉(zhuǎn)矩與速度成反比。混合特性結(jié)合恒轉(zhuǎn)矩和恒功率特性，適用于各種負(fù)載。4.直流電機(jī)的速度調(diào)速11.改變電機(jī)勵磁勵磁電流影響磁場強(qiáng)度，進(jìn)而影響電機(jī)的轉(zhuǎn)速。通過改變勵磁電流，可以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。22.改變負(fù)載阻抗負(fù)載阻抗的變化會影響電機(jī)電流，進(jìn)而影響電機(jī)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。33.改變供電電壓電機(jī)轉(zhuǎn)速與供電電壓成正比，改變供電電壓可以有效調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。4.1改變電機(jī)勵磁1勵磁電流與轉(zhuǎn)速勵磁電流增加，磁場增強(qiáng)，轉(zhuǎn)速下降。2勵磁電流與轉(zhuǎn)矩勵磁電流增加，磁場增強(qiáng)，轉(zhuǎn)矩增加。3速度控制方法通過改變勵磁電流，可以實現(xiàn)對直流電機(jī)的速度控制。4.2改變負(fù)載阻抗改變負(fù)載阻抗是直流電機(jī)調(diào)速的一種常用方法。通過調(diào)整負(fù)載的大小來改變電機(jī)的負(fù)載阻抗，從而影響電機(jī)的轉(zhuǎn)速。1負(fù)載阻抗增加轉(zhuǎn)速降低2負(fù)載阻抗降低轉(zhuǎn)速升高負(fù)載阻抗越大，電機(jī)轉(zhuǎn)速越低，反之則越高。例如，當(dāng)電機(jī)帶動一個重物時，負(fù)載阻抗增加，電機(jī)轉(zhuǎn)速就會降低。當(dāng)電機(jī)帶動一個輕物時，負(fù)載阻抗降低，電機(jī)轉(zhuǎn)速就會升高。4.3改變供電電壓原理通過改變電機(jī)兩端的電壓，從而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。電壓越高，轉(zhuǎn)速越快。方法使用可控硅等電力電子器件來調(diào)節(jié)直流電機(jī)供電電壓。應(yīng)用應(yīng)用于需要精確控制電機(jī)速度的場合，例如機(jī)床、機(jī)器人等。優(yōu)點控制簡單，成本低廉，適用于各種直流電機(jī)。5.直流電機(jī)的勵磁方式勵磁方式指為直流電機(jī)提供磁場的方法。串勵并勵復(fù)勵串勵勵磁繞組與電樞串聯(lián)，勵磁電流等于電樞電流。并勵勵磁繞組與電樞并聯(lián)，勵磁電流由電源直接供給。復(fù)勵勵磁繞組既有串聯(lián)部分，也有并聯(lián)部分，結(jié)合串勵和并勵的優(yōu)點。5.1串勵勵磁串勵勵磁串勵勵磁是指勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，勵磁電流與電樞電流相同。串勵勵磁的特點是轉(zhuǎn)速隨負(fù)載電流變化而變化，無負(fù)載時轉(zhuǎn)速很高，但負(fù)載電流增大時轉(zhuǎn)速會降低。串勵電機(jī)串勵電機(jī)通常用于起動和加速負(fù)載，例如起重機(jī)和電動汽車的啟動電機(jī)。串勵電機(jī)具有高啟動轉(zhuǎn)矩的優(yōu)點，但由于其轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，因此不適用于要求恒速運行的場合。5.2并勵勵磁勵磁繞組連接勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)連接。轉(zhuǎn)速-負(fù)載特性轉(zhuǎn)速隨負(fù)載變化較小，穩(wěn)定性較好。應(yīng)用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用于機(jī)床、泵、風(fēng)機(jī)等機(jī)械設(shè)備。5.3復(fù)勵勵磁11.獨立勵磁獨立勵磁是指勵磁繞組與電樞繞組分別由不同的電源供電，勵磁電流不受電樞電流影響。22.串勵勵磁串勵勵磁是指勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，勵磁電流與電樞電流相同，兩者相互影響。33.并勵勵磁并勵勵磁是指勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)，勵磁電流不受電樞電流影響。44.復(fù)勵勵磁復(fù)勵勵磁是指勵磁繞組包含串勵繞組和并勵繞組，結(jié)合了兩種勵磁方式的優(yōu)點。6.直流電機(jī)的應(yīng)用工業(yè)生產(chǎn)直流電機(jī)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，例如起重機(jī)、傳送帶、機(jī)床等，為各種機(jī)械提供動力。家用電器直流電機(jī)也用于各種家用電器，例如吸塵器、攪拌機(jī)、洗衣機(jī)等，為我們的生活帶來便利。交通運輸直流電機(jī)在交通運輸領(lǐng)域也發(fā)揮著重要作用，例如電動汽車、火車、地鐵等，為人們提供高效、環(huán)保的出行方式。6.1工業(yè)生產(chǎn)重型機(jī)械直流電機(jī)在重型機(jī)械中應(yīng)用廣泛，例如起重機(jī)、挖掘機(jī)、軋機(jī)等。其強(qiáng)大的扭矩和可調(diào)速性使其成為理想的動力源。物料搬運直流電機(jī)驅(qū)動傳送帶、起重機(jī)等設(shè)備，實現(xiàn)物料的自動化搬運，提高生產(chǎn)效率。自動化生產(chǎn)直流電機(jī)作為自動化生產(chǎn)線上的關(guān)鍵部件，驅(qū)動機(jī)械臂、機(jī)器人等設(shè)備，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量。6.2家用電器洗衣機(jī)直流電機(jī)用于洗衣機(jī)的滾筒，實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)和脫水功能。吸塵器直流電機(jī)驅(qū)動吸塵器的吸塵口，提供強(qiáng)大的吸力。冰箱直流電機(jī)驅(qū)動冰箱的壓縮機(jī)，實現(xiàn)制冷功能。6.3交通運輸電動汽車直流電