《電機(jī)學(xué)直流電動(dòng)機(jī)》課件

《電機(jī)學(xué)直流電動(dòng)機(jī)》本課件將深入探討直流電動(dòng)機(jī)的原理、結(jié)構(gòu)、工作特性以及應(yīng)用等。直流電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、家用電器等領(lǐng)域。課程大綱直流電動(dòng)機(jī)基本原理直流電動(dòng)機(jī)的基本原理，工作原理，以及基本結(jié)構(gòu)和特性。直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)，包括調(diào)壓調(diào)速、磁場(chǎng)控制調(diào)速和電樞電流控制調(diào)速。直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)特性、制動(dòng)特性、機(jī)械特性，以及負(fù)載特性等。直流無(wú)刷電機(jī)直流無(wú)刷電機(jī)的原理、特性、控制方法，以及應(yīng)用領(lǐng)域。直流電動(dòng)機(jī)的基本原理直流電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置，其工作原理基于電磁感應(yīng)定律和磁場(chǎng)力的相互作用。當(dāng)電流流過(guò)線圈時(shí)，線圈會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，與周圍的磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生力，使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。直流電動(dòng)機(jī)的基本原理主要包括電磁感應(yīng)、磁場(chǎng)力、轉(zhuǎn)矩和反電動(dòng)勢(shì)。直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行過(guò)程是通過(guò)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)與定子磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，從而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。直流電動(dòng)機(jī)的主要組成部分11.電樞電樞是直流電動(dòng)機(jī)中最重要的部件之一，它包含著轉(zhuǎn)子繞組和換向器。22.磁場(chǎng)繞組磁場(chǎng)繞組負(fù)責(zé)產(chǎn)生磁場(chǎng)，使電樞轉(zhuǎn)動(dòng)。33.換向器換向器是直流電動(dòng)機(jī)中用來(lái)改變電流方向的部件，它通過(guò)碳刷與電樞連接。44.機(jī)殼機(jī)殼用于保護(hù)直流電動(dòng)機(jī)的內(nèi)部部件，并提供安裝支架。直流電動(dòng)機(jī)的工作原理1電磁感應(yīng)電流通過(guò)線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)2磁場(chǎng)相互作用轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)與定子磁場(chǎng)相互作用3轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子受到磁力矩，開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)4換向器保持轉(zhuǎn)子電流方向，持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)的工作原理基于電磁感應(yīng)和磁場(chǎng)相互作用。當(dāng)電流通過(guò)線圈時(shí)，會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)與定子磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生磁力矩，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。換向器的作用是保持轉(zhuǎn)子電流方向，使轉(zhuǎn)子持續(xù)旋轉(zhuǎn)。直流電機(jī)磁場(chǎng)繞組的結(jié)構(gòu)磁場(chǎng)繞組產(chǎn)生直流電機(jī)所需的磁場(chǎng)。繞組類型常見(jiàn)的繞組類型包括疊繞組、波繞組等。繞組材料磁場(chǎng)繞組通常采用銅線或鋁線制作。轉(zhuǎn)子繞組的基本結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子繞組是直流電動(dòng)機(jī)的重要組成部分。它由導(dǎo)線繞制在轉(zhuǎn)子鐵芯上，并在換向器的幫助下，與電刷連接。轉(zhuǎn)子繞組的結(jié)構(gòu)主要取決于電機(jī)的類型和應(yīng)用。常見(jiàn)的轉(zhuǎn)子繞組類型包括波繞組和環(huán)繞組。波繞組的特點(diǎn)是電流路徑較長(zhǎng)，但繞組強(qiáng)度較高；而環(huán)繞組則電流路徑較短，但繞組強(qiáng)度較低。換向器及其作用換向器結(jié)構(gòu)由多個(gè)銅片組成，每個(gè)銅片絕緣，通過(guò)絕緣材料相互連接。改變電流方向電樞繞組在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)時(shí)，換向器會(huì)改變電樞電流的方向，使轉(zhuǎn)矩保持一致。保證直流電運(yùn)行換向器使得直流電動(dòng)機(jī)能夠持續(xù)穩(wěn)定地運(yùn)行，并提供平穩(wěn)的轉(zhuǎn)矩輸出。直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩及功率公式直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩是指電動(dòng)機(jī)輸出的力矩，它是電動(dòng)機(jī)輸出功率的重要指標(biāo)。功率是指電動(dòng)機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)完成的工作量，它與轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速成正比。T轉(zhuǎn)矩T=kΦIaP功率P=2πnT其中：T為轉(zhuǎn)矩（牛米），Φ為磁通（韋伯），Ia為電樞電流（安培），k為常數(shù)，P為功率（瓦特），n為轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分鐘）。直流電機(jī)的效率電磁功率機(jī)械功率銅損鐵損直流電機(jī)的效率是指電機(jī)輸出功率與輸入功率的比值。直流電機(jī)效率的計(jì)算公式為：η=Pout/Pin。效率受到多種因素的影響，例如電機(jī)結(jié)構(gòu)、負(fù)載大小、轉(zhuǎn)速等。調(diào)壓調(diào)速技術(shù)電樞電壓控制電樞電壓控制調(diào)速通過(guò)改變電樞電壓來(lái)控制電機(jī)速度。常用的方法有直流調(diào)壓器、晶閘管調(diào)速器等。勵(lì)磁電流控制勵(lì)磁電流控制調(diào)速通過(guò)改變勵(lì)磁電流來(lái)改變電機(jī)磁場(chǎng)強(qiáng)度，進(jìn)而控制電機(jī)速度。常用的方法有勵(lì)磁繞組串聯(lián)電阻、晶閘管勵(lì)磁調(diào)速等。脈沖寬度調(diào)制脈沖寬度調(diào)制（PWM）調(diào)速通過(guò)改變電壓脈沖的占空比來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)速度。PWM調(diào)速器可實(shí)現(xiàn)平滑的調(diào)速和精確的控制。磁場(chǎng)控制調(diào)速方法改變磁場(chǎng)強(qiáng)度通過(guò)改變勵(lì)磁電流，進(jìn)而改變磁場(chǎng)強(qiáng)度，達(dá)到改變轉(zhuǎn)速的目的。速度調(diào)節(jié)范圍廣該方法適用于較寬的速度調(diào)節(jié)范圍，適用于需要精確控制轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合?？刂齐娐窂?fù)雜需要專門(mén)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)電路，控制精度要求較高。電樞電流控制調(diào)速方法1原理通過(guò)調(diào)節(jié)電樞電流的大小來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速目的。2方法主要包括改變勵(lì)磁電流、改變電樞電壓、改變電樞電阻等方法。3優(yōu)點(diǎn)調(diào)速范圍大，響應(yīng)速度快，成本低。4應(yīng)用廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械設(shè)備，例如機(jī)床、起重機(jī)、電梯等。起動(dòng)特性及其影響因素起動(dòng)電流直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)電流很大，會(huì)引起電樞繞組發(fā)熱。起動(dòng)時(shí)間起動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)影響生產(chǎn)效率，并對(duì)設(shè)備造成負(fù)面影響。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不足會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)無(wú)法帶動(dòng)負(fù)載起動(dòng)。影響因素負(fù)載大小電源電壓電樞電阻磁場(chǎng)強(qiáng)度制動(dòng)特性及其影響因素1制動(dòng)方式電磁制動(dòng)、機(jī)械制動(dòng)2制動(dòng)時(shí)間制動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)短3制動(dòng)電流制動(dòng)電流大小4制動(dòng)轉(zhuǎn)矩制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大小直流電動(dòng)機(jī)制動(dòng)特性是電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中重要的性能指標(biāo)，反映了電機(jī)停止運(yùn)行的快慢和平穩(wěn)程度。制動(dòng)時(shí)間是指電機(jī)從運(yùn)行狀態(tài)到完全停止的時(shí)間，制動(dòng)電流是指制動(dòng)過(guò)程中電機(jī)繞組中的電流大小，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩是指電機(jī)在制動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的力矩大小。制動(dòng)特性受多種因素影響，包括制動(dòng)方式、制動(dòng)時(shí)間、制動(dòng)電流、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩等。合理的制動(dòng)特性可以保證電機(jī)在制動(dòng)過(guò)程中的安全性和可靠性，避免出現(xiàn)電機(jī)過(guò)熱或其他故障。直流電機(jī)的平滑特性直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)性是指轉(zhuǎn)速變化的平滑程度，平滑性越好，轉(zhuǎn)動(dòng)越穩(wěn)定，電機(jī)運(yùn)行越平穩(wěn)。影響直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)性的因素主要包括：負(fù)載變化、電源電壓波動(dòng)、電樞電流波動(dòng)、磁場(chǎng)強(qiáng)度變化等。直流電機(jī)的機(jī)械特性轉(zhuǎn)速-負(fù)載特性直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨負(fù)載的變化而改變，這是直流電機(jī)機(jī)械特性的重要表現(xiàn)。轉(zhuǎn)矩-負(fù)載特性直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩也與負(fù)載相關(guān)，負(fù)載越大，轉(zhuǎn)矩也越大。功率-負(fù)載特性直流電動(dòng)機(jī)的輸出功率隨負(fù)載變化，在一定負(fù)載下達(dá)到最大值。負(fù)載特性及其影響因素負(fù)載變化負(fù)載變化會(huì)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和電流，影響電機(jī)的輸出功率。電樞電壓電樞電壓會(huì)影響電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和電流，進(jìn)而影響電機(jī)的輸出功率。勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流會(huì)影響電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和輸出功率。機(jī)械摩擦機(jī)械摩擦?xí)碾妱?dòng)機(jī)的部分功率，影響其效率和運(yùn)行性能。機(jī)械特性曲線的應(yīng)用機(jī)械特性曲線可以幫助我們分析直流電機(jī)在不同負(fù)載下的運(yùn)行情況，并選擇合適的電機(jī)來(lái)滿足實(shí)際需求。通過(guò)分析曲線，可以確定電機(jī)在不同負(fù)載下的轉(zhuǎn)速、電流、功率等參數(shù)，為電機(jī)選型、控制和應(yīng)用提供依據(jù)。直流電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的問(wèn)題過(guò)載電機(jī)過(guò)載會(huì)造成電流過(guò)大，導(dǎo)致電樞繞組發(fā)熱。嚴(yán)重過(guò)載會(huì)導(dǎo)致電樞繞組燒毀，甚至引發(fā)火災(zāi)。過(guò)熱電機(jī)過(guò)熱會(huì)導(dǎo)致絕緣材料老化，降低電機(jī)壽命。嚴(yán)重過(guò)熱會(huì)導(dǎo)致電機(jī)繞組短路，導(dǎo)致電機(jī)損壞。振動(dòng)電機(jī)運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)振動(dòng)，可能會(huì)導(dǎo)致軸承損壞或電機(jī)脫落。振動(dòng)也會(huì)影響電機(jī)的工作效率，降低電機(jī)的使用壽命。噪音電機(jī)運(yùn)行時(shí)發(fā)出異常噪音，可能是由于軸承磨損或電機(jī)內(nèi)部零件松動(dòng)。噪音不僅會(huì)影響工作環(huán)境，也會(huì)造成電機(jī)損壞。直流電機(jī)故障診斷電氣故障檢查電路是否正常，例如短路、斷路、接地故障等。機(jī)械故障檢查轉(zhuǎn)子、軸承、刷架、換向器等部件是否存在磨損、卡死、松動(dòng)等問(wèn)題。過(guò)熱故障檢查電機(jī)運(yùn)行溫度是否過(guò)高，導(dǎo)致絕緣損壞、繞組燒毀等問(wèn)題。運(yùn)行噪音異常檢查電機(jī)運(yùn)行時(shí)是否有異常噪音，例如異響、振動(dòng)等，可能是軸承損壞、轉(zhuǎn)子不平衡等原因?qū)е碌摹Ｖ绷麟姍C(jī)的維護(hù)保養(yǎng)1定期檢查定期檢查電機(jī)各部分，確保正常工作。2清潔保養(yǎng)清潔電機(jī)表面和內(nèi)部，防止灰塵和油污積聚。3潤(rùn)滑保養(yǎng)定期為電機(jī)軸承添加潤(rùn)滑油，保持其潤(rùn)滑狀態(tài)。4故障排除及時(shí)排除電機(jī)故障，確保電機(jī)安全運(yùn)行。直流電機(jī)在工業(yè)中的應(yīng)用直流電機(jī)廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，例如自動(dòng)化生產(chǎn)線、起重機(jī)、機(jī)床等，具有以下優(yōu)勢(shì)：1.啟動(dòng)性能好，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，適用于需要頻繁啟動(dòng)和制動(dòng)的場(chǎng)合。2.調(diào)速性能好，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，適用于對(duì)速度要求較高的場(chǎng)合。3.控制簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，維修方便，適用于各種工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境。直流無(wú)刷電機(jī)的工作原理1電子換向直流無(wú)刷電機(jī)通過(guò)電子控制方式來(lái)實(shí)現(xiàn)換向，無(wú)需傳統(tǒng)的機(jī)械換向器。2位置傳感器位置傳感器用于檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置信息，并將信息傳遞給控制電路。3控制電路控制電路根據(jù)位置傳感器信息，控制定子繞組的電流方向，實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。直流無(wú)刷電機(jī)的特性高效率直流無(wú)刷電機(jī)沒(méi)有機(jī)械摩擦的電刷，因此能量損耗較低，效率更高。高可靠性由于沒(méi)有電刷，因此消除了電刷磨損和火花產(chǎn)生的問(wèn)題，提高了電機(jī)的可靠性。低噪音直流無(wú)刷電機(jī)在運(yùn)行時(shí)噪音很低，這使其在需要安靜運(yùn)行的應(yīng)用中非常適合。高功率密度直流無(wú)刷電機(jī)可以提供高功率輸出，同時(shí)保持緊湊的尺寸。直流無(wú)刷電機(jī)的控制方法位置傳感器位置傳感器用于檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置，然后將信息傳遞給控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的精確控制。驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路負(fù)責(zé)將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)電流，并向電機(jī)提供所需的電流，以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的控制?？刂扑惴刂扑惴ǜ鶕?jù)轉(zhuǎn)子的位置、轉(zhuǎn)速和負(fù)載的變化，計(jì)算出所需的驅(qū)動(dòng)電流，并控制驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)精確的控制。直流無(wú)刷電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域汽車行業(yè)混合動(dòng)力和純電動(dòng)汽車廣泛應(yīng)用無(wú)刷電機(jī)，提供更高效率和更長(zhǎng)續(xù)航里程。無(wú)人機(jī)無(wú)刷電機(jī)以其高功率密度、輕巧性和可靠性成為無(wú)人機(jī)的理想選擇。醫(yī)療設(shè)備手術(shù)機(jī)器人、醫(yī)療影像設(shè)備等應(yīng)用無(wú)刷電機(jī)，提供精準(zhǔn)控制和可靠性。工業(yè)自動(dòng)化工業(yè)機(jī)器人、自動(dòng)化生產(chǎn)線等需要高效、精準(zhǔn)的電機(jī)，無(wú)刷電機(jī)成為了首選。本課程的重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)直流電機(jī)的工作原理，包括磁場(chǎng)、轉(zhuǎn)矩、功率和效率的計(jì)算方法。直流電機(jī)的控制方法，包括調(diào)壓調(diào)速、磁場(chǎng)控制和電樞電流控制。直流電機(jī)的特性分析，包括起動(dòng)、制動(dòng)、平滑、機(jī)械特性等。難點(diǎn)直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型和仿真，包括電磁場(chǎng)分析、轉(zhuǎn)矩計(jì)算和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。直流電機(jī)故障診斷和維修，需要深入了解電機(jī)結(jié)構(gòu)、工作原理和常見(jiàn)故障。直流電機(jī)的應(yīng)用設(shè)計(jì)，需要根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的電機(jī)類型和控制策略。本課程的考核要求期末考試期末考試占總成績(jī)的70%，主要考查學(xué)生對(duì)直流電機(jī)基本原理、結(jié)