《直流電機(jī)的磁場》課件

直流電機(jī)的磁場直流電機(jī)磁場是電磁感應(yīng)原理的關(guān)鍵組成部分。它是電機(jī)工作時產(chǎn)生的磁場，與電機(jī)的轉(zhuǎn)子相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動。課程目標(biāo)磁場了解直流電機(jī)磁場的產(chǎn)生、特性以及影響因素。電磁學(xué)習(xí)直流電機(jī)磁場與電磁感應(yīng)之間的關(guān)系。分析分析電樞反應(yīng)、磁飽和等現(xiàn)象對磁場的影響。應(yīng)用了解直流電機(jī)磁場在實際應(yīng)用中的重要性。直流電機(jī)的工作原理1電磁感應(yīng)電流通過線圈產(chǎn)生磁場。2旋轉(zhuǎn)磁場與磁極相互作用，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力。3電流方向變化電刷切換電流方向，保持旋轉(zhuǎn)。直流電機(jī)依靠電磁感應(yīng)原理工作。當(dāng)電流通過線圈時，會產(chǎn)生磁場。該磁場與電機(jī)磁極產(chǎn)生的磁場相互作用，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力，從而驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動。為了保持電機(jī)持續(xù)旋轉(zhuǎn)，電刷會周期性地切換電流方向，使旋轉(zhuǎn)力方向始終一致。直流電機(jī)磁極類型磁極類型直流電機(jī)通常分為兩大類磁極類型，分別為電磁勵磁和永磁勵磁。電磁勵磁使用電磁線圈產(chǎn)生磁場，而永磁勵磁則使用永久磁鐵。電磁勵磁電磁勵磁直流電機(jī)使用電磁鐵產(chǎn)生磁場，磁場強(qiáng)度可以通過調(diào)整勵磁電流進(jìn)行控制。永磁勵磁永磁勵磁直流電機(jī)使用永久磁鐵產(chǎn)生磁場，磁場強(qiáng)度通常是固定的，但可以通過選擇不同強(qiáng)度的磁鐵來改變。磁場的產(chǎn)生電流的流動電流在導(dǎo)體中流動，會產(chǎn)生磁場。磁場的形狀磁場形狀取決于電流的流向和導(dǎo)體的形狀。磁力線磁力線是從北極出發(fā)，指向南極。磁場強(qiáng)度磁場強(qiáng)度與電流的大小和導(dǎo)體的形狀有關(guān)。線圈電流與磁場的關(guān)系電流方向磁場方向順時針向內(nèi)逆時針向外線圈電流的方向決定磁場的方向。電流越大，產(chǎn)生的磁場越強(qiáng)。結(jié)構(gòu)對磁場的影響1磁極形狀磁極形狀會影響磁場的強(qiáng)度和分布。例如，圓形磁極會產(chǎn)生更均勻的磁場，而矩形磁極會產(chǎn)生更集中的磁場。2磁極間距磁極間距影響磁場的強(qiáng)度和分布。磁極間距越大，磁場強(qiáng)度越弱，磁場分布越均勻。3鐵芯形狀鐵芯形狀會影響磁場的分布。例如，圓形鐵芯會產(chǎn)生更均勻的磁場，而矩形鐵芯會產(chǎn)生更集中的磁場。4氣隙氣隙會影響磁場的強(qiáng)度。氣隙越大，磁場強(qiáng)度越弱。電樞反應(yīng)電流方向影響電樞電流在電樞繞組中流動，產(chǎn)生磁場，稱為電樞磁場。電樞磁場與主磁場方向相互作用，對主磁場產(chǎn)生影響，稱為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)的原因1電樞電流電樞繞組中的電流會產(chǎn)生磁場，該磁場稱為電樞磁場。電樞磁場與主磁場方向相同或相反，取決于電樞電流的方向。2磁場疊加電樞磁場與主磁場疊加，形成合成磁場。合成磁場的方向與主磁場方向不同，導(dǎo)致磁力線分布發(fā)生變化。3磁力線偏轉(zhuǎn)電樞磁場使主磁力線發(fā)生偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致磁力線密度不均勻。磁力線密度變化會影響電磁感應(yīng)力，并影響轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。電樞反應(yīng)的影響磁場畸變電樞電流產(chǎn)生的磁場與主磁場疊加，導(dǎo)致磁場分布發(fā)生畸變，影響電機(jī)性能。電樞電流變化電樞電流的變化會引起磁場分布的動態(tài)變化，導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動。電刷火花電樞反應(yīng)會導(dǎo)致電刷與換向器之間產(chǎn)生火花，影響電機(jī)壽命和工作可靠性。電樞鐵心磁飽和電樞鐵心在強(qiáng)磁場作用下，磁化強(qiáng)度達(dá)到飽和狀態(tài)，磁場強(qiáng)度不再隨著電流線性增加。這種現(xiàn)象被稱為電樞鐵心磁飽和。磁飽和會影響電機(jī)性能，導(dǎo)致磁場分布變化、氣隙磁通密度下降，最終影響電機(jī)效率和轉(zhuǎn)矩。電樞鐵心磁化曲線磁化曲線顯示了電樞鐵心在不同磁場強(qiáng)度下的磁感應(yīng)強(qiáng)度變化關(guān)系。該曲線可以幫助我們了解電樞鐵心的磁性能。整定磁極磁場強(qiáng)度整定磁極具有較高的磁場強(qiáng)度，可以提高電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和效率。磁極形狀整定磁極的形狀通常設(shè)計成圓弧形，可以提供更均勻的磁場分布，減少磁滯損耗。磁極材料整定磁極通常使用高性能永磁材料，例如釹鐵硼，具有較高的磁能積和磁感應(yīng)強(qiáng)度。整定磁極的特點結(jié)構(gòu)穩(wěn)定整定磁極結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，可以有效降低成本。磁場均勻整定磁極產(chǎn)生的磁場分布均勻，有利于提高電機(jī)性能。磁場強(qiáng)度高整定磁極可以產(chǎn)生較高的磁場強(qiáng)度，提高電機(jī)的功率密度。整定磁極的優(yōu)勢1提高電機(jī)效率減少勵磁繞組銅損和鐵損，提高電機(jī)效率。2增強(qiáng)電機(jī)的穩(wěn)定性提高電機(jī)工作穩(wěn)定性，避免因勵磁電流波動導(dǎo)致性能不穩(wěn)定。3改善電機(jī)的性能提高電機(jī)的啟動性能，提高電機(jī)的運行效率。定子構(gòu)造定子是直流電機(jī)的固定部分，主要由定子鐵心、定子繞組和磁極組成。定子鐵心由疊壓的硅鋼片制成，以減少渦流損耗。定子繞組通常由銅線繞制，并連接到電源。磁極固定在定子鐵心上，用于產(chǎn)生磁場。定子磁場是直流電機(jī)工作的關(guān)鍵，它與電樞磁場相互作用，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，從而驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動。永磁體磁性材料永磁體由鐵氧體、釹鐵硼、釤鈷等磁性材料制成。它們具有固定的磁場，無需外部電流即可產(chǎn)生磁力。應(yīng)用廣泛永磁體廣泛應(yīng)用于電機(jī)、傳感器、揚聲器、磁性扣等領(lǐng)域。它們提供了一種高效、可靠的磁場源。磁性強(qiáng)度永磁體的磁性強(qiáng)度由其材料特性和形狀決定。它們通常具有較高的剩磁和矯頑力，使其能夠產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場。優(yōu)點永磁體具有體積小、重量輕、無須勵磁電流、效率高、可靠性強(qiáng)等優(yōu)點，在現(xiàn)代技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用。永磁體的性質(zhì)永久磁性永磁體能夠在沒有外部磁場的情況下保持磁性，可以長期保持磁性。磁場強(qiáng)度永磁體產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度取決于其材料和尺寸。方向性永磁體具有固定的磁場方向，通常用N極和S極表示。穩(wěn)定性永磁體能夠抵抗溫度、振動和沖擊等外部環(huán)境的影響，保持其磁性。永磁體的應(yīng)用直流電機(jī)永磁體廣泛應(yīng)用于小型直流電機(jī)，例如電動工具、家用電器和玩具中的電機(jī)。揚聲器永磁體在揚聲器中用于產(chǎn)生磁場，將電信號轉(zhuǎn)換為聲音。磁性分離器永磁體可用于磁性分離器，分離混合物中的磁性物質(zhì)，例如廢舊金屬。電磁激勵1磁場產(chǎn)生方式電磁勵磁通過電磁線圈產(chǎn)生磁場，可實現(xiàn)磁場強(qiáng)度的可控性。2勵磁電流控制通過控制勵磁電流，可以調(diào)節(jié)磁場強(qiáng)度，從而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速和輸出功率。3高效運行電磁勵磁能夠提高直流電機(jī)效率，減少能量損耗，提高電機(jī)運行效率。4結(jié)構(gòu)特點電磁勵磁通常由勵磁繞組、勵磁電流控制器和勵磁電源組成。電磁勵磁的特點可調(diào)性勵磁電流可調(diào)，從而可以改變磁場強(qiáng)度，進(jìn)而調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。靈活控制通過調(diào)節(jié)勵磁電流，可以實現(xiàn)對電機(jī)性能的精確控制，滿足各種應(yīng)用需求。高效率與永磁勵磁相比，電磁勵磁可實現(xiàn)更高的磁場強(qiáng)度和更低的能耗。電磁勵磁的優(yōu)勢效率高電磁勵磁的效率比永磁勵磁高。因為電磁勵磁可以根據(jù)負(fù)載的變化調(diào)整勵磁電流，從而優(yōu)化勵磁效率。靈活可控電磁勵磁可以通過改變勵磁電流來控制磁場強(qiáng)度，從而實現(xiàn)對電機(jī)性能的靈活調(diào)節(jié)。易于維護(hù)電磁勵磁系統(tǒng)相對簡單，維護(hù)方便。可調(diào)節(jié)性強(qiáng)電磁勵磁的磁場強(qiáng)度可以通過調(diào)節(jié)勵磁電流來調(diào)節(jié)，可以滿足不同應(yīng)用場景的需求。勵磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1勵磁電源提供勵磁電流2勵磁繞組產(chǎn)生磁場3調(diào)壓器控制勵磁電流4保護(hù)裝置防止過電流勵磁系統(tǒng)包含勵磁電源、勵磁繞組、調(diào)壓器和保護(hù)裝置。勵磁電源為勵磁繞組提供電流，產(chǎn)生磁場。調(diào)壓器控制勵磁電流，調(diào)節(jié)磁場強(qiáng)度。保護(hù)裝置防止過電流，確保勵磁系統(tǒng)安全運行。勵磁系統(tǒng)的類型獨立勵磁獨立勵磁系統(tǒng)使用獨立電源為勵磁繞組供電。此系統(tǒng)通常用于需要精確控制電機(jī)速度和轉(zhuǎn)矩的應(yīng)用，例如起重機(jī)和電動機(jī)車輛。他勵他勵系統(tǒng)使用外部電源或發(fā)電機(jī)為勵磁繞組供電。這種類型廣泛用于工業(yè)應(yīng)用，例如電動機(jī)，因為它們可以提供高功率和可靠性。自勵自勵系統(tǒng)使用電機(jī)自身產(chǎn)生的電流來激磁繞組。這通常用于較小的電機(jī)，因為它們不需要外部電源來啟動勵磁過程。復(fù)勵復(fù)勵系統(tǒng)結(jié)合了獨立勵磁和自勵系統(tǒng)的優(yōu)點。它們使用獨立電源和電機(jī)自身產(chǎn)生的電流來為勵磁繞組供電，從而提高了功率輸出和可靠性。調(diào)壓器的作用調(diào)節(jié)勵磁電流調(diào)壓器用于調(diào)節(jié)勵磁繞組的電流，從而控制直流電機(jī)磁場的強(qiáng)度。改變輸出電壓調(diào)壓器通過調(diào)節(jié)勵磁電流，改變電機(jī)的反電動勢，進(jìn)而影響輸出電壓。控制電機(jī)速度通過改變輸出電壓，調(diào)壓器可以控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)對電機(jī)速度的調(diào)節(jié)。電壓調(diào)整1手動調(diào)整通過調(diào)節(jié)勵磁繞組的電流來改變磁場強(qiáng)度，從而調(diào)節(jié)直流電機(jī)的電壓。2自動調(diào)整采用自動調(diào)節(jié)器，根據(jù)負(fù)載的變化自動調(diào)節(jié)勵磁電流，保持電壓穩(wěn)定。3復(fù)合調(diào)整結(jié)合手動和自動調(diào)節(jié)方式，提高電壓調(diào)節(jié)的精度和靈活性。調(diào)壓器電路調(diào)壓器電路主要由電阻器、電感、電容等元件構(gòu)成，用于調(diào)節(jié)直流電機(jī)勵磁電流。通過調(diào)整電路中的電阻值或電感值，改變勵磁電流，進(jìn)而控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)速。調(diào)速控制改變勵磁電流通過改變勵磁繞組中的電流強(qiáng)度，可以調(diào)整磁場強(qiáng)度，進(jìn)而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。改變電樞電壓通過改變電樞繞組的電壓，可以改變電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，進(jìn)而改變轉(zhuǎn)速。改變負(fù)載改變負(fù)載的轉(zhuǎn)矩需求也會影響電機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩增加時，電機(jī)轉(zhuǎn)速會下降，反之亦然。調(diào)速器使用專門的調(diào)速器，可以根據(jù)不同的需求，自動調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)更精準(zhǔn)的控制。直流電機(jī)的優(yōu)勢速度調(diào)節(jié)直流電機(jī)可以通過改變勵磁電流或電樞電流來調(diào)節(jié)速度，從而靈活地適應(yīng)不同負(fù)載的需求。電樞電流變化調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，勵磁電流變化調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩。啟動特性直流電機(jī)具有良好