《永磁直流電機(jī)》課件

《永磁直流電機(jī)》永磁直流電機(jī)是一種常見的電機(jī)類型，在工業(yè)和日常生活中廣泛應(yīng)用。它以其結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、效率高等優(yōu)點(diǎn)而著稱。課程目標(biāo)掌握基本原理了解永磁直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，包括電磁感應(yīng)、磁場產(chǎn)生、電磁轉(zhuǎn)矩等關(guān)鍵概念。熟悉應(yīng)用領(lǐng)域了解永磁直流電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域，包括電動(dòng)汽車、工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)器人等，并能夠分析其優(yōu)缺點(diǎn)和發(fā)展趨勢。永磁直流電機(jī)的工作原理磁場產(chǎn)生永磁電機(jī)利用永磁體產(chǎn)生固定磁場，形成磁場分布，為轉(zhuǎn)子提供磁場。電流作用轉(zhuǎn)子繞組通電，產(chǎn)生電流，電流在磁場中受到電磁力的作用，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生機(jī)械功，帶動(dòng)負(fù)載運(yùn)行。永磁直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)永磁直流電機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。定子是靜止部分，包括機(jī)座、磁極、定子鐵心、定子繞組。轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)部分，包括轉(zhuǎn)子鐵心、電樞繞組、換向器、軸承。定子繞組的作用產(chǎn)生磁場定子繞組通電后，會(huì)產(chǎn)生磁場，與永磁體產(chǎn)生的磁場相互作用，形成旋轉(zhuǎn)磁場?？刂妻D(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)定子繞組的電流大小和方向決定了旋轉(zhuǎn)磁場的大小和方向，從而控制轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度和方向。轉(zhuǎn)子磁場的產(chǎn)生1永磁體提供磁場2磁場穿過氣隙3轉(zhuǎn)子產(chǎn)生磁場轉(zhuǎn)子磁場是由轉(zhuǎn)子內(nèi)部的永磁體產(chǎn)生的。永磁體是能夠長期保持磁性的材料。它們產(chǎn)生的磁場穿過氣隙，作用于定子繞組，從而產(chǎn)生電磁力，推動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子電流的產(chǎn)生1電磁感應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組切割定子磁場時(shí)，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。2電流形成感應(yīng)電動(dòng)勢推動(dòng)電流在轉(zhuǎn)子繞組中流動(dòng)，形成轉(zhuǎn)子電流。3電流方向轉(zhuǎn)子電流的方向由楞次定律決定，與感應(yīng)電動(dòng)勢方向相反。電樞反應(yīng)磁場疊加電樞電流產(chǎn)生的磁場與定子磁場疊加，改變了電機(jī)內(nèi)部的磁場分布。磁場方向電樞電流產(chǎn)生的磁場方向與定子磁場方向相反，造成磁場削弱，甚至反向。轉(zhuǎn)速影響電樞反應(yīng)會(huì)影響電機(jī)的轉(zhuǎn)速，可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)速降低或波動(dòng)。效率降低電樞反應(yīng)會(huì)增加電機(jī)的損耗，降低其效率。永磁直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性永磁直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速的變化而變化，在額定轉(zhuǎn)速下輸出最大轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩特性曲線通常呈線性下降趨勢，表明轉(zhuǎn)速越高，電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩越小。速度特性負(fù)載變化速度變化無負(fù)載最高速度負(fù)載增加速度下降永磁直流電機(jī)的速度特性，是指在不同負(fù)載情況下電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系。它通常以速度-轉(zhuǎn)矩曲線表示。效率與熱耗損85%效率永磁直流電機(jī)的效率通常在85%左右10%銅損繞組中的電阻發(fā)熱5%鐵損磁芯中的渦流和磁滯損耗永磁電機(jī)的勵(lì)磁方式11.永磁勵(lì)磁永磁電機(jī)使用永久磁鐵產(chǎn)生磁場，無需額外的勵(lì)磁電流，效率高、結(jié)構(gòu)簡單。22.電磁勵(lì)磁使用電磁線圈產(chǎn)生磁場，通過控制電流可以調(diào)節(jié)磁場強(qiáng)度，但效率略低于永磁勵(lì)磁。33.混合勵(lì)磁結(jié)合永磁勵(lì)磁和電磁勵(lì)磁，兼具兩者優(yōu)點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。永磁電機(jī)的控制方式電壓控制通過調(diào)節(jié)電壓來控制電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，常用于調(diào)速系統(tǒng)。電流控制控制電機(jī)的電流，可實(shí)現(xiàn)精確的轉(zhuǎn)矩控制，適用于需要高精度控制的場合。位置控制通過傳感器反饋電機(jī)位置信息，實(shí)現(xiàn)精確的位置控制，應(yīng)用于伺服系統(tǒng)等。速度控制通過傳感器反饋電機(jī)速度信息，實(shí)現(xiàn)精確的速度控制，適用于需要恒速運(yùn)行的系統(tǒng)。永磁電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單，體積小效率高，運(yùn)行成本低功率密度高，扭矩大噪音低，振動(dòng)小缺點(diǎn)成本較高，特別是高性能永磁電機(jī)對(duì)溫度敏感，過熱會(huì)導(dǎo)致性能下降磁場強(qiáng)度受限，不易用于大功率應(yīng)用磁體容易退磁，需要小心使用永磁電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域電動(dòng)汽車永磁電機(jī)體積小、重量輕、效率高，適用于電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電機(jī)利用永磁電機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，具有環(huán)保、清潔的特點(diǎn)。工業(yè)自動(dòng)化永磁電機(jī)在工業(yè)機(jī)器人、自動(dòng)化生產(chǎn)線等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。無人機(jī)永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)無人機(jī)螺旋槳，提供高效的飛行動(dòng)力。發(fā)展趨勢分析1高性能材料提升電機(jī)效率和功率密度2智能化控制實(shí)現(xiàn)電機(jī)精準(zhǔn)控制和優(yōu)化3小型化設(shè)計(jì)滿足小型化應(yīng)用需求4節(jié)能環(huán)保降低能耗，減少環(huán)境污染永磁電機(jī)技術(shù)發(fā)展方向主要包括：高性能材料、智能化控制、小型化設(shè)計(jì)以及節(jié)能環(huán)保。應(yīng)用案例分享永磁直流電機(jī)廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、醫(yī)療設(shè)備、新能源汽車、航空航天等領(lǐng)域。例如，在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，永磁直流電機(jī)被用于伺服系統(tǒng)、機(jī)器人等。在醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域，永磁直流電機(jī)被用于醫(yī)療器械、診斷設(shè)備等。在航空航天領(lǐng)域，永磁直流電機(jī)被用于衛(wèi)星、火箭等。課堂練習(xí)1課堂練習(xí)1旨在評(píng)估學(xué)生對(duì)永磁直流電機(jī)工作原理的理解程度。學(xué)生需要通過實(shí)際操作或模擬實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證理論知識(shí)。練習(xí)內(nèi)容可以包括：拆解和組裝永磁直流電機(jī)模型，分析電機(jī)各部件的功能和作用，測量電機(jī)轉(zhuǎn)速和電流等參數(shù)，并解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。課堂練習(xí)2課堂練習(xí)2要求學(xué)生計(jì)算永磁直流電機(jī)的電樞電流、轉(zhuǎn)矩和功率。學(xué)生需要根據(jù)已知的參數(shù)，例如電壓、轉(zhuǎn)速和電機(jī)特性曲線，來進(jìn)行計(jì)算。這是一個(gè)需要學(xué)生綜合運(yùn)用理論知識(shí)和實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)的練習(xí)。課堂練習(xí)3永磁直流電機(jī)在運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，主要來自銅損、鐵損和機(jī)械損耗。請(qǐng)計(jì)算一臺(tái)額定功率為1kW、額定電壓為220V的永磁直流電機(jī)在滿載運(yùn)行時(shí)的銅損和鐵損。假設(shè)該電機(jī)在滿載運(yùn)行時(shí)的效率為85%，銅損占總損耗的60%。課堂練習(xí)4根據(jù)永磁直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖，標(biāo)注各個(gè)部件的名稱。畫出永磁直流電機(jī)工作原理簡圖，并標(biāo)注磁場方向、電流方向和運(yùn)動(dòng)方向。該練習(xí)有助于學(xué)生理解永磁直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，并培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和分析問題的能力。課堂練習(xí)5請(qǐng)簡述永磁直流電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)。并結(jié)合應(yīng)用案例說明永磁電機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)勢。課堂討論永磁電機(jī)的應(yīng)用討論永磁電機(jī)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用場景，分析其優(yōu)缺點(diǎn)。技術(shù)發(fā)展趨勢探討永磁電機(jī)未來的發(fā)展方向，例如更高效率、更小體積、更低成本。新技術(shù)應(yīng)用分享永磁電機(jī)在電動(dòng)汽車、機(jī)器人等新興領(lǐng)域應(yīng)用的案例。未來展望展望永磁電機(jī)技術(shù)在未來社會(huì)中的重要作用。知識(shí)點(diǎn)回顧永磁直流電機(jī)結(jié)構(gòu)定子、轉(zhuǎn)子、電刷、換向器工作原理電磁感應(yīng)磁力作用轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生特性轉(zhuǎn)矩、速度、效率應(yīng)用電動(dòng)汽車、工業(yè)設(shè)備重點(diǎn)難點(diǎn)解析電樞反應(yīng)電樞電流產(chǎn)生的磁場與主磁場相互作用，產(chǎn)生電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致磁場分布發(fā)生變化，影響電機(jī)性能。轉(zhuǎn)矩特性了解永磁直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性對(duì)于電機(jī)選型和控制至關(guān)重要，需要掌握轉(zhuǎn)矩與電流、速度的關(guān)系。實(shí)操演示通過實(shí)操演示，學(xué)生可以更加直觀地了解永磁直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。演示內(nèi)容包括：電機(jī)拆解、各部件的功能介紹、電機(jī)通電運(yùn)行、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)等。實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)是課堂學(xué)習(xí)的重要補(bǔ)充，通過動(dòng)手實(shí)踐加深對(duì)永磁直流電機(jī)工作原理和結(jié)構(gòu)的理解。通過實(shí)際操作，學(xué)生可以更直觀地感受電機(jī)的特性，并鍛煉實(shí)際操作能力。1電機(jī)拆解觀察電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)2繞組測試驗(yàn)證定子繞組的連接方式3負(fù)載實(shí)驗(yàn)測試電機(jī)在不同負(fù)載下的性能4控制實(shí)驗(yàn)嘗試用不同的控制方式控制電機(jī)實(shí)驗(yàn)過程中要注意安全操作，并認(rèn)真記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以便于分析總結(jié)?？荚嚪绞浇榻B考試形式考試形式以閉卷筆試為主，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)操