《直流電機(jī)基礎(chǔ)》課件

直流電機(jī)基礎(chǔ)1.1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)定子直流電機(jī)定子包含機(jī)座、磁極和磁軛。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子包含電樞、換向器和電刷。電樞電樞是直流電機(jī)中產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的部件，它由導(dǎo)體繞組組成。換向器換向器是直流電機(jī)中實(shí)現(xiàn)電流方向改變的部件，由銅片和絕緣材料構(gòu)成。1.2直流電機(jī)的工作原理電磁感應(yīng)線(xiàn)圈在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，切割磁力線(xiàn)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。電磁力通電線(xiàn)圈在磁場(chǎng)中受到電磁力作用，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)矩電磁力產(chǎn)生的扭矩，推動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)。1.3直流電機(jī)的特性曲線(xiàn)直流電機(jī)的特性曲線(xiàn)是指電機(jī)在不同負(fù)載下，其轉(zhuǎn)速、電流、電壓、功率等參數(shù)之間的關(guān)系曲線(xiàn)。常見(jiàn)的特性曲線(xiàn)包括空載特性曲線(xiàn)、負(fù)載特性曲線(xiàn)、轉(zhuǎn)矩特性曲線(xiàn)等。這些曲線(xiàn)可以幫助我們了解電機(jī)在不同工作狀態(tài)下的性能，并為電機(jī)選擇、控制和應(yīng)用提供依據(jù)。2.1直流電機(jī)的分類(lèi)勵(lì)磁方式串勵(lì)并勵(lì)復(fù)勵(lì)他勵(lì)結(jié)構(gòu)直流電動(dòng)機(jī)直流發(fā)電機(jī)應(yīng)用工業(yè)生產(chǎn)交通運(yùn)輸航空航天2.2直流電機(jī)的參數(shù)和性能指標(biāo)2.3直流電機(jī)的發(fā)熱和散熱1銅損電流通過(guò)電樞繞組和勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的熱量，稱(chēng)為銅損。2鐵損電機(jī)鐵芯在交變磁場(chǎng)中產(chǎn)生的熱量，稱(chēng)為鐵損。3機(jī)械損電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的摩擦力造成的熱量，稱(chēng)為機(jī)械損。4風(fēng)損電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，風(fēng)扇帶動(dòng)空氣流動(dòng)產(chǎn)生的熱量，稱(chēng)為風(fēng)損。串勵(lì)直流電機(jī)的特點(diǎn)轉(zhuǎn)速與負(fù)載的關(guān)系負(fù)載增大，轉(zhuǎn)速下降。啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩很大，適用于啟動(dòng)時(shí)需要大轉(zhuǎn)矩的場(chǎng)合。調(diào)速調(diào)速范圍大，但調(diào)速性能較差。運(yùn)行穩(wěn)定性運(yùn)行穩(wěn)定性較差，容易出現(xiàn)“飛車(chē)”現(xiàn)象。串勵(lì)直流電機(jī)的應(yīng)用起重機(jī)串勵(lì)電機(jī)以其高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和高轉(zhuǎn)速特性，適用于起重機(jī)等需要較大啟動(dòng)扭矩和高速運(yùn)行的設(shè)備。機(jī)車(chē)串勵(lì)電機(jī)在機(jī)車(chē)牽引方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，可提供強(qiáng)大的啟動(dòng)扭矩和較高的運(yùn)行效率。絞車(chē)串勵(lì)電機(jī)常用于絞車(chē)，提供高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，用于提升重物或進(jìn)行牽引作業(yè)。并勵(lì)直流電機(jī)的特點(diǎn)運(yùn)行穩(wěn)定由于勵(lì)磁繞組和電樞繞組并聯(lián)，勵(lì)磁電流不受負(fù)載電流的影響，因此轉(zhuǎn)速變化較小，運(yùn)行穩(wěn)定。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大并勵(lì)繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)增強(qiáng)，從而提升起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，有利于克服較大負(fù)載。效率較高并勵(lì)直流電機(jī)內(nèi)部損耗較低，因此效率較高，有利于節(jié)約能源。并勵(lì)直流電機(jī)的應(yīng)用工業(yè)機(jī)械并勵(lì)直流電機(jī)常用于需要較高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和良好調(diào)速性能的工業(yè)機(jī)械，例如起重機(jī)、機(jī)床、卷?yè)P(yáng)機(jī)等。機(jī)動(dòng)車(chē)輛在汽車(chē)、船舶、火車(chē)等機(jī)動(dòng)車(chē)輛中，并勵(lì)直流電機(jī)可作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)或發(fā)電機(jī)，提供動(dòng)力或?yàn)樾铍姵爻潆?。電?dòng)工具并勵(lì)直流電機(jī)以其良好的調(diào)速性能和較高的效率，廣泛應(yīng)用于電動(dòng)工具，例如電鉆、電鋸、電磨等。復(fù)勵(lì)直流電機(jī)的特點(diǎn)速度調(diào)節(jié)范圍廣復(fù)勵(lì)電機(jī)可通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流來(lái)改變轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)廣泛的速度調(diào)節(jié)。啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大復(fù)勵(lì)電機(jī)具有較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，能夠克服較大的負(fù)載阻力。效率高復(fù)勵(lì)電機(jī)效率較高，能夠節(jié)省能源。復(fù)勵(lì)直流電機(jī)的應(yīng)用工業(yè)機(jī)械復(fù)勵(lì)直流電機(jī)廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)機(jī)械中，例如機(jī)床、起重機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)等，以提供穩(wěn)定可靠的動(dòng)力。電力系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中，復(fù)勵(lì)直流電機(jī)可用于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁、電力機(jī)車(chē)牽引等，并提供精確的轉(zhuǎn)速控制。其他領(lǐng)域復(fù)勵(lì)直流電機(jī)還應(yīng)用于礦山、冶金、化工等行業(yè)，以及一些特殊設(shè)備，例如電焊機(jī)、電梯等。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和調(diào)速的基本方法1啟動(dòng)方法直流電機(jī)啟動(dòng)有直接啟動(dòng)和降壓?jiǎn)?dòng)兩種方式，選擇合適的啟動(dòng)方式取決于電機(jī)負(fù)載和電源條件。2調(diào)速方法直流電機(jī)的調(diào)速方法包括電樞電壓控制、勵(lì)磁電流控制和磁場(chǎng)弱化等方法，選擇合適的調(diào)速方法取決于應(yīng)用場(chǎng)合和對(duì)速度控制的要求。3控制系統(tǒng)直流電機(jī)啟動(dòng)和調(diào)速需要配合相應(yīng)的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)啟動(dòng)、調(diào)速和保護(hù)功能。串勵(lì)電機(jī)的啟動(dòng)和調(diào)速1啟動(dòng)方法串勵(lì)電機(jī)通常使用降壓?jiǎn)?dòng)方法，例如使用電阻器或變壓器來(lái)降低啟動(dòng)電壓。2調(diào)速方法串勵(lì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以通過(guò)改變勵(lì)磁電流或改變電樞電壓來(lái)調(diào)節(jié)。并勵(lì)電機(jī)的啟動(dòng)和調(diào)速1啟動(dòng)并勵(lì)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，勵(lì)磁繞組和電樞繞組同時(shí)通電。2調(diào)速并勵(lì)電機(jī)調(diào)速主要通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流或電樞電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。復(fù)勵(lì)電機(jī)的啟動(dòng)和調(diào)速1啟動(dòng)電壓控制2調(diào)速串勵(lì)繞組3調(diào)速并勵(lì)繞組4調(diào)速勵(lì)磁繞組6.1直流電機(jī)的效率計(jì)算80%~90%效率范圍直流電機(jī)通常具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率，一般在80%到90%之間。10%~20%能量損耗直流電機(jī)的能量損耗主要包括銅損、鐵損、機(jī)械損耗和附加損耗。1公式效率=輸出功率/輸入功率，可以通過(guò)測(cè)量輸入電流、電壓和輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速來(lái)計(jì)算。6.2直流電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換效率能量轉(zhuǎn)換效率電機(jī)輸出機(jī)械能與輸入電能之比公式η=Pm/PePm電機(jī)輸出的機(jī)械功率Pe電機(jī)輸入的電功率6.3直流電機(jī)的機(jī)械效率機(jī)械效率電機(jī)輸出的機(jī)械功率與輸入的電功率之比公式ηm=Pout/Pin=(Tω)/(UI)影響因素電機(jī)本身的損耗，如銅損、鐵損、機(jī)械損耗等電機(jī)負(fù)載特性的概念轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩曲線(xiàn)反映了電機(jī)在不同負(fù)載下，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系。功率曲線(xiàn)描述了電機(jī)輸出功率隨負(fù)載變化的趨勢(shì)。效率曲線(xiàn)展示了電機(jī)效率隨負(fù)載的變化情況。7.2電機(jī)負(fù)載特性的影響因素負(fù)載大小負(fù)載越大，電機(jī)電流越大，轉(zhuǎn)速越低。電源電壓電壓升高，電機(jī)轉(zhuǎn)速升高，電流增大。溫度溫度升高，電機(jī)電阻增大，電流減小，轉(zhuǎn)速降低。電機(jī)負(fù)載特性的測(cè)試方法1空載試驗(yàn)測(cè)量電機(jī)空載時(shí)的電流、電壓、轉(zhuǎn)速等參數(shù)。2負(fù)載試驗(yàn)通過(guò)負(fù)載裝置模擬實(shí)際工作條件，測(cè)量電機(jī)在不同負(fù)載下的電流、電壓、轉(zhuǎn)速、功率等參數(shù)。3特性曲線(xiàn)根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)繪制出電機(jī)負(fù)載特性曲線(xiàn)，分析電機(jī)的性能指標(biāo)。8.1直流電機(jī)的維護(hù)與保養(yǎng)1定期清潔定期清潔電機(jī)表面，確保通風(fēng)良好，防止灰塵和油污堆積。2檢查電刷和滑環(huán)檢查電刷磨損程度，及時(shí)更換磨損的電刷，保持滑環(huán)表面清潔。3檢查軸承檢查軸承的磨損情況，及時(shí)更換磨損的軸承，并添加潤(rùn)滑油。4檢查絕緣定期檢查電機(jī)絕緣狀況，確保絕緣性能良好。直流電機(jī)常見(jiàn)故障及處理電刷磨損電刷磨損會(huì)導(dǎo)致電機(jī)火花增大，電流不穩(wěn)定，甚至造成電機(jī)停轉(zhuǎn)。軸承磨損軸承磨損會(huì)導(dǎo)致電機(jī)噪音增大，運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，甚至造成電機(jī)卡死。繞組故障繞組故障會(huì)導(dǎo)致電機(jī)不能啟動(dòng)，或啟動(dòng)后電流過(guò)大，甚至造成電機(jī)燒毀。勵(lì)磁回路故障勵(lì)磁回路故障會(huì)導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，甚至造成電機(jī)停轉(zhuǎn)。8.3直流電機(jī)的試驗(yàn)和檢測(cè)1空載試驗(yàn)測(cè)量電機(jī)空載時(shí)的電流、電壓和轉(zhuǎn)速，以確定電機(jī)的機(jī)械損耗和磁場(chǎng)損耗。2負(fù)載試驗(yàn)在不同負(fù)載條件下，測(cè)量電機(jī)電流、電壓、轉(zhuǎn)速和輸出功率，以確定電機(jī)的效率和性能。3絕緣試驗(yàn)使用高壓測(cè)試儀，測(cè)量電機(jī)繞組的絕緣強(qiáng)度，確保電機(jī)的安全運(yùn)行。9.1直流電機(jī)在各領(lǐng)域的應(yīng)用工業(yè)生產(chǎn)直流電機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，例如起重機(jī)、電梯、機(jī)床等。交通運(yùn)輸直流電機(jī)在交通運(yùn)輸領(lǐng)域也發(fā)揮著重要作用，例如電動(dòng)汽車(chē)、火車(chē)、船舶等。家用電器家用電器中也常常使用直流電機(jī)，例如洗衣機(jī)、冰箱、空調(diào)等。直流電機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)無(wú)刷直流電機(jī)更高效率，更長(zhǎng)壽命，