直流电机资料课件

一、直流电机的工作原理和基本结构一、直流电机的工作原理和基本结构二、直流电机的电枢反应二、直流电机的电枢反应三、直流电机基本方程三、直流电机基本方程四、直流电动机的运行特性四、直流电动机的运行特性五、直流电动机的启动、调速和制动五、直流电动机的启动、调速和制动主要内容主要内容一、直流电机的工作原理和基本结构一、直流电机的工作原理和基本结构工作原理工作原理U+NS电刷电刷换向片换向片II图图1-1 1-1 直流电机工作原理图直流电机工作原理图以电动机为例以电动机为例直流直流电源电源(+)电刷刷线圈线圈换向器换向器换向器向器电刷刷直流直流电源源(-)工作原理工作原理电刷与电刷与电源固定源固定联接，接，线圈无圈无论怎怎样转动，总是上半是上半边的的电流向里，下半流向里，下半边的的电流向外。流向外。电刷刷压在在换向片上。向片上。FF由左手定则，通电线由左手定则，通电线圈在磁场的作用下，圈在磁场的作用下，将受到力的作用，使将受到力的作用，使线圈逆时针旋转。线圈逆时针旋转。图图1-2 1-2 电枢线圈旋转方向示意图电枢线圈旋转方向示意图U+NS电刷刷换向片向片II基本结构基本结构图图1-3 1-3 直流电机剖面图直流电机剖面图 基本结构基本结构v定子定子主要包括：主磁极、换向极、机座、端盖、电刷装置。主要包括：主磁极、换向极、机座、端盖、电刷装置。作用：产生主磁场和作为机械的支撑。作用：产生主磁场和作为机械的支撑。v转子转子 主要包括：电枢铁心、电枢绕组和换向器。主要包括：电枢铁心、电枢绕组和换向器。作用：用来产生感应电动势、电流、电磁转矩、实现能量转换的部作用：用来产生感应电动势、电流、电磁转矩、实现能量转换的部件。件。定子组成定子组成u主磁极 作用：产生主磁场作用：产生主磁场 分类：主磁极铁心和励磁绕组组成的绕线形主磁极，或由永分类：主磁极铁心和励磁绕组组成的绕线形主磁极，或由永磁体构成的主磁极。磁体构成的主磁极。u换向极 作用：产生换向磁场，改善电机的换向。作用：产生换向磁场，改善电机的换向。组成：换向磁极铁心和换向磁极绕组组成。换向铁心一般用组成：换向磁极铁心和换向磁极绕组组成。换向铁心一般用整块钢或钢板制成。整块钢或钢板制成。换向磁极绕组与主磁极绕组同样制作，其绕组与电枢绕组串换向磁极绕组与主磁极绕组同样制作，其绕组与电枢绕组串联，极性不能接反。联，极性不能接反。定子组成定子组成u机座 作用：作用：a)a)导磁作用，作为电机磁路的一部分；导磁作用，作为电机磁路的一部分；b)b)支撑作用，用来安装磁极换向磁极。支撑作用，用来安装磁极换向磁极。构成：用导磁性能较好的铸钢件或钢板焊接而成，也构成：用导磁性能较好的铸钢件或钢板焊接而成，也 可用无缝钢管加工而成。可用无缝钢管加工而成。u端盖 机座的两端都装有端盖，用于支撑转子。机座的两端都装有端盖，用于支撑转子。定子组成定子组成图图1-4 1-4 电刷装置电刷装置u电刷装置材质：石墨或金属粉末与石墨混合材质：石墨或金属粉末与石墨混合做成的导电块做成的导电块作用：把直流电压、直流电流引入作用：把直流电压、直流电流引入或引出。或引出。构成：由电刷、刷握、刷杆座和铜构成：由电刷、刷握、刷杆座和铜丝辫组成丝辫组成转子组成转子组成图图1-5 1-5 直流电机转子组成直流电机转子组成电枢铁芯：一般用硅钢片叠压加紧而成。电枢铁芯：一般用硅钢片叠压加紧而成。转子组成转子组成u换向极换向极图图1-6 1-6 直流电机换向器图直流电机换向器图作用：整流或逆变的作用作用：整流或逆变的作用构成：由许多具有鸽尾形的换向片叠成构成：由许多具有鸽尾形的换向片叠成直流电机的额定值直流电机的额定值：电机在铭牌规定的额定状态下运行时，电机输出功率。电机在铭牌规定的额定状态下运行时，电机输出功率。对电动机而言，指轴上的输出机械功率。对电动机而言，指轴上的输出机械功率。：额定状态下，电枢出线端电压。：额定状态下，电枢出线端电压。：电电机机在在额额定定电电压压下下运运行行，输输出出功功率率为为额额定定功功率率时时，电电机机 的线电流。的线电流。：额定状态下运行时转子转速。：额定状态下运行时转子转速。二、直流电机的电枢反应二、直流电机的电枢反应二、直流电机的电枢反应二、直流电机的电枢反应直流电机的电枢反应直流电机的电枢反应直轴与交轴：主极的轴线称为直轴，与直轴正交：主极的轴线称为直轴，与直轴正交的轴线叫交轴的轴线叫交轴电枢反应定义：电机带上负载时，电枢绕组中：电机带上负载时，电枢绕组中有电流流过，载流的电枢绕组将产生磁动势，电枢磁动有电流流过，载流的电枢绕组将产生磁动势，电枢磁动势对主磁场的影响叫电枢反应。势对主磁场的影响叫电枢反应。电枢反应分类：交轴电枢反应和直轴电枢反应：交轴电枢反应和直轴电枢反应直轴交轴图图2-1 2-1 直流电机交直轴示意图直流电机交直轴示意图交轴电枢反应交轴电枢反应定义定义：电机负载时，交轴电枢磁动势将产生交轴气隙磁场，并影响到原来气隙电机负载时，交轴电枢磁动势将产生交轴气隙磁场，并影响到原来气隙 磁场的大小和分布。磁场的大小和分布。增磁增磁去磁去磁a)b)图图2-2 2-2 交轴电枢反应交轴电枢反应a)a)负载时的合成磁场负载时的合成磁场 b)b)空载磁场空载磁场 和负载时气隙的合成磁场和负载时气隙的合成磁场直轴电枢反应直轴电枢反应若电刷偏移，电枢磁动势可分为交轴电枢磁动势和直轴电枢磁动势。若电刷偏移，电枢磁动势可分为交轴电枢磁动势和直轴电枢磁动势。直轴电枢磁动势将产生直轴电枢反应。直轴电枢磁动势将产生直轴电枢反应。a)a)电枢反应增磁电枢反应增磁b)b)电枢反应去磁电枢反应去磁图图2-3 2-3 电刷不在几何中性线上时，电枢磁动势的直轴分量电刷不在几何中性线上时，电枢磁动势的直轴分量三、直流电动机基本方程三、直流电动机基本方程电压平衡方程电压平衡方程以上两公式反映的概念：以上两公式反映的概念：(1)电枢反枢反电动势的大小和磁通、的大小和磁通、转速成正比，若想改速成正比，若想改变 E，只只能能改改变 或或 n。(2)若忽略若忽略绕组中的中的电阻阻Ra，则 ，可可见，当外加，当外加电压一定一定时，电机机转速和磁通成反速和磁通成反 比，通比，通过改改变 可可调速。速。MRaIaE+UU：外加：外加电压Ra:绕组电阻阻图图3-1 3-1 稳态运行时直流电机电路图稳态运行时直流电机电路图转矩平衡方程转矩平衡方程 电磁转矩电磁转矩KT：与与线圈的圈的结构有关的常数构有关的常数 （与（与线圈大小，磁极的圈大小，磁极的对数等有关数等有关）：线圈所圈所处位置的磁通位置的磁通Ia：电枢枢绕组中的中的电流流单位：位：（韦伯），伯），Ia（安培），（安培），T（牛（牛顿 米）米）转矩平衡方程转矩平衡方程电磁磁转矩矩 T 为驱动转矩，在矩，在电机运行机运行时，必，必须和外加和外加负载和空和空载损耗耗的阻的阻转矩相平衡，即矩相平衡，即TL：负载转矩矩T0：空：空载转矩矩 转矩平衡矩平衡过程：当程：当负载转矩（矩（TL）发生生变化化时，通，通过电机机转速、速、电动势、电枢枢电流的流的变化，化，电磁磁转矩自矩自动调整，以整，以实现新的平新的平衡。衡。四、直流电动机的运行特性四、直流电动机的运行特性工作特性工作特性图4-1 直流电动机工作特性条件条件：电枢端电压为额定电电枢端电压为额定电压，对于绕线型定子主磁极，压，对于绕线型定子主磁极，励磁电流为额定励磁电流。励磁电流为额定励磁电流。u速率特性：速率特性：影响影响转速速变化的因数：化的因数：电枢枢电阻阻压降和降和电枢反枢反应。当。当电动机的机的负载增大增大时，电枢枢电流增大，流增大，电枢枢电阻阻压降增加，使降增加，使电动机机转速速趋于下降；于下降；电枢反枢反应有有去磁作用去磁作用时，则转速速趋于上升，于上升，这两个因素两个因素对转速的影响部分相互抵消，速的影响部分相互抵消，使使电机机转速速变化不大。化不大。工作特性工作特性u转矩特性：转矩特性：转子机械角速度转子机械角速度转矩特性基本呈线性关系；实转矩特性基本呈线性关系；实际上，际上，增大时，转速略有下增大时，转速略有下降，故曲线将略微向上弯曲。降，故曲线将略微向上弯曲。u效率特性：效率特性：当不变损耗等于可变损耗当不变损耗等于可变损耗时，电机效率最大。时，电机效率最大。机械特性机械特性图4-2 直流电动机机械特性：调节电阻调节电阻 为为0 0时，由于时，由于 远小于远小于 ，故不计磁饱和时直流电动机的，故不计磁饱和时直流电动机的机械特性为一稍微下降的直线。机械特性为一稍微下降的直线。如果计及磁饱和时，交轴电枢反如果计及磁饱和时，交轴电枢反应呈现去磁作用，曲线下降程度应呈现去磁作用，曲线下降程度减小减小。五、直流电动机的启动、调速和制动五、直流电动机的启动、调速和制动直流电动机的启动直流电动机的启动限制限制Ist的措施：的措施：（1）启）启动时在在电枢回路串枢回路串电阻。阻。（2）启）启动时降低降低电枢枢电压。启启动时,n=0 Ea=0，若加入，若加入额定定电压，则Ist太大会使太大会使换向器向器产生生严重的火花，重的火花，烧坏坏换向器。向器。一般一般Ist限制在限制在 (2-2.5)IaN 内。内。直流电动机的调速直流电动机的调速以他励电动机为例说明直流电动机的调速方法以他励电动机为例说明直流电动机的调速方法 1、改变磁通（调磁）由该式可知，由该式可知，n 和和 有关，在有关，在 U 一定的情况下，改变一定的情况下，改变 可改可改变变 n。在励磁回路中串上电阻。在励磁回路中串上电阻Rf，改变，改变Rf大小调节励磁电流，从大小调节励磁电流，从而改变而改变 的大小。的大小。其中其中，v原原 理理直流电动机的调速直流电动机的调速 Rf If n ，但在额定情况下，但在额定情况下，已接近已接近饱饱 和，和，If 再加大，对再加大，对 影响不大，所以这种增加磁通影响不大，所以这种增加磁通的办法一般不用。的办法一般不用。Rf If n ，减弱磁通是常用的调速方法。减弱磁通是常用的调速方法。If的调节有两种情况：的调节有两种情况：改变磁通调速的方法改变磁通调速的方法减小磁通，减小磁通，n只能上调。只能上调。直流电动机调速直流电动机调速v特性曲线的变化所以：所以：磁通减小以后特性上移，磁通减小以后特性上移，而且斜率增加而且斜率增加。因因为：（减减小小）TLRf增增加加Tn 图图5-1 5-1 变磁通调速时机械特性曲线变化变磁通调速时机械特性曲线变化（1 1）调速平滑，可做到无级调速，但）调速平滑，可做到无级调速，但 只能向上调，只能向上调，（2 2）调的是励磁电流（该电流比电枢）调的是励磁电流（该电流比电枢电流小得多），调节控制方便。电流小得多），调节控制方便。v特点直流电动机调速直流电动机调速nn0n0n0电压降降低低T 2、改变电枢电压调速由转速特性方程知：调电枢电由转速特性方程知：调电枢电压压U，n0变化，斜率不变，所以变化，斜率不变，所以调速特性是一组平行曲线。调速特性是一组平行曲线。v特性曲线其中其中，图图5-2 5-2 改变电枢电压调速时机械特性曲线变化改变电枢电压调速时机械特性曲线变化直流电动机调速直流电动机调速（1 1）工作时电枢电压一定，电压调节时，不允许超过）工作时电枢电压一定，电压调节时，不允许超过UN，而而 n U，所以调速只能向下调所以调速只能向下调。（2 2）可得到平滑、无级调速。）可得到平滑、无级调速。（3 3）调速幅度较大。）调速幅度较大。v特点直流电动机调速直流电动机调速3、改变转子电阻调速在电枢中串入电阻，使在电枢中串入电阻，使 n 、n0不变，即电机的特性曲线变不变，即电机的特性曲线变陡（斜率变大）。陡（斜率变大）。其中其中，nn0RaRa+RT图图5-3 5-3 改变转子电阻调速时机械特性曲线变化改变转子电阻调速时机械特性曲线变化写在最后写在最后成功的基成功的基础在于好的学在于好的学习习惯The foundation of success lies in good habits33谢谢聆听 学习就是为了达到一定目的而努力去干,是为一个目标去战胜各种困难的过程,这个过程会充满压力、痛苦和挫折Learning Is To Achieve A Certain Goal And Work Hard,Is A Process To Overcome Various Difficulties For A Goal