直流电机的基本工作原理物理教学课件PPT

第16章 直流电机的基本工作原理和结构 直流电动机优点：直流电动机优点： 优异的调速性能、起动性能和优异的调速性能、起动性能和制动性能，广泛应用于电力机车、机床、起重设制动性能，广泛应用于电力机车、机床、起重设备等。备等。 直流电动机缺点：直流电动机缺点：具有换向器，结构复杂，成本具有换向器，结构复杂，成本较高，维修不便，可靠性稍差。较高，维修不便，可靠性稍差。第16章 直流电机的基本工作原理和结构 教学内容教学内容 教学要求教学要求 16.3 16.3 直流电机的励磁方式和额定值直流电机的励磁方式和额定值16.1 16.1 直流电机的基本工作原理直流电机的基本工作原理16.2 16.2 直流电机的基本结构直流电机的基本结构掌握直流电机的励磁方式和额定数据掌握直流电机的励磁方式和额定数据 掌握直流电机的基本工作原理掌握直流电机的基本工作原理 了解直流电机的基本结构了解直流电机的基本结构 补充：最大值补充：最大值第16章 直流电机的基本工作原理和结构16.1 直流电机的基本工作原理 Basic operation principle一、直流发电机的基本工作原理 DC generator定子磁极定子磁极 N、S 固定不动；固定不动；转子线圈连接换向片并旋转；转子线圈连接换向片并旋转；电刷电刷 A、B 不动接用电负载。不动接用电负载。图（图（a）瞬间：感应电动势为）瞬间：感应电动势为 badcee图（图（b）瞬间：感应电动势为）瞬间：感应电动势为 cdabee电刷极性为电刷极性为 A+ +、B- -注意：转子每转注意：转子每转180o，线圈感应电动势方向就改变一次，即线圈电动势是交流的。，线圈感应电动势方向就改变一次，即线圈电动势是交流的。直流电机的转子称为直流电机的转子称为电枢电枢，电刷两端的电动势称为，电刷两端的电动势称为电枢电动势电枢电动势。电刷电刷A、B两端是极性不变的直流电动势，将向外电路发出直流电流。两端是极性不变的直流电动势，将向外电路发出直流电流。第16章 直流电机的基本工作原理和结构二、直流电动机的基本工作原理 DC motor直流电源加在电刷两端，直流电源加在电刷两端，A+ +、B- - ，电枢线圈中有电流流过。电枢线圈中有电流流过。导体导体ab受到左向电磁力受到左向电磁力导体导体cd受到右向电磁力受到右向电磁力图（图（a）瞬间）瞬间形成逆时针转矩形成逆时针转矩导体导体cd受到左向电磁力受到左向电磁力导体导体ab受到右向电磁力受到右向电磁力图（图（b）瞬间）瞬间形成逆时针转矩形成逆时针转矩使转子定向旋转。使转子定向旋转。注意：电刷两端加的是直流，注意：电刷两端加的是直流， 而线圈电流却是交流。而线圈电流却是交流。电枢受到的转矩称为电枢受到的转矩称为电磁转矩电磁转矩。换向器功能换向器功能电刷两端直流电刷两端直流线圈中交流线圈中交流第16章 直流电机的基本工作原理和结构 直流发电机 直流电动机无论发电机还是电动机无论发电机还是电动机: 旋转的电枢绕组切割磁场都将旋转的电枢绕组切割磁场都将产生电枢电动势产生电枢电动势 ； 流过电流流过电流 的电枢绕组在磁场的电枢绕组在磁场作用下都将产生电磁转矩作用下都将产生电磁转矩 。aEemTaI三、电枢电动势和电磁转矩 EMF and Electrical magnetic torque在电动机中在电动机中: 为反电动势。为反电动势。aEaEaI与与 反方向，反方向，emT为驱动转矩，驱动转子旋转，为驱动转矩，驱动转子旋转，emTn与与同方向。同方向。在发电机中在发电机中: 为电源电动势，向外输出直流电流为电源电动势，向外输出直流电流 , aEaIaIaE与与 同方向。同方向。emT为制动转矩。为制动转矩。emTn与与反方向，反方向，第16章 直流电机的基本工作原理和结构 1. 电枢电动势电枢电动势aE指电刷两端的电动势，其大小与磁场强弱和电枢导体切割磁场的速度有关。指电刷两端的电动势，其大小与磁场强弱和电枢导体切割磁场的速度有关。 nCnapNEea60计算公式：计算公式：指电枢所有导体受到的转矩之和，其大小与磁场强弱和电枢导体中电流大小有关。指电枢所有导体受到的转矩之和，其大小与磁场强弱和电枢导体中电流大小有关。 计算公式：计算公式：aemIapNT2aTIC apNCe60电动势常数电动势常数 apNCT2转矩常数转矩常数 eeTCCC55. 9260p为电机的极数；为电机的极数；N为电枢绕组的总导体数；为电枢绕组的总导体数；a为电枢绕组并联支路对数。为电枢绕组并联支路对数。 2. 2.电磁转矩电磁转矩emT第16章 直流电机的基本工作原理和结构16.2 直流电机的基本结构basic construction一、定子结构一、定子结构 stator1主磁极主磁极 Main pole产生恒定的气隙主磁场，且产生恒定的气隙主磁场，且N、S交替排列。交替排列。由铁心和励磁绕组构成。由铁心和励磁绕组构成。铁心用铁心用1.01.5mm厚的钢板叠成。厚的钢板叠成。 励磁绕组之间串联通入直流电流，励磁绕组之间串联通入直流电流，第16章 直流电机的基本工作原理和结构2换向极换向极 Commutation pole用来减少电刷与换向器之间的火花。用来减少电刷与换向器之间的火花。 固定电刷的装置，它与换向器配合实现把固定电刷的装置，它与换向器配合实现把电枢绕组电枢绕组内部的交流电与电刷外部的直流电相互转换内部的交流电与电刷外部的直流电相互转换的功能。的功能。 3电刷装置电刷装置 Brush device换向极个数与主磁极个数相等，位于换向极个数与主磁极个数相等，位于主磁极之间，换向极绕组与电枢绕组串联主磁极之间，换向极绕组与电枢绕组串联。4机座和端盖机座和端盖 Base and Cover固定主磁极、换向极和端盖等零部件的支撑件，固定主磁极、换向极和端盖等零部件的支撑件，也是也是电机磁路的一部分电机磁路的一部分。 第16章 直流电机的基本工作原理和结构二、转子结构二、转子结构 Rotor-电枢电枢1电枢铁心电枢铁心 Armature core用来安放电枢绕组并作为主磁路的一部分。用来安放电枢绕组并作为主磁路的一部分。电枢旋转时铁心中的磁通方向不断变化将引起电枢旋转时铁心中的磁通方向不断变化将引起铁心损耗铁心损耗。为了减少铁心损耗，用为了减少铁心损耗，用0.5mm厚硅钢片叠成。厚硅钢片叠成。外圆均匀开槽嵌放电枢绕组。外圆均匀开槽嵌放电枢绕组。第16章 直流电机的基本工作原理和结构作用：用来产生感应电动势；作为产生电磁转矩的载流导体。作用：用来产生感应电动势；作为产生电磁转矩的载流导体。它是实现机电能量转换的枢纽部件，所以把该绕组所在的部位称为电枢。它是实现机电能量转换的枢纽部件，所以把该绕组所在的部位称为电枢。2电枢绕组电枢绕组电枢绕组由铜导线按一定的规律绕制而成。电枢绕组由铜导线按一定的规律绕制而成。3换向器（整流子）换向器（整流子）Commutator 作用：作用：“内交流内交流”与与“外直流外直流”相互转换的作用。相互转换的作用。 换向器由许多换向片构成，换向片采用紫铜或铜合金制成。换向器由许多换向片构成，换向片采用紫铜或铜合金制成。 Armature windings第16章 直流电机的基本工作原理和结构16.3 直流电机的励磁方式和额定值Excitation mode and ratings一、励磁方式一、励磁方式Excitation mode直流电机励磁绕组的供电方式称为励磁方式（励磁方式不同电机性能不同）。直流电机励磁绕组的供电方式称为励磁方式（励磁方式不同电机性能不同）。 他励他励 并励并励 串励串励 复励复励励磁方式分四种：励磁方式分四种：（以发动机为例）（以发动机为例）第16章 直流电机的基本工作原理和结构二、额定值二、额定值 RatingsNP1额定功率额定功率 （W、kW）发电机：指电刷端输出的电功率；发电机：指电刷端输出的电功率；电动机：指轴上输出的机械功率。电动机：指轴上输出的机械功率。指电机额定运行时的输出功率指电机额定运行时的输出功率3. 额定电流额定电流指电机额定运行时电枢出线中的电流。指电机额定运行时电枢出线中的电流。 （A）NI2. 额定电压额定电压NU指电机额定运行时电枢出线端的电压。指电机额定运行时电枢出线端的电压。 （V）4. 额定转速额定转速 （ ）指电机额定运行时电机转子的转速。指电机额定运行时电机转子的转速。/minrNn5. 额定励磁电压额定励磁电压)V(fNU指电机额定运行时励磁绕组两端的电压。指电机额定运行时励磁绕组两端的电压。6. 额定励磁电流额定励磁电流)A(fNI指电机额定运行时励磁绕组中的电流。指电机额定运行时励磁绕组中的电流。NNNUPI发电机：发电机： NNNNUPI电动机：电动机： 第16章 直流电机的基本工作原理和结构 小结小结 Conclusions教学重点：教学重点：1. 基本工作原理基本工作原理2. 励磁方式和额定值励磁方式和额定值教学难点：教学难点： 励磁方式励磁方式作业：作业：P276：16.5；16.6