電機(jī)學(xué)直流電機(jī)課件

第六章直流電機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的多媒體動(dòng)畫1直流電機(jī)的多媒體動(dòng)畫2第一節(jié)直流電機(jī)及其用途直流發(fā)電機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能；直流電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。用途：直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：①調(diào)速范圍寬，且易于平滑調(diào)速；②過(guò)載、起動(dòng)、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大；③易于控制，可靠性高；④

調(diào)速時(shí)能量損耗小。第二節(jié)直流電機(jī)的基本工作原理1交流電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生（交流發(fā)電機(jī)模型）電磁感應(yīng)定律：滿足右手定則為隨時(shí)間正負(fù)交變的電動(dòng)勢(shì)結(jié)論：交流電機(jī)模型動(dòng)畫2直流電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生（直流發(fā)電機(jī)模型）直流電機(jī)模型動(dòng)畫結(jié)論：為脈動(dòng)的直流電動(dòng)勢(shì)。由于旋轉(zhuǎn)電刷和靜止換向器的作用，3電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生（直流電動(dòng)機(jī)模型）電磁力定律：滿足左手定則以單線圈簡(jiǎn)化模型為例，進(jìn)行分析。顯然，在電刷間接入直流電源后，在線圈中就有直流電流流過(guò)。直流電機(jī)換向器將外部的直流電變成了內(nèi)部交替變化的電流。圖中電刷相對(duì)于磁極的位置保證了，無(wú)論線圈邊處在N極下，還是S極下，線圈電流均產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较虻碾姶帕?，從而使轉(zhuǎn)子獲得了一個(gè)固定方向的電磁轉(zhuǎn)矩。第三節(jié)直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)風(fēng)扇機(jī)座鐵心和繞組主磁極電刷換向器接線板接線盒勵(lì)磁繞組端蓋電樞直流電機(jī)主要結(jié)構(gòu)部件動(dòng)畫主磁極換向磁極電刷裝置機(jī)座端蓋電樞繞組電樞鐵心換向器轉(zhuǎn)軸磁極鐵心勵(lì)磁繞組電刷刷握絕緣支架壓緊力調(diào)整裝置定子轉(zhuǎn)子直流電機(jī)（產(chǎn)生勵(lì)磁磁場(chǎng)）（產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，流過(guò)電流，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩）直流電機(jī)的額定值①額定功率：

PN（kW）②額定電壓：

UN（V）③額定電流：

IN（A）④額定轉(zhuǎn)速：

nN（r/min）直流發(fā)電機(jī)：直流電動(dòng)機(jī)：

直流電機(jī)的共同問(wèn)題本部分主要內(nèi)容：

1了解電樞繞組聯(lián)結(jié)的基本知識(shí)；理解直流電機(jī)主磁極磁場(chǎng)、電樞電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)及直流電機(jī)的電樞反應(yīng)的基本知識(shí)；理解電樞繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電樞繞組產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的知識(shí)。1電樞繞組與換向片（器）通過(guò)換向片，6個(gè)元件依次串連構(gòu)成一個(gè)閉合回路。結(jié)論：一電樞繞組的基本知識(shí)2電樞繞組與電刷連接位于對(duì)稱位置的電刷將閉合的6個(gè)線圈分成兩個(gè)并聯(lián)支路。電刷將環(huán)形閉合電樞繞組分成兩條對(duì)稱的并聯(lián)支路。兩個(gè)電刷位于換向器內(nèi)圓對(duì)稱位置(實(shí)際放置在外圓上)。3

電樞繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流方向根據(jù)主極磁場(chǎng)方向和電樞轉(zhuǎn)向，可知：上半電樞表面元件邊感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流方向指向外；下半電樞表面元件邊感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流方向指向內(nèi)。思考：N、P電刷放在換向器什么位置，可在兩個(gè)電刷間獲得最大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)？結(jié)論：只有把N、P電刷放在主磁極軸線對(duì)應(yīng)的換向器表面（如圖中時(shí)刻電刷和1、4換向器接觸），這樣通過(guò)電刷，1、2、3、4號(hào)換向片把1（紅）、2（湖蘭）、3（紫）號(hào)3個(gè)元件串聯(lián)組成的一條并聯(lián)支路感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大。對(duì)稱的關(guān)系，4、5、6、1號(hào)換向片把剩余3個(gè)元件串聯(lián)組成的另外一條并聯(lián)支路電動(dòng)勢(shì)完全一樣。電樞元件感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向，決定了元件中電流的方向。3

電樞繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向和電流的方向4

直流電機(jī)電樞簡(jiǎn)化模型

右圖的模型圖中不再畫出換向器和繞組端接線，直接將電刷移到幾何中心線位置處的元件邊相接觸。另外，在模型中，每個(gè)極下電樞表面均勻分布的導(dǎo)體表示繞組的一條支路，兩個(gè)極下的兩條支路通過(guò)電刷并聯(lián)，電刷外部電路中的電流為一條支路電流的2倍。還有，電刷中心線也是電樞表面電流分布的分界線。二直流電機(jī)磁場(chǎng)的基本知識(shí)1直流電機(jī)主極磁場(chǎng)主磁極電樞附加磁極主磁通漏磁通Bδ

τ

N

根據(jù)全電流定律，并不考慮鐵心磁路的磁壓降，勵(lì)磁繞組通過(guò)勵(lì)磁電流建立的磁動(dòng)勢(shì)，認(rèn)為全部消耗在氣隙里。再不考慮電樞齒槽影響，在極弧范圍內(nèi)的氣隙處處相等，那么整個(gè)主磁極下主極磁密的分布為一平頂波。2直流電機(jī)主極磁場(chǎng)產(chǎn)生方式（勵(lì)磁方式）

他勵(lì)：主極勵(lì)磁電流由專門獨(dú)立的直流電源供給，與電樞繞組不相連接。永磁直流電機(jī)也可認(rèn)為是他勵(lì)方式。直流電機(jī)勵(lì)磁方式，主要分為他勵(lì)和自勵(lì)兩類。自勵(lì)：勵(lì)磁繞組與電樞繞組相連接，勵(lì)磁電流由發(fā)電機(jī)本身供給。具體又可分為并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)等形式：3直流電機(jī)電樞電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)發(fā)電機(jī)1－主磁極產(chǎn)生的氣隙磁密波2－電樞電流產(chǎn)生的氣隙磁動(dòng)勢(shì)波3－電樞電流產(chǎn)生的氣隙磁密波

4直流電機(jī)的電樞反應(yīng)1－主磁極產(chǎn)生的氣隙磁密波2－電樞電流產(chǎn)生的氣隙磁密波

3－磁路不飽和的合成氣隙磁密波4－磁路飽和的合成氣隙磁密波

5直流電機(jī)電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)空載時(shí)單根導(dǎo)體的電動(dòng)勢(shì)：空載時(shí)電刷間電樞繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：負(fù)載時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：其中，空載每極磁通量：切割速度和電樞轉(zhuǎn)速關(guān)系：電動(dòng)勢(shì)常數(shù)：6直流電機(jī)電樞繞組的電磁轉(zhuǎn)矩電樞繞組產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩：其中，為轉(zhuǎn)矩常數(shù)一根載流導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁力：電動(dòng)勢(shì)常數(shù)和轉(zhuǎn)矩常數(shù)的關(guān)系為：bδ

Bavbδx0..............niaT

第十一章直流電動(dòng)機(jī)

1直流電動(dòng)機(jī)的作用原理電樞繞組和勵(lì)磁繞組分別施加直流電源。氣隙中主磁通與電樞電流相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩:

電磁力矩為原動(dòng)力矩，在電磁力矩的作用下，驅(qū)動(dòng)軸上的機(jī)械負(fù)載旋轉(zhuǎn)。電樞繞組感應(yīng)電勢(shì)為2直流電動(dòng)機(jī)的平衡方程式

電壓平衡式電流平衡式（并勵(lì)時(shí)）2直流電動(dòng)機(jī)的平衡方程式

轉(zhuǎn)矩平衡式2直流電動(dòng)機(jī)的平衡方程式

功率平衡式（他勵(lì)式）輸入電功率:電磁功率:電樞回路總的銅損耗:為輸出的機(jī)械功率;空載損耗功率：電磁功率包括：3他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性(1)轉(zhuǎn)矩特性勵(lì)磁電流不變。當(dāng)負(fù)載電流很小時(shí)，電樞反應(yīng)的去磁作用很小，近似認(rèn)為主磁通不變，則與電樞電流成線性關(guān)系。當(dāng)負(fù)載電流較大時(shí)，電樞反應(yīng)去磁作用使主磁通有所減小，曲線向下彎曲。工作特性曲線3他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性(2)(2)轉(zhuǎn)速特性負(fù)載電流增加，電樞電阻壓降增大，如不計(jì)電樞反應(yīng)的去磁作用即主磁通不變，減小一些，，則隨的下降而有所減小，形成向下的機(jī)械特性。如考慮電樞反應(yīng)的去磁作用將使每極磁通減少，他（并）勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化很小。電阻電壓降的影響影響較大，轉(zhuǎn)速特性是略為下傾的?！蔡匦怨ぷ魈匦郧€3他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性主磁通由于負(fù)載電流去磁作用的影響隨電流增加而略有減小。是理想空載轉(zhuǎn)速是機(jī)械特性的斜率4他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)與調(diào)速4.1直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

起動(dòng)要求：

足夠的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩

一定范圍的起動(dòng)電流

起動(dòng)時(shí)間符合生產(chǎn)要求、起動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、可靠。（1）直接起動(dòng)缺點(diǎn)：最初起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流很大，容易損壞電樞繞組、導(dǎo)致?lián)Q向困難，產(chǎn)生強(qiáng)烈環(huán)火。并勵(lì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，勵(lì)磁回路中串聯(lián)的電阻應(yīng)最?。阂?yàn)槠饎?dòng)中要求有較大的轉(zhuǎn)矩，勵(lì)磁回路電阻小，勵(lì)磁電流大，較大，有利起動(dòng)。電機(jī)起動(dòng)后，感應(yīng)電勢(shì)建立，使起動(dòng)電流很快減小。（2）電樞串電阻起動(dòng)他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的電樞回路串入起動(dòng)電阻（一般采用可多級(jí)切除的變阻器），就能限制最初起動(dòng)電流的大小。（3）降壓起動(dòng)一般只適用于大容量頻繁起動(dòng)的直流電動(dòng)機(jī)，須用專門的調(diào)壓電源。優(yōu)點(diǎn)：起動(dòng)電流小，起動(dòng)消耗能量少，升速比較平穩(wěn)。在起動(dòng)過(guò)程中，可逐步提升電源電壓，使按需要的加速度上升。在實(shí)用中，發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)組即采用降壓起動(dòng)法，其中，發(fā)電機(jī)及電動(dòng)機(jī)均采用他勵(lì)，以保證起動(dòng)時(shí)有足夠的勵(lì)磁電流。“整流器-電動(dòng)機(jī)”組也采用此方法。4.2直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速調(diào)速的基本要求與方法：（1）要求：調(diào)速幅度寬廣、調(diào)速連續(xù)平滑、損耗小、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)高等。

（2）方法：①調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流以改變每極磁通；②調(diào)節(jié)外施電源電壓；③電樞回路中引入可調(diào)電阻量。

（1）僅調(diào)節(jié)電樞回路總電阻調(diào)速

效率低；負(fù)載轉(zhuǎn)矩較小時(shí)，電樞電流小，調(diào)節(jié)作用不大；電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性變軟，使轉(zhuǎn)速變化率增大；（2）調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流調(diào)速優(yōu)點(diǎn)：控制功率小；設(shè)備簡(jiǎn)單；效率高。缺點(diǎn)：受換向和機(jī)械強(qiáng)度限制