《直流電機(jī)教案版》課件

直流電機(jī)教案版本教案設(shè)計(jì)用于教授直流電機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)，涵蓋直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理、種類(lèi)和應(yīng)用等內(nèi)容。11課程目標(biāo)11.理解直流電機(jī)的工作原理深入了解直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)作方式，掌握其基本原理。22.掌握直流電機(jī)的分類(lèi)和特性熟悉不同類(lèi)型的直流電機(jī)，包括分勵(lì)式、串勵(lì)式、獨(dú)立式和復(fù)勵(lì)式等，了解其特性和應(yīng)用。33.學(xué)習(xí)直流電機(jī)的調(diào)速方法掌握通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流、電樞電壓等方式控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的技術(shù)。44.了解直流電機(jī)的應(yīng)用探索直流電機(jī)在工業(yè)、交通、醫(yī)療等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。定子是電機(jī)靜止的部分，轉(zhuǎn)子是電機(jī)旋轉(zhuǎn)的部分。定子通常由機(jī)座、磁極、磁軛和勵(lì)磁繞組組成，轉(zhuǎn)子通常由電樞鐵心、電樞繞組、換向器和電刷組成。直流電機(jī)的工作原理1磁場(chǎng)產(chǎn)生電樞繞組通電后，產(chǎn)生磁場(chǎng)。2磁場(chǎng)相互作用電樞磁場(chǎng)與定子磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩。3電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)電樞旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)。4電磁感應(yīng)電樞旋轉(zhuǎn)切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。直流電機(jī)的基本工作原理基于電磁感應(yīng)和電磁力的相互作用。通過(guò)電樞繞組通電產(chǎn)生磁場(chǎng)，并與定子磁場(chǎng)相互作用，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。與此同時(shí)，電樞旋轉(zhuǎn)切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，為電機(jī)運(yùn)行提供能量。電樞繞組的結(jié)構(gòu)電樞繞組是直流電機(jī)中最重要的組成部分之一。它是由導(dǎo)線繞制在電樞鐵芯的槽內(nèi)，并按一定的規(guī)律連接而成。電樞繞組的作用是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，或?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。電樞繞組的結(jié)構(gòu)主要包括導(dǎo)線、槽、槽楔、絕緣、繞組連接等。其中，導(dǎo)線是電樞繞組的核心，它負(fù)責(zé)導(dǎo)通電流，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。槽是電樞繞組的安裝位置，它可以保護(hù)導(dǎo)線，并使電樞繞組更加牢固。槽楔的作用是固定導(dǎo)線，防止導(dǎo)線松動(dòng)或脫落。絕緣材料可以防止導(dǎo)線之間的短路，確保電樞繞組的正常工作。繞組連接是指將多個(gè)線圈連接成一個(gè)閉合的回路，以便形成一個(gè)通路的電流。直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩是由電樞電流和磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生的。當(dāng)直流電機(jī)通電時(shí)，電樞繞組中產(chǎn)生電流，電流在磁場(chǎng)中受到力的作用，從而帶動(dòng)電樞轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)矩的大小與電樞電流和磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比，與電樞的尺寸和結(jié)構(gòu)有關(guān)。直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式轉(zhuǎn)矩與磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系磁場(chǎng)越強(qiáng)，轉(zhuǎn)矩越大。這反映了磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)轉(zhuǎn)矩的直接影響。轉(zhuǎn)矩與電樞電流的關(guān)系電樞電流越大，轉(zhuǎn)矩越大。這反映了電樞電流對(duì)轉(zhuǎn)矩的直接影響。轉(zhuǎn)矩與電機(jī)結(jié)構(gòu)的關(guān)系電樞繞組匝數(shù)、磁極對(duì)數(shù)等參數(shù)也會(huì)影響轉(zhuǎn)矩的大小。直流電機(jī)外特性直流電機(jī)外特性是指在負(fù)載變化時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速、電流和輸出功率隨負(fù)載變化的規(guī)律。在相同勵(lì)磁電流下，負(fù)載電流變化時(shí)，電樞電流、轉(zhuǎn)速和輸出功率的變化規(guī)律稱(chēng)作直流電機(jī)的外特性。直流電機(jī)的外特性曲線反映了直流電機(jī)在不同負(fù)載情況下的運(yùn)行狀況，是選擇和應(yīng)用直流電機(jī)的重要依據(jù)之一。直流電機(jī)的外特性曲線可以用來(lái)判斷直流電機(jī)的性能，例如電機(jī)在不同負(fù)載下的輸出功率、效率、電流等等。直流電機(jī)分類(lèi)按勵(lì)磁方式分類(lèi)直流電機(jī)根據(jù)勵(lì)磁繞組的連接方式和電流來(lái)源，可分為他勵(lì)、串勵(lì)、并勵(lì)和復(fù)勵(lì)四種類(lèi)型。每種類(lèi)型的電機(jī)擁有不同的特性，適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景。按用途分類(lèi)直流電機(jī)可用于各種應(yīng)用場(chǎng)景，例如電動(dòng)汽車(chē)、工業(yè)自動(dòng)化、醫(yī)療設(shè)備等。根據(jù)用途的不同，直流電機(jī)可以分為小型電機(jī)、中型電機(jī)和大型電機(jī)。按結(jié)構(gòu)分類(lèi)直流電機(jī)根據(jù)其結(jié)構(gòu)的差異，可分為直流永磁電機(jī)和直流電刷電機(jī)。直流永磁電機(jī)使用永久磁鐵來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)，而直流電刷電機(jī)使用電磁線圈來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)。直流電機(jī)勵(lì)磁方式分勵(lì)式勵(lì)磁繞組獨(dú)立于電樞繞組，由單獨(dú)的電源供電。串勵(lì)式勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，電流相同。并勵(lì)式勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)，電壓相同。復(fù)勵(lì)式勵(lì)磁繞組由串勵(lì)繞組和并勵(lì)繞組組成。分勵(lì)式直流電機(jī)獨(dú)立勵(lì)磁勵(lì)磁繞組獨(dú)立于電樞繞組，勵(lì)磁電流由獨(dú)立的勵(lì)磁電源供給。勵(lì)磁電流不受電樞電流影響，勵(lì)磁磁場(chǎng)穩(wěn)定。優(yōu)缺點(diǎn)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，調(diào)速性能好，效率高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。應(yīng)用于對(duì)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性要求高的場(chǎng)合，如機(jī)床、起重機(jī)等。串勵(lì)式直流電機(jī)11.電樞繞組和勵(lì)磁繞組串聯(lián)勵(lì)磁電流等于電樞電流，兩者隨負(fù)載電流變化而變化。22.轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流成反比負(fù)載電流增加時(shí)，勵(lì)磁磁通增強(qiáng)，轉(zhuǎn)矩增大，轉(zhuǎn)速下降。33.起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，空載轉(zhuǎn)速高適用于起動(dòng)負(fù)載較重、對(duì)轉(zhuǎn)速要求不高的場(chǎng)合。44.應(yīng)用于起重機(jī)、電動(dòng)機(jī)車(chē)等廣泛應(yīng)用于起重機(jī)、電動(dòng)機(jī)車(chē)、電動(dòng)工具等。獨(dú)立式直流電機(jī)獨(dú)立式直流電機(jī)簡(jiǎn)介獨(dú)立式直流電機(jī)勵(lì)磁繞組獨(dú)立于電樞繞組。勵(lì)磁繞組接獨(dú)立電源，不受電樞電流影響。勵(lì)磁電流穩(wěn)定，磁場(chǎng)強(qiáng)度保持恒定。復(fù)勵(lì)式直流電機(jī)組合勵(lì)磁復(fù)勵(lì)式直流電機(jī)同時(shí)使用串勵(lì)和并勵(lì)兩種勵(lì)磁方式。優(yōu)勢(shì)具有串勵(lì)和并勵(lì)的優(yōu)點(diǎn)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，運(yùn)行穩(wěn)定調(diào)節(jié)可通過(guò)調(diào)節(jié)串勵(lì)繞組和并勵(lì)繞組的電流來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。直流電機(jī)的調(diào)速方法1改變勵(lì)磁電流改變勵(lì)磁電流，從而改變電樞磁場(chǎng)強(qiáng)度，進(jìn)而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。2改變電樞電壓通過(guò)改變電樞電壓，從而改變電樞電流，進(jìn)而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。3改變電樞電路的電阻通過(guò)改變電樞電路的電阻，從而改變電樞電流，進(jìn)而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。直流電機(jī)的調(diào)速方法多種多樣，但歸根結(jié)底都是通過(guò)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和負(fù)載來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)改變勵(lì)磁電流、電樞電壓和電樞電路的電阻，可以有效地調(diào)節(jié)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，滿(mǎn)足不同的應(yīng)用需求。調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流調(diào)速勵(lì)磁電流與轉(zhuǎn)速勵(lì)磁電流越大，電磁場(chǎng)越強(qiáng)，轉(zhuǎn)速越高。調(diào)速方法通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁繞組中的電流來(lái)改變勵(lì)磁電流，從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。應(yīng)用廣泛應(yīng)用于需要精確控制轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合，例如機(jī)床、起重機(jī)等。調(diào)節(jié)電樞電壓調(diào)速電樞電壓調(diào)速原理通過(guò)改變電樞繞組兩端的電壓來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。電壓調(diào)節(jié)器使用可控硅、晶閘管等器件，調(diào)節(jié)電樞繞組的電壓。閉環(huán)控制系統(tǒng)通過(guò)反饋系統(tǒng)，測(cè)量電機(jī)速度并調(diào)整電壓，實(shí)現(xiàn)精確控制。六脈動(dòng)整流器供電優(yōu)點(diǎn)效率高，功率因素高缺點(diǎn)輸出電壓波紋較大，對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速影響大應(yīng)用直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，要求高功率輸出的應(yīng)用場(chǎng)合六脈動(dòng)整流器廣泛應(yīng)用于直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，通過(guò)改變直流電壓來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，但輸出電壓波紋較大，會(huì)影響電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性。整流子的作用和結(jié)構(gòu)整流子是直流電機(jī)的重要組成部分，它將電樞繞組中的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的持續(xù)旋轉(zhuǎn)。整流子由多個(gè)絕緣的銅片組成，每個(gè)銅片連接到電樞繞組的一個(gè)線圈。當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，整流子與電刷接觸，通過(guò)電刷將電流傳送到外部電路。整流子通過(guò)改變與電刷的接觸點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)電流的方向轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。整流子的磨損及維修磨損原因長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，整流子表面會(huì)因電刷與整流子間的摩擦而產(chǎn)生磨損，導(dǎo)致接觸不良。檢查方法觀察整流子表面是否有明顯磨損痕跡檢查整流子表面是否光滑平整維修步驟清潔整流子表面更換磨損嚴(yán)重的整流子調(diào)整電刷壓力直流電機(jī)的啟動(dòng)1啟動(dòng)過(guò)程直流電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，電樞繞組中產(chǎn)生電流，形成電磁力，從而帶動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。2啟動(dòng)電流啟動(dòng)電流通常很大，可能會(huì)超過(guò)額定電流，需要考慮啟動(dòng)電流的限制措施，保護(hù)電機(jī)。3啟動(dòng)方式常用的啟動(dòng)方式包括直接啟動(dòng)、降壓?jiǎn)?dòng)和軟啟動(dòng)，選擇合適的方式，保證電機(jī)安全啟動(dòng)。直流電機(jī)的反轉(zhuǎn)改變勵(lì)磁電流方向直流電機(jī)勵(lì)磁電流方向決定了磁場(chǎng)方向，進(jìn)而影響電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向。改變電樞電流方向電樞電流方向決定了電磁力方向，進(jìn)而影響電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向。改變電樞和勵(lì)磁電流方向同時(shí)改變電樞和勵(lì)磁電流方向，也能改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向。直流電機(jī)的換向器換向器直流電機(jī)的換向器是一種圓盤(pán)形狀的裝置，它由多個(gè)銅片組成，每個(gè)銅片與電樞繞組的一對(duì)線圈相連接。電樞繞組換向器的主要作用是將電樞繞組中的直流電流方向改變，使電機(jī)能夠持續(xù)旋轉(zhuǎn)。電刷換向器通過(guò)電刷與外部電源或負(fù)載相連，電刷通常由碳材料制成，可以與換向器進(jìn)行滑動(dòng)接觸。直流電機(jī)的損耗與效率損耗類(lèi)型產(chǎn)生原因銅損電樞繞組和勵(lì)磁繞組中的電流產(chǎn)生的熱量鐵損電樞鐵芯和磁極鐵芯中的磁滯損耗和渦流損耗機(jī)械損耗軸承摩擦、風(fēng)摩擦、齒輪摩擦等造成的能量損失附加損耗電刷接觸電阻、換向器摩擦、通風(fēng)散熱等產(chǎn)生的損耗直流電機(jī)的效率是指輸出功率與輸入功率之比，效率越高，能量利用率越高，損耗越低。直流電機(jī)的熱特性直流電機(jī)的熱特性指的是直流電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的熱量及其對(duì)電機(jī)性能的影響。主要因素包括：銅損、鐵損和機(jī)械損耗。銅損是電樞繞組和勵(lì)磁繞組中的電流產(chǎn)生的熱量；鐵損是由電機(jī)磁場(chǎng)變化產(chǎn)生的渦流和磁滯損耗產(chǎn)生的熱量；機(jī)械損耗是由電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的摩擦和風(fēng)阻產(chǎn)生的熱量。這些熱量會(huì)導(dǎo)致電機(jī)溫度升高，影響絕緣性能，甚至造成電機(jī)燒毀。電機(jī)過(guò)熱會(huì)導(dǎo)致絕緣老化、電機(jī)壽命縮短，甚至造成電機(jī)燒毀。因此，要采取措施降低電機(jī)溫度，例如提高散熱效率、控制電機(jī)負(fù)載、使用合適的冷卻方式等。直流電機(jī)的無(wú)刷結(jié)構(gòu)直流電機(jī)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)使用電刷和換向器，易磨損、壽命短。無(wú)刷直流電機(jī)利用電子開(kāi)關(guān)控制定子繞組的勵(lì)磁電流，實(shí)現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生和方向控制。無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)需機(jī)械換向，具有高效率、長(zhǎng)壽命、低噪音、無(wú)電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品中。無(wú)刷直流電機(jī)的工作原理1位置傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置2控制電路控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)3定子繞組產(chǎn)生磁場(chǎng)4轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)無(wú)刷直流電機(jī)通過(guò)位置傳感器感知轉(zhuǎn)子位置，控制電路根據(jù)位置信息控制定子繞組產(chǎn)生磁場(chǎng)，吸引轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)。這種閉環(huán)控制確保電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，并能實(shí)現(xiàn)更高效率和更長(zhǎng)壽命。無(wú)刷直流電機(jī)的特點(diǎn)高效率無(wú)刷直流電機(jī)沒(méi)有電刷，因此沒(méi)有電刷摩擦損耗，效率更高。長(zhǎng)壽命無(wú)刷直流電機(jī)沒(méi)有電刷，因此沒(méi)有電刷磨損，壽命更長(zhǎng)。低噪音無(wú)刷直流電機(jī)沒(méi)有電刷，因此沒(méi)有電刷摩擦噪音，噪音更低。高可靠性無(wú)刷直流電機(jī)沒(méi)有電刷，因此沒(méi)有電刷接觸不良問(wèn)題，可靠性更高。無(wú)刷直流電機(jī)的應(yīng)用1電動(dòng)汽車(chē)電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)，提