直流电机原理-1

1、第三章第三章 直流电机原理直流电机原理直流电机直流电机 基本功能、用途基本功能、用途 基本作用原理（电动机、发电机）基本作用原理（电动机、发电机） 基本结构基本结构 基本分析方法基本分析方法 基本特性基本特性 特性控制特性控制第一节第一节 直流电机原理、结构及额定数据直流电机原理、结构及额定数据 直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理 直流发电机的工作原理直流发电机的工作原理 电机的结构电机的结构 额定值额定值 电机可逆原理电机可逆原理一、直流电动机的工作原理一、直流电动机的工作原理 克服阻力旋转克服阻力旋转 对外输出机械能对外输出机械能N SiabcdFFii+-n电动机模型1主磁极线圈线

2、圈电枢电枢气隙liBfx 主磁极建立磁场主磁极建立磁场 外加直流电压外加直流电压 在线圈中产生电流在线圈中产生电流 载流导体在磁场中载流导体在磁场中产生电磁力产生电磁力转子旋转转子旋转180180电角度电角度 直流电源供电直流电源供电 电流方向不变电流方向不变 旋转旋转180180电角度后电电角度后电磁力方向反向磁力方向反向 平均电磁转矩为平均电磁转矩为0 0N SiabcdFFii+-n电动机模型1主磁极线圈线圈电枢电枢气隙 若要维持电磁力方向不若要维持电磁力方向不变，必须变，必须: : 改变磁极极性改变磁极极性 改变电流方向改变电流方向 二者改变且仅改变一个二者改变且仅改变一个两种位置电磁

3、力对比两种位置电磁力对比N SiabcdFFii+-n电动机模型1主磁极线圈线圈电枢电枢气隙N SiabcdFFii+-n电动机模型1主磁极线线圈圈电电枢枢气隙直流电动机原理换向直流电动机原理换向 几何中性线几何中性线 磁极的几何分界线磁极的几何分界线 电刷和换向器配合电刷和换向器配合 电流换向电流换向电流逆变电流逆变 导体运动经过磁极的导体运动经过磁极的几何中性线期间几何中性线期间 交换线圈电源极性交换线圈电源极性 交换线圈电流方向交换线圈电流方向 电磁力方向维持不变电磁力方向维持不变N SiabcdFFii+AB-n电动机模型二、直流发电机的工作原理二、直流发电机的工作原理 主磁极建立磁场

4、主磁极建立磁场 外加机械转矩外加机械转矩 线圈在磁场中旋转线圈在磁场中旋转 运动导体在磁场中运动导体在磁场中产生感应电势产生感应电势Blve N Seabcde+AB-电刷电刷换换向向片片n发电机模型n原动机 带电负载带电负载 对外输出电能对外输出电能直流发电机的工作原理换向直流发电机的工作原理换向 线圈旋转方向不变线圈旋转方向不变 导体感应电势导体感应电势 在不同极性磁极下感应在不同极性磁极下感应电势方向不同电势方向不同 导体感应电势交变导体感应电势交变 感应电势换向感应电势换向整流整流 经过磁极的几何中性线经过磁极的几何中性线 交换线圈输出极性交换线圈输出极性 输出直流输出直流 否则，输出

5、交流否则，输出交流N Seabcde+AB-n发电机模型线圈感应电势波形线圈感应电势波形 线圈旋转，转过一对磁极的感应电势波形线圈旋转，转过一对磁极的感应电势波形单线圈换向后的感应电势波形单线圈换向后的感应电势波形每极下有每极下有3 3个线圈的感应电势波形个线圈的感应电势波形直流电机原理要求结构组成直流电机原理要求结构组成 直流电动机直流电动机 建立建立磁场磁场 产生电磁力的条件产生电磁力的条件 载流载流导体导体 产生电磁力产生电磁力 线圈线圈运动运动 对外输出机械功对外输出机械功 换向器和电刷换向器和电刷 换流，产生持续电磁力换流，产生持续电磁力 直流发电机直流发电机 建立建立磁场磁场 产生

6、感应电势的条件产生感应电势的条件 导体运动导体运动 产生感应电势产生感应电势 负载负载 对外输出电能对外输出电能 换向器和电刷换向器和电刷 整流，产生直流电势整流，产生直流电势三、直流电机结构三、直流电机结构 静止部分（定子）静止部分（定子）主磁极、励磁绕组、电刷、轴承、磁轭主磁极、励磁绕组、电刷、轴承、磁轭和电刷装置等和电刷装置等 旋转部分（转子、电枢）旋转部分（转子、电枢）电枢铁心、电枢绕组、换向器、轴等电枢铁心、电枢绕组、换向器、轴等直流电机结构图直流电机结构图直流电机剖面图直流电机剖面图四、直流电机的可逆性原理四、直流电机的可逆性原理直流电机的可逆性原理直流电机的可逆性原理 一台直流电

7、机，即可作发电机运行也可一台直流电机，即可作发电机运行也可作电动机运行作电动机运行 结构一样结构一样 所处状态，由运行环境决定所处状态，由运行环境决定 输出电能为发电机输出电能为发电机 输出机械能为电动机输出机械能为电动机掌握：如何判断直流电机的运行状态？掌握：如何判断直流电机的运行状态？电动机运行状态电动机运行状态 电网容量无限大电网容量无限大 网压网压U=U=常数常数 i ia a 产生电磁转矩产生电磁转矩 感应电势感应电势EU EU EU 输输出电能出电能, ,电枢电流电枢电流Ia Ia 稳定运行稳定运行01 dtdJTTem直流电机由两大部分组成：直流电机由两大部分组成：定子(静止部分

8、静止部分)和和转子(转动部分或称转动部分或称电枢）一、定子的组成: 主磁极 换向极 电刷装置 机座定子是直流电机里的静止部分，主要由以下部分组成： 主磁极主磁极由主极铁芯和励磁绕组组成由主极铁芯和励磁绕组组成 铁芯用铁芯用11.5mm11.5mm的钢板冲片叠成，外套励磁绕组。的钢板冲片叠成，外套励磁绕组。 主磁极的作用是建立主磁场，它总是成对出现，主磁极的作用是建立主磁场，它总是成对出现，NN、S S极交替排列。极交替排列。 换向极也由铁芯和绕组组成，铁芯一般是由整块钢组成 换向极安放在相邻两主磁极之间，它的作用是改善电机的换向。电刷装置示意图 电刷装置由电刷、刷握、刷杆、压紧弹簧等组成，它的

9、作用是连接转动和静止之间的电路。n机座的作用机座的作用:1)固定主磁极等部件固定主磁极等部件2)也是磁路的组成部分也是磁路的组成部分,起导磁作用起导磁作用二、转子（电枢）的组成 电枢铁芯 电枢绕组 换向器 转轴转子是直流电机里的旋转部分，也称为电枢，主要由以下部分组成： 电枢铁芯一般用0.5mm涂过绝缘漆的硅钢片叠压而成， 作用是嵌放电枢绕组，同时它又是电机主磁路的一部分。电枢绕组 是由绝缘导线绕制成的线圈（又称绕组元件）按一定规律联接组成 每个元件两个有效边，分别嵌放在电枢铁芯表面的槽内 元件的两个出线端分别与两个换向片相连 电枢绕组的作用是产生感应电势和电磁转矩，是实现机电能量转换的枢纽。

10、换向器 换向器由许多相互绝缘的换向片组成 作用是将电枢绕组中的交流电整流成刷间的直流电或将刷间的直流电逆变成电枢绕组中的交流电。说明 在实际运行时，电机各物理量在额定值时的运行，称为额定运行。电机处于额定运行状态，具有电机处于额定运行状态，具有良好的性能，工作可靠。良好的性能，工作可靠。 当电机电流小于额定电流时的运行，称为欠载运行，电机长期欠载，效率不高，造成浪费电机长期欠载，效率不高，造成浪费； 当电机电流大于额定电流时的运行，称为过载运行，长期过载，使电机过热，降低使用寿命甚至损长期过载，使电机过热，降低使用寿命甚至损坏电机。坏电机。 额定值是选择电机的依据，应根据实际使用情况，合理选择

11、电机容量，使电机工作在额定运行状态。五、直流电机额定值五、直流电机额定值 额定功率额定功率P PN N(W/kW)(W/kW)：电机在铭牌规定的：电机在铭牌规定的额定状态下运行时电机的输出功率额定状态下运行时电机的输出功率 额定电压额定电压U UN N(V)(V)：电机出线端电压：电机出线端电压 额定电流额定电流I IN N(A)(A)：电机出线电流：电机出线电流 额定转速额定转速n nN N(r/min,r.p.m)(r/min,r.p.m)： 额定励磁电压额定励磁电压U UfNfN(V)(V)： 额定励磁电流额定励磁电流I IfNfN(A)(A)： 额定效率额定效率N N(%)(%)：（直

12、流电动机）：（直流电动机）注意: 1)额定功率指的是输出功率额定功率指的是输出功率 电动机：转轴上输出的机械功率（电动机：转轴上输出的机械功率（PN=UNINN） 发电机：电刷两端输出的电功率（发电机：电刷两端输出的电功率（ PN=UNIN ）2)对于电动机对于电动机:TN= PN/N = PN*60/(2nN) = 9.55PN/nN例题例题:Page321)一台直流电动机，已知额定功率一台直流电动机，已知额定功率PN=160KW,额定电压额定电压UN=220V,额定效率额定效率N=0.9，额定转，额定转速速nN，=1500r/min,求该电动机的输入功率、求该电动机的输入功率、额定电流和额

13、定输出转矩。额定电流和额定输出转矩。2)一台直流发电机，已知额定功率一台直流发电机，已知额定功率PN=145KW,额定电压额定电压UN=230V,额定效率额定效率N=0.9，额定转，额定转速速nN，=1450r/min,求该发电机的输入功率、求该发电机的输入功率、额定电流。额定电流。第三节第三节 基本结构基本结构 励磁绕组、主磁极励磁绕组、主磁极 电枢绕组电枢绕组一、直流电机励磁方式一、直流电机励磁方式 他励式：励磁绕组与电枢绕组无关他励式：励磁绕组与电枢绕组无关fafaIIIIII faIII 自励式：自励式： 并励：励磁绕组与电枢绕组并联并励：励磁绕组与电枢绕组并联 电动机：电动机： 发电

14、机：发电机： 串励：励磁绕组与电枢绕组串联串励：励磁绕组与电枢绕组串联 复励：兼有串励绕组和并励绕组复励：兼有串励绕组和并励绕组直流电机的励磁方式直流电机的励磁方式知识点知识点:直流电机的磁路直流电机的磁路1)主磁场可由主磁场可由永久磁铁或直流励磁绕组永久磁铁或直流励磁绕组产生产生,一一般使用后者产生主磁场般使用后者产生主磁场.2)负载运行时负载运行时,磁场由励磁绕组磁场由励磁绕组,电枢绕组以及换电枢绕组以及换向极绕组共同产生，励磁绕组起主导作用向极绕组共同产生，励磁绕组起主导作用.3）直流电机空载时，励磁绕组内有励磁电）直流电机空载时，励磁绕组内有励磁电流，电动机电枢电流很小可忽略而发电机流，电动机电枢电流很小可忽略而发电机电枢电流为零，这时电机的磁场由励磁电电枢电流为零，这时电机的磁场由励磁电流单独建立。流单独建立。空载时磁空载时磁场示意图场示意图1）主磁通：同时环绕励磁绕组和电枢绕组）主磁通：同时环绕励磁绕组和电枢绕组 漏磁通：只环绕励磁绕组漏磁通：只环绕励磁绕组2）主磁路分为五部分：气隙）主磁路分为五部分：气隙+电枢齿电枢齿+电