（中职）电机与驱动技术项目5 直流电机电子课件

1、正版可修改PPT课件（中职）电机与驱动技术项目5 直流电机电子课件项目五 直流电机电机与驱动技术掌握直流电动机的结构与工作原理1了解直流电动机的磁场情况2学习目标掌握直流电动机的机械特性3掌握直流电动机的启动、制动和调速方法4厚德 | 博学 | 笃行 | 乐业5.1 直流电机工作原理与结构U+NS电刷换向片IIabcdAB直流电源电 刷换向器线 圈5.1.1 直流电机工作原理厚德 | 博学 | 笃行 | 乐业FFU+NS电刷换向片IIabcdEEAB导体受力的方向用左手定则确定。这一对电磁力形成了作用于电枢一个力矩，这个力矩在旋转电机里称为电磁转矩，转矩的方向是逆时针方向，使电枢逆时针方向转动

2、。5.1 直流电机工作原理与结构5.1.1 直流电机工作原理厚德 | 博学 | 笃行 | 乐业FFU+NS电刷换向片IIEEabcdAB注意：换向片和电源固定联接，线圈无论怎样转动，总是上半边的电流向里，下半边的电流向外。电刷压在换向片上。!5.1 直流电机工作原理与结构5.1.1 直流电机工作原理厚德 | 博学 | 笃行 | 乐业电能机械能直流电动机直流发电机在电机理论中，一台电机既能做电动机运行又能做发电机运行的原理称为可逆性原理。5.1 直流电机工作原理与结构5.1.1 直流电机工作原理厚德 | 博学 | 笃行 | 乐业直流电机的结构 5.1 直流电机工作原理与结构5.1.2 直流电机的

3、结构 一、定子部分厚德 | 博学 | 笃行 | 乐业直流电机定子部分主要由主磁极、机座、换向极和电刷装置等组成。（1）主磁极主磁极铁芯极靴励磁绕组绕组绝缘机座螺杆5.1 直流电机工作原理与结构5.1.2 直流电机的结构（2）换向极换向极铁芯换向极绕组厚德 | 博学 | 笃行 | 乐业（4）电刷装置铜丝辫压紧弹簧 3 电刷 4 刷盒 一、定子部分5.1 直流电机工作原理与结构5.1.2 直流电机的结构（3）机座 机座的作用：1、起磁路作用2、起支撑作用厚德 | 博学 | 笃行 | 乐业直流电机转子部分主要由电枢铁心和电枢绕组、换向器、转轴和风扇等组成。直流电机的电枢1转轴； 2轴承；3换向器；

4、4电枢铁心；5电枢绕组； 6风扇；7轴承 二、转子部分5.1 直流电机工作原理与结构5.1.2 直流电机的结构厚德 | 博学 | 笃行 | 乐业并励直流电机他励直流电机串励直流电机复励直流电机根据励磁方式的不同直流电机可分为5.1 直流电机工作原理与结构5.1.3 直流电机励磁方式厚德 | 博学 | 笃行 | 乐业直流电机的励磁方式5.1 直流电机工作原理与结构5.1.3 直流电机励磁方式厚德 | 博学 | 笃行 | 乐业5.1 直流电机工作原理与结构5.1.4 直流电机的名牌数据直流电机和交流电机一样将铭牌安装在电机机座上面，铭牌上标注了电机的产品数据和额定数据。主要包括产品型号、额定电压、

5、额定电流、额定转速、绝缘等级、防护等级、工作制、厂商和生产时期等。1、额定电压UN2、额定电流IN3、额定功率PN4、额定转速nN5、额定励磁电流IfN厚德 | 博学 | 笃行 | 乐业5.1 直流电机工作原理与结构5.1.4 直流电机的名牌数据厚德 | 博学 | 笃行 | 乐业5.2 直流电机磁场分析5.2.1 直流电机空载时的气隙磁场直流电机在空载时，电枢绕组和换向极绕组等不通电，只有主磁极的励磁绕组流过的励磁电流，这种情况称为电机空载运行，这时的磁场为空载磁场，又称为励磁磁场。厚德 | 博学 | 笃行 | 乐业5.2 直流电机磁场分析5.2.1 直流电机空载时的气隙磁场直流电机在结构上极

6、靴下的气隙小极靴外的气隙大，在极靴下气隙在磁极轴线处最小而极尖处气隙较大。因此，气隙中的磁感应强度并不是均匀分布，在磁极轴线附近最大，向极尖方向逐渐减小，在极靴外快速减小到0，所得到的空载磁感应强度Ba。厚德 | 博学 | 笃行 | 乐业5.2 直流电机磁场分析5.2.2 直流电机负载时的气隙磁场不考虑主磁极产生的励磁磁场，也就是相当于励磁绕组不通电，只有电枢绕组通电时气隙磁场。设电刷为于几何中心，将电机沿气隙展开，规定磁感应强度为进入定子的方向为正，离开定子的方向为负，得出电枢磁场磁感应强度。厚德 | 博学 | 笃行 | 乐业5.2 直流电机磁场分析5.2.2 直流电机负载时的气隙磁场假设直

7、流电机磁路不饱和，应用叠加定理，将只由励磁绕组产生的空载磁场和只由电枢绕组产生的电枢磁场相叠加厚德 | 博学 | 笃行 | 乐业5.2 直流电机磁场分析5.2.2 直流电机负载时的气隙磁场电枢反应的特点是：1、气隙磁场畸变直流电机在电动机状态时前极尖处磁场被加强，后极尖的磁场被削弱；在发电机状态时前极尖处磁场被削弱，后极尖的磁场被加强。2、物理中性线移动气隙中磁感应强度为0的连线（磁场分界线）称为物理中性线。直流电机空载时，物理中性线和几何中性线（电刷轴线，也是电流分界线）重合。在负载时受电枢反应影响，物理中性线发生转动度，在电动机状态为逆时针方向转动，在发电机状态为顺时针方向转动。3、去磁现

8、象当磁路不饱和时，满足叠加定理，合成磁场的磁通与励磁磁场磁通相等，也就是电枢反应只改变磁场形状，不改变有效磁通。当磁路饱和时，就不满足叠加定理，在极尖处，出现去磁现象，如图513（b）中阴影所示，磁通量减小。4、换向难度增大合成磁场每一处的磁感应强度都不一样，电枢绕组中各元件的电动势各不相同，所以换向片间的电压也不相同，使换向难度增大。厚德 | 博学 | 笃行 | 乐业5.3 直流电动机的电枢电动势、电磁转矩与电磁功率5.3.1直流电动机的电枢电动势 直流电动机旋转时，电枢绕组切割磁感线产生感应电动势，从一对正负电刷上引出的直流电动势称为电枢电动势，用Ea表示。 根据电磁感应定律，每个导体中的

9、平均感应电动势为主磁极下气隙平均磁感应强度为厚德 | 博学 | 笃行 | 乐业5.3 直流电动机的电枢电动势、电磁转矩与电磁功率5.3.1直流电动机的电枢电动势 直流电动机旋转时，电枢绕组切割磁感线产生感应电动势，从一对正负电刷上引出的直流电动势称为电枢电动势，用Ea表示。 根据电磁感应定律，每个导体中的平均感应电动势为主磁极下气隙平均磁感应强度为厚德 | 博学 | 笃行 | 乐业5.3 直流电动机的电枢电动势、电磁转矩与电磁功率5.3.1直流电动机的电枢电动势线速度v的为平均感应电动势以切割的总磁通量有关，与气隙磁感应强度的分布波形无关。电枢电动势为电动势常数Ce与电机的结构有关，当电机制造

10、完成后其不再变化。厚德 | 博学 | 笃行 | 乐业5.3 直流电动机的电枢电动势、电磁转矩与电磁功率5.3.2 直流电动机的电磁转矩一根导体在磁场中的电磁力为一根导体的电磁转矩为总的电磁转矩为厚德 | 博学 | 笃行 | 乐业5.3 直流电动机的电枢电动势、电磁转矩与电磁功率5.3.2 直流电动机的电磁转矩电磁转矩大小正比于每极磁通量和电枢电流。转矩常数CT和电动势常数Ce一样，都是以电机的结构有关，电机制造好后其不变化。对于一台直流电动机，CT和Ce之间有固定关系为厚德 | 博学 | 笃行 | 乐业5.3 直流电动机的电枢电动势、电磁转矩与电磁功率5.3.3 直流电动机的电磁功率直流电动机

11、的电枢电动势Ea与电枢电流Ia的乘积称为电磁功率，用PM表示。电磁功率即可以看成电功率，又可看成机械功率。本质上讲电磁功率是电机电能与机械能相互转换的那一部分功率。厚德 | 博学 | 笃行 | 乐业5.3 直流电动机的电枢电动势、电磁转矩与电磁功率5.3.4 直流电动机平衡方程式电枢电动势Ea为反电动势，其正方向与电枢电流Ia方向相反；电磁转矩Tem为驱动转矩，其正方向与转速n方向相同；机械负载转矩T2和空载转矩T0均为制动转矩，其正方向与转速n方向相反。厚德 | 博学 | 笃行 | 乐业5.3 直流电动机的电枢电动势、电磁转矩与电磁功率5.3.4 直流电动机平衡方程式一、电动势平衡方程由基尔

12、霍夫定律可得电枢回路的电动势平衡方程为励磁回路电动势二、转矩平衡方程式厚德 | 博学 | 笃行 | 乐业5.3 直流电动机的电枢电动势、电磁转矩与电磁功率5.3.4 直流电动机平衡方程式三、功率平衡方程式直流电动机在运行时不可能将输入的电源全部转换为机械能输出，会产生如下几种损耗：1、铜损耗PCu 2、铁损耗PFe 3、机械损耗Pm 4、附加损耗Pad将铁损耗PFe、机械损耗Pm和附加损耗Pad为空载损耗P0，表达式为直流电动机的总损耗为P，表达式为直流电动机的输入功率为P1，输出机械功率为P2，可以列出功率平衡方程式为直流电动机效率表达式为厚德 | 博学 | 笃行 | 乐业5.4 他励直流电

13、动机的工作特性和机械特性5.4.1 他励直流电动机工作特性直流电动机的工作特性是指，电动机在电枢电压为额定电压UN、励磁电流为额定励磁电流IfN、电枢回路的调节电阻Rf=0时，电动机的转速n、电磁转矩Tem、效率与电枢电流Ia的关系厚德 | 博学 | 笃行 | 乐业5.4 他励直流电动机的工作特性和机械特性5.4.1 他励直流电动机工作特性厚德 | 博学 | 笃行 | 乐业5.4 他励直流电动机的工作特性和机械特性5.4.1 他励直流电动机工作特性厚德 | 博学 | 笃行 | 乐业5.4 他励直流电动机的工作特性和机械特性5.4.2 他励直流电动机的机械特性他励直流电动机机械特性是指，电动机的

14、电枢电压、励磁电流、电枢回路电阻不变，电动机平稳运行时，转速n与电磁转矩Tem之间的关系，用曲线n=f(Tem)。厚德 | 博学 | 笃行 | 乐业5.4 他励直流电动机的工作特性和机械特性5.4.2 他励直流电动机的机械特性厚德 | 博学 | 笃行 | 乐业5.4 他励直流电动机的工作特性和机械特性5.4.2 他励直流电动机的机械特性厚德 | 博学 | 笃行 | 乐业5.4 他励直流电动机的工作特性和机械特性5.4.3 他励直流电动机的人为机械特性将直流电动机的人为的改变电枢电压、电枢回路串入电阻和减小励磁磁通而得到的机械特性是人为机械特性。一、电枢回路串入电阻厚德 | 博学 | 笃行 |

15、乐业5.4 他励直流电动机的工作特性和机械特性5.4.3 他励直流电动机的人为机械特性厚德 | 博学 | 笃行 | 乐业5.4 他励直流电动机的工作特性和机械特性5.4.3 他励直流电动机的人为机械特性厚德 | 博学 | 笃行 | 乐业5.5 他励直流电动机的启动和反转直流电动机的启动要求：1、启动电流Ist不能太大，控制在额定电流的1.52倍。2、启动转矩Tst足够大，能带动重负载，并且有良好的加速。3、启动过程的能量损耗和发热量小。4、启动设备简单可靠。厚德 | 博学 | 笃行 | 乐业5.5 他励直流电动机的启动和反转5.5.1 他励直流电动机降压启动启动前调整电动机励磁磁通，启动时降低

16、电枢电压，保证启动转矩Tst大于负载转矩TL。随着电动机转速的逐步升高，电枢感应电动势Ea也增大，再逐步增加电枢电压。降压启动即能有效的降低启动电流，又能保证启动转矩在一定数值上，电动机有一定加速度。降压启动的优点在于，启动过程平稳、可控性、能量损耗小，所以被广泛使用；不足之处就是需要专用的可调压电源，设备投入资金多。厚德 | 博学 | 笃行 | 乐业5.5 他励直流电动机的启动和反转5.5.2 他励直流电动机串电阻启动直流电动机在额定电压下启动时，电枢回路串入多级电阻，随着电动机转速逐步升高，有序的切除电阻，在启动完成后所有电阻全部切除，电动机正常运行。厚德 | 博学 | 笃行 | 乐业5.

17、5 他励直流电动机的启动和反转5.5.3 直流电动机的反转直流电动机有拖动负载运行，有时要求反转运行，即需要改变电动机产生的电磁转矩的方向。根据直流电动机原理，电磁转矩的方向由主极磁通和电枢电流的方向决定的，所以改变电动机转向的方法有两种：1、是改变励磁电流的方向，将励磁绕组反接；2、是改变电枢电流的方向，将电枢绕组反接。如果同时改变励磁电流和电枢电流的方向，则直流电动机的转向不变。厚德 | 博学 | 笃行 | 乐业5.6 他励直流电动机的制动概念：电气制动是指电机运行时，当电磁转矩与转矩的方向相反时的工作状态。根据运行电路和能量传递的不同特点，以及外部所提供条件不同，制动分为:1.2.3.能

18、耗制动反接制动回馈制动厚德 | 博学 | 笃行 | 乐业 1.能耗制动的原理与方法原理：制动运行时，电机靠生产机械的惯性力的拖动而发电，将生产机械储存的动能转换成电能，消耗在电阻上，直到电机停止转动。过程：将开关S投向制动电阻RB上即实现制动。5.6 他励直流电动机的制动5.6.1 能耗制动厚德 | 博学 | 笃行 | 乐业 2.能耗制动的机械特性电动机为制动状态，电动机靠生产机械惯性力的拖动而发电（作发电机运行），动能转换为电能并消耗在电阻Ra +RB上，直到电动机停止转动为止。他励直流电动机能耗制动的机械特性图运行制动开始5.6 他励直流电动机的制动5.6.1 能耗制动厚德 | 博学 |

19、笃行 | 乐业 2.能耗制动的机械特性1）电动机拖动反抗性负载当工作点B下降到O点时，Tem =0，n=0，电动机停止转动，机械特性为BO段。2）电动机拖动位能性负载当Tem=TL时，电动机稳定运行于曲线2上的C点，机械特性曲线为虚线OC段。他励直流电动机能耗制动的机械特性图运行制动开始5.6 他励直流电动机的制动5.6.1 能耗制动厚德 | 博学 | 笃行 | 乐业 2.能耗制动的机械特性3）能耗电阻大小影响能耗电阻越大，机械特性曲线斜率越大，制动转矩越小，制动过程越缓慢。能耗电阻越小，机械特性曲线斜率越小，制动转矩越大，制动过程越快。4）能耗电阻满足条件5.6 他励直流电动机的制动5.6.

20、1 能耗制动厚德 | 博学 | 笃行 | 乐业原理：电压反接制动是将正在正向运行的他励直流电动机电枢回路的电压突然反接，电枢电流 也将反向，主磁通不变，则电磁转矩反向，产生制动转矩。过程：正常运行时，触头KM闭合，KM1断开。制动时，触头KM断开，KM1闭合，电源电压反接，电枢回路串入制动电阻Rb，处于制动状态。电源反接制动电路原理5.6 他励直流电动机的制动5.6.2 反接制动厚德 | 博学 | 笃行 | 乐业电源反接制动时的机械特性是一条通过点（0，n0）的直线。图中线段BC表示实际的制动过程，到达C点时电动机停止转动，此时必须立刻断开电源，必要时应使用机械抱闸使电动机停车，否则电动机将反

21、转。运行制动开始电源反接制动的机械特性停止5.6 他励直流电动机的制动5.6.2 反接制动厚德 | 博学 | 笃行 | 乐业原理：回馈制动是指电动机工作过程中，在外部条件作用下会出现实际转速大于理想空载转速的情况。此时，电枢电动势 EaUN，电枢电流Ia0，Tem0，电磁转矩由驱动转矩变为制动转矩，电动机作为发电机运行，将机械能转换成电能回馈给电网，也称为再生发电制动。回馈制动的机械特性5.6 他励直流电动机的制动5.6.3 回馈制动厚德 | 博学 | 笃行 | 乐业优点：1、设备简单。2、操作方便。缺点：1、调速范围小。2、调速方法不太经济。5.7 他励直流电动机的调速5.7.1 电枢回路串电阻调速厚德 | 博学 | 笃行 | 乐业优点：1、平滑调节，无级调速。2、斜率不变。3、无论轻载重载，调速范围相同。4、电能损耗小。缺点：设备多、投资大。5.7 他励直流电动机的调速5.7.2 降低电枢电压调速厚德 | 博学 | 笃行 | 乐业优点：1、操作方便。 2、电能损耗小。3、设备简单。 4、平滑调节。缺点：1、机械特性变软。2、受到电机换向限制，速度调节范围不大。5.7 他励直流电动机的调速5.