直流电机的工作原理

§1-1电机理论基础知识章直流电机的基础知识讲授新课一.电机：是以磁场为媒介进行机械能和电能相互转换的电磁装置。二.电机按能量转换方式分类：2.（直流）电能机械能：（直流）电动机1.机械能（直流）电能：（直流）发电机2021/5/91二、分析电机原理常用物理量及常用的基本定律

（一）常用物理量1.磁感应强度B：描述磁场强弱和磁场方向的物理量。2.磁通Φ：垂直穿过某一截面s的磁感应强度B的通量。Φ=B•S通电直导线的磁场通电螺旋管的磁场2021/5/923.磁场强度H：描述磁场强度和方向的辅助物理量。B=μ•H4.磁势F：电流产生磁势，磁势建立磁场。F=N•

I5.磁链ψ=N•Φ2021/5/93（二）常用的基本电磁定律1.全电流定律任意一个闭合回线上的总磁压，等于被这个闭合回线所包围的面内穿过的全部电流的代数和，这个规律称为全电流定律。其中,电流的正方向与闭合回路的正方向满足右手定则。dH2021/5/942.电磁感应定律电磁感应现象:当穿过闭合导体回路的磁通（不论由于什么原因）发生变化时，在导体回路中就会产生电流。闭合回路磁通变化的原因有两种：（2）ψ本身不随时间变化，线圈切割磁力线，产生动生电势。（发电机原理）(右手定则)（1）ψ随时间变化，而闭合回路的任一部分对媒质没有相对运动，产生感生电势。（变压器原理）（楞次定律)2021/5/953.电磁力定律载流导体在磁场中受到力的作用。（电动机原理）(左手定则)2021/5/96一、直流发电机的工作原理

§1-2直流电机基本工作原理一（一）简单模型简介：主磁极N，S——产生静止磁场（定子）电枢绕组——绝缘导体ab与cd构成的线圈，安放在电枢铁芯上（转子）换向器——电枢绕组的首段和末端分别连到圆弧形的铜片（换向片）上，换向片直接相互绝缘，换向片构成的整体叫换向器。换向器固定在转轴上，且与转轴相互绝缘。（转子）电刷——与换向器滑动接触，使旋转的电路与外界静止的电路相连接。（定子）212021/5/97（二）直流发电机工作原理（e=Blv,方向：右手定则）1212021/5/98（二）直流发电机工作原理（e=Blv,方向：右手定则）电压：A+B-感应电流方向：b→a,c→d121vvee2021/5/9921（二）直流发电机工作原理（e=Blv,方向：右手定则）负载ABabcd无evvn22021/5/910（二）直流发电机工作原理（e=Blv,方向：右手定则）感应电流方向：a→b,d→c电压：A+B-321vvee2021/5/911A2B1（二）直流发电机工作原理（e=Blv,方向：右手定则）abcd负载无evvn42021/5/912（二）直流发电机工作原理（e=Blv,方向：右手定则）12342121电压：A+B-感应电流方向：b→a,c→d无e无e感应电流方向：a→b,d→c电压：A+B-2021/5/913结论：1.电枢线圈中的电势方向由于电枢旋转而随时间做正负变化。2.电刷A、B间出现了一个极性不变的电动势或电压。3.换向器的作用：把直流发电机电枢线圈中交变的感应电动势，变成电刷A、B两端输出的直流电动势，这种作用称为整流。2021/5/914实际电机中，电枢上放置了许多线圈组成的电枢绕组，这些线圈均匀分布在电枢表面，并按一定规律连接起来。实践证明，若每极下线圈边数大于8时，电势脉动的幅值将可小于1%，基本是一直流电势。（多线圈）2021/5/915当电刷之间接有负载时，在电动势的作用下就在电路中产生与电动势方向相同的电流。同时载流导体在磁场中必然产生一个电磁力（f=Bli,方向：左手定则），电磁力对转轴形成电磁转矩Te，因电磁转矩与电枢旋转的方向相反，起制动作用，故称之为制动转矩。要维持发电机状态，原动机输入的机械转矩T机械必须克服电磁转矩Te，方可实现机械能转换为电能。21T机械Teeeff2021/5/916直流发电机工作的条件是：1、直流电机内部需要有磁场存在2、原动机拖动转子以n（r/min）旋转3、机械转矩大于电磁转矩直流发电机的特点是：1、将输入的机械功率转换为电功率输出2、利用换向器和电刷将电枢线圈中的交变电动势和电流整成直流电输出3、电枢线圈中电流的方向和感应电势的方向相同。4、电磁转矩起制动作用2021/5/917二、直流电动机的工作原理（f=Bli,方向：左手定则）T=f.R1n逆时针转向21iiffTe2021/5/91821二、直流电动机工作原理（f=Bli,方向：左手定则）ABabcd无Te22021/5/919二、直流电动机工作原理（f=Bli,方向：左手定则）3n逆时针转向iiffTe212021/5/920A2B1二、直流电动机工作原理（f=Bli,方向：左手定则）abcd42021/5/921二、直流电动机的工作原理（f=Bli,方向：左手定则）21iiffTeiiffTe211234电压：A+B-感应电流方向：b→a,c→d无e无e感应电流方向：a→b,d→c电压：A+B-2021/5/922结论：1.电枢线圈中的电流是随时间做正负变化。2.换向器的作用：把直流电动机两端的直流电，变成电枢线圈中的交流电，这种作用称为逆变。2021/5/923当电枢线圈旋转时，电枢线圈在导体中做切割磁感线运动，产生感应电势（e=Blv,方向：左手定则）。因感应电势的方向与输入电流的方向相反，称为反电动势。要维持电动机状态，外部输入电动势必须大于电枢内部切割运动产生的感应电动势。21iivvTeee2021/5/924直流电动机工作的条件是：1、直流电机内部需要有磁场存在2、将电机外部接入直流电源3、外部输入电动势必须大于电枢内部运动感应电动势直流电动机的特点是：1、将输入的电功率转换为机械功率输出2、利用换向器和电刷将外部的直流电逆变成内部电枢线圈中的交变电动势3、外部输入电流的方向与电枢线圈中感应电势的方向相反。4、电磁转矩起驱动作用2021/5/925e和Te对电机的作用直流发电机直流电动机e电源电动势反电动势Te制动转矩驱动转矩总结：2021/5/926引入下文：这节课我们用简单的电机模型来分析电动机和发电机的工作原理，实际生活和生产中