《电机与电气控制技术》课件-任务1 认识直流电机

直流电机的结构与运行任务一

认识直流电机（1）地铁列车每天上下学乘坐的地铁列车，启动时平稳迅速，能根据路况灵活调整速度精密机床工厂里的精密机床，能精准控制运转节奏，加工出误差极小的零件课程导入直流电机课程导入未来从事的职业可能与直流电机打交道：电气自动化专业工业设备维护电力系统设计新能源技术研发工矿、交通、建筑等行业的“动力心脏”“智能制造”“绿色出行”的重要支撑目录CONTENTS直流电机的定义//PARTONE//01直流电机的特点//PARTTWO//02直流电机的应用场合//PARTTHREE//03一、直流电机的定义实现直流电能与机械能之间相互转换的电力机械直流电机：直流发电机将机械能转变成直流电能的电机直流电动机直流发电机直流电动机将直流电能转变成机械能的电机一、直流电机的定义直流电机电行业人员的重要工作对象之一行业常见动力机械工矿行业交通行业建筑行业电气自动化专业技术人员熟悉直流电机的结构、工作原理和性能特点掌握主要参数的分析计算操作正确熟练地使用直流电机二、直流电机的特点优点缺点优良的调速性能和启动性能制造工艺复杂宽广的调速范围，平滑的无级调速特性消耗有色金属较多过载能力大，能承受频繁的冲击负载生产成本高可实现频繁的无级快速启动，制动和反转电刷与换向器之间易产生火花，可靠性较差能满足自动化生产系统各种不同的特殊运行要求维护较困难在一些对调速性能要求不高的领域中，已被交流变频调速系统所取代三、直流电机的应用场合电动机：具有良好的启动和调速性能应用于对启动和调速有较高要求的场合大型可逆制轧钢机矿井卷扬机宾馆高速电梯龙门刨床电力机车内燃机车城市电车地铁列车电动自行车造纸和印刷机械船舶机械大型精密机床大型起重机总结直流电机：支撑工矿、交通等领域发展的关键设备制造需精准工艺，应用需严谨操作契合电气行业“工匠精神”电气专业学子为投身“中国制造2025”、推动工业智能化与绿色出行打基础未来凭专业能力助力制造强国建设，践行科技报国使命总结观察身边的设备，找找直流电机的应用并分析原因课后任务知识回顾

直流电机定义与分类1

优劣势及适配场景2

广泛应用3直流电机的结构与运行任务一

认识直流电机（2）课程导入玩具车飞速行驶工厂里的传送带平稳运转思考一下这些设备里的直流电机，究竟是由哪些部分协同工作，才能实现能量转换的呢？课程导入直流电机定子转子主磁极换向磁极机座端盖电刷装置磁极铁心励磁绕组电刷刷握绝缘支架压紧力调整装置转轴换向器电枢铁心电枢绕组产生电动势，流过电流，形成电磁转矩目录CONTENTS直流电机的定子//PARTONE//01直流电机的转子//PARTTWO//02气隙的作用//PARTTHREE//03指电机静止不动的核心组成部分直流电机的定子部分一、直流电机的定子产生磁场提供机械支撑构成磁路主要功能：一、直流电机的定子（1）机座机座：外壳部分定子中的重要组成部分机座的作用01固定主磁极、换向极、端盖等部件02作为电机磁路的一部分，称为磁轭一般用铸钢制成或用厚钢板焊接而成，具有良好的导磁性能和力学强度一、直流电机的定子（2）主磁极直流电机的主磁极总是成对的，相邻主磁极的极性按N极和S极交替排列整个磁极用螺钉固定在基座上作用产生气隙磁场组成由主磁极铁心和主磁极绕组即励磁绕组构成一、直流电机的定子（2）主磁极一般由1.0~1.5mm厚的低碳钢板冲片叠压而成主磁极铁心极身极靴极靴做成弧形，以使磁极下气隙磁通较均匀极身套有由绝缘铜线绕制而成的励磁绕组❖绕组中通入直流电流时即产生磁性一、直流电机的定子（3）换向极直流电机的定子中，在两个主磁极N、S之间的小磁极换向极装在相邻两组磁极之间，用螺钉固定在机座上换向极：作用：改善换向减小火花基本结构：由铁心和套在铁心上的绕组构成换向极铁心一般用整块钢制成如果换向要求较高，则用1.0~1.5mm厚的钢板叠压而成，其绕组中流过的是电枢电流一、直流电机的定子（4）电刷装置组成电刷刷握刷杆刷杆架弹簧铜辫电刷是碳-石墨等做成的导电块，电刷装在刷握的刷盒内，用弹簧把它紧压在换向器的表面上电刷的作用01与换向器配合将转动的电枢绕组电路与外电路相连接02把电枢绕组中的交流电转变成电刷两端的直流电03把电源的直流电转变成电枢绕组中的交流电二、直流电机的转子转子部分电机的旋转核心组件电枢铁心电枢绕组换向器转轴转轴核心功能实现能量转换：在电动机中将电能转化为机械能，在发电机中将机械能转化为电能二、直流电机的转子（1）电枢铁心构成电机磁路的一部分嵌放电枢绕组一般用0.5mm厚两边涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成，以减小电枢旋转时产生的涡流和磁滞损耗外圆周开有许多均匀分布的槽，嵌放电枢绕组，电枢铁心固定在转轴或转子支架上二、直流电机的转子（2）电枢绕组组成由许多绝缘导线绕制的线圈组成各线圈分别嵌放在不同的电枢铁心槽中，电枢绕组每个线圈的两个端头接在不同的换向片上，按一定的规律构成闭合回路作用产生感应电动势和电磁转矩

实现机、电能量转换电枢绕组是电机的核心部件二、直流电机的转子（3）换向器01换向器与电刷配合在发电机中将电枢绕组中的交流电转换为电刷间的直流电，起整流作用02在电动机中将电源的直流电转换为电枢绕组中的交流电，保持电磁转矩的方向不变组成换向器是由许多带有燕尾槽的楔形铜片组成的一个圆筒铜片之间用云母片绝缘，由套筒、云母片和螺母紧固成一个整体中小型直流电机中常用金属套筒式换向器，容量小的采用塑料换向器二、直流电机的转子（4）转轴小容量直流电机电枢铁心装在转轴上大容量直流电机轴上装有金属支架，电枢铁心装于支架轴上装有风扇，以加强对电机的冷却主要功能固定电枢铁心1传递机械转矩2三、气隙的作用电机定子和转子之间的空隙是电机磁路的重要组成部分气隙定义在小容量电机中气隙为0.5~3mm，气隙数值虽小，磁阻却很大是电机磁路中的主要组成部分主要功能构成磁路总结思想升华工匠精神机座选材兼顾导磁与强度，电枢铁心叠压减损耗，体现我国制造业精益求精的工匠精神分工协作定子转子协同、电刷换向器配合，彰显“分工协作”理念，如同社会各岗位各司其职、共促发展双碳目标优化设计降耗的思路，与“双碳”目标呼应，引导我们以专业助力绿色发展，为工业强国贡献力量直流电机的结构与运行任务一

认识直流电机（3）01直流电机的“身体构造”02定子、转子和气隙各自的组成与功能课程导入知识回顾这些零件组装好后，电机要靠什么产生驱动运转的磁场？没有磁场，转子可就无法实现能量转换，电机也只能是一堆静止的金属部件励磁方式供给励磁绕组电流的方式称为励磁方式直流电机按励磁方式的不同分类：他励自励自励电机按励磁绕组与电枢绕组的连接方式不同分类：并励串励复励励磁方式(1)他励直流电机直流电机的励磁绕组与电枢绕组无电路上的联系励磁电流If由一个独立的其他直流电源提供与电枢电流Ia无关I=Ia(2)并励直流电机励磁绕组与电枢绕组并联在发电机中：励磁电流由发电机自身提供在电动机中：励磁绕组与电枢绕组并接于同一外加直流电源发电机满足Ia=I+If电动机满足Ia=I-If励磁方式(3)串励直流电机

励磁绕组与电枢绕组串联在发电机中：励磁电流由发电机自身提供在电动机中：励磁绕组与电枢绕组串接于统一外加直流电源

满足:I=Ia=If(4)复励直流电机

电机有两个励磁绕组，一个与电枢绕组串联，一个与电枢绕组并联总结从独立控制参数到结合技术优势：每一种设计都对应着具体的需求场景就像我国的发展制定差异化发展策略，实现整体高质量发展希望大家课后能梳理今天的知识点，对比四种励磁方式的异同思考：生活中哪些设备可能采用了这些励磁方式？直流电机的结构与运行任务一

认识直流电机（4）课程导入直流电机：知识回顾基本特点广泛用途精密结构适配场景思考一下这台由众多部件组成的机器，究竟是如何像定义中说的那样，实现电能与机械能的高效转换呢？目录CONTENTS直流发电机的工作原理//PARTONE//01直流电动机的工作原理//PARTTWO//02一、直流发电机的工作原理主磁极：N，S——产生静止磁场（定子）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）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：换向片构成的整体叫换向器，固定在转轴上，且与转轴相互绝缘。（转子）

一、直流发电机的工作原理绕组元件ab、cd的两端a和d分别与两片相互绝缘的半圆形铜片换向器相接1通过电刷A、B与外电路相连2工作原理图直流发电机的主要部件构成定子上有两个磁极N和S，它们建立恒定磁场两磁极中间是装在转子上的电枢绕组一、直流发电机的工作原理（1）线圈旋转与感应电动势产生电枢逆时针方向旋转线圈两个有效边ab和cd将切割磁场磁力线产生感应电动势方向按右手定则确定在S极下由d→c，在N极下由b→aA+B-灯泡点亮负载电流方向由A→B一、直流发电机的工作原理（2）线圈转过90°：感应电动势为零电枢逆时针方向旋转90°：线圈ab和cd与磁力线平行不切割磁力线感应电动势为零，灯泡不亮虽然两电刷同时与两铜片相接，把线圈短路，但线圈中无电动势和电流电枢逆时针方向转过180°电动势方向改变，S级下a→b，N级下c→d电刷A和电刷B所接触的铜片互换，电刷A为正极，电刷B为负极，输出电流方向不变，右手定则确定方向一、直流发电机的工作原理（3）线圈转过180°：电流方向保持不变线圈两个有效边ab和cd切割磁场磁力线产生感应电动势电压A+B-，灯泡点亮一、直流发电机的工作原理（4）线圈转过270°：与90°

状态一致电枢逆时针方向旋转270°线圈ab和cd与磁力线平行不产生感应电动势灯泡不亮一、直流发电机的工作原理01电枢线圈中的产生的电动势e是交变的02电刷A、B间出现了一个极性不变的电动势或电压eAB03电刷和换向器的作用是：整流总结一、直流发电机的工作原理直流电发电机原动机带动线圈每转过一对磁极，其两个有效边中的电动势方向就改变一次两电刷间电动势方向不变，电动势在零和最大值间变化电动势方向不变，但大小波动很大

电动势没有实用价值要减小电动势的波动程度使用的电机在电枢圆周表面装有较多数量互相串联的线圈和相应的铜片数换向后合成电动势的波动程度减小实际发电机的线圈数较多，所以电动势波动很小，可认为是恒定不变的直流电动势通过电刷和换向器的作用在电刷两端输出方向不变的直流电动势原动机带动直流发电机电枢旋转时在电枢绕组中产生方向交变的感应电动势一、直流发电机的工作原理二、直流电动机的工作原理直流电动机在机械构造上与直流发电机完全相同此时，电枢不用外力驱动，而是把电刷A、B接到直流电源上01假定电流从电刷A流入线圈，沿a→b→c→d方向从电刷B流出02载流线圈在磁场中将受到电磁力的作用，其方向按左手定则确定二、直流电动机的工作原理（1）线圈受力与电枢旋转ab边由于受到向左的力，cd边受到向右的力形成电磁转矩，使电枢逆时针方向转动左手定则：当电枢转过90度时线圈运动方向平行于磁力线方向因此虽无电流和力矩，但在惯性的作用下继续逆时针旋转二、直流电动机的工作原理（2）线圈转过180