电机与拖动基础课件

1、1.主编：副主编：主编：电机与驱动基础，徐理论，2，0徐理论，目录，3。电能是现代能源中使用最广泛的二次能源，其生产、转换、传输、分配、使用和控制方便、经济，电能的生产、转换和使用离不开电动机。电机是利用电磁感应定律和电磁力定律来转换或转换能量或信号的电磁机械装置。汽车在国民经济的各个领域都发挥着重要的作用。在电力工业中，产生电能的发电机和转换、传输和分配电能的变压器是发电站和变电站的主要设备。在工业企业中，人们利用电动机将电能转化为机械能来驱动各种生产机器，以满足生产过程的要求。在运输行业，需要大量的牵引电机。农业机械如电灌排水、播种和收获等需要不同规格的电动机。在各种各样的家用电器中，具有

2、不同功能的低功率电机也是必不可少的。0.1电动机和电驱动技术在国民经济中的作用，4、用电动机作为原动机来驱动生产机械的系统称为电驱动系统。电气传动是机电设备的重要组成部分。除了少数由气动或液压驱动的生产机械外，大部分都由电力驱动，这有一系列优点：(1)电能远距离传输简单经济，分配简单，检测方便；(2)电驱动比其他形式的驱动更有效，电机和从动机械之间的连接简单方便；(3)电机有多种类型，具有多种特性，可以满足不同生产机器的需要。电传动的启动、制动和调速控制简单快捷，调节性能好；(4)可实现远程控制和自动调节，进而实现生产过程的自动化。0.1电机和电力驱动技术在国民经济中的作用5。现代能源的主要形

3、式是电能，它与电能密切相关，广泛应用于社会生产的各个部门和社会生活的各个方面。电机的种类很多，根据其功能和用途可分为变压器、DC电机、交流电机和控制电机，如图0.1所示。无论哪种电机，都需要利用磁场作为其耦合场，通过电磁感应实现能量转换。为了在一定的励磁电流下产生强磁场，电机的磁路由具有良好磁导率的铁磁材料制成。图0.1电机分类，0.2电机类型和材料，6.0.2电机类型和材料，7.0.2电机类型和材料，8。本课程是电气自动化、电气技术和机电一体化的专业基础课。“电机与驱动基础”是“电气工程”和“电气驱动技术基础”的有机结合。本课程以电工基础课程为基础，讲授DC电机、变压器和交流电机的基本理论以

4、及电气传动的基本原理，以满足以下要求：(1)熟悉DC电机、变压器和三相异步电机的基本结构，掌握其工作原理。(2)掌握DC电机和三相异步电机的机械特性和各种运行状态的基本理论。(3)掌握DC电机和三相异步电机启动、制动和调速的电驱动的基本原理和计算方法。(4)掌握电机及电气传动实验的基本方法和技巧。0.3本课程的主要内容、任务和学习方法。电机与拖动基础不仅是一门技术基础课，也是一门专业课，它不仅具有理论分析与推导、磁场抽象描述的功能，而且运用基础理论分析有机、电、磁综合的复杂工程实际问题，是学习这门课程的难点。学习时应注意以下几点：(1)牢牢把握基本概念、基本原则和主要特征。(2)乐(3)理论联

5、系实际，注重实验和训练。(4)课前预习，课后及时复习，选择适当的思维问题和练习作为作业，巩固理论知识，提高理解和操作能力。0.3本课程的主要内容、任务和学习方法，10。主编：李清武，刘子林，副主编：张志光，王宏宇，首席法官：李梅芳，汽车与驾驶基金会，1 DC汽车，11，1 DC汽车，目录，12。【知识目标】掌握DC电机的基本结构，DC发电机和DC电机的基本原理，DC电机的励磁方式和磁场分布，DC电机【能力目标】学习DC电机的拆卸和接线方法；计算DC电机的电枢电动势和电磁转矩；掌握DC电机的运行特性。1.1电机的工作原理和结构，13。DC电机可分为两类：DC发电机和DC电机。将机械能转化为电能的

6、DC发动机是DC发电机，将电能转化为机械能的DC发动机是DC发动机。DC电机调速性能好，起动转矩大，过载能力强，一般用于起动和调速要求高的场合。另外，DC电机的缺点是结构复杂、成本高、维护困难。1.1、DC电机的工作原理和结构，以及14。图1.1显示了DC发电机的工作原理模型。在图1.1中，n和s是一对固定磁极，称为DC电机的定子。Abcd是固定在可旋转铁筒上的线圈，线圈和铁筒是DC电机的可旋转部件，被称为DC电机的转子(或电枢)。线圈的a端和d端连接到两个导电片上，这两个导电片相互绝缘并可随线圈一起转动，这两个导电片称为换向片。转子线圈和外部电路之间的连接是通过放置在换向器片上的固定电刷实现

7、的。定子和转子之间有一个间隙，称为气隙。图1.1发电机工作原理模型在DC发电机模型中，当原动机驱动转子以一定速度逆时针旋转时，根据电磁感应定律，线圈abcd中会产生感应电动势。1.1.1电路组成，1.1 DC电机的工作原理和结构，15，图1.1 DC发电机的工作原理模型，1.1 DC电机的工作原理和结构，16，导体中感应电动势的方向可用右手定则确定。逆时针旋转时，导体ab感应电动势的极性在A点为高电位，在B点为低电位；导体cd在S极下，感应电动势的极性在C点为高电位，在d点为低电位。在这种状态下，电刷A的极性为正，电刷B的极性为负。线圈旋转180后，导体ab在S极下，导体cd在N极下。这时，导

8、体中感应电动势的方向已经改变。然而，由于与电刷A接触的换向器已经与电刷B接触，与电刷B接触的换向器同时变为与电刷A接触，因此电刷A的极性仍然是正的，而电刷B的极性仍然是负的。1.1电机的工作原理和结构17。从图1.1可以看出，接触电刷a的导体总是在n极之下，接触电刷b的导体总是在s极之下，所以电刷a的极性总是正的，而电刷b的极性总是负的，这使得电刷获得DC电动势。根据具体应用条件，实际DC发电机的电枢需要具有多个线圈。线圈分布在电枢表面的不同位置，并按照一定的规则连接，形成DC电机的电枢绕组。磁极也根据需要多对交替排列。1.1 DC电机的工作原理和结构，18，1 . 1 . 2 DC电机的工作

9、原理，图1.2，1.1 DC电机的工作原理和结构，19，图1.2电机的型号，1.1 DC电机的工作原理和结构，20。导体的应力方向由左手定则决定。在第一种情况下，导体ab在N极下的应力方向是从右向左，而导体cd在S极下的应力方向是从左向右。电磁力当电磁转矩大于电阻转矩时，线圈逆时针旋转。当电枢旋转到第二位置时，原来位于S极下面的导体cd变成N极，其应力方向从右向左变化。然而，原本位于北极下的导体ab转到南极下，导体ab的应力方向从左向右变化。扭矩的方向仍然是逆时针的，线圈在扭矩的作用下继续逆时针旋转。这样，尽管在导体中流动的电流是交变的，但是在N极下的导体的应力方向和在S极下的导体的应力方向没

10、有改变，并且电机在恒定扭矩的作用下沿该方向旋转。1.1电机21的工作原理和结构。像DC发电机一样，实际DC电动机的电枢不是单个线圈，磁极也不是一对。从上面的分析可以看出，任何电动机都可以作为发电机或电动机运行，这就是所谓的电动机可逆原理。电机的可逆原理不仅适用于DC电机，也适用于交流电机。电机的实际运行模式由外部条件决定。如果电动机的转子输入机械能，电枢绕组输出电能，电动机就像发电机一样运行；如果电能输入电枢绕组，机械能由转子输出，则电机作为电机运行。1.1 DC电机的工作原理和结构及22。DC马达和DC发电机的结构基本相同，即它们都有一个可旋转部分和一个固定部分。旋转部分称为转子，静止部分称

11、为定子，定子和转子之间有气隙。小型DC电机的结构如图1.3所示，其截面结构如图1.4所示。(1)定子的作用是产生磁场，形成电磁磁路，并在机械上支撑整个电机。定子由磁极、底座、换向器极、电刷装置、端盖和轴承组成，如图1.3所示。1 . 1 . 3 DC电机的结构，1.1 DC电机的工作原理和结构，23图1.3小DC电机的结构，1.1 DC电机的工作原理和结构，24图1.4小DC电机1电枢绕组的截面结构；2电枢铁芯；3帧；4主磁极铁芯；5励磁绕组；6换向绕组；7换向极芯；8个主磁极靴；9底座，1.1电机的工作原理和结构，25。主磁极主磁极用于在定子和转子之间的气隙中建立磁场。主磁极由主磁极铁芯和放

12、置在铁芯上的励磁绕组组成。主磁极铁芯分为两部分：极身和极靴。极靴的作用是使气隙磁通密度的空间分布均匀，降低气隙磁阻。同时，极靴还对励磁绕组起到支撑作用。为了减少涡流损耗，主磁极铁芯用1.01.5毫米厚的低碳钢板冲压成一定形状，用铆钉铆紧，然后固定在机架上。主磁极上的线圈用来产生主磁通量，称为励磁绕组。主磁极结构如图1.5所示。1.1电机的工作原理和结构，26，图1.5电机主磁极结构1框架；2主磁极铁芯；3励磁绕组，1.1电机的工作原理和结构，27。DC电机的机座有两种形式，一种是整体机座，另一种是叠片机座。整个框架由导磁性能更好的铸钢材料制成，这种框架可以同时起到导磁和机械支撑的作用。因为框架

13、具有导磁功能，所以框架是主磁路的一部分，称为定子磁轭。主磁极、换向磁极和端盖都固定在机架上，因此机架起支撑作用。通用DC电机采用整体框架。叠片机座用薄钢板叠片成定子磁轭，然后将定子磁轭固定在具有特殊支撑功能的机座中，使定子磁轭和机座分离，机座只有支撑功能，可以用普通钢板制成。叠片结构主要用于主磁通变化快、调速范围大的场合。1.1电机的工作原理和结构，28，通讯器的结构换向器铁芯可由全钢制成，也可根据需要堆叠1.01.5毫米厚的钢板。所有的整流子线圈都称为串联整流子绕组，整流子绕组与电枢绕组串联。换向极绕组的数量通常与主极的数量相同，但是在低功率的DC电机中，只安装了主极数量的一半或者没有安装换

14、向极。换向极的极性根据换向要求确定。1.1 DC电机的工作原理和结构29。电刷装置的作用是通过电刷与旋转换向器表面的滑动接触将旋转电枢绕组与外部电路连接起来，并与换向器配合起整流或逆变的作用。电刷装置一般由电刷、电刷架、电刷架和压缩弹簧组成，其结构如图1.7所示。端盖电机中的端盖主要起支撑作用。端盖固定在底座上，底座上放置一个轴承来支撑DC电机的转轴，使DC电机可以转动。1.1、DC电机的工作原理和结构，30、图1.6电机的换向极结构1换向极芯；2换向器绕组，图1.7电刷结构1电刷握；2把刷子；3压缩弹簧；4铜编织物，1.1电机的工作原理和结构，31，(2)转子部分转子，又称电枢，是电机的转动

15、部分，用来产生感应电动势和电磁转矩，从而实现机电能量转换的关键部分。它包括电枢铁芯、换向器、电机轴、电枢绕组、轴承和风扇。电枢铁芯电枢铁芯是主磁路的一部分，用于嵌入电枢绕组。当电机旋转时，为了减少电枢铁芯中磁通量变化引起的磁滞损耗和涡流损耗，电枢铁芯上堆叠有涂有绝缘漆的0.5毫米厚的硅钢片。电枢铁芯冲片上冲压有电枢槽、轴孔和通风孔，用于放置电枢绕组。小型DC电机的电枢板形状如图1.8所示。电枢绕组电枢绕组是用绝缘铜线绕制的线圈，它按照一定的规则放置在电枢铁芯的槽内，并与换向器相连。电枢绕组是DC电机的重要组成部分。电机工作时，线圈中产生感应电动势和电磁转矩，实现机电能量的转换。1.1电机的工作

16、原理和结构，32，图1.8电枢板形状1齿；2个插槽；3轴向通风孔，1.1电机的工作原理和结构，33。换向器也叫换向器。对于发电机来说，换向器的作用是将电枢绕组中的交变电动势转换成DC电动势，并向外输出DC电压；对于电机，它在绕组中将外部提供的直流电转换成交流电，使电机旋转。换向器如图1.9所示。换向器由换向器片组成，是DC电机的关键部件和最薄弱的部分。换向器由铜或铜合金制成，具有良好的导电性、高硬度和良好的耐磨性。换向器片的底部做成燕尾形，嵌在带云母绝缘的V形钢圈内，拼接成圆柱体套在钢套上。厚度为0.61.2毫米的云母段用作两个相邻换向器片之间的绝缘，最后用螺纹压环压紧。换向器固定在转轴的一端

17、。换向器片靠近电枢绕组的部分与绕组引出线焊接。1.1电机的工作原理和结构，34，图1.9换向器结构1 v形套筒；2片云母片；3换向器片；4连接件，1.1电机的工作原理和结构，35，代表电机额定运行的各种数据称为额定值。额定值通常标在电机的铭牌上，因此也称为铭牌数据。这是正确合理使用电机的基础。铭牌数据主要包括电机型号、额定功率、额定电压、额定电流、额定速度、额定励磁电流和励磁方式等。除了电机的出厂数据，如出厂编号和日期。国产电机的型号一般用大写汉语拼音字母和阿拉伯数字表示。格式如下：第一部分用大写拼音表示产品代码，第二部分用阿拉伯数字表示1 . 1 . 4 DC电机的铭牌数据，1.1 DC电机的工作原理和结构，36例如，Z292中的z代表通用DC电机；2表示设计序号，第二