电机原理与电力拖动 教学课件 作者 范国伟 第1章 直流电机原理.ppt

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1、电机与拖动基础范国伟安徽工业大学第1章直流电机原理直流电机是实现直流电能和机械能相互转换的一种旋转电机。直流发电机——将机械能转变为电能；直流电动机——把电能转变为机械能。作为电动机运行时，直流电源供电，转换为机械能拖动生产机械旋转；作为发电机运行时，由原动机拖动旋转，将机械能转换为电能，输出直流电能。1－1直流电机的工作原理如右图所示：电流I通过在恒定磁场中的线圈abcd，受到电磁力的大小为：f＝BLi(根据电磁力定律:在导体与磁力线相互垂直的情况下)电磁力的方向：用左手定则判断：伸开左手，掌心迎向磁力线的方向，四指指向电流的方向，那样与四指垂直的拇指的指向就是电磁力的方向。

2、在上图在流线圈ab与cd所受电磁力为逆时针方向，在此力作用下，转子线圈将逆时针旋转。直流电动机的工作原理旋转180度后，线圈中的电流的方向为dcba，仍受逆时针方向电磁力的作用而转动。由此可见：①换向器和电刷能保持转子(载流导体)朝一个方向恒定旋转；②电刷端输入恒定直流电压，而经换向器流向载流导体的电位却是交变的。归纳：要使直流电机旋转起来的条件是：①建立恒定的磁场；②能够旋转的载流导体。直流发电机的工作原理若在上图中，接在电刷上的电源换接电阻负载——灯泡，而转子由原动机的机械力带动旋转，转动的导体切割磁力线会感应电势，输出电流。这样：①电刷端输出直流电势（有换向器和电刷时）；

3、②导体内的电位和电流仍是交变的。电机的可逆原理问题：上面讲的电动机和发电机用同一电机模型！电机的可逆原理：同一台电机在不同外界条件下，即可作发电机、亦可作电动机运行。由上看出：对一台电机究竟作发电机，还是电动机运行，关键在于外因的条件，即输入功率的形式。输入电能，输出机械能－－－－电动机输入机械能，输出电能－－－－发电机直流电机的特点直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构复杂，维修也不便，但由于它的调速性能较好和起动转矩较大，因此，对调速要求较高的生产机械或者需要较大起动转矩的生产机械往往采用直流电动机驱动。直流电机的优点：(1)调速性能好,调速范围广,易于平滑调节。(2)起动

4、、制动转矩大,易于快速起动、停车。(3)易于控制。应用:1)轧钢机、电气机车、中大型龙门刨床、矿山竖井提升机以及起重设备等调速范围大的大型设备。2)用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等1－2直流电机的结构直流电机由定子(磁极)、转子(电枢)和机座等部分构成。NS············NS极掌极心励磁绕组机座转子直流电动机的磁极和磁路直流电机的结构主磁极换向磁极低碳钢片（1~1.5mm）叠装励磁绕组直流电机的结构电枢铁心硅钢片(0.5mm)转子下线直流电机的结构2.转子(电枢)由铁心、绕组（线圈）、换向器组成。1.磁极永磁式:由永久磁铁做成。励磁式:磁极上绕线圈，线圈中通过直

5、流电，形成电磁铁。励磁:磁极上的线圈通以直流电产生磁通,称为励磁。电枢铁心：由硅钢片叠装而成。电枢绕组：单个绕组元件组成。用来在电机中产生磁场。直流电机的额定值①额定功率PN(KW)②额定电压UN(V)正常工作时电流出线端的电压。③额定电流IN(A)对应PNUN时的电流。④额定转速nN(r/min)指在UNINPN时对应的转速。⑤还标出励磁方式、额定励磁电流、绝缘等级、额定温升。发电机：出线端输出电功率PN＝UNIN电动机：轴上输出机械功率PN＝UNINηN直流电机的分类（按励磁方式分类）他励(激)：励磁电流由另外电源供给。自励：自身发出的电流励磁(分:并励,串励,复励)1－3

6、直流电机的磁路和磁密一、主磁通,漏磁通一般直流电机为多极电机由二极电机四极电机注意磁极的排列！主磁通Φo漏磁通Φδ定义同时交链定转子绕组的磁通只交链励磁绕组的磁通作与电枢电流耦合产生电动势不参与能量转换用或电磁力数量较大较小(Φδ＝20％Φo）二、主磁路分析主磁路的闭合路线如下：从N极铁心出发→经气隙→电枢齿→电枢轭→相邻S极→电枢齿→经气隙→进入S极铁心→经定子轭回到N极。对于主磁路中任意一条闭合磁力线的路径运用全电流定律：∮HdL＝Σi在电机中，可将场的问题简化为路的问题来处理。因此全电流定律可简化为磁路第二定律，即主磁路中各段磁压降之和等于该磁力线所包围电流的代数和。ΣH

7、L＝ΣNi若用Hσ,Ht,Hs,Hz和He表示气隙,电枢齿,电枢轭,主极铁心和定子磁轭的磁场强度；用σ,Lt，Ls，Lz和Le表示各段磁路的平均长度，则：2Hσσ＋2HtLt＋HsLs＋2HzLz＋HeLe＝2ILWL在磁路饱和程度不大的情况下，在空气隙的磁压降远比其它各项铁磁物质的磁压降大，忽略各项磁压降后：ILWL≈Hσ·σ＝Bσ·σ／μ0空载时气隙磁密波形由上式可知：Bσ＝ILWLμ0/σ(Bσ∝1/σ)上式表明气隙磁密Bσ与该处的气隙长度σ成反比。可得知：气隙磁密沿电枢表面气隙空间的