3 直流电机的工作原理和结构.ppt

重庆大学电气工程学院，《电机学》课程，4.5学分，上课72学时，实验18学时，　韩力，?2005，hanli@电机学Electrical Machinery 自动化系温志明 本章内容 直流电机的工作原理和基本结构 直流电枢绕组（难点） 空载和负载时直流电机的磁场（难点） 直流电机的感应电动势和电磁转矩（重点） 直流电机的基本方程（重点） 直流电机的运行特性（重点） 直流电动机的机械特性（重点） 直流电动机的起动、调速和制动（重点） 直流电机的工作原理和基本结构 直流电机的用途 直流电机的工作原理 直流电机的基本结构 直流电机的励磁方式 直流电机的额定值 直流电机的优缺点 电流有交流和直流之分，因此电机也有直流电机和交流电机两大类。 直流电机具有调速性能好，启动转矩大的优点。 但其制造工艺复杂，生产成本高，维护较困难，可靠性差等缺点。 目前在很多场合直流电机已被交流电机和电力电子装置取代，但仍然有其应用场合。 直流电机的优缺点 优点 调速范围宽广、平滑、经济； 过载、起动、制动转矩大。 缺点 结构复杂、成本高； 可靠性较差。 直流电机的工作原理 直流发电机的原理示意图 直流电动机的原理示意图 励磁绕组、换向器、电刷 励磁方式 要点小结 单个线圈中，电动势是交变的； 通过换向器与电刷的配合，可以将交流电通过机械“整流”的作用，转换成脉动的直流电； 为了减小脉动影响，实际的电枢绕组由多个线圈串联构成。 发电机：是指输出额定电压； 电动机：是指输入额定电压。 在额定工况下，电机出线端的平均电压 对应于额定电压、额定电流、额定转速及额定功率时的励磁电流 直流电机的铭牌数据 指直流电机的励磁线圈与电枢线圈的连接方式 励磁方式 此外，电机铭牌上还标有其它数据，如励磁电压、出厂日期、出厂编号等。 直流电机的铭牌数据 If U Ea I + - Ia U Ea,Ia I + - Uf If + - If Ea I + - Ia U Ia Ea I=If + - U 并励 串励 复励 他励 自励 Ia=I Ia=I+If Ia=I=If Ia=I+If 电枢：Armature 磁场：Field U=Uf 电机学教案， 太原工业学院自动化系　温志明，wasxty_99@163.com 电机学 直流电机的原理和结构 * 2013 直流电机的工作原理 （一）直流电动机的工作原理 问题的切入点：载流导体在磁场中受到的力(安培定律) 所谓电动机是将电能转换为机械能. 直流电机可以分为直流电动机和直流发电机。 B — 磁场的磁感应强度(Wb/m2) i — 导体中的电流(A) l — 导体的有效长度(m) 直流电机的工作原理 由电磁力产生转矩的过程： （1）线圈ax中通入直流电流时,电流从a端流入，从x端流出； （2）线圈边a和x上均受到电磁力，根据左手定则确定力的方向。 （3）这一对电磁力形成了作用于电枢的一个电磁转矩，将产生逆时针旋转。 把这个装有线圈的铁质圆柱体称为电枢。 直流电机的工作原理 （1）按照这种模式下，电枢 将如何运动？ （2）如何解决这一问题？ 思考 B A 直流电机的工作原理 解决上述振荡问题的办法： 如果能使S极下的电流始终流出；而是N极下的电流始终流入，则可以产生连续的转矩。从而使电枢向一个方向运动。 因此绕组ax在处于AB位置时必须交换一次电流方向。 换向片 电刷 直流电机的工作原理 换向器 换向器的构成： 相互绝缘的两个半圆形铜片（换向片）与电枢连接在一起。每个与绕组的一端相连，换向片与电枢一起旋转。 两个由石墨制成的电刷AB。 当电枢旋转时，这种结构就能保证S极下的电流始终流入，而N极下的电流始终流出。 直流电机的工作原理 （二）直流发电机的工作原理 发电机将机械能转换为电能 问题的切入点：运动导体在磁场中切割磁力线产生电动势 B — 磁场的磁感应强度(Wb/m2) v — 导体中切割磁力线的速度（m/s） l — 导体的有效长度(m) 直流电机的工作原理 （1）用原动机拖动电枢逆时针方向恒速转动（原动机输入机械力【机械功率】） （2）线圈边ab和cd以相同转速顺次切割不同极性磁极下的磁场，线圈中产生了交变的电动势；（机械能转换为电能） （3）换向器配合电刷对电流的换向作用，电刷A、B端的电动势为直流电动势。（交流转换为直流） 直流电机的工作原理 一台直流电机作为 电动机运行——在直流电机的两电刷端上加上直流电压，电枢旋转，拖动生产机械旋转 ，输出机械能； 电能转换为机械能 直流电机的工作原理 发电机运行——用原动机拖动直流电机的电枢，电刷端引出直流电动势，作为直流电源，输出电能。 机械能转为电能 注意：不要孤立的看待发电机和电动机问题 直流电机的工作原理 直