直流电机（课件）-《电机与电气控制》同步教学（高等教育出版社）

电机与电气控制 第1章 直流电机 教学重点 直流电机的运行原理、机械特性、启动、制 动、调速。 教学难点 感应电动势和电磁转矩计算、换向、制动。 第1章 直流电机 本章主要介绍了直流电机的概念、基本结构、应用、工作原理、电枢绕组、电磁转矩等基础知识，以及直流电动机的基本方程、工作特性、机械特性及各种运行状态。 第1章 直流电机 直流电机主要由定子和转子两大部分构成，如图1-1所示为直流电机的结构示意图。 1—风扇； 2—机座； 3—电枢绕组； 4—主磁极； 5—刷架；6—换向器； 7—接线板； 8—出线盒； 9—换向磁极 ；10—端盖 图1-1 直流电机的结构示意图 1.1 直流电机的基本知识 1.1.1 直流电机的结构 第1章 直流电机 定子部分 直流电机的定子部分主要由主磁极、换向极、机座和电刷装置组成。 转子部分 直流电机的转子主要由电枢铁芯、电枢绕组和换向器组成，如图1-3所示。 1—换向器 ；2—电枢铁芯； 3—电枢绕组 图1-3 直流电机转子 第1章 直流电机 1.1.2 直流电动机的基本原理 直流发电机 直流发电机的工作原理是基于电磁感应定律，即在磁感应强度为B的磁场中，若导体作切割磁感线运动，则在导体内部产生感应电动势，如图1-6所示。若B、l、v三者相互垂直，感应电动势e的大小可用下式来计算 e=Blv 式中，B为磁感应强度；l为导体长度、v为导体切割磁感线的速度，e的方向由右手定则确定。 第1章 直流电机 图1-6 直流发电机工作原理示意图 第1章 直流电机 直流电动机 直流电动机的工作原理是基于电磁力定律，即载流导体在磁场中会受到电磁力的作用，如图1-7所示。当磁感应线与导体的方向相互垂直时，作用在载流导体上的电磁力f的大小可用下式来计算： f=BlI 式中，B为磁感应强度；l为导体长度；I为载流导体中流过的电流；f方向由左手定则确定。 第1章 直流电机 图1-7 直流电动机工作原理示意图 第1章 直流电机 直流电机的可逆原理 在电机理论中，一台电机既能做电动机运行又能做发电机运行的原理称为可逆性原理。 励磁方式 励磁方式是指直流电机的励磁线圈与其电枢线圈的连接方式。根据不同的连接方式，常见的直流电机的励磁方式有他励、并励、复励和串励等。 第1章 直流电机 1.1.3 直流电机的铭牌数据 每台直流电机机座的外表面上都有一块铭牌，上面标注着电机的额定数据，主要有额定电压、额定电流、额定功率、额定转速、额定励磁电流和励磁方式等。 第1章 直流电机 1.2 直流电机的电枢电动势和电磁转矩 1.2.1 直流电机的电枢电动势 电枢旋转时，主磁场在电枢绕组中感应的电动势称为电枢电动势。 式中， 为电枢绕组并联支路对数； 为电动势常数；N为电枢导体总数。 第1章 直流电机 1.2.2 直流电机的电磁转矩 电磁转矩是由电枢电流与气隙磁场相互作用而产生的电磁力形成的。 式中， 为转矩常数。 通常，电磁转矩 与磁通 和电枢电流 故有， 成正比， 第1章 直流电机 1.3 直流电机的运行原理 1.3.1 直流电动机的基本方程式 直流电动机在进行机电能量转换时，必须要有能反映其内部电磁过程和机电过程的方程式，即基本方程式。其主要有电压平衡方程、转矩平衡方程、功率平衡方程和励磁特性公式。 第1章 直流电机 在写基本方程式时应规定好各参量的方向。通常，可以任意规定，但一旦规定好后所有的方程式都应按参考方向进行列式，一般情况按如图1-9所示的参考方向规定，若各参量得方向与规定的参考方向一致为正，反之为负。 图1-9 电动机参考方向规定示意图 第1章 直流电机 电压平衡方程 由基尔霍夫定律可知电枢回路的电动势平衡方程为 式中， 为电枢电流； 为电枢回路总电阻。 a a a R I E U + = 第1章 直流电机 功率平衡方程 式中， 为直流电源输入的电功率； 为电磁功率； 为电枢回路绕组的铜损耗。 第1章 直流电机 式中， 为电磁转矩； 为电动机的输出机械转矩； 为空载转矩。 转矩平衡方程 第1章 直流电机 直流电动机的工作特性是指电压 、 1.3.2 他励直流电动机的工作特性 电动机的转速n、电磁转矩T和效率三者与输出功率 电枢回路不串入附加电阻、励磁电流 之间的关系，用曲线 表示。 第1章 直流电机 图1-10 他励电动机的工作特性 第1章 直流电机 1.4 他励直流电动机的机械特性 1.4.1 机械特性的表达式 他励直流电动机的机械特性是指电动机在稳定