第四章-第一节：直流电动机 （课件）-《电机与电气控制技术》同步教学（ 高等教育出版社）

第四章 特殊电机 第一节：直流电动机 目 录 目录 Content 仪用互感器 直流电动机的工作原理 01 直流电动机的结构 02 直流电动机的应用 03 特殊电机简介 前面介绍的三相及单相异步电动机均是输入三相或单相交流电能转变成旋转的机械能输出的电气装备。而特殊电机一般是指输入的电能性质除交流电能以外，也可以是直流电能或电脉冲信号，它的输出既有作为驱动功能使用，也有作为控制功能及其他功能之用。 驱动用特殊电机主要作为驱动机械或装备之用，如直线电动机、微型同步电动机、伺服电动机、步进电动机、永磁电动机、电机功率扩大机、直流电动机等。控制用特殊电机主要是在自动控制系统和计算装置中作检测、放大、执行和校正元件使用的电机，如测速发电机、自整角机、旋转变压器、感应同步器等。 随着科学技术的飞速发展，由于特殊电机具有高精确度、高灵敏度、高可靠性和方便灵活等特点，其用途已越来越广，其产品品种及数量已有极大的增长。例如，普通汽车上需15台电机，高级轿车可达80台电机，多数属特殊电机之列，用于启动汽油机、照明、充电、拖动空调器及泵类、车窗玻璃的升降、自动检测、自动控制等。在飞机、船舶、机车中的自动导航、自动控制、自动检测等方面均靠特殊电机来执行。在数控机床、加工中心、仿形加工、机器人、机械手及自动轧钢设备、纺织、造纸等机械的程序控制、自动控制也主要由特殊电机来完成。电动门、水坝闸门的自动开闭，高级录像及摄影设备，自动记录仪和计算机外部设备、打印机、绘图机等方面均要用到特殊电机。据估算我国特殊电机的年产量已达数百亿台。 一、直流电动机的工作原理 4 直流电动机工作原理 二 左手定则 左手定则—判断通电直导线在磁场中受力方向； 磁场从N指向S，穿过手心 四指指向通电直导体电流方向 则拇指指向为直导体运动方向 直流电动机工作原理分析会用到电磁感应定律左手定则和右手定则。 一、直流电动机的工作原理 5 直流电动机工作原理 二 右手定则 右手定则—判断感应电流的方向； 磁场N穿过手心指向S 拇指方向指向直导体运动方向 其余四指则指向直导体感应电流方向。 一、直流电动机的工作原理 6 直流电动机工作原理 二 U 在电刷A、B之间加上直流电压U，便有直流电流i流入矩形线圈，从+级流入，-级流出。 电流从电源正极出来，经过电刷A及换向片进入矩形线圈，然后分别经过abcd到达下面的换向片，再经过电刷B回到电源的负极。 根据左手定则可以判断矩形线圈ab边受到向左的电磁力，cd边受到向右的电磁力，矩形线圈向逆时针方向转动。 一、直流电动机的工作原理 7 直流电动机工作原理 二 U 同样的道理，当矩形线圈转动到如图b所示位置，ab边在下，cd边在上 电流从正极流入，经过dcba，再从负极流出 ab边受到向右的电磁力，cd边受到向左的电磁力，矩形线圈仍然保持逆时针转动。 矩形线圈就完成了逆时针转动一圈 一、直流电动机的工作原理 8 一、直流电动机的工作原理 当到达图4-1中的位置3时，导体ab处于N极下，而导体cd处于S极下(正好与位置1相反),与导体ab相接的铜环与电刷A(一)接触，与导体cd相连的铜环与电刷B(十)接触。对照位置1及位置3可以看出，当导体在不同的磁极下通过时，换向器改变了导体中的电流方向，而导体中电流方向的改变使线圈能沿同一方面继续旋转，即电动机能连续运转。由此可以归纳出直流电动机的工作原理：直流电动机在外加直流电源的作用下，在可绕轴转动的导体中形成电流，载流导体在磁场中将受到电磁力的作用而旋转，借助于电刷和换向器的作用，使电动机能连续运转，从而将直流电能转换为机械能。 一、直流电动机的工作原理 由上分析可见，当线圈在水平位置时，转动力最大，当线圈在垂直位置时，转动力最小。单线圈电枢在一个周期内的转矩曲线如图4-2所示，单线圈电枢组成的电动机的实用价值很小，如果线圈数增加为互相垂直的两组(铜环也增加为四个),成为如图4-3所示的双线圈电枢，双线圈电枢的转矩曲线如图4-3所示，虽然该转矩仍是脉动的，但在最大值与最小值之间的波动已明显削弱。 一、直流电动机的工作原理 直流电动机的典型电枢如图4-4所示，该电枢由许多粗导线线圈以及换向器组成。直流电机的运行是可逆的，即一台直流电机既可作直流发电机运行，又可作直流电动机运行。当输入机械转矩，使电机旋转而产生感应电动势时，即是将机械能转变为直流电能输出，作直流发电机运行。反之，当输入直流电能，产生电磁转矩而使电机旋转时，则是将电能转变为机械能输出，此时即作直流电动机运行。 二、直流电动机的结构 12 直流电动机的结构 二 定子 转子（电枢） 13 直流电动机的结构 二 主要用来产生工作磁场 1、定子 (1) 主磁极 (2) 换向极 (3) 电刷 装置 (4) 机座 (5) 端盖和轴承等