1.1 直流电机的基本工作原理与结构（课件）-《电机与拖动》同步教学（高教版）

1.2 直流电机的电枢绕组简介 1.3 直流电机的电枢反应 本章主要讨论直流电机的基本结构和工作原理，讨论直流电机的磁场分布、感应电动势、电磁转矩、电枢反应及影响、换向及改善换向方法，从应用角度分析直流发电机的运行特性和直流电动机的工作特性。 1.4 直流电机的电枢电动势、电磁转矩和电磁功率 1.5 直流电机的换向 1.6 直流发电机 1.7 直流电动机 1.1 直流电机的基本工作原理与结构 小结、思考题与习题、本章自测题 1.8 直流电机的优缺点及应用案例 第1章 直流电机 基本要求： 1.掌握直流电机的基本工作原理； 2.了解直流电机的基本结构和各部件的主要作用； 3.明确直流电机的铭牌中主要额定数据及其含义以及在使用电机时应当注意的事项； 4.了解单叠绕组各节距的计算方法； 5.能够看懂并会绘制单叠绕组展开图，了解其主要特点； 6.了解电枢反应对电机的影响； 7.掌握电枢电动势和电磁转矩的计算公式； 8.掌握直流发电机和直流电动机中电枢电动势和电磁转矩的性质； 9.了解直流电机的换向过程和改善换向的方法； 10.掌握直流电机的各种励磁方式； 11.掌握电磁功率的关系式，并理解直流电机中机电能量是可以彼此互相转换的； 12.了解电机的可逆原理。会判断一台电机是运行在电动状态还是发电状态； 13.掌握根据发电机惯例和电动机惯例的稳态运行基本方程式； 14.掌握自励直流发电机的自励建压过程和条件； 15.掌握直流发电机的运行特性； 16.掌握他励直流电动机运行时电机内的功率关系； 17.了解直流电机的优缺点及应用。 第1章 直流电机 1.1 直流电机的基本工作原理与结构 教学内容： 1.1.1 直流电机基本工作原理 1.1.2 直流电机的主要结构 1.1.3 直流电机铭牌数据及主要系列 教学目的与要求： 1 掌握直流电机的基本工作原理 2 了解直流电机的主要结构 4 了解直流电机的主要系列 3 掌握直流电机的额定值 1.1 第1章 直流电机 1.1.1 直流电机的基本工作原理 一、直流发电机的工作原理 右图为直流发电机的物理模型，N、S为定子磁极，abcd是固定在可旋转导磁圆柱体上的线圈，线圈连同导磁圆柱体称为电机的转子或电枢。线圈的首末端a、d连接到两个相互绝缘并可随线圈一同旋转的换向片上。转子线圈与外电路的连接是通过放置在换向片上固定不动的电刷进行的。 直流发电机是将机械能转变成电能的旋转机械。 1.1.1 第1章 直流电机 当原动机驱动电机转子逆时针旋转同时，线圈abcd将感应电动势。如右图，导体ab在N极下，a点高电位，b点低电位；导体cd在S极下，c点高电位，d点低电位；电刷A极性为正，电刷B极性为负。 直流发电机模型 1.1.1 第1章 直流电机 当原动机驱动电机转子逆时针旋转 后，如右图。 与电刷A接触的导体总是位于N极下，与电刷B接触的导体总是位于S极下,电刷A的极性总是正的，电刷B的极性总是负的，在电刷A、B两端可获得直流电动势。 导体ab在S极下，a点低电位，b点高电位；导体cd在N极下，c点低电位，d点高电位；电刷A极性仍为正，电刷B极性仍为负。 实际直流发电机的电枢是根据实际需要有多个线圈。线圈分布在电枢铁心表面的不同位置，按照一定的规律连接起来，构成电机的电枢绕组。磁极也是根据需要N、S极交替旋转多对。 1.1.1 第1章 直流电机 第1章 直流电机 二、直流电动机的工作原理 把电刷A、B接到直流电源上，电刷A接正极，电刷B接负极。此时电枢线圈中将有电流流过。 直流电动机是将电能转变成机械能的旋转机械。 在磁场作用下，N极性下导体ab受力方向从右向左，S 极下导体cd受力方向从左向右。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。当电磁转矩大于阻转矩时，电机转子逆时针方向旋转。 1.1.1 第1章 直流电机 原N极性下导体ab转到S极下，受力方向从左向右，原S 极下导体cd转到N极下，受力方向从右向左。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。线圈在该电磁力形成的电磁转矩作用下继续逆时针方向旋转。1直流电动机基本工作原理.avi 与直流发电机相同，实际的直流电动机的电枢并非单一线圈，磁极也并非一对。 当电枢旋转到右图所示位置时 直流电动机模型 1.1.1 第1章 直流电机 直流电动机的工作原理示意图 1.1.1 第1章 直流电机 1.1.2 直流电机的主要结构 一、定子部分 作用：建立主磁场 构成：包括主磁极、换向磁极、机座、端盖和电刷装置 1.主磁极：包括主磁极铁心和励磁绕组两部分，主磁极用1- 1.5mm厚的低碳钢板冲片叠压而成。 2.换向磁极（附加磁极）：由换向极铁心和换向极绕组组成。 3.机座和端盖：作为磁路，机械支撑。 用薄钢板冲片叠压而成。 4.电刷装置：用来连接转动的电枢电路与静止的外部电路。 一般用整块钢制成 与电枢绕组串联 第1章 直流电机 二、转子部分（电枢） 作用：感应电动势通过电流 构成：由电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴和风扇等组成。 1.电枢铁心 作为磁路的一部分，用来嵌放电枢绕组，用0.5mm厚的两面涂有绝缘漆的硅钢片叠成。 2.电枢绕组 产生感应电动势和电磁转矩，实现机电能量转换。 第1章 直流电机 3.换向器 作用：对于发电机，将电枢绕组中的交流经电刷与换向器变成电刷两端的直流——整流。 对于电动机，则是将电源的直流电流变成绕组中的交流——逆变。 三、气隙 气隙是定子磁极和电枢之间自然形成的间隙，是主磁路的一部分。 小容量电机：1—3mm； 大容量电机：几毫米。 第1章 直流电机 主磁极：产生恒定的气隙磁通，由铁心和励磁绕组构成 换向磁极：改善换向。 电刷装置：与换向片配合,完成直流与交流的互换 机座和端盖：起支撑和固定作用。 定子 转子 换向器：与电刷装置配合,完成直流与交流的互换。 电枢铁心：主磁路的一部分，放置电枢绕组。 电枢绕组：由带绝缘的导线绕制而成，是电路部分。 转 轴：由钢铁做成。 轴 承： 1.1.2 第1章 直流电机 小型直流电机的剖面图 小型直流电机的结构 1.1.2 第1章 直流电机 直流电机主磁极结构 换向磁极结构 1.1.2 第1章 直流电机 电刷的结构 电枢冲片 电枢铁心装配图 1.1.2 第1章 直流电机 换向片 换向器 1.1.2 第1章 直流电机 1.1.3 直流电机的铭牌数据及主要系列 一、型号与额定值 电机铭牌上主要有以下数据，电机型号、额定功率、额定电压、额定电流、额定转速、额定励磁电流及励磁方式等。 机座代号： 表示直流电机电枢铁心外直径的大小，共有1-9个机座号； 机座号越大，直径越大。 电枢铁心长度代号：电枢铁心长度分为短铁心和长铁心两种： 1-表示短铁心；2-表示长铁心。 Z2 —1 1 电枢铁心长度代号 产品代号: Z系列一般用途直流电机 设计序号：第2次改型设计 机座代号 第1章 直流电机 额定条件下电机所能提供的功率 指电刷间输出的额定电功率 发电机 指轴上输出的机械功率 电动机 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 在额定电压下，运行于额定功率时对应的电流 1.1.3 第1章 直流电机 在额定电压、额定电流下，运行于额定功率时对应的转速. 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 1.1.3 额定运行时电机输出功率与输入功率之比. 额定功率、额定电压、额定电流三者之间的关系： 直流发电机： 直流电动机： 第1章 直流电机 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。 电机运行时，所有物理量与额定值相同——电机运行于额定状态。电机的运行电流小于额定电流——欠载运行；运行电流大于额定电流——过载运行。长期欠载运行将造成电机浪费，而长期过载运行会缩短电机的使用寿命。电机最好运行于额定状态或额定状态附近，此时电机的运行效率、工作性能等比较好。 1.1.3 第1章 直流电机 二、直流电机主要产品系列 Z系列：一般用途直流电动机（如Z2，Z4等系列）； ZJ系列：精密机床用直流电动机； ZQ系列：直流牵引电动机； ZH系列：船用直流电动机； ZA系列：防爆安全型直流电动机； ZKJ系列：挖掘机用直流电动机； ZZJ系列：冶金起重直流电动机。 第1章 直流电机 教学重点： 1 直流电机的基本工作原理 2 直流电机换向器和电刷的作用 3 直流电机的额定值的含义及其关系 教学难点： 直流电机外电路直流与内电路交流之间的转换—换向问题 作业： P37：1.1；1.3 小结 1.1 第1章 直流电机 $$