1.1 直流電機原理與結(jié)構(gòu)

1、第一章 直流電機 本章主要討論直流電機的基本結(jié)構(gòu)和本章主要討論直流電機的基本結(jié)構(gòu)和 工作原理，討論直流電機的磁場分布、工作原理，討論直流電機的磁場分布、 感應(yīng)電動勢、電磁轉(zhuǎn)矩、電樞反應(yīng)及影感應(yīng)電動勢、電磁轉(zhuǎn)矩、電樞反應(yīng)及影 響、換向及改善換向方法，從應(yīng)用角度響、換向及改善換向方法，從應(yīng)用角度 分析直流發(fā)電機的運行特性和直流電動分析直流發(fā)電機的運行特性和直流電動 機的工作特性。機的工作特性。 1.2 1.2 直流電機電樞繞組簡介直流電機電樞繞組簡介 1.3 1.3 直流電機的電樞反應(yīng)直流電機的電樞反應(yīng) 1.4 1.4 直流電機的電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩直流電機的電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩 1.5 1.5

2、直流電機的換向直流電機的換向 1.6 1.6 直流發(fā)電機直流發(fā)電機 1.7 1.7 直流電動機直流電動機 1.1 直流電機的基本工作原理與結(jié)構(gòu)直流電機的基本工作原理與結(jié)構(gòu) 思考題與習(xí)題思考題與習(xí)題 1.1.掌握直流電機的基本工作原理；掌握直流電機的基本工作原理； 2.2.了解直流電機的基本結(jié)構(gòu)和各部件的主要作用；了解直流電機的基本結(jié)構(gòu)和各部件的主要作用； 3.3.明確直流電機的銘牌中主要額定數(shù)據(jù)及其含義明確直流電機的銘牌中主要額定數(shù)據(jù)及其含義以以 及在使用電機時應(yīng)當(dāng)注意的事項；及在使用電機時應(yīng)當(dāng)注意的事項； 教學(xué)要求：教學(xué)要求： 1.1 直流電機的基本工作原理與結(jié)構(gòu) N S U N S U A

3、 X X A 線圈邊中電流不改變方向，則平均線圈邊中電流不改變方向，則平均Tem0 直流電動機的工作原理直流電動機的工作原理 1.1 直流電機的基本工作原理和結(jié)構(gòu)直流電機的基本工作原理和結(jié)構(gòu) E N S 直流電動機的工作原理直流電動機的工作原理 N S U U 電刷電刷 電刷和換向片的作用是什么？電刷和換向片的作用是什么？ 換向片換向片 A X X A 線圈邊切割磁感線會產(chǎn)生什么？線圈邊切割磁感線會產(chǎn)生什么？ E E E 直流電動機的工作原理示意圖直流電動機的工作原理示意圖: 實際的直流電動機實際的直流電動機 電樞并非單一線圈，磁極也并非一對。電樞并非單一線圈，磁極也并非一對。 電磁關(guān)系電磁關(guān)

4、系 直流直流 電流電流 交流交流 電流電流 電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩 (拖動轉(zhuǎn)矩拖動轉(zhuǎn)矩) 機械機械 負載負載 克克 服服 反電反電 動勢動勢 換向換向 旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn) 外加外加 電源電源 電刷和換向器電刷和換向器 電樞繞組內(nèi)部電樞繞組內(nèi)部 氣隙氣隙 磁場磁場 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 N S 二、直流發(fā)電機的工作原理二、直流發(fā)電機的工作原理 N S E E 輸出輸出 直流電直流電 原動機原動機感應(yīng)電動感應(yīng)電動 勢、電流勢、電流 電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩 （阻轉(zhuǎn)矩）（阻轉(zhuǎn)矩） 做功做功 電磁電磁 關(guān)系關(guān)系 換向換向 一、直流發(fā)電機工作原理 右圖為直流發(fā)電機的物理模型，右圖為直流發(fā)電機的物理模型， N N、S S為定子磁極，為定子磁

5、極，abcdabcd是固定在可是固定在可 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)磁圓柱體上的線圈，線圈連旋轉(zhuǎn)導(dǎo)磁圓柱體上的線圈，線圈連 同導(dǎo)磁圓柱體稱為電機的轉(zhuǎn)子或電同導(dǎo)磁圓柱體稱為電機的轉(zhuǎn)子或電 樞。線圈的首末端樞。線圈的首末端a a、d d連接到兩個連接到兩個 相互絕緣并可隨線圈一同旋轉(zhuǎn)的換相互絕緣并可隨線圈一同旋轉(zhuǎn)的換 向片上。轉(zhuǎn)子線圈與外電路的連接向片上。轉(zhuǎn)子線圈與外電路的連接 是通過放置在換向片上固定不動的是通過放置在換向片上固定不動的 電刷進行的。電刷進行的。 直流發(fā)電機直流發(fā)電機是將機械能轉(zhuǎn)變成電能的旋轉(zhuǎn)機械。是將機械能轉(zhuǎn)變成電能的旋轉(zhuǎn)機械。 1.1.1直流電機的工作原理直流電機的工作原理 當(dāng)原動機驅(qū)動電機轉(zhuǎn)子

6、逆時針當(dāng)原動機驅(qū)動電機轉(zhuǎn)子逆時針 旋轉(zhuǎn)時同，線圈旋轉(zhuǎn)時同，線圈abcdabcd將感應(yīng)電動勢。將感應(yīng)電動勢。 如右圖，導(dǎo)體如右圖，導(dǎo)體abab在在N N極下，極下，a a點高電點高電 位，位，b b點低電位；導(dǎo)體點低電位；導(dǎo)體cdcd在在S S極下，極下， c c點高電位，點高電位，d d點低電位；電刷點低電位；電刷A A極極 性為正，電刷性為正，電刷B B極性為負。極性為負。 當(dāng)原動機驅(qū)動電機轉(zhuǎn)子逆時針當(dāng)原動機驅(qū)動電機轉(zhuǎn)子逆時針 旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn) 后，如右圖后，如右圖。 0 180 與電刷與電刷A A接觸的導(dǎo)體總是位于接觸的導(dǎo)體總是位于N N 極下，與電刷極下，與電刷B B接觸的導(dǎo)體總是位接觸的導(dǎo)體總

7、是位 于于S S極下極下, ,電刷電刷A A的極性總是正的，的極性總是正的， 電刷電刷B B的極性總是負的，在電刷的極性總是負的，在電刷A A、 B B兩端可獲得直流電動勢。兩端可獲得直流電動勢。 導(dǎo)體導(dǎo)體abab在在S S極下，極下，a a點低電位，點低電位， b b點高電位；導(dǎo)體點高電位；導(dǎo)體cdcd在在N N極下，極下，c c點點 低電位，低電位，d d點高電位；電刷點高電位；電刷A A極性極性 仍為正，電刷仍為正，電刷B B極性仍為負。極性仍為負。 實際直流發(fā)電機的電樞是根據(jù)實際需要 有多個線圈。線圈分布在電樞鐵心表面的 不同位置，按照一定的規(guī)律連接起來，構(gòu) 成電機的電樞繞組。磁極也是

8、根據(jù)需要N、 S極交替旋轉(zhuǎn)多對。 把電刷把電刷A A、B B接到直流電源上，接到直流電源上， 電刷電刷A A接正極，電刷接正極，電刷B B接負極。此接負極。此 時電樞線圈中將電流流過。時電樞線圈中將電流流過。 直流電動機直流電動機是將電能轉(zhuǎn)變是將電能轉(zhuǎn)變 成機械能的旋轉(zhuǎn)機械。成機械能的旋轉(zhuǎn)機械。 在磁場作用下，在磁場作用下，N N極性下導(dǎo)體極性下導(dǎo)體 abab受力方向從右向左，受力方向從右向左，S S 極下導(dǎo)極下導(dǎo) 體體cdcd受力方向從左向右。該電磁受力方向從左向右。該電磁 力形成逆時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。力形成逆時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。 當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩大于阻轉(zhuǎn)矩時，電機當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩大于阻轉(zhuǎn)矩時，電機 轉(zhuǎn)

9、子逆時針方向旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子逆時針方向旋轉(zhuǎn)。 二、直流電動機工作原理二、直流電動機工作原理 原原N N極性下導(dǎo)體極性下導(dǎo)體abab轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)到S S極極 下，受力方向從左向右，原下，受力方向從左向右，原S S 極下導(dǎo)體極下導(dǎo)體cdcd轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)到N N極下，受力方極下，受力方 向從右向左。該電磁力形成逆向從右向左。該電磁力形成逆 時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。線圈在時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。線圈在 該電磁力形成的電磁轉(zhuǎn)矩作用該電磁力形成的電磁轉(zhuǎn)矩作用 下繼續(xù)逆時針方向旋轉(zhuǎn)。下繼續(xù)逆時針方向旋轉(zhuǎn)。 與直流發(fā)電機相同，實際的與直流發(fā)電機相同，實際的 直流電動機的電樞并非單一線圈，直流電動機的電樞并非單一線圈， 磁極也并非一對。

10、磁極也并非一對。 當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)到右圖所示位置時當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)到右圖所示位置時 直流電直流電 動機的動機的 工作原工作原 理示意理示意 圖圖: 主磁極主磁極：產(chǎn)生恒定的氣隙磁通，由鐵心和勵磁繞組構(gòu)成：產(chǎn)生恒定的氣隙磁通，由鐵心和勵磁繞組構(gòu)成 換向磁極換向磁極：改善換向。：改善換向。 電刷裝置電刷裝置：與換向片配合：與換向片配合, ,完成直流與交流的互換完成直流與交流的互換 機座和端蓋機座和端蓋：起支撐和固定作用。：起支撐和固定作用。 定子定子 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子換向器換向器：與電刷裝置配合：與電刷裝置配合, ,完成直流與交流的互換。完成直流與交流的互換。 電樞鐵心電樞鐵心：主磁路的一部分，放置電樞繞組。：主磁路

11、的一部分，放置電樞繞組。 電樞繞組電樞繞組：由帶絕緣的導(dǎo)線繞制而成，是電路部分。：由帶絕緣的導(dǎo)線繞制而成，是電路部分。 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 軸：軸：由鋼鐵做成。由鋼鐵做成。 軸軸 承：承： 1.1.2 直流電機的主要結(jié)構(gòu)直流電機的主要結(jié)構(gòu) 直流電機圖片直流電機圖片 直流電機圖片直流電機圖片 1. 額定電壓額定電壓 UN 發(fā)電機的發(fā)電機的 UN ：指輸出電壓的額定值。：指輸出電壓的額定值。 電動機的電動機的 UN ：指輸入電壓的額定值。：指輸入電壓的額定值。 2. 額定電流額定電流 IN 發(fā)電機的發(fā)電機的 IN ：指輸出電流的額定值。：指輸出電流的額定值。 電動機的電動機的 IN ：指輸入電流的額定值。：指輸

12、入電流的額定值。 3. 額定功率額定功率 PN 發(fā)電機的發(fā)電機的 PN ：指輸出電功率的額定值：指輸出電功率的額定值(UN IN ) 。 電動機的電動機的 PN ：指輸出機械功率的額定值：指輸出機械功率的額定值 (UN INN ) 。 1.1.3 直流電機的銘牌數(shù)據(jù)及主要系列直流電機的銘牌數(shù)據(jù)及主要系列 4. 額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速 nN 5. 額定勵磁電壓額定勵磁電壓 UfN 6. 額定勵磁電流額定勵磁電流 IfN 額定狀態(tài)額定狀態(tài) ：指：指 U、I、P、n 均為額定值的狀態(tài)。均為額定值的狀態(tài)。 滿載狀態(tài)滿載狀態(tài) ： 指指 I = IN 的狀態(tài)。的狀態(tài)。 欠載運行：電機的運行電流小于額定電流。欠載運行：電機的運行電流小于額定電流。 過載運行：電機的行電流大于額定電流。過載運行：電機的行電流大于額定電流。 長期欠載運行將造成電機浪費，而長期過載運行會縮長期欠載運行將造成電機浪費，而長期過載運行會縮 短電機的使用壽命。電機最好運行于額定狀態(tài)或額定狀態(tài)短電機的使用壽命。電機最好運行于額定狀態(tài)或額定狀態(tài) 附近，此時電機的運行效率、工作性能等比較好。附近，此時電機的運行效率、工作性能等比較好。 + Ua + Uf 他他 勵勵 并并 勵勵 串串 勵勵 復(fù)復(fù)