直流電機(jī)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1第一頁，共47頁。 一、直流電機(jī)的工作一、直流電機(jī)的工作(gngzu)原理原理 直流電源直流電源電電刷刷換向器換向器線圈線圈U+NS電刷電刷換向片換向片II0 0注意：換向片和電源固定聯(lián)接，線圈無論怎樣轉(zhuǎn)動(dòng)，總是上半邊注意：換向片和電源固定聯(lián)接，線圈無論怎樣轉(zhuǎn)動(dòng)，總是上半邊(bnbin)的電流向里，下半邊的電流向里，下半邊(bnbin)的電流向外。電刷壓在的電流向外。電刷壓在換向片上。換向片上。第1頁/共47頁第二頁，共47頁。由左手由左手(zushu)定則，通電線圈在磁場的作用下，使定則，通電線圈在磁場的作用下，使線圈逆線圈逆 時(shí)針旋轉(zhuǎn)。時(shí)針旋轉(zhuǎn)。FFU+NS電刷電刷換向片換向片II

2、直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)(dngj)第2頁/共47頁第三頁，共47頁。N SiabcdFFii+-n電動(dòng)機(jī)模型1主磁極線線圈圈電電樞樞氣隙N SiabcdFFii+-n電動(dòng)機(jī)模型1主磁極線線圈圈電電樞樞氣隙第3頁/共47頁第四頁，共47頁。第4頁/共47頁第五頁，共47頁。結(jié)論結(jié)論(jiln)1:(jiln)1:v在直流電動(dòng)機(jī)中，電源供給在直流電動(dòng)機(jī)中，電源供給(gngj)的是直流的是直流電流，而電樞線圈內(nèi)的電流則是交變的。電流，而電樞線圈內(nèi)的電流則是交變的。v通過換向片與電刷的交替接觸，每當(dāng)線圈跨通過換向片與電刷的交替接觸，每當(dāng)線圈跨過中性線時(shí)，線圈內(nèi)的電流就改變方向。過中性線時(shí)，線圈內(nèi)的電流就

3、改變方向。第5頁/共47頁第六頁，共47頁。FFU+NS電刷電刷換向片換向片IIEE由右手定則，線圈在磁場中旋轉(zhuǎn)，將在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢由右手定則，線圈在磁場中旋轉(zhuǎn)，將在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，感應(yīng)電動(dòng)勢的方向，感應(yīng)電動(dòng)勢的方向(fngxing)與電流的方向與電流的方向(fngxing)相反。相反。第6頁/共47頁第七頁，共47頁。N Seabcde+AB-電刷電刷換換向向片片n發(fā)電機(jī)模型n原動(dòng)機(jī)用右手定則用右手定則, ,判感應(yīng)判感應(yīng)(gnyng)(gnyng)電動(dòng)勢電動(dòng)勢EaEa的方向的方向第7頁/共47頁第八頁，共47頁。U+NSEEIa第8頁/共47頁第九頁，共47頁。第9頁/共47頁第

4、十頁，共47頁。N SiabcdFFii+AB-n電動(dòng)機(jī)模型N Seabcde+AB-n發(fā)電機(jī)模型第10頁/共47頁第十一頁，共47頁。直流電機(jī)的運(yùn)行是可逆的，即同一臺(tái)直流電機(jī)可作發(fā)電機(jī)運(yùn)行，也可作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，關(guān)鍵在輸入(shr)功率的性質(zhì)發(fā)電機(jī)：外部有原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變發(fā)電機(jī)：外部有原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。電機(jī)輸出電功率的同時(shí)，導(dǎo)體元件為電能。電機(jī)輸出電功率的同時(shí)，導(dǎo)體元件(yunjin)(yunjin)中產(chǎn)生中產(chǎn)生電流，形成制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。電流，形成制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 電動(dòng)機(jī)：外部有直流電源輸入，將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。電電動(dòng)機(jī)：外部有直流電源輸入，將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。

5、電機(jī)軸上輸出機(jī)械功率的同時(shí)，導(dǎo)體元件在磁極機(jī)軸上輸出機(jī)械功率的同時(shí)，導(dǎo)體元件在磁極(cj)(cj)下運(yùn)動(dòng)產(chǎn)下運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生反電動(dòng)勢。生反電動(dòng)勢。第11頁/共47頁第十二頁，共47頁。過換向片和電刷的作用，使過換向片和電刷的作用，使每個(gè)電流交變的線圈邊受到每個(gè)電流交變的線圈邊受到一個(gè)方向不變的作用力，使一個(gè)方向不變的作用力，使電機(jī)電樞按固定方向旋轉(zhuǎn)。電機(jī)電樞按固定方向旋轉(zhuǎn)。第12頁/共47頁第十三頁，共47頁。二、二、 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)(jigu)直流電機(jī)主要由定子直流電機(jī)主要由定子(dngz)和轉(zhuǎn)子和兩大部分構(gòu)成。和轉(zhuǎn)子和兩大部分構(gòu)成。機(jī)座機(jī)座(j zu)磁極磁極勵(lì)磁勵(lì)磁繞組繞組轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子

6、勵(lì)磁式直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)勵(lì)磁式直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)第13頁/共47頁第十四頁，共47頁。1.定子定子(dngz)（靜止部分）（靜止部分）第14頁/共47頁第十五頁，共47頁。第15頁/共47頁第十六頁，共47頁。第16頁/共47頁第十七頁，共47頁。第17頁/共47頁第十八頁，共47頁。2. 轉(zhuǎn)子（轉(zhuǎn)動(dòng)部分，又稱電樞）轉(zhuǎn)子（轉(zhuǎn)動(dòng)部分，又稱電樞） 是感應(yīng)電動(dòng)勢并實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件。是感應(yīng)電動(dòng)勢并實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件。主要組成部件及功能：主要組成部件及功能：（1）電樞鐵芯：一是作為主磁通的主要通路；二是嵌）電樞鐵芯：一是作為主磁通的主要通路；二是嵌放電樞繞組。放電樞繞組。（2）電樞繞組（線圈）：感應(yīng)電

7、動(dòng)勢、通過電流、產(chǎn)）電樞繞組（線圈）：感應(yīng)電動(dòng)勢、通過電流、產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。生電磁轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。（3）換向器：在直流電動(dòng)機(jī)中，它的作用是將電刷兩）換向器：在直流電動(dòng)機(jī)中，它的作用是將電刷兩端的直流電流轉(zhuǎn)端的直流電流轉(zhuǎn)(lizhun)變?yōu)槔@組內(nèi)的交變電流；在發(fā)變?yōu)槔@組內(nèi)的交變電流；在發(fā)電機(jī)中，它將繞組內(nèi)的交變電動(dòng)勢轉(zhuǎn)換為電刷兩端的直電機(jī)中，它將繞組內(nèi)的交變電動(dòng)勢轉(zhuǎn)換為電刷兩端的直流電壓。流電壓。（4）轉(zhuǎn)軸：起轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的支撐作用，需一定的機(jī)械強(qiáng)）轉(zhuǎn)軸：起轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的支撐作用，需一定的機(jī)械強(qiáng)度，一般用圓鋼加工而成。度，一般用圓鋼加工而成。第18頁/共47頁第十九頁，共47

8、頁。第19頁/共47頁第二十頁，共47頁。第20頁/共47頁第二十一頁，共47頁。第21頁/共47頁第二十二頁，共47頁。1 1、直流電機(jī)型號(hào)、直流電機(jī)型號(hào)(xngho)(xngho)鐵芯長度（鐵芯長度（1號(hào)為短鐵心，號(hào)為短鐵心，2號(hào)為長鐵心）號(hào)為長鐵心）機(jī)座號(hào)（是電機(jī)底腳到轉(zhuǎn)軸中心的高度代號(hào)）機(jī)座號(hào)（是電機(jī)底腳到轉(zhuǎn)軸中心的高度代號(hào)）第第2次設(shè)計(jì)（改進(jìn)設(shè)計(jì)）次設(shè)計(jì)（改進(jìn)設(shè)計(jì)）Z2 72Z Z 直流直流F F 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)D D 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)W W 臥式臥式L L 立式立式(l (l sh)sh)O O 封閉封閉C C 船用船用K K 高速高速Q(mào) Q 牽引牽引Y Y 冶金冶金直流電機(jī)直流電機(jī) 第

9、22頁/共47頁第二十三頁，共47頁。第23頁/共47頁第二十四頁，共47頁。（2 2）額定電壓）額定電壓 UN UN 指額定狀態(tài)下電樞出線指額定狀態(tài)下電樞出線(ch xin)(ch xin)端的電壓，單位為端的電壓，單位為“V”“V”。（3 3）額定電流）額定電流 IN IN 指電機(jī)在額定電壓、額定功率時(shí)的電樞電流值，單位為指電機(jī)在額定電壓、額定功率時(shí)的電樞電流值，單位為“A”“A”。 （4 4）額定轉(zhuǎn)速）額定轉(zhuǎn)速 nN nN 指電機(jī)在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，單位為指電機(jī)在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，單位為“r/min”“r/min”。 （5 5）勵(lì)磁方式和額定勵(lì)磁電流）勵(lì)磁方式

10、和額定勵(lì)磁電流 IfN IfN 勵(lì)磁方式可分為三大類：永磁式、他勵(lì)式和自勵(lì)式。自勵(lì)式勵(lì)磁方式可分為三大類：永磁式、他勵(lì)式和自勵(lì)式。自勵(lì)式又可分為并勵(lì)式、串勵(lì)式和復(fù)勵(lì)式。又可分為并勵(lì)式、串勵(lì)式和復(fù)勵(lì)式。 額定勵(lì)磁電流指電機(jī)在額定狀態(tài)時(shí)的勵(lì)磁電流值。額定勵(lì)磁電流指電機(jī)在額定狀態(tài)時(shí)的勵(lì)磁電流值。 另外，額定轉(zhuǎn)矩另外，額定轉(zhuǎn)矩TNTN、額定效率和額定溫升等額定值不一定標(biāo)、額定效率和額定溫升等額定值不一定標(biāo)在銘牌上，但它們?nèi)允穷~定值。在銘牌上，但它們?nèi)允穷~定值。第24頁/共47頁第二十五頁，共47頁。例例1-1 1-1 某臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)某臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)(dngj)(dngj)的額定值為：的額定值為：PN=1

11、0kWPN=10kW， UN=220VUN=220V， nN=1500r/min, =88.6%, nN=1500r/min, =88.6%,求該電動(dòng)機(jī)求該電動(dòng)機(jī)(dngj)(dngj)額定額定運(yùn)行時(shí)的輸入功率運(yùn)行時(shí)的輸入功率 PI PI、電流、電流ININ及額定輸出轉(zhuǎn)矩及額定輸出轉(zhuǎn)矩T2NT2N。N解解 額定輸入額定輸入(shr)功率功率 AUPINNNN3 .51886. 022010101033額定電流額定電流額定額定( dng)輸出轉(zhuǎn)矩輸出轉(zhuǎn)矩mNnPTNNN7 .631500101055. 955. 932kWPPNN29.11886. 0101第25頁/共47頁第二十六頁，共47頁

12、。四、直流電機(jī)的電樞(din sh)繞組第26頁/共47頁第二十七頁，共47頁。第27頁/共47頁第二十八頁，共47頁。2 2、繞組、繞組(roz)(roz)的基本型式的基本型式第28頁/共47頁第二十九頁，共47頁。第29頁/共47頁第三十頁，共47頁。第30頁/共47頁第三十一頁，共47頁。 3、單疊繞組、單疊繞組(roz)展展開圖開圖1.1.畫出元件畫出元件(yunjin)(yunjin)2.2.放主磁極放主磁極(cj)(cj)3.3.畫出換向器畫出換向器4.4.連繞組連繞組5.5.電刷位置和電樞繞組的并聯(lián)支路數(shù)電刷位置和電樞繞組的并聯(lián)支路數(shù)畫圖步驟：畫圖步驟：單疊繞組特點(diǎn)：單疊繞組特點(diǎn)

13、：1.1.并聯(lián)支路數(shù)等于主磁極數(shù)并聯(lián)支路數(shù)等于主磁極數(shù) 2a=2P2a=2P； P-P-主磁極對(duì)數(shù)；主磁極對(duì)數(shù)； a-a-支路對(duì)數(shù)支路對(duì)數(shù)2.2.電刷數(shù)等于主磁極數(shù)電刷數(shù)等于主磁極數(shù) 2b=2P2b=2P； b-b-電刷對(duì)數(shù)電刷對(duì)數(shù)3.3.電樞的電勢等于支路的電勢。電樞的電勢等于支路的電勢。4.4.電樞總電流等于各支路電流之和。電樞總電流等于各支路電流之和。第31頁/共47頁第三十二頁，共47頁。第32頁/共47頁第三十三頁，共47頁。 1 1、直流電機(jī)的勵(lì)磁、直流電機(jī)的勵(lì)磁(l c)(l c)方方式式 （1）他勵(lì)直流電機(jī)）他勵(lì)直流電機(jī) （2）并勵(lì)直流電機(jī)）并勵(lì)直流電機(jī) （4）復(fù)勵(lì)直流電機(jī)）復(fù)

14、勵(lì)直流電機(jī)（3 3）串勵(lì)直流電機(jī)）串勵(lì)直流電機(jī)第33頁/共47頁第三十四頁，共47頁。2 2、直流電機(jī)的空載、直流電機(jī)的空載(kn zi)(kn zi)磁場磁場（1 1）直流電機(jī)的磁路）直流電機(jī)的磁路(c l)(c l)N NS S勵(lì)磁繞組定子磁軛極靴極身氣隙電樞齒電樞磁軛四極直流電機(jī)空載時(shí)磁場示意圖漏磁通主磁通主磁通主磁感應(yīng)線：N極N極下氣隙電樞鐵心相鄰S極下氣隙相鄰S極定子磁軛第34頁/共47頁第三十五頁，共47頁。（2 2）空載時(shí)空氣隙磁通密度的分布）空載時(shí)空氣隙磁通密度的分布(fnb)(fnb)曲線曲線（3 3）直流電機(jī)的磁化）直流電機(jī)的磁化(chu)(chu)曲線曲線第35頁/共47

15、頁第三十六頁，共47頁。3 3、直流電機(jī)負(fù)載時(shí)的磁場、直流電機(jī)負(fù)載時(shí)的磁場(cchng)(cchng)及及電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)第36頁/共47頁第三十七頁，共47頁。階梯(jit)級(jí)數(shù)為PSPS22221階梯形波或三角形波的幅值為)(222AADNiPSNiFaayaax電樞磁場的磁密沿電樞表面分布(fnb)曲線)(00TFHBaxaxax電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)(fnyng)的作用：的作用：（一）負(fù)載時(shí)氣隙磁場發(fā)生了畸（一）負(fù)載時(shí)氣隙磁場發(fā)生了畸變變（二）呈去磁作用（二）呈去磁作用232),(2122),(21xANiFxANiFyaaxyaaxyy第37頁/共47頁第三十八頁，共47頁。幾何中性線N

16、NS SB0S SN N電樞磁場分布幾何中性線N NS S物理中性線帶負(fù)載 磁場分布第38頁/共47頁第三十九頁，共47頁。六、感應(yīng)電動(dòng)勢和電磁六、感應(yīng)電動(dòng)勢和電磁(dinc)(dinc)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算矩的計(jì)算 1、感應(yīng)、感應(yīng)(gnyng)電動(dòng)勢的計(jì)電動(dòng)勢的計(jì)算算 電角度(jiod)和機(jī)械角度(jiod)： 機(jī)械角度機(jī)械角度 ：電樞旋轉(zhuǎn)一周，機(jī)械角度變化：電樞旋轉(zhuǎn)一周，機(jī)械角度變化360360度或度或22弧度弧度。 m機(jī)械角速度機(jī)械角速度 弧度弧度/ /秒秒=n602電角度電角度 ：電樞旋轉(zhuǎn)經(jīng)過：電樞旋轉(zhuǎn)經(jīng)過2 2個(gè)極距，電角度變化個(gè)極距，電角度變化360360度或度或22弧度。弧度。emep電

17、角速度電角速度 npp602 EaEa為支路各串聯(lián)繞組元件內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢之和。為支路各串聯(lián)繞組元件內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢之和。任一元件轉(zhuǎn)過任一元件轉(zhuǎn)過， ，各元件內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢瞬時(shí)值不同，但轉(zhuǎn)過一極距時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢的平均值相等。，各元件內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢瞬時(shí)值不同，但轉(zhuǎn)過一極距時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢的平均值相等。由電磁感應(yīng)定律：由電磁感應(yīng)定律： ； 為每個(gè)繞組元件的匝數(shù)。為每個(gè)繞組元件的匝數(shù)。 一元件轉(zhuǎn)過一極距后感應(yīng)電動(dòng)勢的平均值（數(shù)值）：一元件轉(zhuǎn)過一極距后感應(yīng)電動(dòng)勢的平均值（數(shù)值）： 轉(zhuǎn)過一極距：電角度轉(zhuǎn)過一極距：電角度 , ,即即 2dtdNeyyNtet第39頁/共47頁第四十頁，共47頁。pnNnpNNtNEyyyy

18、av6046022電樞電樞(din sh)繞組總元件數(shù)為繞組總元件數(shù)為S，每支路串聯(lián)元件數(shù)為，每支路串聯(lián)元件數(shù)為電樞電樞(din sh)表面總導(dǎo)體數(shù)：表面總導(dǎo)體數(shù)： 電樞電樞(din sh)電動(dòng)勢電動(dòng)勢 aS2ySNZ2nCnapZpnNaSEaSEeyava 6060422重要重要(zhngyo)結(jié)論：結(jié)論：apZCnCEeea60 ffIK（電勢系數(shù)(xsh)、電勢常數(shù)）第40頁/共47頁第四十一頁，共47頁。2、電磁、電磁(dinc)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算轉(zhuǎn)矩的計(jì)算B(x)B(x)是是x x的函數(shù)的函數(shù)某一根導(dǎo)體某一根導(dǎo)體(dot)(dot)的的T(x) dxT(x) dx弧長內(nèi)導(dǎo)體弧長內(nèi)導(dǎo)體(dot)(dot)所建立的所建立的dTdT TdT 22pTTem2 （1） 1根導(dǎo)體：