電動(dòng)機(jī)及其控制概要課件

第一篇電動(dòng)機(jī)及其控制第一章直流電動(dòng)機(jī)及其控制1.1直流電機(jī)及其基本結(jié)構(gòu)第一篇電動(dòng)機(jī)及其控制第一章直流電動(dòng)機(jī)及其控制1一、概述應(yīng)用：1高精度位置伺服系統(tǒng)；2大轉(zhuǎn)矩設(shè)備，如軋鋼機(jī)、電氣鐵道牽引機(jī)、起重機(jī)械等；3

高精度速度控制系統(tǒng)；4航天器及其它只有直流電源的場(chǎng)合。一、概述應(yīng)用：2優(yōu)點(diǎn)：l）調(diào)速范圍寬（可穩(wěn)定運(yùn)行的速度范圍大）；2）轉(zhuǎn)矩大；3）控制方法簡(jiǎn)單，控制裝置的可靠性高。缺點(diǎn)：有換向器。費(fèi)工費(fèi)料，造價(jià)貴，運(yùn)行時(shí)換向器需要經(jīng)常維修，壽命較短（350～400h），換向條件又使直流電機(jī)的容量受到限制。特殊點(diǎn)：用直流電源。優(yōu)點(diǎn)：3二、結(jié)構(gòu)按運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：定子和轉(zhuǎn)子兩部分。按功能：磁極、電樞繞組、換向器和電刷三部分。磁極在定子上，電樞繞組在轉(zhuǎn)子上。換向器在轉(zhuǎn)子上，電刷在定子上。二、結(jié)構(gòu)按運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：定子和轉(zhuǎn)子兩部分。4電動(dòng)機(jī)及其控制概要課件51．磁極和定子鐵心功能：產(chǎn)生磁場(chǎng)電磁式直流電機(jī)：用直流電產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)，應(yīng)用；功率大的場(chǎng)合，中、大型電機(jī)。1．磁極和定子鐵心功能：產(chǎn)生磁場(chǎng)6永磁式電機(jī):由永磁體產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)。優(yōu)點(diǎn)：體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊。缺點(diǎn)：磁場(chǎng)弱。應(yīng)用：微型和小型電機(jī)。永磁式電機(jī):由永磁體產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)。72.電樞繞組和電樞鐵心2.電樞繞組和電樞鐵心8電動(dòng)機(jī)及其控制概要課件9電樞繞組：產(chǎn)生電機(jī)的負(fù)載電流、發(fā)電機(jī)的電勢(shì)和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩。電機(jī)的中樞和樞紐。電樞繞組的制造方法把帶絕緣的銅導(dǎo)線預(yù)制成形，在鐵心糟內(nèi)放好絕緣層后將繞組嵌入。每個(gè)繞組元件的兩個(gè)端頭（引出線）按著一定的規(guī)律接到換向器上。直流電樞繞組本身自成閉合回路。電樞繞組：產(chǎn)生電機(jī)的負(fù)載電流、發(fā)電機(jī)的電勢(shì)和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩。103．換向器和電刷裝置換向器在轉(zhuǎn)子上。電刷在定子上。功能將電刷上的直流變?yōu)槔@組內(nèi)部的交流。3．換向器和電刷裝置換向器在轉(zhuǎn)子上。11電動(dòng)機(jī)及其控制概要課件12三、圖形符號(hào)三、圖形符號(hào)131.2電機(jī)中的磁性材料1.2.1鐵磁物質(zhì)磁性：能產(chǎn)生磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)中受到力作用。鐵磁性物質(zhì)1）磁導(dǎo)率μ大，是真空磁導(dǎo)率的2000～6000倍。2）μ不是恒量，隨磁場(chǎng)強(qiáng)度H變化。3）存在一個(gè)臨界溫度——居里點(diǎn)，高于此溫度時(shí)，磁導(dǎo)率降到真空磁導(dǎo)率。1.2電機(jī)中的磁性材料1.2.1鐵磁物質(zhì)14電動(dòng)機(jī)及其控制概要課件15

：剩磁磁密（簡(jiǎn)稱剩磁）：矯頑磁力。去磁曲線或退磁曲線：磁滯回線在第2象限（或第4象限）的部分。軟磁材料：矯頑磁力小，磁滯回線狹窄，磁導(dǎo)率高，如硅鋼片、純鐵、鑄鋼等，常用來(lái)作電機(jī)、變壓器的鐵心。硬磁材料：矯頑磁力大，磁滯回線寬。：剩磁磁密（簡(jiǎn)稱剩磁）16磁滯：B的變化滯后于H的變化。磁滯損耗：鐵磁材料在交變磁場(chǎng)作用下反復(fù)磁化時(shí)將要發(fā)熱，引起損耗。磁滯回線的面積越大，磁滯損耗也越大。渦流損耗：鐵磁材料處于交變的外磁場(chǎng)中時(shí)，鐵心中還會(huì)產(chǎn)生渦流，渦流在鐵心中引起的熱損耗。鐵心采用片狀的并有絕緣薄膜的材料疊壓而成，就是為了減少渦流損耗。鐵心損耗（鐵耗）：磁滯損耗加渦流損耗。磁滯：B的變化滯后于H的變化。171.2.2永磁材料的磁化特性永磁材料：被外磁場(chǎng)磁化，去掉外磁場(chǎng)后仍然保持較強(qiáng)的磁性。在電機(jī)中作磁極用。磁化曲線同硬磁材料。1.2.2永磁材料的磁化特性永磁材料：被外磁場(chǎng)磁化，去掉外18鋁鎳鈷（AlNiCo），稀土材料和鐵氧體兩類。鋁鎳鈷（AlNiCo），稀土材料和鐵氧體兩類。19永磁材料最重要的三個(gè)參數(shù)剩磁磁密矯頑力最大磁能積永磁材料最重要的三個(gè)參數(shù)剩磁磁密201.2.3永磁材料的工作點(diǎn)永磁材料的工作點(diǎn)(磁鐵工作點(diǎn)):在B-H坐標(biāo)圖上，表示永磁電機(jī)的磁極中B和H的點(diǎn)。純永磁磁路工作點(diǎn)為1.2.3永磁材料的工作點(diǎn)永磁材料的工作點(diǎn)(磁鐵工作點(diǎn)):21磁路有氣隙工作點(diǎn)K，直線0K

與退磁曲線（或恢復(fù)直線）的交點(diǎn)，氣隙越大，直線0K與橫軸的夾角越小。其它去磁因素同樣使該夾角減小。磁路有氣隙221.2.4常用的永磁材料鋁鎳鈷（AlNiCo）：剩磁高，容易去磁。鐵氧體：價(jià)低，剩磁低。稀土類：磁性能優(yōu)良。釤鈷類貴。釹鐵硼（NdFeB）應(yīng)用廣，居里點(diǎn)低。1.2.4常用的永磁材料鋁鎳鈷（AlNiCo）：231.3直流電機(jī)工作原理

1.3.1電磁力定律和電磁感應(yīng)定律電磁力定律大?。悍较颍鹤笫侄▌t

1.3直流電機(jī)工作原理

1.3.1電磁力定律和電磁感24直流電機(jī)要保持恒定方向轉(zhuǎn)矩，每個(gè)磁極下導(dǎo)體的電流方向應(yīng)保持不變。直流電機(jī)要保持恒定方向轉(zhuǎn)矩，每個(gè)磁極下導(dǎo)體的電流方向應(yīng)25電磁感應(yīng)定律大小：方向：右手定則

電磁感應(yīng)定律261.3.2直流電動(dòng)機(jī)的工作原理一、模型電機(jī)1.3.2直流電動(dòng)機(jī)的工作原理一、模型電機(jī)27換向器的作用：導(dǎo)體從一個(gè)磁極轉(zhuǎn)到相鄰的異性磁極時(shí)，改變導(dǎo)體電流方向，保持每個(gè)磁極下電流方向不變，使電機(jī)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)角范圍小，不用換向器。反轉(zhuǎn)：改變電刷電壓的極性。存在的問(wèn)題：轉(zhuǎn)矩小，波動(dòng)大。原因：匝數(shù)少（1匝），磁路是空氣，磁密低。換向器的作用：導(dǎo)體從一個(gè)磁極轉(zhuǎn)到相鄰的異性磁極時(shí)，改變導(dǎo)體電28二、環(huán)形繞組的直流電動(dòng)機(jī)環(huán)形鐵心，多繞組。兩條支路。二、環(huán)形繞組的直流電動(dòng)機(jī)29電動(dòng)機(jī)及其控制概要課件30存在的問(wèn)題：1）環(huán)形鐵心內(nèi)部無(wú)磁場(chǎng)，內(nèi)部導(dǎo)體不受電磁力，銅的利用率低。2）制造困難，工藝性和經(jīng)濟(jì)性不好。存在的問(wèn)題：31三、鼓形繞組三、鼓形繞組32電動(dòng)機(jī)及其控制概要課件33

1.4電機(jī)磁場(chǎng)、電樞反應(yīng)與換向一、電機(jī)磁場(chǎng)：磁極（主）磁場(chǎng)，電樞磁場(chǎng)1.4電機(jī)磁場(chǎng)、電樞反應(yīng)與換向一、電機(jī)磁場(chǎng)：34電角=極對(duì)數(shù)×機(jī)械角（幾何角）=直流電機(jī)電樞磁場(chǎng)軸線與磁極主磁場(chǎng)軸線的夾角為90°電角。電磁轉(zhuǎn)矩為直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩最大。

電角=極對(duì)數(shù)×機(jī)械角（幾何角）=35二、電樞反應(yīng)氣隙磁場(chǎng)是磁極磁場(chǎng)和電樞磁場(chǎng)的合成磁場(chǎng)。由于電樞磁場(chǎng)的存在，使氣隙中的合成磁場(chǎng)與磁極磁場(chǎng)的大小、方向不同，這一現(xiàn)象叫電樞反應(yīng)。二、電樞反應(yīng)36物理中性面：氣隙磁密為零或最小的位置。幾何中性面：相鄰磁極之間的幾何對(duì)稱面。電樞反應(yīng)的表現(xiàn)：1）磁場(chǎng)扭斜：氣隙合成磁場(chǎng)的物理中性面逆著電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向偏轉(zhuǎn)。幾何中性面有磁場(chǎng)。2）去磁作用：半個(gè)極下磁場(chǎng)增加，另半個(gè)極下減小。由于磁路接近飽和，磁通的增加值小于磁通的減少值，總磁通將有所減小。物理中性面：氣隙磁密為零或最小的位置。37由于磁路接近飽和，磁通的增加值小于磁通的減少值，總磁通將有所減小。由于磁路接近飽和，磁通的增加值小于磁通的減少值，總磁通將有所38三、換向被電刷短路的過(guò)程。換向時(shí)在電刷下可能產(chǎn)生火花，影響電機(jī)工作。換向火花還產(chǎn)生高頻電磁波。轉(zhuǎn)速和電樞電流越大，換向火花越大，因此直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速及電樞電流的最大值都要受換向條件的限制。三、換向39換向火花產(chǎn)生的電磁方面的原因：換向元件中產(chǎn)生電勢(shì)和電流。1）換向前后電流方向變化，產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)。電勢(shì)方向與換向前的電流方向一致。換向火花產(chǎn)生的電磁方面的原因：換向元件中產(chǎn)生電勢(shì)和電流。402）電樞反應(yīng)使氣隙合成磁場(chǎng)扭斜后，位于磁極幾何中性面上的換向元件切割合成磁場(chǎng)的磁力線，或，換向元件切割電樞電流的磁通產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)，由右手定則可知其方向與換向前電流的方向相同。2）電樞反應(yīng)使氣隙合成磁場(chǎng)扭斜后，位于磁極幾何中性面上的換向41換向元件中的總電勢(shì)。換向元件中產(chǎn)生了附加電流。換向結(jié)束的瞬間，，電流發(fā)生突變。由于繞組電感的作用，產(chǎn)生很大的感應(yīng)電勢(shì)，使電刷與換向片間產(chǎn)生火花。電樞電流越大，電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，換向元件中的感應(yīng)電勢(shì)和附加電流就越大，換向火花也就越強(qiáng)烈。換向元件中的總電勢(shì)。42直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)允許有輕微的火花，但不允許有強(qiáng)烈的火花。減小和消除換向火花的方法。第一，移動(dòng)電刷，將電刷逆著電樞旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)。第二，在幾何中性面處加換向磁極，它的繞組與電樞繞組串聯(lián)，換向極的磁場(chǎng)方向與電樞磁場(chǎng)方向相反。第三，選用合適的電刷。直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)允許有輕微的火花，但不允許有強(qiáng)烈的火花。431.5直流電動(dòng)機(jī)的特性與控制方法

直流電動(dòng)機(jī)的接線1.5直流電動(dòng)機(jī)的特性與控制方法

直流電動(dòng)機(jī)的接線441.5.1直流電動(dòng)機(jī)的基本關(guān)系式一、電磁轉(zhuǎn)矩與電樞反電勢(shì)電磁轉(zhuǎn)矩由電磁力定律，一根導(dǎo)線受力

各導(dǎo)線轉(zhuǎn)矩相加可得直流電機(jī)電樞所受到的電磁轉(zhuǎn)矩為

當(dāng)磁通Φ為常值時(shí)該式可寫(xiě)為——轉(zhuǎn)矩靈敏度，或稱轉(zhuǎn)矩系數(shù)1.5.1直流電動(dòng)機(jī)的基本關(guān)系式一、電磁轉(zhuǎn)矩與電樞反電勢(shì)45電樞反電勢(shì)由電磁感應(yīng)定律，一根導(dǎo)線的電勢(shì)各導(dǎo)線電勢(shì)相加可得直流電機(jī)電樞繞組感應(yīng)電勢(shì)（電動(dòng)機(jī)中稱為電樞反電勢(shì)）為——反電勢(shì)系數(shù)

采用國(guó)際單位制（SI）

電樞反電勢(shì)46二、轉(zhuǎn)矩平衡方程式由轉(zhuǎn)子受力圖和力學(xué)定律動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩平衡方程式動(dòng)態(tài)：靜態(tài)：靜態(tài)轉(zhuǎn)矩平衡方程式二、轉(zhuǎn)矩平衡方程式47

加速

減速

勻速

48三、電壓平衡方程式電樞繞組有自感和電阻，在外磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)電樞中又有感應(yīng)電勢(shì)（電樞反電勢(shì)），因此電樞等效電路。動(dòng)態(tài)電壓平衡方程式動(dòng)態(tài)：靜態(tài)：靜態(tài)電壓平衡方程式：

電動(dòng)機(jī)及其控制概要課件49四大關(guān)系式通用：動(dòng)態(tài)：靜態(tài)：參數(shù)關(guān)系四大關(guān)系式50四、幾點(diǎn)說(shuō)明1.感應(yīng)電勢(shì)實(shí)際的感應(yīng)電勢(shì)是波動(dòng)的。波動(dòng)的主要原因是因?yàn)閷?shí)際電機(jī)有齒槽存在，電樞導(dǎo)體集中在有限的槽內(nèi)而不在電樞表面。感應(yīng)電勢(shì)的平均值仍符合前式，瞬時(shí)值隨著電樞轉(zhuǎn)動(dòng)而上下波動(dòng)，如圖。波動(dòng)的頻率為齒頻率

紋波系數(shù)：

四、幾點(diǎn)說(shuō)明51

522.電磁轉(zhuǎn)矩由于有齒槽，由前式求得的電磁轉(zhuǎn)矩是它的平均值，瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩是波動(dòng)的，與電勢(shì)相同。槽中磁密較小。由電磁理論可知鐵磁性物質(zhì)表面所受磁場(chǎng)作用力與其法向磁密的平方成正比，方向向外。有齒槽時(shí)，主要是鐵心的齒受力。

2.電磁轉(zhuǎn)矩由于有齒槽，由前式求得的電磁轉(zhuǎn)矩是它的平均值533.和的關(guān)系利用能量守恒定律證明

電動(dòng)機(jī)從電源輸入的電功率為電動(dòng)機(jī)做出的總的機(jī)械功率為

電樞繞組發(fā)出的熱能功率為能量守恒定律：3.和的關(guān)系544.電磁式直流電動(dòng)機(jī)激磁回路方程式5.電阻電樞回路總電阻。包括電樞繞組電阻，電刷接觸電阻，電樞回路中存在或故意加入的其他電阻，如功放內(nèi)阻，調(diào)節(jié)電阻等。

4.電磁式直流電動(dòng)機(jī)激磁回路方程式551.5.2直流電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)特性與控制方法

一、概述靜態(tài)：電流和轉(zhuǎn)速不變。靜態(tài)特性：靜態(tài)時(shí)各變量間的關(guān)系。常用靜態(tài)特性機(jī)械特性：轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系調(diào)節(jié)特性：轉(zhuǎn)速與控制量（如電壓）的關(guān)系

1.5.2直流電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)特性與控制方法一、概述56電機(jī)的電流電流與轉(zhuǎn)速有關(guān)轉(zhuǎn)速（利用上式，靜特性）：調(diào)速：改變和控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。開(kāi)環(huán)調(diào)速：電樞電壓，磁通，電阻。電樞控制，輸入量是電樞電壓（或電流）。磁場(chǎng)控制，輸入量是磁通，激磁電流或激磁電壓。電機(jī)的電流57二、電樞控制時(shí)的機(jī)械特性磁通Φ不變，電樞電壓為常數(shù)或參變量時(shí)轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。圖象：下垂的直線。斜率：理想空載轉(zhuǎn)速實(shí)際空載轉(zhuǎn)速堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩二、電樞控制時(shí)的機(jī)械特性58機(jī)械特性硬：小。機(jī)械特性族改變電樞電壓，。

平行直線。電壓提高，工作狀態(tài)變化。不變，

機(jī)械特性硬：小。59三、電樞控制時(shí)的調(diào)節(jié)特性電磁轉(zhuǎn)矩為參變量時(shí)轉(zhuǎn)速與電樞電壓的關(guān)系。斜率曲線族是平行直線。直線過(guò)原點(diǎn)。始動(dòng)電壓由摩檫力引起。起動(dòng)電流三、電樞控制時(shí)的調(diào)節(jié)特性60電樞控制的優(yōu)點(diǎn)：機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性曲線族是平行直線，這表明直流電機(jī)是理想的線性元件。電樞控制的缺點(diǎn)：控制功率大，要用較大容量的功率放大器。電樞控制的優(yōu)點(diǎn)：61四、磁場(chǎng)控制時(shí)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性數(shù)學(xué)表達(dá)式機(jī)械特性：磁通是參變量，的關(guān)系。交叉的直線。調(diào)節(jié)特性：轉(zhuǎn)矩是參變量，的關(guān)系。曲線。磁場(chǎng)控制時(shí)電機(jī)是非線性的。方法：變激磁電壓，電流。優(yōu)點(diǎn)：控制大功率電機(jī)。四、磁場(chǎng)控制時(shí)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性62五、典型負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系。（1）恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載1）反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載大小不變，方向與運(yùn)動(dòng)方向相反。如，有摩擦的轉(zhuǎn)臺(tái)，水平面上拖重物。2）位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載大小不變，方向不變。如提重物。五、典型負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性63（2）泵類負(fù)載如，水泵，風(fēng)扇。（3）恒功率負(fù)載如，軋鋼機(jī)，卷紙機(jī)，電氣牽引車。（2）泵類負(fù)載64六、由n-T曲線判定電機(jī)-負(fù)載穩(wěn)定運(yùn)行條件穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)：設(shè)電機(jī)轉(zhuǎn)速為n。若由于某種擾動(dòng)，轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。當(dāng)擾動(dòng)消失后，電機(jī)能恢復(fù)到原轉(zhuǎn)速n，則稱n所表示的狀態(tài)是穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，否則是不穩(wěn)定狀態(tài)。穩(wěn)定運(yùn)行的條件是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，穩(wěn)定工作區(qū)域是機(jī)械特性曲線的下降段。斜率為負(fù)，轉(zhuǎn)矩增大，轉(zhuǎn)速下降。六、由n-T曲線判定電機(jī)-負(fù)載穩(wěn)定運(yùn)行條件65第一篇電動(dòng)機(jī)及其控制第一章直流電動(dòng)機(jī)及其控制1.1直流電機(jī)及其基本結(jié)構(gòu)第一篇電動(dòng)機(jī)及其控制第一章直流電動(dòng)機(jī)及其控制66一、概述應(yīng)用：1高精度位置伺服系統(tǒng)；2大轉(zhuǎn)矩設(shè)備，如軋鋼機(jī)、電氣鐵道牽引機(jī)、起重機(jī)械等；3

高精度速度控制系統(tǒng)；4航天器及其它只有直流電源的場(chǎng)合。一、概述應(yīng)用：67優(yōu)點(diǎn)：l）調(diào)速范圍寬（可穩(wěn)定運(yùn)行的速度范圍大）；2）轉(zhuǎn)矩大；3）控制方法簡(jiǎn)單，控制裝置的可靠性高。缺點(diǎn)：有換向器。費(fèi)工費(fèi)料，造價(jià)貴，運(yùn)行時(shí)換向器需要經(jīng)常維修，壽命較短（350～400h），換向條件又使直流電機(jī)的容量受到限制。特殊點(diǎn)：用直流電源。優(yōu)點(diǎn)：68二、結(jié)構(gòu)按運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：定子和轉(zhuǎn)子兩部分。按功能：磁極、電樞繞組、換向器和電刷三部分。磁極在定子上，電樞繞組在轉(zhuǎn)子上。換向器在轉(zhuǎn)子上，電刷在定子上。二、結(jié)構(gòu)按運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：定子和轉(zhuǎn)子兩部分。69電動(dòng)機(jī)及其控制概要課件701．磁極和定子鐵心功能：產(chǎn)生磁場(chǎng)電磁式直流電機(jī)：用直流電產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)，應(yīng)用；功率大的場(chǎng)合，中、大型電機(jī)。1．磁極和定子鐵心功能：產(chǎn)生磁場(chǎng)71永磁式電機(jī):由永磁體產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)。優(yōu)點(diǎn)：體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊。缺點(diǎn)：磁場(chǎng)弱。應(yīng)用：微型和小型電機(jī)。永磁式電機(jī):由永磁體產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)。722.電樞繞組和電樞鐵心2.電樞繞組和電樞鐵心73電動(dòng)機(jī)及其控制概要課件74電樞繞組：產(chǎn)生電機(jī)的負(fù)載電流、發(fā)電機(jī)的電勢(shì)和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩。電機(jī)的中樞和樞紐。電樞繞組的制造方法把帶絕緣的銅導(dǎo)線預(yù)制成形，在鐵心糟內(nèi)放好絕緣層后將繞組嵌入。每個(gè)繞組元件的兩個(gè)端頭（引出線）按著一定的規(guī)律接到換向器上。直流電樞繞組本身自成閉合回路。電樞繞組：產(chǎn)生電機(jī)的負(fù)載電流、發(fā)電機(jī)的電勢(shì)和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩。753．換向器和電刷裝置換向器在轉(zhuǎn)子上。電刷在定子上。功能將電刷上的直流變?yōu)槔@組內(nèi)部的交流。3．換向器和電刷裝置換向器在轉(zhuǎn)子上。76電動(dòng)機(jī)及其控制概要課件77三、圖形符號(hào)三、圖形符號(hào)781.2電機(jī)中的磁性材料1.2.1鐵磁物質(zhì)磁性：能產(chǎn)生磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)中受到力作用。鐵磁性物質(zhì)1）磁導(dǎo)率μ大，是真空磁導(dǎo)率的2000～6000倍。2）μ不是恒量，隨磁場(chǎng)強(qiáng)度H變化。3）存在一個(gè)臨界溫度——居里點(diǎn)，高于此溫度時(shí)，磁導(dǎo)率降到真空磁導(dǎo)率。1.2電機(jī)中的磁性材料1.2.1鐵磁物質(zhì)79電動(dòng)機(jī)及其控制概要課件80

：剩磁磁密（簡(jiǎn)稱剩磁）：矯頑磁力。去磁曲線或退磁曲線：磁滯回線在第2象限（或第4象限）的部分。軟磁材料：矯頑磁力小，磁滯回線狹窄，磁導(dǎo)率高，如硅鋼片、純鐵、鑄鋼等，常用來(lái)作電機(jī)、變壓器的鐵心。硬磁材料：矯頑磁力大，磁滯回線寬。：剩磁磁密（簡(jiǎn)稱剩磁）81磁滯：B的變化滯后于H的變化。磁滯損耗：鐵磁材料在交變磁場(chǎng)作用下反復(fù)磁化時(shí)將要發(fā)熱，引起損耗。磁滯回線的面積越大，磁滯損耗也越大。渦流損耗：鐵磁材料處于交變的外磁場(chǎng)中時(shí)，鐵心中還會(huì)產(chǎn)生渦流，渦流在鐵心中引起的熱損耗。鐵心采用片狀的并有絕緣薄膜的材料疊壓而成，就是為了減少渦流損耗。鐵心損耗（鐵耗）：磁滯損耗加渦流損耗。磁滯：B的變化滯后于H的變化。821.2.2永磁材料的磁化特性永磁材料：被外磁場(chǎng)磁化，去掉外磁場(chǎng)后仍然保持較強(qiáng)的磁性。在電機(jī)中作磁極用。磁化曲線同硬磁材料。1.2.2永磁材料的磁化特性永磁材料：被外磁場(chǎng)磁化，去掉外83鋁鎳鈷（AlNiCo），稀土材料和鐵氧體兩類。鋁鎳鈷（AlNiCo），稀土材料和鐵氧體兩類。84永磁材料最重要的三個(gè)參數(shù)剩磁磁密矯頑力最大磁能積永磁材料最重要的三個(gè)參數(shù)剩磁磁密851.2.3永磁材料的工作點(diǎn)永磁材料的工作點(diǎn)(磁鐵工作點(diǎn)):在B-H坐標(biāo)圖上，表示永磁電機(jī)的磁極中B和H的點(diǎn)。純永磁磁路工作點(diǎn)為1.2.3永磁材料的工作點(diǎn)永磁材料的工作點(diǎn)(磁鐵工作點(diǎn)):86磁路有氣隙工作點(diǎn)K，直線0K

與退磁曲線（或恢復(fù)直線）的交點(diǎn)，氣隙越大，直線0K與橫軸的夾角越小。其它去磁因素同樣使該夾角減小。磁路有氣隙871.2.4常用的永磁材料鋁鎳鈷（AlNiCo）：剩磁高，容易去磁。鐵氧體：價(jià)低，剩磁低。稀土類：磁性能優(yōu)良。釤鈷類貴。釹鐵硼（NdFeB）應(yīng)用廣，居里點(diǎn)低。1.2.4常用的永磁材料鋁鎳鈷（AlNiCo）：881.3直流電機(jī)工作原理

1.3.1電磁力定律和電磁感應(yīng)定律電磁力定律大?。悍较颍鹤笫侄▌t

1.3直流電機(jī)工作原理

1.3.1電磁力定律和電磁感89直流電機(jī)要保持恒定方向轉(zhuǎn)矩，每個(gè)磁極下導(dǎo)體的電流方向應(yīng)保持不變。直流電機(jī)要保持恒定方向轉(zhuǎn)矩，每個(gè)磁極下導(dǎo)體的電流方向應(yīng)90電磁感應(yīng)定律大小：方向：右手定則

電磁感應(yīng)定律911.3.2直流電動(dòng)機(jī)的工作原理一、模型電機(jī)1.3.2直流電動(dòng)機(jī)的工作原理一、模型電機(jī)92換向器的作用：導(dǎo)體從一個(gè)磁極轉(zhuǎn)到相鄰的異性磁極時(shí)，改變導(dǎo)體電流方向，保持每個(gè)磁極下電流方向不變，使電機(jī)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)角范圍小，不用換向器。反轉(zhuǎn)：改變電刷電壓的極性。存在的問(wèn)題：轉(zhuǎn)矩小，波動(dòng)大。原因：匝數(shù)少（1匝），磁路是空氣，磁密低。換向器的作用：導(dǎo)體從一個(gè)磁極轉(zhuǎn)到相鄰的異性磁極時(shí)，改變導(dǎo)體電93二、環(huán)形繞組的直流電動(dòng)機(jī)環(huán)形鐵心，多繞組。兩條支路。二、環(huán)形繞組的直流電動(dòng)機(jī)94電動(dòng)機(jī)及其控制概要課件95存在的問(wèn)題：1）環(huán)形鐵心內(nèi)部無(wú)磁場(chǎng)，內(nèi)部導(dǎo)體不受電磁力，銅的利用率低。2）制造困難，工藝性和經(jīng)濟(jì)性不好。存在的問(wèn)題：96三、鼓形繞組三、鼓形繞組97電動(dòng)機(jī)及其控制概要課件98

1.4電機(jī)磁場(chǎng)、電樞反應(yīng)與換向一、電機(jī)磁場(chǎng)：磁極（主）磁場(chǎng)，電樞磁場(chǎng)1.4電機(jī)磁場(chǎng)、電樞反應(yīng)與換向一、電機(jī)磁場(chǎng)：99電角=極對(duì)數(shù)×機(jī)械角（幾何角）=直流電機(jī)電樞磁場(chǎng)軸線與磁極主磁場(chǎng)軸線的夾角為90°電角。電磁轉(zhuǎn)矩為直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩最大。

電角=極對(duì)數(shù)×機(jī)械角（幾何角）=100二、電樞反應(yīng)氣隙磁場(chǎng)是磁極磁場(chǎng)和電樞磁場(chǎng)的合成磁場(chǎng)。由于電樞磁場(chǎng)的存在，使氣隙中的合成磁場(chǎng)與磁極磁場(chǎng)的大小、方向不同，這一現(xiàn)象叫電樞反應(yīng)。二、電樞反應(yīng)101物理中性面：氣隙磁密為零或最小的位置。幾何中性面：相鄰磁極之間的幾何對(duì)稱面。電樞反應(yīng)的表現(xiàn)：1）磁場(chǎng)扭斜：氣隙合成磁場(chǎng)的物理中性面逆著電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向偏轉(zhuǎn)。幾何中性面有磁場(chǎng)。2）去磁作用：半個(gè)極下磁場(chǎng)增加，另半個(gè)極下減小。由于磁路接近飽和，磁通的增加值小于磁通的減少值，總磁通將有所減小。物理中性面：氣隙磁密為零或最小的位置。102由于磁路接近飽和，磁通的增加值小于磁通的減少值，總磁通將有所減小。由于磁路接近飽和，磁通的增加值小于磁通的減少值，總磁通將有所103三、換向被電刷短路的過(guò)程。換向時(shí)在電刷下可能產(chǎn)生火花，影響電機(jī)工作。換向火花還產(chǎn)生高頻電磁波。轉(zhuǎn)速和電樞電流越大，換向火花越大，因此直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速及電樞電流的最大值都要受換向條件的限制。三、換向104換向火花產(chǎn)生的電磁方面的原因：換向元件中產(chǎn)生電勢(shì)和電流。1）換向前后電流方向變化，產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)。電勢(shì)方向與換向前的電流方向一致。換向火花產(chǎn)生的電磁方面的原因：換向元件中產(chǎn)生電勢(shì)和電流。1052）電樞反應(yīng)使氣隙合成磁場(chǎng)扭斜后，位于磁極幾何中性面上的換向元件切割合成磁場(chǎng)的磁力線，或，換向元件切割電樞電流的磁通產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)，由右手定則可知其方向與換向前電流的方向相同。2）電樞反應(yīng)使氣隙合成磁場(chǎng)扭斜后，位于磁極幾何中性面上的換向106換向元件中的總電勢(shì)。換向元件中產(chǎn)生了附加電流。換向結(jié)束的瞬間，，電流發(fā)生突變。由于繞組電感的作用，產(chǎn)生很大的感應(yīng)電勢(shì)，使電刷與換向片間產(chǎn)生火花。電樞電流越大，電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，換向元件中的感應(yīng)電勢(shì)和附加電流就越大，換向火花也就越強(qiáng)烈。換向元件中的總電勢(shì)。107直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)允許有輕微的火花，但不允許有強(qiáng)烈的火花。減小和消除換向火花的方法。第一，移動(dòng)電刷，將電刷逆著電樞旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)。第二，在幾何中性面處加換向磁極，它的繞組與電樞繞組串聯(lián)，換向極的磁場(chǎng)方向與電樞磁場(chǎng)方向相反。第三，選用合適的電刷。直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)允許有輕微的火花，但不允許有強(qiáng)烈的火花。1081.5直流電動(dòng)機(jī)的特性與控制方法

直流電動(dòng)機(jī)的接線1.5直流電動(dòng)機(jī)的特性與控制方法

直流電動(dòng)機(jī)的接線1091.5.1直流電動(dòng)機(jī)的基本關(guān)系式一、電磁轉(zhuǎn)矩與電樞反電勢(shì)電磁轉(zhuǎn)矩由電磁力定律，一根導(dǎo)線受力

各導(dǎo)線轉(zhuǎn)矩相加可得直流電機(jī)電樞所受到的電磁轉(zhuǎn)矩為

當(dāng)磁通Φ為常值時(shí)該式可寫(xiě)為——轉(zhuǎn)矩靈敏度，或稱轉(zhuǎn)矩系數(shù)1.5.1直流電動(dòng)機(jī)的基本關(guān)系式一、電磁轉(zhuǎn)矩與電樞反電勢(shì)110電樞反電勢(shì)由電磁感應(yīng)定律，一根導(dǎo)線的電勢(shì)各導(dǎo)線電勢(shì)相加可得直流電機(jī)電樞繞組感應(yīng)電勢(shì)（電動(dòng)機(jī)中稱為電樞反電勢(shì)）為——反電勢(shì)系數(shù)

采用國(guó)際單位制（SI）

電樞反電勢(shì)111二、轉(zhuǎn)矩平衡方程式由轉(zhuǎn)子受力圖和力學(xué)定律動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩平衡方程式動(dòng)態(tài)：靜態(tài)：靜態(tài)轉(zhuǎn)矩平衡方程式二、轉(zhuǎn)矩平衡方程式112

加速

減速

勻速

113三、電壓平衡方程式電樞繞組有自感和電阻，在外磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)電樞中又有感應(yīng)電勢(shì)（電樞反電勢(shì)），因此電樞等效電路。動(dòng)態(tài)電壓平衡方程式動(dòng)態(tài)：靜態(tài)：靜態(tài)電壓平衡方程式：

電動(dòng)機(jī)及其控制概要課件114四大關(guān)系式通用：動(dòng)態(tài)：靜態(tài)：參數(shù)關(guān)系四大關(guān)系式115四、幾點(diǎn)說(shuō)明1.感應(yīng)電勢(shì)實(shí)際的感應(yīng)電勢(shì)是波動(dòng)的。波動(dòng)的主要原因是因?yàn)閷?shí)際電機(jī)有齒槽存在，電樞導(dǎo)體集中在有限的槽內(nèi)而不在電樞表面。感應(yīng)電勢(shì)的平均值仍符合前式，瞬時(shí)值隨著電樞轉(zhuǎn)動(dòng)而上下波動(dòng)，如圖。波動(dòng)的頻率為齒頻率

紋波系數(shù)：

四、幾點(diǎn)說(shuō)明116

1172.電磁轉(zhuǎn)矩由于有齒槽，由前式求得的電磁轉(zhuǎn)矩是它的平均值，瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩是波動(dòng)的，與電勢(shì)相同。槽中磁密較小。由電磁理論可知鐵磁性物質(zhì)表面所受磁場(chǎng)作用力與其法向磁密的平方成正比，方向向外。有齒槽時(shí)，主要是鐵心的齒受力。

2.電磁轉(zhuǎn)矩由于有齒槽，由前式求得的電磁轉(zhuǎn)矩是它的平均值1183.和的關(guān)系利用能量守恒定律證明

電動(dòng)機(jī)從電源輸入的電功率為電動(dòng)機(jī)做出的總的機(jī)械功率為

電樞繞組發(fā)出的熱能功率為能量守恒定律：3.和的關(guān)系1194.電磁