《電機(jī)學(xué)直流電動(dòng)機(jī)》課件

電機(jī)學(xué)直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的設(shè)備，在工業(yè)和日常生活中應(yīng)用廣泛。本課件將深入講解直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理、特性和應(yīng)用等方面的知識(shí)。學(xué)習(xí)目標(biāo)直流電動(dòng)機(jī)的基本概念了解直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和基本參數(shù)，為深入學(xué)習(xí)直流電動(dòng)機(jī)打下基礎(chǔ)。直流電動(dòng)機(jī)的性能分析掌握直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、速度、功率等性能指標(biāo)的計(jì)算方法，并能夠分析直流電動(dòng)機(jī)的性能特性。直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用了解直流電動(dòng)機(jī)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，例如工業(yè)自動(dòng)化、交通運(yùn)輸、醫(yī)療設(shè)備等。直流電動(dòng)機(jī)的維護(hù)與故障診斷學(xué)習(xí)直流電動(dòng)機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)方法，以及常見(jiàn)故障的診斷和處理。直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)電樞電樞是直流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分，由電樞鐵芯、電樞繞組和換向器組成。電樞鐵芯用于提供磁路，電樞繞組用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，換向器用于將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。磁場(chǎng)磁場(chǎng)是由定子繞組產(chǎn)生的，定子繞組固定在電動(dòng)機(jī)外殼上。定子繞組可以是串勵(lì)、并勵(lì)或復(fù)合勵(lì)磁，不同的勵(lì)磁方式會(huì)影響電動(dòng)機(jī)的性能。軸承軸承用于支撐轉(zhuǎn)子，并允許其自由旋轉(zhuǎn)。軸承通常是滾珠軸承或滑動(dòng)軸承，不同的軸承類(lèi)型具有不同的摩擦系數(shù)和使用壽命。直流電動(dòng)機(jī)的工作原理1電磁感應(yīng)當(dāng)電流通過(guò)線(xiàn)圈時(shí)，會(huì)在線(xiàn)圈周?chē)a(chǎn)生磁場(chǎng)。2電磁力當(dāng)線(xiàn)圈置于磁場(chǎng)中時(shí)，會(huì)受到電磁力的作用，導(dǎo)致線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)。3旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)線(xiàn)圈的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械功的輸出。電樞回路和磁場(chǎng)回路1電樞回路電樞回路包括電樞繞組、電刷和換向器。2磁場(chǎng)回路磁場(chǎng)回路由勵(lì)磁繞組和磁極組成。3工作原理電樞回路中的電流在磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生電磁力，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。4電流方向電樞回路電流方向與磁場(chǎng)方向相互垂直，產(chǎn)生電磁力。轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生及表達(dá)式直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩是電動(dòng)機(jī)輸出的力矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)矩公式T=kΦIak電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)常數(shù)Φ磁通量Ia電樞電流電機(jī)轉(zhuǎn)矩和功率的關(guān)系電機(jī)轉(zhuǎn)矩和功率是兩個(gè)密切相關(guān)的參數(shù)，它們反映了電機(jī)運(yùn)行時(shí)的力學(xué)特性。電機(jī)轉(zhuǎn)矩是指電機(jī)輸出的力矩大小，它決定了電機(jī)帶動(dòng)負(fù)載的能力。電機(jī)功率是指電機(jī)輸出的機(jī)械能，它反映了電機(jī)單位時(shí)間內(nèi)完成的功。1轉(zhuǎn)矩電機(jī)轉(zhuǎn)矩決定了電機(jī)帶動(dòng)負(fù)載的能力。1功率電機(jī)功率反映了電機(jī)單位時(shí)間內(nèi)完成的功。1關(guān)系電機(jī)轉(zhuǎn)矩和功率的關(guān)系是：功率等于轉(zhuǎn)矩乘以轉(zhuǎn)速。1應(yīng)用了解電機(jī)轉(zhuǎn)矩和功率的關(guān)系，可以幫助我們選擇合適的電機(jī)，并優(yōu)化電機(jī)運(yùn)行效率。電機(jī)的速度特性1空載速度電機(jī)無(wú)負(fù)載運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速2負(fù)載速度電機(jī)在負(fù)載條件下的轉(zhuǎn)速3速度特性曲線(xiàn)反映電機(jī)轉(zhuǎn)速隨負(fù)載變化的關(guān)系速度特性是直流電動(dòng)機(jī)的重要特性之一，它反映了電機(jī)轉(zhuǎn)速隨負(fù)載變化的關(guān)系。直流電動(dòng)機(jī)的速度特性曲線(xiàn)通常呈下降趨勢(shì)，即負(fù)載越大，轉(zhuǎn)速越低。電機(jī)的機(jī)械特性1負(fù)載轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩是指電機(jī)驅(qū)動(dòng)負(fù)載旋轉(zhuǎn)所需的轉(zhuǎn)矩，它與負(fù)載的性質(zhì)和轉(zhuǎn)速有關(guān)。2電機(jī)轉(zhuǎn)速電機(jī)轉(zhuǎn)速是指電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，它與電機(jī)輸入電壓、勵(lì)磁電流和負(fù)載轉(zhuǎn)矩等因素有關(guān)。3機(jī)械特性曲線(xiàn)機(jī)械特性曲線(xiàn)是指電機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)載轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系曲線(xiàn)，它反映了電機(jī)在不同負(fù)載下的性能。不同的電機(jī)類(lèi)型，其機(jī)械特性曲線(xiàn)也不同，例如串勵(lì)式電機(jī)具有較高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，但其轉(zhuǎn)速下降較快；而分勵(lì)式電機(jī)則具有較平穩(wěn)的轉(zhuǎn)速特性，但其起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小。理解電機(jī)的機(jī)械特性曲線(xiàn)對(duì)于選擇合適的電機(jī)類(lèi)型和控制電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)至關(guān)重要。電機(jī)的調(diào)速方法改變勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流的變化會(huì)影響磁場(chǎng)強(qiáng)度，進(jìn)而影響轉(zhuǎn)速。對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)，可以通過(guò)改變勵(lì)磁繞組的電流來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。改變電樞電壓通過(guò)改變電樞回路中的電壓，可以調(diào)節(jié)電樞電流，從而改變轉(zhuǎn)速。常用的方法包括調(diào)節(jié)電源電壓或使用調(diào)速器控制電樞電壓。改變負(fù)載負(fù)載的變化會(huì)影響電機(jī)轉(zhuǎn)速。增加負(fù)載會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)速下降，減輕負(fù)載則會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)速上升?？梢酝ㄟ^(guò)控制負(fù)載來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。使用串聯(lián)電阻在電樞回路中串聯(lián)一個(gè)電阻，可以降低電樞電流，進(jìn)而降低轉(zhuǎn)速。這種方法適用于需要低轉(zhuǎn)速或需要降低電機(jī)啟動(dòng)電流的情況。直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁方式勵(lì)磁方式直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁方式是指勵(lì)磁繞組的電流來(lái)源及連接方式。常見(jiàn)勵(lì)磁方式有獨(dú)立勵(lì)磁、他勵(lì)、串勵(lì)、并勵(lì)、復(fù)勵(lì)。勵(lì)磁方式影響電機(jī)速度特性、轉(zhuǎn)矩特性、效率、成本等因素。選擇合適勵(lì)磁方式，可滿(mǎn)足不同應(yīng)用需求。分勵(lì)式和串勵(lì)式電動(dòng)機(jī)分勵(lì)式電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組獨(dú)立于電樞回路，勵(lì)磁電流由獨(dú)立的電源供給。勵(lì)磁繞組可以是直流電源也可以是交流電源經(jīng)過(guò)整流后供電。串勵(lì)式電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組串聯(lián)在電樞回路中，勵(lì)磁電流與電樞電流相同。串勵(lì)式電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)具有較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，但空載時(shí)轉(zhuǎn)速會(huì)很高，容易失控。分勵(lì)式電動(dòng)機(jī)的特性分勵(lì)式電動(dòng)機(jī)是指定子繞組和電樞繞組分別由獨(dú)立電源供電的直流電動(dòng)機(jī)。分勵(lì)式電動(dòng)機(jī)具有以下特性：1.速度調(diào)節(jié)范圍廣，可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的無(wú)級(jí)調(diào)速，適合用于需要精確調(diào)速的場(chǎng)合。2.效率高，因?yàn)槎ㄗ哟艌?chǎng)不受電樞電流的影響，所以磁場(chǎng)損耗較低。3.啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，可以滿(mǎn)足較大的負(fù)載啟動(dòng)要求。4.結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，維護(hù)難度較大。串勵(lì)式電動(dòng)機(jī)的特性串勵(lì)式電動(dòng)機(jī)是指勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)連接的直流電動(dòng)機(jī)。這種電動(dòng)機(jī)具有以下特性：起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，適用于起動(dòng)負(fù)荷較大的場(chǎng)合。但其轉(zhuǎn)速變化較大，在無(wú)負(fù)載的情況下，轉(zhuǎn)速會(huì)很高，甚至?xí)_(dá)到危險(xiǎn)速度，因此需要進(jìn)行有效的轉(zhuǎn)速控制。在負(fù)載增加時(shí)，轉(zhuǎn)速下降明顯，并且效率較低。電動(dòng)機(jī)的功率損耗電動(dòng)機(jī)在工作過(guò)程中，不可避免地會(huì)產(chǎn)生各種能量損耗，導(dǎo)致輸入功率與輸出功率之間存在差距。這些損耗主要包括銅損、鐵損、機(jī)械損耗和附加損耗等。10%銅損電流流過(guò)電樞繞組和勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的熱量。5%鐵損磁場(chǎng)在鐵芯中交變產(chǎn)生的磁滯損耗和渦流損耗。2%機(jī)械損耗軸承摩擦、風(fēng)扇散熱等產(chǎn)生的能量損耗。1%附加損耗其他零散的能量損耗，如刷子接觸損耗等。電機(jī)的熱特性與溫升溫升電機(jī)運(yùn)行時(shí)，其內(nèi)部元件溫度升高與環(huán)境溫度之差允許溫升電機(jī)在正常工作條件下允許達(dá)到的最高溫升過(guò)熱電機(jī)溫升超過(guò)允許溫升，可能導(dǎo)致絕緣老化、性能下降甚至燒毀直流電動(dòng)機(jī)的冷卻方式風(fēng)冷使用風(fēng)扇或鼓風(fēng)機(jī)將冷空氣吹過(guò)電機(jī)，帶走熱量。常見(jiàn)于小型直流電動(dòng)機(jī)。水冷利用水循環(huán)帶走電機(jī)產(chǎn)生的熱量，適用于大功率直流電動(dòng)機(jī)。散熱片利用散熱片增加散熱面積，提高熱量散失效率。適用于中等功率直流電動(dòng)機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括：機(jī)座、定子、轉(zhuǎn)子、軸承、刷架和換向器等。機(jī)座通常由鑄鐵或鋼板制成，用以支撐整個(gè)電機(jī)，并作為定子的基礎(chǔ)。定子由磁極、磁軛和勵(lì)磁繞組組成，用來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)軸、電樞芯、電樞繞組和換向器組成，是直流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分。直流電動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)直流電動(dòng)機(jī)的參數(shù)主要包括額定電壓、額定電流、額定功率、額定轉(zhuǎn)速、額定轉(zhuǎn)矩以及效率等。這些參數(shù)對(duì)電動(dòng)機(jī)的選擇和應(yīng)用至關(guān)重要。220V額定電壓通常為220V或380V，取決于應(yīng)用場(chǎng)景。10A額定電流反映了電機(jī)在額定負(fù)載下的工作電流。1.5KW額定功率電機(jī)在額定負(fù)載下所能輸出的機(jī)械功率。1500RPM額定轉(zhuǎn)速電機(jī)在額定負(fù)載下所能達(dá)到的轉(zhuǎn)速。除了這些基本參數(shù)，還有一些其他重要參數(shù)，如效率、絕緣等級(jí)、防護(hù)等級(jí)、重量等，需要根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適的電動(dòng)機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)的選型負(fù)載特性負(fù)載的類(lèi)型、功率和轉(zhuǎn)速要求決定了電動(dòng)機(jī)的選擇。例如，輕負(fù)載需要小型電機(jī)，而重負(fù)載需要大功率電機(jī)。工作環(huán)境環(huán)境溫度、濕度和振動(dòng)等因素影響電機(jī)的選擇。高溫環(huán)境下需要耐高溫電機(jī)，而潮濕環(huán)境下需要防潮電機(jī)。控制要求不同的控制需求會(huì)影響電機(jī)類(lèi)型的選擇。例如，需要精確控制的應(yīng)用可以選擇調(diào)速電機(jī)。成本和效率成本和效率是選擇電機(jī)的關(guān)鍵因素。高效電機(jī)可以降低運(yùn)行成本，但價(jià)格可能更高。直流電動(dòng)機(jī)的安裝調(diào)試準(zhǔn)備工作仔細(xì)檢查電機(jī)和附件，確保完好無(wú)損，并做好必要的清潔工作。安裝電機(jī)將電機(jī)固定在機(jī)架上，并調(diào)整好位置，確保電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)。連接電源將電源線(xiàn)連接到電機(jī)，并確保接線(xiàn)正確，避免發(fā)生短路或過(guò)載。調(diào)試電機(jī)先進(jìn)行空載試運(yùn)行，觀察電機(jī)運(yùn)行是否正常，如有問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。負(fù)載測(cè)試逐漸增加負(fù)載，觀察電機(jī)運(yùn)行情況，確保電機(jī)能夠正常工作。直流電動(dòng)機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)11.定期檢查定期檢查電動(dòng)機(jī)，確保各部件正常運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。22.清潔維護(hù)保持電動(dòng)機(jī)清潔，防止灰塵和油污堆積，影響散熱和絕緣性能。33.潤(rùn)滑保養(yǎng)定期對(duì)軸承、齒輪等部件進(jìn)行潤(rùn)滑，降低磨損，延長(zhǎng)使用壽命。44.絕緣測(cè)試定期進(jìn)行絕緣測(cè)試，確保絕緣良好，防止短路或漏電。直流電動(dòng)機(jī)的故障診斷常見(jiàn)故障直流電動(dòng)機(jī)的常見(jiàn)故障包括：電樞繞組開(kāi)路或短路，磁場(chǎng)繞組開(kāi)路或短路，電刷磨損，換向器故障，軸承磨損，以及過(guò)載或過(guò)熱等。診斷方法診斷直流電動(dòng)機(jī)故障可以采用多種方法：目視檢查，用萬(wàn)用表測(cè)量電阻，使用示波器觀察波形，以及測(cè)試電動(dòng)機(jī)的負(fù)載特性等。直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域11.工業(yè)自動(dòng)化直流電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，如機(jī)器人、自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)、機(jī)床等。22.交通運(yùn)輸直流電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，在電動(dòng)汽車(chē)、電動(dòng)火車(chē)、電動(dòng)船舶等交通運(yùn)輸領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。33.家用電器直流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用于各種家用電器，如洗衣機(jī)、冰箱、吸塵器、空調(diào)等。44.其他領(lǐng)域直流電動(dòng)機(jī)還應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備、航空航天、軍事裝備等其他領(lǐng)域。小型直流電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)體積小，重量輕小型直流電動(dòng)機(jī)體積小巧，便于安裝在狹窄的空間內(nèi)，重量輕便于移動(dòng)和運(yùn)輸，適合用于移動(dòng)設(shè)備和小型機(jī)器。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉小型直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造工藝成熟，生產(chǎn)成本較低，適合于大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。效率較高，響應(yīng)速度快小型直流電動(dòng)機(jī)效率較高，能量轉(zhuǎn)化率高，響應(yīng)速度快，能夠快速啟動(dòng)和停止，適合于需要快速控制的場(chǎng)合。應(yīng)用廣泛，領(lǐng)域多樣小型直流電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，例如玩具、模型、醫(yī)療器械、家用電器等等，滿(mǎn)足各種不同需求。大功率直流電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)功率輸出高大功率直流電動(dòng)機(jī)可提供高功率輸出，滿(mǎn)足高負(fù)載要求。它們被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)、起重機(jī)和礦山設(shè)備等領(lǐng)域。結(jié)構(gòu)堅(jiān)固大功率直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)更加堅(jiān)固，以承受高負(fù)載和惡劣工作環(huán)境。它們通常采用高強(qiáng)度材料和精密制造工藝。效率較高大功率直流電動(dòng)機(jī)通常具有更高的效率，減少能量損耗，降低運(yùn)營(yíng)成本。同時(shí)，高效的能量轉(zhuǎn)換也意味著更環(huán)保的運(yùn)作?？刂旗`活大功率直流電動(dòng)機(jī)通?？梢詫?shí)現(xiàn)靈活的控制，例如速度控制、轉(zhuǎn)矩控制和制動(dòng)控制。這使得它們能夠適應(yīng)各種應(yīng)用需求。稀土永磁直流電動(dòng)機(jī)稀土永磁直流電動(dòng)機(jī)以其高效率、高功率密度和低能耗而著稱(chēng)。它采用稀土永磁材料作為磁場(chǎng)勵(lì)磁，具有體積小、重量輕、轉(zhuǎn)速快、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。這些特性使得稀土永磁直流電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，例如汽車(chē)、機(jī)器人、航空航天等。直流電動(dòng)機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)效率提升提高能量轉(zhuǎn)換效率，減少能源損耗，降低運(yùn)行成本。智能控制采用智能控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，優(yōu)化運(yùn)行性能。小型化開(kāi)發(fā)體積更小、重量更輕的直流電動(dòng)機(jī)，滿(mǎn)足小型化設(shè)備的需求。綠色環(huán)保使用環(huán)保材料，減少污染排放，符合可