《直流電機的磁場》課件

直流電機的磁場直流電機磁場是電磁感應原理的關(guān)鍵組成部分。它是電機工作時產(chǎn)生的磁場，與電機的轉(zhuǎn)子相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動。課程目標磁場了解直流電機磁場的產(chǎn)生、特性以及影響因素。電磁學習直流電機磁場與電磁感應之間的關(guān)系。分析分析電樞反應、磁飽和等現(xiàn)象對磁場的影響。應用了解直流電機磁場在實際應用中的重要性。直流電機的工作原理1電磁感應電流通過線圈產(chǎn)生磁場。2旋轉(zhuǎn)磁場與磁極相互作用，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力。3電流方向變化電刷切換電流方向，保持旋轉(zhuǎn)。直流電機依靠電磁感應原理工作。當電流通過線圈時，會產(chǎn)生磁場。該磁場與電機磁極產(chǎn)生的磁場相互作用，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力，從而驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動。為了保持電機持續(xù)旋轉(zhuǎn)，電刷會周期性地切換電流方向，使旋轉(zhuǎn)力方向始終一致。直流電機磁極類型磁極類型直流電機通常分為兩大類磁極類型，分別為電磁勵磁和永磁勵磁。電磁勵磁使用電磁線圈產(chǎn)生磁場，而永磁勵磁則使用永久磁鐵。電磁勵磁電磁勵磁直流電機使用電磁鐵產(chǎn)生磁場，磁場強度可以通過調(diào)整勵磁電流進行控制。永磁勵磁永磁勵磁直流電機使用永久磁鐵產(chǎn)生磁場，磁場強度通常是固定的，但可以通過選擇不同強度的磁鐵來改變。磁場的產(chǎn)生電流的流動電流在導體中流動，會產(chǎn)生磁場。磁場的形狀磁場形狀取決于電流的流向和導體的形狀。磁力線磁力線是從北極出發(fā)，指向南極。磁場強度磁場強度與電流的大小和導體的形狀有關(guān)。線圈電流與磁場的關(guān)系電流方向磁場方向順時針向內(nèi)逆時針向外線圈電流的方向決定磁場的方向。電流越大，產(chǎn)生的磁場越強。結(jié)構(gòu)對磁場的影響1磁極形狀磁極形狀會影響磁場的強度和分布。例如，圓形磁極會產(chǎn)生更均勻的磁場，而矩形磁極會產(chǎn)生更集中的磁場。2磁極間距磁極間距影響磁場的強度和分布。磁極間距越大，磁場強度越弱，磁場分布越均勻。3鐵芯形狀鐵芯形狀會影響磁場的分布。例如，圓形鐵芯會產(chǎn)生更均勻的磁場，而矩形鐵芯會產(chǎn)生更集中的磁場。4氣隙氣隙會影響磁場的強度。氣隙越大，磁場強度越弱。電樞反應電流方向影響電樞電流在電樞繞組中流動，產(chǎn)生磁場，稱為電樞磁場。電樞磁場與主磁場方向相互作用，對主磁場產(chǎn)生影響，稱為電樞反應。電樞反應的原因1電樞電流電樞繞組中的電流會產(chǎn)生磁場，該磁場稱為電樞磁場。電樞磁場與主磁場方向相同或相反，取決于電樞電流的方向。2磁場疊加電樞磁場與主磁場疊加，形成合成磁場。合成磁場的方向與主磁場方向不同，導致磁力線分布發(fā)生變化。3磁力線偏轉(zhuǎn)電樞磁場使主磁力線發(fā)生偏轉(zhuǎn)，導致磁力線密度不均勻。磁力線密度變化會影響電磁感應力，并影響轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。電樞反應的影響磁場畸變電樞電流產(chǎn)生的磁場與主磁場疊加，導致磁場分布發(fā)生畸變，影響電機性能。電樞電流變化電樞電流的變化會引起磁場分布的動態(tài)變化，導致電機轉(zhuǎn)矩波動。電刷火花電樞反應會導致電刷與換向器之間產(chǎn)生火花，影響電機壽命和工作可靠性。電樞鐵心磁飽和電樞鐵心在強磁場作用下，磁化強度達到飽和狀態(tài)，磁場強度不再隨著電流線性增加。這種現(xiàn)象被稱為電樞鐵心磁飽和。磁飽和會影響電機性能，導致磁場分布變化、氣隙磁通密度下降，最終影響電機效率和轉(zhuǎn)矩。電樞鐵心磁化曲線磁化曲線顯示了電樞鐵心在不同磁場強度下的磁感應強度變化關(guān)系。該曲線可以幫助我們了解電樞鐵心的磁性能。整定磁極磁場強度整定磁極具有較高的磁場強度，可以提高電機的轉(zhuǎn)矩和效率。磁極形狀整定磁極的形狀通常設計成圓弧形，可以提供更均勻的磁場分布，減少磁滯損耗。磁極材料整定磁極通常使用高性能永磁材料，例如釹鐵硼，具有較高的磁能積和磁感應強度。整定磁極的特點結(jié)構(gòu)穩(wěn)定整定磁極結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，可以有效降低成本。磁場均勻整定磁極產(chǎn)生的磁場分布均勻，有利于提高電機性能。磁場強度高整定磁極可以產(chǎn)生較高的磁場強度，提高電機的功率密度。整定磁極的優(yōu)勢1提高電機效率減少勵磁繞組銅損和鐵損，提高電機效率。2增強電機的穩(wěn)定性提高電機工作穩(wěn)定性，避免因勵磁電流波動導致性能不穩(wěn)定。3改善電機的性能提高電機的啟動性能，提高電機的運行效率。定子構(gòu)造定子是直流電機的固定部分，主要由定子鐵心、定子繞組和磁極組成。定子鐵心由疊壓的硅鋼片制成，以減少渦流損耗。定子繞組通常由銅線繞制，并連接到電源。磁極固定在定子鐵心上，用于產(chǎn)生磁場。定子磁場是直流電機工作的關(guān)鍵，它與電樞磁場相互作用，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，從而驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動。永磁體磁性材料永磁體由鐵氧體、釹鐵硼、釤鈷等磁性材料制成。它們具有固定的磁場，無需外部電流即可產(chǎn)生磁力。應用廣泛永磁體廣泛應用于電機、傳感器、揚聲器、磁性扣等領(lǐng)域。它們提供了一種高效、可靠的磁場源。磁性強度永磁體的磁性強度由其材料特性和形狀決定。它們通常具有較高的剩磁和矯頑力，使其能夠產(chǎn)生強大的磁場。優(yōu)點永磁體具有體積小、重量輕、無須勵磁電流、效率高、可靠性強等優(yōu)點，在現(xiàn)代技術(shù)中得到廣泛應用。永磁體的性質(zhì)永久磁性永磁體能夠在沒有外部磁場的情況下保持磁性，可以長期保持磁性。磁場強度永磁體產(chǎn)生的磁場強度取決于其材料和尺寸。方向性永磁體具有固定的磁場方向，通常用N極和S極表示。穩(wěn)定性永磁體能夠抵抗溫度、振動和沖擊等外部環(huán)境的影響，保持其磁性。永磁體的應用直流電機永磁體廣泛應用于小型直流電機，例如電動工具、家用電器和玩具中的電機。揚聲器永磁體在揚聲器中用于產(chǎn)生磁場，將電信號轉(zhuǎn)換為聲音。磁性分離器永磁體可用于磁性分離器，分離混合物中的磁性物質(zhì)，例如廢舊金屬。電磁激勵1磁場產(chǎn)生方式電磁勵磁通過電磁線圈產(chǎn)生磁場，可實現(xiàn)磁場強度的可控性。2勵磁電流控制通過控制勵磁電流，可以調(diào)節(jié)磁場強度，從而改變電機轉(zhuǎn)速和輸出功率。3高效運行電磁勵磁能夠提高直流電機效率，減少能量損耗，提高電機運行效率。4結(jié)構(gòu)特點電磁勵磁通常由勵磁繞組、勵磁電流控制器和勵磁電源組成。電磁勵磁的特點可調(diào)性勵磁電流可調(diào)，從而可以改變磁場強度，進而調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。靈活控制通過調(diào)節(jié)勵磁電流，可以實現(xiàn)對電機性能的精確控制，滿足各種應用需求。高效率與永磁勵磁相比，電磁勵磁可實現(xiàn)更高的磁場強度和更低的能耗。電磁勵磁的優(yōu)勢效率高電磁勵磁的效率比永磁勵磁高。因為電磁勵磁可以根據(jù)負載的變化調(diào)整勵磁電流，從而優(yōu)化勵磁效率。靈活可控電磁勵磁可以通過改變勵磁電流來控制磁場強度，從而實現(xiàn)對電機性能的靈活調(diào)節(jié)。易于維護電磁勵磁系統(tǒng)相對簡單，維護方便?？烧{(diào)節(jié)性強電磁勵磁的磁場強度可以通過調(diào)節(jié)勵磁電流來調(diào)節(jié)，可以滿足不同應用場景的需求。勵磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1勵磁電源提供勵磁電流2勵磁繞組產(chǎn)生磁場3調(diào)壓器控制勵磁電流4保護裝置防止過電流勵磁系統(tǒng)包含勵磁電源、勵磁繞組、調(diào)壓器和保護裝置。勵磁電源為勵磁繞組提供電流，產(chǎn)生磁場。調(diào)壓器控制勵磁電流，調(diào)節(jié)磁場強度。保護裝置防止過電流，確保勵磁系統(tǒng)安全運行。勵磁系統(tǒng)的類型獨立勵磁獨立勵磁系統(tǒng)使用獨立電源為勵磁繞組供電。此系統(tǒng)通常用于需要精確控制電機速度和轉(zhuǎn)矩的應用，例如起重機和電動機車輛。他勵他勵系統(tǒng)使用外部電源或發(fā)電機為勵磁繞組供電。這種類型廣泛用于工業(yè)應用，例如電動機，因為它們可以提供高功率和可靠性。自勵自勵系統(tǒng)使用電機自身產(chǎn)生的電流來激磁繞組。這通常用于較小的電機，因為它們不需要外部電源來啟動勵磁過程。復勵復勵系統(tǒng)結(jié)合了獨立勵磁和自勵系統(tǒng)的優(yōu)點。它們使用獨立電源和電機自身產(chǎn)生的電流來為勵磁繞組供電，從而提高了功率輸出和可靠性。調(diào)壓器的作用調(diào)節(jié)勵磁電流調(diào)壓器用于調(diào)節(jié)勵磁繞組的電流，從而控制直流電機磁場的強度。改變輸出電壓調(diào)壓器通過調(diào)節(jié)勵磁電流，改變電機的反電動勢，進而影響輸出電壓?？刂齐姍C速度通過改變輸出電壓，調(diào)壓器可以控制電機轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)對電機速度的調(diào)節(jié)。電壓調(diào)整1手動調(diào)整通過調(diào)節(jié)勵磁繞組的電流來改變磁場強度，從而調(diào)節(jié)直流電機的電壓。2自動調(diào)整采用自動調(diào)節(jié)器，根據(jù)負載的變化自動調(diào)節(jié)勵磁電流，保持電壓穩(wěn)定。3復合調(diào)整結(jié)合手動和自動調(diào)節(jié)方式，提高電壓調(diào)節(jié)的精度和靈活性。調(diào)壓器電路調(diào)壓器電路主要由電阻器、電感、電容等元件構(gòu)成，用于調(diào)節(jié)直流電機勵磁電流。通過調(diào)整電路中的電阻值或電感值，改變勵磁電流，進而控制直流電機轉(zhuǎn)速。調(diào)速控制改變勵磁電流通過改變勵磁繞組中的電流強度，可以調(diào)整磁場強度，進而改變電機的轉(zhuǎn)速。改變電樞電壓通過改變電樞繞組的電壓，可以改變電機的電磁轉(zhuǎn)矩，進而改變轉(zhuǎn)速。改變負載改變負載的轉(zhuǎn)矩需求也會影響電機的轉(zhuǎn)速，當負載轉(zhuǎn)矩增加時，電機轉(zhuǎn)速會下降，反之亦然。調(diào)速器使用專門的調(diào)速器，可以根據(jù)不同的需求，自動調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)更精準的控制。直流電機的優(yōu)勢速度調(diào)節(jié)直流電機可以通過改變勵磁電流或電樞電流來調(diào)節(jié)速度，從而靈活地適應不同負載的需求。電樞電流變化調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，勵磁電流變化調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩。啟動特性直流電機具有良好