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1、 *存在的问题:交变的电磁转矩只能使转动 部分(电枢)来回摇摆 N S N S - + 直流电机的工作原理 一、直流电动机 a b c d a b c d 一、直流电动机 N S U 直流电源 交流电流 恒向的电磁转矩 （拖动转矩） 换向旋转 机械负载 反电动势 克 服 直流电机的工作原理 基本原理：基本原理：f=f=BliBli 增加换向器装置的意义 在旋转过程中应保持每极下导体中电流 的方向不变 换向器由互相绝缘的换向片构成，装在 轴上与电枢一同旋转。换向器又与两个 固定不动的电刷相接触，这样当直流电 压加于电刷时，换向器的作用使外电路 的直流电流改为线圈内的交变电流，这 种换向作用称为逆
2、变，以保证每极下导 体中所流过的电流方向不变，从而使电 机连续的旋转。 N S E 二、直流发电机 原动机 感应电动势、电流电磁转矩（阻转矩）作功 *所发电流在电机内部 实际为交流，经过机械 “整流”为直流！ *对比上页“逆变”的概念 一、直流电机的静止部分（定子） 1、主磁极 主磁极的作用是建立主磁场。主磁极 由主极铁芯和套装在铁芯上的励磁绕组 组成它的，铁芯是由11.5mm厚的钢板 冲片叠压紧固而成。极靴的作用是使主 磁通在过气隙时分布的更合理并且固定 励磁绕组。 直流电机基本结构 2、机座 其作用其一是作为磁路的一部分， 其二是固定主极，换向极和端盖。 通常是用铸钢或厚钢板焊成，机座 中
3、有磁通通过的部分称为磁轭。 3、换向极 换向极装在两极之间。其作用是用 来改善换向，也是由铁芯和绕组组 成，换向极绕组与电枢绕组串联。 4、电刷装置 电刷装置是电枢电路的引入（或引 出）装置，通过它可以把电机旋转 部分的电流引出（或引入）到静止 的电路里，它与换向器配合才能使 电机获得直流电机的效果。 二、直流电机的转动部分（转子） 1、电枢铁芯 电枢铁芯既是主磁路的组成部分,又是电 枢部分绕组的支撑部件.为减少电枢铁芯 内的磁滞与涡流损耗，铁芯一般采用 0.5mm厚的DR530或DR510的硅钢片叠压 而成。 *电枢铁芯是实心或空心？ *磁滞与涡流损耗？（如何防止？） 直流电机的转子铁芯与电
4、枢绕组 2、电枢绕组. 电枢绕组叠放在电枢铁芯的槽内， 是由按一定规律联接的线圈组成。 它是直流电机的电路部分。上、下 层之间，及线圈与铁芯之间都要有 绝缘，槽口处用槽楔压紧。 *为什么叫电枢绕组为电枢？ 直流电机的定子 更多的图片 电机装配图 3、换向器 换向器是直流电机的重要部件之一， 在发电机中可将电枢绕组中交变的电 流转换成电刷上的直流，起整流作用 ，而在直流电动机中将电刷上的直流 变为电枢绕组内的交流，即起逆变作 用。 换向器由许多换向片组成，片间用云 母绝缘，电枢绕组的每个线圈的两端 分别接到两个换向片上 *换向器 直流电机的基本结构知识点总结 一、定子 1. 主磁极: 2. 换向
5、磁极： 主磁极铁芯、励磁绕组。 改善换向用。 3. 电刷装置 4. 机座与端盖 二、转子 1. 电枢铁芯: 由硅钢片叠成。 2. 电枢绕组 3. 换向器 4. 转轴与风扇 发电机：整流作用。 电动机：逆变作用。 1. 额定电压 UN 发电机的UN ：指输出电压的额定值。 电动机的UN ：指输入电压的额定值。 2. 额定电流 IN 发电机的 IN ：指输出电流的额定值。 电动机的 IN ：指输入电流的额定值。 3. 额定功率 PN 发电机的 PN ：输出“电”功率的额定值(UN IN ) 电动机的 PN ：输出“机械”功率的额定值 UNINN *知识点总结： 注意区别以上电动机与发电机对应铭牌数
6、据的不同含义？ 直流电机的铭牌数据 4. 额定转速 nN 5. 额定励磁电压 UfN 6. 额定励磁电流 IfN 额定状态 ： 指 U、I、P、n 均为额定值的 状态。一般为出厂较为理想状态 满载状态 ： 指 I = IN 的状态，一般即指额 定状态。 注意：直流电机有2电回路，电枢绕组与直流励磁回路。 直流电机实例 直流电机实例 直流电机分解图 直流电机的励磁方式及磁场 一、励磁方式 ：直流电机的磁场，可以 由永久磁场产生，也可以由励磁绕组产 生。一般来讲永久磁铁的磁场较弱,所以 现在绝大多数直流电机的主磁场都是由 励磁绕组通以直流励磁电流产生的.我们 称这种磁场为直流电机的主磁场，有时 也
7、称为励磁磁场。 励磁绕组的供电方式称为励磁方式. G If + Ua Ia+ Uf 他励 I + U 并励 G I + U 串励 G 直流发电机按励磁方式分类 G I + U 复励 自 励 *知识点：四种励磁方式。 二 直流电机的空载磁场 1、定义：空载磁场是在无载情况下，励磁绕 组中通入电流后建立的磁场。 *知识点：空载的含义？ （这时电枢电流为零或近似为零） 空载磁场组成：主磁通和漏磁通两部分 分布：由于磁极极靴宽度总是小于极距，在极 靴下气隙较小，所以极靴下沿电枢表面主磁场 较强，极靴以外，气隙加大，主磁场明显削弱 ，在两极间的几何中性线处磁密为零。气隙磁 场磁密分布波形为一礼帽形。 2
8、、直流电机的空载磁路 对主磁通和漏磁通 的分析 主磁通：从主极过气隙到转子，因 气隙小，磁导大。所以磁通很大。 漏磁通：仅铰链励磁绕组本身，经 由空气闭和，不进入电枢铁心。因 气隙大，磁阻大，所以其值很小。 三、直流电机负载时的磁场 负载时电机中的气隙 磁场是由励磁磁动势 和电枢磁动势两者共 同建立（电枢绕组电 流较大，该电流建立 自身磁场。） 分析：单独由电枢绕 组产生的电枢磁场的 分布情况 （见图） *知识点： 空间有两种磁场叠加。 分析电枢磁势波形 电刷放在几何中性线上时，电枢磁动势的 轴线与主磁极轴线正交，称为交轴电枢磁动势 。 *磁势F曲 线与磁密 B曲线的 区别？ 三、直流电机负载
9、时的磁场（电枢反应） 电刷 几 何 中 性 线 N S 励磁磁通势产生 的励磁磁场 （空载磁场） 物 理 中 性 线 电枢磁通势产生 的电枢磁场 N S 合成磁场 （负载时的磁场） N S 物理 中性线 四、电枢反应 电枢反应:负载时电枢磁动势对主磁 极磁场的影响称为电枢反应。 电枢反应的影响：知识点 (1)总磁场畸变，被扭曲了！ (2)几何中心线与物理中心线不重合。电刷 在几何中心线位置处元件的 e0，增加 换向困难。 (3) 一半磁极的磁通增加，一半磁极的磁 通减少。 但因部分磁路饱和的原因，每 极总磁通减少，直流电机的E 和T 相应 减少。 直流电机的电磁转矩和电动势计算 NSNS 1
10、2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 5 6 8 9 11 12 A1 B1 A2 B2 单叠绕组的展开图 电刷的中心线对着磁极的中心线。 A1 3 6 4 7 5 8 5 2 4 1 3 12 A2 9 12 10 1 11 2 11 8 10 7 9 6 B1 B2 n 一、感应电势 E:感应电势指电枢绕组一条支路 的电势（即电刷间的电势。以发电机为例） 电枢旋转 n 总磁场 e e E 2. 大小 每个导体：e = B v l, 1. 产生: 设电枢总导体数为Za，支路数为2a,则每条支路 串联导体数为 磁密的平均值 3. 方向：由 和 n 共同决定。 4. 性质
11、 发电机：为电源电动势； 电动机：为反电动势。 *假如电动机不存在感应电动势？ 知识点：E = CE n 式中：CE 电动势常数 。 二、电磁转矩 T 1. 产生: 导体(线圈中)的 i 总磁场 F T 2. 大小: 电磁力： F = B i l 一极下导体数为 作用于一极下导体的转矩为 ： 3. 方向: 由 和 Ia 共同决定。 4. 性质 发电机： 电动机： T 与 n 方向相反，为制动转矩； T 与 n 方向相同，为驱动转矩。 知识点：T = CT Ia 式中：CT 转矩常数。 作用于整个电枢上的转矩为： 因为 三、感应电势和电磁转矩的关系？ 由电磁功率Pe = 机械功率 转换成的 电功
12、率 电功率机械功率 转换成的 E IaT Pe = E Ia = T，知识点 = 2n 60 CE n Ia = CT Ia CE CT CE n = CT = n = 60 2 = 9.55 CT = 9.55CE 直流电动机的运行原理 一、他励电动机 励磁电压 Uf If 电枢电压 UaIa T n E M If + Ua Ia E + Uf 1. 电压平衡方程式 励磁电路： Uf = Rf If 电枢电路： Ua = E + Ra Ia (1) 机械特性 CE E n = CE UaRa Ia = CE Ua = Ra CECT2 T 2. 转速 O n T n0 当T时， n下降不多
13、硬特性。 M 三、串励电动机 Ia If I + U + Ua E + Uf 1. 电压 U = Ua + Uf = E + (Ra+ Rf ) I 2. 电流 I = Ia = If Ra+ Rf UE = CT T = 3. 转矩 T = CT Ia 当 Ia 较小、磁路未饱和时， Ia T Ia2 即 TIa2 与并励电动机比较，有如下特点： 对应于相同的T ，Ia 小； 对应于允许的 Iamax ，能够产生的 T 大， *Tst 和 Tmax 较大。 转矩特性： U = UN 时， T = f (Ia ) O T Ia 4. 转速 E CE n = U(Ra + Rf ) Ia CE
14、= U CE =Ra + Rf CECT2 T (1) 当T = 0 时，Ia = If ， =r ， n 很大，n = (5 6) nN (2) 当T 很小时，Ia 很小， 磁路未饱和， T Ia n 迅速下降； (3) 当T 很大时，Ia 很大， 磁路已饱和， T Ia 基本不变 n下降较少； O n T 转速特性： n = f (Ia )| U = U N U CE n = Ra + Rf CE Ia U CE Ia = Ra + Rf CE O n Ia 5. 应用 (1) 特别适用于起重机和电气机车等运输机械 ; (2) 不能在轻载或空载下运行; (3) 不能用皮带轮传动（易造成皮带
15、松驰）。 四、复励电动机 M I + U 积复励、差复励。 一般采用积复励电动机； 机械特性介于并励电动机 和串励电动机之间： 有较大的Tst ； 可以空载运行。 O n T 并 复 串 2.8 直流电动机的功率和转矩 一、 功率平衡方程式（并励） 输入功率： P1 = U I 铜损耗 PCu : PCu = Ra Ia2 + Rf If2 电磁功率Pe ： Pe = P1 PCu = E Ia 空载损耗 P0 ： P0 = PFe + Pme + Pad 输出功率P2 ： P2 = Pe P0 = T2 2 60 T2n= 功率流程图: P1 PCu Pe P0 P2 二、 转矩平衡方程式 空载： T = T0 负载: T = T0 + T2
