第三章直流机工作原理及特性3.1

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1、第三章 直流电机的工作原理及特性吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系 第三章第三章直流电机的工作原理及特性直流电机的工作原理及特性第三章 直流电机的工作原理及特性吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系2024/8/22电机的分类：电机的分类：第三章 直流电机的工作原理及特性吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系2024/8/23直流电机直流电机直流发电机直流发电机 将机械能转化为电能。将机械能转化为电能。直流电动机直流电动机 将电能转化为机械能。将电能转化为机械能。直流电机直流电机 工作电压或输出的电压为直流；工作电压或输出的电压为直流； 以导体在磁

2、场中运动产生感应电动势和载流导体以导体在磁场中运动产生感应电动势和载流导体在磁场中受力为基础来实现机电能量转换的。在磁场中受力为基础来实现机电能量转换的。第三章 直流电机的工作原理及特性吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系2024/8/24第三章 直流电机的工作原理及特性吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系2024/8/25直流电机结构图3.1.1直流电机的基本结构直流电机的基本结构 3.1 直流电机的基本结构和工作原理直流电机的基本结构和工作原理第三章 直流电机的工作原理及特性吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系2024/8/26l定子定子（静

3、止部分）（静止部分）主要是由主要是由定子铁心定子铁心（主磁极铁心）和绕在上面的（主磁极铁心）和绕在上面的励磁绕组励磁绕组两部分组成。两部分组成。产生磁场和构成磁路产生磁场和构成磁路 , ,并作为电机机械支撑。并作为电机机械支撑。包括机座、主磁极、换向极和电刷装置。包括机座、主磁极、换向极和电刷装置。 l转子转子（电枢）（旋转部分）（电枢）（旋转部分） 主要是由主要是由电枢铁心电枢铁心和和电枢绕组电枢绕组两部分组成。两部分组成。产生感应电势、电流、电磁转矩，实现机电能量产生感应电势、电流、电磁转矩，实现机电能量的转换。的转换。包括电枢铁心、电枢绕组、换向器。包括电枢铁心、电枢绕组、换向器。从直流

4、电机组成结构和工作原理来看，从直流电机组成结构和工作原理来看，第三章 直流电机的工作原理及特性吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系2024/8/27定子的结构定子的结构l 主磁极主磁极l 机座机座固定主磁极、换向极、端固定主磁极、换向极、端盖等；盖等；机械强度和刚度。机械强度和刚度。是电机磁路的一部分；是电机磁路的一部分； 良好的导磁性能、足够良好的导磁性能、足够的导磁面积。的导磁面积。1 1固定主磁极的螺钉固定主磁极的螺钉 2 2主磁极铁心主磁极铁心 3 3励磁绕组励磁绕组 主磁极主磁极主磁极铁心主磁极铁心励磁绕组励磁绕组产生主磁场。铁心包括极产生主磁场。铁心包括极身和极掌两

5、部分。身和极掌两部分。第三章 直流电机的工作原理及特性吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系2024/8/28l 换向极换向极1 1换向极铁心换向极铁心2 2换向极绕组换向极绕组 换向极换向极铁心铁心绕组绕组用来改善电流的换向性能。用来改善电流的换向性能。第三章 直流电机的工作原理及特性吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系2024/8/29l 电刷装置电刷装置 1电刷；2刷握；3弹簧压板； 4座圈；5刷杆 电刷装置电刷电刷电刷座电刷座 固定在机座上，其固定在机座上，其电刷与换向器配合保持电刷与换向器配合保持滑动接触，以便将电枢滑动接触，以便将电枢和外电路接通。和外

6、电路接通。第三章 直流电机的工作原理及特性吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系2024/8/210l 电枢铁心电枢铁心 电枢铁心是主磁通电枢铁心是主磁通磁路的一部分，其外圆磁路的一部分，其外圆周开槽，用来嵌放电枢周开槽，用来嵌放电枢绕组。绕组。电枢铁心钢片电枢铁心钢片转子的结构转子的结构第三章 直流电机的工作原理及特性吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系2024/8/211电枢绕组电枢绕组l 电枢绕组电枢绕组 电枢绕组是直流电机产生电枢绕组是直流电机产生感应电动势、通过电枢电流、感应电动势、通过电枢电流、实现机电能量转换的关键。通实现机电能量转换的关键。通常用绝

7、缘导线绕成的线圈，按常用绝缘导线绕成的线圈，按一定规律连接而成。一定规律连接而成。第三章 直流电机的工作原理及特性吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系2024/8/212l 换向器换向器 换向器是由很多彼此绝换向器是由很多彼此绝缘的钢片组合而成，每个换缘的钢片组合而成，每个换向片都与电枢绕组连接。换向片都与电枢绕组连接。换向器与转轴固定在一起。向器与转轴固定在一起。换向器换向器第三章 直流电机的工作原理及特性吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系2024/8/2133.1.2 直流电机的基本工作原理直流电机的基本工作原理直流发电机的工作原理直流发电机的工作原理（a

8、）（b）第三章 直流电机的工作原理及特性吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系2024/8/214直流发电机的工作原理动画直流发电机的工作原理动画第三章 直流电机的工作原理及特性吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系2024/8/2151abcd直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理2(a)(b)第三章 直流电机的工作原理及特性吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系2024/8/216直流电动机的工作原理动画直流电动机的工作原理动画第三章 直流电机的工作原理及特性吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系2024/8/217电势方程式电势方

9、程式 根据电磁学原理，两电刷间的感应电动势为根据电磁学原理，两电刷间的感应电动势为:式中：式中：E感应电动势（感应电动势（V）；）； 对磁极的磁通（对磁极的磁通（Wb）；）； n电枢转速（电枢转速（r/min）；）； Ke与电机结构有关的常数。与电机结构有关的常数。 第三章 直流电机的工作原理及特性吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系2024/8/218 在电动机中，电动势的方向总是与电流的方向相反，在电动机中，电动势的方向总是与电流的方向相反，被称为反电动势。被称为反电动势。 在发电机中，电动势的方向总是与电流的方向相同，在发电机中，电动势的方向总是与电流的方向相同，被称为电

10、源电动势。被称为电源电动势。即发电机的电势为负载电压（发电机端电压）即发电机的电势为负载电压（发电机端电压）和电枢电阻压降所平衡；和电枢电阻压降所平衡；即电动机的外加电枢电压为电枢的反电势即电动机的外加电枢电压为电枢的反电势和电阻压降所平衡。和电阻压降所平衡。电压平衡方程式电压平衡方程式第三章 直流电机的工作原理及特性吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系2024/8/219转矩方程式转矩方程式 电枢绕组中的电流和磁通相互作用，产生电磁力和电磁转矩，电枢绕组中的电流和磁通相互作用，产生电磁力和电磁转矩，其大小可用如下公式表示：其大小可用如下公式表示： 式中：式中：TM电磁转矩（电

11、磁转矩（Nm）；）； 对磁极的磁通（对磁极的磁通（Wb）；）； Ia电枢电流（电枢电流（A）；）； Kt与电机结构有关的常数，与电机结构有关的常数， Kt =9.55 Ke第三章 直流电机的工作原理及特性吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系2024/8/220 在发电机中，电磁转矩是阻转矩，它与方向在发电机中，电磁转矩是阻转矩，它与方向n相反。因此，在相反。因此，在电机等速转动时，原动机的转矩电机等速转动时，原动机的转矩T1必须与发电机的电磁转矩必须与发电机的电磁转矩TM及空及空载损耗转矩载损耗转矩T0相平衡。相平衡。 在电动机中，电磁转矩是拖动转矩，方向与在电动机中，电磁转矩

12、是拖动转矩，方向与n相同。因此，电相同。因此，电动机的电磁转矩动机的电磁转矩TM必须与机械负载转矩必须与机械负载转矩TL及空载损耗转矩及空载损耗转矩T0相平衡。相平衡。T1 = TM + T0TM = TL + T0第三章 直流电机的工作原理及特性吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系2024/8/221电机运行电机运行方式方式E与与I的方的方向向E E的作用的作用TM的性质的性质转矩之间的转矩之间的关系关系发电机发电机相同相同电源电动势电源电动势阻转矩阻转矩T1=TM+ T0电动机电动机相反相反反电动势反电动势驱动转矩驱动转矩TM= TL+ T0电机在不用运行方式下，电机在不用

13、运行方式下，E和和T的作用的作用第三章 直流电机的工作原理及特性吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系2024/8/222类别类别特特 点点结构原理图结构原理图他他 励励 电电 动动 机机励磁绕组由外加电源单励磁绕组由外加电源单独供电，励磁电流的大独供电，励磁电流的大小与电枢两端电压或电小与电枢两端电压或电枢电流的大小无关。枢电流的大小无关。 并并 励励 电电 动动 机机励磁绕组与电枢绕组并励磁绕组与电枢绕组并联连接，由外部电源一联连接，由外部电源一起供电，励磁电流的大起供电，励磁电流的大小与电枢两端电压或电小与电枢两端电压或电枢电流的大小有关。枢电流的大小有关。 直流电机的分类

14、直流电机的分类直流电机按励磁方法来分，可分为他励、并励、串励和复励四类。直流电机按励磁方法来分，可分为他励、并励、串励和复励四类。第三章 直流电机的工作原理及特性吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系2024/8/223串励电动机串励电动机励磁绕组与电枢绕组串联励磁绕组与电枢绕组串联连接，由外部串电源一起连接，由外部串电源一起供电，励磁电流的大小与供电，励磁电流的大小与电枢两端电压或电枢电流电枢两端电压或电枢电流的大小有关。的大小有关。复励电动机复励电动机励磁绕组一部分与电枢绕励磁绕组一部分与电枢绕组并联，一部分与电枢绕组并联，一部分与电枢绕组串联，由外部电源一起组串联，由外部电源一起供电，励磁电流的大小与供电，励磁电流的大小与电枢两端电压或电枢电流电枢两端电压或电枢电流的大小有关。的大小有关。