电工电子技术 作者 王国伟 第4章.pptVIP

第4章　直流电机 4.1 电机基本知识 4.2 直流电动机的结构和工作原理 4.3 直流电动机的运行特性 4.4 直流电动机的电力拖动 第4章　直流电机 学习指导 1. 了解电机的基本知识，掌握电机的类型和 特点。 2. 理解直流电机的基本结构，掌握直流电动 机的工作原理。 3. 了解直流电动机的工作特性和应用 4. 理解电力拖动的基本概念及实现方法 4.1 电机基本知识 　 电机是电动机和发电机的统称，是一种实现机电能量变换的电磁装置。电机是一种极为重要的电器设备，尤其电动机是驱动生产机械工作的主要动力装置，因此，电动机是电力拖动系统中最为核心和基本的设备，对数控及近数控类专业的学习和应用尤为重要。 电力拖动主要由电动机、传动机构和控制设备及电源四个环节组成。 在电力拖动系统中，一方面为了满足电动机本身工作性能的要求；另一方面为了满足生产上的技术经济和安全及工艺的要求；往往需要对电动机的起动、制动和转速调整三种不同运行状态采取必要的措施，以满足自身性能要求和生产实际需要。它们具体由相应的控制设备来实施，本书只从基本概念上对起动、制动和调速三种运行状态作初步介绍，为后续内容的进一步学习奠定必要的基础。 直流电动机具有调速范围宽，调速特性平滑，过载能力强，起动、制动转矩较大等特点，应用于冶金矿山、交通运输、纺织印染、造纸印刷、化工和机床等领域。 4.1.1 电机分类 电机就是能在一定条件下实现电能与机械能互相转换的电器设备，电机种类和型式非常丰富。把电能变换为机械能的称为电动机，把机械能变换为电能的称为发电机。由于电源有交直流之分，所以电机也就分为交流电机和直流电机两大类，由于直流电机具有可逆性，因此直流电动机和直流发电机的结构相同。另外，在电力拖动自动控制系统中，用于起信号传递作用的电机称之为信号电机。发电机可分为直流发电机和交流发电机两种；电动机可分为交流电动机、直流电动机和步进电动机等多种；信号电机可分为测速发电机、自整角机、旋转变压器等。 交流电动机依工作转速特点分为异步电动机和同步电动机，在异步电动机中根据工作电源相数的不同又分为单相和三相异步电动机。在单相异步电动机中依起动方式的不同又可以分为电阻起动、电容起动、电容运转、双值电容和罩极单相异步电动机五种。在三相异步电动机中依转子的结构又分为笼型电动机和绕线转子电动机。 直流电动机按照励磁方式的不同，分为他励、并励、串励和复励直流电动机四种。 4.1.2 基本原理 法拉第电磁感应定律─揭示了感应电动势是怎样产生的。 安培全电流定律─描述了磁场是怎样产生的； 毕奥-萨伐尔电磁力定律─阐述了电磁力以及电磁转矩的产生。 基尔霍夫定律─揭示了电路参数间应遵循的规律。 能量守恒原理─阐述了能量转换过程中应遵循的原则。 牛顿第二定律─揭示了电力拖动的运动规律的关系式。 4.1.3 基本特点和应用 异步电动机 ：异步电动机特别是笼型异步电动机，由于结构简单、运行可靠、维修方便和价格低廉等优点，广泛应用于生产和生活的各个领域，是生产量最大、应用面最广的电机。 同步电动机 ：由于它的结构比较复杂、起动比较困难和价格比较高的缺点，在一般的应用场合不能与异步电动机相竞争。 直流电动机 ：直流电动机虽然比三相异步电动机的结构复杂，维护也不方便，限制了它在许多场合的应用；但是由于它的调速性能较好和起动转矩大，因此，对调速要求较高的生产机械(例如龙门刨床、镗床以及有关数控装置等)或者需要较大起动转矩的生产机械(例如起重机械、电力牵引设备等)往往采用直流电动机来驱动。 步进电动机 ：步进电动机是在输入电脉冲信号直接作用下步进运行的电动机，给一个脉冲信号，电动机就转动一个角度或前进一步。步进电动机的角位移量或线位移量与脉冲数成正比，它的转速与电脉冲频率成正比。随着电子技术和计算机技术的发展，步进电动机广泛应用于数控机床和绘图机等装置中作为执行电动机和驱动电动机。 伺服电动机：交流或直流伺服电动机，是高精度速度和位置闭环伺服系统中的执行元件。其性能要求与普通电动机截然不同，它必须具有高灵敏度、动态响应快、机械特性和调节特性线性度高等控制性能的特殊要求。 4.1.4 电机的发展趋势 单机功率的不断提高 重量的不断减轻和尺寸的不断缩小 应用范围不断扩大 4.2 直流电动机的结构和工作原理 4.2.1 直流电动机结构 　　 直流电机由静止部分(定子)和转动部分(转子)两大部分组成，如下图4-1所示。在定、转子之间有一定的间隙，称之为气隙。定子的作用是利用定子绕组的励磁电流产生磁场和作电机的机械支撑，由主磁极、换向极、机座、端盖、轴承和电刷等装置组成。转子的作用是利用转子绕组切割磁力线产生感应电动势而实现能