电机原理与拖动第一章直流电机(新).ppt

广东技术师范学院自动化系 广东技术师范学院自动化系 第一章 直流电机原理 第一节 直流电机的基本工作原理 一、直流电机的用途 电机的定义 电机是一种能实现机电能量转换的电磁装置，是电动机和发电机的统称。 拖动生产机械，将电能转换为机械能的电机称为电动机； 做为电源，将机械能转换为电能的电机称为发电机。 直流电机的优点 调速性能好:调速范围广，易于平滑调节。 起动、制动转矩大，易于快速起动、停车。 易于控制。 直流电机的应用 轧钢机、电气机车、无轨电车、中大型龙门刨床等调速范围大的大型设备。 用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等。 家庭：电动缝纫机、电动自行车、电动玩具。 二、直流发电机的工作原理 1、电磁感应定律 1）运动电势：导体在磁场中运动时，导体中会感应出电势e 。大小：电势e=BIv。B: 磁密； I：导体长度； v：导体与磁场的相对速度。正方向：用右手定则判断 所以，直流发电机必须具有磁场和旋转的导体，才能持续发电。 2、直流发电机模型 用右手定则判感应电动势 Ea 的方向 3、上图中在二个磁极间装有一个可以转动的圆柱铁心，铁心上固定线圈（红色表示） 线圈二端分别与二块相互绝缘的铜片相连 称为换向片。整体称为换向器。二个不动的与负载相接的称为电刷。 4、工作原理 当原动机拖动转子旋转时，线圈切割磁力线产生感应电动势，与电刷相连的负载中就有电流流过。根据右手定则可知，在N极下 与S极下的电流方向不变，所以电刷二端的电 动势是直流电动势。 注意：线圈中的电流方向是不断改变的，只是通过电刷和换向片的作用使输出电流为直流。 5、换向：线圈边在不同极性的磁极下将流过线圈中的电流方向及时地加以变换，称为换向。 四、直流电机的可逆原理 在直流电机的电刷上加直流电源，将电能转换成机械能，是作为电动机运行；若用原动机拖动直流电机的电枢旋转，将机械能变换成电能，从电刷引出直流电动势，则作为发电机运行。同一台电机，既可作电动机运行又可作发电机运行的原理，在电机理论中称为可逆原理。 五、直流电机的结构 直流的结构 定子 作用是产生磁场和作电机的机械支撑，它包括主磁极、换向极、机座、端盖、轴承、电刷装置等。 转子又称电枢，是用来产生感应电动势实现能量转换的关键部分。它包括电枢铁心和电枢绕组、换向器、转轴、风扇等。 直流电机的结构 直流电机的主要结构: 一、直流电机的磁路、磁通和磁化曲线 （一）、空载时直流电机的磁场 空载：发电机出线端没有电流输出，电动机轴上不带机械负载，即电枢电流为零的状态。那么 ，这时的气隙磁场，只由主极的励磁电流所建立，所以直流电机空载时的气隙磁场，又称励磁磁场。 1、主磁通和漏磁通 (1)、主磁通：经过主磁极、气隙、电枢铁心及机座构成磁回路。它同时与励磁绕组及电枢绕组交链，能在电枢绕组中感应电动势和产生电磁转矩，称为主磁通， (2)、 漏磁通：仅交链励磁绕组本身，不进入电枢铁心，不和电枢绕组相交链，不能在电枢绕组中感应电动势及产生电磁转矩，称为漏磁通。 特点： 由同一个磁动势所产生 所走的路径不同，这就导致了他们对应磁路上所产生的磁场的分布规律不同，在这里，气隙磁场的大小和分布直接关系到电机的运行性能，所以，这一点将是我们主要研究的方向。 2、空载磁场气隙磁密分布曲线 由图可以看出极靴下气隙远远小于极靴之外的气隙， 显然，极靴下沿电枢圆周各点的主磁场将明显大于极靴范围以外，在两极之间的几何中心线处，磁场等于零。 3、直流电机的空载磁化曲线 主磁通很小时，铁心没有饱和，此时铁心的磁阻比气隙的磁阻要小，由于气隙磁阻是常量，而主磁通的大小决定于气隙磁阻，所以主磁通较小时特性曲线接近于直线。 随着磁通势的增加，主磁通的增加逐渐减慢，因而磁化特性曲线逐渐弯曲。 在额定状态下，电机往往工作在饱和点附近，这样即可以获得较大的磁通，又不致需要太大的励磁磁动势，从而可以节省铁心和励磁绕组的材料。 第三节 直流电机的电枢绕组 二、直流电机的电枢绕组 电枢绕组是直流电机的核心部分，在电机的机电能量转换过程中起着重要的作用。 因此，电枢绕组须满足以下要求： 在能通过规定的电流和产生足够的电动势前提下，尽可能节省有色金属和绝缘材料， 并且要结构简单、运行可靠等。 　　 名词术语介绍： （1）极轴线：磁极的中心线； （2）几何中性线：磁极之间的平分线， （3） ：极对数； （4） 极距：在电枢铁心表面上，一个极所占的距离。可用槽数表示， （槽），式中Z为电枢总槽数； （5）元件（线圈）：是绕组的一个基本单元，可为单匝，也可为多