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第6章 直流电动机 第6章 直流电动机 1.了解直流电机的基本结构，各组成部件的作用，直流电机的工作原理，直流电机的分类； 2.理解直流电机的电磁转矩和感应电动势，直流电动机的机械特性，直流电机的铭牌； 3.掌握直流电动机的起动、制动、调速与反转的方法、特点、适用场合。 电机的作用 电机是进行能量转换的电磁机械设备。 电机的分类 6.1 直流电机的构造 6.1.1 直流电动机的构造 直流电机的基本结构 静止部分（称为定子） 产生磁场和构成磁路 ,电机机械支撑 旋转部分（称为转子） 感应电势和产生电磁转矩，实现能量的转换 定子和转子之间间隙 （称为空气隙） 气隙既保证了电机的安全运行，又是磁路的重要组成部分 电机结构图 定子的结构 机座、端盖、主磁极、换向极、电刷装置 制造电机所用主要材料 导电材料 用于绕组、换向器和电刷 绝缘材料 电流很难通过的材料称为绝缘材料，又叫电介质。将带电部分与铁心、机座等接地部件以及电位不同的带电部分在电气上分离，使电流按一定方向流动 导磁材料 制造电机和变压器中磁系统的各个部件，如铁心、机座等 直流电机的额定值 根据国家标准和要求设计和试验所得的一组反映电机性能的主要数据，称为电机的额定值 6.2 直流电机的基本工作原理 直流电机的工作原理 直流电动机的工作原理动画 直流电机的可逆原理 直流发电机和直流电动机的结构是完全相同的，每一台电机既可作为发电机运行，也可作为电动机运行。 感应电动势 电磁转矩 6.2 直流电机的基本工作原理 6.3 直流电动机的机械特性 6.3 直流电动机的机械特性 6.4 并励电动机的起动与反转 起动 2.起动方法 3.注意事项 2.反转 6.5 并励(他励)电动机的调速 6.5.2 改变电压调速 直流电动机的工作原理动画 电机的实际运行方式由外施条件决定，如在电机轴上外施机械功率使电枢转动，通过电机可以把机械功率转换为电功率，作为发电机运行；如果在电枢线圈中外施电功率，产生线圈电流，通过电机可以把电功率转换为机械功率，作为电动机运行。 产生:电枢旋转时,主磁场在电枢绕组中感应的 电动势简称为电枢电动势。 大小: 性质: 发电机——电源电势(与电枢电流同方向) 电动机——反电势(与电枢电流反方向) ) ( 电动势常数 为电机的结构常数 其中 可见，直流电机的感应电动势与电机结构、气隙磁通及转速有关。 产生:电枢绕组中有电枢电流流过时,在磁场内受 电磁力的作用,该力与电枢铁心半径之积称 为电磁转矩。 大小: 性质: 发电机——制动(与转速方向相反)； 电动机——驱动(与转速方向相同)。 可见，制造好的直流电机其电磁转矩与气隙磁通及电枢电流成正比。 为电机的转矩常数，有 其中 I U – + S b N a c d 直流电从两电刷之间通入电枢绕组，电枢电流方向如图所示。由于换向片和电源固定联接，无论线圈怎样转动，总是S极有效边的电流方向向里, N极有效边的电流方向向外。电动机电枢绕组通电后中受力(左手定则)按顺时针方向旋转。 U – + U – + 电刷 换向片 U – + I F F T n 换向器作用： 将外部直流电 转换成内部的 直流电，以保 持转矩方向不 变。 U – + E E T n S b N d F F a c I I 换向片 电刷 线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动势。由右手定则，感应电动势的方向与电流的方向相反。 KE: 与电机结构有关的常数 n: 电动机转速 ? ：磁通 1. 电枢感应电动势 E=EK? n U – + E E T n S b N d F F a c I I 换向片 电刷 由图可知，电枢感应电动势E与电枢电流或外加电压方向总是相反，所以称反电势。 式中：U — 外加电压 Ra — 绕组电阻 2. 电枢回路电压平衡式 – Ra Ia E + – + U M KT: 与电机结构有关的常数 ? : 线圈所处位置的磁通 Ia：电枢绕组中的电流 3. 电磁转矩 单位: ? (韦伯)，Ia (安) ，T (牛顿?米) 直流电动机电枢绕组中的电流(电枢电流Ia)与磁通?相互作用，产生电磁力和电磁转矩，直流电机的电磁转矩公式为 4. 转矩平衡关系 电动机的电磁转矩T为驱动转矩, 它使电枢转动。 在电机运行时，电磁转矩必须和机械负载转矩及空 载损耗转矩相平衡，即 T=KT ?Ia 当电动机轴上的机械负载发生变化时，通过电