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1、,第一节直流电机基础,第一节 直流电机基础,一、直流电机的工作原理二、直流电机的基本结构三、直流电机的铭牌数据四、直流电机的电枢绕组五、直流电机的磁场六、直流电机的的感应电势和电磁转矩七、直流电机的换向,一、直流电机的工作原理,注意：换向片和电源固定联接，线圈无论怎样转动，总是上半边的电流向里，下半边的电流向外。电刷压在换向片上。,由左手定则，通电线圈在磁场的作用下，使线圈逆 时针旋转。,U,+,N,S,直流电动机,结论1:,在直流电动机中，电源供给的是直流电流，而电枢线圈内的电流则是交变的。通过换向片与电刷的交替接触，每当线圈跨过中性线时，线圈内的电流就改变方向。,U,+,N,S,电刷,换向
2、片,I,I,由右手定则，线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动势，感应电动势的方向与电流的方向相反。,直流发电机,用右手定则,判感应电动势Ea的方向,U,+,N,S,Ia,结论2:,在直流发电机中，电枢线圈内的电动势是交变的。每当线圈跨过中性线时，线圈中的电动势就改变方向。只是由于与电刷接触的换向片不断交替，两电刷之间才得到一个方向不变的直流电动势。,直流电机的运行是可逆的，即同一台直流电机可作发电机运行，也可作电动机运行，关键在输入功率的性质,发电机：外部有原动机带动电机转子旋转，将机械能转变为电能。电机输出电功率的同时，导体元件中产生电流，形成制动转矩。,电动机：外部有直流电源输入，将电
3、能转变为机械能。电机轴上输出机械功率的同时，导体元件在磁极下运动产生反电动势。,结论3:,小结：1、直流发电机的基本原理是电磁感应定律。通过换向片和电刷将线圈中交变的感应电势变为外电路的直流电势。2、直流电动机的基本原理是电磁力定律，通过换向片和电刷的作用，使每个电流交变的线圈边受到一个方向不变的作用力，使电机电枢按固定方向旋转。,二、直流电机的结构,直流电机主要由定子和转子和两大部分构成。,机座,磁极,励磁绕组,转子,励磁式直流电动机结构,定子（静止部分）,主要作用有两个：（1）建立主磁场；（2）起整个电机的固定和支撑作用。主要组成部件及功能：（1）主磁极：产生主磁场。（2）换向极（又称附加
4、极）：改善直流电机的换向。（3）机座：一是用来固定主磁极、换向极和端盖，并固定和支撑整个电机；二是作为电机磁路的一部分，构成磁极间的通路。机座中有磁通经过的部分称为磁轭。（4）电刷：将直流电压、直流电流引入或引出的装置。（5）接线盒（板）：直流电机的电枢绕组和励磁绕组通过接线盒和外部连接。,2.转子（转动部分，又称电枢）是感应电动势并实现能量转换的关键部件。主要组成部件及功能：（1）电枢铁芯：一是作为主磁通的主要通路；二是嵌放电枢绕组。（2）电枢绕组（线圈）：感应电动势、通过电流、产生电磁转矩，使电机实现能量转换。（3）换向器：在直流电动机中，它的作用是将电刷两端的直流电流转变为绕组内的交变电
5、流；在发电机中，它将绕组内的交变电动势转换为电刷两端的直流电压。（4）转轴：起转子旋转的支撑作用，需一定的机械强度，一般用圆钢加工而成。,三、直流电机的铭牌数据 电机的机座上都钉有一块标牌，称为铭牌。上面标着电机的型号和各种额定数据，是正确使用电机的依据。,1、直流电机型号,Z2 72,Z 直流F 发电机D 电动机W 卧式L 立式,O 封闭C 船用K 高速Q 牵引Y 冶金,直流电机,2、直流电机的额定值：（1）额定功率 PN指电机在铭牌规定的额定状态下运行时，电机的输出功率，单位为“W”。当功率大于1kW或1MW时,则用“kW”或“MW”表示。注意：对于直流发电机，PN是指输出的电功率，它等于
6、额定电压和额定电流的乘积。PNUNIN 对于直流电动机，PN是指输出的机械功率，所以公式中还应有效率N存在。PNUNINN,（2）额定电压 UN 指额定状态下电枢出线端的电压，单位为“V”。（3）额定电流 IN 指电机在额定电压、额定功率时的电枢电流值，单位为“A”。（4）额定转速 nN 指电机在额定状态下运行时电机转子的转速，单位为“r/min”。（5）励磁方式和额定励磁电流 IfN 励磁方式可分为三大类：永磁式、他励式和自励式。自励式又可分为并励式、串励式和复励式。额定励磁电流指电机在额定状态时的励磁电流值。另外，额定转矩TN、额定效率和额定温升等额定值不一定标在铭牌上，但它们仍是额定值。
7、,例1-1 某台直流电动机的额定值为：PN=10kW，UN=220V，nN=1500r/min,=88.6%,求该电动机额定运行时的输入功率 PI、电流IN及额定输出转矩T2N。,解 额定输入功率,额定电流,额定输出转矩,四、直流电机的电枢绕组,电枢绕组是直流电机的电路部分，亦是实现能量转换的枢纽，故称为电枢绕组。它在实现能量转换过程中起着重要作用：发电机通过它产生感应电动势，向用电设备提供电能；电动机通过它产生电磁转矩，拖动生产机械。1.主要分类 电枢绕组主要分为两大类：环形绕组和鼓形绕组。现代直流电机均用鼓形绕组，鼓形绕组又分为叠绕组、波绕组和蛙形绕组。,2、绕组的基本型式,3、单叠绕组展
8、开图,1.画出元件,2.放主磁极,3.画出换向器,4.连绕组,5.电刷位置和电枢绕组的并联支路数,画图步骤：,单叠绕组特点：,1.并联支路数等于主磁极数 2a=2P；P-主磁极对数；a-支路对数,2.电刷数等于主磁极数 2b=2P；b-电刷对数,3.电枢的电势等于支路的电势。,4.电枢总电流等于各支路电流之和。,五、直流电机的磁场,1、直流电机的励磁方式,（1）他励直流电机,（2）并励直流电机,（4）复励直流电机,（3）串励直流电机,2、直流电机的空载磁场,（1）直流电机的磁路,（2）空载时空气隙磁通密度的分布曲线,（3）直流电机的磁化曲线,3、直流电机负载时的磁场及电枢反应,阶梯级数为,阶梯
9、形波或三角形波的幅值为,电枢磁场的磁密沿电枢表面分布曲线,电枢反应的作用：,（一）负载时气隙磁场发生了畸变,（二）呈去磁作用,六、感应电动势和电磁转矩的计算,1、感应电动势的计算,电角度和机械角度：,机械角度：电枢旋转一周，机械角度变化360度或2弧度。,机械角速度 弧度/秒=,电角度：电枢旋转经过2个极距，电角度变化360度或2弧度。,电角速度,Ea为支路各串联绕组元件内感应电动势之和。任一元件转过，各元件内感应电动势瞬时值不同，但转过一极距时感应电动势的平均值相等。由电磁感应定律：；为每个绕组元件的匝数。一元件转过一极距后感应电动势的平均值（数值）：转过一极距：电角度,即,电枢绕组总元件数
10、为S，每支路串联元件数为电枢表面总导体数：电枢电动势,重要结论：,（电势系数、电势常数）,2、电磁转矩的计算,B(x)是x的函数某一根导体的T(x)dx弧长内导体所建立的dT,（1）1根导体：（2）dx弧长中的导体数（假设导体在电枢表面均分，总数Z）：（3）dx区间内导体所建立的转矩：（4）主极下导体产生的转矩：其中磁通,重要结论：,（CM为转矩系数、转矩常数）,特点：增加电机磁极对数p或总导体数Z可增大电磁转矩。对他励DCM，不考虑电枢反应影响时、励磁电流恒定时，有优点：直流电动机的转矩直接受电枢电流控制。,七、直流电机的换向,1、换向的电磁现象,（1）电抗电动势,（2）电枢反应电动势,2、改善换向的方法,3、补偿绕组,
