ch3直流电机的工作原理及特性

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1、第三章直流电机的工作原理及特性本章基本要求了解直流电机的基本结构及工作原理；掌握直流电动机的机械特性；掌握实现直流电动机启动、调速和制动的各种方法优缺点以及它们的使用场所。电机理论中常用的基本电磁定律定义：电机就是一种将机电能量进行转换的电磁装置。包括机械能→电能；电能→机械能；电能→电能。特点：（1）它依赖于电磁感应定律和电磁力定律。（2）导磁材料构成磁路；导电材料构成电路电磁感应定律：变化的磁场产生感应电动势，即磁生电(1)称为变压器电动势；（2）运动电动势假设，则感应电动势有效值为：（ω=2πf）*判断方向：右手定则电磁力定律：载流导体在磁场中受力，电机中，通电导体（转子上）在磁场

2、中会受到切向方向的力，当转子半径为R时，就会在转子上产生转矩，即电磁转矩Tem=F*R*判断方向：左手定则（主要用于分析旋转电机的电磁转矩）变压器单相变压器三相变压器直流发电机电机直流电机直流电动机感应电动机旋转电机感应电机感应发电机交流电机同步电机同步发电机同步电动机同步补偿机直线同步（永磁）电动机直线电机直线异步电动机电机按功能用途分类:导磁材料：亦称铁磁材料，它是指电机专用的高磁导率材料-----硅钢片，亦称电工钢片。导电材料：采用电阻率小的紫铜线（棒）此外，还有结构材料：机座、机壳采用的铸铁、铸钢或钢板（大电机）以及电气绝缘材料。电机的材料3.1直流电机的基本结构和工作原理3.1

3、.1直流电机的基本结构直流电机的结构包括定子和转子两部分定子：产生主磁场和在机械上支撑电机主磁极、换向极、机座、端盖和轴承，电刷固定在定子上转子：产生感应电势或产生机械转矩以实现能量的转换电枢铁心、电枢绕组、换向器、轴、风扇直流电机的工作原理图3.1.2直流电机的基本工作原理n图3.5直流发电机的工作原理图+图3.6直流电动机的工作原理图Un-1．发电机原理：将机械能转换为电能。电枢由原动机驱动而在磁场中旋转，在电枢线圈的两根有效边ab和cd（切割磁力线的导体部分）中便感应出电动势e。显然，每一有效边中的电动势是交变的，即在N极下是一个方向，当它转到S极下时是另一个方向。但是，由于电刷A

4、总是同与N极下的有效边相联的换向片接触，而电刷B总是同与S极下的有效边相联的换向片接触，因此，在电刷间就出现一个极性不变的电动势或电压，当电刷之间接有负载时，在电动势的作用下就在电路中产生一定方向的电流。2．电动机原理：将电能转换为机械能。直流电源接在电刷之间而使电流通入电枢线圈。电流方向应该是这样的：N极下的有效边中的电流总是一个方向，而S极下的有效边中的电流总是另一个方向，这样才能使两个边上受到的电磁力的方向一致，电枢因而转动。因此，当线圈的有效边从N（S）极下转到S（N）极下时，其中电流的方向必须同时改变，使电磁力的方向不变，即电磁转矩的方向不变而使转子以n的转速旋转。3.电动势和

5、电磁转矩1).电动势E根据电磁学原理，两电刷间的感应电动势为:式中：E——感应电动势（V）；Φ——对磁极的磁通（Wb）；n——电枢转速（r/min）；Ke——与电机结构有关的常数。直流发电机中，电动势的方向总是与电流的方向相同，被称为电源电动势。直流电动机中，电动势的方向总是与电流的方向相反，被称为反电动势。2)．电磁转矩TM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：式中：TM——电磁转矩（N·m）；Φ——对磁极的磁通（Wb）；Ia——电枢电流（A）；Kt——与电机结构有关的常数，Km=9.55Ke直流发电机和直流电动机的电磁转矩的作用是不同的。发电机

6、的电磁转矩是阻转矩，它与电枢转动的方向或原动机的驱动转矩的方向相反。因此，在等速转动时，原动机的转矩T1必须与发电机的电磁转矩TM及空载损耗转矩T0相平衡。电动机的电磁转矩是驱动转矩，它使电枢转动。因此，电动机的电磁转矩TM必须与机械负载转矩TL及空载损耗转矩T0相平衡。从以上分析可知，直流电机作发电机运行和作电动机运行时，虽然都产生电动势E和电磁转矩T，但二者的作用正好相反，见表：电机运行方式E与I的方向E的作用TM的性质转矩之间的关系发电机相同电源电动势阻转矩T1=TM+T0电动机相反反电动势驱动转矩TM=TL+T03.2直流电动机的机械特性直流电动机按励磁方法分为四类：1．他励电动

7、机：励磁绕组由外加电源单独供电，励磁电流的大小与电枢两端电压或电枢电流的大小无关。如图3.15（a）所示。图3.15a直流他励电动机原理图2.并励电动机：励磁绕组与电枢绕组并联连接，由外部电源一起供电。如图3.15（b）所示。3．串励电动机：励磁绕组与电枢绕组串联连接，由外部电源一起供电。如图3.15（c）所示4．复励电动机：励磁绕组分为两部分，一部分与电枢绕组串联连接，另一部分与电枢绕组并联连接。如图3.15（d）所示图3.153