机电传动与运动控制 教学课件 作者 范国伟 第2章 直流电机的工作原理及拖动.ppt

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1、第2章直流电机工作原理及拖动范国伟安徽工业大学直流电动机直流电动机具有良好的起动、制动和调速性能；能够快速地进行起、制动，正、反转；能在十分宽广的范围内平滑而经济地调节速度。因此，在一些要求较高的电力拖动系统中，得到了广泛的应用。例如，在一些机床、轧钢机、电气牵引机车、汽车和起重机设备中，都采用了直流电动机拖动。目前，虽然交流变频调速正在发展，在一些领域中已经取代了直流拖动系统，但直流电动机的应用仍占有一定的比例。2.1直流电机的基本结构直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构复杂，维修也不便，但由于它的调速性能较好和起动转矩较大，因此，对调速要求较高的生产机械或者需要较

2、大起动转矩的生产机械往往采用直流电动机驱动。直流电动机的应用:（1）轧钢机、电气机车、中大型龙门刨床、矿山竖井提升机以及起重设备等调速范围大的大型设备。（2）用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等。2.1.1.直流电动机的构造直流电机由定子和转子（又称为电枢）两大部分组成，直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向级、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁芯、电枢绕组、换向器和散热风扇等组成。直流电机装配结构图1

3、－换向器2－电刷装置3－机座4－主磁极5－换向极6－端盖7－风扇8－电枢绕组9－电枢铁心2.1.2．直流电机的分类直流电机按照励磁方式可分为他励电动机、并励电动机、串励电动机和复励电动机四种。2.1.3．直流电机的额定值直流电机的额定值主要有下列几项：(1)额定功率PN额定功率是指电机按照规定工作方式运行时所能提供的输出功率。对于电动机来说，额定功率是指转轴上输出的机械功率；对于发电机来说，额定功率是指电刷端输出的电功率。单位为kW(千瓦)。(2)额定电压UN额定电压是电机电枢绕组能够安全工作的最大外加电压或输出电压，单位为V（伏）。(3)额定电流IN额定电流是电机按照

4、规定的工作方式运行时，电枢绕组允许流过的最大电流，单位为A（安培）。(4)额定转速nN额定转速是指电机在额定电压、额定电流和输出额定功率的情况下运行时，电机的旋转速度，单位为r/min（转/分）2.2直流电动机的工作原理直流电动机是从电枢端输入直流电流，将电能转换成机械能从转轴上输出。从电枢端输入直流电流，借助于换向器和电枢的作用，使直流电动机电枢绕组流过方向交换变化的电流，载流导体在磁场中将受电磁力的作用，从而使电枢产生的电磁转矩的方向恒定不变，确保直流电动机朝确定的方向连续旋转。直流发电机的工作原理同直流电动机一样，直流发电机电枢线圈中的感应电动势的方向也是交变的，

5、而通过换向器和电刷的整流作用，在电刷A、B上输出的电动势是极性不变的直流电动势。在电刷A、B之间接上负载，发电机就能向负载供给直流电能。这就是直流发电机的基本工作原理。电机的可逆原理一台直流电机原则上可以作为电动机运行，也可以作为发电机运行，取决于外界输入能量的不同条件。将直流电流施加于电刷，输入电能，电机能将电能转换为机械能，拖动生产机械旋转，成为电动机运行；如用原动机拖动直流电机的电枢旋转，输入机械能，电枢绕组便能切割磁场的磁磁感应线产生感应电动势，电机能将机械能转换为直流电能，从电刷端引出直流电动势，作发电机运行。2.3直流电机的感应电势和电磁转矩为何称直流电机的

6、转子为电枢呢？因为直流电机的转子是机电能量转换的枢纽。直流电动机输入电能到转子绕组，转换成机械能从转轴输出带动生产机械；若是直流发电机即是输入机械能转动转子绕组，切割定子磁场的磁感应线产生感应电动势输出电能。2.3.1直流电动机的感应电动势当电枢通电以后，电动机在电磁转矩作用下逆时针转动。当电枢旋转时，电枢上的导体就要切割磁力线。根据电磁感应理论，导体内要产生感应电动势。但是由于电动机内各绕组导体分布在气隙磁场的不同位置，因此各个导体的感应电动势是不同的。为了方便说明，应先求出气隙磁场中的平均磁感应强度，然后再求出每根导体中的平均感应电动势，进而求得电枢电动势Ea。Ea

7、=CenCe=Np/60a2.3.2直流电动机的电磁转矩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：T=CTIaCT=Np/2πa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。2.6他励直流电动机的机械特性所谓直流电动机的机械特性就是电机的转速n随着负载转矩T的变化情况，研究电机转速变化能够有助于更好地控制电机按照生产工艺的要求拖动生产机械，高效率、低损耗地运行。2.6.1.他励直流电动机机械特性方程直流电动机的