直流电机讲义电力拖动

☞ 直流电机更适合于调速要求高、正反转、启动和 制动频繁的场合；
☞ 直流电机即可作电动机使用，亦可作发电机使用；
☞ 交流电机的正反转和调速需借助于复杂的控制电路。
直流电机的基本工作原理
电磁力定律：垂直于磁力线的导体通过电流时，会受到力的作用。
若与磁力线垂直的导体通过电流，导体受的力为：F=B·L·I
1. 电源正接换向片A，电源负接换向片B
T Ea Ia
电流：由A流进，由B流出； 电磁转矩：方向逆时针； 线圈感应电动势：A为高电位 ，B为低电位。
2. 线圈逆时针旋转——电源正接换向片B，电源负接换向片A
电流：由B流进，由A流出； 电磁转矩：方向逆时针； 线圈感应电动势：B为高电位 ，A为低电位。
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。
4、复励电动机：励磁绕组分为两部分，一部分与电 枢绕组并联连接，另一部分与电枢绕组串联连接。
直流电动机具有良好的起动性能和调速性能，广泛应用于 对起动和调速性能要求高的场合
直流电动机按励磁方式可分为：他励、并励、串励和复励四种
直流发电机稳态运行的基本方程
精品
直流电机电力拖动
❖电机分类：
感应电机
感应电动机 感应发电机
交流电机
同步电动机
动力电机 旋 转 电 机
微特电机
直流电机
同步电机 直流电动机 直流发电机
同步发电机 同步补偿机
伺服电动机、步进电动机、测速发电机 回转变压器、自整角机、直线电动机
静 止 电 变压器 机
电力变压器：升压变压器、降压变压器
N
○· T
n
负
○·
载
S
S
T与n方向相反， E与Ia方向相同 吸收输入机械功率，输出电功率。
T与n方向相同 输出机械功率
电枢电势的性质
直流发电机的工作原理图
直流电动机的工作原理图
直流发电机：电源电势(与电枢电流同方向) 直流电动机：反电势(与电枢电流反方向)
电磁转矩的性质
直流发电机的工作原理图
直流电动机的工作原理图
直流电机—工作电压为直流； 交流电机—工作电压为交流。
☞ 直流电机分直流电动机和直流发电机两种：
直流电动机—将电能转换为机械能； 直流发电机—将机械能转换为电能。
直流电机与交流电机的比较 ☞ 交流电机较直流电机的结构简单、制造容易、
维护方便、运行可靠；
☞ 直流电机有交流电机不能比拟的启动和调速性能；
直流电机整体结构图
励磁绕组和串换向极 后的电枢绕组出线
定子机座 换向极铁心
换向极绕组
主磁极铁 心
主磁极绕组 （励磁绕组）
直流电机定子
换向极绕组与励 磁的串联接线
2. 主磁极
在 主磁极铁心 上固定 励磁绕组，产生磁场并使电枢表 面的气隙磁密按一定形状在空间分布。主磁极铁心是由 1~1.5mm的 低碳钢板 叠成。
发电机——制动转矩(与转速方向相反) 电动机——驱动转矩(与转速方向相同)
1、结构
定子 直 流 电 机
转子
主磁极 换向磁极 机座 端盖 电刷装置
电枢绕组 电枢铁心
换向器 转轴
磁极铁心 （产生励 励磁绕组 磁磁场）
电刷 刷握 绝缘支架 压紧力调整装置
（产生电动势，流过电 流，产生电磁转矩）
直流电机
U
发
电 机
Ia
惯
例
RL
n
T0
2. 原动机提供机械转矩T1，带动线圈逆时针旋转，当换向片 A接电刷B’，换向片B接电刷A’时
线圈感应电动势：B为高电位 ，A为低电位； 电流：由B流出，由A流入； 电磁转矩：方向顺时针；
B
结论：线圈内部电流 I 交变，
A
感应电动势 Ea交变，但电刷
电动势方向不变，电磁转矩T
方向与T1相反。
直流电动机原理
L: 导体的有效长度，m
V：导体的运动速度，m/s
•感应电动势的方向用右手定则确定：
直流电机的基本工作原理
(3)电流磁效应：通电的导体周围会产生磁场。
•磁场的方向用右手螺旋定则确定：
直流电机基本工作原理
直流电机的物理模型 如图所示。
线圈在磁场中旋转， 电刷
线圈的两条边分别与两个
彼此绝缘而且与线圈同轴
特种变压器：自耦、三绕组、互感器
直流电机的可逆原理
直流电机的可逆原理：一台电机既可作为发电机运行，又可 作为电动机运行。
感应电动势——“发电作用”
电磁转矩——“电动作用”
发电机： 主电动势
反转矩
电动机： 反电动势
主转矩
原动机 Ea>U 电负载
发电机
直流电机
来自百度文库
电源 Ea<U 机械负载
电动机
☞ 电机分交流电机和直流电机两种：
旋转的铜片连接，铜片上 换
A
又各压着一个固定不动的
向 片
B
电刷。
直流电机物理模型
直流发电机原理
1. 原动机提供机械转矩T1，带动线圈逆时针旋转，当换向片 A接电刷A’，换向片B接电刷B’时
T1
T Ea Ia
线圈感应电动势：A为高电位 ，B为低电位； 电流：由A流出，由B流入； 电磁转矩：方向顺时针；
F：力，N B：磁感应强度, Wb/m2或T(特斯拉)
L: 导体的有效长度，m
I：导体中的电流，A
•力的方向用左手定则确定：
直流电机的基本工作原理
(2)电磁感应定律：若导体切割磁力线，导体中会产生感应电动势。
若导体与磁力线发生相对运动，导体中感应的电势为：E=B·L·V
E：感应电势，V B：磁感应强度, Wb/m2或T(特斯拉)
B
结论：线圈内部电流 Ia交变，
A
感应电动势 Ea交变，且与电
流方向相反，电磁转矩T方向
不变。
电动机和发电机都有电磁转矩。
发电机 ①右手定则判定电流方向 ②左手定则判定转矩方向
电动机
①左手定则判定T方向 ②右手定则判定感应电动势
方向
原 T1 n 动 机
N
○·
电磁转矩 T T0 空载阻转矩
T 2 T0 □×
☞ 其余三种 发电机的 励磁绕组中的 励磁电流均为 电枢电流或 电枢电流的 一部分——故 称自励发电机。
直流电动机按定子励磁绕组的励磁方式分为四类：
1、他励电动机：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。
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。
机座
极身 励磁绕组
主磁极 极靴
3. 换向极
一般用于1kW以上的直流电机中，位置在两主极之间， 帮助电枢换向并消除或减弱电枢反应。换向极铁心用整块钢 或钢板绝缘后叠装而成，换向绕组一般由粗的扁铜线绕成， 且与电枢绕组相串联。
换
向
主
极
极
直流发电机
☞ 直流发电机通常按励磁方法分为：他励、并励、 串励和复励。