第一章-直流电动机及其控制复习过程
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T 2= T e m -T 0= T L d ω /d t= 0匀 速
三、电压平衡方程式 电枢绕组有自感和电阻，
转动时电枢中又有感应电势， 称电枢反电势，因此 电枢等效电路。
三、电压平衡方程式
Ua =LaddIta +RaIa+Ea
动态电压平衡方程式 动态： dIa/dt 0 静态： dIa/dt = 0
2.电枢绕组和电枢铁心
电枢绕组： 产 生 电 动 机 的 负 载 电 流 、
电磁转矩和发电机的电势。 电机的中枢和枢纽。 电枢绕组的制造方法 把带绝缘的铜导线预制成形， 在铁心糟内放好绝缘层后将绕组嵌入。 每个绕组元件的两个端头（引出线） 按着一定的规律接到换向器上。 直流电枢绕组本身自成闭合回路。
3）存在一个临界温度——居里点 ， 高于此温度时，磁导率降到真空磁导率 。
磁性材料
wenku.baidu.com的磁性能
用磁化曲 线表示
磁滞回线
Br ：剩磁磁密（简称剩磁） Hc ：矫顽磁力。 去磁曲线或退磁曲线：
磁滞回线在第2象限 或第4象限的部分。
软磁材料：矫顽磁力小， 磁滞回线狭窄，磁导率高。 如硅钢片、纯铁、铸钢等。 常用来作电机、变压器的铁心。
第一章-直流电动机及其控制
第一章 直流电动机及其控制
1.1 直流电机及其基本结构
一、 概述
应用：
1 高精度位置伺服系统； 2 大转矩设备，如轧钢机、电气铁道牵
引机、起重机械等； 3 高精度速度控制系统； 4 航天器及其它只有直流电源的场合。
优点： 1 )调速范围宽，可稳定运行的速度范围大； 2）转矩大； 3）控制方法简单，控制装置可靠性高。 缺点： 有换向器。 费工费料，造价贵，运行时换向器需要 经常维修，寿命较短（350～400h）。 特殊点：
用直流电源。
二、结构
按运动状态： 定子和转子两部分。
按功能： 磁极、电枢绕组、换向器和电刷三部分。 磁极在定子上，电枢绕组在转子上。
换向器在转子上，电刷在定子上。
1. 磁极和定子铁心
功能：产生磁场 电磁式直流电机：
用直流电产生恒定磁场， 应用： 功率大的场合， 中、大型电机。
永磁式电机: 由永磁体产生恒定磁场。 优点：体积小，重量轻，结构紧凑。 缺点：磁场弱。 应用：微型和小型电机。
P w=(π2f2d2B m 2)V /(6ρ)
铁心采用片状的 并有绝缘薄膜的材料叠压而成， 就是为了减少涡流损耗 。
铁心损耗（铁耗）： 磁滞损耗加涡流损耗。 单位质量的铁耗： P Fe=P 1/50(f/50)B m 2
=1.2: 1.6
1.3 直流电机工作原理
1.3.1 电磁力定律和电磁感应定律 电磁力定律
3. 换向器和电刷装置
换向器在转子上。 电刷在定子上。
功能 将电刷上的直流 变为绕组内部的交流 。
三、图形符号
1.2 电机中的磁性材料
1.2.1 铁磁物质
磁 性 ： 能产生磁场，在磁场中受力作用。
铁磁性物质特点
1）磁导率 大，是真空磁导率 0 的
2000～6000倍。
2） 不是恒量，随磁场强度H变化。
Tem =CtΦIa
1.5.1 直流电动机的基本关系式 一、电磁转矩与电枢反电势
直流电机的电磁转矩为 Tem =CtΦIa 当磁通Φ为常值时该式可写为
Tem = Kt Ia
Kt ——转矩灵敏度， 或称转矩系数
电枢反电势
由电磁感应定律，一根导线的电势
e1 = vBl
v=k1n,B=k2Φ
动态： dω/dt 0 静 态 ： dω/dt =0
静态转矩平衡方程式 Tem =T0 +TL
dω Tem=T0+TL+J dt
dω
J dt
TemT0TL
设
T2 =Tem -T0 输出转矩
dω J dt T2 -TL
T 2= T e m -T 0> T L d ω /d t> 0加 速
T 2= T e m -T 0< T L d ω /d t< 0减 速
三、鼓形绕组
1.5 直流电动机的特性与控制方法 直流电动机的接线
1.5.1 直流电动机的基本关系式
一、电磁转矩与电枢反电势
电磁转矩 一根导线受力
一根导线的电磁转矩
F1 = I1lB
Tem1 =k1F1 = k1 I1lB
Φ = k2 B, I1 = k3Ia Tem1=k4ΦIa 各导线转矩相加可得 直流电机的电磁转矩为
静态电压平衡方程式： Ua =RaIa+Ea
忽略电感压降
四大关系式
通用
Tem=CtΦ Ia=KtIa； Ea=CeΦn=Keω
大小： F = IlB
方向： 左手定则
电动机产生转矩的条件： 同性磁极下电流相同。 异性（相邻）磁极下电流相反。
直流电机要保持恒定 方向转矩的条件：
每个磁极下导体 的 电流方向应保持不变。
电磁感应定律
大小：
e = vBl
方向： 右手定则
1.3.2 直流电动机的工作原理 一、模型电机
换向器的作用： 导体从一个磁极转到相邻的异性磁极时， 改变导体电流方向，保持每个磁极下电 流方向不变，使电机连续转动。
e1=k1k2lΦ n=k3Φ n
各导线电势相加可得电枢绕组感应电势
为 Ea =CeΦn Ea = Keω
电动机中称为电枢反电势
Ke ：反电势系数
Ke = Kt
采用国际单位制（SI）
二、转矩平衡方程式
由转子受力图和力学定律
Tem-T0
-TL
=J
dω dt
Tem=T0+TL+Jddω t 动态转矩平衡方程式
转角范围小，不用换向器。 反 转 ： 改变电刷电压的极性。 存在的问题：
转矩小，波动大。 原因：匝数少（1匝）， 磁路是空气，磁密低。
二、环形绕组的直流电动机 环形铁心，多绕组。 两条支路。
存在的问题： 1）环形铁心内部无磁场， 内部导体不受电磁力， 铜的利用率低。 2）制造困难，工艺性和 经济性不好。
硬磁材料： 矫顽磁力大， 磁滞回线宽。 常用作永磁体。
磁 滞 ： B的变化滞后于H的变化。 磁滞损耗：
铁磁材料在交变磁场作用下， 反复磁化时将要发热，引起的损耗。 磁滞损耗与频率f成正比，磁滞回线 的面积越大，磁滞损耗也越大。
Ph fBm
B m = 1 .0:1 .6T 2
涡流损耗： 铁磁材料处于交变的外磁场中时， 铁心中还会产生涡流， 涡流在铁心中引起的热损耗。
三、电压平衡方程式 电枢绕组有自感和电阻，
转动时电枢中又有感应电势， 称电枢反电势，因此 电枢等效电路。
三、电压平衡方程式
Ua =LaddIta +RaIa+Ea
动态电压平衡方程式 动态： dIa/dt 0 静态： dIa/dt = 0
2.电枢绕组和电枢铁心
电枢绕组： 产 生 电 动 机 的 负 载 电 流 、
电磁转矩和发电机的电势。 电机的中枢和枢纽。 电枢绕组的制造方法 把带绝缘的铜导线预制成形， 在铁心糟内放好绝缘层后将绕组嵌入。 每个绕组元件的两个端头（引出线） 按着一定的规律接到换向器上。 直流电枢绕组本身自成闭合回路。
3）存在一个临界温度——居里点 ， 高于此温度时，磁导率降到真空磁导率 。
磁性材料
wenku.baidu.com的磁性能
用磁化曲 线表示
磁滞回线
Br ：剩磁磁密（简称剩磁） Hc ：矫顽磁力。 去磁曲线或退磁曲线：
磁滞回线在第2象限 或第4象限的部分。
软磁材料：矫顽磁力小， 磁滞回线狭窄，磁导率高。 如硅钢片、纯铁、铸钢等。 常用来作电机、变压器的铁心。
第一章-直流电动机及其控制
第一章 直流电动机及其控制
1.1 直流电机及其基本结构
一、 概述
应用：
1 高精度位置伺服系统； 2 大转矩设备，如轧钢机、电气铁道牵
引机、起重机械等； 3 高精度速度控制系统； 4 航天器及其它只有直流电源的场合。
优点： 1 )调速范围宽，可稳定运行的速度范围大； 2）转矩大； 3）控制方法简单，控制装置可靠性高。 缺点： 有换向器。 费工费料，造价贵，运行时换向器需要 经常维修，寿命较短（350～400h）。 特殊点：
用直流电源。
二、结构
按运动状态： 定子和转子两部分。
按功能： 磁极、电枢绕组、换向器和电刷三部分。 磁极在定子上，电枢绕组在转子上。
换向器在转子上，电刷在定子上。
1. 磁极和定子铁心
功能：产生磁场 电磁式直流电机：
用直流电产生恒定磁场， 应用： 功率大的场合， 中、大型电机。
永磁式电机: 由永磁体产生恒定磁场。 优点：体积小，重量轻，结构紧凑。 缺点：磁场弱。 应用：微型和小型电机。
P w=(π2f2d2B m 2)V /(6ρ)
铁心采用片状的 并有绝缘薄膜的材料叠压而成， 就是为了减少涡流损耗 。
铁心损耗（铁耗）： 磁滞损耗加涡流损耗。 单位质量的铁耗： P Fe=P 1/50(f/50)B m 2
=1.2: 1.6
1.3 直流电机工作原理
1.3.1 电磁力定律和电磁感应定律 电磁力定律
3. 换向器和电刷装置
换向器在转子上。 电刷在定子上。
功能 将电刷上的直流 变为绕组内部的交流 。
三、图形符号
1.2 电机中的磁性材料
1.2.1 铁磁物质
磁 性 ： 能产生磁场，在磁场中受力作用。
铁磁性物质特点
1）磁导率 大，是真空磁导率 0 的
2000～6000倍。
2） 不是恒量，随磁场强度H变化。
Tem =CtΦIa
1.5.1 直流电动机的基本关系式 一、电磁转矩与电枢反电势
直流电机的电磁转矩为 Tem =CtΦIa 当磁通Φ为常值时该式可写为
Tem = Kt Ia
Kt ——转矩灵敏度， 或称转矩系数
电枢反电势
由电磁感应定律，一根导线的电势
e1 = vBl
v=k1n,B=k2Φ
动态： dω/dt 0 静 态 ： dω/dt =0
静态转矩平衡方程式 Tem =T0 +TL
dω Tem=T0+TL+J dt
dω
J dt
TemT0TL
设
T2 =Tem -T0 输出转矩
dω J dt T2 -TL
T 2= T e m -T 0> T L d ω /d t> 0加 速
T 2= T e m -T 0< T L d ω /d t< 0减 速
三、鼓形绕组
1.5 直流电动机的特性与控制方法 直流电动机的接线
1.5.1 直流电动机的基本关系式
一、电磁转矩与电枢反电势
电磁转矩 一根导线受力
一根导线的电磁转矩
F1 = I1lB
Tem1 =k1F1 = k1 I1lB
Φ = k2 B, I1 = k3Ia Tem1=k4ΦIa 各导线转矩相加可得 直流电机的电磁转矩为
静态电压平衡方程式： Ua =RaIa+Ea
忽略电感压降
四大关系式
通用
Tem=CtΦ Ia=KtIa； Ea=CeΦn=Keω
大小： F = IlB
方向： 左手定则
电动机产生转矩的条件： 同性磁极下电流相同。 异性（相邻）磁极下电流相反。
直流电机要保持恒定 方向转矩的条件：
每个磁极下导体 的 电流方向应保持不变。
电磁感应定律
大小：
e = vBl
方向： 右手定则
1.3.2 直流电动机的工作原理 一、模型电机
换向器的作用： 导体从一个磁极转到相邻的异性磁极时， 改变导体电流方向，保持每个磁极下电 流方向不变，使电机连续转动。
e1=k1k2lΦ n=k3Φ n
各导线电势相加可得电枢绕组感应电势
为 Ea =CeΦn Ea = Keω
电动机中称为电枢反电势
Ke ：反电势系数
Ke = Kt
采用国际单位制（SI）
二、转矩平衡方程式
由转子受力图和力学定律
Tem-T0
-TL
=J
dω dt
Tem=T0+TL+Jddω t 动态转矩平衡方程式
转角范围小，不用换向器。 反 转 ： 改变电刷电压的极性。 存在的问题：
转矩小，波动大。 原因：匝数少（1匝）， 磁路是空气，磁密低。
二、环形绕组的直流电动机 环形铁心，多绕组。 两条支路。
存在的问题： 1）环形铁心内部无磁场， 内部导体不受电磁力， 铜的利用率低。 2）制造困难，工艺性和 经济性不好。
硬磁材料： 矫顽磁力大， 磁滞回线宽。 常用作永磁体。
磁 滞 ： B的变化滞后于H的变化。 磁滞损耗：
铁磁材料在交变磁场作用下， 反复磁化时将要发热，引起的损耗。 磁滞损耗与频率f成正比，磁滞回线 的面积越大，磁滞损耗也越大。
Ph fBm
B m = 1 .0:1 .6T 2
涡流损耗： 铁磁材料处于交变的外磁场中时， 铁心中还会产生涡流， 涡流在铁心中引起的热损耗。