电机拖动与控制PPT优质课件

1.1 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：
1.1 直流电机的基本工作原理
1.1.1 直流电动机的基本工作原理
直流电动机是将直流电能转变成机械能的旋转机械。
N和S是一对固定的磁极，可 以是电磁铁，也可以是永久磁铁。 把电刷A、B接到直流电源上，电 刷A接正极，电刷B接负极。此时 电枢线圈中将电流流过，电流方 向a到b到c到d到a。在磁场作用 下，N极性下导体ab受力方向从 右向左，S 极下导体cd受力方向 从左向右。该电磁力形成逆时针 方向的电磁转矩。当电磁转矩大 于阻转矩时，电机转子逆时针方 向旋转。如右图。
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电机拖动与控制
第0章 电机概述
电机的定义
电机是一种能实现机电能量转换的电磁装置，是电 动机和发电机的统称。将电能转换为机械能的电机称为 电动机；将机械能转换为电能的电机称为发电机。
工作原理
电磁感应定律、电磁力定律及电流的磁效应。
构造的一般原则
用适当的导磁和导电材料构成能互相进行电磁感应 的电路和磁路，以产生电磁功率和电磁转矩，达到能量 转换的目的。
1.1 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)
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：
图1-2 直流发电机的工作原理图
1.1.2 直流发电机的基本工作原理
♣电机可逆原理：
从上述基本电磁情况来看，一台直流电机原则上既 可以作为发电机运行，也可以作为电动机运行，只是其 输入输出的条件不同而已。如用原动机拖动直流电机的 电枢，将机械能从电机轴上输入，而电刷上不加直流电 压，则从电刷端可以引出直流电动势作为直流电源，可 输出电能，电机将机械能转换成电能而成为发电机；如 在电刷上加直流电压，将电能输入电枢，则从电机轴上 输出机械能，拖动生产机械，将电能转换成机械能而成 为电动机。这种同一台电机，既能作发电机又能作电动 机运行的原理，在电机学理论中称为电机的可逆原理。
1.1 直流电机的基本工作原理
补充：分析电机常用的基本电磁定律
(1)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
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：
优点：起动性能和调速性能好，过载能力大。 缺点：存在电流换向问题，结构工艺复杂，使用有色金属多， 价格昂贵，运行可靠性差。
直流电机发展形势：
随着近年来电力电子学和微电子学的迅速发展，将逐步被 交流调速电动机取代，直流发电机则正在被电力电子器件整 流装置所取代。但在今后一个相当长的时期内，直流电机仍 将在许多场合继续发挥作用。
我们周围的电机举例：
我们周围的电机举例：
第一章 直流电机基本理论及结构
本章内容：
直流电机的基本工作原理 直流电机的结构及铭牌 直流电机的电枢绕组 直流电机的磁场 电枢绕组的感应电动势与电磁转矩 直流电机中的换向 直流电动机的分类
第一章 直流电机基本理论及结构
直流电机优缺点：
图1-2 直流发电机的工作原理图
1.1.2 直流发电机的基本工作原理
直流发电机是将机械能转 变成电能的旋转机械。
当原动机驱动电机转子逆 时针旋转时，线圈abcd将产 生感应电动势。
如右图，导体ab在N极下， a点高电位，b点低电位；导 体cd在S极下，c点高电位，d 点低电位；电刷A极性为正， 电刷B极性为负。
图1-2 直流发电机的工作原理图
1.1.2 直流发电机的基本工作原理
当原动机驱动电机转子逆 时针旋转180度后，如右图。 导体ab在S极下，a点低电 位，b点高电位；导体cd在 N极下，c点低电位，d点高 电位；电刷A极性仍为正， 电刷B极性仍为负。可见， 和电刷A接触的导体总是位 于N极下，和电刷B接触的 导体总是位于S极下。
电机分类：
动力电机 旋 转 电 机
微特电机
交流电机 直流电机
感应电机
同步电机 直流电动机 直流发电机
感应电动机 感应发电机
同步电动机 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
特种变压器：自耦、三绕组、互感器
b) 图1-1 直流电动机的工作原理
1.1.1 直流电动机的基本工作原理
电机的各组成部件
1.1 直流电机的基本工作原理
1.1.2 直流发电机的基本工作原理
右图为直流发电机的物 理模型，N、S为定子磁极， abcd是固定在可旋转导磁圆 柱体上的线圈，线圈连同导 磁圆柱体称为电机的转子或 电枢。线圈的首末端a、d连 接到两个相互绝缘并可随线 圈一同旋转的换向片上。转 子线圈与外电路的连接是通 过放置在换向片上固定不动 的电刷进行的。
1.2 直流电机的结构及铭牌
1.2.1 结构
直流电机结构： 主要由定子、转 子（电枢）两大 部分组成。
定子的作用是产 生磁场；转子的 作用是产生电磁 转矩和感应电动 势。
1.2.1 结构
图1-4 直流电机横剖面示意图
1.2.1 结构
1.定子 直流电机的定子由主磁极、机座、换向极、端盖和电刷装
置等部件组成。 (1)主磁极：主要作用是建立主磁场。绝大多数直流电机的主 磁极不是用永久磁铁而是由励磁绕组通以直流电流来建立磁 场。主磁极由主磁极铁心和套装在铁心上的励磁绕组构成。 主磁极铁心靠近转子一端的扩大的部分称为极靴，它的作用 是使气隙磁阻减小，改善主磁极磁场分布，并使励磁绕组容 易固定。 (2)换向极：主要作用是改善换向，安装在两相邻主磁极之间， 是由换向极铁心和套在铁心上的换向极绕组构成。 (3)机座：机座有两个作用，一是作为主磁极的一部分，二是 作为电机的结构框架。机座中作为磁通通路的部分称为磁轭。 机座的两端装有端盖。 (4)端盖：端盖装在机座两端并通过端盖中的轴承支撑转子， 将定转子连为一体。同时端盖对电机内部还起防护作用。
a) 图1-1 直流电动机的工作原理
来自百度文库
1.1.1 直流电动机的基本工作原理
当电枢旋转到右图所示位 置时原N极性下导体ab转到S极 下，受力方向从左向右，原S 极下导体cd转到N极下，受力 方向从右向左。该电磁力形成 逆时针方向的电磁转矩。线圈 在该电磁力形成的电磁转矩作 用下继续逆时针方向旋转。
实际的直流电动机，电枢 圆周上均匀地嵌放许多线圈， 相应地换向器由许多换向片组 成，使电枢线圈所产生的总的 电磁转矩足够大并且比较均匀， 电动机的转速也就比较均匀。