电机与拖动基础第三章 直流电机原理(第一部分)
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R1 R2
电路欧姆定律
I E R1 R2
R l
S
E F IΦ F
Φ
R Rm
Rm Rmδ
磁路欧姆定律
F
Rm Rm
Rm
l
S
•14
3.3.2 空载时气隙磁通密度的分布波形
• 根据磁路欧姆定律，磁管的磁通：
'
2Ff
2 Rm 2 Rmt Rma 2Rmm Rmf
Rmδ，Rmt，Rma，Rmm，
3.1.1 直流电机的用途 • 直流发电机：机械能直流电能 • 直流电动机：直流电能机械能
•直流电动机的优点： 1）调速范围广，易于平滑调速 2）启动、制动和过载转矩大 3）易于控制，可靠性较高。
•用于对调速要求高的场合。
•06:07
•2
直流电动机应用实例
电动汽车
•06:07
电动自行车
城市电车
造纸机
第3章 直流电机原理
本章主要内容
1. 直流电机工作原理 2. 直流电机的结构 3. 直流电机的磁路 4. 直流电机的电枢绕组 5. 直流电机的电枢电动势与电磁转矩 6. 直流发电机的运行原理 7. 直流电动机的运行原理 8. 他励直流电动机的的机械特性
•06:07
•1
3.1 直流电机的用途及基本工作原理
0
Ff
• 磁极中心磁密大，两 极极靴外磁密小，在两 极之间的几何中心线处， 磁密为零。
•16
3.3.4 直流电机的励磁方式
•他励：励磁电流有其他直流电源供给 •自励：励磁电流由电机自身供给（励磁电流和 电枢电流由同一电源供给）
他励式 并励式
串励式
复励式
M
•17
额定电流 或 额定输出转矩
•12
3.3 直流电机的磁路、空载气隙磁密
3.3.1 直流电机的磁路
• 当励磁绕组流过励磁电流If 时，每极励磁磁通势： Ff =If Nf
• 主磁通：同时链着励磁绕组和电枢绕组
• 主磁路：主磁极；定子、转子之间的气隙；电枢齿；电枢磁轭；
定子磁轭。
• 漏磁通：不进入电枢铁心，
•3
3.1.2 基本工作原理
• 交流发电机的工作原理
•06:07
•4
3.1.2 基本工作原理
• 直流发电机的工作原理
•06:07
•5
3.1.2 基本工作原理
• 直流电动机的工作原理
•06:07
•6
3.2 直流电机的主要结构与型号
3.2.1 主要结构
•定子
•主磁极 •电刷装置 •机座 •端盖
•电枢铁心
3.2.2 电机的铭牌数据
• 额定容量PN：
直流发电机：电刷端输出的电功率的额定值
直流电动机：轴上输出的机械功率的额定值。
直流发电机的额定容量： PN =UN IN 直流电动机的额定容量பைடு நூலகம் PN =UN IN ηN
• 电动机轴上的输出额定转矩T2N ：
T2 N
PN N
PN 2 nN
9.55 PN nN
不和电枢绕组相交链，仅交
主磁通
漏磁通
链励磁绕组本身
直流电机中，主磁通是主要的， 它能在电枢绕组中感应电动势，或 者产生电磁转矩，而漏磁通却没有 这个作用，它只是增加主磁极磁路 的饱和程度。主极漏磁通大约是主 磁通的20％。
•13
四极直流电机空载磁场示意图
3.3.2 空载时气隙磁通密度的分布波形
+I E
4、电刷装置，其作用是 将电机转动部分的电流引出 到静止的电路，或者将静止 电路中的电流引入到旋转的 电路中。
3.2 直流电机的主要结构与型号
二、转子部分（电枢）：电枢铁心、电枢绕组、换向器、 风扇、转轴和轴承等。
• 电枢铁心：电机主磁路的一部分，用 来嵌放电枢绕组的，为了减少电枢旋转 时电枢铁心中因磁通变化而引起的磁滞 及涡流损耗，电枢铁心通常用0.5mm厚 的两面涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成。
Rmf分别为气隙、电枢齿、 电枢磁轭、主磁极和定
子磁轭的磁阻。
•在磁路不饱和情况下，
μ >> μ0 。有：
li
' 2Ff Ff
2 Rm Rm
•15
3.3.2 空载时气隙磁通密度的分布波形
•
磁管气隙磁阻：R m
0li
' Ff Rm
Ff
0
F f li
δ
li
•
0li
气隙磁密：
Bx li
60
• 直流电动机运行时，若各个物理量都与它的额定值一
样，就称为额定运行状态
• 过载运行：电枢电流超过额定值
• 欠载运行：电枢电流小于额定值
•11
例题3-2：一台直流电动机，其额定功率PN=160kW，额定电压 UN=220 V，额定效率ηN=90％，额定转速nN=1500r／min，求该 电动机的输入功率、额定电流及额定输出转矩各是多少? 解 额定输入功率
3.2.2 电机的铭牌数据
3.2.2 电机的铭牌数据
1．额定容量（功率）PN（kW） 2．额定电压 UN（V）； 3．额定电流 IN（A）；
直流发电机：输出电压、电流的额定值； 直流电动机：电源输入电压电流的额定值； 4．额定转速 nN（r／min）； 5．励磁方式和额定励磁电流 IfN（A）。
•10
•电枢绕组 •转子 •换向器
•转轴
•轴承
•7
3.2 直流电机的主要结构与型号
一．定子部分
1、机座：①导磁作用，是主磁路的一部分， 叫定子磁轭， ②机械支撑作用，主磁极、换向 极以及两个端盖都固定在电机的机座上
2、主磁极又叫主极，它的作用是在电枢表 面外的气隙空间里产生一定形状分布的气隙磁密
3、换向极，其作用是为了改善直流电机的 换向
R1 R2
电路欧姆定律
I E R1 R2
R l
S
E F IΦ F
Φ
R Rm
Rm Rmδ
磁路欧姆定律
F
Rm Rm
Rm
l
S
•14
3.3.2 空载时气隙磁通密度的分布波形
• 根据磁路欧姆定律，磁管的磁通：
'
2Ff
2 Rm 2 Rmt Rma 2Rmm Rmf
Rmδ，Rmt，Rma，Rmm，
3.1.1 直流电机的用途 • 直流发电机：机械能直流电能 • 直流电动机：直流电能机械能
•直流电动机的优点： 1）调速范围广，易于平滑调速 2）启动、制动和过载转矩大 3）易于控制，可靠性较高。
•用于对调速要求高的场合。
•06:07
•2
直流电动机应用实例
电动汽车
•06:07
电动自行车
城市电车
造纸机
第3章 直流电机原理
本章主要内容
1. 直流电机工作原理 2. 直流电机的结构 3. 直流电机的磁路 4. 直流电机的电枢绕组 5. 直流电机的电枢电动势与电磁转矩 6. 直流发电机的运行原理 7. 直流电动机的运行原理 8. 他励直流电动机的的机械特性
•06:07
•1
3.1 直流电机的用途及基本工作原理
0
Ff
• 磁极中心磁密大，两 极极靴外磁密小，在两 极之间的几何中心线处， 磁密为零。
•16
3.3.4 直流电机的励磁方式
•他励：励磁电流有其他直流电源供给 •自励：励磁电流由电机自身供给（励磁电流和 电枢电流由同一电源供给）
他励式 并励式
串励式
复励式
M
•17
额定电流 或 额定输出转矩
•12
3.3 直流电机的磁路、空载气隙磁密
3.3.1 直流电机的磁路
• 当励磁绕组流过励磁电流If 时，每极励磁磁通势： Ff =If Nf
• 主磁通：同时链着励磁绕组和电枢绕组
• 主磁路：主磁极；定子、转子之间的气隙；电枢齿；电枢磁轭；
定子磁轭。
• 漏磁通：不进入电枢铁心，
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3.1.2 基本工作原理
• 交流发电机的工作原理
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3.1.2 基本工作原理
• 直流发电机的工作原理
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3.1.2 基本工作原理
• 直流电动机的工作原理
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3.2 直流电机的主要结构与型号
3.2.1 主要结构
•定子
•主磁极 •电刷装置 •机座 •端盖
•电枢铁心
3.2.2 电机的铭牌数据
• 额定容量PN：
直流发电机：电刷端输出的电功率的额定值
直流电动机：轴上输出的机械功率的额定值。
直流发电机的额定容量： PN =UN IN 直流电动机的额定容量பைடு நூலகம் PN =UN IN ηN
• 电动机轴上的输出额定转矩T2N ：
T2 N
PN N
PN 2 nN
9.55 PN nN
不和电枢绕组相交链，仅交
主磁通
漏磁通
链励磁绕组本身
直流电机中，主磁通是主要的， 它能在电枢绕组中感应电动势，或 者产生电磁转矩，而漏磁通却没有 这个作用，它只是增加主磁极磁路 的饱和程度。主极漏磁通大约是主 磁通的20％。
•13
四极直流电机空载磁场示意图
3.3.2 空载时气隙磁通密度的分布波形
+I E
4、电刷装置，其作用是 将电机转动部分的电流引出 到静止的电路，或者将静止 电路中的电流引入到旋转的 电路中。
3.2 直流电机的主要结构与型号
二、转子部分（电枢）：电枢铁心、电枢绕组、换向器、 风扇、转轴和轴承等。
• 电枢铁心：电机主磁路的一部分，用 来嵌放电枢绕组的，为了减少电枢旋转 时电枢铁心中因磁通变化而引起的磁滞 及涡流损耗，电枢铁心通常用0.5mm厚 的两面涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成。
Rmf分别为气隙、电枢齿、 电枢磁轭、主磁极和定
子磁轭的磁阻。
•在磁路不饱和情况下，
μ >> μ0 。有：
li
' 2Ff Ff
2 Rm Rm
•15
3.3.2 空载时气隙磁通密度的分布波形
•
磁管气隙磁阻：R m
0li
' Ff Rm
Ff
0
F f li
δ
li
•
0li
气隙磁密：
Bx li
60
• 直流电动机运行时，若各个物理量都与它的额定值一
样，就称为额定运行状态
• 过载运行：电枢电流超过额定值
• 欠载运行：电枢电流小于额定值
•11
例题3-2：一台直流电动机，其额定功率PN=160kW，额定电压 UN=220 V，额定效率ηN=90％，额定转速nN=1500r／min，求该 电动机的输入功率、额定电流及额定输出转矩各是多少? 解 额定输入功率
3.2.2 电机的铭牌数据
3.2.2 电机的铭牌数据
1．额定容量（功率）PN（kW） 2．额定电压 UN（V）； 3．额定电流 IN（A）；
直流发电机：输出电压、电流的额定值； 直流电动机：电源输入电压电流的额定值； 4．额定转速 nN（r／min）； 5．励磁方式和额定励磁电流 IfN（A）。
•10
•电枢绕组 •转子 •换向器
•转轴
•轴承
•7
3.2 直流电机的主要结构与型号
一．定子部分
1、机座：①导磁作用，是主磁路的一部分， 叫定子磁轭， ②机械支撑作用，主磁极、换向 极以及两个端盖都固定在电机的机座上
2、主磁极又叫主极，它的作用是在电枢表 面外的气隙空间里产生一定形状分布的气隙磁密
3、换向极，其作用是为了改善直流电机的 换向