直流电机PPT课件

n0
U
K
Φ
E
，n
KT
Ra
KEΦ2
T
由该式可知，n 和 有关，在 U 一定的情况下，改变 可改
变 n 。在励磁回路中串上电阻Rf，改变Rf大小调节励磁电流，
从而改变 的大小。
直流电动机的调速
If的调节有两种情况：
• Rf If n ，但在额定情况下， 已接近 饱 和，If 再加大，对 影响不大，所以这种增加磁
交轴
有电流流过，载流的电枢绕组将产生磁动势，电枢磁 动势对主磁场的影响叫电枢反应。
图2-1 直流电机交直轴示意图
电枢反应分类：交轴电枢反应和直轴电枢反应
交轴电枢反应
定义：电机负载时，交轴电枢磁动势将产生交轴气隙磁场，并影响到原来气隙
磁场的大小和分布。
增磁
去磁
去磁
增磁
a)
b)
图2-2 交轴电枢反应 a) 负载时的合成磁场 b)空载磁场 b 0 和负载时气隙的合成磁场b
❖转子
主要包括：电枢铁心、电枢绕组和换向器。 作用：用来产生感应电动势、电流、电磁转矩、实现能量转换的 部件。
定子组成
主磁极
作用：产生主磁场 分类：主磁极铁心和励磁绕组组成的绕线形主磁极，或由永 磁体构成的主磁极。
换向极
作用：产生换向磁场，改善电机的换向。 组成：换向磁极铁心和换向磁极绕组组成。换向铁心一般用 整块钢或钢板制成。 换向磁极绕组与主磁极绕组同样制作，其绕组与电枢绕组串 联，极性不能接反。
Ist
UN Ra
IaN
Ist太大会使换向器产生严重的火花，烧坏换向器。 一般Ist限制在 (2-2.5)IaN 内。
限制Ist的措施： （1）启动时在电枢回路串电阻。 （2）启动时降低电枢电压。
直流电动机的调速
以他励电动机为例说明直流电动机的调速方法
1、改变磁通（调磁） ❖原 理
n n0 n
其中
图1-4 电刷装置
转子组成
图1-5 直流电机转子组成
电枢铁芯：一般用硅钢片叠压加紧而成。
转子组成
换向极
图1-6 直流电机换向器图
作用：整流或逆变的作用 构成：由许多具有鸽尾形的换向片叠成
直流电机的额定值
PN ：电机在铭牌规定的额定状态下运行时，电机输出功率。 对电动机而言，指轴上的输出机械功率。
R j 为0时，由于 R a 远小于CeCT2 ， 故不计磁饱和时直流电动机的机 械特性为一稍微下降的直线。如 果计及磁饱和时，交轴电枢反应 呈现去磁作用，曲线下降程度减 小。
图4-2 直流电动机机械特性
五、直流电动机的启动、调速和制动
直流电动机的启动
启动时,n= 0 Ea=0，若加入额定电压，则
U
ME
–
–
图3-1 稳态运行时直流电机电路图
以上两公式反映的概念：
(1)电枢反电动势的大小和磁通、转速成正比，若想改变 E，
只能改变 或 n。
(2)若忽略绕组中的电阻Ra，则 nECen，
可见，当外加电压一定时，电机转速和磁通成反
比，通过改变 可调速。
转矩平衡方程
电磁转矩 T KTΦIa
KT：与线圈的结构有关的常数
四、直流电动机的运行特性
工作特性
n,Te,f(P2)
条件：电枢端电压为额定电
压，对于绕线型定子主磁极， 励磁电流为额定励磁电流。
速率特性：nf(P2)
n Ua Ia Ra Ce
图4-1 直流电动机工作特性
影响转速变化的因数：电枢电阻压降和电枢反应。当电动机的负载增大时， 电枢电流增大，电枢电阻压降增加，使电动机转速趋于下降；电枢反应有 去磁作用时，则转速趋于上升，这两个因素对转速的影响部分相互抵消， 使电机转速变化不大。
线圈
工作原理
电刷
由左手定则，通电线
+
F N
I
圈在磁场的作用下， U
将受到力的作用，使
F I
线圈逆时针旋转。
–
S
换向片
图1-2 电枢线圈旋转方向示意图
电刷与电源固定联接，线圈无论怎样转动，总是上半边的电 流向里，下半边的电流向外。电刷压在换向片上。
基本结构
图1-3 直流电机剖面图
基本结构
❖定子
主要包括：主磁极、换向极、机座、端盖、电刷装置。 作用：产生主磁场和作为机械的支撑。
（与线圈大小，磁极的对数等有关）
：线圈所处位置的磁通
Ia：电枢绕组中的电流
单位： （韦伯），Ia（安培），T（牛顿•米）
转矩平衡方程
电磁转矩 T 为驱动转矩，在电机运行时，必须和外加负载和空载损耗 的阻转矩相平衡，即
T TL T0
TL： 负载转矩 T0 ：空载转矩
转矩平衡过程：当负载转矩（TL）发生变化时，通过电机转速、 电动势、电枢电流的变化，电磁转矩自动调整，以实现新的平 衡。
直轴电枢反应
若电刷偏移，电枢磁动势可分为交轴电枢磁动势和直轴电枢磁动势。 直轴电枢磁动势将产生直轴电枢反应。
a) 电枢反应增磁
b) 电枢反应去磁
图2-3 电刷不在几何中性线上时，电枢磁动势的直轴分量
三、直流电动机基本方程
电压平衡方程
UEIaRa
ECen
U ：外加电压 Ra: 绕组电阻
Ra
+
+
Ia
定子组成
机座
作用：a)导磁作用，作为电机磁路的一部分； b)支撑作用，用来安装磁极换向磁极。
构成：用导磁性能较好的铸钢件或钢板焊接而成，也 可用无缝钢管加工而成。
端盖
机座的两端都装有端盖，用于支撑转子。
定子组成
电刷装置
材质：石墨或金属粉末与石墨混合 做成的导电块 作用：把直流电压、直流电流引入 或引出。 构成：由电刷、刷握、刷杆座和铜 丝辫组成
U N ：额定状态下，电枢出线端电压。 I N ：电机在额定电压下运行，输出功率为额定功率时，电机
的线电流。 n N ：额定状态下运行时转子转速。
二、直流电二机、的直电流枢电反机应的电枢反应
直流电机的电枢反应
直轴
直轴与交轴：主极的轴线称为直轴，与直轴正交
的轴线叫交轴
电枢反应定义：电机带上负载时，电枢绕组中
主要内容
一、直流电机的工作原理和基本结构 二、直流电机的电枢反应 三、直流电机基本方程 四、直流电动机的运行特性 五、直流电动机的启动、调速和制动
一、直流电机的工作原理和基本结构
工作原理
电刷
+
U
N I
I
–
换向片
S
以电动机为例
直流电源(+)
图1-1 直流电机工作原理图
电刷
换向器
直流电源(-)
电刷
换向器
工作特性
转矩特性：Te f (P2)
Te
T0
T2
T0
P2
：转子机械角速度
转矩特性基本呈Байду номын сангаас性关系；实
际上，P2 增大时，转速略有下 降，故曲线将略微向上弯曲。
效率特性： f(P2)
P2
P2 P
当不变损耗等于可变损耗 时，电机效率最大。
机械特性
nCueCReaCT Rj2 Te
R j ：调节电阻