直流电动机及其控制

e1 = k1k2lΦn = k3Φn
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
dω Tem = T0 + TL + J dt
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。
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。
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. 换向器和电刷装置
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。
T2 = Tem - T0 = TL dω/dt = 0
加速
减速
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
=
La
dIa dt
+
Ra Ia
+
Ea
动态电压平衡方程式
动态： dIa/dt 0 静态： dIa/dt = 0
Pw = (π2 wk.baidu.com 2d 2Bm2 )V/ (6 ρ)
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： PFe = P1/50 ( f/50) Bm2
= 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
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 = k2B, I1 = k3Ia Tem1 = k4ΦIa
各导线转矩相加可得 直流电机的电磁转矩为
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
磁性材料
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。
硬磁材料： 矫顽磁力大， 磁滞回线宽。 常用作永磁体。
静态电压平衡方程式： Ua = Ra Ia + Ea
忽略电感压降
四大关系式
通用
Tem = CtΦIa = Kt Ia ； Ea = CeΦn = Keω
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
Bm = 1.0 : 1.6 T 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。
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：
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。
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 。
动态转矩平衡方程式
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 Tem T0 TL
设 T2 = Tem - T0 输出转矩
J
dω dt
T2
-
TL
T2 = Tem - T0 > TL dω/dt > 0 T2 = Tem - T0 < TL dω/dt < 0