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1、第16章 直流電機的基本工作原理和結(jié)構(gòu) 直流電動機優(yōu)點：直流電動機優(yōu)點： 優(yōu)異的調(diào)速性能、起動性能和優(yōu)異的調(diào)速性能、起動性能和制動性能，廣泛應用于電力機車、機床、起重設制動性能，廣泛應用于電力機車、機床、起重設備等。備等。 直流電動機缺點：直流電動機缺點：具有換向器，結(jié)構(gòu)復雜，成本具有換向器，結(jié)構(gòu)復雜，成本較高，維修不便，可靠性稍差。較高，維修不便，可靠性稍差。第16章 直流電機的基本工作原理和結(jié)構(gòu) 教學內(nèi)容教學內(nèi)容 教學要求教學要求 16.3 16.3 直流電機的勵磁方式和額定值直流電機的勵磁方式和額定值16.1 16.1 直流電機的基本工作原理直流電機的基本工作原理16.2 16.2 直流
2、電機的基本結(jié)構(gòu)直流電機的基本結(jié)構(gòu)掌握直流電機的勵磁方式和額定數(shù)據(jù)掌握直流電機的勵磁方式和額定數(shù)據(jù) 掌握直流電機的基本工作原理掌握直流電機的基本工作原理 了解直流電機的基本結(jié)構(gòu)了解直流電機的基本結(jié)構(gòu) 補充：最大值補充：最大值第16章 直流電機的基本工作原理和結(jié)構(gòu)16.1 直流電機的基本工作原理 Basic operation principle一、直流發(fā)電機的基本工作原理 DC generator定子磁極定子磁極 N、S 固定不動；固定不動；轉(zhuǎn)子線圈連接換向片并旋轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)子線圈連接換向片并旋轉(zhuǎn)；電刷電刷 A、B 不動接用電負載。不動接用電負載。圖（圖（a）瞬間：感應電動勢為）瞬間：感應電動勢為 b
3、adcee圖（圖（b）瞬間：感應電動勢為）瞬間：感應電動勢為 cdabee電刷極性為電刷極性為 A+ +、B- -注意：轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)注意：轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)180o，線圈感應電動勢方向就改變一次，即線圈電動勢是交流的。，線圈感應電動勢方向就改變一次，即線圈電動勢是交流的。直流電機的轉(zhuǎn)子稱為直流電機的轉(zhuǎn)子稱為電樞電樞，電刷兩端的電動勢稱為，電刷兩端的電動勢稱為電樞電動勢電樞電動勢。電刷電刷A、B兩端是極性不變的直流電動勢，將向外電路發(fā)出直流電流。兩端是極性不變的直流電動勢，將向外電路發(fā)出直流電流。第16章 直流電機的基本工作原理和結(jié)構(gòu)二、直流電動機的基本工作原理 DC motor直流電源加在電刷兩端，直流電源
4、加在電刷兩端，A+ +、B- - ，電樞線圈中有電流流過。電樞線圈中有電流流過。導體導體ab受到左向電磁力受到左向電磁力導體導體cd受到右向電磁力受到右向電磁力圖（圖（a）瞬間）瞬間形成逆時針轉(zhuǎn)矩形成逆時針轉(zhuǎn)矩導體導體cd受到左向電磁力受到左向電磁力導體導體ab受到右向電磁力受到右向電磁力圖（圖（b）瞬間）瞬間形成逆時針轉(zhuǎn)矩形成逆時針轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子定向旋轉(zhuǎn)。使轉(zhuǎn)子定向旋轉(zhuǎn)。注意：電刷兩端加的是直流，注意：電刷兩端加的是直流， 而線圈電流卻是交流。而線圈電流卻是交流。電樞受到的轉(zhuǎn)矩稱為電樞受到的轉(zhuǎn)矩稱為電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩。換向器功能換向器功能電刷兩端直流電刷兩端直流線圈中交流線圈中交流第16章 直流電
5、機的基本工作原理和結(jié)構(gòu) 直流發(fā)電機 直流電動機無論發(fā)電機還是電動機無論發(fā)電機還是電動機: 旋轉(zhuǎn)的電樞繞組切割磁場都將旋轉(zhuǎn)的電樞繞組切割磁場都將產(chǎn)生電樞電動勢產(chǎn)生電樞電動勢 ； 流過電流流過電流 的電樞繞組在磁場的電樞繞組在磁場作用下都將產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩作用下都將產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩 。aEemTaI三、電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩 EMF and Electrical magnetic torque在電動機中在電動機中: 為反電動勢。為反電動勢。aEaEaI與與 反方向，反方向，emT為驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，為驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，emTn與與同方向。同方向。在發(fā)電機中在發(fā)電機中: 為電源電動勢，向外輸出直流
6、電流為電源電動勢，向外輸出直流電流 , aEaIaIaE與與 同方向。同方向。emT為制動轉(zhuǎn)矩。為制動轉(zhuǎn)矩。emTn與與反方向，反方向，第16章 直流電機的基本工作原理和結(jié)構(gòu) 1. 電樞電動勢電樞電動勢aE指電刷兩端的電動勢，其大小與磁場強弱和電樞導體切割磁場的速度有關。指電刷兩端的電動勢，其大小與磁場強弱和電樞導體切割磁場的速度有關。 nCnapNEea60計算公式：計算公式：指電樞所有導體受到的轉(zhuǎn)矩之和，其大小與磁場強弱和電樞導體中電流大小有關。指電樞所有導體受到的轉(zhuǎn)矩之和，其大小與磁場強弱和電樞導體中電流大小有關。 計算公式：計算公式：aemIapNT2aTIC apNCe60電動勢常數(shù)
7、電動勢常數(shù) apNCT2轉(zhuǎn)矩常數(shù)轉(zhuǎn)矩常數(shù) eeTCCC55. 9260p為電機的極數(shù)；為電機的極數(shù)；N為電樞繞組的總導體數(shù)；為電樞繞組的總導體數(shù)；a為電樞繞組并聯(lián)支路對數(shù)。為電樞繞組并聯(lián)支路對數(shù)。 2. 2.電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩emT第16章 直流電機的基本工作原理和結(jié)構(gòu)16.2 直流電機的基本結(jié)構(gòu)basic construction一、定子結(jié)構(gòu)一、定子結(jié)構(gòu) stator1主磁極主磁極 Main pole產(chǎn)生恒定的氣隙主磁場，且產(chǎn)生恒定的氣隙主磁場，且N、S交替排列。交替排列。由鐵心和勵磁繞組構(gòu)成。由鐵心和勵磁繞組構(gòu)成。鐵心用鐵心用1.01.5mm厚的鋼板疊成。厚的鋼板疊成。 勵磁繞組之間串聯(lián)通入
8、直流電流，勵磁繞組之間串聯(lián)通入直流電流，第16章 直流電機的基本工作原理和結(jié)構(gòu)2換向極換向極 Commutation pole用來減少電刷與換向器之間的火花。用來減少電刷與換向器之間的火花。 固定電刷的裝置，它與換向器配合實現(xiàn)把固定電刷的裝置，它與換向器配合實現(xiàn)把電樞繞組電樞繞組內(nèi)部的交流電與電刷外部的直流電相互轉(zhuǎn)換內(nèi)部的交流電與電刷外部的直流電相互轉(zhuǎn)換的功能。的功能。 3電刷裝置電刷裝置 Brush device換向極個數(shù)與主磁極個數(shù)相等，位于換向極個數(shù)與主磁極個數(shù)相等，位于主磁極之間，換向極繞組與電樞繞組串聯(lián)主磁極之間，換向極繞組與電樞繞組串聯(lián)。4機座和端蓋機座和端蓋 Base and C
9、over固定主磁極、換向極和端蓋等零部件的支撐件，固定主磁極、換向極和端蓋等零部件的支撐件，也是也是電機磁路的一部分電機磁路的一部分。 第16章 直流電機的基本工作原理和結(jié)構(gòu)二、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)二、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) Rotor-電樞電樞1電樞鐵心電樞鐵心 Armature core用來安放電樞繞組并作為主磁路的一部分。用來安放電樞繞組并作為主磁路的一部分。電樞旋轉(zhuǎn)時鐵心中的磁通方向不斷變化將引起電樞旋轉(zhuǎn)時鐵心中的磁通方向不斷變化將引起鐵心損耗鐵心損耗。為了減少鐵心損耗，用為了減少鐵心損耗，用0.5mm厚硅鋼片疊成。厚硅鋼片疊成。外圓均勻開槽嵌放電樞繞組。外圓均勻開槽嵌放電樞繞組。第16章 直流電機的基本工作原
10、理和結(jié)構(gòu)作用：用來產(chǎn)生感應電動勢；作為產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的載流導體。作用：用來產(chǎn)生感應電動勢；作為產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的載流導體。它是實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的樞紐部件，所以把該繞組所在的部位稱為電樞。它是實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的樞紐部件，所以把該繞組所在的部位稱為電樞。2電樞繞組電樞繞組電樞繞組由銅導線按一定的規(guī)律繞制而成。電樞繞組由銅導線按一定的規(guī)律繞制而成。3換向器（整流子）換向器（整流子）Commutator 作用：作用：“內(nèi)交流內(nèi)交流”與與“外直流外直流”相互轉(zhuǎn)換的作用。相互轉(zhuǎn)換的作用。 換向器由許多換向片構(gòu)成，換向片采用紫銅或銅合金制成。換向器由許多換向片構(gòu)成，換向片采用紫銅或銅合金制成。 Armature
11、windings第16章 直流電機的基本工作原理和結(jié)構(gòu)16.3 直流電機的勵磁方式和額定值Excitation mode and ratings一、勵磁方式一、勵磁方式Excitation mode直流電機勵磁繞組的供電方式稱為勵磁方式（勵磁方式不同電機性能不同）。直流電機勵磁繞組的供電方式稱為勵磁方式（勵磁方式不同電機性能不同）。 他勵他勵 并勵并勵 串勵串勵 復勵復勵勵磁方式分四種：勵磁方式分四種：（以發(fā)動機為例）（以發(fā)動機為例）第16章 直流電機的基本工作原理和結(jié)構(gòu)二、額定值二、額定值 RatingsNP1額定功率額定功率 （W、kW）發(fā)電機：指電刷端輸出的電功率；發(fā)電機：指電刷端輸出的
12、電功率；電動機：指軸上輸出的機械功率。電動機：指軸上輸出的機械功率。指電機額定運行時的輸出功率指電機額定運行時的輸出功率3. 額定電流額定電流指電機額定運行時電樞出線中的電流。指電機額定運行時電樞出線中的電流。 （A）NI2. 額定電壓額定電壓NU指電機額定運行時電樞出線端的電壓。指電機額定運行時電樞出線端的電壓。 （V）4. 額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速 （ ）指電機額定運行時電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。指電機額定運行時電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。/minrNn5. 額定勵磁電壓額定勵磁電壓)V(fNU指電機額定運行時勵磁繞組兩端的電壓。指電機額定運行時勵磁繞組兩端的電壓。6. 額定勵磁電流額定勵磁電流)A(fNI指電機額定運行時勵磁繞組中的電流。指電機額定運行時勵磁繞組中的電流。NNNUPI發(fā)電機：發(fā)電機： NNNNUPI電動機：電動機： 第16章 直流電機的基本工作原理和結(jié)構(gòu) 小結(jié)小結(jié) Conclusions教學重點：教學重點：1. 基本工作原理基本工作原理2. 勵磁方式和額定值勵磁方式和額定值教學難點：教學難點： 勵磁方式勵磁方式作業(yè)：作業(yè)：P276：16.5；16.6
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