任务2 直流电动机课件.ppt

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1、学习情境 2 直流电动机的起动、调速、反转与制动任务任务2.1 认识直流电动机认识直流电动机 任务任务2.2 直流电动机的起动、调速、反转与制动直流电动机的起动、调速、反转与制动电机控制与维修化学工业出版社化学工业出版社 n 学习情境2 直流电动机的起动、调速、反转与制动【任务目标】【任务目标】技能目标：技能目标：1.能正确选择直流电动机；能正确选择直流电动机；2.能利用电压表、电流表测量电机电压和流；能利用电压表、电流表测量电机电压和流；3.能正确完成电机控制线路的安装与接线；能正确完成电机控制线路的安装与接线；4.能正确使用合理方法对直流电机进行调速。能正确使用合理方法对直流电机进行调速。

2、知识目标：知识目标：1.了解直流电动机的特点、用途和分类；了解直流电动机的特点、用途和分类；2.熟悉直流电动机的机构和工作原理；熟悉直流电动机的机构和工作原理；3.熟悉直流电动机起动、反转、调速和制动熟悉直流电动机起动、反转、调速和制动 的方法。的方法。 电机控制与维修 任务2 .1 认识直流电动机【任务描述】【任务描述】 直流电机是指能发出直流电的发电机，或通以直直流电机是指能发出直流电的发电机，或通以直流电而转动的电动机。直流电动机与交流电动机相比流电而转动的电动机。直流电动机与交流电动机相比较，具有良好的起动性能，起动转矩较大；能在较宽较，具有良好的起动性能，起动转矩较大；能在较宽的范围

3、内进行平滑的无级调速；还适宜于频繁起动。的范围内进行平滑的无级调速；还适宜于频繁起动。因此，凡要求大范围无级调速，或者要求较大起动转因此，凡要求大范围无级调速，或者要求较大起动转矩的场合都采用直流电动机作为动力。它应用于电力矩的场合都采用直流电动机作为动力。它应用于电力机车、无轨电车、轧钢机、矿井卷扬机、大型机床、机车、无轨电车、轧钢机、矿井卷扬机、大型机床、起重机等设备中。小容量的直流电动机广泛应用于自起重机等设备中。小容量的直流电动机广泛应用于自动控制系统中。动控制系统中。 电机控制与维修任务2 .1 认识直流电动机【任务描述】【任务描述】 直流发电机作为各种直流电源，用于直流电动机直流发

4、电机作为各种直流电源，用于直流电动机的电源，化学工业中电解、电镀的电源，发电厂中同的电源，化学工业中电解、电镀的电源，发电厂中同步发电机的励磁电源，后者称为励磁机。直流电机也步发电机的励磁电源，后者称为励磁机。直流电机也存在一些缺点，如制造中消耗金属较多，工艺较复杂，存在一些缺点，如制造中消耗金属较多，工艺较复杂，成本较高，运行中电流换向的故障较多，维修比较麻成本较高，运行中电流换向的故障较多，维修比较麻烦。对于粉尘比较大，易燃易爆场所直流电机根本不烦。对于粉尘比较大，易燃易爆场所直流电机根本不能应用，这是它致命的弱点。这些使直流电动机的广能应用，这是它致命的弱点。这些使直流电动机的广泛应用受

5、到了一定的限制，没有交流电机应用广泛。泛应用受到了一定的限制，没有交流电机应用广泛。 本任务主要研究直流电动机的基本结构、工作原本任务主要研究直流电动机的基本结构、工作原理和主要特性。理和主要特性。电机控制与维修 任务2 .1 认识直流电动机【子任务目标】【子任务目标】技能目标：技能目标：1能认识直流电机；能认识直流电机；2能正确选择直流电动机。能正确选择直流电动机。知识目标：知识目标：1了解直流电动机的结构和功能；了解直流电动机的结构和功能；2熟悉直流电动机的工作原理。熟悉直流电动机的工作原理。电机控制与维修 任务2 .1 认识直流电动机【知识准备】【知识准备】（一）直流电动机的基本结构（一

6、）直流电动机的基本结构 直流电机进行能量转换，必须有磁场以及与磁直流电机进行能量转换，必须有磁场以及与磁场耦合的线圈，磁场与线圈之间还必须有相对运动。场耦合的线圈，磁场与线圈之间还必须有相对运动。因此，直流电机由静止部分和转动部分组成。静止因此，直流电机由静止部分和转动部分组成。静止部分称为定子，包括主磁极、换向极、电刷装置和部分称为定子，包括主磁极、换向极、电刷装置和机座等主要部件。转动部分称为转子。直流电机的机座等主要部件。转动部分称为转子。直流电机的转子通常称为电枢，它主要由电枢铁心、电枢绕组、转子通常称为电枢，它主要由电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴和风扇等部件组成。图所示为直流电换向

7、器、转轴和风扇等部件组成。图所示为直流电机的结构图。下面对直流电机的主要部件作简要介机的结构图。下面对直流电机的主要部件作简要介绍。绍。电机控制与维修 任务2 .1 之 【知识准备】【知识准备】电机控制与维修 图图2.1.1 直流电动机的结直流电动机的结构构电机控制与维修 （一）直流电动机的基本结构（一）直流电动机的基本结构1 1定子部分定子部分 （1 1）主磁极）主磁极 主磁极的作用是产生主磁场，以便电枢主磁极的作用是产生主磁场，以便电枢在此磁场中转动而产生感生电动势。主磁场有两种形式：在此磁场中转动而产生感生电动势。主磁场有两种形式：永久磁铁和电磁铁。绝大部分直流电机采用电磁铁。电磁永久磁

8、铁和电磁铁。绝大部分直流电机采用电磁铁。电磁铁由主磁极铁心和励磁绕组组成，如图所示。主磁极铁心铁由主磁极铁心和励磁绕组组成，如图所示。主磁极铁心一般由一般由1 11.5mm1.5mm厚的钢板冲片叠压而成。绕制好的励磁绕厚的钢板冲片叠压而成。绕制好的励磁绕组套在铁心外面，整个磁极用螺钉固定在机座上。主磁极组套在铁心外面，整个磁极用螺钉固定在机座上。主磁极总是成对出现的，各主磁极上的绕组连接时要能保证相邻总是成对出现的，各主磁极上的绕组连接时要能保证相邻磁极的极性按磁极的极性按N N极和极和S S极依排列。为了减少气隙中有效磁通极依排列。为了减少气隙中有效磁通的磁阻，改善气隙磁通密度的分布波形，磁

9、极下的极掌的磁阻，改善气隙磁通密度的分布波形，磁极下的极掌（或称极靴）较极身宽，这样也可以使励磁绕组牢牢地套（或称极靴）较极身宽，这样也可以使励磁绕组牢牢地套在磁极上。在磁极上。 任务2 .1 之 【知识准备】【知识准备】（一）直流电动机的基本结构（一）直流电动机的基本结构1 1定子部分定子部分 （2 2）换向极）换向极 换向极是用来改善直流电机换向的，减换向极是用来改善直流电机换向的，减小电机运行时电刷与换向器之间可能产小的火花。换向极小电机运行时电刷与换向器之间可能产小的火花。换向极装在容量大于装在容量大于 1kW的直流电机的两主磁极之间，也是由的直流电机的两主磁极之间，也是由换向极铁心和

10、换向极绕组组成，如图换向极铁心和换向极绕组组成，如图 2.1.3 所示。一般换所示。一般换向极铁心用整块钢板加工而成。也可用向极铁心用整块钢板加工而成。也可用 1.5mm的钢板叠压。的钢板叠压。换向极绕组套在换向极铁心上，与电枢绕组串联换向极绕组套在换向极铁心上，与电枢绕组串联。一般换。一般换向极的数量与主磁极相同。向极的数量与主磁极相同。 （3 3）机座）机座 电机定子部分的外壳称为机座。机座通常电机定子部分的外壳称为机座。机座通常由铸钢或厚钢板焊成。它有两个作用，一是用来固定主磁由铸钢或厚钢板焊成。它有两个作用，一是用来固定主磁极、换向极和端盖，并固定和支撑整个电机；二是作为电极、换向极和

11、端盖，并固定和支撑整个电机；二是作为电机磁路的一部分，构成磁极之间磁的通路。机座中有磁通机磁路的一部分，构成磁极之间磁的通路。机座中有磁通经过的部分称为磁轭。经过的部分称为磁轭。 电机控制与维修 任务2 .1 之 【知识准备】【知识准备】（一）直流电动机的基本结构（一）直流电动机的基本结构1 1定子部分定子部分 （4 4）电刷装置）电刷装置 电刷的作用是将旋转的电枢与固定不电刷的作用是将旋转的电枢与固定不动的外电路相连，把直流电压或直流电流引入或引出。电动的外电路相连，把直流电压或直流电流引入或引出。电机中常用一套电刷装置来保证它的作用。电刷装置由电刷、机中常用一套电刷装置来保证它的作用。电刷

12、装置由电刷、弹簧、刷握、刷杆及刷杆座等组成。电刷是用石墨等制成弹簧、刷握、刷杆及刷杆座等组成。电刷是用石墨等制成的导电块，放置在刷盒内，用弹簧将它压紧在换向器上，的导电块，放置在刷盒内，用弹簧将它压紧在换向器上，刷握固定在刷杆上。容量大的电机，可在同一刷杆上并排刷握固定在刷杆上。容量大的电机，可在同一刷杆上并排安装一组刷握和电刷。一般刷杆数与主磁极数相等。由于安装一组刷握和电刷。一般刷杆数与主磁极数相等。由于电刷有正、负极之分，因此刷杆必须与刷杆座绝缘。电刷电刷有正、负极之分，因此刷杆必须与刷杆座绝缘。电刷组在换向器表面应对称分布，刷杆座可与端盖或机座相连组在换向器表面应对称分布，刷杆座可与端

13、盖或机座相连接。整个电刷装置可以移动，用以调整电刷在换向器上的接。整个电刷装置可以移动，用以调整电刷在换向器上的位置。图位置。图所所示为电刷装置结构图。示为电刷装置结构图。 电机控制与维修 任务2 .1 之 【知识准备】【知识准备】电机控制与维修 1-主磁极铁心 1-主磁极铁心 1-刷杆座 2-刷握 2-机座 3-励磁绕组 2-换向极绕组 3-电刷 4-刷杆 5-压力弹簧图图2.1.2 主磁极的结构主磁极的结构 图图2.1.3 换向极的结构换向极的结构 图图2.1.4 电刷装置的结构电刷装置的结构（一）直流电动机的基本结构（一）直流电动机的基本结构1 1定子部分定子部分 任务2 .1 之 【知

14、识准备】【知识准备】（一）直流电动机的基本结构（一）直流电动机的基本结构2 2转子部分转子部分 （1 1）电枢铁心）电枢铁心 电枢铁心是主磁路的一部分同时要电枢铁心是主磁路的一部分同时要安放电池绕组。由于电机运行时，电枢与气隙磁场间有相安放电池绕组。由于电机运行时，电枢与气隙磁场间有相对运动，铁心中也会产生感应电动势而出现涡流和磁滞损对运动，铁心中也会产生感应电动势而出现涡流和磁滞损耗。为了减少损耗，电枢铁心通常由耗。为了减少损耗，电枢铁心通常由 0.5mm厚的表面绝厚的表面绝缘的硅钢片经冲压叠装而成。冲片圆周外缘均匀地冲有许缘的硅钢片经冲压叠装而成。冲片圆周外缘均匀地冲有许多齿和槽，槽内可安

15、放电枢绕组，有的冲片上还冲有许多多齿和槽，槽内可安放电枢绕组，有的冲片上还冲有许多圆孔，以形成改善散热的轴向通风孔，图圆孔，以形成改善散热的轴向通风孔，图 所示为电枢铁心所示为电枢铁心冲片的形状和电枢铁心主体图。电机容量大时，电枢铁心冲片的形状和电枢铁心主体图。电机容量大时，电枢铁心的圆柱体还可分隔成几段，每段间隔的圆柱体还可分隔成几段，每段间隔 10mm左右左右，以形成，以形成径向的通风道。径向的通风道。 电机控制与维修 任务2 .1 之 【知识准备】【知识准备】电机控制与维修 任务2 .1 之 【知识准备】【知识准备】（a）电枢铁心冲片 （b）转子主体1-齿； 2-槽； 3-轴向通风孔；

16、4-换向器；5-电枢绕组； 6-电枢铁心； 7-径向通风道图图2.1.6 线圈在槽内的安放示意图线圈在槽内的安放示意图1-上层有效边；2.5-端接部分；3-下层有效边；4-线圈尾端；6-线圈首端图图2.1.7 线圈在槽内的安放示意图线圈在槽内的安放示意图（一）直流电动机的基本结构（一）直流电动机的基本结构2 2转子部分转子部分 （2 2）电抠绕组）电抠绕组 电枢绕组是直流电机电路的主要组成部电枢绕组是直流电机电路的主要组成部分，它的作用是产生感应电动势或通过流过的电流产生电磁分，它的作用是产生感应电动势或通过流过的电流产生电磁转矩，实现机电能量转换。电枢绕组由许多线圈按一定的规转矩，实现机电能

17、量转换。电枢绕组由许多线圈按一定的规律连接而成。这种线圈通常用高强度聚酯漆包线绕制而成，律连接而成。这种线圈通常用高强度聚酯漆包线绕制而成，绕制好的绕组或成型绕组放置在铁心槽内，放置在铁心槽内绕制好的绕组或成型绕组放置在铁心槽内，放置在铁心槽内的直线部分在电机运转时将产生感应电动势，称为元件的有的直线部分在电机运转时将产生感应电动势，称为元件的有效部分，绕组元件的一条有效边嵌入某个槽中的上层，另一效部分，绕组元件的一条有效边嵌入某个槽中的上层，另一有效边则嵌入另一槽中的下层，如图有效边则嵌入另一槽中的下层，如图 2.1.6 所示。在电枢槽所示。在电枢槽两端把有效部分连接起来的部分称为端接部分，

18、端接部分仅两端把有效部分连接起来的部分称为端接部分，端接部分仅起连接作用，在电机运行过程中不产生感应电动势。绕组与起连接作用，在电机运行过程中不产生感应电动势。绕组与铁心槽之间及上、下层有效边之间均绝缘，如图铁心槽之间及上、下层有效边之间均绝缘，如图 2.1.7 所示。所示。槽口处沿轴向打入绝缘竹片或用环氧酚醛玻璃布板制成的槽槽口处沿轴向打入绝缘竹片或用环氧酚醛玻璃布板制成的槽楔，将线圈压紧并防止它在运行时飞出。楔，将线圈压紧并防止它在运行时飞出。电机控制与维修 任务2 .1 之 【知识准备】【知识准备】同样，端接线也要用玻璃带扎紧。线圈的两个端头按一定的同样，端接线也要用玻璃带扎紧。线圈的两

19、个端头按一定的规律焊接在换向片上。规律焊接在换向片上。 （3 3）换向器）换向器 换向器的作用是与电刷一起将直流电动机换向器的作用是与电刷一起将直流电动机输入的直流电流转换成电枢绕组内的交变电流，或是将直流输入的直流电流转换成电枢绕组内的交变电流，或是将直流发电机电枢绕组中的交变电动势转换成输出的直流电压。换发电机电枢绕组中的交变电动势转换成输出的直流电压。换向器是一个由许多燕尾状的梯形铜片间隔云母片绝缘排列而向器是一个由许多燕尾状的梯形铜片间隔云母片绝缘排列而成的圆柱体。每片换向片一端有高出的部分，上面铣有线槽，成的圆柱体。每片换向片一端有高出的部分，上面铣有线槽，供电枢绕组引出端焊接用。所

20、有换向片均放置在与它配合的供电枢绕组引出端焊接用。所有换向片均放置在与它配合的只有燕尾槽的金属套简内，然后用只有燕尾槽的金属套简内，然后用V V形钢环和螺纹压圈将换形钢环和螺纹压圈将换向片和套筒紧固成一个整体。换向片组与套筒、向片和套筒紧固成一个整体。换向片组与套筒、V V形铜环之形铜环之间均要用云母环绝缘，如图间均要用云母环绝缘，如图 2.1.8 所示。这样的换向器称为所示。这样的换向器称为金属套筒式换向器。金属套筒式换向器。电机控制与维修 任务2 .1 之 【知识准备】【知识准备】 现代小型直流电机已广泛采用热压塑料代替金属套筒，现代小型直流电机已广泛采用热压塑料代替金属套筒，这种塑料热压

21、成型紧固的换向器，称为塑料换向器。这种塑料热压成型紧固的换向器，称为塑料换向器。电机控制与维修 任务2 .1 之 【知识准备】【知识准备】1-槽楔 2-线圈绝缘 3-导体4-槽绝缘 5-层间绝缘 6-槽底绝缘图电枢槽内的绝缘图电枢槽内的绝缘1-换向片 2-云母片 3-云母套筒4-V形钢片 5-钢套 6-绝缘套筒 7-螺纹压圈图直流电机的换向器图直流电机的换向器（二）直流电动机的铭牌（二）直流电动机的铭牌 铭牌钉在电机机座的外表面上，上面标明电机的主要额铭牌钉在电机机座的外表面上，上面标明电机的主要额定数据，供使用者使用时参考。铭牌数据主要包括：电机型定数据，供使用者使用时参考。铭牌数据主要包括

22、：电机型号、电机额定功率、额定电压、额定电流、额定转速和励磁号、电机额定功率、额定电压、额定电流、额定转速和励磁电流及励磁方式等，此外还有电机的出产数据，如出厂编号、电流及励磁方式等，此外还有电机的出产数据，如出厂编号、出厂日期等。出厂日期等。1. 1.电机型号电机型号 电机型号表示电机的结构和使用特点，国产电机的型号电机型号表示电机的结构和使用特点，国产电机的型号一股用大写的汉语拼音字母和阿拉伯数字表示，其格式为：一股用大写的汉语拼音字母和阿拉伯数字表示，其格式为：第一部分字符用大写的汉语拼音表示产品代号；第二部分字第一部分字符用大写的汉语拼音表示产品代号；第二部分字符用阿拉伯数字表示设计序

23、号；符用阿拉伯数字表示设计序号；电机控制与维修 任务2 .1 之 【知识准备】【知识准备】 第三部分字符是机座代号，用阿拉伯数字表示；第四部第三部分字符是机座代号，用阿拉伯数字表示；第四部分字符表示电枢铁心长度代号，用阿拉伯数字表示。现以老分字符表示电枢铁心长度代号，用阿拉伯数字表示。现以老型号型号 Z3-42 及新型号及新型号 Z4-200-21 为例说明如下：为例说明如下： 老型号老型号电机控制与维修 任务2 .1 之 【知识准备】【知识准备】新型号新型号Z4 160/22 1 1号端盖 2号铁心 极数为2 中心高度（mm） 直流电动机，第四次设计电机控制与维修 任务2 .1 之 【知识准

24、备】【知识准备】2 2额定功率额定功率 是指在额定条件下电机所能供给的功率。额定功率对是指在额定条件下电机所能供给的功率。额定功率对电动机和发电机的含义是不同的。对于电动机额定功率是电动机和发电机的含义是不同的。对于电动机额定功率是指电动机轴上输出的额定机械功率；对于发电机额定功率指电动机轴上输出的额定机械功率；对于发电机额定功率是指电刷间输出的额定电功率。额定功率的是指电刷间输出的额定电功率。额定功率的单位为单位为 kW。 3 3额定电压额定电压 是指额定运行条件下，电机出线端的工作电压。对于是指额定运行条件下，电机出线端的工作电压。对于电动机，是指输入额定电压；对于发电机，是指输出额定电动

25、机，是指输入额定电压；对于发电机，是指输出额定电压。额定电压的单位为电压。额定电压的单位为 V 或或 kV。 NPNU电机控制与维修 任务2 .1 之 【知识准备】【知识准备】4. 4.额定电流额定电流 是指电机在额定电压情况下，运行于额定功率的电流。是指电机在额定电压情况下，运行于额定功率的电流。对于电动机，是指在额定运行时从电源输入的电流；对于发电对于电动机，是指在额定运行时从电源输入的电流；对于发电机，是指额定运行时供给负载的输出电流。额定电流的单位为机，是指额定运行时供给负载的输出电流。额定电流的单位为A 或或 kA。5. 5.额定转速额定转速 是指对应于额定电压、额定电流，电机运行于

26、额定功率是指对应于额定电压、额定电流，电机运行于额定功率所对应的转速，单位为所对应的转速，单位为 r/min。 6. 6.额定励磁电流额定励磁电流 是指对应于额定电压、额定电流、额定转速与额定功率是指对应于额定电压、额定电流、额定转速与额定功率时的励磁电流。时的励磁电流。 NnfNINI电机控制与维修 任务2 .1 之 【知识准备】【知识准备】7. 7.励磁方式励磁方式 是指直流电动机的励磁线圈与其电枢线圈的连接方式。是指直流电动机的励磁线圈与其电枢线圈的连接方式。根据电枢线圈与励磁线圈的连接方式不同。直流电机可分为根据电枢线圈与励磁线圈的连接方式不同。直流电机可分为他励式和自励式两种，自励式

27、又可分为并励、串励、复励三他励式和自励式两种，自励式又可分为并励、串励、复励三种。种。 关于额定容量，对直流发电机而言，是指发电机带额定关于额定容量，对直流发电机而言，是指发电机带额定负载时，电刷端输出的功率；对直流电动机而言，是指电动负载时，电刷端输出的功率；对直流电动机而言，是指电动机带额定负载时，转轴上输出的机械功率。因此，直流发电机带额定负载时，转轴上输出的机械功率。因此，直流发电机的额定容量应为机的额定容量应为 NNNIUP 电机控制与维修 任务2 .1 之 【知识准备】【知识准备】而直流电动机的额定容量为而直流电动机的额定容量为 式中，式中， 是直流电动机的额定效率。它是直流电动机

28、带额是直流电动机的额定效率。它是直流电动机带额定负载运行时，输出的机械功率与输入的电功率之比。定负载运行时，输出的机械功率与输入的电功率之比。 电动机轴上输出的额定转矩用电动机轴上输出的额定转矩用T TN N表示，其大小应该是输表示，其大小应该是输出的额定机械功率除以转子额定角速度，即出的额定机械功率除以转子额定角速度，即 此式在交流电动机中同样适用。此式在交流电动机中同样适用。NNNNIUPNNNNNNNnPnPPT55. 9602N电机控制与维修 任务2 .1 之 【知识准备】【知识准备】 直流电机运行时，若各个物理量都为额定值，就称为直流电机运行时，若各个物理量都为额定值，就称为额定运行

29、状态。由于电机是根据额定值设计的，因此，在额定运行状态。由于电机是根据额定值设计的，因此，在额定运行状态下工作，电机能可靠地运行，并具有良好的额定运行状态下工作，电机能可靠地运行，并具有良好的性能。性能。 实际运行中，电机不可能总是上作在额定运行状态的，实际运行中，电机不可能总是上作在额定运行状态的，如果运行时电机的负载小于额定容量，称为欠载运行；而如果运行时电机的负载小于额定容量，称为欠载运行；而运行时电机的负载超过额定容量，称为过载运行。长期的运行时电机的负载超过额定容量，称为过载运行。长期的过载或欠载运行都不好。长期过载有可能因过热而损坏电过载或欠载运行都不好。长期过载有可能因过热而损坏

30、电机，长期欠载则运行效率不高，浪费容量。为此，在选择机，长期欠载则运行效率不高，浪费容量。为此，在选择电机时，应根据负载的要求，尽可能让电机工作在额定状电机时，应根据负载的要求，尽可能让电机工作在额定状态。态。 例例2-1-1一台直流电动机其额定功率一台直流电动机其额定功率PN160kw，额定，额定电压电压UN220V，额定效率，额定效率N90 %，电机控制与维修 任务2 .1 之 【知识准备】【知识准备】额定转速额定转速 nN1500rmin，求该电动机额定运行状态时的输，求该电动机额定运行状态时的输入功率、额定电流及额定转矩各是多少。入功率、额定电流及额定转矩各是多少。 解解 额定输入功率

31、额定输入功率 额定电流额定电流 额定转矩额定转矩kWkWPPNN8 .1779 . 01601mNmNnPTNNN7 .101815001016055. 955. 93AAUPINNNN1 .8089 . 0220101603电机控制与维修 任务2 .1 之 【知识准备】【知识准备】（三）直流电动机的基本原理（三）直流电动机的基本原理 我们知道，载流导体在磁场中会受到磁场力的作用。我们知道，载流导体在磁场中会受到磁场力的作用。直流电动机就是这一规律的具体应用。若磁场直流电动机就是这一规律的具体应用。若磁场B BX X与导体与导体l l互互相垂直，且导体中通以电流，则作用于载流导体上的电磁相垂直

32、，且导体中通以电流，则作用于载流导体上的电磁力力f f为为 图图 是直流电动机的工作原理模型。电刷是直流电动机的工作原理模型。电刷A、B两端加两端加直流电压直流电压,电流从电源的正极流出，经过电刷电流从电源的正极流出，经过电刷 A与换向片与换向片 1 而流入电动机线圈，电流方向为而流入电动机线圈，电流方向为 ,然后再经过换向片然后再经过换向片2 与电与电刷刷 B 流回电源的负极。根据电磁力定律，线圈边与在磁场流回电源的负极。根据电磁力定律，线圈边与在磁场中分别受到电磁力的作用，其方向可用左手定则确定。此中分别受到电磁力的作用，其方向可用左手定则确定。此电磁力形成的电磁转矩，使电动机逆时针旋转。

33、此电磁力电磁力形成的电磁转矩，使电动机逆时针旋转。此电磁力形成的电磁转矩，使电动机逆时针旋转。当线圈边转到形成的电磁转矩，使电动机逆时针旋转。当线圈边转到 S 极，转到极，转到 N 极时，流经线圈的电流方向必须改变，极时，流经线圈的电流方向必须改变，liBfX电机控制与维修 任务2 .1 之 【知识准备】【知识准备】这样，导体所受的电磁力方向才能不变，从而保持电动机转这样，导体所受的电磁力方向才能不变，从而保持电动机转向不变。向不变。保持导体中电流方向不变的任务由换向器来完成。保持导体中电流方向不变的任务由换向器来完成。由图由图 2.1.9 可以看出，原来电刷可以看出，原来电刷A通过换向片通过

34、换向片 1 与转到与转到 N极的极的导体相连；现在电刷导体相连；现在电刷 A 通过换向片通过换向片 2 与转到与转到 N 极的导体相连，电刷极的导体相连，电刷 B通通过换向片过换向片 1 与转到与转到 S 极极的相连。线圈中电流方向的相连。线圈中电流方向改变，用左手定则判断电改变，用左手定则判断电磁力和电磁转矩的方向未磁力和电磁转矩的方向未变，电枢仍逆时针方向旋变，电枢仍逆时针方向旋转。转。电机控制与维修 任务2 .1 之 【知识准备】【知识准备】图直流电动机的工作原理模型图直流电动机的工作原理模型（四）直流电动机的电枢反应（四）直流电动机的电枢反应 当电机有负载时，电枢绕组中有电流通过，也要

35、当电机有负载时，电枢绕组中有电流通过，也要产生一个磁场，叫做电抠磁场。发电机的电枢磁场与产生一个磁场，叫做电抠磁场。发电机的电枢磁场与电动机的电枢磁场是不同的，但它们的轴线均与主磁电动机的电枢磁场是不同的，但它们的轴线均与主磁场的轴线垂直相交，所以又叫交轴磁场，如图所示。场的轴线垂直相交，所以又叫交轴磁场，如图所示。在有负载的电机中，主磁场和电枢磁场是同时存在的。在有负载的电机中，主磁场和电枢磁场是同时存在的。电枢磁场的存在对主磁场会产生影响，这种影响叫做电枢磁场的存在对主磁场会产生影响，这种影响叫做电枢反应。电枢反应。 电机控制与维修 任务2 .1 之 【知识准备】【知识准备】图直流电动机的

36、交轴磁场图直流电动机的交轴磁场 图直流电动机的合成磁场图直流电动机的合成磁场电机控制与维修 任务2 .1 之 【知识准备】【知识准备】 电枢磁场和主磁场同时存在，共同作用在电枢上，这两电枢磁场和主磁场同时存在，共同作用在电枢上，这两个磁场的合成作用使磁场合成后的轴线逆着旋转方向偏过角。个磁场的合成作用使磁场合成后的轴线逆着旋转方向偏过角。由于电枢磁场的影响使得主磁极的几何中性面的磁感应强度由于电枢磁场的影响使得主磁极的几何中性面的磁感应强度不再为零，物理中性面逆着旋转方向偏转角。这就是电枢反不再为零，物理中性面逆着旋转方向偏转角。这就是电枢反应的第一个影响，如图应的第一个影响，如图 所示。所示

37、。 电机工作在磁路近饱和的状态下，电枢磁场也削弱了主电机工作在磁路近饱和的状态下，电枢磁场也削弱了主磁场，这是第二个影响。这对于直流电动机来说，除了换向磁场，这是第二个影响。这对于直流电动机来说，除了换向器与电刷间的火花增大外，电动机的输出转矩还有所减少，器与电刷间的火花增大外，电动机的输出转矩还有所减少，若负载不变，则转速有所下降。若负载不变，则转速有所下降。 综合上述分析，直流电机的电枢反应引起的影响是：综合上述分析，直流电机的电枢反应引起的影响是： （1）电机的主磁场发生畸变，磁极轴线发生了偏转。）电机的主磁场发生畸变，磁极轴线发生了偏转。 （2）电机的主磁场被削弱。）电机的主磁场被削弱

38、。电机控制与维修 任务2 .1 之 【知识准备】【知识准备】（五）（五）直流电动机的电枢感应电动势和电磁转矩直流电动机的电枢感应电动势和电磁转矩 1. 1.感应电动势感应电动势 通常所说的电枢电动势就是指正、负电刷之间的感应电通常所说的电枢电动势就是指正、负电刷之间的感应电动势。该电动势等于电枢绕组每一条支路中各导体的感应电动势。该电动势等于电枢绕组每一条支路中各导体的感应电动势之和。这些导体分布在电枢槽内，因而它们在气隙磁场动势之和。这些导体分布在电枢槽内，因而它们在气隙磁场中也就处在不同的位置。电枢旋转时，每个导体切割的磁通中也就处在不同的位置。电枢旋转时，每个导体切割的磁通密度不一样，所

39、以它们产生的感应电动势的大小也不一样。密度不一样，所以它们产生的感应电动势的大小也不一样。在不同瞬间，同一导体中感应电动势的在不同瞬间，同一导体中感应电动势的数值也不同。设导体数值也不同。设导体在电枢表面均匀分布，气隙磁通密度的平均值为在电枢表面均匀分布，气隙磁通密度的平均值为Bav ，电枢，电枢表面的线速度为表面的线速度为v，电枢导体数为，电枢导体数为N，并联支路数为，并联支路数为2a，每，每极磁通为极磁通为，磁极对数为，磁极对数为p，则每条支路的总电动势，则每条支路的总电动势为为电机控制与维修 任务2 .1 之 【知识准备】【知识准备】nCnapNaNeEeava602 式中式中 Ce为电

40、动势常数，为电动势常数，Ea为为电枢电动势。电枢电动势。 2. 2.电磁转矩电磁转矩 不论是直流电动机或直流发电机，只要电枢绕组不论是直流电动机或直流发电机，只要电枢绕组中有电流通过，通过导体与气隙磁场相互作用就产生中有电流通过，通过导体与气隙磁场相互作用就产生电磁力，从而产生电磁转矩。电磁力，从而产生电磁转矩。 nCnapNaNeEeava602电机控制与维修 任务2 .1 之 【知识准备】【知识准备】 设绕组每一条设绕组每一条支路中流过的电流为支路中流过的电流为ia，电枢总电流为，电枢总电流为Ia，电枢导体数为电枢导体数为N，并联支路数为，并联支路数为2a，设电枢直径为，设电枢直径为D，

41、将电机将电机电枢的周长用电机的极距电枢的周长用电机的极距表示则作用在电枢上总的电磁转矩表示则作用在电枢上总的电磁转矩为为 由上式可知，电机的电磁转矩与气隙磁通和电枢电流的由上式可知，电机的电磁转矩与气隙磁通和电枢电流的乘积成正比。当气隙磁通恒定时，电枢电流越大，电磁转矩乘积成正比。当气隙磁通恒定时，电枢电流越大，电磁转矩越大；当电枢电流一定时，气隙磁通越大，电磁转矩也越大。越大；当电枢电流一定时，气隙磁通越大，电磁转矩也越大。 aTaemICIapNT2电机控制与维修 任务2 .1 之 【知识准备】【知识准备】（六）（六）直流电动机直流电动机1. 1.直流电动机的分类直流电动机的分类按结构形式

42、分为：开启式、防护式、封闭式和防爆式几种；按结构形式分为：开启式、防护式、封闭式和防爆式几种；按容量大小分为：小型、中型和大型直流电动机；按容量大小分为：小型、中型和大型直流电动机；按励磁方式可分为：他励、并励、积复励、差复励和串励。按励磁方式可分为：他励、并励、积复励、差复励和串励。电机控制与维修 任务2 .1 之 【知识准备】【知识准备】a）他励 b）并励 c）积复励 d）差复励 e）串励图图2.1.12 直流电动机各种励磁方式接线图直流电动机各种励磁方式接线图2. 2.电力拖动系统的运动方程式电力拖动系统的运动方程式 1）电力拖动系统简介）电力拖动系统简介 用各种原动机带动生产机械的工作

43、机构运转，完成一定用各种原动机带动生产机械的工作机构运转，完成一定生产任务的过程称之为拖动。用电动机作为原动机的拖动称生产任务的过程称之为拖动。用电动机作为原动机的拖动称为电力拖动。为电力拖动。 （1）电力拖动系统的组成）电力拖动系统的组成 电力拖动系统一般是由电动机、生产机械的工作机构、电力拖动系统一般是由电动机、生产机械的工作机构、传动机构、控制设备以及电源五部分组成，如图所示。传动机构、控制设备以及电源五部分组成，如图所示。 电机控制与维修 任务2 .1 之 【知识准备】【知识准备】图图2.1.13 电力拖动系统组成电力拖动系统组成（2）电力拖动系统的运动方程）电力拖动系统的运动方程 如

44、图如图2.1.14 所所示为单轴电力拖动系统，电动机直接与生示为单轴电力拖动系统，电动机直接与生产机械的工作机构相连接，电动机与负载用同一个轴，以同产机械的工作机构相连接，电动机与负载用同一个轴，以同一转速运行。一转速运行。电机控制与维修 任务2 .1 之 【知识准备】【知识准备】图图2.1.14 单轴电力拖动单轴电力拖动 图图 他励直流电动机他励直流电动机图中标出的最主要的物理量有：图中标出的最主要的物理量有：n为电动机转速，为电动机转速，T为电动机为电动机电磁转矩，电磁转矩，TL为负载转矩。由于电动机负载运行时，一般情为负载转矩。由于电动机负载运行时，一般情况下况下 TLT0 ，故可忽略，

45、故可忽略T0（T0为电动机为电动机空载转矩）。图中空载转矩）。图中还标注了各量的正方向（按电动机惯例），若转速、电磁转还标注了各量的正方向（按电动机惯例），若转速、电磁转矩、负载转矩都为正值时，那么电磁转矩是拖动性质的转矩，矩、负载转矩都为正值时，那么电磁转矩是拖动性质的转矩，负载转矩则属制动性质的转矩单轴电力拖动系统中，电磁转负载转矩则属制动性质的转矩单轴电力拖动系统中，电磁转矩、负载转矩与转速变化的关系用运动方程式描述为矩、负载转矩与转速变化的关系用运动方程式描述为:我们称（我们称（T TL）为动转矩。动转矩等于零时，系统处于恒）为动转矩。动转矩等于零时，系统处于恒转速运行的稳态；动转矩大

46、于零时，系统处于加速运动的过转速运行的稳态；动转矩大于零时，系统处于加速运动的过渡过程中；动转矩小于零时，系统处于减速运动的过渡过程渡过程中；动转矩小于零时，系统处于减速运动的过渡过程中。中。 dndtGDTTL3752电机控制与维修 任务2 .1 之 【知识准备】【知识准备】3.3.直流电动机的基本方程直流电动机的基本方程1）电压平衡方程式）电压平衡方程式 图图2.1.15 为一台他励直流电动机的示意图。根据图为一台他励直流电动机的示意图。根据图2.1.15 中中用电动机惯例所设各量的正方向，用基尔霍夫电压用电动机惯例所设各量的正方向，用基尔霍夫电压定律可以列出电压平衡方程式定律可以列出电压

47、平衡方程式2）转矩平衡方程式）转矩平衡方程式 稳态运行时，稳态运行时，作用在电动机轴上的转矩有作用在电动机轴上的转矩有 3个。一个是个。一个是电磁转矩电磁转矩 T，方向与转速，方向与转速n 相同，为拖动转矩；一个是电动相同，为拖动转矩；一个是电动机空载损耗转矩机空载损耗转矩 T0，是电动机空载运行时的制动转矩，方，是电动机空载运行时的制动转矩，方向总与转速向总与转速n 相反，还有一个是轴上所带生产机械的转矩相反，还有一个是轴上所带生产机械的转矩 T2，一般为制动转矩。，一般为制动转矩。aaaRIEU电机控制与维修 任务2 .1 之 【知识准备】【知识准备】02TTT3）功率平衡方程式）功率平衡

48、方程式 将式电压平衡方程两边乘以电枢电流将式电压平衡方程两边乘以电枢电流 Ia，得，得4）电磁功率）电磁功率aaaaaRIIEUI2TnapNIEPaaM6022电机控制与维修 任务2 .1 之 【知识准备】【知识准备】 任务2 .1 认识直流电动机【任务实施】【任务实施】1.实施地点：实施地点：教室、电机实训室教室、电机实训室2.实施所需器材实施所需器材 1）多媒体设备；）多媒体设备；2）直流电动机、发电机实物，每种）直流电动机、发电机实物，每种12台；直流电源、台；直流电源、闸刀开关、直流电压表、直流电流表及连接导线。闸刀开关、直流电压表、直流电流表及连接导线。 3.实施内容与步骤：实施内

49、容与步骤：1）学生分组：）学生分组：4人左右一组，指定组长。工作始终各组人左右一组，指定组长。工作始终各组人员尽量固定。人员尽量固定。2）教师布置工作任务。学生阅读学习指导书，了解工作）教师布置工作任务。学生阅读学习指导书，了解工作内容，明确工作目标，制定实施方案。内容，明确工作目标，制定实施方案。电机控制与维修 任务2 .1 之 【任务实施】【任务实施】引导问题为：引导问题为：（1）直流电动机有什么用处？按励磁方式怎样分类？）直流电动机有什么用处？按励磁方式怎样分类？ （2）直流电动机的主要结构有哪几部分？）直流电动机的主要结构有哪几部分？ （3）直流电动机的主要额定值有哪几个，直流电动机、

50、直）直流电动机的主要额定值有哪几个，直流电动机、直流发电机的额定容量、额定电压的意义相同吗？流发电机的额定容量、额定电压的意义相同吗？（4）什么是直流电动机的电枢反应？电枢反应对电机主磁）什么是直流电动机的电枢反应？电枢反应对电机主磁场的有哪些？场的有哪些？（5）写出直流电动机的电动势公式、电磁转矩公式、电压）写出直流电动机的电动势公式、电磁转矩公式、电压平衡方程式，解释各式中各符号的含义。平衡方程式，解释各式中各符号的含义。（6）电力拖动系统有哪几部分组成？）电力拖动系统有哪几部分组成？ 3）教师通过图片、实物或多媒体分析演示让学生了解直）教师通过图片、实物或多媒体分析演示让学生了解直流电机