1、正版可修改PPT課件（中職）電機與驅動技術項目5 直流電機電子課件項目五 直流電機電機與驅動技術掌握直流電動機的結構與工作原理1了解直流電動機的磁場情況2學習目標掌握直流電動機的機械特性3掌握直流電動機的啟動、制動和調速方法4厚德 | 博學 | 篤行 | 樂業5.1 直流電機工作原理與結構U+NS電刷換向片IIabcdAB直流電源電 刷換向器線 圈5.1.1 直流電機工作原理厚德 | 博學 | 篤行 | 樂業FFU+NS電刷換向片IIabcdEEAB導體受力的方向用左手定則確定。這一對電磁力形成了作用于電樞一個力矩，這個力矩在旋轉電機里稱為電磁轉矩，轉矩的方向是逆時針方向，使電樞逆時針方向轉動

2、。5.1 直流電機工作原理與結構5.1.1 直流電機工作原理厚德 | 博學 | 篤行 | 樂業FFU+NS電刷換向片IIEEabcdAB注意：換向片和電源固定聯接，線圈無論怎樣轉動，總是上半邊的電流向里，下半邊的電流向外。電刷壓在換向片上。!5.1 直流電機工作原理與結構5.1.1 直流電機工作原理厚德 | 博學 | 篤行 | 樂業電能機械能直流電動機直流發電機在電機理論中，一臺電機既能做電動機運行又能做發電機運行的原理稱為可逆性原理。5.1 直流電機工作原理與結構5.1.1 直流電機工作原理厚德 | 博學 | 篤行 | 樂業直流電機的結構 5.1 直流電機工作原理與結構5.1.2 直流電機的

3、結構 一、定子部分厚德 | 博學 | 篤行 | 樂業直流電機定子部分主要由主磁極、機座、換向極和電刷裝置等組成。（1）主磁極主磁極鐵芯極靴勵磁繞組繞組絕緣機座螺桿5.1 直流電機工作原理與結構5.1.2 直流電機的結構（2）換向極換向極鐵芯換向極繞組厚德 | 博學 | 篤行 | 樂業（4）電刷裝置銅絲辮壓緊彈簧 3 電刷 4 刷盒 一、定子部分5.1 直流電機工作原理與結構5.1.2 直流電機的結構（3）機座 機座的作用：1、起磁路作用2、起支撐作用厚德 | 博學 | 篤行 | 樂業直流電機轉子部分主要由電樞鐵心和電樞繞組、換向器、轉軸和風扇等組成。直流電機的電樞1轉軸； 2軸承；3換向器；

4、4電樞鐵心；5電樞繞組； 6風扇；7軸承 二、轉子部分5.1 直流電機工作原理與結構5.1.2 直流電機的結構厚德 | 博學 | 篤行 | 樂業并勵直流電機他勵直流電機串勵直流電機復勵直流電機根據勵磁方式的不同直流電機可分為5.1 直流電機工作原理與結構5.1.3 直流電機勵磁方式厚德 | 博學 | 篤行 | 樂業直流電機的勵磁方式5.1 直流電機工作原理與結構5.1.3 直流電機勵磁方式厚德 | 博學 | 篤行 | 樂業5.1 直流電機工作原理與結構5.1.4 直流電機的名牌數據直流電機和交流電機一樣將銘牌安裝在電機機座上面，銘牌上標注了電機的產品數據和額定數據。主要包括產品型號、額定電壓、

5、額定電流、額定轉速、絕緣等級、防護等級、工作制、廠商和生產時期等。1、額定電壓UN2、額定電流IN3、額定功率PN4、額定轉速nN5、額定勵磁電流IfN厚德 | 博學 | 篤行 | 樂業5.1 直流電機工作原理與結構5.1.4 直流電機的名牌數據厚德 | 博學 | 篤行 | 樂業5.2 直流電機磁場分析5.2.1 直流電機空載時的氣隙磁場直流電機在空載時，電樞繞組和換向極繞組等不通電，只有主磁極的勵磁繞組流過的勵磁電流，這種情況稱為電機空載運行，這時的磁場為空載磁場，又稱為勵磁磁場。厚德 | 博學 | 篤行 | 樂業5.2 直流電機磁場分析5.2.1 直流電機空載時的氣隙磁場直流電機在結構上極

6、靴下的氣隙小極靴外的氣隙大，在極靴下氣隙在磁極軸線處最小而極尖處氣隙較大。因此，氣隙中的磁感應強度并不是均勻分布，在磁極軸線附近最大，向極尖方向逐漸減小，在極靴外快速減小到0，所得到的空載磁感應強度Ba。厚德 | 博學 | 篤行 | 樂業5.2 直流電機磁場分析5.2.2 直流電機負載時的氣隙磁場不考慮主磁極產生的勵磁磁場，也就是相當于勵磁繞組不通電，只有電樞繞組通電時氣隙磁場。設電刷為于幾何中心，將電機沿氣隙展開，規定磁感應強度為進入定子的方向為正，離開定子的方向為負，得出電樞磁場磁感應強度。厚德 | 博學 | 篤行 | 樂業5.2 直流電機磁場分析5.2.2 直流電機負載時的氣隙磁場假設直

7、流電機磁路不飽和，應用疊加定理，將只由勵磁繞組產生的空載磁場和只由電樞繞組產生的電樞磁場相疊加厚德 | 博學 | 篤行 | 樂業5.2 直流電機磁場分析5.2.2 直流電機負載時的氣隙磁場電樞反應的特點是：1、氣隙磁場畸變直流電機在電動機狀態時前極尖處磁場被加強，后極尖的磁場被削弱；在發電機狀態時前極尖處磁場被削弱，后極尖的磁場被加強。2、物理中性線移動氣隙中磁感應強度為0的連線（磁場分界線）稱為物理中性線。直流電機空載時，物理中性線和幾何中性線（電刷軸線，也是電流分界線）重合。在負載時受電樞反應影響，物理中性線發生轉動度，在電動機狀態為逆時針方向轉動，在發電機狀態為順時針方向轉動。3、去磁現

8、象當磁路不飽和時，滿足疊加定理，合成磁場的磁通與勵磁磁場磁通相等，也就是電樞反應只改變磁場形狀，不改變有效磁通。當磁路飽和時，就不滿足疊加定理，在極尖處，出現去磁現象，如圖513（b）中陰影所示，磁通量減小。4、換向難度增大合成磁場每一處的磁感應強度都不一樣，電樞繞組中各元件的電動勢各不相同，所以換向片間的電壓也不相同，使換向難度增大。厚德 | 博學 | 篤行 | 樂業5.3 直流電動機的電樞電動勢、電磁轉矩與電磁功率5.3.1直流電動機的電樞電動勢 直流電動機旋轉時，電樞繞組切割磁感線產生感應電動勢，從一對正負電刷上引出的直流電動勢稱為電樞電動勢，用Ea表示。 根據電磁感應定律，每個導體中的

9、平均感應電動勢為主磁極下氣隙平均磁感應強度為厚德 | 博學 | 篤行 | 樂業5.3 直流電動機的電樞電動勢、電磁轉矩與電磁功率5.3.1直流電動機的電樞電動勢 直流電動機旋轉時，電樞繞組切割磁感線產生感應電動勢，從一對正負電刷上引出的直流電動勢稱為電樞電動勢，用Ea表示。 根據電磁感應定律，每個導體中的平均感應電動勢為主磁極下氣隙平均磁感應強度為厚德 | 博學 | 篤行 | 樂業5.3 直流電動機的電樞電動勢、電磁轉矩與電磁功率5.3.1直流電動機的電樞電動勢線速度v的為平均感應電動勢以切割的總磁通量有關，與氣隙磁感應強度的分布波形無關。電樞電動勢為電動勢常數Ce與電機的結構有關，當電機制造

10、完成后其不再變化。厚德 | 博學 | 篤行 | 樂業5.3 直流電動機的電樞電動勢、電磁轉矩與電磁功率5.3.2 直流電動機的電磁轉矩一根導體在磁場中的電磁力為一根導體的電磁轉矩為總的電磁轉矩為厚德 | 博學 | 篤行 | 樂業5.3 直流電動機的電樞電動勢、電磁轉矩與電磁功率5.3.2 直流電動機的電磁轉矩電磁轉矩大小正比于每極磁通量和電樞電流。轉矩常數CT和電動勢常數Ce一樣，都是以電機的結構有關，電機制造好后其不變化。對于一臺直流電動機，CT和Ce之間有固定關系為厚德 | 博學 | 篤行 | 樂業5.3 直流電動機的電樞電動勢、電磁轉矩與電磁功率5.3.3 直流電動機的電磁功率直流電動機

11、的電樞電動勢Ea與電樞電流Ia的乘積稱為電磁功率，用PM表示。電磁功率即可以看成電功率，又可看成機械功率。本質上講電磁功率是電機電能與機械能相互轉換的那一部分功率。厚德 | 博學 | 篤行 | 樂業5.3 直流電動機的電樞電動勢、電磁轉矩與電磁功率5.3.4 直流電動機平衡方程式電樞電動勢Ea為反電動勢，其正方向與電樞電流Ia方向相反；電磁轉矩Tem為驅動轉矩，其正方向與轉速n方向相同；機械負載轉矩T2和空載轉矩T0均為制動轉矩，其正方向與轉速n方向相反。厚德 | 博學 | 篤行 | 樂業5.3 直流電動機的電樞電動勢、電磁轉矩與電磁功率5.3.4 直流電動機平衡方程式一、電動勢平衡方程由基爾

12、霍夫定律可得電樞回路的電動勢平衡方程為勵磁回路電動勢二、轉矩平衡方程式厚德 | 博學 | 篤行 | 樂業5.3 直流電動機的電樞電動勢、電磁轉矩與電磁功率5.3.4 直流電動機平衡方程式三、功率平衡方程式直流電動機在運行時不可能將輸入的電源全部轉換為機械能輸出，會產生如下幾種損耗：1、銅損耗PCu 2、鐵損耗PFe 3、機械損耗Pm 4、附加損耗Pad將鐵損耗PFe、機械損耗Pm和附加損耗Pad為空載損耗P0，表達式為直流電動機的總損耗為P，表達式為直流電動機的輸入功率為P1，輸出機械功率為P2，可以列出功率平衡方程式為直流電動機效率表達式為厚德 | 博學 | 篤行 | 樂業5.4 他勵直流電

13、動機的工作特性和機械特性5.4.1 他勵直流電動機工作特性直流電動機的工作特性是指，電動機在電樞電壓為額定電壓UN、勵磁電流為額定勵磁電流IfN、電樞回路的調節電阻Rf=0時，電動機的轉速n、電磁轉矩Tem、效率與電樞電流Ia的關系厚德 | 博學 | 篤行 | 樂業5.4 他勵直流電動機的工作特性和機械特性5.4.1 他勵直流電動機工作特性厚德 | 博學 | 篤行 | 樂業5.4 他勵直流電動機的工作特性和機械特性5.4.1 他勵直流電動機工作特性厚德 | 博學 | 篤行 | 樂業5.4 他勵直流電動機的工作特性和機械特性5.4.2 他勵直流電動機的機械特性他勵直流電動機機械特性是指，電動機的

14、電樞電壓、勵磁電流、電樞回路電阻不變，電動機平穩運行時，轉速n與電磁轉矩Tem之間的關系，用曲線n=f(Tem)。厚德 | 博學 | 篤行 | 樂業5.4 他勵直流電動機的工作特性和機械特性5.4.2 他勵直流電動機的機械特性厚德 | 博學 | 篤行 | 樂業5.4 他勵直流電動機的工作特性和機械特性5.4.2 他勵直流電動機的機械特性厚德 | 博學 | 篤行 | 樂業5.4 他勵直流電動機的工作特性和機械特性5.4.3 他勵直流電動機的人為機械特性將直流電動機的人為的改變電樞電壓、電樞回路串入電阻和減小勵磁磁通而得到的機械特性是人為機械特性。一、電樞回路串入電阻厚德 | 博學 | 篤行 |

15、樂業5.4 他勵直流電動機的工作特性和機械特性5.4.3 他勵直流電動機的人為機械特性厚德 | 博學 | 篤行 | 樂業5.4 他勵直流電動機的工作特性和機械特性5.4.3 他勵直流電動機的人為機械特性厚德 | 博學 | 篤行 | 樂業5.5 他勵直流電動機的啟動和反轉直流電動機的啟動要求：1、啟動電流Ist不能太大，控制在額定電流的1.52倍。2、啟動轉矩Tst足夠大，能帶動重負載，并且有良好的加速。3、啟動過程的能量損耗和發熱量小。4、啟動設備簡單可靠。厚德 | 博學 | 篤行 | 樂業5.5 他勵直流電動機的啟動和反轉5.5.1 他勵直流電動機降壓啟動啟動前調整電動機勵磁磁通，啟動時降低

16、電樞電壓，保證啟動轉矩Tst大于負載轉矩TL。隨著電動機轉速的逐步升高，電樞感應電動勢Ea也增大，再逐步增加電樞電壓。降壓啟動即能有效的降低啟動電流，又能保證啟動轉矩在一定數值上，電動機有一定加速度。降壓啟動的優點在于，啟動過程平穩、可控性、能量損耗小，所以被廣泛使用；不足之處就是需要專用的可調壓電源，設備投入資金多。厚德 | 博學 | 篤行 | 樂業5.5 他勵直流電動機的啟動和反轉5.5.2 他勵直流電動機串電阻啟動直流電動機在額定電壓下啟動時，電樞回路串入多級電阻，隨著電動機轉速逐步升高，有序的切除電阻，在啟動完成后所有電阻全部切除，電動機正常運行。厚德 | 博學 | 篤行 | 樂業5.

17、5 他勵直流電動機的啟動和反轉5.5.3 直流電動機的反轉直流電動機有拖動負載運行，有時要求反轉運行，即需要改變電動機產生的電磁轉矩的方向。根據直流電動機原理，電磁轉矩的方向由主極磁通和電樞電流的方向決定的，所以改變電動機轉向的方法有兩種：1、是改變勵磁電流的方向，將勵磁繞組反接；2、是改變電樞電流的方向，將電樞繞組反接。如果同時改變勵磁電流和電樞電流的方向，則直流電動機的轉向不變。厚德 | 博學 | 篤行 | 樂業5.6 他勵直流電動機的制動概念：電氣制動是指電機運行時，當電磁轉矩與轉矩的方向相反時的工作狀態。根據運行電路和能量傳遞的不同特點，以及外部所提供條件不同，制動分為:1.2.3.能

18、耗制動反接制動回饋制動厚德 | 博學 | 篤行 | 樂業 1.能耗制動的原理與方法原理：制動運行時，電機靠生產機械的慣性力的拖動而發電，將生產機械儲存的動能轉換成電能，消耗在電阻上，直到電機停止轉動。過程：將開關S投向制動電阻RB上即實現制動。5.6 他勵直流電動機的制動5.6.1 能耗制動厚德 | 博學 | 篤行 | 樂業 2.能耗制動的機械特性電動機為制動狀態，電動機靠生產機械慣性力的拖動而發電（作發電機運行），動能轉換為電能并消耗在電阻Ra +RB上，直到電動機停止轉動為止。他勵直流電動機能耗制動的機械特性圖運行制動開始5.6 他勵直流電動機的制動5.6.1 能耗制動厚德 | 博學 |

19、篤行 | 樂業 2.能耗制動的機械特性1）電動機拖動反抗性負載當工作點B下降到O點時，Tem =0，n=0，電動機停止轉動，機械特性為BO段。2）電動機拖動位能性負載當Tem=TL時，電動機穩定運行于曲線2上的C點，機械特性曲線為虛線OC段。他勵直流電動機能耗制動的機械特性圖運行制動開始5.6 他勵直流電動機的制動5.6.1 能耗制動厚德 | 博學 | 篤行 | 樂業 2.能耗制動的機械特性3）能耗電阻大小影響能耗電阻越大，機械特性曲線斜率越大，制動轉矩越小，制動過程越緩慢。能耗電阻越小，機械特性曲線斜率越小，制動轉矩越大，制動過程越快。4）能耗電阻滿足條件5.6 他勵直流電動機的制動5.6.

20、1 能耗制動厚德 | 博學 | 篤行 | 樂業原理：電壓反接制動是將正在正向運行的他勵直流電動機電樞回路的電壓突然反接，電樞電流 也將反向，主磁通不變，則電磁轉矩反向，產生制動轉矩。過程：正常運行時，觸頭KM閉合，KM1斷開。制動時，觸頭KM斷開，KM1閉合，電源電壓反接，電樞回路串入制動電阻Rb，處于制動狀態。電源反接制動電路原理5.6 他勵直流電動機的制動5.6.2 反接制動厚德 | 博學 | 篤行 | 樂業電源反接制動時的機械特性是一條通過點（0，n0）的直線。圖中線段BC表示實際的制動過程，到達C點時電動機停止轉動，此時必須立刻斷開電源，必要時應使用機械抱閘使電動機停車，否則電動機將反

21、轉。運行制動開始電源反接制動的機械特性停止5.6 他勵直流電動機的制動5.6.2 反接制動厚德 | 博學 | 篤行 | 樂業原理：回饋制動是指電動機工作過程中，在外部條件作用下會出現實際轉速大于理想空載轉速的情況。此時，電樞電動勢 EaUN，電樞電流Ia0，Tem0，電磁轉矩由驅動轉矩變為制動轉矩，電動機作為發電機運行，將機械能轉換成電能回饋給電網，也稱為再生發電制動。回饋制動的機械特性5.6 他勵直流電動機的制動5.6.3 回饋制動厚德 | 博學 | 篤行 | 樂業優點：1、設備簡單。2、操作方便。缺點：1、調速范圍小。2、調速方法不太經濟。5.7 他勵直流電動機的調速5.7.1 電樞回路串電阻調速厚德 | 博學 | 篤行 | 樂業優點：1、平滑調節，無級調速。2、斜率不變。3、無論輕載重載，調速范圍相同。4、電能損耗小。缺點：設備多、投資大。5.7 他勵直流電動機的調速5.7.2 降低電樞電壓調速厚德 | 博學 | 篤行 | 樂業優點：1、操作方便。 2、電能損耗小。3、設備簡單。 4、平滑調節。缺點：1、機械特性變軟。2、受到電機換向限制，速度調節范圍不大。5.7 他勵直流電動機的調速5.