直流电机的工作原理

1、1-1 1-1 电机理论基础知识电机理论基础知识第一章第一章 直流电机的基础知识直流电机的基础知识讲授新课讲授新课一一. .电机：是以电机：是以磁场为媒介磁场为媒介进行进行机械能和电能相互转换机械能和电能相互转换 的的电磁装置电磁装置。二二. .电机按能量转换方式电机按能量转换方式分类分类：2.2.（直流）电能（直流）电能 机械能：机械能：（直流）（直流）电动机电动机1.1.机械能机械能 （直流）电能：（直流）电能：（直流）（直流）发电机发电机二、分析电机原理常用物理量及常用的基本定律二、分析电机原理常用物理量及常用的基本定律 （一）常用物理量（一）常用物理量1.1.磁感应强度磁感应强度B B

2、：描述磁场强弱和磁场方向的物理量。：描述磁场强弱和磁场方向的物理量。2.2.磁通磁通：垂直穿过某一截面：垂直穿过某一截面s s的磁感应强度的磁感应强度B B的通量。的通量。=B=BS S通电直导线的磁场通电直导线的磁场通电螺旋管的磁场通电螺旋管的磁场3.3.磁场强度磁场强度H H：描述磁场强度和方向的辅助物理量。：描述磁场强度和方向的辅助物理量。B=B=H H4.4.磁势磁势F F：电流产生磁势，磁势建立磁场。：电流产生磁势，磁势建立磁场。F=NF=N I I5.5.磁链磁链=N=N （二）常用的基本电磁定律（二）常用的基本电磁定律1.1.全电流定律全电流定律 任意一个闭合回线上的任意一个闭合

3、回线上的总磁压总磁压，等于被这个，等于被这个闭合回线所包围的面内穿过的全部电流的代数和，闭合回线所包围的面内穿过的全部电流的代数和，这个规律称为全电流定律。这个规律称为全电流定律。 其中其中, ,电流的正方向与电流的正方向与闭合回路的正方向满足闭合回路的正方向满足右手右手定则定则。dH2.2.电磁感应定律电磁感应定律电磁感应现象电磁感应现象: :当穿过闭合导体回路的当穿过闭合导体回路的磁通磁通（不论由于（不论由于什么原因）发生什么原因）发生变化变化时，在导体回路中就会时，在导体回路中就会产生电流产生电流。闭合回闭合回路磁通变化的原因路磁通变化的原因有两种：有两种：（2 2）本身不随时间变化，本

4、身不随时间变化，线圈切割磁力线线圈切割磁力线，产生，产生动生电势。动生电势。 （发电机原理发电机原理）( (右手定则右手定则) )（1 1）随时间变化随时间变化，而闭合回路的任一部分对媒质，而闭合回路的任一部分对媒质没有相对运动，产生感生电势。（没有相对运动，产生感生电势。（变压器原理变压器原理）（楞次定律楞次定律) )3.3.电磁力定律电磁力定律载流导体在磁场中受到力的作用。载流导体在磁场中受到力的作用。 （电动机原理电动机原理）( (左手定则左手定则) )一、直流发电机的一、直流发电机的工作原理工作原理 1-2 1-2 直流电机基本工作原理直流电机基本工作原理一一（一）简单模型简介：（一）

5、简单模型简介：v主磁极主磁极N N，SS产生静止磁场（产生静止磁场（定子定子）v电枢绕组电枢绕组绝缘导体绝缘导体abab与与cdcd构成的构成的线圈，安放在电枢铁芯上（线圈，安放在电枢铁芯上（转子转子）v换向器换向器电枢绕组的首段和末端分电枢绕组的首段和末端分别连到圆弧形的铜片（别连到圆弧形的铜片（换向片换向片）上，）上，换向片直接相互绝缘，换向片构成的换向片直接相互绝缘，换向片构成的整体叫整体叫换向器换向器。换向器固定在转轴上，。换向器固定在转轴上，且与转轴相互绝缘。（且与转轴相互绝缘。（转子转子）v电刷电刷与换向器滑动接触，使旋转的电路与外界静止的电路与换向器滑动接触，使旋转的电路与外界静

6、止的电路相连接。相连接。 （定子定子）21（二）（二）直流发电机工作原直流发电机工作原理（理（e=e=BlvBlv, ,方向：右手定则）方向：右手定则）121（二）（二）直流发电机工作原直流发电机工作原理（理（e=e=BlvBlv, ,方向：右手定则）方向：右手定则）电压：电压：A+ B-感应电流方向：感应电流方向：b a , c d121vvee21（二）（二）直流发电机工作原直流发电机工作原理（理（e=e=BlvBlv, ,方向：右手定则）方向：右手定则）负负载载ABabcd无无evvn2（二）（二）直流发电机工作原直流发电机工作原理（理（e=e=BlvBlv, ,方向：右手定则）方向：右

7、手定则）感应电流方向：感应电流方向：a b , dc电压：电压： A+ B-321vveeA2B1（二）（二）直流发电机工作原直流发电机工作原理（理（e=e=BlvBlv, ,方向：右手定则）方向：右手定则）abcd负负载载无无evvn4（二）（二）直流发电机工作原直流发电机工作原理（理（e=e=BlvBlv, ,方向：右手定则）方向：右手定则）12342121电压：电压：A+ B-感应电流方向：感应电流方向：b a , c d无无e无无e感应电流方向：感应电流方向：a b , dc电压：电压： A+ B-结论：结论：1.1.电枢线圈中的电势方向由于电枢旋转而随时间做正电枢线圈中的电势方向由于

8、电枢旋转而随时间做正负变化。负变化。2.2.电刷电刷A A、B B间出现了一个极性不变的电动势或电压。间出现了一个极性不变的电动势或电压。3.3.换向器的作用：把直流发电机电枢线圈中交变的感换向器的作用：把直流发电机电枢线圈中交变的感应电动势，变成电刷应电动势，变成电刷A A、B B两端输出的直流电动势，这两端输出的直流电动势，这种作用称为种作用称为整流整流。l实际电机中，电枢上放置了实际电机中，电枢上放置了许多线圈组成的电枢绕组许多线圈组成的电枢绕组，这些线，这些线圈均匀分布在电枢表面，并按一定规律连接起来。实践证明，圈均匀分布在电枢表面，并按一定规律连接起来。实践证明，若每若每极极下线圈边

9、数下线圈边数大于大于8 8时时，电势脉动的幅值将可，电势脉动的幅值将可小于小于1 1% %，基本，基本是一直流电势。是一直流电势。 （多线圈）（多线圈）当电刷之间接有负载时，在电动势的作用下就在电路中产生与当电刷之间接有负载时，在电动势的作用下就在电路中产生与电动势方向相同的电流。同时载流导体在磁场中必然产生一个电动势方向相同的电流。同时载流导体在磁场中必然产生一个电磁力（电磁力（f=f=BliBli, ,方向：左手定则），电磁力对转轴形成方向：左手定则），电磁力对转轴形成电磁转电磁转矩矩TeTe，因电磁转矩与电枢旋转的方向相反，起制动作用，故称，因电磁转矩与电枢旋转的方向相反，起制动作用，故

10、称之为之为制动转矩制动转矩。 要维持发电机状态，原动机要维持发电机状态，原动机输入的机械转矩输入的机械转矩T T机械机械必须必须克服克服电磁电磁转矩转矩Te Te ，方可实现机械能转换为，方可实现机械能转换为电能。电能。21T机械机械Teeeff直流发电机直流发电机工作的条件工作的条件是：是：1 1、直流电机内部需要有磁场存在、直流电机内部需要有磁场存在2 2、原动机拖动转子以、原动机拖动转子以n n（r/minr/min）旋转）旋转3 3、机械转矩大于电磁转矩、机械转矩大于电磁转矩直流发电机的直流发电机的特点特点是：是：1 1、将输入的机械功率转换为电功率输出、将输入的机械功率转换为电功率输

11、出2 2、利用换向器和电刷将电枢线圈中的交变电动势和、利用换向器和电刷将电枢线圈中的交变电动势和电流整成直流电输出电流整成直流电输出3 3、电枢线圈中电流的方向和感应电势的方向相同。、电枢线圈中电流的方向和感应电势的方向相同。4 4、电磁转矩起制动作用、电磁转矩起制动作用二、直流电动机的工二、直流电动机的工作原作原理（理（f=Bli,方向：左手定则）方向：左手定则）T=f.R1ban逆时针转向逆时针转向Bilf 21iiffTe21二、直流电动机二、直流电动机工作原工作原理（理（ f=Bli,方向：左手定则）方向：左手定则）ABabcd无无Te2二、直流电动机工作原理（二、直流电动机工作原理（

12、 f=Bli,方向：左手定则）方向：左手定则）3ab n逆时针转向逆时针转向iiffTe21A2B1二、直流电动机二、直流电动机工作原工作原理（理（ f=Bli,方向：左手定则）方向：左手定则）abcd4二、直流电动机的工二、直流电动机的工作原作原理（理（f=Bli,方向：左手定则）方向：左手定则）21iiffTeiiffTe211234电压：电压：A+ B-感应电流方向：感应电流方向：b a , c d无无e无无e感应电流方向：感应电流方向：a b , dc电压：电压： A+ B-结论：结论：1.1.电枢线圈中的电流是随时间做正负变化。电枢线圈中的电流是随时间做正负变化。2.2.换向器的作用

13、：把直流电动机两端的直流电，变成换向器的作用：把直流电动机两端的直流电，变成电枢线圈中的交流电，这种作用称为电枢线圈中的交流电，这种作用称为逆变逆变。 当电枢线圈旋转时，电枢线圈在导体中做切割磁感线运动，当电枢线圈旋转时，电枢线圈在导体中做切割磁感线运动，产生感应电势（产生感应电势（e=e=BlvBlv, ,方向：左手定则）。因感应电势的方向方向：左手定则）。因感应电势的方向与输入电流的方向相反，称为与输入电流的方向相反，称为反电动势反电动势。 要维持电动机状态，外部输入要维持电动机状态，外部输入电动势必须大于电枢内部切割运动电动势必须大于电枢内部切割运动产生的感应电动势。产生的感应电动势。2

14、1iivvTeee直流电动机直流电动机工作的条件工作的条件是：是：1 1、直流电机内部需要有磁场存在、直流电机内部需要有磁场存在2 2、将电机外部接入直流电源、将电机外部接入直流电源3 3、外部输入电动势必须大于电枢内部运动感应电动势、外部输入电动势必须大于电枢内部运动感应电动势直流电动机的直流电动机的特点特点是：是：1 1、将输入的电功率转换为机械功率输出、将输入的电功率转换为机械功率输出2 2、利用换向器和电刷将外部的直流电逆变成内部电、利用换向器和电刷将外部的直流电逆变成内部电枢线圈中的交变电动势枢线圈中的交变电动势3 3、外部输入电流的方向与电枢线圈中感应电势的方、外部输入电流的方向与电枢线圈中感应电势的方向相反。向相反。4 4、电磁转矩起驱动作用、电磁转矩起驱动作用e e和和TeTe对对电机的作用电机的作用直流发电机直流发电机 直流电动机直流电动机e电源电动势反电动势Te制动转矩驱动转矩总结：总结：引入下文：引入下文： 这节课我们用简单的电机模型来分析电动机和这节课我们用简单的电机模型来分