《直流电机的磁场》课件

直流电机的磁场直流电机磁场是电机运转的关键因素之一。电机内部的磁场决定了电机的转动方向和转速。课程导入直流电机概述直流电机是一种将电能转换为机械能的装置。应用广泛广泛应用于汽车、工业生产、家用电器等领域。学习意义学习直流电机可以帮助理解电磁转换原理，掌握直流电机的基本结构、工作原理和应用技术。直流电机的基本工作原理1电流产生的磁场线圈通电后产生磁场2磁场对导体的作用力磁场对通电线圈产生作用力3电机转动作用力导致线圈旋转直流电机的工作原理是基于电磁感应原理。通电导体在磁场中会受到磁力的作用，而磁力的大小和方向与电流方向和磁场方向有关。直流电机通过线圈通电产生磁场，然后利用磁场对通电线圈产生的作用力来驱动电机转动。直流电机的主要部件11.电枢电枢是直流电机的心脏，它是由电枢铁芯、电枢绕组和换向器组成。22.磁场磁场是由定子上的励磁绕组产生的，它提供直流电机所需的磁场。33.换向器换向器是一种特殊的电气部件，它的作用是将直流电源的电流传递给电枢绕组。44.电刷电刷与换向器接触，将直流电流导入电枢绕组。直流电机的结构电枢电枢是直流电机的主要组成部分之一，它由铁芯、绕组和换向器组成。绕组用于产生电磁力，换向器用于改变电流方向。磁场磁场由磁极产生，磁极通常由电磁铁或永磁体构成。磁场在电枢周围形成，产生磁力，推动电枢旋转。转子转子由电枢、换向器和轴组成。电枢绕组的电流在磁场中产生力矩，使转子旋转。定子定子是固定不动的部分，包括磁极、磁轭和轴承。磁极产生磁场，磁轭用于引导磁场，轴承用于支撑转子。直流电机的磁路磁路定义磁路是指磁力线通过的闭合路径。直流电机的磁路由铁芯、磁极和气隙组成。磁路组成铁芯提供磁力线通过的低阻抗路径。磁极产生磁场，为电机提供磁力。气隙是转子和定子之间存在的间隙，对磁路阻抗有影响。磁路分析磁路分析旨在确定磁力线的分布和强度。影响因素包括电流、磁芯材料的磁导率以及气隙的大小。磁路中的磁场分布直流电机中的磁场分布受多种因素影响，包括磁极形状、磁路尺寸、励磁电流等。1磁极磁极形状影响磁场强度和方向。2气隙气隙大小影响磁阻和磁场强度。3铁芯铁芯材质和形状影响磁导率和磁场强度。4电流励磁电流决定磁场的强弱。了解磁场分布是理解直流电机工作原理的关键。磁场线的性质闭合性磁场线都是闭合曲线，没有起点和终点。它们在磁体内部从南极到北极，在磁体外部从北极到南极。方向性磁场线的方向代表磁场的方向。在磁体外部，磁场线从北极指向南极；在磁体内部，磁场线从南极指向北极。不交叉性磁场线在空间中不会相交。如果两条磁场线相交，则该点会存在两个不同的磁场方向，这是不可能的。疏密性磁场线的疏密程度代表磁场强弱。磁场线密集的地方，磁场强；磁场线稀疏的地方，磁场弱。磁场线的绘制磁场线可以通过绘制来直观地表示磁场的方向和强度。磁场线的绘制遵循以下原则：磁力线从N极出发，指向S极。磁力线是封闭的曲线，不会交叉。磁力线越密集，磁场越强。磁极的作用产生磁场磁极是直流电机中产生磁场的重要部分。它们通过电流的磁效应，在电机内部形成磁场，为电枢绕组的导体提供磁力线，从而驱动电机转动。引导磁力线磁极的形状和位置会影响磁力线的分布，引导磁力线穿过电枢绕组，从而产生电磁力，推动电机转动。控制转矩磁极的磁场强度直接影响电机的转矩大小，可以通过调节磁极磁场强度来控制电机的转速和转矩。直流电机的励磁1励磁方式直流电机的励磁方式主要有独立励磁、他励、串励、并励和复励等，每种方式都有其独特的特性和应用场景。2励磁绕组励磁绕组是产生磁场的关键，它通常由铜线绕制而成，并连接到电源上，以产生所需的电流和磁场强度。3励磁电流励磁电流的大小决定了磁场的强度，而磁场强度又影响着电机的转矩和转速等关键参数。整流子的工作原理1电流方向变化电枢绕组中的电流方向随转子旋转而变化。2整流子作用通过整流作用，保持电流方向一致。3碳刷接触碳刷与整流子接触，将电流传递到外电路。整流子是直流电机的重要组成部分，它能够将电枢绕组中的交流电流转换成直流电流，并通过碳刷将电流传递到外电路。整流子的作用改变电流方向整流子将电枢绕组中产生的交流电转换为直流电，保证电机转动时，电流方向始终一致，实现持续的转矩输出。连接电枢绕组整流子将电枢绕组连接到外部电路，使电流能够流入电枢绕组，产生磁场并驱动电机转动。感应电动势的产生当导体在磁场中运动时，会产生感应电动势。感应电动势的大小与导体的运动速度、磁场的强度以及导体在磁场中的长度有关。感应电动势的方向可以用右手定则来判断，右手拇指指向导体运动的方向，四指指向磁场的方向，则手掌所指的方向就是感应电动势的方向。感应电动势是直流电机工作的基础，是直流电机输出电能的来源。电枢反应的概念1电流作用电枢绕组中的电流在磁场中产生磁场。2磁场叠加电枢产生的磁场与主磁场叠加，形成新的磁场分布。3磁场变化磁场变化会导致磁场强度和方向发生变化，从而影响电机性能。电枢反应的影响磁场畸变主磁场分布发生改变，磁场强度减弱，磁极间隙处磁场不均匀电枢电流增大电枢电流增加导致电枢反应磁场增强，从而影响主磁场，加大电流转矩下降电枢反应磁场与主磁场相互作用，导致转矩下降，影响电机效率电枢反应的补偿1补偿绕组安装在电枢绕组周围2磁场方向与电枢反应磁场相反3补偿效果减弱或抵消电枢反应4电流方向与电枢电流方向相反电枢反应会导致磁场畸变，影响电机性能。为了消除电枢反应带来的负面影响，需要采取措施进行补偿。常见的补偿方法是使用补偿绕组，该绕组与电枢绕组并联，并安装在电枢绕组周围，通过产生与电枢反应磁场方向相反的磁场来抵消电枢反应。直流电机的转矩及其表达式直流电机的转矩是指电机转子所受的力矩，是电机输出功率的关键指标之一。直流电机的转矩大小取决于电枢电流、磁场强度以及电机的结构参数等因素。直流电机的转矩表达式为：T=kΦIa，其中T为转矩，k为电机常数，Φ为磁通量，Ia为电枢电流。该公式表明，直流电机的转矩与磁通量和电枢电流成正比。直流电机转矩的因素电枢电流电枢电流越大，转矩越大。电流是产生磁场并作用于电枢导体上的主要力量。磁场强度磁场越强，转矩越大。磁场强度决定了磁力的大小，进而影响电枢导体的受力。电枢绕组的导线数电枢绕组的导线数越多，转矩越大。导线数越多，意味着导体受到的磁力更大，进而产生更大的转矩。电枢绕组的匝数匝数越多，磁力越大，转矩也会越大。匝数越多，意味着导体受到的磁力更大，进而产生更大的转矩。直流电机的功率及其表达式直流电机功率是指电机输出的机械功率，即电机在单位时间内所做的功。直流电机的功率与电机的转矩和转速成正比。直流电机的功率可以用以下公式计算：P=Tω其中：P为功率，单位为瓦特（W）T为转矩，单位为牛顿米（N·m）ω为角速度，单位为弧度每秒（rad/s）1功率反映电机输出的机械能力2转矩电机输出的力矩3转速电机转轴的旋转速度直流电机功率的影响因素电枢电流电枢电流越大，电机功率越大，反之亦然。磁场强度磁场强度越大，电机功率越大，反之亦然。转速转速越高，电机功率越大，反之亦然。直流电机的机械特性直流电机的机械特性是指电机在不同负载情况下，转速、电流和转矩之间的关系。机械特性曲线可以直观地反映电机的工作性能，方便我们分析电机在不同负载下的工作情况。直流电机的机械特性主要取决于电枢回路电阻、励磁电流和负载转矩。不同励磁方式的电机，机械特性曲线也不同，例如，串励电机机械特性曲线为下降型，而并励电机机械特性曲线则为近似水平型。直流电机的负载特性负载特性曲线负载特性曲线描述了直流电机在不同负载情况下，其转速、电流和转矩的变化关系。曲线可以直观地反映电机性能。影响因素负载特性受到电枢电流、电磁转矩、负载转矩、电机的电气参数等因素的影响。不同的负载类型会产生不同的特性曲线。直流电机的起动特性1起动过程直流电机启动时，电枢电流会迅速上升，达到最大值，然后逐渐下降，最终稳定在额定值。2起动电流起动电流的大小取决于电机参数，如电枢电阻、电枢绕组匝数、电机的额定电压等。3起动时间起动时间指的是电机从静止状态到达到额定转速所需的时间，通常取决于电机的负载大小和起动方式。直流电机的调速改变励磁电流通过改变励磁电流，改变励磁磁场强度，从而改变感应电动势，实现调速。改变电枢电压通过改变电枢电压，改变电枢电流，从而改变电磁转矩，实现调速。改变电枢回路电阻通过改变电枢回路电阻，改变电枢电流，从而改变电磁转矩，实现调速。直流电机的应用领域汽车行业直流电机广泛用于汽车起动器、电动车窗和空调系统，提供可靠的动力和控制。工业自动化直流电机驱动着工业机器人的运动，提高生产效率和产品质量，应用于各种制造和装配任务。医疗设备直流电机用于驱动医疗设备，例如呼吸机、轮椅和医疗床，为患者提供安全可靠的辅助和治疗。直流电机的优缺点优点结构简单，易于制造和维护。运行可靠，效率较高。调速性能良好，可以实现无级调速。缺点体积较大，重量较重。成本较高，需要定期维护。对环境污染较大，需要定期更换碳刷。本章小结直流电机磁场本章主要介绍了直流电机的磁场，包括磁场的产生、分布、性质及作用等。磁路重点分析了磁路的概念、磁路中的磁场分布、磁场线的绘制方法，并对磁极的作用进行了探讨。电枢反应深入解释了电枢反应的概念、影响及补偿措施，为理解直流电机的运行机制奠定了基础。课后思考题本节课学习了直流电机的磁场，大家可以思考以下问题：1.直流电机磁场是如何产生的？2.磁场线有哪些性质？3.电枢反