电机学胡虏生直流电机基本原理与电磁关系.ppt

扬州大学能动学院 葛强 副教授 第十六章 直流电机 扬州大学能动学院 葛强 博士 副教授 目 录 §16-1 直流电机工作原理及结构 §16-1 直流电机工作原理及结构 1 直流电机的工作原理 (1)直流电动机的工作原理 图16.1直流电动机的原理模型，电刷A 、B接上直流电源。于是在线圈abcd中有电流流过，电流的方向如图 根据电磁力定律可知，载流导体ab、cd上受到的电磁力f为? f=Bil??????????????????????（16.1） 式中 B ——导体所在处的气隙磁密（Wb/m2）； ??? ?L ——导体ab 或cd的长度（m）； ????? i——导体中的电流（A）。 §16-1 直流电机的工作原理及结构 图16.1 直流电动机的原理模型 1—磁极；2—电枢；3—换向器；4—电刷? §16-1 直流电机的工作原理及结构 导体受力的方向用左手定则确定，导体ab 受力方向是从右向左，导体cd 的受力方向从左向右，这一对电磁力形成了作用于电枢一个力矩，这个力矩在旋转电机里称为电磁转矩，转矩的方向是逆时针方向，企图使电枢逆时针方向转动。如果此电磁转矩能够克服电枢上的阻转矩（例如由摩擦引起的阻转矩以及其它负载转矩），电枢就能按逆时针方向旋转起来。 §16-1 直流电机的工作原理及结构 当电枢转了180°后，导体cd转到N极下，导体ab转到 S极下时，由于直流电源供给的电流方向不变，仍从电刷A流入，经导体cd、ab后，从电刷B流出。这时导体cd受力方向变为从右向左，导体ab 受力方向是从左向右，产生的电磁转矩的方向仍为逆时针方向。因此，电枢一经转动，由于换向器配合电刷对电流的换向作用，直流电流交替地由导体ab和cd流入，使线圈边只要处于N极下，其中通过电流的方向总是由电刷A 流入的方向，而在S极下时，总是从电刷B流出的方向。这就保证了每个极下线圈边中的电流始终是一个方向，从而形成一种方向不变的转矩，使电动机能连续地旋转。这就是直流电动机的工作原理。 §16-1 直流电机的工作原理及结构 (2)直流发电机的工作原理 直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。 交流发电机的原理模型。图16.2中，N、S为一对固定的磁极（一般是电磁铁，也可以是永久磁铁），abcd是装在可以转动的圆柱体表面上的一个线圈，把线圈的两端分别接到两个圆环（称为滑环）上（以后把这个可以转动的装有线圈的圆柱体称为电枢）。在滑环上分别放上两个固定不动的由石墨制成的电刷 A和B。通过电刷A和B把旋转着的电路与外部电路相联接。 §16-1 直流电机的工作原理及结构 图16.2 交流发电机原理模型 1—磁极；2—电枢；3—滑环；4—电刷 §16-1 直流电机的工作原理及结构 当原动机拖动电枢以恒速n 逆时针方向转动时，根据电磁感应定律可知，在线圈边（即导体）ab和cd中有感应电动势产生。感应电动势e的大小用式（16.2）确定。 e=Blv?????????????????????（16.2） 式中 B——导体所在处的磁密（Wb/m2）； ? l——导体ab或cd的长度（ m ）; ? υ——导体ab或cd与B之间的相对线速度（ m/s ）。 感应电动势的方向按右手定则确定。 §16-1 直流电机的工作原理及结构 由图16.2可见，电枢每转一周，线圈abcd中感应电动势方向交变一次，因此线圈内的感应电动势是一种交变电动势，这是最简单的交流发电机的原理。 如果想要得到直流电动势，那么必须把上述线圈abcd感应的电动势进行整流，实现整流的装置称之为换向器。 §16-1 直流电机的工作原理及结构 图16.3是直流发电机的原理模型，它由两个铜质换向片代替图16.2中的两个滑环。换向片之间用绝缘材料隔开，线圈 出线端分别与两个换向片相连，电刷A、 B与换向片相接触并固定不动，这就是最简单的换向器。有了换向器，在电刷A、B之间感应电动势就和图16.2中电刷A、B间的电动势大不一样了。 §16-1 直流电机的工作原理及结构 图16.3 直流发电机原理模型 1—磁极；2—电枢；3—滑环；4—电刷 §16-1 直流电机的工作原理及结构 例如，在图16.3所示瞬间，线圈abcd中感应电动势的方向如图中所示，这时电刷A呈正极性，电刷 B呈负极性。当线圈逆时针方向旋转180°时，这时导体cd 位于N极下，导体ab位于S极下，各导体中电动势都分别改变了方向。但是，由于换向片随着线圈一同旋转，本来与电刷 B相接触的那个换向片，现在却与电刷 A接触了；与电刷A相接触的换向片