直流电动机的基本工作原理.docVIP

电 力 拖 动 基 础 电力拖动：用电动机作为动力的拖动。 学习目的：运动控制、自动控制的直接基础 学习内容：交直流电动机的运行原理、起动、调速、制动运行控制方法。 §1 直流电动机原理 电动机是工业自动化和电气化设备中最基本也是最重要的部件之一，不难列出许多电动机的应用 例子：洗衣机、洗碗机、抽油烟机、录像机、VCD、随身听、计算机硬件中的软驱、硬盘、散热风扇、 各种金属加工机床的拖动等等。电动机根据它使用的电源可分为交流和直流两大类。其中直流电动机 由于其在控制性能方面的优势，在20世纪70年代以前一直在控制要求较高的电力拖动领域占踞主导 地位，近年来虽然这种情况因交流电动机控制技术的巨大进步已有很大改变，但直流电动机在近代工 业中的地位仍然十分重要。例如在一辆豪华轿车中就使用了多达80多台的直流电动机作各种辅助自 动控制的驱动。因此，学习直流电动机的工作原理，掌握对它的控制方法，仍然是十分必要的。 §1－1 直流电动机的基本工作原理、 结构和额定数据 一、基本原理 两个重要公式： 法拉第电磁感应定律－发电机原理：e =Blv 有效长度为l的导体以线速度v在磁通密度为B的磁场中运动时，导体内将产生 感应电动势e ， 若B、l、v在空间相互垂直，则e的大小等于三者的乘积，方向由右手定则确定。 B为媒介，机－电转换 数学描述。 安培力定律 －电动机原理：F＝Bli 有效长度为l并载有电流i的导体在磁通密度为B的磁场中时，导体上将受到 电磁力F的作用 ， 若B、l在空间相互垂直，则F的大小等于三者的乘积，方向由左手定则确定。 B为媒介，电－机转换 数学描述。 直流电动机的物理模型 特点：每个磁极下的线圈元件边中电流方向固定不变。 特点：电枢旋转方向不变时，电刷上的电压极性恒定。 ·同一直流电机即可作发电机运行，也可作电动机运行，关键在输入功率的性质； ·发电机原理和电动机原理总是同时出现的。 ··发电：输出电功率同时导体元件中产生电流依电动机原理产生反转矩； 平衡原动机拖动转矩，使发电机转速稳定。 ··电动：轴上输出机械功率同时导体元件在主极下运动 产生反电动势。 平衡外加电源电压，限制导体元件电流和电动机电磁转矩， 平衡负载转矩，使电动机转速稳定。 二、基本结构 主磁极 2、电枢绕组 3、电枢铁心 4、换向器 5、换向极 6、电刷装置 7、机座 三、直流电动机的额定参数 ·额定电压：额定工况下加在电枢绕组上的工作电压。（V、kV） ·额定电流：额定工况下长期运行的最大电枢电流。（A） ·额定功率：额定工况下电机轴上允许长期输出的最大机械功率。（W、kW） ：额定工况下直流电动机的工作效率。 ·额定转速：额定工况下电动机的运行速度。（r/min） ··额定转矩：额定工况下电动机轴上的输出转矩。（N·m） ；的单位为kW。 §1－2 直流电动机的结构特征与工作特性 物理概念和定律的复习： 磁感应强度（磁通密度）B [Wb/m2]： 单位截面积上的磁通，描述磁场强弱及方向。 B与产生它的电流(励磁电流)之间的关系 用毕奥(Biot)－萨伐(Savart)－拉普拉斯(Laplace)定律描述： 设在载流导线上沿电流方向取线元d，其中通过电流强度为I。电流元Id在真空中给定点P 所产生的磁感应强度dB的大小和I、d及线元到P点的矢径r间的夹角（d,r）的正弦成正比， 和由线元到P点的距离的平方成反比：。 方向垂直于由线元和矢径所决定的平面，指向由右手螺旋法则确定。 磁感应强度服从叠加原理：某一给定的电流分布在空间某点所产生的磁感应强度 等于组成这电流分布的各电流元分别地在这同一点上所产生的磁感应强度的矢量和。 磁力线方向与电流方向满足右手螺旋关系。 磁感应通量（磁通）φ[Wb]： 穿过某截面S的磁感应强度B的通量 在均匀磁场中，如果截面S与B垂直，则 磁场强度H [安培/米]： 计算导磁物质中的磁场用辅助物理量： μ：导磁物质磁导率。空气的磁导率为。 铁磁材料的（几千～几万倍）。 安培环路定律： 磁场强度矢量H沿任何闭合路径的线积分等于该回路 所环链的所有电流的代数和： 设各段磁路中磁通均匀分布，l为磁路平均长度，则上式简化为： 其中称为该段磁路的磁压；F＝NI称为磁通势（磁势）。 N为线圈匝数 5、 磁路欧姆定律： 或 其中定义磁阻为： 主磁极与主极磁场 主磁极：套装有励磁绕组的电磁铁。 磁路的等效简化： 设1个主极的励磁磁通势、主磁通量分别为，； 为主磁极磁感应线所经路径上的总磁阻。则有： ·具有一定饱和特性 ·包含气隙的整个磁路 由两个基本公式：F=Bli、e=Blv 为