直流电动机原理.docx

电 力 拖 动 基 础 自动化 电 气 非电气 过程自动化 单机自动化 开环自动控制闭环自动控制 现代电气自动控制系统的基本构成 指令系统计算机 控制器 单片机、数字模拟器件、控制电器  功率放大变流装置  执 行 执行 电动机 机械 反馈控制理论 微机原理 单片机原理 电路、 反馈检测器件 C语言 与控制技术 电子学 功率电子技术 检测技术 电力拖动基础 计算机控制技术 电力拖动自动控制系统 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 1 1 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 直流电功率 直流发电机  机械功率 i · B·l F e B·l · v 直流电动机的物理模型 主磁极 φ b 线圈 i + N F i n a d φ  i c 电枢气隙 F S 电动机模型1 - 主磁极 φ i c 线圈 + N ndi F b n d i 电枢 a 气隙 F φ S 电动机模型1 - 特点：每个磁极下的线圈元件边中电流方向固定不变。 eb e + φ N en a c e 换 A 向 d 片 φ 原动机 n B S 电刷 发电机模型 - 特点：电枢旋转方向不变时，电刷上的电压极性恒定。 b + φ i F N i n a i c A d F φ B S 电动机模型 - b+ φ e b cN c A n a e d φ B S 发电机模型 - 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 1、 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U N ：额定工况下加在电枢绕组上的工作电压。（V、 kV） ·额定电流I N ：额定工况下长期运行的最大电枢电流。（A） ·额定功率P N ：额定工况下电机轴上允许长期输出的最大机械功率。（W、kW） P ＝U I ? N N N N ? N ：额定工况下直流电动机的工作效率。 ·额定转速n N ：额定工况下电动机的运行速度。（r/min） ··额定转矩T N ：额定工况下电动机轴上的输出转矩。（N·m） PNnTN ? PN n N ； P N 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： 1、 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 l ，其中通过电流强度为 I。电流元 Id l 在真空中给定点P 所产生的磁感应强度dB 的大小和I、d l 及线元到P 点的矢径 r 间的夹角（d l ,r） 的正弦成正比， 和由线元到P 点的距离的平方r 2 成反比： dB ? ?Idl sin(dl, r) 4?r