《电机驱动与调速》第02讲（直流电机的工作原理）

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1、1 第第 2 2 讲讲 项目项目1 1 直流电动机及其驱动直流电动机及其驱动 任务任务1 1 直流电动机直流电动机 情景情景2 2 直流电机的工作原理直流电机的工作原理 教学目标教学目标 1.1.掌握直流电机的工作原理；掌握直流电机的工作原理；2.2.了解直流电机的电枢反应。了解直流电机的电枢反应。教学重点教学重点 直流电机的工作原理。直流电机的工作原理。教学难点教学难点 直流电机的电枢反应直流电机的电枢反应 教学方法教学方法 探究式、演示、情境交融、启发互动式教学法探究式、演示、情境交融、启发互动式教学法 教学手段教学手段 多媒体教学、动画演示教学多媒体教学、动画演示教学 作业布置作业布置

2、作业题作业题1 1-2 2 2 教学过程：教学过程：情景情景2 2 直流电机的工作原理直流电机的工作原理 1 1、直流电动机的工作原理、直流电动机的工作原理 把电刷把电刷A A、B B接到直流电源上，电刷接到直流电源上，电刷A A接正极，电刷接正极，电刷B B接负极。接负极。此时电枢线圈中将有电流流过。此时电枢线圈中将有电流流过。3 情景情景2 2 直流电机的工作原理直流电机的工作原理 1 1、直流电动机的工作原理、直流电动机的工作原理 在磁场作用下，在磁场作用下，N N极性导体极性导体abab电流由电流由a a到到b b，受力方向从右向左，受力方向从右向左，S S 极导体极导体cdcd电流方

3、向由电流方向由c c到期到期d d，受力方向从左向右。，受力方向从左向右。该电磁力偶形成逆时针方向的电磁转矩。该电磁力偶形成逆时针方向的电磁转矩。当电磁转矩大于阻转矩时，电动机转子逆时针方向旋转。当电磁转矩大于阻转矩时，电动机转子逆时针方向旋转。当转到当转到9090o o 时，导体中无电流而使磁场力为零，从而转矩为零。时，导体中无电流而使磁场力为零，从而转矩为零。4 当电枢旋转到下图所示位置时当电枢旋转到下图所示位置时，原原N N极性导体极性导体abab转到转到S S极极，电电流方向由流方向由b b到到a a（与原来相反与原来相反），受力方向从左向右受力方向从左向右，原原S S 极导体极导体c

4、dcd转到转到N N极极，电流方向由电流方向由d d到到c c（与原方向相反与原方向相反），受力方向从右向受力方向从右向左左。该电磁力偶形成逆时针方向的电磁转矩该电磁力偶形成逆时针方向的电磁转矩，线圈在该电磁转矩线圈在该电磁转矩作用下继续逆时针方向旋转作用下继续逆时针方向旋转。5 可见，需要一个换向器才能完成工作。可见，需要一个换向器才能完成工作。直流电动机中换向器起直流电动机中换向器起逆变逆变作用，即把电刷外电路中的直流作用，即把电刷外电路中的直流电经换向器逆变为交流电而输入电枢绕组（元件）中。电经换向器逆变为交流电而输入电枢绕组（元件）中。直流发电机中换向器起直流发电机中换向器起整流整流作

5、用，即把电枢绕组里的交流电作用，即把电枢绕组里的交流电整流为直流电而在正、负电刷两端输出。整流为直流电而在正、负电刷两端输出。6 2 2、直流电机的可逆运行、直流电机的可逆运行 一台直流电机既可以作为电动机运行，也可以作为发电机运一台直流电机既可以作为电动机运行，也可以作为发电机运行，这称为行，这称为可逆原理可逆原理。当原动机驱动电枢绕组在主磁极当原动机驱动电枢绕组在主磁极N N、S S之间旋转时，电枢绕组之间旋转时，电枢绕组上产生感应电动势，经电刷、换向器装置整流为直流后，引向外上产生感应电动势，经电刷、换向器装置整流为直流后，引向外部负载（或电网），对外供电，此时电机作部负载（或电网），对

6、外供电，此时电机作直流发电机直流发电机运行。运行。将外部直流电源经电刷、换向器装置引向电枢绕组，则此直将外部直流电源经电刷、换向器装置引向电枢绕组，则此直流电流与主磁极流电流与主磁极N N、S S之间的磁场互相作用而产生转矩，驱动转子之间的磁场互相作用而产生转矩，驱动转子与连接于其上的机械负载工作，此时电机作与连接于其上的机械负载工作，此时电机作直流电动机直流电动机运行。运行。7 3 3、直流电动机的电枢反应、直流电动机的电枢反应 （1 1）空载时直流电机中的磁场）空载时直流电机中的磁场 直流电机空载时，电枢电流为零，只有励磁绕组中存在电流。直流电机空载时，电枢电流为零，只有励磁绕组中存在电流

7、。因此，因此，空载时电机的气隙磁场完全由励磁绕组的电流所产生空载时电机的气隙磁场完全由励磁绕组的电流所产生。（2 2）电枢磁场）电枢磁场 直流电机带有负载时，电枢绕组中有电流通过，电枢绕组的直流电机带有负载时，电枢绕组中有电流通过，电枢绕组的电流产生磁场称为电枢磁场。电流产生磁场称为电枢磁场。电枢磁场沿电枢表面的分布情况，与电枢电流的分布情况有电枢磁场沿电枢表面的分布情况，与电枢电流的分布情况有关。在直流电机中，电枢电流的分界线是电刷，在电刷轴线两侧关。在直流电机中，电枢电流的分界线是电刷，在电刷轴线两侧对称分布，所以对称分布，所以电枢磁场的分布情况与电刷的位置有关电枢磁场的分布情况与电刷的位

8、置有关。8 （3 3）电枢反应）电枢反应 直流电动机带上负载后，电枢绕组就有电流流过，电枢电流直流电动机带上负载后，电枢绕组就有电流流过，电枢电流将产生电枢磁动势；气隙磁场是由励磁磁动势和电枢磁动势两者将产生电枢磁动势；气隙磁场是由励磁磁动势和电枢磁动势两者的合成磁动势所建立的。负载时，电枢磁动势对气隙磁场的影响的合成磁动势所建立的。负载时，电枢磁动势对气隙磁场的影响称为称为电枢反应电枢反应。直流电动机的电枢反应是指电枢绕组在励磁绕组产生的磁场直流电动机的电枢反应是指电枢绕组在励磁绕组产生的磁场中转动产生感应电流，而该电流产生的磁场对励磁绕组产生的磁中转动产生感应电流，而该电流产生的磁场对励磁

9、绕组产生的磁场产生影响。电枢反应涉及两个磁场，正是这两个磁场的作用才场产生影响。电枢反应涉及两个磁场，正是这两个磁场的作用才使电能和机械能可以相互转化。使电能和机械能可以相互转化。直流电动机的电枢反应使主磁场在前极尖增磁，在后极尖去直流电动机的电枢反应使主磁场在前极尖增磁，在后极尖去磁，造成主磁场畸变，使气隙中磁场的物理中性线逆电枢旋转方磁，造成主磁场畸变，使气隙中磁场的物理中性线逆电枢旋转方向移动一个小角度。由于磁路的饱和，使总磁通减少。向移动一个小角度。由于磁路的饱和，使总磁通减少。电枢反应分电枢反应分直轴电枢反应直轴电枢反应和和交轴电枢反应。交轴电枢反应。直轴电枢反应使电机增磁或去磁，从而影响电机转速。直轴电枢反应使电机增磁或去磁，从而影响电机转速。交轴电枢反应使电机磁场畸变，主要影响电机换向及火花。交轴电枢反应使电机磁场畸变，主要影响电机换向及火花。电枢反应影响直流电动机的性能和换向效果电枢反应影响直流电动机的性能和换向效果。电枢反应使火花增大，电动机的输出转矩下降电枢反应使火花增大，电动机的输出转矩下降。