《电机驱动与调速》第01讲（直流电机的结构与励磁）

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1、1 学学 会会 学学 习习 学学 到到技技能能 2 教学设计教学设计 项目项目1 1 直流电动机及其驱动直流电动机及其驱动 一、教学目标一、教学目标 1 1知识目标知识目标 （1 1）了解直流电机的结构与工作原理；）了解直流电机的结构与工作原理；（2 2）熟悉直流电机的励磁方式；）熟悉直流电机的励磁方式；（3 3）掌握电枢电动势和电磁转矩的计算；）掌握电枢电动势和电磁转矩的计算；（4 4）掌握直流电机的工作特性和机械特性；）掌握直流电机的工作特性和机械特性；（5 5）掌握直流电动机的起动；）掌握直流电动机的起动；（6 6）掌握直流电动机的制动。）掌握直流电动机的制动。3 2 2能力目标能力目标

2、 1)1)能正确认识和使用直流电机，开发想象。能正确认识和使用直流电机，开发想象。2)2)能进行直流电动机的接线和性能测试。能进行直流电动机的接线和性能测试。二、教学内容二、教学内容 1 1、直流电机的结构与工作原理；、直流电机的结构与工作原理；2 2、直流电机的励磁方式；、直流电机的励磁方式；3 3、直流电机的电枢电动势和电磁转矩的计算；、直流电机的电枢电动势和电磁转矩的计算；4 4、直流电机的工作特性和机械特性；、直流电机的工作特性和机械特性；5 5、直流电动机的起动；、直流电动机的起动；6 6、直流电动机的制动。、直流电动机的制动。4 三、教学重点和难点三、教学重点和难点 重点：重点：X

3、 X系列可编程控制器的基本指令及应用系列可编程控制器的基本指令及应用 难点：状态编程法；应用指令难点：状态编程法；应用指令 四、教学方法与手段四、教学方法与手段 采用项目教学、任务驱动、采用项目教学、任务驱动、“讲练结合，层层递进讲练结合，层层递进”教学、教学、“启发启发 式式+互动式互动式”、故障”、故障分析检修等教学方法。分析检修等教学方法。在实训过程中提倡在实训过程中提倡“出错出错”，甚至老师人为设置错误，让学生，甚至老师人为设置错误，让学生在在 出错、请教、纠错的过程中体验程序开发的真实过程，真正学会安出错、请教、纠错的过程中体验程序开发的真实过程，真正学会安 装调试的技能，提高学生发

4、现问题、分析问题、讨论问题和解决问装调试的技能，提高学生发现问题、分析问题、讨论问题和解决问 题的能力。题的能力。五、学习方法五、学习方法 “直流电动机的“直流电动机的工作原理工作原理”对学生的综合素质要求较高，要求对学生的综合素质要求较高，要求学学 生有一定的电工电子基础；一些知识点是几门学科相互交差和渗透生有一定的电工电子基础；一些知识点是几门学科相互交差和渗透 的，不易理解。的，不易理解。课前应预习。课后要及时复习，加深对所讲知识点的理解。课前应预习。课后要及时复习，加深对所讲知识点的理解。5 第第 1 1 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

5、电动机直流电动机 情景情景1 1 直流电机的结构与励磁方式直流电机的结构与励磁方式 教学目标教学目标 1.1.熟悉直流电机的结构；熟悉直流电机的结构；2.2.掌握直流电机的励磁方式。掌握直流电机的励磁方式。教学重点教学重点 直流电机的组成。直流电机的组成。教学难点教学难点 直流电机的励磁方式直流电机的励磁方式 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 作业题作业题1 1-1 1 6 教学过程：教学过程：情景情景1 1 直流电机的结构与励磁方式直流电机的

6、结构与励磁方式 1 1、直流电动机的结构、直流电动机的结构 主要组成主要组成定子定子(磁极磁极)和和转子转子(电枢电枢)，两者间的间隙叫做两者间的间隙叫做气隙气隙。1 1换向器换向器 2 2-刷架刷架 3 3-基座基座 4 4-主磁极主磁极 5 5-换向磁极换向磁极 6 6-端盖端盖 7 7-风扇风扇 8 8-电枢绕组电枢绕组 9 9-电枢电枢 图图1 1-1 1 直流电动机的结构直流电动机的结构 7 （1 1）定子定子 定子的功能是产生磁场定子的功能是产生磁场。组成：基座组成：基座、主磁极主磁极、换向器换向器、电刷装置电刷装置、端盖等端盖等。1 1）基座基座 电机定子的外壳称为机座电机定子的

7、外壳称为机座。机座两个功能：机座两个功能：一是用于固定主磁极一是用于固定主磁极、换向器换向器、端盖等端盖等，并起整个电机的支并起整个电机的支撑和固定作用；撑和固定作用；二是其本身也是磁路的一部分二是其本身也是磁路的一部分，以构成磁极之间磁的通路以构成磁极之间磁的通路，磁通通过的部分称为磁轭磁通通过的部分称为磁轭。机座一般采用铸钢件或由钢板焊接而成机座一般采用铸钢件或由钢板焊接而成，以保证足够的机械以保证足够的机械强度和良好的导磁性能强度和良好的导磁性能。接线盒内有接线盒内有励磁绕组励磁绕组和和电枢绕组的接线端子电枢绕组的接线端子。8 2 2）主磁极）主磁极 主磁极的功能是产生工作磁场。主磁极的

8、功能是产生工作磁场。主磁极的组成：主磁极的组成：主磁极铁心主磁极铁心和和励磁绕组励磁绕组两部分。两部分。铁心一般用铁心一般用0.50.51.5mm1.5mm厚的硅钢板冲片叠压铆紧而成。厚的硅钢板冲片叠压铆紧而成。铁心组成：极身和极靴。铁心组成：极身和极靴。上面套励磁绕组的部分称为上面套励磁绕组的部分称为极身极身，下面扩宽的部分称为极靴。，下面扩宽的部分称为极靴。极靴宽于极身：调整气隙中磁场分布、便于固定励磁绕组。极靴宽于极身：调整气隙中磁场分布、便于固定励磁绕组。励磁绕组用绝缘铜线绕制而成，套在主磁极铁心上。励磁绕组用绝缘铜线绕制而成，套在主磁极铁心上。整个主磁极用螺钉固定在机座上。整个主磁极

9、用螺钉固定在机座上。1 1主磁极铁心主磁极铁心 2 2励磁绕组励磁绕组 3 3机座机座 9 3 3）换向极）换向极 功能：功能：改善换向改善换向，减小减小电机运行时电刷与换向器之电机运行时电刷与换向器之间可能产生的间可能产生的换向火花换向火花。位置：一般装在两个相邻主磁极之间。位置：一般装在两个相邻主磁极之间。组成：换向极铁心和换向极绕组。组成：换向极铁心和换向极绕组。换向极绕组用绝缘导线绕制而成，套在换向极铁心换向极绕组用绝缘导线绕制而成，套在换向极铁心上，换向极的数目与主磁极相等。上，换向极的数目与主磁极相等。10 4 4）电刷装置）电刷装置 功能：引入或引出直流电压和直流电流。功能：引入

10、或引出直流电压和直流电流。组成：电刷、刷盒、刷杆和刷杆座等。组成：电刷、刷盒、刷杆和刷杆座等。1 1刷盒（刷握）刷盒（刷握）2 2电刷电刷 3 3压紧弹簧压紧弹簧 4 4导电绞线（刷辫）导电绞线（刷辫）电刷放在刷盒内，用弹簧压紧，使电刷与换向器之间有良好电刷放在刷盒内，用弹簧压紧，使电刷与换向器之间有良好的滑动接触，刷盒固定在刷杆上，刷杆装在圆环形的刷杆座上，的滑动接触，刷盒固定在刷杆上，刷杆装在圆环形的刷杆座上，相互之间相互之间必须绝缘必须绝缘。刷杆座装在端盖或轴承内盖上，其圆周位置。刷杆座装在端盖或轴承内盖上，其圆周位置调整好以后加以固定。调整好以后加以固定。11 （2 2）转子（电枢）转

11、子（电枢）功能：功能：产生感应电动势与电磁转矩产生感应电动势与电磁转矩。组成：电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴和风扇等。组成：电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴和风扇等。12 1 1）电枢铁心）电枢铁心 功能：作为功能：作为主磁路的主要部分主磁路的主要部分且用于且用于嵌放电枢绕组嵌放电枢绕组。电枢铁心采用厚电枢铁心采用厚0.5mm0.5mm的硅钢冲片叠压而成，以降低电机运行的硅钢冲片叠压而成，以降低电机运行时电枢铁心中产生的涡流损耗和磁滞损耗。时电枢铁心中产生的涡流损耗和磁滞损耗。叠成的铁心固定在转轴或转子支架上。叠成的铁心固定在转轴或转子支架上。铁心的外圆开有电枢槽，槽内嵌放电枢绕组。铁心的外

12、圆开有电枢槽，槽内嵌放电枢绕组。2 2）电枢绕组）电枢绕组 功能：功能：产生电磁转矩和感应电动势产生电磁转矩和感应电动势，它是直流电机进行能量，它是直流电机进行能量变换的关键部件，故名变换的关键部件，故名电枢电枢。电枢绕组由许多采用高强度漆包线或玻璃丝包扁铜线绕成的电枢绕组由许多采用高强度漆包线或玻璃丝包扁铜线绕成的线圈按一定规律连接而成，线圈与铁心之间以及上下两层线圈边线圈按一定规律连接而成，线圈与铁心之间以及上下两层线圈边之间须妥善绝缘。之间须妥善绝缘。槽口用槽楔固定线圈以防离心力将其甩出槽外。槽口用槽楔固定线圈以防离心力将其甩出槽外。线圈伸出槽外的端接部分用热固性无纬玻璃带绑扎。线圈伸出

13、槽外的端接部分用热固性无纬玻璃带绑扎。13 3 3）换向器）换向器 功能：将外加直流电源转换为电枢线圈中的交变电流，功能：将外加直流电源转换为电枢线圈中的交变电流，使电磁转矩的方向恒定不变使电磁转矩的方向恒定不变。换向器由许多换向片组成圆柱体，换向片之间用云母片换向器由许多换向片组成圆柱体，换向片之间用云母片绝缘。绝缘。1 1V V形套管形套管 2 2云母片云母片 3 3换向片换向片 4 4换向片换向片 14 2 2、直流电动机的型号、直流电动机的型号 国产电机型号一般采用国产电机型号一般采用大写拼音字母大写拼音字母和和阿拉伯数字阿拉伯数字表示。表示。第一部分用大写的拼音字母表示产品代号第一部

14、分用大写的拼音字母表示产品代号；Z Z系列：一般用途直流电动机（如系列：一般用途直流电动机（如Z2Z2、Z3Z3、Z4Z4等系列）；等系列）；ZYZY系列：永磁直流电机；系列：永磁直流电机；ZJZJ系列：精密机床用直流电机；系列：精密机床用直流电机；ZTZT系列：广调速直流电动机；系列：广调速直流电动机；ZQZQ系列：直流牵引电动机；系列：直流牵引电动机；ZHZH系列：船用直流电动机；系列：船用直流电动机；ZAZA系列：防爆安全型直流电动机；系列：防爆安全型直流电动机；ZKJZKJ系列：挖掘机用直流电动机；系列：挖掘机用直流电动机；ZZJZZJ系列：冶金起重机用直流电动机。系列：冶金起重机用直

15、流电动机。第二部分用阿拉伯数字表示设计序号第二部分用阿拉伯数字表示设计序号；第三部分用阿拉伯数字表示机座代号第三部分用阿拉伯数字表示机座代号；第四部分用阿拉伯数字表示电枢铁心长度代号第四部分用阿拉伯数字表示电枢铁心长度代号。举例：举例：Z4Z4-112/2112/2-1 1：Z Z直流电动机，直流电动机，4 4设计序号（第四次改型设计），设计序号（第四次改型设计），112112机座中心高（机座中心高（mm mm），），2 2极数，极数，1 1电枢铁心长度代号。电枢铁心长度代号。15 3 3、直流电动机的参数、直流电动机的参数 （1 1）额定功率额定功率（容量）（容量）指直流电动机长期使用时轴上

16、允许输出的机械功率（指直流电动机长期使用时轴上允许输出的机械功率（KWKW）。）。（2 2）额定电压额定电压 指直流电动机在额定条件下运行时从电刷两端施加给电动机指直流电动机在额定条件下运行时从电刷两端施加给电动机的输入电压（的输入电压（V V）。）。（3 3）额定电流额定电流 指直流电动机在额定电压下输出额定功率时长期运转允许输指直流电动机在额定电压下输出额定功率时长期运转允许输入的工作电流（入的工作电流（A A）。）。（4 4）额定转速额定转速 指直流电动机在额定工况下（额定功率、额定电压、额定电指直流电动机在额定工况下（额定功率、额定电压、额定电流）运转时转子的转速（流）运转时转子的转速

17、（r/minr/min）。直流电动机铭牌有低、高两种）。直流电动机铭牌有低、高两种转速，低转速是基本转速，高转速是最高转速。转速，低转速是基本转速，高转速是最高转速。（5 5）励磁方式）励磁方式 指励磁绕组的供电方式。通常有自励、他励和复励三种。指励磁绕组的供电方式。通常有自励、他励和复励三种。16 （6 6）励磁电压）励磁电压 指励磁绕组供电的电压值（指励磁绕组供电的电压值（V V）。一般有）。一般有110V110V、220V220V等。等。（7 7）励磁电流）励磁电流 在额定励磁电压下，励磁绕组中所流通的电流大小。单位是在额定励磁电压下，励磁绕组中所流通的电流大小。单位是A A。（8 8）

18、额定温升额定温升 指直流电动机在额定工况下运行时所允许的工作温度与环境指直流电动机在额定工况下运行时所允许的工作温度与环境温度的差值（温度的差值（o oC C）。）。（9 9）工作制（定额）工作制（定额）指直流电动机的工作方式。一般分为连续制（指直流电动机的工作方式。一般分为连续制（S1S1）、断续制）、断续制(S2(S2-S10)S10)。（1010）绝缘等级绝缘等级 指直流电动机制造时所用绝缘材料的耐热等级。一般有指直流电动机制造时所用绝缘材料的耐热等级。一般有B B级、级、F F级、级、H H级和级和C C级等。级等。17 4 4、直流电动机的励磁方式、直流电动机的励磁方式 直流电机的励

19、磁方式是指对励磁绕组供电而产生励磁磁动势直流电机的励磁方式是指对励磁绕组供电而产生励磁磁动势从而建立主磁场的方式。从而建立主磁场的方式。直流电机的励磁方式直流电机的励磁方式 18 （1 1）他励）他励 如图（如图（a a）所示。由其他直流电源对励磁绕组供电而励磁绕组）所示。由其他直流电源对励磁绕组供电而励磁绕组与电枢绕组无连接关系的直流电机称为他励直流电机。与电枢绕组无连接关系的直流电机称为他励直流电机。图中图中M M表示电动机，若为发电机，则用表示电动机，若为发电机，则用G G表示。表示。永磁直流电机也可看作他励直流电机。永磁直流电机也可看作他励直流电机。（2 2）并励）并励 如图（如图（b

20、 b）所示。并励直流电机的励磁绕组与电枢绕组相并联。）所示。并励直流电机的励磁绕组与电枢绕组相并联。并励发电机：电机本身发出来的端电压为励磁绕组供电。并励发电机：电机本身发出来的端电压为励磁绕组供电。并励电动机：励磁绕组与电枢共用同一电源，从性能上讲与并励电动机：励磁绕组与电枢共用同一电源，从性能上讲与他励直流电动机相同。他励直流电动机相同。（3 3）串励）串励 如图（如图（c c）所示。）所示。串励直流电机的励磁绕组与电枢绕组串联后，再接直流电源。串励直流电机的励磁绕组与电枢绕组串联后，再接直流电源。这种直流电机的励磁电流就是电枢电流。这种直流电机的励磁电流就是电枢电流。19 （4 4）复励

21、）复励 如图（如图（d d）所示。复励直流电机有并励和串励两个励磁绕组。）所示。复励直流电机有并励和串励两个励磁绕组。若串励绕组产生的磁动势与并励绕组产生的磁动势方向相同称为若串励绕组产生的磁动势与并励绕组产生的磁动势方向相同称为积复励。若两个磁动势方向相反，则称为差复励。积复励。若两个磁动势方向相反，则称为差复励。直流电动机的主要励磁方式是并励式、串励式和复励式。直流电动机的主要励磁方式是并励式、串励式和复励式。直流发电机的主要励磁方式是他励式、并励式和和复励式。直流发电机的主要励磁方式是他励式、并励式和和复励式。（5 5）永磁）永磁 永磁直流电动机采用永久磁铁作为励磁，可用于直流伺服电永磁直流电动机采用永久磁铁作为励磁，可用于直流伺服电机，其体积小、结构简单、工作可靠，目前永磁直流电机从小功机，其体积小、结构简单、工作可靠，目前永磁直流电机从小功率到大功率均有应用。率到大功率均有应用。其机械特性类似于并励电机。其机械特性类似于并励电机。