直流电机的基本工作原理与结构.pptx

直流电机的基本工作原理与结构,1.1 直流电机的基本工作原理与结构1.1.1 直流电机的基本工作原理 直流电机分为直流电动机和直流发电机两大类，其工作原理可通过直流电机的简化模型进行说明。,1.直流发电机的工作原理,图1.1为直流发电机的简化模型。图中N,S为固定不动的定子磁极，abcd是固定在可旋转导磁圆柱体上的转子线圈，线圈的首端a，末端d连接到两个相互绝缘并可随线圈一同转动的导电换向片上。转子线圈与外电路的连接是通过放置在换向片上固定不动的电刷实现的。在定子与转子间有间隙存在，称其为气隙。,图1.1 直流发电机模型,原动机拖动转子旋转,直流发电机的工作原理,当有原动机拖动转子以一定的转速逆时针旋转时，根据法拉第电磁感应定律发电机原理可知，在切割磁场的线圈abcd中将产生感应电动势。两条有效边导体产生的感应电动势大小应为;e=Bx l v（1-1）若Bx、l、v在空间相互垂直，则e的大小等于三者的乘积，感应电动势方向由右手定则确定。式中Bx为导体所在处的磁通密度，单位为Wb/m.m；L为导体ab或cd的有效长度，单位为m；v为导体ab或cd与Bx间的相对线速度，单位为m/s；e为导体感应电动势，单位为V。,直流发电机的工作原理,导体中感应电动势的方向可用右手定则确定。在逆时针旋转情况下，如图1.1（a）所示，导体ab在N极下，产生的感应电动势极性为a点高电位，b点低电位；导体cd在S极下，感应电动势的极性为c点高电位，d点低电位，在此状态下电刷A的极性为正，电刷B的极性为负。当线圈旋转180，如图1.1（b），导体ab在S极下，感应电动势的极性为a点低电位，b点高电位，而导体cd则在N极下，感应电动势的极性为c点低电位，d点高电位，此时虽然导体中的感应电动势方向已改变，但由于原来与电刷A接触的换向片已经与电刷B接触，而与电刷B接触的换向片同时换到与电刷A接触，因此电刷A的极性仍为正，电刷B的极性仍为负。从图1.1中可看出，导体ab和cd中感应电动势方向是交变的，而和电刷A接触的导体总是位于N极下，和电刷B接触的导体总是在S极下，因此电刷A的极性总为正，而电刷B的极性总为负，在电刷两端可获得直流电动势输出。感应电动势的方向由两个因素决定；1，导体的运动方向，2，气隙磁场的极性。改变其中之一就可以改变感应电动势的方向。,2.直流电动机的工作原理,若把电刷A,B接到一直流电源上，电刷A接电源的正极，电刷B接电源的负极，此时在电枢线圈中将有电流流过。如图1.2（a）所示为直流电动机的简化模型。,图1.2 直流电动机的模型,直流电动机,位于N极下线圈ab边和位于S极下线圈的cd边通以直流电流i，根据安培电磁力定律 电动机原理可知，导体中产生电磁力F的大小应为；FBx l i（1-2）若B、i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。式中Bx为导体所在处的磁通密度，单位为Wbm.m；L为导体ab或cd的有效长度，单位为m；i为导体中流过的电流，单位为A；F为电磁力，单位为N。,在图1.2（a）的情况下，位于N极下的导体ab受力方向为从右向左，而位于S极下的导体cd受力方向为从左向右。该电磁力与转子半径之积即为电磁转矩，该转矩的方向为逆时针。当电磁转矩大于阻转矩时，线圈按逆时针方向旋转。当电枢旋转到图1.2（b）所示位置时，原位于S极下的导体cd转到N极下，其受力方向变为从右向左；而原位于N极下的导体ab转到S极下，导体ab受力方向变为从左向右，该转矩的方向仍为逆时针方向，线圈在此转矩作用下继续按逆时针方向旋转。这样虽然导体中流通的电流为交变的，但N极下的导体受力方向和S极下导体所受力的方向并未发生变化，电动机在此方向不变的转矩作用下转动。电刷的作用是把直流电变成线圈中的交变的电流。电磁力F的方向由两个因素决定；1，导体中的电流方向，2，气隙磁场的极性。改变其中之一就可以改变电磁力F的方向。,同一台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，即电磁的相互作用，电枢电动势和电磁转矩是同时存在的。发电机：带上负载后，在输出电功率同时导体元件中产生的电流与磁场相互作用，根据电磁力定理产生电磁转矩，其方向与发电机的转速方向相反，阻碍发电机旋转，是制动转矩，原动机要输入足够大的拖动转矩来克服制动转矩，使发电机转速稳定，实现把机械能转化为电能输出。电动机：轴上输出机械功率同时导体元件在主极下运动，根据电磁感应定理产生电动势，其方向与电流方向相反，阻碍电流输入，是反电动势，外加电源电压必须大于反电动势，才能把电流灌入电动机，实现把电能转化为机械能输出。电磁感应定律发电机原理;右手定则 电磁力定律 电动机原理;左手定则,左动右发,1.1.2 直流电机的基本结构,直流电机由定