《電機學(xué)直流電動機》課件

電機學(xué)直流電動機直流電動機是將電能轉(zhuǎn)換為機械能的設(shè)備，在工業(yè)和日常生活中應(yīng)用廣泛。本課件將深入講解直流電動機的結(jié)構(gòu)、工作原理、特性和應(yīng)用等方面的知識。學(xué)習(xí)目標(biāo)直流電動機的基本概念了解直流電動機的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和基本參數(shù)，為深入學(xué)習(xí)直流電動機打下基礎(chǔ)。直流電動機的性能分析掌握直流電動機的轉(zhuǎn)矩、速度、功率等性能指標(biāo)的計算方法，并能夠分析直流電動機的性能特性。直流電動機的應(yīng)用了解直流電動機在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，例如工業(yè)自動化、交通運輸、醫(yī)療設(shè)備等。直流電動機的維護與故障診斷學(xué)習(xí)直流電動機的維護保養(yǎng)方法，以及常見故障的診斷和處理。直流電動機的基本結(jié)構(gòu)電樞電樞是直流電動機的旋轉(zhuǎn)部分，由電樞鐵芯、電樞繞組和換向器組成。電樞鐵芯用于提供磁路，電樞繞組用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，換向器用于將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。磁場磁場是由定子繞組產(chǎn)生的，定子繞組固定在電動機外殼上。定子繞組可以是串勵、并勵或復(fù)合勵磁，不同的勵磁方式會影響電動機的性能。軸承軸承用于支撐轉(zhuǎn)子，并允許其自由旋轉(zhuǎn)。軸承通常是滾珠軸承或滑動軸承，不同的軸承類型具有不同的摩擦系數(shù)和使用壽命。直流電動機的工作原理1電磁感應(yīng)當(dāng)電流通過線圈時，會在線圈周圍產(chǎn)生磁場。2電磁力當(dāng)線圈置于磁場中時，會受到電磁力的作用，導(dǎo)致線圈轉(zhuǎn)動。3旋轉(zhuǎn)運動線圈的轉(zhuǎn)動會帶動轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)機械功的輸出。電樞回路和磁場回路1電樞回路電樞回路包括電樞繞組、電刷和換向器。2磁場回路磁場回路由勵磁繞組和磁極組成。3工作原理電樞回路中的電流在磁場的作用下產(chǎn)生電磁力，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。4電流方向電樞回路電流方向與磁場方向相互垂直，產(chǎn)生電磁力。轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生及表達式直流電動機轉(zhuǎn)矩是電動機輸出的力矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)矩公式T=kΦIak電動機結(jié)構(gòu)常數(shù)Φ磁通量Ia電樞電流電機轉(zhuǎn)矩和功率的關(guān)系電機轉(zhuǎn)矩和功率是兩個密切相關(guān)的參數(shù)，它們反映了電機運行時的力學(xué)特性。電機轉(zhuǎn)矩是指電機輸出的力矩大小，它決定了電機帶動負載的能力。電機功率是指電機輸出的機械能，它反映了電機單位時間內(nèi)完成的功。1轉(zhuǎn)矩電機轉(zhuǎn)矩決定了電機帶動負載的能力。1功率電機功率反映了電機單位時間內(nèi)完成的功。1關(guān)系電機轉(zhuǎn)矩和功率的關(guān)系是：功率等于轉(zhuǎn)矩乘以轉(zhuǎn)速。1應(yīng)用了解電機轉(zhuǎn)矩和功率的關(guān)系，可以幫助我們選擇合適的電機，并優(yōu)化電機運行效率。電機的速度特性1空載速度電機無負載運行時的轉(zhuǎn)速2負載速度電機在負載條件下的轉(zhuǎn)速3速度特性曲線反映電機轉(zhuǎn)速隨負載變化的關(guān)系速度特性是直流電動機的重要特性之一，它反映了電機轉(zhuǎn)速隨負載變化的關(guān)系。直流電動機的速度特性曲線通常呈下降趨勢，即負載越大，轉(zhuǎn)速越低。電機的機械特性1負載轉(zhuǎn)矩負載轉(zhuǎn)矩是指電機驅(qū)動負載旋轉(zhuǎn)所需的轉(zhuǎn)矩，它與負載的性質(zhì)和轉(zhuǎn)速有關(guān)。2電機轉(zhuǎn)速電機轉(zhuǎn)速是指電機轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，它與電機輸入電壓、勵磁電流和負載轉(zhuǎn)矩等因素有關(guān)。3機械特性曲線機械特性曲線是指電機轉(zhuǎn)速與負載轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系曲線，它反映了電機在不同負載下的性能。不同的電機類型，其機械特性曲線也不同，例如串勵式電機具有較高的起動轉(zhuǎn)矩，但其轉(zhuǎn)速下降較快；而分勵式電機則具有較平穩(wěn)的轉(zhuǎn)速特性，但其起動轉(zhuǎn)矩較小。理解電機的機械特性曲線對于選擇合適的電機類型和控制電機的運行狀態(tài)至關(guān)重要。電機的調(diào)速方法改變勵磁電流勵磁電流的變化會影響磁場強度，進而影響轉(zhuǎn)速。對于直流電動機，可以通過改變勵磁繞組的電流來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。改變電樞電壓通過改變電樞回路中的電壓，可以調(diào)節(jié)電樞電流，從而改變轉(zhuǎn)速。常用的方法包括調(diào)節(jié)電源電壓或使用調(diào)速器控制電樞電壓。改變負載負載的變化會影響電機轉(zhuǎn)速。增加負載會導(dǎo)致轉(zhuǎn)速下降，減輕負載則會導(dǎo)致轉(zhuǎn)速上升?？梢酝ㄟ^控制負載來調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速。使用串聯(lián)電阻在電樞回路中串聯(lián)一個電阻，可以降低電樞電流，進而降低轉(zhuǎn)速。這種方法適用于需要低轉(zhuǎn)速或需要降低電機啟動電流的情況。直流電動機的勵磁方式勵磁方式直流電動機的勵磁方式是指勵磁繞組的電流來源及連接方式。常見勵磁方式有獨立勵磁、他勵、串勵、并勵、復(fù)勵。勵磁方式影響電機速度特性、轉(zhuǎn)矩特性、效率、成本等因素。選擇合適勵磁方式，可滿足不同應(yīng)用需求。分勵式和串勵式電動機分勵式電動機勵磁繞組獨立于電樞回路，勵磁電流由獨立的電源供給。勵磁繞組可以是直流電源也可以是交流電源經(jīng)過整流后供電。串勵式電動機勵磁繞組串聯(lián)在電樞回路中，勵磁電流與電樞電流相同。串勵式電動機在啟動時具有較大的啟動轉(zhuǎn)矩，但空載時轉(zhuǎn)速會很高，容易失控。分勵式電動機的特性分勵式電動機是指定子繞組和電樞繞組分別由獨立電源供電的直流電動機。分勵式電動機具有以下特性：1.速度調(diào)節(jié)范圍廣，可以實現(xiàn)平穩(wěn)的無級調(diào)速，適合用于需要精確調(diào)速的場合。2.效率高，因為定子磁場不受電樞電流的影響，所以磁場損耗較低。3.啟動轉(zhuǎn)矩大，可以滿足較大的負載啟動要求。4.結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，維護難度較大。串勵式電動機的特性串勵式電動機是指勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)連接的直流電動機。這種電動機具有以下特性：起動轉(zhuǎn)矩大，適用于起動負荷較大的場合。但其轉(zhuǎn)速變化較大，在無負載的情況下，轉(zhuǎn)速會很高，甚至?xí)_到危險速度，因此需要進行有效的轉(zhuǎn)速控制。在負載增加時，轉(zhuǎn)速下降明顯，并且效率較低。電動機的功率損耗電動機在工作過程中，不可避免地會產(chǎn)生各種能量損耗，導(dǎo)致輸入功率與輸出功率之間存在差距。這些損耗主要包括銅損、鐵損、機械損耗和附加損耗等。10%銅損電流流過電樞繞組和勵磁繞組產(chǎn)生的熱量。5%鐵損磁場在鐵芯中交變產(chǎn)生的磁滯損耗和渦流損耗。2%機械損耗軸承摩擦、風(fēng)扇散熱等產(chǎn)生的能量損耗。1%附加損耗其他零散的能量損耗，如刷子接觸損耗等。電機的熱特性與溫升溫升電機運行時，其內(nèi)部元件溫度升高與環(huán)境溫度之差允許溫升電機在正常工作條件下允許達到的最高溫升過熱電機溫升超過允許溫升，可能導(dǎo)致絕緣老化、性能下降甚至燒毀直流電動機的冷卻方式風(fēng)冷使用風(fēng)扇或鼓風(fēng)機將冷空氣吹過電機，帶走熱量。常見于小型直流電動機。水冷利用水循環(huán)帶走電機產(chǎn)生的熱量，適用于大功率直流電動機。散熱片利用散熱片增加散熱面積，提高熱量散失效率。適用于中等功率直流電動機。直流電動機的機械結(jié)構(gòu)直流電動機的機械結(jié)構(gòu)主要包括：機座、定子、轉(zhuǎn)子、軸承、刷架和換向器等。機座通常由鑄鐵或鋼板制成，用以支撐整個電機，并作為定子的基礎(chǔ)。定子由磁極、磁軛和勵磁繞組組成，用來產(chǎn)生磁場。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)軸、電樞芯、電樞繞組和換向器組成，是直流電動機的旋轉(zhuǎn)部分。直流電動機的主要參數(shù)直流電動機的參數(shù)主要包括額定電壓、額定電流、額定功率、額定轉(zhuǎn)速、額定轉(zhuǎn)矩以及效率等。這些參數(shù)對電動機的選擇和應(yīng)用至關(guān)重要。220V額定電壓通常為220V或380V，取決于應(yīng)用場景。10A額定電流反映了電機在額定負載下的工作電流。1.5KW額定功率電機在額定負載下所能輸出的機械功率。1500RPM額定轉(zhuǎn)速電機在額定負載下所能達到的轉(zhuǎn)速。除了這些基本參數(shù)，還有一些其他重要參數(shù)，如效率、絕緣等級、防護等級、重量等，需要根據(jù)具體應(yīng)用場景選擇合適的電動機。直流電動機的選型負載特性負載的類型、功率和轉(zhuǎn)速要求決定了電動機的選擇。例如，輕負載需要小型電機，而重負載需要大功率電機。工作環(huán)境環(huán)境溫度、濕度和振動等因素影響電機的選擇。高溫環(huán)境下需要耐高溫電機，而潮濕環(huán)境下需要防潮電機?？刂埔蟛煌目刂菩枨髸绊戨姍C類型的選擇。例如，需要精確控制的應(yīng)用可以選擇調(diào)速電機。成本和效率成本和效率是選擇電機的關(guān)鍵因素。高效電機可以降低運行成本，但價格可能更高。直流電動機的安裝調(diào)試準(zhǔn)備工作仔細檢查電機和附件，確保完好無損，并做好必要的清潔工作。安裝電機將電機固定在機架上，并調(diào)整好位置，確保電機運行平穩(wěn)。連接電源將電源線連接到電機，并確保接線正確，避免發(fā)生短路或過載。調(diào)試電機先進行空載試運行，觀察電機運行是否正常，如有問題及時進行調(diào)整。負載測試逐漸增加負載，觀察電機運行情況，確保電機能夠正常工作。直流電動機的維護保養(yǎng)11.定期檢查定期檢查電動機，確保各部件正常運行，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。22.清潔維護保持電動機清潔，防止灰塵和油污堆積，影響散熱和絕緣性能。33.潤滑保養(yǎng)定期對軸承、齒輪等部件進行潤滑，降低磨損，延長使用壽命。44.絕緣測試定期進行絕緣測試，確保絕緣良好，防止短路或漏電。直流電動機的故障診斷常見故障直流電動機的常見故障包括：電樞繞組開路或短路，磁場繞組開路或短路，電刷磨損，換向器故障，軸承磨損，以及過載或過熱等。診斷方法診斷直流電動機故障可以采用多種方法：目視檢查，用萬用表測量電阻，使用示波器觀察波形，以及測試電動機的負載特性等。直流電動機的應(yīng)用領(lǐng)域11.工業(yè)自動化直流電動機廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化領(lǐng)域，如機器人、自動化生產(chǎn)線、機床等。22.交通運輸直流電動機作為驅(qū)動電機，在電動汽車、電動火車、電動船舶等交通運輸領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。33.家用電器直流電動機應(yīng)用于各種家用電器，如洗衣機、冰箱、吸塵器、空調(diào)等。44.其他領(lǐng)域直流電動機還應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備、航空航天、軍事裝備等其他領(lǐng)域。小型直流電動機的特點體積小，重量輕小型直流電動機體積小巧，便于安裝在狹窄的空間內(nèi)，重量輕便于移動和運輸，適合用于移動設(shè)備和小型機器。結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉小型直流電動機結(jié)構(gòu)簡單，制造工藝成熟，生產(chǎn)成本較低，適合于大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。效率較高，響應(yīng)速度快小型直流電動機效率較高，能量轉(zhuǎn)化率高，響應(yīng)速度快，能夠快速啟動和停止，適合于需要快速控制的場合。應(yīng)用廣泛，領(lǐng)域多樣小型直流電動機廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，例如玩具、模型、醫(yī)療器械、家用電器等等，滿足各種不同需求。大功率直流電動機的特點功率輸出高大功率直流電動機可提供高功率輸出，滿足高負載要求。它們被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)線、起重機和礦山設(shè)備等領(lǐng)域。結(jié)構(gòu)堅固大功率直流電動機的結(jié)構(gòu)更加堅固，以承受高負載和惡劣工作環(huán)境。它們通常采用高強度材料和精密制造工藝。效率較高大功率直流電動機通常具有更高的效率，減少能量損耗，降低運營成本。同時，高效的能量轉(zhuǎn)換也意味著更環(huán)保的運作?？刂旗`活大功率直流電動機通?？梢詫崿F(xiàn)靈活的控制，例如速度控制、轉(zhuǎn)矩控制和制動控制。這使得它們能夠適應(yīng)各種應(yīng)用需求。稀土永磁直流電動機稀土永磁直流電動機以其高效率、高功率密度和低能耗而著稱。它采用稀土永磁材料作為磁場勵磁，具有體積小、重量輕、轉(zhuǎn)速快、性能穩(wěn)定等優(yōu)點。這些特性使得稀土永磁直流電動機廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，例如汽車、機器人、航空航天等。直流電動機的發(fā)展趨勢效率提升提高能量轉(zhuǎn)換效率，減少能源損耗，降低運行成本。智能控制采用智能控制技術(shù)，實現(xiàn)精準(zhǔn)控制，優(yōu)化運行性能。小型化開發(fā)體積更小、重量更輕的直流電動機，滿足小型化設(shè)備的需求。綠色環(huán)保使用環(huán)保材料，減少污染排放，符合可