《電氣直流電機》課件

電氣直流電機直流電機是現(xiàn)代工業(yè)中應(yīng)用廣泛的電機之一，在各種機械設(shè)備中發(fā)揮著重要作用。從汽車到家用電器，直流電機都為我們的日常生活提供了動力。電氣直流電機概述概述直流電機是將直流電能轉(zhuǎn)換為機械能的旋轉(zhuǎn)電機。應(yīng)用廣泛應(yīng)用于電動汽車、工業(yè)機器人、家用電器等領(lǐng)域。結(jié)構(gòu)簡單直流電機結(jié)構(gòu)相對簡單，易于控制和維護。高效節(jié)能直流電機效率高，能耗低，符合環(huán)保要求。直流電機的基本結(jié)構(gòu)直流電機由定子和轉(zhuǎn)子組成。定子是電機中不轉(zhuǎn)動的部分，主要包括磁極和磁場線圈。轉(zhuǎn)子是電機中旋轉(zhuǎn)的部分，主要包括電樞和換向器。電樞是轉(zhuǎn)子上的線圈，通過電流產(chǎn)生磁場，與定子磁場相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。換向器是轉(zhuǎn)子上的導電環(huán)，用來改變電樞電流方向，保證電機持續(xù)旋轉(zhuǎn)。直流電機的工作原理1電流通過電樞電流通過電樞繞組，產(chǎn)生電磁場。2磁場相互作用電樞繞組產(chǎn)生的磁場與定子磁場相互作用，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩。3電機轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)力矩驅(qū)動電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，從而輸出機械能。直流電機的分類按勵磁方式分類直流電機按勵磁方式可以分為他勵、自勵、并勵、串勵和復合勵磁電機。他勵電機勵磁繞組由獨立電源供電，自勵電機勵磁繞組由電樞電流供電，并勵電機勵磁繞組與電樞并聯(lián)，串勵電機勵磁繞組與電樞串聯(lián)，復合勵磁電機同時采用兩種勵磁方式。按結(jié)構(gòu)分類直流電機按結(jié)構(gòu)可以分為有刷直流電機和無刷直流電機。有刷直流電機使用電刷和換向器，無刷直流電機使用電子換向器，無需電刷和換向器。按用途分類直流電機按用途可以分為工業(yè)用直流電機、家用電器用直流電機、汽車用直流電機和航空航天用直流電機等。直流電機的特性轉(zhuǎn)速特性直流電機轉(zhuǎn)速受負載電流影響,負載越大,轉(zhuǎn)速越低。負載特性直流電機負載能力有限,負載過大可能會導致電機過熱或損壞。效率特性直流電機的效率隨負載變化,通常在額定負載附近效率最高。直流電機控制系統(tǒng)直流電機控制系統(tǒng)是指對直流電機進行控制的裝置，通常包含傳感器、控制器和執(zhí)行器。傳感器用來檢測電機的運行狀態(tài)，例如速度、電流和位置等?？刂破鞲鶕?jù)檢測到的信息，發(fā)出控制信號給執(zhí)行器，例如改變電機電壓或電流，來控制電機的運行狀態(tài)。1傳感器檢測電機運行狀態(tài)2控制器發(fā)出控制信號3執(zhí)行器改變電機電壓或電流直流電機控制系統(tǒng)的功能是實現(xiàn)對電機的速度控制、轉(zhuǎn)矩控制、位置控制等，以滿足不同的應(yīng)用需求。直流電機的速度控制控制方法直流電機速度控制主要通過調(diào)節(jié)電樞電壓或勵磁電流實現(xiàn)。電樞電壓控制方法簡單易行，但效率較低。勵磁電流控制方法效率高，但控制精度較低。速度反饋為了實現(xiàn)精確的速度控制，需要使用速度傳感器進行反饋，并將實際速度與設(shè)定速度進行比較，以控制電機的運行速度?？刂葡到y(tǒng)直流電機速度控制系統(tǒng)通常包括電機、控制電路、傳感器和反饋回路等。控制電路根據(jù)設(shè)定速度和反饋信號，調(diào)整電機的電壓或電流，實現(xiàn)速度控制。直流電機的轉(zhuǎn)矩控制1轉(zhuǎn)矩控制原理電機轉(zhuǎn)矩與電流成正比。2控制方法電流控制，電壓控制，PWM控制。3控制系統(tǒng)反饋系統(tǒng)，PID控制，模糊控制。4應(yīng)用場景負載變化，速度穩(wěn)定，精度控制。電機轉(zhuǎn)矩控制是直流電機控制系統(tǒng)的重要組成部分，用于控制電機輸出的轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)對負載的精準控制。直流電機的編碼器功能與作用編碼器將電機軸的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為電信號，用于控制和反饋。提供電機轉(zhuǎn)速、位置、角度等信息，實現(xiàn)精確控制。類型增量式編碼器：僅輸出脈沖信號，用于測量相對位置變化。絕對式編碼器：輸出絕對位置信息，用于確定電機軸的絕對位置。安裝編碼器通常安裝在電機軸上，通過連接器連接到控制系統(tǒng)。選擇合適的安裝方式，確保編碼器與電機軸的精確配合。應(yīng)用直流電機編碼器廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、機器人控制、精密儀器等領(lǐng)域。提高電機控制精度，實現(xiàn)更精確的運動控制和定位。直流電機的供電方式1直流電源直流電源是直流電機最常見的供電方式。直流電源可以是電池、發(fā)電機或整流器。2交流電源交流電源可以通過整流器轉(zhuǎn)換為直流電源，為直流電機供電。3太陽能電池太陽能電池可以將太陽能轉(zhuǎn)換為直流電，為直流電機供電。4燃料電池燃料電池可以將化學能轉(zhuǎn)換為電能，為直流電機供電。直流電機的驅(qū)動電路功率器件驅(qū)動電路的核心組件，負責將控制信號轉(zhuǎn)換為高功率電流，驅(qū)動直流電機運轉(zhuǎn)?？刂齐娐坟撠熃邮諄碜钥刂葡到y(tǒng)或用戶的指令，生成控制信號，調(diào)節(jié)電機速度和轉(zhuǎn)矩。保護電路防止電機過載、過熱或短路等故障，保護電機和驅(qū)動電路的安全。反饋電路提供電機運行狀態(tài)的反饋信息，例如速度、電流和位置，幫助控制系統(tǒng)精確控制電機。永磁直流電機11.結(jié)構(gòu)簡單永磁直流電機結(jié)構(gòu)簡單，沒有電刷，維護方便。22.高效節(jié)能永磁直流電機效率高，能耗低，適合用于節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域。33.起動轉(zhuǎn)矩大永磁直流電機具有較大的起動轉(zhuǎn)矩，適合用于需要快速啟動的應(yīng)用場合。44.響應(yīng)速度快永磁直流電機響應(yīng)速度快，可以實現(xiàn)精準的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩控制。無刷直流電機結(jié)構(gòu)無刷直流電機由定子、轉(zhuǎn)子、控制器組成。定子包含繞組，轉(zhuǎn)子包含永磁體，控制器用來控制電機的轉(zhuǎn)動。優(yōu)點無刷直流電機比有刷電機效率更高，壽命更長，噪音更低。它也更能抵抗高溫和震動。永磁同步直流電機永磁體提供磁場，無需勵磁繞組，效率更高。同步運行轉(zhuǎn)子磁場與定子磁場同步旋轉(zhuǎn)，控制精度高。電子換向通過電子控制方式實現(xiàn)換向，無機械磨損。高效率結(jié)構(gòu)簡單，損耗低，能效高。步進電機步進電機簡介步進電機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。它能夠?qū)⑤斎氲拿}沖信號轉(zhuǎn)換為精確的旋轉(zhuǎn)角度，具有定位精度高、響應(yīng)速度快、控制簡單等特點。步進電機類型常見的步進電機類型包括單相步進電機、雙相步進電機和混合步進電機。不同類型步進電機在性能和應(yīng)用方面有所區(qū)別。步進電機應(yīng)用步進電機廣泛應(yīng)用于機床、自動化設(shè)備、打印機、數(shù)控機床等領(lǐng)域，并發(fā)揮著重要的作用。步進電機優(yōu)勢與傳統(tǒng)電機相比，步進電機具有定位精度高、控制簡單、響應(yīng)速度快、成本低廉等優(yōu)勢。直流電機的選型電機類型選擇直流電機的類型多種多樣，需要根據(jù)實際應(yīng)用需求選擇合適的類型，例如永磁直流電機、無刷直流電機等。參數(shù)匹配根據(jù)應(yīng)用需求，選擇符合電壓、電流、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等參數(shù)要求的電機。安裝尺寸和方式考慮安裝尺寸和方式，確保電機能夠在設(shè)備上安裝并正常運行?？煽啃院蛪勖x擇可靠性高、壽命長的電機，保證設(shè)備長期穩(wěn)定運行。直流電機的安裝與調(diào)試1安裝準備檢查電機型號、規(guī)格和參數(shù)。2安裝電機將電機固定在底座或支架上。3連接電源接通電源線，并檢查連接的正確性。4調(diào)試電機運行電機，并檢查其性能是否符合要求。安裝完成后，需要對電機進行調(diào)試。調(diào)試過程中，需要檢查電機的運行狀態(tài)，并根據(jù)情況進行調(diào)整。直流電機的維護與保養(yǎng)定期清潔定期清潔電機表面，避免灰塵和油污積聚，影響散熱和運行穩(wěn)定性。潤滑保養(yǎng)定期對電機軸承進行潤滑，保證電機轉(zhuǎn)動順暢，延長使用壽命。定期檢查定期檢查電機電刷、碳刷、定子線圈等部件磨損情況，及時更換磨損部件。故障維修發(fā)現(xiàn)電機故障及時維修，避免小故障演變成大故障，影響生產(chǎn)效率。直流電機的故障診斷11.視覺檢查檢查電機的外觀，是否有燒焦的痕跡或損壞的部件。22.測量電壓用萬用表測量電機繞組的電壓，判斷是否斷路或短路。33.測量電流測量電機運行時的電流，判斷電機是否過載或短路。44.測量電阻測量電機繞組的電阻，判斷繞組是否斷路或短路。直流電機的應(yīng)用領(lǐng)域電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)直流電機作為電動汽車的核心動力，提供高效節(jié)能的動力輸出，推動汽車行駛。工業(yè)機器人驅(qū)動系統(tǒng)直流電機在工業(yè)機器人領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，為機器人提供精準的運動控制，完成各種復雜的任務(wù)。電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)高效節(jié)能電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)采用電力驅(qū)動，相比傳統(tǒng)燃油汽車，更加高效節(jié)能，降低能源消耗和排放。低噪音運行電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)運行安靜，沒有發(fā)動機噪音，減少環(huán)境噪音污染。環(huán)保清潔電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)無尾氣排放，減少空氣污染，促進環(huán)境保護。智能化控制電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)可以實現(xiàn)智能化控制，提升駕駛體驗，提高安全性和可靠性。工業(yè)機器人驅(qū)動系統(tǒng)高精度控制直流電機提供精確的控制，確保機器人手臂運動的精準性和可重復性。高效生產(chǎn)直流電機驅(qū)動機器人手臂快速而穩(wěn)定地工作，提高生產(chǎn)效率。靈活應(yīng)用直流電機賦予機器人手臂高度靈活性，適應(yīng)各種復雜的任務(wù)需求。家用電器驅(qū)動系統(tǒng)洗衣機直流電機驅(qū)動洗衣機的滾筒，實現(xiàn)衣物的洗滌和脫水功能，提供高效便捷的洗滌體驗。冰箱直流電機驅(qū)動壓縮機，實現(xiàn)制冷和冷藏功能，確保食物的新鮮度和儲存期限。空調(diào)直流電機驅(qū)動風扇，實現(xiàn)送風和制冷/制熱功能，調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，創(chuàng)造舒適環(huán)境。吸塵器直流電機驅(qū)動吸塵器，提供強勁的吸力，輕松清潔地面和家居環(huán)境。航空航天驅(qū)動系統(tǒng)高性能需求航空航天器對電機性能要求極高，包括高功率密度、高效率、高可靠性等。嚴苛環(huán)境航空航天環(huán)境惡劣，電機需要承受極端溫度、振動、沖擊等因素的考驗。重量限制為了減輕航天器的重量，電機需要盡可能輕量化，并具備高功率重量比。醫(yī)療設(shè)備驅(qū)動系統(tǒng)1精準控制直流電機在醫(yī)療設(shè)備中提供精確控制和定位，例如手術(shù)機器人、透析機和醫(yī)療影像設(shè)備。2安全可靠直流電機的可靠性和安全性至關(guān)重要，以確保醫(yī)療設(shè)備的穩(wěn)定運行和患者的安全。3低噪音低振動醫(yī)療設(shè)備的低噪音和低振動特性可以減少患者的不適和干擾，提高診斷和治療的準確性。新能源驅(qū)動系統(tǒng)太陽能、風能、水能等新能源為電動汽車提供動力，減少碳排放，推動綠色交通發(fā)展。新能源驅(qū)動系統(tǒng)應(yīng)用于電動汽車、電動船舶等領(lǐng)域，助力節(jié)能減排，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。未來發(fā)展趨勢智能電機人工智能技術(shù)與電機融合，實現(xiàn)自主控制和優(yōu)化運行。綠色環(huán)保高效節(jié)能、降低損耗，滿足環(huán)境保護要求。小型化高功率密度、體積小、重量輕，滿足應(yīng)用需求。課程小結(jié)應(yīng)用廣泛直流電機廣泛應(yīng)用于電動汽車、工業(yè)機器人、航空航天等領(lǐng)域。結(jié)構(gòu)復雜直流電機結(jié)構(gòu)復雜，包含定子、轉(zhuǎn)子、電刷等部分，涉及多種物理原理?？刂凭苤绷麟姍C控制系統(tǒng)需要精密控制，以確保電機運行穩(wěn)