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简介
这是一个关于直流电机的基本结构PPT幻灯片,这节课主要是了解直流电机工作原理的,直流电机的电动势和电磁转矩公式,直流电机的基本方程式（稳态、他励）等等介绍。直流电机（direct current machine）是指能将直流电能转换成机械能（直流电动机）或将机械能转换成直流电能（直流发电机）的旋转电机。它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能,欢迎点击下载直流电机的基本结构PPT幻灯片哦。
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直流电机复习
直流电机框架
直流电机的磁场
励磁方式——供给励磁绕组电流而产生励磁磁动势的方式
不管哪种励磁方式，直流电机的磁场是通过直流电产生的磁场，其大小和空间分布是固定不变的。
电枢反应：负载电流所产生的磁场对励磁磁场的影响。
通电绕组：
对通电绕组通电的要求：
要求转矩的大小方向不变，要求绕组中的电流方向与线圈位置有关
因此电枢线圈中电流为交流，直流电动机电枢线圈产生的电势为交流，其方向与电流方向相反。
通电线圈：处于相同极性磁极下的导体所受电磁力的方向保持不变，亦即相同极性磁极下导体中电流方向不变；----所以线圈处于不同磁极下电流方向需要相应变化
外施电压、电流是直流电，电枢线圈内电流是交流电；
线圈是旋转的，电枢电流是交变的。电枢电流产生的磁场在空间上是恒定不变的；
直流电机工作原理的特点
不管是直流电动机还是直流发电机，都需要一个空间分布不变的磁场；
电枢绕组中必须有多个线圈，线圈之间通过串联形成一个无头无尾的闭合回路；
电机结构中必须有换向器和电刷，电刷放置在电势最小的线圈位置；
通过电刷，电枢绕组形成两条并联的支路，而且线圈内流过的电流为交流；
额定功率(PN，kW )——额定条件下电机所能提供的功率
电动机——指轴上输出的机械功率
发电机——指电刷间输出的额定电功率
额定电压(UN，V)——在额定工况下，电机出线端的平均电压
发电机——是指输出额定电压；
电动机——是指输入额定电压。
三、电机的运行
改变电枢电压的运行变化过程
改变电枢电阻的运行变化过程
改变励磁磁场的运行变化过程
改变负载转矩的运行变化过程
运行状态的分析方法：物理量的变化、机械特性的表示。
分析
以上公式就回答了有电流就一定会有转矩，有转速就一定会有电势
剩下的问题就是：转矩与转速的关系，电流与电势的关系。
直流电动机的功率平衡方程式
Pe为转换成机械功率的电磁功率（机械能）
pCua=Ia2Ra为电枢回路上的铜耗，也称可变损耗
pc为电刷接触损耗
pFe为电机铁耗
pmech为机械损耗
pFe+ pmech为空载损耗，也称不变损耗
P2输出机械功率
直流拖动与应用
直流拖动与应用
1.恒转矩负载特性——负载转矩Tz 与转速n 大小无关的特性
反抗性（反作用）恒转矩负载特性的特点——转矩Tz 总与运动方向相反，位于一三象限（金属压延机构、机床平移机构等）
位能性恒转矩负载特性的特点——转矩Tz具有固定的方向，由拖动某些具有位能的部件造成，位于一四象限
通风机转矩负载特性——转矩与转速大小有关，基本上与转速的平方成正比
恒功率负载转矩特性——负载转矩基本上与转速成反比，功率基本不变(如车床等)
R——电枢回路总电阻
Ce——电动是常数
CT——转矩常数
机械特性的特点
机械特性是一条向下倾斜的直线
斜率越大，速度降落越大，机械特性越软
几个关键点
理想空载点(0，n0)
实际空载点(T0 ， n'0)
额定工作点(TN，nN )
起动点(Tst，0)
机械特性的定义——电动机的转速n与电磁转矩T 的关系 n=f(T)
固有机械特性——当他励电动机电压及磁通均为额定值，电枢没有串联电阻时的机械特性
人为机械特性—— 通过改变电动机参数获得的机械特性
电枢串联电阻时的人为机械特性（典型特点）
改变电压时的人为机械特性（典型特点）
减弱电动机磁通时的人为机械特性（典型特点）
电枢串联电阻时的人为机械特性（典型特点）
电力拖动系统稳定运行的充分必要条件：
必要条件——机械特性和负载转矩特性有交点 T=Tz
充分条件——在交点对应的转速之上T<Tz，转速之下T>Tz
记忆方式：在交点之上要降下来，必须负载转矩大；在交点之下，要升上去，必须电磁转矩大。
起动存在的问题——电流大、转矩大
解决方法——降压起动、串阻起动
制动部分小结：
1.对反抗性负载而言：能耗制动能够准确实现停车；
2.对位能性负载而言，所有制动过程都需要在转速接近零时断开电机；
3.能耗制动运行在一、二、四象限
4.电压反向的反接制动运行一、二、三、四象限，且稳定运行转速大于理想空载转速。
5.转速反向的反接制动运行于一、四象限，只对位能性负载有效。
6.所有制动过程中，电压反向的反接制动减速最快。
7.能耗制动、电压反向的反接制动受最大允许电流的限制。
直流电机小结
电枢串电阻：可以用于起动、调速、转速反向的反接制动；
所以的变化过程都可以从两个方面进行描述：状态量的变化和机械特性线的表示
机械特性：定义、固有机械特性、人为机械特性
直流电机运行过程中需要注意电枢电流的控制。
测试题：
1、直流电动机电枢绕组中流过的电流是直流还是交流（ ）。
2、直流电动机电枢绕组的作用是（ ）。
3、直流电机电枢反应的结果是（ ）和（ ） 。
4、一台他励式直流电动机拖动位能性负载运行，如果只增大电枢电阻，当电动机达到新的稳定运行状态时，电动机的电磁转矩、电枢电流和转速变不变化？其变化过程如何？
5、改变直流电动机旋转方向的方法为（ ）。
6、直流电动机的制动方式有（ ）。
7、直流电机的功率变化流程及含义。
8、直流电机电枢串电阻的变化过程，并画出其机械特性。
9、电机处于电动状态或发电状态的判据是什么？
10、直流拖动系统稳定的必要条件和充分条件，判断以下系统是否稳定：
11、一台他励直流电动机的额定数据为：Ｕe＝220Ｖ，Ie=100A，Ｐe＝19 Kw，ｎe =1000转／分，Ｒa＝0.2Ω，电动机拖动额定恒转矩负载（位能性负载）运行。试求：
⑴ 输入功率、电磁功率和空载损耗功率。
⑵ 电动机的直接起动转矩和起动电流。
⑶ 若采用降压调速，求使电动机以600转／分的转速运行时的电枢电压。
（4）设电动机电枢最大允许电流为200A，若要实现从额定转速运行切换到以-600转／分运行，有几种方法可以实现，并计算各种方法时电枢回路需要串入多大电阻？
十三、变压器的特点
1.利用电磁感应定律工作，实现变压，变压前后电压之间没有直接电的联系。
2.由于其各部分在工作中静止不动，故称为器
3.将某一等级的交流电压变成同一频率的另一个电压
4.变压器不仅可以变压，而且可以变流、变负载、变相位。
变压的关系：与绕组的匝数成正比，原副边电压成正比；
变流的关系：与绕组的匝数成反比，但原副边电流之间是正比关系
变负载：与匝数的平方成正比。
联结法——三相变压器绕组的联结方式，星形和三角形联结
高压绕组首端由A、B、C表示，末端由X、Y、Z表示；
低压绕组首端由a、b、c表示，末端由x、y、z表示。
联结组——三相变压器一、二次绕组线电压的相位关系的不同组合
三相变压器的相位： 与 之间顺时钟所转过的角度。
3、同名端：
单相变压器原副边的电势不是同相就是反相。
同名端——一、二次绕组被同一交变的主磁通φ交链，在任一瞬间，一次绕组一端点电位为正，二次绕组也有一端点电位为正。这两个端点为“同名端”，在旁边用“·”表示
我对直流电机的思考
直流电机部分：
1.直流电机产生的原理：为什么要多线圈；为什么要换向。
2.直流电机的结构具备的特点。（电枢绕组）
3.直流电机所产生的转矩和电势大小跟哪些因素有关？
4.直流电动机的能量传递过程。
5.直流电动机的运行状态与哪些变量有关？
6.电力拖动系统具备什么条件才能保证系统稳定？（负载转矩的特性）
7.直流电动机起动存在的问题和解决方案？
8.直流电动机运行状态改变有哪些手段，这些手段对其运行状态的结果有何关系？具体的变化过程。
9.直流电动机铭牌数据的含义。
例如：
1.直流电动机电枢绕组流过的电流是直流还是交流？每一个线圈所产生的电势是直流还是交流？
2.当改变电枢电压后，电机运行状态的变化过程和变化结果.
3.直流电动机的电磁功率是何种形式的能量，其大小与哪些变量有关？
4.任意一个电力拖动系统是否是稳定的，如何判断？
5.要求以某种转速运行，有几种方法可以实现？
6.电机铭牌数据中额定功率的含义是什么？
变压器部分：
1.变压器具有变压、变流、变负载、变相位的作用，其变化关系的结论是什么？
2.三相变压器的连接组别。
3.电流互感器为什么不能开路？电压互感器为什么不能短路？
电机能否实现高精度定位？
如何实现？
控制电机——由于控制系统的需要，主要作用是完成控制信号的传递和转换；主要要求是运行可靠、响应迅速、精确度高等。
主要的控制电机：
伺服电机
步进电机
伺服电动机：也称执行电动机，是一种服从控制信号的要求而动作的电动机——“伺服”
信号到来之前，转子静止不动
信号到来之后，转子立即转动
信号消失，转子能及时自行停转
直流伺服电机就是直流电机。
两相交流伺服电机就是两相异步电动机。
定子绕组f和c在空间上相差90o
f由定值交流电压励磁，称励磁绕组
c由伺服放大器供电而进行控制，称控制绕组
转子为笼型
步进电机：步进电动机将输入的脉冲电信号变换为阶跃的角位移或直线位移，给一个脉冲信号，电动机前进一步，因此称为步进电动机。
1直流电机与交流电机改变旋转方向有什么不同 ？
直流机可以改变励磁绕组或电枢绕组的正负极；交流异步机则只能改变定子电流的相序。 2 三相异步电动机定子绕组短路与转子绕组短 路各有什么影响？
三相异步机定子绕组短路则电源短路，必然跳闸；若两相短路且可以只接两相电源，则异步机仍可以工作，输出转矩减小；转子绕组短路，若短路的区域比较小，则异步机仍可以工作，但输出功率减小。 3 异步电动机短路与变压器短路有什么异同？
变压器短路的情形与异步机相类似，只不过按正常接线，短路电流较大则电源必然跳闸，无法工作。但在通过改变电源的接线，则有些部分短路，还是可能可以工作的。
1、直流电机和异步电机的主磁场分别由什么建 立的？二者在能量的转换上有什么异同？
直流电机的主磁场和一部电机的主磁场均由励磁电流产生，直流电机的磁场就是由励磁绕组产生，异步机则由定子电流的一部分产生。二者在能量上的转换原理相同（切割或交变），但直流机直接变换出来的是机械能，异步机变换出来的则是电能，所以是传递能量。 2、影响直流电机电磁转矩的因素有哪些？ 影响直流电机电磁转矩的内部因素就是磁通和电枢电流；外部因素就是负载转矩，平衡时电磁转矩=负载转矩。
3、异步电机的脉振磁场是如何变化到椭圆磁场 的，采取的是什么样的措施？
每一个绕组通入交流电所产生的都是脉振磁场，因此要将脉振磁场转化为椭圆形磁场，必须多个脉振磁场，且这多个脉振磁场之间有空间相位差和时间相位差。
直流电机中的转换成机械功率的电磁功率一语中的两个功率间的详细概念以及之间的转换关系
电磁功率：表明是通过磁通作用而转换的能量。
机械功率：在直流电机中转换出来的电磁功率的表现形式为机械能，是一个机械功率。
在直流电机中，电磁功率=总的机械功率。
变压器的磁通为什么不变？
从原理上可以这样理解：若变压器副边电流产生磁通后，变压器原边也会产生一个附加的磁通来抵消副边磁通的影响；从计算公式上可以这样理解：原边所加的电压=原边产生的电势，显然电压没变，电势也不会变，而电势只跟绕组匝数、磁通有关，显然磁通不能变。
电力拖动系统是否稳定应该如何判断?
如果转速高于平衡点的转速，此时希望转速能够回到平衡点，希望负载转矩大于电磁转矩；同样，转速低于平衡点的转速，此时希望转速能够回到平衡点，希望电磁转矩大于负载转矩。按此思路比较容易理解稳定的条件。
电机铭牌数据的理解？
电机铭牌主要是说明电机在正常情况下能够运行的最大值，铭牌上面的一组值必定是该电机的一个运行状态。需要了解每一项铭牌数据的含义。
答疑时间：
十五周星期二、星期三晚上7：30-9：00
地点：五教学大楼二楼教员休息室。
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