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章节名称第一章直流电机第一节概述授课形式讲练课时1班级日期教学目的掌握电机的分类掌握交、直流电动机的性能的比较教学重点掌握电机的分类教学难点交、直流电动机的性能的比较辅助手段课外作业1、说明电机的分类2、比较交、直流电动机的性能参考资料课后体会学生能较好地理解与掌握第一章直流电机第一节概述一、电机的分类电机：应用电磁原理实现电能与机械能互换的旋转机械，统称为电机。1、电机：把机械能转换为电能的电机，称为发电机。电动机：把电能转换为机械能的电机，称为电动机。2、按照产生或取用电能种类的不同，电机分为直流电机与交流电机。产生电能的称为发电机，取用电能的称为电动机。电动机分为交流电动机和直流电动机两大类．交流电动机又分为单相的和三相的，异步的和同步的。直流电动机按照励磁方式的不同分为他励、并励、串励和复励四种。交流电动机应用较为普遍，特别是异步电动机应用广泛，因为它的结构简单、坚固耐用、维护方便、价格便宜和工作可靠等。直流电机是人类最早发明和应用的一种电机，虽然目前不如交流电机应用普通，但是，直流电动机具有比交流电动机较为优良的调速和起动性能。它的调速范围广，平滑性、经济性较好，采用晶闸管调速系统更为方便；它的起动转矩较大。这种性能对有些机械的拖动是十分重要的，例如大型机床、电力机车、大型轧钢机、大型起重设备等。直流电机也有它显著的缺点：一是制造工艺复杂，生产成本高；二是运行时由于电刷与换向器之间容易产生火花，可靠性较差，维护较麻烦。人们虽做过很多研究工作来改善交流电动机的性能，但还不能全部用交流拖动来代替直流拖动。因而，在某些机械的拖动中，仍需用直流电动机。直流发电机过去是直流电的主要电源之一，广泛地用在电解、电镀、充电等设备中，也用作同步电机的励磁和直流电动机的电源。由于晶闸管整流技术日益发展，在某些场合已经取代直流发电机。电动机除了较多的用作动力外，随着生产自动化的需要，在自动控制系统和计算装置中还用到一些控制电机和特殊用途的电机。例如测速发电机、步进电动机等。对于各种电动机，我们应该了解以下几个方面的问题，基本工作原理；基本构造；表示转速与转矩之间关系的机械特性；起动、反转、调速及制动的基本原理和基本方法；适用场所和正确使用。二交、直流电动机的性能异步电动机是交流电动机中最常用的一种，它的作用是将交流电能转换成机械能。交流电机有异步电机和同步电机两大类。异步电机一般都作电动机用，因为异步发电机的性能较差。异步电动机又有三相和单相两种，而三相异步电动机又分笼型和绕线转子异步电动机。三相异步电动机应用最为广泛。因为它具有结构简单、运行可靠、维护方便、效率较高等特点，通常被用在金属切削机床、起重运输机械、中小型鼓风机和水泵等生产机械设备中。单相异步电动机则在实验室和家用电器产品中应用较多。但异步电动机也有一些缺点，最主要的是不能经济地实现范围较广的平滑调速；必须从电网吸取滞后的励磁电流，使电网功率因数降低。但是一般的生产机械并不要求大范围的平滑调速，而电网的功率因数又可以采取其它办法来进行补偿。特别是由于现代电子技术迅猛发展，采用由晶闸管组成的变频电源装置，便异步电动机应用更加广泛。据统计，全国电动机容量中90%左右是异步电动机，而在电网负载中，异步电动机的用量也占有60%以上。三、直流电动机的系列为了满足各行各业对产品的不同要求，生产厂将产品制成不同型号系列。所谓系列就是指产品的结构和形状基本相似，而某种性能参数例如容量则按一定等级递增的一系列产品。对于电动机来说，系列产品的电压、转速、机座号和铁心长度都有一定的等级。1、国产直流电动机系列简介(一)Z型系列Z为直流电机的汉语拼音第一个字母。这种系列是通风防护式的。适用于调速范围不大的机械拖动，少灰尘，少腐蚀及温度低的场所。(二)Z2型系列它是Z型系列的改进型，也是防护式。调速范围可达2：1，即可超过额定转速的一倍。(三)ZO型系列这种电机是封闭式的，用于多灰尘但无腐蚀性气体的场所。(四)ZD型系列主要用于需要广泛调速，具有较大的过载能力的场所。如大型机床、卷扬机、起重设备。(五)ZQD型系列它是直流牵引电动机，用于牵引车辆。章节名称第二节直流电机的基本工作原理授课形式讲练课时2班级日期教学目的掌握直流电机的基本工作原理复习电磁感应定律教学重点直流电机的基本工作原理教学难点直流电机的基本工作原理辅助手段课外作业1-1参考资料课后体会学生对工作原理不能较好地理解与分析第二节直流电机的基本工作原理任何电机的工作原理都是建立在电磁感应和电磁力这个基础上的。为了讨论直流电机的工作原理，我们把复杂的直流电机结构简化为工作原理图。一、直流发电机的工作原理在电工课程中，我们已经知道在磁场中运动的导体内，将产生感应电动势——电磁感应定律。发电机就是应用这个定律工作的。上图所示的是一台两磁极直流发电机的工作原理图。图中N和S是一对静止的磁极，用以产生磁场，其磁感应强度沿圆周为正弦分布。容量较小的发电机是用永久磁铁做磁极的。容量较大的发电机的磁场是由直流电流通过绕在磁极铁心上的绕组产生的。用来形成N极和S极的绕组称为励磁绕组，励磁绕组中的电流称为励磁电流If。在N极和S极之间，有一个能绕轴旋转的圆柱形铁心，其上紧绕着一个线圈称为电枢绕组(图中只画出一匝线圈)，电枢绕组中的电流称为电枢电流Ia。电枢绕组两端分别接在两个相互绝缘而和绕组同轴旋转的半圆形铜片——换向片上，组成一个换向器。换向器上压着固定不动的炭质电刷。铁心、电枢绕组和换向器所组成的旋转部分称为电枢。当电枢被原动机以恒速驱动，按逆时针方向转动时，用右手定则可以判定，线圈ab和cd边切割磁力线产生的感应电动势的方向，则在负载与线圈构成的回路中产生电流Ia，其方向与电动势方向相同。电流由电刷Ａ流出，由电刷Ｂ流回。当电枢转到上图b所示位置时，ab边转到了S极下，cd边转到了N极下。这时线圈中感应电动势的方向发生了改变，但由于换向器随同一起旋转，使得电刷A总是接触N极下的导线，而电刷B总是接触S极下的导线，故电流仍由A流出B流回，方向不变。虽然有换向器的作用，将线圈内的交变电动势在两电刷间变换为方向不变的电动势，但它的大小仍然是脉动的。欲获得在方向和量值上均为恒定的电动势，则应把电枢铁心上的槽数和线圈匝数增多，同时换向器上的换向片数也要相应地增加。直流发电机的电动势，因割切磁力线而产生，故两电刷间电动势E的大小，与发电机电枢的转速n和磁极磁通φ的乘积成正比，即E＝CEφn式中，CE为电机常数，与电机的构造有关；φ的单位是Wb；n的单位是r/min；E的单位的是V。在这种情况下，直流电机便是一个直流电源，向负载输出直流电功率。与此同时，电枢电流Ia与磁场相互作用而产生的电磁力形成了电磁转矩T。T＝CTφIa式中，CT是与电动机结构有关的常数；φ的单位是Wb；Ia的单位是A;T的单位是N.m。用左手定则可以判定，电磁转矩T的方向与电枢旋转方向相反。因此，在电枢等速旋转时，原动机的驱动转矩T1必须与发电机的电磁转矩T和空载损耗转矩T0相平衡(T0是发电机轴上的转矩)，即T1=T+T0当发电机的负载(即电枢电流)增加时，电磁转矩和输出功率也随之增加，这时原动机的驱动转矩所供给的机械功率亦必须相应增加，以保持转矩之间和功率之间的平衡，使转速基本上不变。可见，发电机向负载输出电功率的同时，原动机却向发电机输出机械功率，发电机起着将机械能转换为电能的作用。二、直流电动机的工作原理在电工课程中，我们已经知道通电导体在磁场中会受到电磁力的作用--电磁力定律。电动机就是应用这个定律工作的。下图是直流电动机的原理图。其组成与直流发电机基本相同。电枢绕组通过电刷接到直流电源上，绕组的旋转轴与机械负载相联。电流从电刷A流入电枢绕组，从电刷B流出。电枢电流Ia与磁场相互作用产生电磁力F，其方向可用左手定则判定。这一对电磁力所形成的电磁转矩T，使电动机电枢逆时针方向旋转。如上图a所示。当电枢转到上图b所示位置时，由于换向器的作用，电源电流Ia仍由电刷A流入绕组，由电刷B流出。电磁力和电磁转矩的方向仍然使电动机电枢逆时针方向旋转。电枢转动时，割切磁力线而产生感应电动势，这个电动势(用右手定则判定)的方向与电枢电流Ia和外加电压U的方向总是相反的，称为反电动势Ea。它与发电机的电动势E的作用不同。发电机的电动势是电源电动势，在外电路产生电流。而Ea是反电动势，电源只有克服这个反电动势才能向电动机输入电流。可见，电动机向负载输出机械功率的同时，电源却向电动机输入电功率，电动机起着将电能转换为机械能的作用。发电机和电动机两者的电磁转矩T的作用是不同的。发电机的电磁转矩是阻转矩，它与原动机的驱动转矩T1的方向是相反的。电动机的电磁转矩是驱动转矩，它使电枢转动。电动机的电磁转矩T必须与机械负载转矩T2及空载损耗转矩T0相平衡，即T＝T2十T0。当电动机轴上的机械负载发生变化时，则电动机的转速、反电动势、电流及电磁转矩将自动进行调整，以适应负载的变化，保持新的平衡。可见，直流电机作发电机运行和作电动机运行时，虽然都产生电动势和电磁转矩，但两者作用截然相反。章节名称第三节直流电机的结构授课形式讲练课时2班级日期教学目的掌握直流电机的结构掌握直流电机的组成及作用教学重点掌握电机的分类教学难点交、直流电动机的性能的比较辅助手段课外作业1-2、1-3参考资料课后体会学生能较好地理解直流电机的部分结构的作用第三节直流电机的结构我们讨论电机及其它电器的结构，目的在于了解它们各主要部件的名称、作用、相互组装及动作关系。以利正确选用和使用。电机的结构是由以下几方面的要求来确定的。首先是电磁方面的要求:使电机产生足够的磁场，感应出一定的电动势，通过一定的电流，产生一定的电磁转矩，要有一定的绝缘强度。其次是机械方面的要求：电机能传递一定的转矩，保持机械上的坚固稳定。此外，还要满足冷却的要求，温升不能过高；还要考虑便于检修，运行可靠等。从电机的基本工作原理知道，电机的磁极和电枢之间必须有相对运动，因此，任何电机都有固定不动的定子和旋转的转子两部分组成，在这两部分之间的间隙叫空气隙。下面介绍直流电机的结构。下图是直流电机结构图。一、定子定子的作用是产生磁场和作为电机机械支撑。它由主磁极、换向磁极、电刷、机座、端盖和轴承等组成。(一)主磁极主磁极的作用是产生主磁通φ，主磁极铁心包括极心和极掌两部分。极心上套有励磁绕组，各主磁极上的绕组一般都是串联的。直流电机的磁极如图所示。极掌的作用是使空气隙中磁感应强度分布最为合适。改变励磁电流If的方向，就可改变主磁极极性，也就改变了磁场方向。(二)换向磁极在两个相邻的主磁极之间中性面内有一个小磁极，这就是换向磁极。它的构造与主磁极相似，它的励磁绕组与主磁极的励磁绕组相串联。换向磁极的作用是产生附加磁场，改善电机的换向，减小电刷与换向器之间的火花，不致使换向器烧坏。主磁极中性面内的磁感应强度本应为零值，但是，由于电枢电流通过电枢绕组时所产生的电枢磁场，使主磁极中性面的磁感应强度不能为零值。于是使转到中性面内进行电流换向的绕组产生感应电动势，使得电刷与换向器之间产生较大的火花。用换向磁极的附加磁场来抵消电枢磁场，使主磁极中性面内的磁感应强度接近于零，这样就改善了电枢绕组的电流换向条件，减小了电刷与换向器之间的火花。(三)电刷装置电刷装置主要由用碳一石墨制成导电块的电刷、加压弹簧和刷盒等组成。固定在机座上(小容量电机装在端盖上)不动的电刷，借助于加压弹簧的压力和旋转的换向器保持滑动接触，使电枢绕组与外电路接通。电刷数一般等于主磁极数，各同极性的电刷经软线汇在一起，再引到接线盒内的接线板上，作为电枢绕组的引出端。(四)机座机座用铸钢或铸铁制成。用来固定主磁极、换向磁极和端盖等，它是电机磁路的一部分。机座上的接线盒有励磁绕组和电枢绕组的接线端，用来对外接线。(五)端盖端盖由铸铁制成，用螺钉固定在底座的两端，盖内有轴承用以支撑旋转的电枢。二、转子转子又称电枢，是电机的旋转部分。它由电枢铁心、绕组、换向器等组成。如右图所示。(一)电枢铁心电枢铁心由硅钢片冲制迭压而成，在外圆