电机学_第5篇_直流电机ppt课件

1、 一、直流电动机的任务原理一、直流电动机的任务原理1. 皮萨电磁力定理皮萨电磁力定理 通电导体在磁场中受力：设通电导体在磁场中受力：设大小：大小： 方向：左手定那么方向：左手定那么 Bilf ）导体的有效长度（）导体中的电流（）磁感应强度（mlAimwbB2/lB垂直于2.2.电磁力构成转矩电磁力构成转矩当电流：当电流：a a流入，流入，x x流出，流出，逆时针受力逆时针受力 A A边转过中性面后，假设边转过中性面后，假设电流不变，顺时针受力电流不变，顺时针受力交变的电磁转矩，转子摆交变的电磁转矩，转子摆动，而不转动，而不转v关键：换向：v将流过线圈中的电流方向及时的 加以变换。v当线圈经过中

2、性面时，改动线圈中电流方向v那么转矩方向不变。v换向由换向器配合电刷进展二、直流发电机的任务原理本质：导体切割磁力线产生感应电势图中：导体ab在N极下产生电势：ba 在S极下产生的电势： ab 输出电势为交流 关键：换向关键：换向 线圈与外电路在适当位置交换衔接。线圈与外电路在适当位置交换衔接。图中：图中： A一直一直“； B一直一直“ 电刷输出：大小变化，方向不变的脉振磁势。电刷输出：大小变化，方向不变的脉振磁势。 本质：带换向器的交流发电机。本质：带换向器的交流发电机。 可逆原理：可逆原理：直流电动势电枢中交变电动势换向器，电刷发电机电动机 三、构造三、构造两大部分定子、转子两大部分定子、

3、转子1. 静止部分静止部分定子定子作用：作用：(产生磁场产生磁场)组成：组成：主磁极：铁心线圈，线圈中通入励磁电流主磁极：铁心线圈，线圈中通入励磁电流(直流直流电电) 主生磁场主生磁场 换向极：位置：在两主磁极之间；作用：改善换换向极：位置：在两主磁极之间；作用：改善换向向机座：机座： 固定主磁极、换向极等；磁路的一部分固定主磁极、换向极等；磁路的一部分电刷安装：换向电刷安装：换向2. 2. 转动部分转动部分转子电枢转子电枢作用：产生电磁转矩和感应电势作用：产生电磁转矩和感应电势 组成：组成：电枢铁心：作用：电枢铁心：作用：磁路，嵌放绕组磁路，嵌放绕组资料：硅钢片资料：硅钢片电枢绕组：主电路，

4、机电能量转换关键部件电枢绕组：主电路，机电能量转换关键部件换向器：直流换向器：直流 交流交流发电机中：绕组中的交流电势发电机中：绕组中的交流电势电刷上的直流电势输出电刷上的直流电势输出电动机中：输入直流电流电动机中：输入直流电流绕组中的交流电流绕组中的交流电流v 额定功率：v 额定电压：v 额定电流：v 额定转速：v 额定励磁电压：v 额定励磁电流：v 励磁方式)(kwPN)(VUN)(AINmin)/(rnN)(VUfN)(AIfNNNNNNNIUPIUP输出电功率发电机输出机械功率电动机:序电动机：绕组中流过电流，产生电磁转矩，使线圈在磁场里转动，在线圈中产生反电动势，吸收功率。电能 机械

5、能发电机：线圈在磁场里转动产生感应电势，换向引出后接负载，电流流过线圈产生制动的电磁转矩，吸收机械功率。机械能 电能关键：电枢电枢外表开槽，槽内放绕组：电枢绕组二二. .绕组的根本方式绕组的根本方式元件：即一个绕组元件：即一个绕组直流电机绕组为双层绕组直流电机绕组为双层绕组一个元件的两个边：一个边放一个槽的上一个元件的两个边：一个边放一个槽的上层，另一个边放另一槽的下层。两端子层，另一个边放另一槽的下层。两端子接在两换向片上接在两换向片上两种根本方式：单叠绕组、单波绕组两种根本方式：单叠绕组、单波绕组v v1.单叠绕组单叠绕组v特点：单：元件两个端子联接于相邻两个特点：单：元件两个端子联接于相

6、邻两个换向片上。换向片上。v 叠：后一绕组叠加在前一绕组上向后叠：后一绕组叠加在前一绕组上向后移一个槽移一个槽v 第一节距：元件跨距第一节距：元件跨距 槽数槽数v 换向节距：上层元件边与下层元件边所换向节距：上层元件边与下层元件边所联接联接 的两个换向片间的间隔。的两个换向片间的间隔。v 1ykyv单叠绕组：yk=1v第k+1元件的首端与第k元件末端连于一点，并连到第k个换向片上 v双层绕组：元件数S换向片数K 槽数Qv绕组展开图：上层元件边首端 实线v 下层元件边末端 虚线v 相邻元件依次串联，构成闭合回路。NS1y1 231ky联接的情况单叠绕组元件在电枢上图151例：直流电动机，例：直流

7、电动机，N极：磁力线进入纸面极：磁力线进入纸面S极：磁力线穿出纸面极：磁力线穿出纸面 ：电磁转矩方向：电磁转矩方向编号：元件号元件上层边所放槽号上层边所编号：元件号元件上层边所放槽号上层边所边换向片号；一切元件，从某一号换向片出发，边换向片号；一切元件，从某一号换向片出发，绕过电枢一周，构成一闭合回路。绕过电枢一周，构成一闭合回路。12,16,4,1kpQ KSyy16, 42161KSp单叠绕组展开图图234567891011121314151611129105613141A2A1B2B要点：要点：绕组依次衔接绕组依次衔接四个支路：四个支路：a=p四个元件被电刷短路：四个元件被电刷短路：1,

8、5,9,13不同极面下电流方向相反不同极面下电流方向相反电刷电刷A1、A2 并联，并联， B1、B2并联并联v单波绕组单波绕组( (了解了解) )v特点：绕组特点：绕组“一路向前走一路向前走v 一元件的两端子所连两换向片相距很一元件的两端子所连两换向片相距很远即：远即： v 绕电枢一周后总的所跨过换向片数为绕电枢一周后总的所跨过换向片数为 v 即：联接到起始换向片的后或前即：联接到起始换向片的后或前一个换向片，即一个换向片，即v比较：单叠绕组：一步一回头，恋恋不舍比较：单叠绕组：一步一回头，恋恋不舍v 单波绕组：大胆向前走，义无反顾单波绕组：大胆向前走，义无反顾个1k1kpyk12kyyv一一

9、. .直流电机的励磁方式直流电机的励磁方式v主磁场磁场磁场：定子绕组通直流主磁场磁场磁场：定子绕组通直流电产生电产生v磁场方式：建立磁场的方式磁场方式：建立磁场的方式v励磁方式分类：励磁方式分类：v 他励：其他直流电源对励磁绕他励：其他直流电源对励磁绕组供电组供电v 并励：励磁绕组与电枢绕组并联并励：励磁绕组与电枢绕组并联v 串励：励磁绕组与电枢绕组串联串励：励磁绕组与电枢绕组串联v 复励：两个励磁绕组复励：两个励磁绕组串励绕组并联绕组 图1-21 直流电机按励磁方式分类 a)他励 b)并励 c)串励 d)复励aUaUaUaUaIfIfU)a)b)c)dv二二. .直流电机的空载磁场直流电机的

10、空载磁场v空载空载v 电动机：无机械功率输出电动机：无机械功率输出v 发电机：无电功率输出发电机：无电功率输出v总之：电枢电流为零或者很小总之：电枢电流为零或者很小v磁场分布磁场分布v 主磁通主磁通 ：穿过气隙进入定子绕组。：穿过气隙进入定子绕组。v 回路气隙小，总磁导率回路气隙小，总磁导率较大较大v 漏磁通漏磁通 ：不穿过气隙，仅与转子绕组：不穿过气隙，仅与转子绕组交链。交链。v 回路空间大，总磁导率回路空间大，总磁导率较小较小 v v 00一、电枢磁通势一、电枢磁通势空载时：气隙磁场仅由空载时：气隙磁场仅由励磁磁通势产生励磁磁通势产生带负载后：带负载后：电枢绕组流过的电流在电枢绕组流过的电

11、流在电机构成的磁通势。电机构成的磁通势。气隙磁场励磁磁通势气隙磁场励磁磁通势电枢磁通势电枢磁通势二、电枢反响：二、电枢反响：电枢磁势对励磁磁势产生的气隙磁场的影响。电枢磁势对励磁磁势产生的气隙磁场的影响。电枢磁场磁力线分布图简化电枢磁场磁力线分布图简化电刷是电枢外表电流分布的分界限电刷是电枢外表电流分布的分界限 电枢磁通势轴线总是与电刷轴线重合，电枢磁通势轴线总是与电刷轴线重合，与磁极轴线垂直。与磁极轴线垂直。三、电枢反响作用两磁场所成主磁极磁场分布曲线：电枢磁场分布曲线：沿电枢外表逐点相加，合成磁场分布曲线10( )xBf x3( )xBf x2( )axBfx四、电枢反响的影响结果比较：可

12、见：1.负载时气隙磁场发生了畸变 物理中性线不再与几何中性线重合2.呈去磁作用 由于磁阻变化的非线性，负载时每极磁通比空载时略有减少。103( )( )xxBf xBfxv 一. 感应电动势的计算v 指一条支路的电势，即电刷间电势 v 推导过程从略，仅给出推导思绪v 每极磁通v 一个元件经过一个极面的时间Tv 对瞬时电势在时间T内积分得：感应电势平均值v 乘每支路的元件数得：支路电动势v 其中：电势常数v 气隙磁密与导线中v 的感应电动势460 260ayepnSpZENnCnan 60epZCav不计饱和影响， 式中Kf为比例常数v式中v 为机械角度 v 即感应电动势Ea的大小与每极磁通合成

13、磁通和电枢转速乘积成正比；如不计饱和影响，它与励磁电流If和电枢机械角速度乘积成正比。ffIKfafffeeaIGnIKCnCEfMfeafKCKCG260二二 . .电磁转矩的计算电磁转矩的计算设气隙中某处径向磁密为设气隙中某处径向磁密为 ，元件中电流，元件中电流为为ia,ia,那么此处元件所受电磁力为那么此处元件所受电磁力为 一个极距内积分得电机的电磁转矩：一个极距内积分得电机的电磁转矩：其中：转矩常数其中：转矩常数xB)(左手定则axyxliBNf242emaaMaZpZTpIICaaI 2MpZCav不计饱和的影响，v式中v即：电磁转矩Tem的大小与每极磁通 合成磁通和电枢电流Ia的乘

14、积成正比，如不计饱和影响。它与励磁电流If乘积成正比2femaaafpZIGaTI IffMafKapZKCG2v电动势平衡方程式并励电动机电动势平衡方程式并励电动机v v式中：式中：v 分别表示电源电压、电枢绕组端电压与分别表示电源电压、电枢绕组端电压与励磁绕组端电压励磁绕组端电压v 分别表示电枢电流、励磁绕组电流分别表示电枢电流、励磁绕组电流 v 分别表示电枢回路电阻含电刷、换向器分别表示电枢回路电阻含电刷、换向器接触电阻、励磁回路电阻接触电阻、励磁回路电阻v 分别表示电枢回路电感、励磁回路电感分别表示电枢回路电感、励磁回路电感v 机械角速度机械角速度uuudtdiLiRudtdiLiRi

15、Gufafffffaaaafafa,:,:,:,:afafafafu uuiiRRLL 直流电机的电磁系统NSuaiafifU0v 稳态：那么电路中的电磁量与机械量不是时间的函数，有：v 发电机运转v 电磁功率、电枢电流方向与感应电动势方向一样。v 稳态fffaaaaafafaIRUUIREIRIGUUdtdiLiRudtidLiRiGufffffaaaafafa)()(fffaaaaIRUIRUE2 .转矩平衡方程式任一瞬间转矩必需平衡：电动机：电磁转矩Tem输出机械转矩T2空载转矩T0惯性转矩即：稳定后转速恒定那么：电动机稳态运转的转矩平衡方程式为JdTJdt02emdTTTJdt0JdT

16、Jdt02TTTemv发电机发电机v在发电机中，原动机的拖动转矩为在发电机中，原动机的拖动转矩为T1T1，转，转矩平衡方程式为：矩平衡方程式为：v稳定时稳定时0101TTTdtdJTTTememv3 .功率平衡方程式v并励电动机v输入电功率：P1=UIv励磁损耗pCuf(励磁回路的电功率Uif,耗费于电阻Rf中)v电枢铜耗pCua,v电刷接触损耗pcv输入电动机的电功率P1上述损耗转换为机械功率的电磁功率：Pem=Eiav从输出看：1()(2)fafa acaaCufCuacemPUIU IIUII rUEIpppP 2emFemecPPpp 图1-40 功率图发电机电动机),)baCufpc

17、pCuapmecpFepFepmecpcpCuapCufp1P电功率emP2P1PemP机械功率2P)a)b机械功率电功率v并励发电机v功率平衡关系为：v 1100222()(2)22emememFemecemaaa acaaaaacafemfaaacCufCuacPTTTPpPppPE IUI rUIUII rIUIIIPUIUII rIUPppp v定义：v由于Ia丈量方便，且Ia随P2的增大而增大，也可表示为v直流电动机任务特性与励磁方式有关2,0,Naff NemU URIIn Tf P,0,Naff NemaU URIIn Tf Iv 直流电动机有关公式方程如下：2012260aaa

18、fffaememMaemaaememFemecCuaCufcUER IUR IECnTTTTCIPE ITT nPpppppP v转速特性转速特性 ： v不计电枢反响的去磁作用，不计电枢反响的去磁作用， 为一个与为一个与Ia无关无关的常数。的常数。v那么转速特性为：那么转速特性为：v式中式中 为理想空载转速为理想空载转速v实践，实践，Ia添加时，总有一定的去磁作。添加时，总有一定的去磁作。,aeaaaaaeeECn UER IRUnICCaInn00NeaeUnCRC图1-41 并励电动机的接线图 图1-42 并励电动机的任务特性SRrMf, nemTnemT0aNIaIv转矩特性 ：v转矩特

19、性接近一条直线。v效率特性：v电机的效率为输出功率P2与输入功率之比(用百分值表示)，即：)(aIf%10012PPaemaemMaaITITCIIT 去磁各种损耗各种损耗铜耗：耗费在电阻内的损耗铜耗：耗费在电阻内的损耗电枢回路中的铜耗电枢回路中的铜耗励磁回路的铜耗励磁回路的铜耗电刷接触损耗电刷接触损耗 正负电刷接触电阻压降正负电刷接触电阻压降0.62V0.62V可变损耗随可变损耗随IaIa而变而变222cuaaaCufffcacpI rpIRpIU2cUv铁耗：包括涡流铁耗和磁滞损耗。不变损耗。铁耗：包括涡流铁耗和磁滞损耗。不变损耗。v机械损耗：包括摩擦损耗、通风损耗。机械损耗：包括摩擦损耗

20、、通风损耗。v在转速变化不大的情况下，也可以为机械损耗在转速变化不大的情况下，也可以为机械损耗是不变的。是不变的。v附加损耗：附加损耗： 又称杂散损耗。估算又称杂散损耗。估算v无补偿绕组的直流电机，约额定容量的无补偿绕组的直流电机，约额定容量的1%1%；v有补偿绕组的直流电机，约额定容量的有补偿绕组的直流电机，约额定容量的0.5%0.5%。pv对于并励电动机对于并励电动机v由于由于U=UN,If=IfN，所以气隙磁通根本坚持不，所以气隙磁通根本坚持不变变v转速变化很小，所以转速变化很小，所以pCuf,pFe,pmec都可以都可以为是不变的为是不变的v假设不计附加损耗假设不计附加损耗 ,那么那么p2112p100%(1-)100%P21100%()FemecCufaaacafPPpppI rIUU II一空载运转一空载运转 1.空载特性：空载特性