电机及拖动基础

1、电机及拖动基础讲 义绪言第一章磁路11 磁路的基本定律LHLiHdli2、磁路的欧姆定律 /mRFF磁路的磁动势，FNi，即为作用在铁心上的安匝数，单位为A)/(AlRm为磁路的磁阻，单位为A/Wb0 （2）RI212 常用的铁磁材料及其特性0)60002000(FeabcdBHO铁磁材料的起始磁化曲线 1）开始磁化时，因为外磁场较弱，故磁通密度增加的不快，如图中Oa段。2）当外磁场增强后，铁磁材料内部大量磁畴开始转向，此时磁通密度增加的很快，见图中ab段。3）若外磁场继续增加，由于铁心内的大部分磁畴已趋向外磁场方向，可转向的磁畴越来越少，磁通密度也就增加的缓慢了，如图中的bc段，即为饱和现象

2、。4）达到饱和后，磁通密度就再很难随外磁场的 增加而增加了，如图中的cd段2、磁滞回线略13 直流磁路的计算第二章 直流电机2-2 直流电机的铭牌数据电机的额定功率 直流电机运行时,若各个物理量都与它的额定值一样,就叫额定运行状态.在额定运行状态下工作(额定工况),电机能可靠地运行,并具有良好的性能.作业：p55 212-3直流电机的绕组由直流电机的 工作原理可知，直流电机中必须具有能在磁场里转动的线圈。简单的绕组单一线圈是不能产生足够的电动势或电磁转矩，必须将多个线圈连接成绕组（称为电枢绕组）绕组的基本形式单叠绕组 y1=Q/2p=整数 （Q为电枢的槽数，p为磁极对数）是使y1成为整数的一个

3、分数例子123ycy1y2单叠绕组元件连接顺序表12345678910 11 12 13 14 15 16 15678910 11 12 13 14 15 16 1234上层元件边下层元件边展开图见图216，请看第8个元件，其上层边在第8槽（与第8个换向片相连），其下层边在12槽，且与第9个元件的上层边(与第9个换向片相连）相连接。故知道元件连接顺序表就可以画出其展开图。元件连接顺序：上层元件边 (如1)y1下层元件边 下层元件边y2下一个上层元件边或 前一个上层元件边 (如1)+yc=下一个上层元件边 绘制单叠绕组展开图的方法123456789101112131416153、再绘制元件的下层

4、边12345678910111213141615绘制单叠绕组展开图的方法5、绘制换向片与电刷：将换向片分成Qu等分，且标号和与之相连的元件的上层边的标号相同。电刷数目等于2p，放电刷的原则是：要求正、负电枢之间得到最大的电动势。或被电刷短路的元件感应电动势最小，电刷宽度等于换向片宽度，并与换向片接触且均匀分布，一般短接两个元件，其实是一个与上层边相连（如元件1），一个与下层边所在的另一个元件（如元件5）的上层边相连。6、磁路方向、电磁转矩方向与元件中的电流方向符合左手定则。绘制其他的请参考图216。12345678910111213141615121567811 12134591014163单

5、叠绕组的电路图单波绕组节距例子单波绕组元件连接顺序表1815 714 613 512 411 310 291411 310 291815 714 613 512上层元件边下层元件边元件连接顺序：上层元件边 (如1)y1下层元件边 下层元件边y2下一个上层元件边或 前一个上层元件边 (如1)+yc=下一个上层元件边绘制单波绕组展开图的方法123456789101112131416153、再绘制元件的下层边12345678910111213141615绘制单波绕组展开图的方法5、绘制换向片与电刷：将换向片分成Qu等分，且标号和与之相连的元件的上层边的标号相同。6、放电刷：电刷数目等于2p，放电刷的

6、原则是：要求正、负电枢之间得到最大的电动势。或被电刷短路的元件感应电动势最小。电刷宽度等于换向片宽度，并与换向片接触且均匀分布，一般短接两个元件，其实是一个与上层边相连（如元件8），一个与下层边所在的另一个元件（如元件4）的上层边相连。绘制其他的请参考图219。1234567891011121314151210 111215 12891314343单波绕组的电路图作业2-4直流电机的励磁方式及磁场 直流电机的励磁方式UaIaIf电枢励磁绕组IIIaIf Ua UfUaIa电枢励磁绕组IaIfUaUfUa电枢励磁绕组励磁绕组IIf1IaIIa+If1UaIaUfIf电枢励磁绕组 Ia与If独立

7、Ua与Uf独立直流电机的空载磁场0Ff0(If0)电机的磁化曲线电机的磁化曲线说明0小的时候Ff0正比例增加，当0达到一定值时，磁化曲线呈饱和特性。电机饱和程度要影响到电机的运行特性。0If0Ff0气隙中主磁场磁密的分布 (极距)B 气隙中主磁场磁密B的分布注：气隙空间用表示由于极靴下的气隙分布不均匀，故主磁通经过的磁路不同，在磁极轴线附近气隙小，则B大，在极靴的极尖处气隙大，则B小。在极靴以外，则B显著减小。在两磁极之间的几何中心线处，磁密为0直流电机负载时的磁场及电枢反应电枢反应的作用第五节 机电能量转化的过程（简述）第六节 感应电动势和电磁转矩的计算电磁转矩的计算2-7 直流电机的运行原

8、理dtdiLiRiGUaaaafafadtdiLiRufffffdtidLiRiGUaaaafafa)()(dtdiLiRufffffaafafaIRIGUfffIRUaaaaIRUEfffIRU即：aaaaIREU直流电动机励磁输入电功率输出机械功率aUaIfIfU2TemT0T机械负载电动机转矩平衡示意图直流发电机励磁输出电功率输入机械功率aUaIfIfU1TemT0T原动机转矩发电机转矩平衡示意图电动机的转矩平衡方程式dtdJTTTem02其中dtdJTJ为惯性转矩2T为机械负载制动转矩0T为空载损耗转矩当电动机以稳定的转速运转时0dtdJTJ则稳态运行时有：02TTTemaaaaIRE

9、UdtdJTTTem01其中T1为原动机提供的拖动转矩dtdJTJ为惯性转矩0T为空载损耗转矩当发电机稳定运行时0dtdJTJ则稳态运行时有：01TTTemaaaIRUE发电机的转矩平衡方程式机械功率2PFepmecpcpCuapCufpemP1P电功率电功率2PFepmecpcpCuapCufpemP1P机械功率电动机的功率图发电机的功率图aacaaffaIEURIUIIIUUIP)2()(1emcaCfCPpppPuu1其中ffCUIpu为励磁损耗aaaCIRpu2为电枢损耗acUIp 2为电刷接触损耗U为电刷接触电压降emaaemTIEp为电磁功率mecFeememppPPPTTTp00

10、202)(Fep为铁心损耗mecp为机械损耗2P为输出的机械功率并励电动机的功率平衡关系式cCuaCufacaafacaaaacaaaaemmecFeemememPppPIURIUIUIIURIUIIURIUIEPppPPpPTTTP222100112)2)2()(UIP 2发电机的输出功率I发电机的负载电流并励电动机的功率平衡关系式2-7 直流电机的运行原理)()()(222PfPfTPfnem或)()()(aaemaIfIfTIfn实际运行中，电枢电流aI与2P的变化趋势差不多，故工作特性表示为与 之间的 关系aI效率特性转矩特性转速特性的关系曲线时，)(,afNfNIfnIIUU:,有代

11、入电动势平衡方程式把公式aaaeaIREUnCEaeaeaeaeInnCRCUnICRCUn00则令转速公式理想空载转速当输出功率增加时，电枢电流也增加，由于电枢反应使得气隙磁场减弱，转速特性曲线不是一条直线下降n转速特性曲线aNIaI1、并励直流电动机的工作特性的关系曲线时，)(,aemfNfNIfTIIUU线可得转矩特性的关系曲由公式aTemICTemTaIaNI当电枢电流较大时。由于电枢反应，使得气隙磁场减弱，故电枢电流较大时偏离直线的关系曲线时，)(,afNfNIfIIUU%100)(21%100)1 (%100/2112facaaCufmecFeIIUURIpppPpPP故效率 是电

12、枢电流的二次曲线。有一个最大值效率曲线)(aIfaIaNIaNIaNIemTnnemT2、串励电动机的工作特性aNIaNIemTnnemT串励电动机的工作特性3、复励电动机的工作特性复励电动机的工作特性介于并励与串励电动机之间。若串励励磁起主要作用，则其工作特性就接近串励电动机。若并励励磁起主要作用，则其工作特性就接近并励电动机。以转速特性为例，见下图aNIaNIn并励电动机的转速特性复励电动机的转速特性串励电动机的转速特性三、直流发电机的运行特性I)(fIfU fI)(IfU U)( IfIf0I)(00fIfU空载特性是指Nnn时，发电机空载端电压0U与励磁电流0fI之间的关系特性，即)(

13、00fIfU空载特性的测取方法：1）调节励磁电流 使发电机的空载端电压0fINUU)3.11.1(0 2）调节励磁电流 使 逐步降到0，在此过程中测取 与0fI0fI0fI0U空载特性见图243。空载特性表明了电机磁路中的磁通量与其所作用磁动势的关系。即当转速恒定时，电动势与磁动势之间的关系：E0f（If）U0IaIf电枢励磁绕组Rf并励发电机的接线图自励过程： 1）当电机内部有剩磁时，原动机带动电枢旋转时切割剩磁，产生剩磁电动势2）若励磁绕组与电枢绕组并联极性正确，即使此时励磁绕组中电流所建立的磁动势与原先的剩磁方向一致，则电枢电动势因为磁场的增强而增大，则励磁电流也增大（ U0 If Rf）。3）若Rf 小于某一个值，则在U0 If Rf的同时也满足空载特性U0f（If0）时，则会使空载端电压稳定在某一个数值处。aaeaaaRInCRIEU直流发电机的外特性1231 复励发电机的外特性2他励发电机的外特性3并励发电机的外特性28直流电机的换向itiaiaTka）a）无电动势影响时电流的换向过程b）换向过程电动势产生的附加电流c)有电动势影响时的电流换向过程iab）itiaTki