电机与拖动基础直流电机n

1、重点：直流电机的基本工作原理直流电机的磁场直流电机的基本公式直流电机的平衡直流电机的工作特性第一节直流电机的基本原理第二节直流电机的结构第三节直流电机的磁场第四节直流电机感应电动势和电磁转矩的计算第五节直流电动机的运行原理第六节直流发电机的运行原理第七节直流测速发电机第一节 直流电机的基本原理重点：应用电磁感应定律、电磁力定律、左手定则、右手定则分析直流电机的基本工作原理直流电机的工作原理电动生磁磁动生电电磁生力一、直流发电机的工作原理电磁感应定律：在恒定的磁场中，导体切割磁力线产生感应电动势。大小：e=Blv方向：由右手定则确定一、直流发电机的工作原理定子磁场转子电枢气隙交流发电机工作原理图

2、电枢转一周时线圈中感应电动势波形换向片直流发电机工作原理图一个线圈的脉动电动势波形二、直流电动机的工作原理电磁力定律：= Bli大小：f方向：左手定则直流电动机的工作原理图三、直流电机的换向换向：电机在旋转过程 中，线圈中电流方向改变的过程换向的危害： 电刷和换向器之间产生火花换向的：S1.主磁极之间安装换向极2.移动电刷SKNKnMnG3.采用补偿绕阻N第二节两个主要部分：静止部分定子：主磁极、换向极、机座、电刷、端盖及轴承等旋转部分转子(电枢)：转子铁心、转子绕组、换向器等直流电机的结构直流电机径向剖面图直流电机轴向结构剖面一、直流电机的定子作用：建立主磁场起固定支撑作用(一)主磁极:产生

3、主磁场：永久磁铁电磁铁:(1)主磁极铁心:由11.5mm厚的钢板冲叠成(极靴)(2)主磁极绕阻:励磁绕阻套在铁心外电磁铁 成对出现(二)用：换向极(或附加极)换向，减小电刷与换向作器之间的火花安装地点：两主磁极之间结铁绕构：铁心+绕组心：整块钢板或薄钢板迭成组：套在铁心上，与电枢绕组串联(三)机座:材料：由导磁性能较铸钢或厚钢板焊成作用：固定主磁极、换向极和端盖作为电机磁路的一部分作用： 引入或引出电枢电流组成： 电刷、刷握、汇流条等(四)电刷(五)接线盒(板)F或LA或S Rf>>Ra二、直流电机的转子能量转换的关键部分电枢组成:电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴风扇等作用：作为磁

4、路嵌放绕组组以减少涡流和磁滞损耗成:由0.5mm厚的硅钢片叠装而成(一)电枢铁心(二)电枢绕组作用：感应电动势、通过电生电磁转矩、实现能量转换组成:以一定的规律嵌放在电枢铁心的槽内1.电枢绕组的:(1) 叠绕组：单叠(2) 波绕组：复叠复波1232.电枢绕组的(以单叠绕组为例)（1）：组成电枢绕组的基本单元（2）极距：一个磁极在空间所占据的位置z：电枢圆周开的槽数p：磁极对数Zt =2 p12(3)节距：第一节距 Y1：一个两Y1有效边间的距离YY =Z/2p±e=t±e1节距Y：串联的两个对应边间的距离(单叠)NY=1123换向器节距Yk：一个两出线端换向片的距离Y=Yk

5、=1(单叠)YkS3.单叠绕组的联接例：一台直流发电机：p=2和特点：z=16s=k=16作出：绕组展开图和绕组的电路图(1)绕组展开图：绕组连接表： y1=16/4=4y = yk= 1y2= y1 - y = 3绕组展开图：第一步：画第二步：画磁极边第三步：画换向片第四步：联绕组第五步：定电动势方向第六步：放电刷 n 810 1112 13 14 15 16679SNS101112Nntttt2345812 13 14 15 1616791SSN10 118912 13 1415B2A1B1A2_+BA011N(2) 电枢绕组的电路示意图及特点:B156A2A12910119101112B

6、213161514B-每个极面下电动势相同的组成一条支路单叠绕组a=p( a:支路对数)+AIa=2aia为获最大感应电动势，电刷应放在磁极轴线上电刷数=2a=2p(三):结构：由多片彼此绝缘的换向片组成换向器：重要的部件作用电动机中：将直流电流交变电流发电机中：将交变电动势直流电动势(四)转轴起转子旋转的支撑作用，而成用圆钢三、直流电机的铭牌数据和主要系列额定功率PN额定条件下电机所能提供的功率指轴上输出的机械功率指电刷间输出的额定电功率电动机发电机额定电压UN在额定工况下，电机出线端的平均电压是指输出额定电压是指输入额定电压电动机发电机额定电流IN额定转速nN在额定电压、额定电流下，运行于

7、额定功率时对应的转速在额定电压下，运行于额定功率时对应的电流三、直流电机的铭牌数据和主要系列励磁方式额定励磁电流I fN对应于额定电压、额定电流、额定转速及额定功率时的励磁电流指直流电机的励磁线圈与电枢线圈的连接方式此外，电机铭牌上还标有其它数据，如励磁电压、出厂日期、号等。三、直流电机的铭牌数据和主要系列（一）铭牌数据铭牌上标注额定值，是电机运行的基本依据。直流电动机型 号 Z395结构类型功率 30 kW电压 220 V电流 160.5 A转速 750 r /min7001他 励220V连续定子B转子B编号励磁方式励磁电压工作方式绝缘等级685kg重量标准编号 JB1104-68出厂日期年

8、月（二）主要系列1Z，ZF，ZD系列3ZJF，ZJD系列2Z4，ZO2系列4S，SZ，SY系列5ZCF，CYD，ZYS和CY系列第三节直流电机的磁场重点（1） 励磁方式（2） 气隙磁场的分布情况（3） 影响气隙磁场的因素(电枢反应）（4） 气隙磁场的分布波形一、直流电机的励磁方式励磁绕组的供电方式(一)他励直流电机励磁绕组与电枢绕组之间无电的永磁电机也属于此类-+UIMaIGaIfI =Ia-+Uf(二)并励直流电机励磁绕组与电枢绕组并联-+IUMM:I=Ia+IfG:Ia=I+IfIfIG(三)串励直流电机励磁绕组与电枢绕组串联起来+-UI=Ia=IfIGaIMa(四)复励直流电机主磁极有两

9、个励磁绕: 一并一串两绕组产生的磁通势同方向积复励两绕组产生的磁通势反方向差复励+-UIIMGIf励磁方式不同,运行特性差异较大二、直流电机的空载磁场空载:无负载P2=0M：I»0G：I=0（一）主磁通和漏磁通:1. 主磁通：经过主磁路的磁通，分别和定子、转子绕组匝链2. 漏磁通：不与电枢绕组匝链磁通（二）磁化特性曲线线性段:U(F)膝部:(弯曲部)UN饱和段：直流电机的工作点在弯曲部分0INfIf（三）空载磁场气隙磁密分布曲线Bxt三、直流电机的负载磁场电枢磁场分布四、直流电机的电枢反应电枢反应:电枢磁场对主磁场的影响Ia=0®If®F0If=0®Ia

10、®Fa两磁场叠加1.负载时气隙磁场发生畸变每一极面下,主极磁场的一半被削弱,另一半被加强几何中性线与物理中性线(磁场为零的位置)不重合G：物理中性线顺电机旋转方向移动的角度M：物理中性线逆电机旋转方向移动的角度2.有去磁作用：考虑磁场饱和情况:削弱>增强负载时的每极磁通比空载时略有减少第四节直流电机感应电动势和电磁转矩的计算一、感应电动势Ea的计算1. 一根导体的感应电动势ex=Bxlv2. 一根的导体的平均感应电动势eav=Bavlvv = pDa n = 2 ptn= FBtlav 6060= F l 2 ptn = 2 pFneavtl60603.电枢感应电动势(每条支路

11、的感应电动势)NpNE=Fn = C Fneaave2a60apNC=e60aCe电动势系数二、电磁转矩的计算1.一根导体所受到的平均电磁力= Bavliafav2.每根导体产生的平均电磁转矩D = BD=Tfliavavava223.电枢表面N根导体产生的电磁转矩D = 2 ptDI a= Fi= NT= NB liTBpaavtlemavava2a2= pN2 pt2p= N F l Ia= pN FICTT2paemtl2paa2a-转矩常数=CT FIaTem（三）Ce与CT的pN2pa= pN60a=CCeTpN2pa=CCTee第五节直流电动机的运行原理一、基本方程1. 电压平衡方

12、程式Ea= U - IaRa U=Ea+Iara+2Ub Uf=IfRf2. 转矩平衡方程式Tem= TL+T0= T2+T03.功率平衡方程式P1=UI=(Ea+Iara+2Ub)Ia=EaIa+Ia2ra+2UbIa=Pem+pcua+pbPem=EaIa=CeFnIa=CTFIa (n/9.55)=TemW=P2+pFe+pm+pad=P2+p0+padP1=P2+pFe+pm+pad+pcua+pbpFe:铁损耗,铁心中的涡流和磁滞损耗pm:机械损耗、机械摩擦和风阻pad：附加损耗、杂散损耗、齿槽效应和磁通脉动电磁功率直流发电机：原动机克服电磁转矩的制动作用所做的机械功率等于通过电磁感

13、应作用在电枢回路所得到的电功率。直流电动机：从电源吸收的电功率， 通过电磁感应作用， 转换成轴上的机械功率；从发电机的角度看：电磁功率是转换成电功率 的那部分输入机械功率从电动机的角度看：电磁功率是转换成机械功 率的那部分输入电功率。二、工作特性n、Tem、 h =f (P2 ) U =UNI f =I fNRad =0（一）他（并）励电动机的工作特性1.转速特性nnURan =-IaC FC Fee= n0 - Dn0INIaDn0N2.转矩特性= P2P22pn / 60= 9.55 P2=T2Wn= CT FIaTemTem=T0+T2T2T00Ia3.效率特性:P1 - Sp= 1 -

14、 SpP2h =P1P1P1+ p+ I 2 r + 2DU Ip= 1 - Femaba UIa令dh/dIa=0pFe+pm=I2 r 时，ha a=hmax当U=UN，If=IfN，pFe+pm基本不变，称不变损耗I2 r 和 2DU I 随I 变化，称可变损耗a ab aa（二）串励电动机的工作特性1.转速特性UNRaURn =C kI-C kF=kIn =-¾¾¾®IaaC FC FeaeeeI = Ia= I f2.转矩特性Ia较小时2= CFI= CTkIemTaTaIa较大时' I= C FI= CTemTaTa第六节直流发电机的

15、运行特性一、基本方程（并励）1.电动势方程式Ea=U+IaRa=U+Iara+2UbIa=I+If2.转矩方程式T1=Tem+T03.功率平衡方程式pFepmpadpcuapbWPem=TemP =T W11= EaIaP =UI2pcufT1W=Tem W +T0 WP1=Pem+p0考虑附加损耗pad,则Pem=P1-(pFe+pm+pad) Pem=TemW=EaIa=UIa+Ia2Ra=UI+UIf+Ia2Ra=P2+pcuf+(pcua+pb)P1=P2+pFe+pm+pad +pcuf +pcua+pb二、运行特性U、I、If之间的函数：（n=nN）U =f (I f)I =IN_

16、负_ 载特性_空_ 载特性I =0U =f (I )I f=I fN_外_ 特性I f=f (I )U =UN_调_ 节特性1.他励发电机外特性空载特性= U 0 - UNDU´100%NUN调节特性2.并励发电机自励自励过程：并励发电机的电压从剩磁电压上升到额定电压的过程自励条件:U剩磁励磁绕组与电枢绕组的联接正确磁场电阻不能太大过渡过程中Uf=ifRf+Lfdif/dtU0U0IfA1Lfdif/dt ifRf外特性:n=nN=CRf=CU=f(I)U=Ea-IaRa(1)I电枢反应FEUa(2) I IaRaU(3)UI FEUfaU调节特性同他励IN0I第七节直流测速发电机将

17、 或结构：同于普通的直流电机， 分永磁式和电磁式两种IaEa GUaRLn一、直流测速发电机的输出特性Ua=f(n)1.空载：U0=Ea=CeFn=KenUa.负载：F=CRL=CRL1Ua=Ea-IaRaIa=Ua/RL U=CeFn/(1+Ra/RL)=RL2RL1 > RL2二、直流测速发电机的误差及其减小实际Ua与n之间（一）电枢反应F=F0-FaIa Fa=KIIa=KIUa/RLEa=CenF=Cen(F0-Fa)=Ken-CenKIUa/RL线性误差CnCnU=a1 + C k n /(1+ R1+ Kn / R/ R)ReIaLLL实际Ua不正比于n，而向下弯曲Ua减小误差的减小电枢反应：设计电机时，适当增加测速发电机的气隙使用时，负载电阻不得小于规定的电阻，转速不得高于规定转速对电磁式测速机，加装补偿绕0n（二）电刷换向器接触电阻影响在电机中，DUb基本为常数UaU =E -I r -DUaaaabDU=K n-U r /R -DUbeaaLbUa=Ken/(1+ra/RL)-DUb/(1+ra/RL)=Cn-CDUb/Ke特性下移，出现不灵敏区0n消除的电刷：采用接触压降小（三）温度的影响qRf If FEa U消除：设计电机时，使磁路趋于饱和使用时，在励磁回路串一温度系数小的大电阻采用恒流源励磁三、直流测速