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文档简介

1、电机与电气控制(第3版)电子工业出版社第1章 直流电机原理 内容提要:本章主要讲述直流电动机的基本工作原理;直流电动机的结构以及各部件的作用,重点介绍能量转换的核心部件电枢绕组不同形式的连接规律和特点。感应电势和电磁转矩的计算。直流电动机不同励磁方式的特点。直流电机的磁场以及改善换向的方法。1.1 直流电机基本工作原理1.1.1直流电机的模型结构图1.1直流发电机工作原理1.1 直流电机基本工作原理1.1.2直流发电机工作原理 1感应电势的产生 2电势的波形1.1 直流电机基本工作原理图1.2线圈电势的波形图1.3电刷两端的电势波形1.1 直流电机基本工作原理图1.4两个线圈换向后的电势波形图

2、1.5多个线圈电刷两端电势波形1.1 直流电机基本工作原理1.1.3直流电动机的工作原理在图1.6所示瞬时,电流i的方向为:+A换向片1abcd换向片2B根据电磁力定律,线圈边ab,cd分别受到电磁力f的作用,其大小为:图1.6直流电动机工作原理图xfB Li1.1 直流电机基本工作原理1.1.4直流电机可逆原理(1)直流电动机与直流发电机在结构上并无本质区别,不同的是直流发电机必须要由一个原动机拖动。产生感应电势e,接通负载便有一电流i流过,i与e方向相同。同时载流导体ab、cd便受到电磁力的作用(左手定则确定),而产生转矩T与转速方向相反,故称阻转矩。(2)在直流电动机中,通过电刷和换向器

3、的作用,即时地将电刷两端直流电变换成线圈内部的交流电,从而产生单方向电磁转矩T,T与旋转电动机方向n相同。同时,旋转的导体ab、cd切割磁场,便产生一电势(右手定则确定),其方向与电流方向相反,故称作反电势。1.2 直流电机的结构和额定值1.2.1直流电机的结构1定子(静止部分)(1)主磁极(2)换向极(3)机座(4)电刷装置1.2 直流电机的结构和额定值2.转子或电枢(转动部分)(1)电枢铁芯(2)电枢绕组(3)换向器1.2 直流电机的结构和额定值3.气隙小容量直流电机定、转子之间气隙约为0.55mm,大型电机约为510mm,气隙对电机运行性能量影响很大,组装时要特别注意。图1.12换向片及

4、金属套筒式换向器结构1.2 直流电机的结构和额定值1.2.2直流电机的额定值表1.1直流电机的铭牌型号Z4-132-2励磁方式他励额定功率15kW励磁电压180V额定电压440V励磁电流4A额定电流39.3A工作制S1额定转速1510r/min绝缘等级F外壳防护形式IP23S重量142kg标准编号JB6316-92出厂日期年月电机厂1.2 直流电机的结构和额定值1电机的额定值2直流电机的型号3直流电机的主要系列1.2 直流电机的结构和额定值1.2.3 直流电机的电枢绕组1.电枢绕组的名词术语 (1)绕组元件 (2)元件数 、换向片数 、虚槽数 三者之间的关系。 (3)极距 。 (4)电枢绕组的

5、基本类型。1.2 直流电机的结构和额定值2.单叠绕组(1)单叠绕组的连接特点(右行绕组)见图1.15(a)所示(左行绕组)见图1.15(b)所示例1.1已知某直流电机Zu=Z=K=S=16,2P=4,要求绕制一右行单叠绕组。解:k111yy 1.2 直流电机的结构和额定值2.单叠绕组(1)单叠绕组的连接特点(右行绕组)见图1.15(a)所示(左行绕组)见图1.15(b)所示例1.1已知某直流电机Zu=Z=K=S=16,2P=4,要求绕制一右行单叠绕组。解:(单叠右行绕组)k111yy k1yy 1.2 直流电机的结构和额定值2.单叠绕组(1)单叠绕组的连接特点(右行绕组)见图1.15(a)所示

6、(左行绕组)见图1.15(b)所示例1.1已知某直流电机Zu=Z=K=S=16,2P=4,要求绕制一右行单叠绕组。解:(单叠右行绕组)(整距)k111yy k1yy u1160424ZyP1.2 直流电机的结构和额定值2.单叠绕组(1)单叠绕组的连接特点(右行绕组)见图1.15(a)所示(左行绕组)见图1.15(b)所示例1.1已知某直流电机Zu=Z=K=S=16,2P=4,要求绕制一右行单叠绕组。解:(单叠右行绕组)(整距)k111yy k1yy u1160424ZyP21413yyy 1.2 直流电机的结构和额定值2.单叠绕组(2)单叠绕组展开图图1.16单叠绕组连接次序图图1.17单叠绕

7、组展开图1.2 直流电机的结构和额定值2.单叠绕组(3)单叠绕组并联支路图将图1.17中的绕组元件用“”表示,并将图所示瞬时没有与电刷接触的换向片省去,可得图1.18(a)所示。单叠绕组的并联支路数等于电机主磁极数,即2a=2P或a=p若每条支路电流为ia,则电枢总电流Ia为:aa2Iai1.2 直流电机的结构和额定值3.直流单波绕组(1)单波绕组的特点图1.19单波绕组元件k(1)/yKPk1P yK1.2 直流电机的结构和额定值3.直流单波绕组(1)单波绕组的特点例1.2已知:一台直流电机Zu=Z=S=K=15,2P=4,要求绕制一左行单波绕组。解:1.2 直流电机的结构和额定值3.直流单

8、波绕组(1)单波绕组的特点例1.2已知:一台直流电机Zu=Z=S=K=15,2P=4,要求绕制一左行单波绕组。解:(短距)u11 533244ZyP1.2 直流电机的结构和额定值3.直流单波绕组(1)单波绕组的特点例1.2已知:一台直流电机Zu=Z=S=K=15,2P=4,要求绕制一左行单波绕组。解:(短距)(单波左行)u11 533244ZyPk(1)/(151)/27yyKP1.2 直流电机的结构和额定值3.直流单波绕组(1)单波绕组的特点例1.2已知:一台直流电机Zu=Z=S=K=15,2P=4,要求绕制一左行单波绕组。解:(短距)(单波左行)u11 533244ZyPk(1)/(151

9、)/27yyKP21734yyy1.2 直流电机的结构和额定值3.直流单波绕组(2)单波绕组展开图(1)单波绕组的画法与单叠绕组相同,其连接顺序如图1.20所示。图1.20单波绕组连接顺序图(2)单波绕组磁极及电刷安放与单叠绕组相同。1.2 直流电机的结构和额定值3.直流单波绕组(3)单波绕组的并联支路图1.21单波绕组展开图1.2 直流电机的结构和额定值3.直流单波绕组(3)单波绕组的并联支路图1.22单波绕组并联支路图1.2 直流电机的结构和额定值3. 直流单波绕组(1)单波绕组的连接规律和特点。例1.2已知:一台直流电机,要求绕制一左行单波绕组。15ZZSK24P1.2 直流电机的结构和

10、额定值3. 直流单波绕组(1)单波绕组的连接规律和特点。例1.2已知:一台直流电机,要求绕制一左行单波绕组。解:15ZZSK24P11533244ZyPk(1(151 27yyKP)21734yyy1.2 直流电机的结构和额定值3. 直流单波绕组(1)单波绕组的连接规律和特点。(2)单波绕组展开图。(3)单波绕组的并联支路。(4)单叠绕组和单波绕组的应用。1.3 直流电机的电势、转距、磁场和换向1.3.1直流电机的感应电势和电磁转矩1.电枢绕组的感应电势(1)每根导体平均电势在一个磁极下各导体所在的位置不同,磁密大小也不同,如图1.23所示,因此,先取平均气隙磁密Bav,从而得到每根导体平均电

11、势值为:图1.23气隙磁密与电刷的导体分布1.3 直流电机的电势、转距、磁场和换向1.电枢绕组的感应电势(2)电枢绕组感应电势直流电机感应电势的高低与和n成比。aave260260NPnNPNEenCn2aaa1.3 直流电机的电势、转距、磁场和换向2.电磁转矩每根导体产生的平均电磁力为:fAV产生的电磁转矩为:设电枢总导体数为N,则电枢电磁转矩为:avavafBLiaaa2avavavaavav222222DIIDPPTfBL iB LBLaa aaavavaTa222IIPPPNTT NBLNLNICIaLaa1.3 直流电机的电势、转距、磁场和换向3.同一电机Ce与CT的关系因为所以或e

12、e6060PNCPNaCaTT22PNCPNaCa eTT20.10560CCCTee609.552CCC1.3 直流电机的电势、转距、磁场和换向1.3.2 1.3.2 直流电机的磁场直流电机的磁场1 1直流电动机的分类直流电动机的分类(1 1)直流他励电动机。)直流他励电动机。1.3 直流电机的电势、转距、磁场和换向(2)直流并励电动机。(3)直流串励电动机。(4)直流复励电动机。afIIIafIII1.3 直流电机的电势、转距、磁场和换向2.直流电动机的空载磁场(主极磁场)(1)磁路图图1.25 直流电机的磁路和磁通分布直流电机的磁路和磁通分布(2)磁化曲线图图1.26 电机磁化曲线电机磁

13、化曲线(3)直流电动机空载磁场及特点。)直流电动机空载磁场及特点。1.3 直流电机的电势、转距、磁场和换向3直流电动机空载磁场及特点1电枢磁场直流电机负载运行时,电枢绕组中便有一电流流过,该电流产生磁势:称作电枢磁势,如图1.27(b)所示。该电枢磁场的特点是:(1)电枢磁势的轴线与几何中性线重合,且对称于几何中性线。(2)电枢磁势的轴线与主极轴线垂直,称为交轴电枢磁势。(3)电枢磁势在空间固定不动。2气隙合成磁场及电枢反应aaaa()F FI N1.3 直流电机的电势、转距、磁场和换向1.3.3直流电机的换向1.换向过程从图1.18(a)可知,电机运行时,电刷固定不动,旋转的电枢绕组元件从一条支路经过电刷短路进入另一条支路,元件中电流也随之改变方向这一过程,称为换向过程,简称换向。1.3 直流电机的电势、转距、磁场和换向2.产生火花的电磁原因产生火花的原因是多方面的,有机

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