电机拖动学汇编

1、电机(dinj)及拖动基础共一百八十二页绪言(x yn)第一章 直流电机第二章 变压器第三章 异步电机 共一百八十二页绪论0-1 电机的概念0-2 电机在国民经济建设中的作用及我国电机工业简况0-3 本课程(kchng)的性质、任务及内容0-4 磁路0-5 铁磁材料特性0-6 小结共一百八十二页 0-1 电机(dinj)的概念（1）电机是与电能有关的能量(nngling)转换机 发电机、变压器热能或其他能量转换为电能电能转换为机械能电动机电网机械装置共一百八十二页0-1电机(dinj)的概念 （2）电机主要指发电机、电动机和变压器，是实现电能的生产、变换、使用(shyng)和控制的电磁机械装置

2、。 生产指发电，变换指升降压，使用指拖动生产机械及家用电器的电动机。 控制指特殊的微型的小电机， 用于自动控制系统，起检测、放大、执行的作用。 无论大型、中型、小型及控制电机都是电磁机械装置。 0-1 电机的概念电动机生产机械电网发电机、 变压器共一百八十二页 电：电路绕组电磁(dinc)机械 磁：磁回路导磁材料及气隙 机械装置 ：结构轴、机座、 端盖、 定子、转子等。 绕组（电路）铁芯（磁回路）电磁(dinc)机械装置如变压器：共一百八十二页（3）电机(dinj)种类发电机直流发电机交流(jioli)发电机同步发电机异步发电机电动机直流电动机交流电动机同步电动机异步电动机单相异步电机三相异步

3、电机鼠笼绕线式变压器升压变压器降压变压器控制电机伺服、测速、步进电机电 机共一百八十二页 0-2 电机在国民经济建设(jinsh) 中的作用及我国电机工业简况 电能在生产、传输、分配、使用(shyng)、控制及能量转换等方面极为方便，只要有电源处就可以使用电动机拖动生产机械。所以电机是工业、农业、交通运输、国防工程以及日常生活中常用的主要设备。共一百八十二页一.电机(dinj)在国民经济建设中的作用 在电力工业(din l n y)中的作用 电能是现代大量应用的能量形式，这种能量形式有多种优点：1）传输和分配容易2）使用控制方便3）无污染4）可以远距离、放射传输和分配。共一百八十二页 0-2

4、电机在国民经济建设 中的作用(zuyng)及我国电机工业简况1.电机(dinj)在电力工业中的应用火电厂（汽轮机）水电厂区域降压变压器35KV10KV 380/220 低压升压变压器输电线路110KV配电网用电设备10KV共一百八十二页 0-2 电机在国民经济(gumnjngj)建设 中的作用及我国电机工业简况2.在工业(gngy)企业中： 驱动各种生产机械装备，广泛使用电动机拖动各种生产机械如：机床拖动、鼓风机 、吊车、抽水机（电力灌溉）以及矿石采掘和送料、电车和电力机车的牵引。共一百八十二页3.自动控制系统(kn zh x tn)、智能化装置的重 要元件 在自动控制技术中各式各样的小巧灵敏

5、的控制电机作为检测(jin c)、放大、执行和解算元件。应用于人造卫星发射和飞行的控制，机床加工的自动控制。 控制和显示各种自动记录仪表，音像录放设备、医疗器械等的运行控制、检测记录显示都采用微型电机。共一百八十二页 0-2 电机在国民经济建设 中的作用(zuyng)及我国电机工业简况定频空调器 压缩机采用单相异步电动机，3台及以上空调机采用三相异步电动机依赖频繁开断电动机实现室内(sh ni)温度恒定。变频空调器 可以减少噪音、环保、节能。4.家用电器共一百八十二页 0-2 电机(dinj)在国民经济建设 中的作用及我国电机(dinj)工业简况交流变频 压缩机采用变频电机：三相异步电动机，采

6、用变频控制技术控制电动机转速，使压缩机制冷量连续可调。直流变频 压缩机采用无刷直流电动机，噪音更小，更节能(ji nn)。电冰箱：原理与空调器相似。洗衣机：用电动机作为动力，采用离心式排水泵进行排水，鼓风机进行烘干。共一百八十二页 二.电机(dinj)的发展及我国电机(dinj)工业简况电机(dinj)雏形1820年奥斯特发现电流磁效应，安培总结电流在磁场中机械力 电动机雏形 1831年法拉第提出电磁感应定律发电机雏形电灯的发明使发电机有了工业上的用途出现直流发电机及交流单相发电机为扩大馈电区域集中发电形成中央发电站变压器出现及发展1885年费拉里斯提出二相异步机模型并得到应用出现单相式异步电

7、机1888年多利沃多勃罗沃尔斯基提出三相制的三相异步电机出现三相式异步电机变频调速电机直流发电机单相交流发电机变压器单相式异步电机三相式异步电机变频调速电机共一百八十二页 我国电机(dinj)工业简况： 旧中国大型电机依赖进口。40年代初，国民政府资源委员会所属的中央机器厂曾通过进口瑞士(ru sh)BBC公司的2MW汽轮发电机转子。 1945年引进美国西屋电气公司10MW电机。 1950年旧北京召开全国电机制造会议，次年筹建的哈尔滨电机 厂是苏联援建国内最大的电机生产新基地。现已拥有上海东方电机厂、哈尔滨、四川、北京、武汉、江苏、杭州、山东和广州九个大、中型主机生产基地，可成套供应600MW

8、火电设备。 共一百八十二页 1958年上海电机厂和哈尔滨电机厂分别试制成 第一台仿捷TQC型和仿苏TQ25MW空气冷却式汽轮发电机。 刘家峡电站发电机225MW，云峰电站100MW混流式机组，龙羊峡电站320MW，葛洲坝170MW。 1980年后，东方电机厂参加国际投标获胜，为美国卡曼奇电站提供(tgng)大型电机，之后哈尔滨电机厂向加拿大出口电机。 我国电机工业(gngy)简况：共一百八十二页我国电机工业(gngy)简况： 现在我国已可出口600MW电机。 2002年1月清华大学新近研制成世界上最细的电动机。 目前电动机已朝节能型发展。 2002年3月29日世界最大的水轮(shu ln)发电

9、机运抵三峡工地，这是三峡工程安装的首台发电机组。 共一百八十二页 我国目前正在(zhngzi)建设和运行的国产核电机组包括30万千瓦和60万千瓦两种。 经过多年努力，我国已经初步具备百万千瓦级核电站的设计能力。现在我国正规划百万千瓦级国产化核电组。我国电机工业(gngy)简况：共一百八十二页0-3 本课程的性质(xngzh)、任务与内容 通过本课程的学习获得电机的基础理论、基础知识和实验技能(jnng)，为进一步学习专业课作好准备，并为今后合理地使用电机打下基础。 高等数学 牵引电机 电路 交流调速系统 物理 供变电工程 牵引供电系统 先修课后继课共一百八十二页0-3 本课程的性质、任务(rn

10、 wu)与内容 学生在学完本课程后应能达到下列要求： （1）了解各种典型电机的基本结构、原理、特性。 （2）掌握(zhngw)电机的分析方法，能正确建立基本方 程式、运用等值电路、矢量图手段。 （3）能进行一般电机的起动、调速和运行的操 作。 电机学特点： （1）综合性 （2）实用性 （3）基础性 共一百八十二页 安培环路(hun l)定律；磁欧姆定律；0-4 磁路(c l)教学目的和要求：掌握表征磁场强弱的物理量。复习安培环路定律。学习磁压与磁动势的概念。学习磁路、磁阻与磁欧姆定律。重点难点：励磁电流产生磁场的概念；磁动势概念。共一百八十二页0-4 磁路(c l) 1.磁场(cchng) 磁

11、场是由什么产生的 ？ 磁场感应向量线铁芯磁感应向量线总是闭和且围绕着产生它的电流，方向满足右螺旋关系 电流铁芯中有磁场产生。如：一根高压带电输电线，其周围存在磁场线圈通电后，怎样？再如：I共一百八十二页0-4 磁路(c l) 2.表征(bio zhn)磁场的物理量 磁感应向量 磁场中各点的磁感应可以通过磁感应向量线的疏密表示，磁感应向量线总是闭合。 磁通穿过某一截面的磁感应向量的通量称为磁通。B又称为磁密共一百八十二页0-4 磁路(c l) 当 一定(ydng)时，S（磁路截面积）小，则磁密大；S大，则磁密小。 S2B3B2B1S3S1红线表示磁通S2小，B2最大。可把磁通 比作：电路中的电流

12、；自来水管中的水流。在磁路中，用磁力线的疏密表征磁密B的大小。共一百八十二页0-4 磁路(c l)磁感强度(qingd)向量是磁场中导磁材料的导磁率，表征导磁性能。 同样的B，对应不同磁路性质， 不同。 空气 (亨/米；)铁磁物质 0 则：对应0 的H较大，对铁磁材料的H则小。是0的几千甚至几万倍。共一百八十二页 0-4 磁路(c l) 安培环路定律：在磁路中，沿任一闭合路径磁场强度向量(xingling)的线积分，等于穿过该闭合 路径所界定的面的电流的代数和。 iH B/ 左式说明电流与磁场的关系。 磁场由电流产生。i是闭合磁路所界定的面的电流的代数和。共一百八十二页0-4 磁路(c l)

13、H1 L+H2 = i1 N1-i2 N2 =10 i1-20 i2则 H2H1 L2N2=20i1i2L1N1=10左图H1和H2哪个(n ge)大？H1=B/ 0 磁路分两种材料，铁磁和空气。H2=B/ 0 H1（2L1+2L2-）+H2 =I共一百八十二页0-4 磁路(c l) 4. 磁压和磁动势 磁压降 （磁动势）比较(bjio)电路： U= E电路中电压代数和与总电动势平衡。 磁路中 I的名称磁动势磁势磁通势 磁动势是产生磁场的原因和条件。共一百八十二页 0-4 磁场(cchng) i=i1N1+i2N2+ =F1+F2+ (F1 F2为磁动势） i1i2N1N2电机(dinj)磁路

14、电路电流I通电导线 磁动势磁通磁力电磁转矩电机转动共一百八十二页0-4 磁路(c l)左图空气(kngq)为磁路，磁阻大i铁磁材料磁阻小Rm1 小Rm 大电感线圈，磁路一部分在空气中，一部分在铁磁材料中。（磁阻较大）Rm=L/s Rm与成反比共一百八十二页 0-4 磁路(c l) 相当于电路(dinl)中的i ;i 相当于电路中的E (电动势）; Rm相当于电路中的R（电阻）。 磁阻类似于电路的电阻，但与之不同，它不是一个能量损耗元件。Am垂直于磁通密度B的横截面积 共一百八十二页 0-4 磁路(c l) 产生磁通=9 10-4Wb，试求所需的磁动势值。铁芯采用(ciyng)D23硅钢片，叠装

15、系数为0.9，气隙截面积为A = 9 10-4m2，边缘效应不计。i1Lm=0.210-3m 例题共一百八十二页0-4 磁路(c l) Um= H =( 7.95 10-5) 0.2 10-3=159A解题(ji t)方式一： B H H H m H m Lm 求B 气隙中磁通密度B = / A = 9 10-4/9 10-4=1T H = B / 0 =1/ 410-7=7.95 10-5A/m 铁芯磁通密度 B Fe3B Fe = B /0.9=1.11T共一百八十二页 0-4 磁路(c l) Fe 求取 查手册D23硅钢片的磁化曲线(qxin)。 注意比较下两图：非线性不是常值HB0线性

16、0= 410-7亨/米（常数）B FeH Fe507A/m1.11 =B/H饱和 非饱饱和时：H而B几乎不变。非饱和时：H B共一百八十二页 0-4 磁路(c l)铁磁材料的导磁系数(xsh) Fe 随铁芯饱和的程度变化而变化。 i1i2N1N2 求整个磁路的磁动势为 F=N1i1=Um +U m Fe=H +H Fe Lm =159+50.7=209.7AUm Fe=H Fe Lm=5070.1A=50.7Ai1=F/N1=209.7A/100=2.097A 求激磁电流或激励电流注意： Um /F=159/ 209.7100%=75.8 %共一百八十二页 0-4 磁路(c l)解题(ji t

17、)方法二：i1i2N1N2求 R 和R Fe = i N/ R m i w R = / 0A =0.210-3/ 410-7 9 10- 4 =1.768105()求： R Fe = lm/ A 怎样确定？不是常数，随饱和程度变化而不同。共一百八十二页查D23磁化(chu)曲线 B=1.11T H=507A/m =B/H=1.11/507=2.18910-3 R Fe=0.1/(2.18910-3910-4)=0.508105 注意 R / R Fe=1.768105/0.508105=3.48F=N I= R m = (R + R Fe ) =910-4(1.768105+0.508105)

18、 =205A0-4 磁路(c l)i1i2N1N2共一百八十二页 F：磁动势磁通方向(fngxing)与截面积垂直 小结(xioji) 1、磁场由电流产生 2、磁密3、安培环路定律 为磁压降共一百八十二页 小结(xioji)4、磁阻 5、磁欧姆定律相当于电路(dinl)中的电流相当于电路中的电动势相当于电路中的电阻共一百八十二页 0-5 铁磁材料(cilio)特性 用磁畴的概念学习铁磁材料的导磁性； 说明铁磁导率的非线性； 学习(xux)磁滞现象和磁滞损耗、涡流损耗。 磁导率的非线性。教学目的和要求：重点难点：共一百八十二页 0-5 铁磁材料(cilio)特性问：电机和变压器用什么(shn m

19、e)材料制成？ 电机和变压器都以磁场为媒介，利用电磁感应作用来实现能量转换的，内部要有传导磁通的磁路和传导电流的电路。它们的磁路部分的铁芯采用高导磁性能的硅钢片制成。铁磁材料磁阻小吗？一、铁磁材料的导磁性铁磁材料为什么铁磁材料导磁性好？因为磁畴的存在则， R m导磁性好坏用什么衡量？用导磁率衡量，0共一百八十二页 0-5 铁磁材料(cilio)特性空气(kngq)（气隙）、良导体铜、铝、变压器油 均为非磁性材料。=0 铁与钴、镍的合金是铁磁材料。铁磁材料 0物质按磁性分为顺磁物质 略大于0反磁物质略小于0共一百八十二页 0-5 铁磁材料(cilio)特性变压器铁芯磁路导线电路 磁极 NS电枢磁

20、轭问上图哪里(n li)是磁回路？哪里(n li)是电路？磁轭磁回路：磁极（N）气隙电枢磁极（S）磁轭共一百八十二页 0-5 铁磁材料(cilio)特性 下图主磁磁阻Rm1与漏磁磁阻，Rm2哪个(n ge)大？ 漏磁Rm2主磁Rm1Rm2中主要路径为空气。问：工程上要使磁通尽量地约束在有限范围内，避免过多的漏磁，采用什么方法？Rm1 Rm2因为R m与反比 ，而 0采用铁磁材料可避免过多的漏磁。共一百八十二页 0-5 铁磁材料(cilio)特性 外界(wiji)磁场作用时，i 产生B0 ，磁畴倾向 于沿着外磁场方向排列， 产生附加磁场，总磁通密度B=B0+BX i1、磁畴 铁磁材料中存在大量磁

21、畴的小区域，每个磁畴相当于一个小磁铁。磁化前，没有外加励磁电流， =0 磁畴排列杂乱，B=0， =0共一百八十二页 0-5 铁磁材料(cilio)特性B-H磁化曲线BH0F e根据= B/H，所以对应于磁性材料的磁路，由于(yuy)磁导率大，磁性好。当所有磁畴都转到与外磁场同方向时， BX已不能再加强，尽管H，而B=B0+BX的增加很有限。由于 =B/ H， 则，此时材料已处于完全饱和状态。共一百八十二页 0-5 铁磁材料(cilio)特性 问：下列图磁阻的大小的排序(pi x)。产生同样的磁场，则励磁电流排序(pi x)： i1 Rm1i2 Rm2i3 Rm3 i4Rm4Rm3Rm4Rm2i

22、2i4i3共一百八十二页 0-5 铁磁材料(cilio)特性0a段 H由0 H mab段 H由H m 0，但B=Brbc段 H由0 -H c，B=0cd段 H由-H c -H m e点 B=-Brf点 H=H c B=02、磁滞现象(xinxing)和磁滞损耗 磁滞回线宽，剩磁多，矫顽力大；磁滞回线窄，剩磁 少，矫顽力小。B变化为零滞后于H的变化称为磁滞现象。为去除剩余磁通密度B r ,对材料反向磁化。 当H = -H c 时 Br 被抵消光。BH 0 B re ( -B r)H mfabc d-H c共一百八十二页 0-5 铁磁材料(cilio)特性基本磁化(chu)曲线 同一铁磁材料在不同

23、的H m 值下有不同的磁滞回线。把测出的所有磁滞回线的顶点连接起来称为铁磁材料的基本磁化曲线。工程上使用这种磁化曲线。BH磁化曲线共一百八十二页 0-5 铁磁材料(cilio)特性 不同(b tn)的磁滞回线BH矩形磁滞回线BH 软磁材料的磁滞回线软磁材料，磁滞回线狭窄，磁导率高，如：电工刚片（硅刚片）、铁镍合金、纯铁、铸铁等。常用来做电机、变压器、继电器的铁心，因为不希望有太大的剩磁以影响电机的性能。计算机的磁存储器具有这种矩形磁滞回线。当停电时，硬盘中有较强的剩磁可保存信息。共一百八十二页 0-5 铁磁材料(cilio)特性BH 硬磁材料，如钨钢(w n)、钴钢，做永久磁铁。 测速电机是小

24、型直流电机，它的磁极采用这种硬磁材料。共一百八十二页0-5 铁磁材料(cilio)特性磁滞(c zh)损耗+ i- i 当交流励磁时，磁畴转化时相互摩擦或碰撞，消耗能量。由 此引起的损耗称为 磁滞损耗。 磁滞损耗 Pf B m f 为磁通的 交变频率。常用硅钢片B m=1.01.6T时，a=2。共一百八十二页0-5 铁磁材料(cilio)特性 铁芯由一叠度为 d表面漆膜相互绝缘的薄硅钢片组成。 在每一硅钢片内都将感应(gnyng)出涡旋状不均匀分布的电动势和电流密度。3、涡流损耗产生的原因： dlh 铁芯中均匀分布的外磁场随时间作正弦变化。共一百八十二页0-5 铁磁材料(cilio)特性 涡流

25、(wli)在铁芯中引起的电阻损耗称为涡流损耗。 涡流所产生的磁场倾向于阻止磁通的变化。 为了补偿涡流的这种反应，磁滞回线上升部分，励磁电流将增加。 下降部分因涡流倾向于阻止磁通减少，励磁电流将减少。B H涡流损耗磁滞回线变宽，说明损耗大。共一百八十二页0-5 铁磁材料(cilio)特性 交变(jio bin)磁密 B m, 钢片厚d, 高h, 长L, 电阻率离坐标原点x而宽度为d x的某回路中的涡流损耗为d P xd xxy z dLh涡流损耗的计算及减小损耗的措施回路感应电动势rx= 2h/L d x共一百八十二页d xxy z dLh整个钢片体积(tj)内能量的损耗：V=l h d为钢片的

26、体积(tj)。d为钢片厚度；为钢片电阻率；Bm为磁通密度幅值；f为磁通变化频率涡流损耗的计算及减小损耗的措施共一百八十二页0-5 铁磁材料(cilio)特性减小涡流损耗的方法(fngf)1) 减小硅钢片厚度d一般用0.50.35mm电工钢片。2）增大电阻率 加适量硅入钢片中当利用涡流产生热效应时，提高频率f，加大d，如淬火时要用高频涡流电热炉。共一百八十二页 磁滞损耗与涡流损耗合在一起称为铁耗。 硅元素的硅钢片不仅可增大(zn d)钢片的电阻率 ，减小涡流， 而且使磁滞回线减小，磁滞损耗降低。总之使铁耗减小。 单位重量的铁耗计算： PF e=P1/50(f/50)Bm2(w/kg) P1/50

27、铁耗系数，是B m=1T, f=50HZ,每千克硅钢片损耗。 随硅钢片的含硅量增高而减少。一般为1.21.6铁耗及计算(j sun)共一百八十二页小结(xioji) 段磁路磁场强度A/m 段磁路的平均长度(chngd)(m) 也称 段磁压降 磁动势（A），也称磁势或磁通势。用F表示。 电机是能量转换装置，电机通过电磁感应作用实现能量转换。 电机的工作原理就建立在电磁感应定律、全电流定律，磁路定律、电路定律和电磁力定律等基础上。一、全电流定律用于电机和变压器可简化为 共一百八十二页小结(xioji) F磁动势 磁通（w b) R m i i 段磁路(c l)磁阻（1/H） R m i =L i

28、/( i s i ) i i 段磁路的导磁系数（H/m) s ii 段磁路的截面积（m2)二、磁路欧姆定律共一百八十二页小结(xioji)线圈(xinqun)所交链的磁链， =w wB导体所处位置的磁通密度（ w b/ m2或T）V导体相对磁场运动的线速度（m/s)L导体切割磁力线的有效长度(m)三、电磁感应定律1、线圈中的感应电势2、速度电势 e=BLV共一百八十二页问: 怎样能在线圈(xinqun)中产生感应电动势？条件(tiojin)：1、具有导磁材料构成的磁路，磁阻小；2、由励磁电流i产生磁动势F；3、励磁电流I是交变电流。小结共一百八十二页问：怎样能在导体中产生(chnshng)感应

29、电动势？条件：1、具有磁场（磁路，磁动势）；2、一定长度(chngd)的导体；3、导体与磁场有相对运动。导体小结共一百八十二页例题(lt) i=10A, =0.005w b,铁芯截面积 s=302，求线圈(xinqun)应有的匝数W。 Wi+10cm6cmH(A/ ) 40 50 60 80 B(T) 1.55 1.60 1.64 1.72解： 铁芯中的平均磁密： B= /S=0.005/(3010-4)=1.67(T)由磁化曲线求磁场强度： H=60+(1.67-1.64)(80-60)/(1.72-1.64) =67.5(A/ )磁路平均长度 ： L=2(10+6)=32 匝数 W=HL/

30、i=67.532/10=216（匝）共一百八十二页第一章 直流电机重点难点：换向器的作用(zuyng)；电刷的位置;元件在不同磁极下电流、电动势是交变，但由电刷（与磁极位置相对静止）引入的是直流电;发电机引出的是直流电。教学目的和要求： 掌握电动机及发电机工作原理、基本结构，换向器的作用，励磁方式，铭牌(mngpi)数据。共一百八十二页第一章 直流电机 直流电机分为电动机和发电机。 直流发电机 用于大型同步发电机的励磁(l c)电源。 化学工业中的电镀、电解 直流发电（ 容量可比交流发电提高30） 直流电动机 起动性能好，用于电力机车、重型机械 调速性能好，高精度、高性能电力拖动， 如驱动轧钢

31、机，可以实现无级调速。 共一百八十二页一 直流电机的工作(gngzu)原理(一)直流电动机的工作(gngzu)原理直流电动机用来拖动生产机械，如 拖动电力机车、吊车、机床等。输入电功率输出机械功率电流、电压电磁转矩怎样使一台直流电机一通电就能转动并输出机械功率？先复习皮奥萨伐拉普拉斯定律。共一百八十二页 (一) 直流电动机的工作(gngzu)原理若磁场与载流导体互相垂直(chuzh)，作用在导体上的电磁力 f=B I L (N)NB S f if电磁力，可使导体运动 用左手定则确定B磁场的磁感应强度(w b/m2) i导体中通过的电流（A）L导体的有效长度（m） 图1. 载流导体在磁场内受到电

32、磁力 共一百八十二页 (一) 直流电动机的工作(gngzu)原理怎样利用皮奥萨伐定律制作一台直流电动机(dngj)？或怎样使一台电动机运转？ 电枢图1 电机简单结构（剖面图） 轴 磁极 电枢绕组NSNS轴图2 轴向看电机生产机械磁极固定，电枢可以转动。共一百八十二页 (一) 直流电动机(dngj)的工作原理电枢中嵌的线圈图3 轴向看电枢L图4 线圈电动机转动条件：B 磁极(cj)和励磁电流（或永久磁铁）；i 电枢开槽嵌入线圈，而且线圈通入电流；L 线圈有效长度。共一百八十二页 (一) 直流电动机(dngj)的工作原理 请判断下图说明(shumng)电枢是否在摆动？为什么？abcd图 5NSa

33、bc dff逆时针转动c dNSa bff顺时针转动 线圈中的电流不变，则出现电枢来回摆动的现象。但是我们希望电机朝某个方向连续转动，怎么办？共一百八十二页 (一) 直流电动机(dngj)的工作原理 线圈中的两个导体的电流必须“交变(jio bin)”。 电枢转动时，线圈两导体在N极和S极下电流应该方向不同。 换句话 说， N极下无论对应哪一个根导体，其方向是正向电流；S极下对应导体电流方向为反向。 比较右图可见，电机不再摆动，而是朝一个方向转动。NSa bc dffNSa bc dff共一百八十二页 (一) 直流电动机(dngj)的工作原理 NS+ - A B -B+A NS 1 2 3 4

34、 VV图8 电枢、线圈(xinqun)与换向片的关系示意图 怎样使线圈中的导体电流“交变”？换向器中的电刷固定 ，正电刷 A与N极对应，负电刷B与S极对应。使用换向器，换向器中的 换向片随电枢同步转动，而且与线圈焊接。共一百八十二页 (一) 直流电动机的工作(gngzu)原理注意：A正向(zhn xin)电刷位置对应N磁极；B负向电刷位置对应S磁极。电刷与磁极相对静止。NSInAB + - 直流电源图9 换向器外观图A X NSA 1 2+A X NS 1 2+-AB vv图10 电流换向B-共一百八十二页共一百八十二页 (一)直流电动机的工作(gngzu)原理 所以电动机要正常工作还需要一个

35、换向器。 换向器由互相绝缘的铜质换向片构成，与固定不动的电刷滑动接触。 换向器的作用：使电机产生连续的转动。 使转动的电枢绕组与静止的电源滑动接触。 电机工作原理：由换向器向电动机输入电功率，使电枢绕组带电，在磁场作用下产生电磁转矩，输出机械(jxi)功率。 共一百八十二页 磁极、励磁绕组（静止） 直流电机结构(jigu) 电枢、电枢绕组（可转动） 电刷（静止） 换向片U电枢电流II f（励磁电流）(一) 直流电动机(dngj)的工作原理共一百八十二页 (二) 直流发电机的工作(gngzu)原理 输入(shr)机械功率 输出电功率原动机拖动电枢转动e=BLV（感应电动势)共一百八十二页换向器在

36、直流发电机中的作用：使交变感应电动势变为直流电动势。由于电刷仅接触同一磁极(cj)下的导体（无论哪根），所以，导体虽然在N、S极下感应电动势方向不同。但一经电刷就变为方向不变的直流电动势。ANSX nII f Ea图11 右手判断(pndun)感应电动势+-共一百八十二页 (二) 直流发电机的工作(gngzu)原理B1对应(duyng)N，B2对应S或 B1与N下导线接触， B2与S极下导线接触。 NSB1B2+ - NS n n+-B1B2图12工作原理：把电枢中感应产生的交变电动势，靠换向器配合电刷产生换向作用，从电刷端引出直流电动势。问：输出的是直流电还是交流？直流共一百八十二页 一 直

37、流电机的工作(gngzu)原理 问： 发电机与电动机结构(jigu)是否相同？ 为什么叫直流发电机，直流电动机？问：电机被原动机拖动，励磁供电产生磁 场， 电 机将处什么工作状态？ 答：发电机状态（e=BVL）问：电枢输入直流电，励磁供电产生磁 场，电 机何状态？同一台电机，能作电动机或发电机运行的原理，称为可逆原理。答： 电动机状态 (f=B i L) 共一百八十二页 二 直流电机的结构(jigu) 静止(jngzh)部分主磁极机座 端盖 轴承电刷装置转动部分电枢铁芯电枢绕组换向器风扇转轴励磁绕组共一百八十二页共一百八十二页轴的作用？固定电枢，又可使电枢随轴旋转 电枢的作用？电枢槽中可嵌入线

38、圈的导体，可作为磁路的一部分。 端盖：可支承轴。 轴承：套在端盖中，使轴与端盖之间滚动摩擦(mc) ，可减少摩擦(mc)，避免磨损、发热、烧坏轴承。二 直流电机的结构(jigu)共一百八十二页 二 直流电机的结构(jigu)轴承(zhuchng)结构 外环，嵌入端盖静止内环，与轴相联，随轴转动滚子，内外环滚动摩擦，减小摩擦 机座：固定端盖、磁极，是一部分磁路，有底脚， 将整个电机固定与基础上。磁极：固定于机座上，N、S交替，磁极上绕励磁 线圈，是电磁机构中产生磁的重要部分。 换向器及电刷 发电机 输出电枢直流电动势。 电动机 使电机连续转动，不来回 摆动，输入电枢直流电流。共一百八十二页 二

39、直流电机的结构(jigu) 主磁极作用：产生气隙磁场(cchng)，并使电枢表面的气隙磁通、密度B按方波沿空间分布。 机座极身极靴励磁绕组图13 主磁极结构图14 主磁极叠片极靴作用 ：卡住励磁线圈， 使主磁通在气隙中分布合理。一、主磁极思考： 主磁极为何用冲片叠装 极靴有何作用共一百八十二页共一百八十二页共一百八十二页 二 直流电机的结构(jigu)主磁极(cj)铁芯主磁通交变产生铁耗，为减少铁耗，采用叠片结构。铁芯用11.5mm的钢板冲片叠压紧。有极靴，气隙磁通分布合理NSSNNNSS无极靴，气隙磁通分布不合理无磁场区域大共一百八十二页 磁通交变的原因： 电枢旋转经过N、S极； 磁极表面对

40、应(duyng)电枢齿槽，齿槽单复数不 同，磁极表面对应(duyng)槽时气隙大， 小， 对应齿时气隙小 ， 大，电枢移动时脉振，产生少许铁耗。 NS 二 直流电机的结构(jigu)共一百八十二页 二 直流电机的结构(jigu)励磁绕组 可用圆截面或矩形截面的绝缘导线绕在绕组框架上，经浸胶（漆）及烘干后一起套入主磁极铁芯。各主极上的励磁绕组彼此间用串联方式连接，保证各磁极电流(dinli)相等。线圈绕向不同，使磁极N、S交替。S N 绕制好的励磁绕组套在铁芯外共一百八十二页 二 直流电机的结构(jigu)二 、机座 固定主极及端盖，借助底脚将整个电机固定于基础上 ， 也作为磁轭构成一部分磁路（

41、定子磁轭）。由铸钢或钢板焊接而成，使具有良好的导磁性能和机械性能。三 、电刷装置 电刷装置由电刷、刷握、刷杆和刷杆座（摇环）组成，电刷（石墨）放在刷握上的刷盒内，用弹簧将它压紧在换向器上，而刷握固定在刷杆上，刷杆装在刷杆座上（不止一个电刷），必须绝缘，刷杆座可转动调节与换向器的对应(duyng)接触位置，调好后，固定在端盖或机座上铜丝辫是外部电源与电刷的连接线。共一百八十二页 二 直流电机的结构(jigu) 四、电枢铁芯 由电枢铁心和主磁场间的相对运动，导致铁耗，电枢铁芯由0.5mm厚的电工硅钢片冲叠，每张冲片有嵌放绕组的槽。 电枢铁芯固定在转子(zhun z)支架上或直接固定在转轴上。 电枢

42、绕组是由许多按一定规律联接的线圈组成。它是直流电机的主要电路部分。 电动机通电流产生电磁转矩，发电机感应产生电动势都在电枢绕组中，它是实现机电能量转换的关键部件。 共一百八十二页 二 直流电机的结构(jigu) 槽楔压紧线圈(xinqun)在槽内，防止离心力将绕组甩出槽内。槽楔导体（线圈）层间绝缘槽底绝缘槽绝缘图16 电枢槽横截面 1 2线圈伸出槽外的端接部分， 用非磁性钢丝或玻璃丝带紧，防止离心力将绕组甩出槽内。槽内部分换向片电刷共一百八十二页 二 直流电机的结构(jigu) 五、换向器 换向器与电枢首尾相连随轴转动，换向器由换向片组成，电枢中每个线圈两端(lin dun)分别焊接在两个换向

43、片上。 换向片之间用0.41.2mm的云母片绝缘，换向片嵌入V形套筒，V形套筒又套在轴上，与电枢同轴转动（相对静止）。换向片侧面V形正好可以嵌入V形套筒（套筒中有V形槽）共一百八十二页共一百八十二页 问：20个线圈需要(xyo)多少换向片？ 换向器随轴与电枢同步转动，与固定的电刷滑动接触，相当于电枢线圈(xinqun)与电刷接触或电源、负载与线圈(xinqun)接触。二 直流电机的结构答：20片，合成一圆柱体，这个整体称换向器，它套在轴上，电枢也套在轴上，轴转动，换向器与轴同步转动。共一百八十二页 二 直流电机的结构(jigu) 换向器的作用：在直流发电机中将电枢线圈的交流电动势转换成电刷间的

44、直流电动势，在电动机中将电刷上所通过的直流电流转换为绕组(roz)内的交变电流。输出机械功率输入电功率静动I 电动机生产机械（被拖动的负载）换向器nf=B iL 图17 电动机换向器作用示意图共一百八十二页二 直流电机的结构(jigu)输入机械功率输出电功率动I发电机换向器n原动机E a=B L V 电 负 载图18 发电机换向器作用(zuyng)示意图静共一百八十二页 第二节 直流电机的铭牌(mngpi)数据P N=1000K WU N=1000VI N=20An N=1000r/m i n此外铭牌上还有额定效率 N，转矩T N， N励磁方式(fngsh)，励磁电流和电压U f N,I f

45、N。每台直流电机的机座上钉有一块铭牌，上面标注电机的额定值。为什么规定额定值？高于额定工况，电机寿命缩短，不安全运行；低于额定工况，电机工作效率低，不能充分利用。共一百八十二页额定值解释(jish): 额定值是电机制造厂按国家标准对产品在指定工作条件下（或额定工作条件下）所规定的一些量值。 若电机工作在额定工况下，可保证(bozhng)电机 安全、可靠、具有优良性能。如效率高。 直流电动机P N= U N I N N，指电动机轴上输出的机械功率。 直流发电机P N= U N I N ，指发电机输出的电功率。共一百八十二页作业(zuy)1-11-51-7共一百八十二页第三节 直流电机的电枢(di

46、n sh)绕组 教学目的和要求：学习(xux)电枢绕组的各种不同形式、节距的计算、连接表、绕组展开图、瞬间电路；单叠绕组的支路对数、复叠绕组的支路对数。重点难点：单叠绕组展开图 电刷的对应位置 支路对数的确定 单波绕组展开图共一百八十二页 直流电机的电枢绕组是电机中复杂的电路部分。 电机既要有磁场又要有电流回路（电路，）绕组由若干个绕组串联。绕组形式主要有单叠绕组；单波绕组；复叠绕组；复波绕组。 其中单叠和单波是最基本的。 当电枢绕组通电流后，随之产生电枢磁动势，它对由励磁电流所建立的气隙磁场有影响，称为(chn wi)电枢反应。第三节 直流电机的电枢(din sh)绕组共一百八十二页共一百八

47、十二页第三节 直流电机的电枢(din sh)绕组 2、电枢绕组在有电流(dinli)和无电流(dinli)（空载、负 载）时，气隙磁场有何变化？对电机的 运行性能有何影响？1、电枢绕组为什么不止一种形式？各绕组形 式在结构和构成的电路上有何不同？ 注意 区别，以便学会合理选择不同绕组形式的 直流电机。 共一百八十二页直流电枢绕组(roz)的基本特点 绕组放在电枢中既要流通电流(dinli)又要能在磁场中感应电动势。电枢槽中嵌入导体（或线圈的有效边）。 1 2L换向片单匝叠绕组元件端接线，槽外联接引线嵌在槽内有效边元件边（导体）若干线圈连接成电路的通路。电流 沿导体至端接线导体下一线圈导体等形成

48、闭合通路。共一百八十二页第三节 直流电枢绕组(roz) 为了改善电机的性能，通常电机绕组需要用较多的元件组成，但电枢铁心(ti xn)周围表面有时不能冲太多的槽，因此多个槽的上、下层各嵌放一个、两个、三个边或n个边。左图所示一个实槽中嵌放3个元件边。一个实槽中有3个虚槽 u=3例如实槽数： Z=20，u=3虚槽数：Q=Z u=203=60（个） 同一槽内每个上、下元件边所占的槽的位置为一个虚槽。元件数：S= Qi=60换向片K=S= Q 因为一个元件有两个元件边，一个虚槽有上下层元件边。共一百八十二页第三节 直流电枢绕组(roz) 一个绕组(roz)元件两端分别与两片换向片连接，以便与下一个元

49、件相连。12 3 4 5注意：一个换向片与两个线圈边连接。共一百八十二页第三节 直流电机电枢(din sh)绕组 一、绕组节距（一）、第一节距y1 每一元件的两元件边在电枢表面上所跨越的距离用虚槽数来表示(biosh)，称为绕组的第一节距y1。 例如： y1=8，说明上元件边嵌放在第一槽的上层，下元件边嵌放在第9槽的下层。 为了使元件中的感应电动势最大，各种绕组的y1都应等于一个极距。NSy 1极距共一百八十二页 一、绕组(roz)节距 对应 N 极的绕组感应(gnyng)电势为E N，对应S 极的绕组感应电势为E S。（槽）（米）极距N线圈电势：NSy1E N和E S大小相同，方向不同。共一

50、百八十二页 一、绕组(roz)节距NSy 1短距短距元件端接线(ji xin)短，省铜，有利换向。整数NNS长距y1y 1必须为整数，有时 不能被 整除整数 共一百八十二页一、绕组(roz)节距12 3 y2yy k=+1 右行 各绕组沿电枢表面分布并依次相串联，最终形成(xngchng)一个闭合回路。y2是否能等于y1？（二）第二节距y 2 同一换向片所串联的两个元件中，前一元件的下元件边与后一元件的上元件边之间在电枢表面以虚槽数表示的距离，称为绕组的第二节距y 2。不能。共一百八十二页一、绕组(roz)节距 在相邻联接的两个元件的对应边之间在电枢表面上用虚槽数表示的距离，称为绕组的合成节距

51、y。 波绕组 y=y1+y2 若规定从换向器端观察电枢时从左到右的行进(xngjn)方向为正。当y1为正值时， y2 为负值。 叠绕组 y=y1-y2 合成节距y总与换向器节距y k相等。12 3 y2y（四）换向器节距y k 每一元件的两端所联接的两换向片之间的距离，单位是换向片，称为换向器节距y k.。（三）合成节距yy k.共一百八十二页第三节 直流电枢绕组(roz) 一单叠绕组直流电机，磁极数为4，电机实 槽为10，每个槽中放四对元件(yunjin)边（上、下层），怎样设计绕组的节距？ 10（槽）（槽）（槽）可以确定绕组的形状及相连接元件的关系。第一元件上层边 1槽下层边 11槽第二元

52、件上层边 2槽下层边 12槽解： u=4 z=10 Q=40例题：共一百八十二页 波绕组(roz)，依次相串联的两元件处于相邻的同极性磁极下。直流电枢绕组的基本(jbn)特点 N S N S y1y2m为了分布合理共一百八十二页(二)单叠绕组(roz)一、单叠绕组(roz)节距和绕组(roz)连接表例题：一台直流电机数据 2p=4，z=Q=s=k=20试绕制一单叠右行整距绕组？ 整距指 y1= z= Q u=1 右行指相邻右边的线圈交叠在左边线圈上。 y k=+1 左行指相邻左边的线圈交叠在右边线圈上。 y k=-1 依次相串联的单叠绕组错开y=yk=1的距离相叠，直到最后一个元件的末端 与第

53、一元件的首端相接形成闭合绕组。共一百八十二页二 单叠绕组(roz)2011 2 2 3 左行右行y2 = y - y1 = -4 （槽） 线圈(xinqun)1 ：上层边在槽1，下层边在槽 6 （一） 节距计算y1 = = z / 2p = 20 / 4 = 5 （槽） y = yk = 1线圈2: 上层边在槽 2，下层边在槽7共一百八十二页二 单叠绕组(roz) 元件号，换向片相连接，元件上层(shngcng)边所在槽具有相同的号码，而下元件边用它所在槽的号码上标一撇。（二）绕组连接表 绕组连接表可看出各元件连接顺序 。 在y1 、y2, 、y k确定后就可以画出绕组连接表。 参照连接表，可

54、使绕组连接方便。 首先把元件和换向片自左向右编号。 如1表示1号元件，1号槽，1号向片。 6表示1号元件的下层边在6号槽中，把1和6用实线连接。共一百八十二页二 单叠绕组(roz) 两元件(yunjin)之间的虚线，表示通过换向器上的同一片换向片把两元件(yunjin)串联起来。 （16号） 67 8 9101112 13141516171819201234519 20 11 2 3 45 6 7 8 9 10 11 12A1+B1-A2+B2- 13 14 15 16 17 18y2yy1问 ：1号槽下层边是几号线圈的。共一百八十二页 123465713121110982019NNSS 1

55、4 32 15 14 1312 11 10 98 7 6 5 16 17 19 18 201415181716ABB2B1A2A1（+）（-）+-单叠绕组(roz)展开图 2p=4; Z=K=S=20共一百八十二页二 单叠绕组(roz)N极的磁力线方向指向纸面，S极穿出纸面。根据右手定则N，S极下元件边感应电动势方向不同。 正，负电刷间构成一支(y zh)路。支路数等于极数。 支路对数 a = p电刷数量等于磁极数。电刷位于主磁极轴线处的换向片上。单叠绕组部分展开图1223344556677891011A1+B1-1NS通过绕组展开图，注意以下几方面：共一百八十二页二 单叠绕组(roz)122

56、3344556677891011A1+B1-1NS单叠绕组(roz)部分展开图从线圈120是个完整的回路，但又由电刷分为四个支路。线圈1，6，11，16 被电刷短路，但它们无感应电动势。电枢旋转时，绕组中的感应电动势和电流是交变的。每元件两端与两个换向片焊接，每个换向片连接两个元件边。共一百八十二页二 单叠绕组(roz) 电刷的放置(fngzh)和绕组支路数 1、电刷为什么要放置在主极轴线处的换向片上 位于几何中性线处的元件边感应电动势为零，元件的轴线与主极轴线重合时，使被电刷短路的换向元件恰好是电动势为零的元件。 电刷应放在当空载时正，负电刷之间能获得最大电动势的位置。放置原则： 电刷应放

57、置在主极轴线处的换向片上，与电动势 为零的元件所连接的换向片接触。共一百八十二页二 单叠绕组(roz)NS12主极轴线电枢几何中性线，空载时磁通密度为零NSSNA1A2B1B2主极轴线几何中性线共一百八十二页二 单叠绕组(roz) 电刷的放置和绕组(roz)支路数 S2A1B21 20 19 18 1716A1B1N112 3 4 56N2A2B212 13 14 1516116S1B1A210 9 8 711磁极N1下对应(duyng)元件2、3、4、5；单叠绕组瞬间的电路图磁极N2 下对应元件12、13、14、15；磁极S 1下对应元件7、8、9、10；磁极S 2下对应元件17、18、19

58、、20。 位于一个主磁极下的4个电动势方向相同的元件串联构成一条支路，由A1和 B1正、负电刷作为支路两个端点。共一百八十二页二 单叠绕组(roz) （单叠绕组瞬间的电路图）1616112 3 4 510 9 8 712 13 14 15 20 19 18 17A （+）A1B1A2B2166112 3 4 510 9 8 712 13 14 15 20 19 18 171B（-）121112671617添加正、负电刷20个元件串联，构成(guchng)一个闭合回路。正、负电刷间构成一支路。每个元件随电机旋转，元件位置瞬间变化。共一百八十二页1616112 3 4 510 9 8 712 13

59、 14 15 20 19 18 17二 单叠绕组(roz)（单叠绕组瞬间的电路图）共一百八十二页二 单叠绕组(roz)（单叠绕组瞬间的电路图）A （+）A1B1A2B2166112 3 4 510 9 8 712 13 14 15 20 19 18 171B（-）121112671617添加正、负电刷A(-)共一百八十二页 二 单叠绕组(roz)（电流(dinli)减小，电磁转矩减小） 电枢绕组任一支路断开一个元件会怎样？因为：直流电机电枢绕组取掉相邻一个或两个电刷，会怎样？ 取掉B1，A2，四条支路变为两条。 取掉相对（B1，B2）电刷会怎样？ 整个回路被A1和A2短接，电机不能工作。？共一

60、百八十二页 电枢绕组(roz)闭合回路是否有环流？二单叠绕组(roz)p=3，有多少支路？ 因为各支路电势数值相等，电枢绕组回路总电势为零，所以电枢绕组闭合回路不出现环流。 有6条支路。？共一百八十二页电枢(din sh)电流 为各支路电流之和二 单叠绕组(roz)并联支路对数 a=p共一百八十二页二 单叠绕组(roz) 电刷实际(shj)应怎样放置？什么是磁极 轴线？磁极几何中性线？ 大电流直流电机，选用2个磁极还是8个磁极？ 为了增大电枢电流 ，应增加并联支路数，即增加主极数。但主极数受电机结构的限制，不能任意增加。 可以采用复叠绕组，使支路数成倍增加。共一百八十二页展开图是把一个实际电机