chap31直流电机原理一-linda

1、第 三 章直 流 电 机 原 理结束1结 构 和 原 理空载磁场及磁化曲线电 枢 绕 组电 枢 反 应感应电势与电磁转矩直 流 电 机 原 理结束2第三章 直 流 电 机 的 原 理本 章 要 求：掌握直流发电机和直流电动机的工作原理。了解直流电机的结构、电枢绕组。熟练掌握并能正确使用直流电机的额定值。了解直流电机的换向原理，掌握换向方法。熟练掌握直流电机的励磁方式。搞清直流电机空载磁场，正确理解磁化曲线。正确理解电枢反应概念及其影响。正确理解电势及转矩公式，并能正确使用。结束3一、直流电机的用途和结构1.定子:主磁极； 换向磁极； 机座；电刷 2.转子:电枢铁芯;电枢绕组上一张下一张 第 一

2、 节 直流电机的用途结构和原理录 像结束4直流电机分为两种： 直流电动机（直流电能转化为机械能） 基本原理：电磁力定律 产生力矩要两个必要条件：有一个磁场存在；导体中有电流直流发电机（机械能转化为直流电能） 基本原理：电磁感应定律 产生电能要两个必要条件：有一个磁场存在；导体在磁场中有运动 5直流电机的缺点：换向困难； 容量受限； 换向器造价高； 寿命短。直流电机的优点：1、调速范围广，易于平滑调节；2、过载、起动、制动转矩大，能实现快速起动并 可经受频繁的冲击负载；3、易于控制，可靠性高；4、调速时的能量损失小。6直流发电机工作原理 右图为直流发电机的物理模型，N、S为定子磁极，abcd是固

3、定在可旋转导磁圆柱体上的线圈，线圈连同导磁圆柱体称为电机的转子或电枢。线圈的首末端a、d连接到两个相互绝缘并可随线圈一同旋转的换向片上。转子线圈与外电路的连接是通过放置在换向片上固定不动的电刷进行的。直流电机的工作原理F运动导线在磁场中产生的感应电动势与感应电流用右手定则；通电导线在磁场中的受力用左手定则。7 当原动机驱动电机转子逆时针旋转 后 ，如右图。 可见，和电刷A接触的导体总是位于N极下，和电刷B接触的导体总是位于S极下，因此电刷A的极性总是正的，电刷B的极性总是负的，在电刷A、B两端可获得直流电动势。 导体ab在S极下，a点低电位，b点高电位；导体cd在N极下，c点低电位，d点高电位

4、；电刷A极性仍为正，电刷B极性仍为负。F8 实际直流发电机的电枢是根据实际需要有多个线圈。线圈分布在电枢铁心表面的不同位置，按照一定的规律连接起来，构成电机的电枢绕组。9直流电动机工作原理 把电刷A、B接到直流电源上，电刷A接正极，电刷B接负极。此时电枢线圈中将电流流过。如右图。 直流电动机是将电能转变成机械能的旋转机械。 在磁场作用下，N极性下导体ab受力方向从右向左，S 极下导体cd受力方向从左向右。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。当电磁转矩大于阻转矩时，电机转子逆时针方向旋转。10 原N极性下导体ab转到S极下，受力方向从左向右，原S 极下导体cd转到N极下，受力方向从右向左。该电磁力

5、形成逆时针方向的电磁转矩。线圈在该电磁力形成的电磁转矩作用下继续逆时针方向旋转。 当电枢旋转到右图所示位置时 同直流发电机相同，实际的直流电动机的电枢并非单一线圈，磁极也并非一对。11直流电机的铭牌数据 额定值 是制造厂对各种电气设备（本章指直流电机）在指定工作条件下运行时所规定的一些量值。在额定状态下运行时，可以保证各电气设备长期可靠地工作。并具有优良的性能。额定值也是制造厂和用户进行产品设计或试验的依据。额定值通常标在各电气的铭牌上，故又叫铭牌值。额定功率 PN指电机在铭牌规定的额定状态下运行时，电机的输出功率，以 W 为量纲单位。若大于 1kW 或 1MW 时,则用 kW 或 MW 表示

6、。 12额定电压 UN ：指额定状态下电枢出线端的电压，以 “V” 为 量纲单位。 额定电流 IN ：指电机在额定电压、额定功率时的电源输入电 流值，以 “A” 为量纲单位。额定转速 nN：指额定状态下运行时转子的转速，以r/min为 量纲单位。 额定励磁电流 If：指电机在额定状态时的励磁电流值。 对于直流发电机，PN是指输出的电功率，它等于额定电压和额定电流的乘积。PNUNIN 对于直流电动机，PN是指输出的机械功率，所以公式中还应有效率N存在。PNUNINN电动机轴上输出的额定转矩：134.2 直流电机的主要结构主磁极换向磁极电刷装置机座端盖定子转子电枢铁心电枢绕组换向器转轴轴承14主磁

7、极电刷装置机座端盖换向极铁心电枢铁心电枢绕组换向器转轴轴承端盖磁轭励磁绕组主磁极换向极绕组风扇15机座（磁轭）主磁极铁心励磁绕组极尖极弧换向极铁心换向极绕组电枢铁心转轴电枢绕组气隙极身极靴16一 直流电机的分类直流电机的分类和主要系列 （1）按工作性能：发电机和电动机（2）按主磁极构成材料不同： 永磁直流电机，永磁磁钢产生磁场 电磁式直流电机，铁芯和绕组产生磁场。（3）电磁式直流电机一般按励磁方式分类： 它励 自励 ：并励，串励，复励171、他励：直流电机的励磁电流由其它直流电源单独供给。如图所示。二 直流电机的励磁方式 供给励磁绕组电流的方式称为励磁方式。分为他励和自励两大类，自励方式又分并

8、励、串励和复励三种方式。Ea182、并励：直流电机的励磁绕组与电枢绕组并联。且两者共用一端电压。3、串励：励磁绕组与电枢绕组串联。满足EaEa194、复励：并励和串励两种励磁方式的结合。电机有两个励磁绕组，一个与电枢绕组串联，一个与电枢绕组并联。aIRfRfRf长复励短复励20例3-1一台直流发电机，其额定功率PN=145kW，额定电压UN230V，额定转速nN=1450rmin，额定效率N90，求该发电机的输入功率P1及额定电流IN各为多少？2122例3-2一台直流电动机，其额定功率PN=160kW，额定电压UN=220V，额定效率N90%, 额定转速nN=1500rmin，求该电动机的输入

9、功率、额定电流及额定输出转矩各是多少?2324第二节 直流电机的空载磁场一、空载磁场的分布1、磁通的分布主磁通漏磁通上一张下一张结束25上一张下一张直 流 电 机 的 主 磁 通 磁 路气隙电枢齿转子铁心轭主磁极铁心定子铁心轭结束262、气隙磁密的分布上一张下一张 气隙磁密波形图Bav0bbBm结束 气隙磁密的大小与气隙长度成反比，在磁极中心处的气隙小，在磁极两个极尖处气隙大。27二、磁化曲线电机主磁通与励磁电流的关系；可以计算或实验测定；If气隙线abc饱和系数K=abac上一张下一张气隙磁位差与磁通成正比，铁磁材料的磁位差具有磁饱和特点。If小时铁心不饱和，F主要作用在气隙上，空载特性呈直

10、线关系，当每极磁通较大时出现饱和。结束Ff28第三节 直流电机的电枢绕组 电枢绕组是机、电能量转换的核心部件，它是由绕组元件和换向片组成的闭合回路。一、绕组的基本概念多匝线圈端接部分有效边出线端换向片 1、元件（线圈）：两端分别连接两个换向片的一匝或多匝线圈上一张下一张结束293、元件数和换向片数元件数S=换向片数K4、虚槽数和实槽数每槽每层放一个元件边元件数S=实槽数Z每槽每层放n个元件边元件数S=虚槽数Zi=n Z 2、双层绕组上一张下一张结束305、绕组的第一节距Y1极距：相邻两极间的距离，用长度cm或槽数表示Y1：一个元件两个有效边在电枢表面的距离， 用槽数表示Y1Y1 = Zi /2

11、p其中Zi ：虚槽数；p：极对数Y1 = ，称整距绕组Y1 ，称长距绕组上一张下一张结束316、绕组的第二节距Y2 Y2：两个相串联元件中，前一元件的下元件边与后一元件的上元件边的距离。7、合成节距Y Y：两个相串联元件对应边的距离8、换向器节距Yk Yk：一个元件的两个出线端连接的两个换向片之间的距离。Y=Yk上一张下一张Y2YYk结束32二、单叠绕组特点：Y=Yk=1 例：一直流机S=K=Z=16，2P=4，画出双层单叠绕组。1、计算节距Y=Yk=1（换向器节距）Y1=Z/2P=16/4=4（整距）第一节距Y2=Y1-Y=4-1=3上一张下一张结束合成节距与换向器节距相等332、编制绕组连

12、接表 1）对元件编号；上边槽号下边槽号5116227338495678910411121314151610111213141516123上一张下一张 3）连接元件（y1=4)。2）对槽编号；结束343、画绕组展开图先对槽编号；1号元件上边放1号槽，用实线；下边放在+Y1（5）号槽，用虚线表示；其余元件依此放置;N极的磁感应线在气隙里的方向是进纸里的，S极是出纸里的;电刷的中心线对准主极的中心线能得到最大的感应电势。S N S N BB线圈V123589104111213141516672161513456789101112131415上一张下一张结束354、绕组并联支路图电枢输出总电势等于支路

13、电势；电枢输出总电流等于各条支路电流之和。上一张下一张结束23487610111216151459131+-21561314910364、绕组并联支路图单叠绕组中：并联支路数=极数，即2a=2p其中a:并联支路对数；P：极对数上一张下一张结束23487610111216151459131+-2156131491037第四节 直流电机负载磁场及电枢反应一、电枢磁势和磁场1、磁场分布上一张下一张NSS2N2几何中性线结束 电枢磁通势的出现改变气隙磁密分布情况及每极磁通大小，这种现象叫电枢反应。38二、直流电机的电枢反应上一张下一张 两磁场的合成，因为磁路的饱和，电枢反应使每极磁通减少。39第五节

14、直流电机的感应电势与电磁转矩一、直流电机的感应电势（一）气隙磁密的分布将气隙磁密波等效为矩形波。BavB0每极下主磁通为：磁极有效长度上一张下一张40（二）电枢导体电势BavBAV导体A在磁场中运动，其中会感应电势eav。导体速度导体长度上一张下一张NST1n41 电枢绕组任何时刻都由2a个并联支路构成；当为整距绕组，且电刷在几何中性线时，电枢绕组 总电势=每条支路中所有串联导体感应电势之和。 电枢绕组有S个元件，每元件匝数为Nk，则电枢绕组 总导体数N=2SNk每条支路的导体数为：N/2a上一张下一张23487610111216151459131+-2156131491042电枢绕组电势Ea为：用磁通表示用转速表示每极下主磁通为：上一张下一张43Ce=NP/60a:叫电势常数:每极磁通量n:电机转速N:绕组总导体数P:极对数a:绕组并联支路对数结论：1、电枢绕组电势与磁通、转速成正比。2、Ea表达式虽然在整距绕组情况下推导