小度写范文电机拖动基础 第二章 直流电机-直流电机电机模板

1、电机拖动基础 第二章 直流电机_直流电机电机第二章 直流电机(DC machine) 本章主要讨论直流电机的基本结构和工作原理改善换向方法从应用角度分析直流电动机的工作特性和直流发电机的运行特性2.1 直流电机的工作原理及结构(basic operation principle and structure of DC machine) 一、直流电机的工作原理(basic operation principle)转变成机械能的旋转机械。原理：带电导体在磁场中受到电磁力的作用并形成电磁转矩，推动转子转动起来， f=BiL 。AB 接到直流电源上，电刷A 接正极，电刷B1。abcd子逆时针方向旋转。

2、图 1 图 22NabSScdN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。力线产生感应电动势，e=BLV3。图 3 图 418004。导体abScd 点高电位；电刷A 极性仍为正，电刷BANBSABA、B线圈中的电动势及电流的方向是交变的，只是经过电刷和换向片的整流作用，才使外电路得到方向不变的直流电。直流发电机实质上是带有换向器的交流发电机。直流电机的可逆性：一台直流电机原则上既可以作为电动机运行，也可以作为发电机运行，只是外界二、直流电机的结构(basic structure)1.2.枢绕组、换向装置、风扇、转轴。 3. 气隙*注意：同步电机旋转磁极式；直流电机

3、旋转电枢式。主极的作用是在定转子之间的气隙中建立磁场, 使电枢绕祖在此磁场的作用下感应电动势和产生电磁转矩.电能量转换的关键性部件。直流电机的主要结构定子主磁极 换向磁极 电刷装置 机座 端盖 电枢铁心 电枢绕组 换向器 转轴轴承转子 2.2 直流电机的铭牌数据(type and rated values)型号： 机座号第二次改型设计 直流额定值PN定电功率；电动机 P N ：指轴上输出的机械功率。额定电压：UN额定电压；电动机：是指输入额定电压。NnNPNUNIN ；电动机：额定功率 P N = UN I N N 。额定励磁电压：U F n ；额定励磁电流：I f N ；对应于额定电压、额定

4、电流、额定转速及额定功率时的励磁电流。励磁方式：指直流电机的励磁线圈与电枢线圈的连接方式。电机运行时，所有物理量与额定值相同电机运行于额定状态。电机的运行电直流电机的绕组(introduction of armature winding) 说明电枢绕组的绕法及基本概念。电枢绕组须满足以下要求：绝缘材料，并且要结构简单、运行可靠等。 一、简单绕组1. 直流电枢绕组基本知识元件：构成绕组的线圈称为绕组元件，分单匝和多匝两种。一根称为末端。D 2p也可用槽数表示，= Z 2p（槽，式中Z 为电枢总槽数。元件节距y1（第一节距： yk ：通常用换K前一个元件端接部分，整个绕组成折叠式前进。的前进。2.

5、 举例 P25-26 图 2-12 、图 2-1323)二、绕组的基本形式 1.元件依次相连，元件的出线端接到相邻的换向片上， yk1，第一个元件的下层（虚线单叠绕组的特点：元件的两个出线端联接于相邻两个换向片上。同一主磁极下的元件串联成一条支路，主磁极数与并联支路数相同。 （3） 电刷数等于主磁极数，电刷位置应使感应电动势最大，电刷间电动势等于并联支路电动势。压。由正负电刷引出的电枢电流为各支路电流之和。 2. 单波绕组两个串联元件放在同极磁极下，空间位置相距约两个极距；沿圆周向一个方向绕一周后，其末尾所在边的换向片落在与起始的换向片相邻的位置。 单波绕组的特点：1）1，3）电刷数等于磁极数

6、；4）电枢电动势等于支路感应电动势； 5）电枢电流等于两条支路电流之和。 结论：相同元件数时，叠绕组并联支路数多，每条支路里串联元件数少，适用于较直流电机的励磁方式及磁场(excitingmethodsandmagneticfield)(excitingmethods)1.2. 分类： 分为：他励式、并励式、串励式和复励式。1）他励式：励磁电流由其他直流电源单独供给，励磁绕组和电枢绕组相互独立。2）自励式：顾名思义，励磁电流由电机自身供给。而根据自励方式即电枢绕组和（1）串励式：电枢绕组和励磁绕组相串联，满足：I=Ia=If（2）并励式：电枢绕组和励磁绕组相并联，满足：Uf=UaI=Ia-If

7、 他励：励磁电流较稳定；并励：励磁电流随电枢端电压而变；较大；复励：以并励绕组为主，以串励绕组为辅。*说明：为了减小体积，小型直流电机采用永磁式。他励：以电动机为例。励：以发电机为例。二、直流电机的空载磁场（magnetic field with no-load）空载：发电机出线端没有电流输出，电动机轴上不带机械负载，即电枢电流为零隙磁场，又称励磁磁场。主磁通：经过主磁极、气隙、电枢铁心及机座构成磁回路。它同时与励磁绕组及0。特 点 ： 1）2）场的大小和分布直接关系到电机的运行性能。漏磁通漏磁路 主磁通NSN主磁路直流电机中，主磁通是主要的，它能在电枢绕组中感应电动势或产生电磁转矩，20%。

8、为了感应电动势或产生电磁转矩，直流电机000F0N流I f 0NA三、直流电机负载时的磁场及电枢反应（magneticfieldwithloadandarmature reaction ） 1. 概述空载：气隙中磁场仅由主磁场的励磁磁动势产生（F f =Nf I f）F f +电枢磁动势fN f 0 N2.磁场：以主磁极的轴线对称分布：只增加磁路饱和作用B=0fF f 0物理中性线：B=0 处的直线位置3.电刷在几何中性线时的电枢反应的特点： 1)空载时电机的物理中性线与几 何中性线重合。负载后由于电 枢反应的影响，每磁通密度的曲线与空载时 不同。对主磁场起去磁作用和程度提高，铁心磁 阻增大，

9、增加的磁通少些，因此负载时每极磁通略为减少。即电刷在几何中性线时的电枢反应为去磁性质。电枢电动势和电磁转矩(electromotive force and electromagnetic电枢电动势是指直流电机正负电刷之间的感应电动势，也就是电枢绕组里每条并电动势，再求一条支路的。B av，l，B avl。一根导体的平均电动势为：eav=Bavlv 又因为：v=2pn60，所以：e av =2p nE apN 60N。2a（N为电枢总导体数，N=2SNy N2ae av N2a2p n 60 pNn =C e n 式中，C e =是一个常数，称为电动势常数。二. 电磁转矩：转矩的过程和求解电动势

10、类似。先求一个导体的平均电磁力：fav=Bavl iaTx=fav电机总的电磁转矩则为：T =B av l = pN 2aD 2；I a 2a ND 2=l lI a 2a N2p 2 pN 2aI a =C T I a式中：C T =是一个常数，称为转矩常数，I a =2ai a 是电枢总电流。C e ，CTC T Ce=602=9.55固定的关系：或C T =9.55C e 。三、直流电机的电磁功率：P M =E a I a =C e nI a =pN 2a I a =T pN 60a 602I a直流发电机和直流电动机的电枢电动势和电磁转矩的比较：直流电机的运行原理(operation

11、principle of DC machine)一、直流电机的基本方程(basic equation of DC machine) 1. (electromotive force balance equation)E a =U I a R a 2 U b式中：R a ：电枢回路总电阻；U =I f (r f +r ) =I f R f E a =C e n电动势平衡方程2 U b：正、负电刷电压降，一般为 0.62 伏；发电机：取“+”；电动机：取“-”； 忽略电刷压降，则 E a=U I a R a*结论：发电机：E a U ；电动机：E aa IE I I发电机 电动机2. 转矩平衡方程(

12、torque balance equation) T em =C T I a1. 发电机：T em =T 1-T 0 2. 电动机：T em =T 2+T 03. 直流电机的功率平衡方程(power balance equation) 1) 能电动机：P em =P 1-p Cua -p Cuf -p b P 2=P em -p 0=P 1-p2) 发电机 机械能电能P1 (机)发电机：P em =P 1-p 0电动机 电能机械P =P em -p Cua -p Cuf2 电机效率：=-pb=P1-pP 2P 1=1-pP +2pp =p cuf +p cua +p Fe+pm+pad二、直流

13、电动机的工作特性(operation characteristics of DC motor) 直流电动机的基本方程E a =C e nU =E a +I a R a +2 U b E a +I a R a E aT em =C T I a T em =T 2+T 0P em =P 1-p C ua =T em =E a I aP 2=P em -p 0=P em -(p m ec +p Fe +p ad )U=UN ，I f =I fNn矩T em 和效率 随输出功率 P 2 而变化的关系。IaIaP2nT em 、=f （I a 。直流电动机的工作特性因励磁方式不同, 差别很大。须分别讨论

14、。 1. 他励（并励）直流电动机的工作特性 1) 转速特性U =U N 、I f =I fN 时，n =f (I anU NC e C T 忽略电枢反应的去磁作用，转速与负载电流按线性关系变化如图所示。Ce-RaCe Ian=UCe-Ra2T em =n 0-T em若忽略电枢反应，=C ，则为一直线；*2)矩特性U =U NI f =I fNT em =f (I aT em =C T N I a考虑电枢反应的作用，转矩上升的速度比电流上升的慢。 3) 效率特性定义：当 U =U N 、I f =I fN 时，=f (I a ) 由方程式可得 =P P1=1-P 0+R a I a U N I

15、 a 2损耗分析:串励直流电动机的工作特性：负载的变化而变化的。其工作特性与他（并）励直流电动机的工作特性有所系。即：=kfIf=kfIa 。 na 1）转速特性：nU=NCe-RaIaC e =UNkfC e I a-R a +R f k f C e2）转矩特性：T em =C T I a =k f C T I a 2当负载电流较大时，磁路饱和，串励电动机的工作特性与他励电动机相同。曲线如图所示。串励电动机有较大的起动转矩与过载能力。当生产机械过载时，电动机的转速自动下降，其输出功率变化不大，使电机不致因负载过重而损坏。当负载减轻时，转速又自动上升。因此，电力机车、电车等一类牵引机械大都采用

16、串励电动机拖动。复励直流电动机的工作特性： 复励电动机通常接成积复励，它的工作特性介近并励电动机；如果串励磁动势起主要作用，它的工作特性就接近串励电动机。23.串三、直流发电机的特性(characteristics of DC generator) 直流发电机的励磁方式:他励、并励、复励。+I =I GU I直流发电机的特性： （1）负载特性当n=I=常数时，U=f (IfI=0U 0=f (If（2）外特性当n=I fR f =常数时，U=f (I )的关系 （3）调节特性当n=U=常数时，I f =f (I（4）效率曲线 （一）1.他励发电机的空载特性空载时，U=Ea 。由于 Ea=Cen

17、Ea=f(IfEa，并励直流发电机的自励建压 (buildupvoltageofshuntexcitationgenerator)并励的励磁是由发电机本身的端电压提供的，而端电压是在励磁电流作用下建立压的条件称为自励条件。曲线 1 为空载特性曲线，曲线 2 为励磁回路励磁电阻电压Uf=i f Rf U U1）自励条件：电机的磁路必须有剩磁；方向与剩磁方向一致。电机的励磁磁路具有饱和特性；2）3）说明： R f R CrE 0=U 0=i f R f +L Uf di fdt 磁化曲线；=(i f )=i f R f励磁电阻电压； Uf（磁化曲线与的交点不能稳定在某一值上；R f时，E 0=固定

18、值；转速低时，空载特性下降，R Cr 要求在额定转速下自励建压。（二）负载运行运行特性(operation characteristics) U (E ) =f (I f )1）空载特性：当n=nN=000I=C2）外特性：当n=nNU =f (I ) ；直流发电机的外特性：外特性曲线。电流增大时，端电压下降，其原因有两个：势减小；U0U1他励发电机外特性；2并励发电机外特性；并励方式下，端电压下降的更快一些：负载增大时，电枢反应的去磁作用增强， 快一些。*解释：为什么并励比他励发电机的外特性下降得多？励、复励、串励三种励磁方式下外特性的比较。U =U 0-U U NN100%电压变化率：；他励：一般为（510）%恒压源并励：一般为 20%以上；I =f (I )调 整 特 性 ： 当 n =n N ，U =C 时 ，f ； 1他励发电机调整特性；2直流电机的换向(commutation)一、换向过程(commutation process) 1.+ia 到-i a换向周期：T k ，几毫秒；3. 换向原因：电磁、机械、电化学和电热 二、换向元件中的电动势(emf) 主要分析电磁原因：换向过程中换向元件的电动势不为零。er电动势称为