电机及拖动课件

第1章直流电机1.1直流电机的基本工作原理和结构1.2直流电机的电枢绕组简介1.3直流电机的电枢反应1.4电流电机的电枢电动势和电磁转矩1.5直流电动机的换向1.6直流发电机1.7直流电动机

直流电机分类：直流发电机（机械能变换成电能）直流电动机（电能变换成机械能）。

直流电动机的优点：起动性能和调速性能好，过载能力大。

直流电动机的缺点：结构复杂，价格昂贵、换向困难。

应用场合：对起动、制动、调速性能要求高的场合。主磁极：产生主磁场电枢绕组：感应电势，产生电流，产生转矩换向器：与电刷一起构成机械整流器（交－直流的变换）电刷：联结电枢绕组与外电路直流电机的工作原理直流电机模型NS直流电动机的工作原理NS＋U－＋U－电刷换向片

工作原理电枢绕组加直流电压

电流与磁场相互作用产生力

电枢绕组中产生电流

电磁转矩

两层意思：1、产生电枢电流2、产生电磁转矩电枢旋转直流电机的基本结构1.主要部件(1)定子①主磁极②换向磁极③机座④端盖等直流电机的定子

(a)主磁极

(b)机座直流电机的定子1

直流电机的定子2章目录

图直流电机结构图。(a)—纵剖面图；6-(b)—横剖面图；1—主磁极；2—励磁绕组；3—机座（磁轭）；4—端盖；5—轴承；6—电刷；7—电枢铁心；8—电枢绕组；9—换向器；10—轴；11—风扇；12—极掌；13—换向极；14—换向绕组；15—电枢齿；16—电枢槽；17—底角；1、定子1）、主磁极主磁极的作用是在定子与转子之间的气隙中建立磁场,使电枢绕组在此磁场的作用下产生感应电动势和电磁转矩。主磁极包括主极铁芯（包括极身和极掌）和套在主极铁芯上的励磁绕组两部份，如图所示。主磁极总是偶数，且N、S极相间出现。为了降低电枢旋转时的极靴表面引起的涡流损耗,主极铁芯一般用1~1.5mm厚的低碳钢板冲片叠压而成。在小型直流电机中,主磁极也可采用永久磁铁,它不需要励磁绕组,这种电机叫做永磁直流电机。

图主磁极1—磁极铁心；2—磁极绕组；3—机座

2）、换向极换向极又称附加极,装在两相邻主磁极之间的几何中心线上,其作用是为了改善直流电机的换向,消除或减小电刷与换向之间的火花。换向极也由换向极铁芯和套在其上的换向极绕组两部分组成,见图2-4。换向极铁芯一般用整块钢制成,当换向要求较高时用1.0~1.5mm厚的钢片叠压而成。换向极绕组须与电枢绕组串联。在1kW以下的小容量直流电机中,有时换向极的数目只有主磁极的一半,或不装换向极。

3)、机座

4)、电刷

2、转子

1）、电枢铁心:是电机主磁路的一部分,且用来嵌放电枢绕组。

2）、电枢绕组

3）、换向器(2)转子（电枢）①电枢铁心②电枢绕组③换向器④转轴与风扇直流电机的转子

(a)转子主体

(b)电枢钢片直流电机的电枢

电枢铁心直流机结构.swf主磁极铁心主磁极铁心冲片章目录直流电机电刷

直流电机的结构

电机装配图AB12345678A

B1

2

3

48

7

6

57

6

5

48

1

2

3AB整个电枢绕组通过换向片连成一个闭合回路。AB123456781.2电枢绕组简介eeeeeeee1

2

3

48

7

6

5AB电动机＋－E发电机＋－IaeeeeeeeeE两匝元件A1

2

3

48

7

6

5BIaNSNS12345678910111212356891112A1B1A2B2单叠绕组的展开图※并联支路对数：a=2。※电刷的中心线对着磁极的中心线。A1A2B1B236'

4

7'

58'11'8

10'7

9'6912'

10

1'

112'5'2

4'1

3'12n单叠绕组的展开图NSNS12345678910111212356891112A1B1A2B2※

电刷的中心线对着磁极的中心线：①

电刷之间的电动势最大。②被电刷短接的元件电动势为零。※习惯称“电刷放在几何中心线位置”。磁极中心线几何中心线nM2.励磁方式If+Ua－Ia+Uf－他励并励串励复励

直流电动机按励磁方式分类M+U－IIfIaM+U－IIaMIaIf+U－I(1)额定电压UN

电动机的UN

：指输入电压的额定值。(2)额定电流IN

电动机的IN

：指输入电流的额定值。(3)额定功率PN

电动机的PN

：指输出机械功率的额定值

PN

＝UNINηN

。(4)额定转速nN(5)额定励磁电压UfN(6)额定励磁电流IfN3.额定值1.3直流电机的电枢反应几何中心线NS励磁磁场（空载磁场）物理中心线NS合成磁场（负载时的磁场）物理中性线

电枢反应：电枢磁场对主极磁场的影响。电枢磁场

电枢反应的影响①总磁场被扭歪了

几何中心线与物理中心线分开了,

电刷位置处的元件的e≠0，增加换向困难。②

一半磁极的磁通增加，一半磁极的磁通减少，磁路不饱和时，每极磁通不变；磁路饱和时，每极磁通减少，e和T相应减少。1.4直流电机的电枢电动势和电磁转矩1.电磁转矩(1)产生电枢电流

i

磁场ΦF→T(2)大小电磁力：F=B

li

平均磁密：每根导线上电磁力所形成的电磁转矩：FRB=Φl极距

BlR

R

电枢绕组并联支路数：2a

总导体数：N

电枢的周长：2

R=2p

电磁转矩：

T=

N

·FR=

N··B

lip

=N··

lip

Φl=

N··Φi

p

=·Φ·

pN

电枢电流Ia

Ia

2a(2)大小

转矩常数T与n方向相反，为制动转矩。T与n方向相同，为拖动转矩。CT=pN2

a(N·m)(3)方向由Φ和Ia

共同决定。(4)性质发电机：电动机：CTΦIaT=单位：Wb单位：A(1)产生电枢旋转n

磁场Φ(2)大小每个导体：e=Blv

电动势：2.感应电动势

e→∑e→E

E=CEΦn

电动势常数：CE=pN60a单位：Wb单位：r/min(V)CTCE=602

=9.55CT

=

9.55CECT

=pN2

aCE

=pN60a(3)方向：由Φ和n共同决定。(4)性质发电机为电源电动势；电动机为反电动势。一、换向的物理过程：如图所示，1.5直流电机的换向这样就完成了整个换向过程，在整个过程中，我们理想化电机不会发生火花，但实际上这是不可能的，因此，换向元件中不可能没有感应电动势。二、换向元件中的感应电动势1）电抗电动势：换向元件中，在电流变化时，必然出现由自感与互感作用所引起的感应电动势，这个电动势称为电抗电动势。

经过推导，可得电抗电动势为：可见电机的负载越重,转速越高，则越大。根据楞次定律，漏感的作用总是阻碍电流变化的，因为电流是在减少，所以其方向必与+方向相同。2）电枢反应电动势：虽然换向元件位于几何中性线处，主磁场的磁密等于零，但是电枢磁场的磁密不等于零。因此换向元件必然切割电枢磁场，而在其中产生一种旋转电动势，称为电枢反应电动势。为：因为,,所以,即当负载越重，转速越高时，越大。据右手定则可以判定，无论是发电机或电动机状态，的方向总是与换向前元件中电流方向相同，即与方向相同，也是阻碍换向的。3）电刷下产生火花的电磁原因：在换向元件中存在着两个方向相同的电动势+，因此在换向元件中，会产生附加的换向电流，由所建立的电磁能量要释放出来。当这部分能量足够大时，它将以火花的形式从后刷边放出，使维持连续，这就是电刷下产生火花的电磁原因。此外还有机械及电化学方面的原因。火花使电刷及换向器表面损坏，严重时将使电机不能正常运行。三、改善换向的方法：从产生火花的电磁原因出发，减少换向元件的电抗电动势和电枢反应电动势，就可以有效地改善换向。目前最有效的办法是装换向极。

对换向极的要求是：（1）换向极应装在几何中性线处；（2）换向极的极性应使所产生的方向与电枢反应磁动势的方向相反。直流电容电机直流电机1.6.1直流发电机的励磁方式1.6直流发电机

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，自励方式又分并励、串励和复励三种方式。1、他励：直流电机的励磁电流由其它直流电源单独供给。

他励直流发电机的电枢电流和负载电流相同，即：2、并励：发电机的励磁绕组与电枢绕组并联。且满足3、串励：励磁绕组与电枢绕组串联。满足4、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。1.6.2直流发电机的基本方程如图规定各物理量的参考方向一.电动势平衡方程从方程式可见，直流发电机满足二.转矩平衡方程发电机轴上有三个转矩：原动机输入给的驱动转矩、电磁转矩和机械摩擦及铁损引起的空载转矩。转矩平衡方程为：直流发电机的励磁电流

三、励磁特性公式每极气隙磁通四.功率平衡方程原动机输入给发电机的机械功率

电磁功率机械摩擦损耗、铁损耗、附加损耗

空载损耗包括：

电磁功率一方面代表电动势为的电源输出电流时发出的电功率，一方面又代表转子旋转时克服电磁转矩所消耗的机械功率。电枢回路电阻及电刷与换向器表面接触电阻上的铜损耗输出的电功率自励发电机中还应减去励磁损耗1.5.3他励发电机的运行特性一、空载特性定义:当、时，

直流发电机的空载特性是非线性的的，上升与下降的过程是不相同的。实际中通常取平均特性曲线作为空载特性曲线。空载时空载特性曲线上升分支空载特性曲线下降分支平均空载特性曲线空载特性实质上就是。所以空载特性曲线的形状与空载磁化特性曲线相同。二、外特性定义：当、时，

由曲线可见，负载电流增大时，端电压有所下降。他励并励

根据可知端电压下降有两个原因：(一)在励磁电流一定情况下，负载电流增大，电枢反应的去磁作用使每极磁通量减少，使电动势减少；(二)电枢回路上的电阻压降随负载电流增大而增加，使端电压下降。为什么低?可见，并励直流发电机的自励条件有：二、空载特性

并励发电机的空载特性与一般电机的空载特性一样，也是磁化曲线