第2章-直流电机原理课件

第三章直流电机的原理视频11第三章直流电机的原理结束3.1直流电机的用途和工作原理3.2直流电机的主要结构3.3直流电机的磁路、空载时的气隙磁密与空载磁化特性3.4直流电机的电枢绕组3.5电枢电动势与电磁转矩

3.6直流发电机3.7直流电动机运行原理3.8他励直流电动机的机械特性！3.9串励和复励直流电动机3.10直流电机的换向2直流电机是电机的主要类型之一。一台直流电机即可作为发电机使用，也可作为电动机使用，用作直流发电机可以得到直流电源，而作为直流电动机，由于其具有良好的调速性能，在许多调速性能要求较高的场合，仍得到广泛使用。3.1直流电机的用途和工作原理3.1.1概述3作电源用-->直流发电机

作动力用-->直流电动机

信号的传递

==>作为测量元件-->直流测速发电机

==>作为执行元件-->直流伺服电动机1)直流电机的用途4直流发电机的电势波形较好，对电磁干扰的影响小。直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑。

直流电动机过载能力较强，启动和制动转矩较大。

由于存在换向器，其制造复杂，价格较高。2)优缺点53.1.2工作原理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e=Blv2)直流电动机工作原理原理动画上一张下一张基本原理：电磁感应定律基本原理：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f=Bli结束1)直流发电机工作原理6直流电机的物理模型图解释视频27上一张下一张

3.2直流电机的结构与型号结束直流电机的结构89定子：主磁极（励磁绕组主极铁心）换向极（绕组和铁心）机座端盖电刷装置转子：电枢绕组电枢铁心换向器转轴、风扇直流电机的结构部件气隙：定子电枢间的主磁路上1~3mm视频2、310直流电机的额定值

额定值是制造厂对各种电气设备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。11直流电机的额定值（铭牌数据）1、额定功率PN：电机额定工作状况下的输出功率KW发电机是出线端输出的电功率。PN=UNIN电动机是轴上输出的机械功率。PN=UNIN

N2、额定电压UN（V）3、额定电流IN（A）4、额定转速nN（rpm）上一张下一张结束5、励磁方式和额定励磁电流IfN（A）P32例题3－1，3－2123.3直流电机的磁路、空载磁场和气隙磁密3.3.1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132、气隙磁密的分布上一张下一张气隙磁密波形图Bav

0

b

b

B

m结束14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153.3.2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上一张下一张If小时铁心不饱和，F主要作用在气隙上结束163.3.3直流电机的励磁方式1、他励直流电机UUfIaIL2、并励直流电机UUfIaILIf上一张下一张结束173、串励直流电机UUfIaILIf4、短复励直流电机上一张下一张UIaILIf1结束185、长复励直流电机UIaILIf1上一张下一张结束注：2-5均为自励方式193.4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。3.4.1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203、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=nZ2、双层绕组上一张下一张结束215、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/2p其中Zi：虚槽数；p：极对数Y1=，称整距绕组Y1<，称短距绕组Y1>，称长距绕组上一张下一张结束226、绕组的第二节距Y2Y2：两个相串联元件中，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YY：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233.4.2单叠绕组1、特点：Y=Yk=1例：一直流机S=K=Ze=16，2P=4，画出双层单叠绕组。1、计算节距Y=Yk=1Y1=Z/2P=16/4=4（整距）上一张下一张结束242、编制绕组连接表

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253、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SNSNBB线圈V123589104111213141516672161513456789101112131415上一张下一张结束264、绕组并联支路图电枢输出总电势等于支路电势；电枢输出总电流等于各条支路电流之和。上一张下一张23487610111216151459131+-上下上下结束274、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23487610111216151459131+-上下上下结束28293.4.3单波绕组3031绕组并联支路图单波绕组中：并联支路对数a=132结论：

单叠绕组并联支路数多，每个支路里的元件数少，适用于较低电压、较大电流的电机。

单波绕组并联支路对数永远等于1，在总元件数相同的情况下，每个支路里的元件数多，适用于较高电压、较小电流的电机实际应用中还有复叠、复波以及混合绕组等。视频2333.5直流电机的电动势与电磁转矩3.5.1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。BavB

0每极下主磁通为：磁极有效长度上一张下一张34（二）电枢导体电势BavB

AV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NST1n3523487610111216151459131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36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Ce称为电动势常数37Ce=NP/60a:叫电势常数

:每极磁通量n:电机转速N(z):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出，但对短距、长距也适用。3、若电刷不在几何中性线时，Ea将减小。上一张下一张383.5.2直流电机的电磁转矩（一）每根导体电磁力矩Bavb

Af导体A通电流ia，其在磁场中受电磁力fav。导体长度当电枢导体中有电流通过时，该导体在磁场中就产生电磁力。该根导体的电磁力矩：上一张下一张SNTavD为电枢直径39该根导体的电磁力矩：SNTav电枢总电流上一张下一张40（二）电枢绕组总电磁力矩总电磁力矩Tem=总导体数Tav转矩常数NSTem（三）Ce、CT的关系上一张413.5.3直流电机的电枢反应上一张下一张

电枢反应：电枢磁场对主磁极磁场的影响423.6直流发电机3.6.1稳态运行时的几个基本方程式Ea=CeФnT1=T+T0上节习题，与例题3-3，3-4类似纸制教案433.6.2功率关系443.7.1直流电动机的基本方程1、电压方程U、I正方向如图，Ea为反电势U=Ea+IaRa电枢总等效内阻电枢感应电势Ea=Ce

n上下NST2TT0nEaIaU结束3.7直流电动机运行原理452、转矩方程电磁转矩为拖动转矩，负载和空载转矩为制动转矩。稳定运行时转矩方程为：T=T2+T0=TL电磁转矩=CTIa空载转矩负载转矩上下NST2TT0nEaIaU结束输出转距46473.7.2功率方程T2NTemT0nEaIa+-UGIfI1、输入功率励磁损耗2、电枢功率电枢功率分为电磁功率和电枢铜耗。上下结束483、电磁功率的分配摩擦损耗铁损耗附加损耗其中：上下NTemT0nEaIa+-UGIfIT2结束494、总功率的分配总损耗

p效率：功率流程P1pcufPMP2p0上下NTT0nEaIa+-UGIfIT2结束pcua50直流电动机的基本方程小结：电势：U=Ea+IaRa转矩：T=T2+T0功率:P1=pcuf+pcua+p0+P2P1P2上下PcufGIfNST2TT0nEaIaUpcuaPMp0结束513.7.3工作特性电动机的转速n、电磁转矩T、效率与电枢电流Ia的关系叫工作特性。包含有以下几种：转速特性：n=f(Ia）转矩特性：T=f(Ia）效率特性：

=f(Ia）机械特性：n=f(T)上下转速与电磁力矩之间的关系称为电动机的机械特性。结束52B）数学表达式：电势：U=Ea+IaRa且Ea=Cenn=UNCe

RaCe

Ia=n0-βIaUN式中：n0=Ce

理想空载转速β=RaCe

斜率nIa0n0

电机实际空载运行时存在T0，Ia00，实际空载转速n0´<n0Ia0上下1、转速特性：n=f(Ia）A）条件：U=UN,If=IfNT2NTT0nEaIa+-UGIfI结束53C）转速变化率n：nIa0n0IaNnNn=n0-nN

nN100%他、并励电机n=（2~8）%上下结束D）考虑电枢反应的去磁效应，转速有可能要上升？542、转矩特性：T=f(Ia）A）条件：U=UN，If=IfNT=CT

IaTIa0上下B）数学表达式：C）考虑电枢反应的去磁效应，曲线如何？553、效率特性：

=f(Ia）A）条件：U=UN，If=IfN

=P2p1100%

=P1-pcua-p0p1100%

=P1-Ia2Ra-p0p1100%pcua：可变损耗；p0：不变损耗；它们相等最大

Ia0上下结束565758

习题1、简述磁性材料产生铁损耗的条件及其原因。如何减少铁损耗？涡流损耗pFe=CFeD2f2B2磁滞损耗ph=khfB2

2、为什么直流电机电枢铁心要用硅钢片叠压而成，而定子磁轭却用铸钢或钢板制成，主磁极通常由钢片叠压而成？由于转子旋转，其中的磁场是交变的；定子中的磁场是恒定不变的；由于电枢反应主磁极端的磁场有微小变化。结束59上下3、直流电机的电枢绕组和励磁绕组同时与主磁通交链，为什么只在电枢绕组中感应电势，而在励磁绕组中却没有？4、直流电机电枢绕组中的电流是直流吗？N2SKNK

aS结束60UUfEaIaRrIfIL5、如何判断直流电机是处于发电状态还是电动状态？按照三个自励条件来分析U=Ea-IaRa发电状态U<Ea电动状态U>Ea结束616、一他励直流电动机：PN=40KW，UN=220V,IN=210A,nN=1000rpm,Ra=0.078。求额定时:P1、p;pcua、PM、p0;T、T2、T0.解：上下结束627、一并励直流电动机：PN=96KW，UN=440V,IN=255A,If=5A,nN=500rpm,Ra=0.078。求额定时:P1、p、;pcua、PM、p0;T、T2、T0.解：上下UEaIaIfIN结束633.8机械特性：n=f(T)研究条件：U=UN，If=IfNn=UNCe

RaCe

IaT=CT

Ian=UNCe

RaCTCe

2T=n0-βT由转速和转矩表达式：推出机械特性表达式：nT0n0TNnN上下固有机械特性T2NTT0nEaIa+-UGIfI结束64在U=UN，If=IfN，电枢回路不串电阻条件下，得到的机械特性叫固有特性(自然特性）以上三个条件(U/If/Ra)只要改变其中一个，得到的机械特性称为人工机械特性。上下n=UNCe

RaCTCe

2T=n0-βT结束65特点:上下n=UNCe

RaCTCe

2T=n0-βT结束66676869701）电枢串电阻UEaIaK1Rc特性方程变为：n=UNCe

Ra+RCCTCe

2T=n0-βTn=UNCe

RaCTCe

2T=n0-βT串电阻特性与自然特性比较，斜率变大了，n0未变nT0n0TNnN自然特性上下人为机械特性结束712）降低电枢端电压Un=UCe

RaCTCe

2T=n0-βTnT0n0TNnN自然特性降低U，n0减小β不变，特性向下平移上下结束723）减小磁通

n=UNCe

RaCTCe

2T=n0-βTnT0n0TNnN自然特性减小，n0和β都增加，特性上移，且变软弱磁可以升速上下结束73根据铭牌数据估算机械特性已知:UN，IN，nN，求两点一线(n0，0)，(nN,TN）1）估算EaN=（0.93-0.97)UN或实测Ra

上下结束P623-10743.9串励和复励直流电动机的机械特性3.9.1串励电动机的机械特性当磁路不饱和时当磁路饱和时，磁通基本不变，机械特性与他励直流电动机的机械特性相似。TemnABC磁路不饱和时的机械特性曲线AB段磁路饱和时的机械特性曲线BC段一、固有特性75固有特性是指当时的特性，具有以下特点：（1）它是一条非线性的软特性，负载时转速降落很大；（2）空载时，为无穷大。实际上，空载时存在剩磁，为有限值，但值也很大——“飞车”现象。因此串励