直流电机xz51000307.ppt

1、电机及变压器,昆明询知民用航空器维修培训中心,电机定义及分类,重点：电磁感应原理、转换和传递能量、电磁机械装置 按能量转换观点分,按飞机上的应用分 主电源发电机变压器驱动电动机变流机控制电机,电机的基本概念,绕组：线圈 。小电机-漆包线；大电机-铜条/棒进行绝缘 处理。电枢绕组、励磁绕组、补偿绕组 电枢：输入、输出电能进行能量转换的绕组 直流-单相 交流-三相 励磁：产生磁场的绕组。交、直流电机均为直流 直流：他励（励磁机或永久磁铁）、 自励（并励、串励、复励） 同步发电机：直流励磁机、静止的励磁（有刷，相复励）、 旋转励磁（无刷，两级/三级，带旋转整流器） 异步电动机：三相交流电通入对称三相

2、绕组产生 旋转磁场,电机的基本概念,气隙：定、转子的间隙，是磁路的一部分。 定子/转子、原边/副边、初级/次级 铁心：硅钢片，减小涡流，提高导磁率。 左手定则： 右手定则：,直流电机主要内容,一、概述 1 定义 2 分类 二、直流电机 1 直流电机的基本结构 2 直流电机的工作原理 3 直流电机的电枢反应 4 直流发电机 5 直流电动机 6直流电机的参数和使用 7 直流电动机的起动、调速、反转和制动,4-2 直流发电机,能量转换：机械能直流电能 原理：导体在磁场中做切割磁力线运动，在导体中产生感应电动势。 结构：旋转单元电枢；静止单元磁场。 原动力：燃汽涡轮机、柴油机、汽油机和蒸汽机等。,大容

3、量直流发电机,飞机上的直流发电机,直流电机的基本结构之定子部分,定子部分 机壳：作为主磁路的一部分导磁和机械支撑 主磁极：产生主磁通，励磁绕组+磁极铁心 换向极：相邻两主磁极 换向极铁心+换向绕组，换向绕,组与电枢绕组串联，流过电枢电流 电刷组件：连接电枢绕组、换向器和外电路,直流电机的基本结构之转子部分,4.2.1 直流发电机的结构： 1. 磁轭（钢框架）：包括极心、极掌 磁轭的两个功用：在两个磁极之间形成完整的磁路；对发电机的其它部件起机械支撑作用。,励磁绕组：用于产生磁场的N极和S极。 励磁绕组从外部直流电源通电后，在磁轭、极心、极掌、气隙和电枢铁心中将产生磁力线。,电枢：电枢铁心由硅钢

4、片叠成，槽中嵌有铜线绕组；各个线圈的首末端被引出接到整流子相对应的整流片上。 换向器：由大量的楔形铜片组成，呈圆筒形，用于保持流向外电路的电流方向不改变；片之间的电压不得超过15V。,电刷与电刷架：用于将换向器来的电流传送到外电路。,电刷通常用碳和石墨的化合物制成。由弹簧压在换向片上，保证两者接触良好。 电刷架的作用是固定电刷。,4.2.2 直流发电机的工作原理： 1. 单线圈电枢,具有换向器的单线圈发电机,当换向器与电枢线圈一起转动时，每一个电刷只与换向器的一片相接触。这样，从电刷输出到外电路的电流就变成直流了。,4.2.2 直流发电机的工作原理：,图4.2-4 单线圈电枢上产生的感应电动势

5、,4.2.2 直流发电机的工作原理： 2. 多线圈的效应：电枢线圈越多，发电机输出,图4.2-5 两个电枢线圈产生的感应电动势,电压的波纹越小。,直流发电机的输出电压由电枢线圈的匝数、励磁磁场的总磁通量及电枢转速的乘积决定。,4.2.2 直流发电机的工作原理：,图4.2-6 鼓形电枢和两层绕组, 电刷的个数与磁极数相等。 电枢线圈的两个终端联接到相邻的整流片上。 整个电枢绕组形成连续的闭合回路。,直流发电机鼓形电枢各部件之间的关系：,4.2.2 直流发电机的工作原理：,正、负电刷之间产生的电压：,感应电动势，单位：伏特（V）； 每个磁极的磁通，单位：韦伯（Wb）； n 电枢旋转的速度，单位：转

6、/秒； 与电机结构相关的常数。,根据右手定则判断其方向,4.2.2 直流发电机的工作原理：,5. 电枢反应,产生：电枢有电流流过，产生电枢电流磁场；电枢磁场与励磁磁场将相互叠加，使发电机内部磁场产生变形，这种现象称为 电枢反应。 正交磁化：电枢磁场与励磁磁场方向垂直。，正交磁化强度与电枢电流成正比。,图4.2-8 电枢反应,4.2.2 直流发电机的工作原理：,5. 电枢反应,作用：对励磁磁场有减弱的作用，这种磁场称为电枢去磁磁场。 电枢反应还使机械中性面AB发生偏移，变为AB，称为电气中性面。电刷可以偏移到AB上，以便减小电弧。,图4.2-8 电枢反应,4.2.2 直流发电机的工作原理：,6.

7、 电枢反应的补偿, 增加补偿绕组； 使用换向极: 换向极使发电机内部磁场回到了合适的位置。,4.2.3 直流发电机的工作特性,图4.2-10直流发电机的励磁类型,1. 励磁绕组的联接方法：,是否有串励发电机？,4.2.3 直流发电机的工作特性,图4.2-11 直流发电机的磁饱和曲线,2. 空载特性和负载特性,直流发电机的磁场强度取决于励磁绕组的安培匝数和磁路的磁阻。安匝数随励磁电流的变化而变化。 感应电压与励磁磁场的强度及电枢转速成正比。,4.2.3 直流发电机的工作特性,图4.2-12 并励发电机输出电压的建立,3. 并励式直流发电机,直流发电机电压建立的必要条件： 剩磁（由铁磁材料的磁滞现

8、象引起）。,4.2.3 直流发电机的工作特性,图4.2-13 并励发电机的外特性,3. 并励式直流发电机的外特性：,端电压与负载之间的关系,影响因素： 电枢电阻 电枢反应 由于电压下降引起励磁电流减小。,4.2.3 直流发电机的工作特性,图4.2-13 并励发电机的外特性,3. 并励式直流发电机的外特性：,外特性的拐点： 发电机过载时，其端电压迅速下降，励磁电流减小，励磁磁场的磁化程度降低。电压进一步下降，出现短路现象。但短路电流并不会很大。,4.2.3 直流发电机的工作特性,4. 复励式直流发电机,串励磁通的作用： 发电机接入负载后，串励电流增加，从而使励磁磁通增加。 增加的幅度取决于复励的

9、程度。,并励：调节电机的空载电压 串励：调节电机的负载电压,4.2.3 直流发电机的工作特性,4. 复励式直流发电机,(2) 外电压特性： 平复励：空载和全负载 电压相同 ； 过复励：端电压升高 ； 欠复励：几乎与并励发电 机相同，补偿由 于电枢压降和电 枢反应引起的端 电压降低。,图4.2-14 复励发电机的外特性,并励式电动机：恒定电压下，以基本恒定的转速提供 可变转矩。 串励式电动机：恒定电压下，可以提供可变转矩，但 其转速随负载变化而变化，即：大负 载时转速低，小负载时转速高。,直流电动机的励磁方式,4-3 直流电动机,复励式电动机：起动力矩高于 并励电动机； 而转速随负载 的变化小于

10、串 励式电动机。,通电导体在磁场中所受的力： 大小和方向取决于磁场 和电流的大小和方向。,通电导体在磁场的运动,4.3.1 直流电动机的工作原理,B-磁通密度； I -电流大小； L-导体的有效长度。,方向判定：左手定则,2. 直流电动机的基本工作原理：,两导体电枢的磁场分布,4.3.1 直流电动机的工作原理,直流电动机的磁场： 主励磁磁场； 电枢线圈产生的 磁场； 主励磁磁场与电 枢磁场之间相互 作用产生的合成 磁场。,2. 直流电动机的基本工作原理：,4.3.1 直流电动机的工作原理,单电枢绕组在垂直位置无转矩。,2. 直流电动机的基本工作原理：,4.3.1 直流电动机的工作原理,四磁极并

11、励直流电动机,通过换向器和电刷改变电枢线圈中电流的方向。 在电枢上装有许多绕组，保证电枢旋转到任何位置上，都有靠近磁极的线圈受到电磁力的作用，使得电枢能够连续运转。,3. 反电动势： 电枢导体在磁场中运动，切割磁力线，感应出一个电动势，其方向与外加电动势的方向相反。,4.3.1 直流电动机的工作原理,反电动势与励磁磁场强度成正比； 与电枢旋转速度成正比。,电枢电流；,外加电压；,反电动势；,电枢电阻,4. 电动机中的电枢反应：,4.3.1 直流电动机的工作原理,图4.3-8 电动机中的电枢反应,发电机电枢电流与感应电动势的方向一致； 电动机电枢电流与反电动势的方向则相反。,电动机：合成磁通沿与

12、电枢转向相反的方向旋转； 发电机：合成磁通沿与电枢转向相同的方向旋转,4.3.1 直流电动机的工作原理,电动机中的电枢反应,发电机中的电枢反应,4. 电动机中的电枢反应：,4.3.1 直流电动机的工作原理,图4.3-8 电动机中的电枢反应,解决方法: (与发电机对比) 相同点：增加补偿绕组 采用换向极。 不同点：作用方向与 发电机相反。,4.3.2 直流电动机的转矩 功率,T-转矩；Ct-转矩常数（包括电枢导线的数量、通路数等）；-每个磁极的磁通；Ia-电枢电流。,1. 转矩,电动机的转矩与电枢电流成正比， 与磁通量成正比。,另一种表示公式： M=CmIa,根据左手定则判断其方向,4.3.2

13、直流电动机的转矩 功率,输入功率 P1=U1I1 输出功率 PM= P1- Pcu1-PFe,2. 功率,航空维修中，计算转矩、输出功率等，采用的是英制单位。与国际单位制换算关系为： 1磅英尺1.36牛顿米 1马力745.7瓦 1马力 33000磅英尺,4.3.3 直流电动机的工作特性,串励电动机的特性曲线,1. 串励式直流电动机,不允许空载运行。,常数（由磁极数、电流通路、电枢导体数决定）,外加电压；,电枢电流；,电枢线圈电阻；,励磁线圈电阻；,励磁磁场的磁通；,电动机转速。,4.3.3 直流电动机的工作特性,串励电动机的特性曲线,1. 串励式直流电动机,磁场的强度正比于电枢电流Ia； 转矩

14、正比于电枢电流的平方Ia2。,优点： 转速随负载的变化而变化，机械特性比较“软”，过载能力强。 励磁线圈和电枢线圈的电阻值很低，在起动时，能形成大电流，产生很高的起动力矩。,4.3.3 直流电动机的工作特性,并励电动机的特性曲线,2. 并励式直流电动机,特点： 转矩仅随电枢电流变化。起动转矩小于串励式直流电动机。负载大，电枢电流大；负载越小，电枢电流越小。 优点： 转速调节特性比较好。 基本恒速。,4.3.3 直流电动机的工作特性,图4.3-12 复励电动机的种类,3. 复励式直流电动机,积复励：串励绕组产生的磁场对并励绕组磁场有加强作用， 差复励：串励绕组产生的磁场对并励绕组磁场有减弱作用。应用较少。,应用：利用积复励电动机中的串励绕组获得较高的起动转矩；正常运转时利用并励电动机的转速调节特性将电动机转速稳定。,4.3.4 直流起动发电机,有足够的起动转矩，使发动机能在预 定的时间内平稳地起动；起动电流不应过大，以免电机过热、 换向恶化；起动完毕后能自动转入发电状态，给 机上电网正常供电。,起动发电机应满足的要求：,4.3.4 直流起动发电机,起动发电机的起动控制电路,第一级：,两组电瓶并联； 电枢串联起动电阻Rst起动； 电机工作在复励状态