chap直流電機(jī)原理一實(shí)用PPT課件

1、結(jié) 構(gòu) 和 原 理空載磁場(chǎng)及磁化曲線電 樞 繞 組電 樞 反 應(yīng)感應(yīng)電勢(shì)與電磁轉(zhuǎn)矩直直 流流 電電 機(jī)機(jī) 原原 理理結(jié)束第1頁/共47頁第三章第三章 直直 流流 電電 機(jī)機(jī) 的的 原原 理理本本 章章 要要 求：求：掌握直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)的工作原理。掌握直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)的工作原理。了解直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)、電樞繞組。了解直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)、電樞繞組。熟練掌握并能正確使用直流電機(jī)的額定值。熟練掌握并能正確使用直流電機(jī)的額定值。了解直流電機(jī)的換向原理，掌握換向方法。了解直流電機(jī)的換向原理，掌握換向方法。熟練掌握直流電機(jī)的勵(lì)磁方式。熟練掌握直流電機(jī)的勵(lì)磁方式。搞清直流電機(jī)空載磁場(chǎng)，正確理解磁化曲線。

2、搞清直流電機(jī)空載磁場(chǎng)，正確理解磁化曲線。正確理解電樞反應(yīng)概念及其影響。正確理解電樞反應(yīng)概念及其影響。正確理解電勢(shì)及轉(zhuǎn)矩公式，并能正確使用。正確理解電勢(shì)及轉(zhuǎn)矩公式，并能正確使用。結(jié)束第2頁/共47頁一、直流電機(jī)的用途和結(jié)構(gòu)一、直流電機(jī)的用途和結(jié)構(gòu)1.定子定子: 主磁極；主磁極； 換向磁極；換向磁極； 機(jī)座；電刷機(jī)座；電刷 2.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子: 電樞鐵芯電樞鐵芯;電樞繞組電樞繞組上一張 下一張 第第 一一 節(jié)節(jié) 直流電機(jī)的用途結(jié)構(gòu)和原理直流電機(jī)的用途結(jié)構(gòu)和原理錄 像結(jié)束第3頁/共47頁直流電機(jī)分為兩種： 直流電動(dòng)機(jī)（直流電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能） 基本原理：基本原理：電磁力定律電磁力定律 產(chǎn)生力矩要兩個(gè)必要條件

3、：有一個(gè)磁場(chǎng)存在；導(dǎo)產(chǎn)生力矩要兩個(gè)必要條件：有一個(gè)磁場(chǎng)存在；導(dǎo)體中有電流體中有電流直流發(fā)電機(jī)（機(jī)械能轉(zhuǎn)化為直流電能） 基本原理：基本原理：電磁感應(yīng)定律電磁感應(yīng)定律 產(chǎn)生電能要兩個(gè)必要條件：有一個(gè)磁場(chǎng)存在；導(dǎo)產(chǎn)生電能要兩個(gè)必要條件：有一個(gè)磁場(chǎng)存在；導(dǎo)體在磁場(chǎng)中有運(yùn)動(dòng)體在磁場(chǎng)中有運(yùn)動(dòng) 第4頁/共47頁直流電機(jī)的缺點(diǎn)：換向困難； 容量受限； 換向器造價(jià)高； 壽命短。直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：1、調(diào)速范圍廣，易于平滑調(diào)節(jié)；2、過載、起動(dòng)、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，能實(shí)現(xiàn)快速起動(dòng)并 可經(jīng)受頻繁的沖擊負(fù)載；3、易于控制，可靠性高；4、調(diào)速時(shí)的能量損失小。第5頁/共47頁直流發(fā)電機(jī)工作原理 右圖為直流發(fā)電機(jī)的物理模型，N、S為定子

4、磁極，abcd是固定在可旋轉(zhuǎn)導(dǎo)磁圓柱體上的線圈，線圈連同導(dǎo)磁圓柱體稱為電機(jī)的轉(zhuǎn)子或電樞。線圈的首末端a、d連接到兩個(gè)相互絕緣并可隨線圈一同旋轉(zhuǎn)的換向片上。轉(zhuǎn)子線圈與外電路的連接是通過放置在換向片上固定不動(dòng)的電刷進(jìn)行的。直流電機(jī)的工作原理F運(yùn)動(dòng)導(dǎo)線在磁場(chǎng)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與感應(yīng)電流用右手定則；通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的受力用左手定則。第6頁/共47頁 當(dāng)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) 后 ，如右圖。0180 可見，和電刷A接觸的導(dǎo)體總是位于N極下，和電刷B接觸的導(dǎo)體總是位于S極下，因此電刷A的極性總是正的，電刷B的極性總是負(fù)的，在電刷A、B兩端可獲得直流電動(dòng)勢(shì)。 導(dǎo)體ab在S極下，a點(diǎn)低電位，b點(diǎn)高電位；

5、導(dǎo)體cd在N極下，c點(diǎn)低電位，d點(diǎn)高電位；電刷A極性仍為正，電刷B極性仍為負(fù)。F第7頁/共47頁 實(shí)際直流發(fā)電機(jī)的電樞是根據(jù)實(shí)際需要有多個(gè)線圈。線圈分布在電樞鐵心表面的不同位置，按照一定的規(guī)律連接起來，構(gòu)成電機(jī)的電樞繞組。第8頁/共47頁直流電動(dòng)機(jī)工作原理 把電刷A、B接到直流電源上，電刷A接正極，電刷B接負(fù)極。此時(shí)電樞線圈中將電流流過。如右圖。 直流電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。 在磁場(chǎng)作用下，N極性下導(dǎo)體ab受力方向從右向左，S 極下導(dǎo)體cd受力方向從左向右。該電磁力形成逆時(shí)針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩大于阻轉(zhuǎn)矩時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。第9頁/共47頁 原N極性下導(dǎo)體ab轉(zhuǎn)到S

6、極下，受力方向從左向右，原S 極下導(dǎo)體cd轉(zhuǎn)到N極下，受力方向從右向左。該電磁力形成逆時(shí)針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。線圈在該電磁力形成的電磁轉(zhuǎn)矩作用下繼續(xù)逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。 當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)到右圖所示位置時(shí) 同直流發(fā)電機(jī)相同，實(shí)際的直流電動(dòng)機(jī)的電樞并非單一線圈，磁極也并非一對(duì)。第10頁/共47頁直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù) 額定值 是制造廠對(duì)各種電氣設(shè)備（本章指直流電機(jī)）在指定工作條件下運(yùn)行時(shí)所規(guī)定的一些量值。在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，可以保證各電氣設(shè)備長期可靠地工作。并具有優(yōu)良的性能。額定值也是制造廠和用戶進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)或試驗(yàn)的依據(jù)。額定值通常標(biāo)在各電氣的銘牌上，故又叫銘牌值。 額定功率 PN 指電機(jī)在銘牌規(guī)定的額定狀態(tài)下運(yùn)行

7、時(shí)，電機(jī)的輸出功率，以 W 為量綱單位。若大于 1kW 或 1MW 時(shí),則用 kW 或 MW 表示。 第11頁/共47頁額定電壓 UN ：指額定狀態(tài)下電樞出線端的電壓，以 “V” 為 量綱單位。 額定電流 IN ：指電機(jī)在額定電壓、額定功率時(shí)的電源輸入電 流值，以 “A” 為量綱單位。額定轉(zhuǎn)速 nN：指額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，以r/min為 量綱單位。 額定勵(lì)磁電流 If：指電機(jī)在額定狀態(tài)時(shí)的勵(lì)磁電流值。 對(duì)于直流發(fā)電機(jī)，PN是指輸出的電功率，它等于額定電壓和額定電流的乘積。PNUNIN 對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)，PN是指輸出的機(jī)械功率，所以公式中還應(yīng)有效率N存在。PNUNINN電動(dòng)機(jī)軸上輸出的額定

8、轉(zhuǎn)矩：NNN2NNNPPPT =9.552 n /60n第12頁/共47頁4.2 直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)主磁極換向磁極電刷裝置機(jī)座端蓋定子轉(zhuǎn)子電樞鐵心電樞繞組換向器轉(zhuǎn)軸軸承第13頁/共47頁主磁極電刷裝置機(jī)座端蓋換向極鐵心電樞鐵心電樞繞組換向器轉(zhuǎn)軸軸承端蓋磁軛勵(lì)磁繞組主磁極換向極繞組風(fēng)扇第14頁/共47頁機(jī)座（磁軛）機(jī)座（磁軛）主磁極鐵心主磁極鐵心勵(lì)磁繞組勵(lì)磁繞組極尖極尖極弧極弧換向極鐵心換向極鐵心換向極繞組換向極繞組電樞鐵心電樞鐵心轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸電樞繞組電樞繞組氣隙氣隙極身極身極靴極靴第15頁/共47頁一 直流電機(jī)的分類直流電機(jī)的分類和主要系列 （1）按工作性能：發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)（2）按主磁極構(gòu)成材料不

9、同： 永磁直流電機(jī)，永磁磁鋼產(chǎn)生磁場(chǎng) 電磁式直流電機(jī)，鐵芯和繞組產(chǎn)生磁場(chǎng)。（3）電磁式直流電機(jī)一般按勵(lì)磁方式分類： 它勵(lì) 自勵(lì) ：并勵(lì)，串勵(lì)，復(fù)勵(lì)第16頁/共47頁1、他勵(lì)：直流電機(jī)的勵(lì)磁電流由其它直流電源單獨(dú)供給。如圖所示。二 直流電機(jī)的勵(lì)磁方式 供給勵(lì)磁繞組電流的方式稱為勵(lì)磁方式。分為他勵(lì)和自勵(lì)兩大類，自勵(lì)方式又分并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)三種方式。UaIIMfUfIfREa第17頁/共47頁2、并勵(lì)：直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)。且兩者共用一端電壓。3、串勵(lì)：勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)。滿足IIIfafIfRIMUaIEaMIaIfIfRUEa第18頁/共47頁4、復(fù)勵(lì)：并勵(lì)和串勵(lì)兩種勵(lì)磁方式的結(jié)

10、合。電機(jī)有兩個(gè)勵(lì)磁繞組，一個(gè)與電樞繞組串聯(lián)，一個(gè)與電樞繞組并聯(lián)。IMU1fI2fIfRaIRf2fIMIaI1fIURfRf長復(fù)勵(lì)長復(fù)勵(lì)短復(fù)勵(lì)短復(fù)勵(lì)第19頁/共47頁例3-1 一臺(tái)直流發(fā)電機(jī)，其額定功率PN=145kW，額定電壓UN230V，額定轉(zhuǎn)速nN=1450rmin，額定效率N90，求該發(fā)電機(jī)的輸入功率P1及額定電流IN各為多少？第20頁/共47頁第21頁/共47頁例3-2 一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)，其額定功率PN=160kW，額定電壓UN=220V，額定效率N90%, 額定轉(zhuǎn)速nN=1500rmin，求該電動(dòng)機(jī)的輸入功率、額定電流及額定輸出轉(zhuǎn)矩各是多少?第22頁/共47頁第23頁/共47頁第二節(jié)

11、第二節(jié) 直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)一、空載磁場(chǎng)的分布一、空載磁場(chǎng)的分布1、磁通的分布、磁通的分布主磁通漏磁通上一張下一張結(jié)束第24頁/共47頁上一張下一張直直 流流 電電 機(jī)機(jī) 的的 主主 磁磁 通通 磁磁 路路氣隙氣隙電樞齒電樞齒轉(zhuǎn)子鐵心軛轉(zhuǎn)子鐵心軛主磁極鐵心主磁極鐵心定子鐵心軛定子鐵心軛結(jié)束第25頁/共47頁2、氣隙磁密的分布、氣隙磁密的分布上一張下一張 氣隙磁密波形圖氣隙磁密波形圖Bav 0 b b B m結(jié)束 氣隙磁密的大小與氣隙長度成反比，氣隙磁密的大小與氣隙長度成反比，在磁極中心處的氣隙小，在磁極兩個(gè)極在磁極中心處的氣隙小，在磁極兩個(gè)極尖處氣隙大。尖處氣隙大。第26頁/共

12、47頁二、磁化曲線二、磁化曲線電機(jī)主磁通與勵(lì)磁電流的關(guān)系；可以計(jì)算電機(jī)主磁通與勵(lì)磁電流的關(guān)系；可以計(jì)算或?qū)嶒?yàn)測(cè)定；或?qū)嶒?yàn)測(cè)定； If氣隙線氣隙線abc飽和系數(shù)飽和系數(shù)K =abac上一張下一張氣隙磁位差與磁通成正比，鐵磁材料的氣隙磁位差與磁通成正比，鐵磁材料的磁位差具有磁飽和特點(diǎn)。磁位差具有磁飽和特點(diǎn)。If小時(shí)鐵心不小時(shí)鐵心不飽和，飽和，F(xiàn)主要作用在氣隙上，空載特性主要作用在氣隙上，空載特性呈直線關(guān)系，當(dāng)每極磁通較大時(shí)出現(xiàn)飽呈直線關(guān)系，當(dāng)每極磁通較大時(shí)出現(xiàn)飽和。和。fmCIRF結(jié)束Ff第27頁/共47頁第三節(jié)第三節(jié) 直流電機(jī)的電樞繞組直流電機(jī)的電樞繞組 電樞繞組是機(jī)、電能量轉(zhuǎn)換的核心部件，它是

13、由繞組電樞繞組是機(jī)、電能量轉(zhuǎn)換的核心部件，它是由繞組元件和換向片組成的閉合回路。元件和換向片組成的閉合回路。一、繞組的基本概念一、繞組的基本概念多匝線圈多匝線圈端接部分有效邊出線端換向片 1、元件（線圈）：、元件（線圈）：兩端分別連接兩個(gè)換向片的一匝兩端分別連接兩個(gè)換向片的一匝或多匝線圈或多匝線圈上一張下一張結(jié)束第28頁/共47頁3、元件數(shù)和換向片數(shù)、元件數(shù)和換向片數(shù)元件數(shù)元件數(shù)S=換向片數(shù)換向片數(shù)K4、虛槽數(shù)和實(shí)槽數(shù)、虛槽數(shù)和實(shí)槽數(shù)每槽每層放一個(gè)元件邊每槽每層放一個(gè)元件邊元件數(shù)元件數(shù)S=實(shí)槽數(shù)實(shí)槽數(shù)Z每槽每層放每槽每層放n個(gè)元件邊個(gè)元件邊元件數(shù)元件數(shù)S=虛槽數(shù)虛槽數(shù)Zi=n Z 2、雙層繞組

14、、雙層繞組上一張下一張結(jié)束第29頁/共47頁5、繞組的第一節(jié)距、繞組的第一節(jié)距Y1極距極距 ：相鄰兩極間的距離，用長度相鄰兩極間的距離，用長度cm或槽數(shù)表示或槽數(shù)表示Y1：一個(gè)元件兩個(gè)有效邊在電樞表面的距離，一個(gè)元件兩個(gè)有效邊在電樞表面的距離， 用用槽數(shù)表示槽數(shù)表示Y1Y1 = Zi /2p其中其中Zi ：虛槽數(shù)；：虛槽數(shù)；p：極對(duì)數(shù)：極對(duì)數(shù)Y1 = ，稱整距繞組，稱整距繞組Y1 ，稱長距繞組，稱長距繞組上一張下一張結(jié)束第30頁/共47頁6、繞組的第二節(jié)距、繞組的第二節(jié)距Y2 Y2：兩個(gè)相串聯(lián)元件中，前一元件的下元件兩個(gè)相串聯(lián)元件中，前一元件的下元件邊與后一元件的上元件邊的距離。邊與后一元件的

15、上元件邊的距離。7、合成節(jié)距、合成節(jié)距Y Y：兩個(gè)相串聯(lián)元件對(duì)應(yīng)兩個(gè)相串聯(lián)元件對(duì)應(yīng)邊的距離邊的距離8、換向器節(jié)距、換向器節(jié)距Yk Yk：一個(gè)元件的兩個(gè)出線端連接一個(gè)元件的兩個(gè)出線端連接的兩個(gè)的兩個(gè)換向片之間的距離。換向片之間的距離。Y=Yk上一張下一張Y2YYk結(jié)束第31頁/共47頁二、單疊繞組二、單疊繞組特點(diǎn)：特點(diǎn)：Y=Yk=1 例：一直流機(jī)例：一直流機(jī)S=K=Z=16，2P=4，畫出雙層單，畫出雙層單疊繞組。疊繞組。1、計(jì)算節(jié)距、計(jì)算節(jié)距Y=Yk=1（換向器節(jié)距）（換向器節(jié)距）Y1=Z/2P=16/4=4（整距）第一節(jié)距（整距）第一節(jié)距Y2=Y1-Y=4-1=3上一張下一張結(jié)束合成節(jié)距與換

16、向器節(jié)距相等合成節(jié)距與換向器節(jié)距相等第32頁/共47頁2、編制繞組連接表、編制繞組連接表 1）對(duì)元件編號(hào)；）對(duì)元件編號(hào)；上邊槽號(hào)上邊槽號(hào)下邊槽號(hào)下邊槽號(hào)5116227338495 6 7 8 9 10411121314151610111213141516 1 2 3上一張下一張 3）連接元件（）連接元件（y1=4)。2）對(duì)槽編號(hào)；）對(duì)槽編號(hào)；結(jié)束第33頁/共47頁3、畫繞組展開圖、畫繞組展開圖先對(duì)槽編號(hào)；先對(duì)槽編號(hào)；1號(hào)元件上邊放號(hào)元件上邊放1號(hào)槽，用實(shí)線；下邊放在號(hào)槽，用實(shí)線；下邊放在+Y1（5）號(hào)槽，用虛線表示；其余元件依此放置）號(hào)槽，用虛線表示；其余元件依此放置;N極的磁感應(yīng)線極的磁感應(yīng)

17、線在氣隙里的方向是進(jìn)紙里的，在氣隙里的方向是進(jìn)紙里的，S極是出紙里的極是出紙里的;電刷的中心線對(duì)電刷的中心線對(duì)準(zhǔn)主極的中心線能得到最大的感應(yīng)電勢(shì)。準(zhǔn)主極的中心線能得到最大的感應(yīng)電勢(shì)。S N S N BB線圈線圈V123589 10411 12 13 14 15 1667216151345678910 1112 13 14 15上一張下一張結(jié)束第34頁/共47頁4、繞組并聯(lián)支路圖、繞組并聯(lián)支路圖電樞輸出總電勢(shì)等于支路電勢(shì)；電樞輸出總電勢(shì)等于支路電勢(shì)；電樞輸出總電流等于各條支路電流之和。電樞輸出總電流等于各條支路電流之和。上一張下一張結(jié)束23487610111216151459131+-21561

18、314910第35頁/共47頁4、繞組并聯(lián)支路圖、繞組并聯(lián)支路圖單疊繞組中：并聯(lián)支路數(shù)單疊繞組中：并聯(lián)支路數(shù)=極數(shù)，即極數(shù)，即2a=2p其中其中a:并聯(lián)支路對(duì)數(shù)；并聯(lián)支路對(duì)數(shù)；P：極對(duì)數(shù)極對(duì)數(shù)上一張下一張結(jié)束23487610111216151459131+-21561314910第36頁/共47頁第四節(jié)第四節(jié) 直流電機(jī)負(fù)載磁場(chǎng)及電樞反應(yīng)直流電機(jī)負(fù)載磁場(chǎng)及電樞反應(yīng)一、電樞磁勢(shì)和磁場(chǎng)一、電樞磁勢(shì)和磁場(chǎng)1、磁場(chǎng)分布、磁場(chǎng)分布上一張下一張NSS2N2幾何中性線幾何中性線結(jié)束 電樞磁通勢(shì)的出現(xiàn)改變氣隙磁密分布情況及每極磁通大小，電樞磁通勢(shì)的出現(xiàn)改變氣隙磁密分布情況及每極磁通大小，這種現(xiàn)象叫電樞反應(yīng)。這種

19、現(xiàn)象叫電樞反應(yīng)。第37頁/共47頁二、直流電機(jī)的電樞反應(yīng)二、直流電機(jī)的電樞反應(yīng)上一張下一張 兩磁場(chǎng)的合成，因?yàn)榇怕返娘柡停姌蟹磻?yīng)使每兩磁場(chǎng)的合成，因?yàn)榇怕返娘柡?，電樞反?yīng)使每極磁通減少。極磁通減少。第38頁/共47頁第五節(jié)第五節(jié) 直流電機(jī)的感應(yīng)電勢(shì)與電磁轉(zhuǎn)矩直流電機(jī)的感應(yīng)電勢(shì)與電磁轉(zhuǎn)矩一、直流電機(jī)的感應(yīng)電勢(shì)一、直流電機(jī)的感應(yīng)電勢(shì)（一）氣隙磁密的分布（一）氣隙磁密的分布將氣隙磁密波等效將氣隙磁密波等效為矩形波。為矩形波。Bav 0avdb1BB 0每極下主磁通為：每極下主磁通為：lBav 磁極有效長度上一張下一張第39頁/共47頁（二）電樞導(dǎo)體電勢(shì)（二）電樞導(dǎo)體電勢(shì)BavB AV導(dǎo)體導(dǎo)體A在磁

20、場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，其中會(huì)感應(yīng)電勢(shì)其中會(huì)感應(yīng)電勢(shì)eav。VlBeavav導(dǎo)體速度導(dǎo)體長度上一張下一張NST1n第40頁/共47頁 電樞繞組任何時(shí)刻都由電樞繞組任何時(shí)刻都由2a個(gè)并聯(lián)支路構(gòu)成；當(dāng)個(gè)并聯(lián)支路構(gòu)成；當(dāng)為整距為整距繞組，且電刷在幾何中性線時(shí)，電樞繞組繞組，且電刷在幾何中性線時(shí)，電樞繞組 總電勢(shì)總電勢(shì)=每條每條支路中所有串聯(lián)導(dǎo)體感應(yīng)支路中所有串聯(lián)導(dǎo)體感應(yīng)電勢(shì)之和。電勢(shì)之和。 電樞繞組有電樞繞組有S個(gè)元件，每元件匝數(shù)為個(gè)元件，每元件匝數(shù)為Nk，則則電樞電樞繞組繞組 總總導(dǎo)體數(shù)導(dǎo)體數(shù)N=2SNk每條每條支路支路的的導(dǎo)體數(shù)為：導(dǎo)體數(shù)為：N/2a上一張下一張23487610111216151459131+-21561314910第41頁/共47頁電樞繞組電勢(shì)電樞繞組電勢(shì)Ea為：為：VlBa2Nea2NEavava 用磁通表示用轉(zhuǎn)速表示每極下主磁通為：每極下主磁通為：lBav lBav P260nV P260nlla2NVlBa2NEava nCna60NPEea 上一張下一張第42頁/共47頁nCna60NPEea Ce=NP/60a:叫電勢(shì)常數(shù)叫電