chap31直流電機原理一-linda

1、第 三 章直 流 電 機 原 理結(jié)束1結(jié) 構(gòu) 和 原 理空載磁場及磁化曲線電 樞 繞 組電 樞 反 應(yīng)感應(yīng)電勢與電磁轉(zhuǎn)矩直 流 電 機 原 理結(jié)束2第三章 直 流 電 機 的 原 理本 章 要 求：掌握直流發(fā)電機和直流電動機的工作原理。了解直流電機的結(jié)構(gòu)、電樞繞組。熟練掌握并能正確使用直流電機的額定值。了解直流電機的換向原理，掌握換向方法。熟練掌握直流電機的勵磁方式。搞清直流電機空載磁場，正確理解磁化曲線。正確理解電樞反應(yīng)概念及其影響。正確理解電勢及轉(zhuǎn)矩公式，并能正確使用。結(jié)束3一、直流電機的用途和結(jié)構(gòu)1.定子:主磁極； 換向磁極； 機座；電刷 2.轉(zhuǎn)子:電樞鐵芯;電樞繞組上一張下一張 第 一

2、 節(jié) 直流電機的用途結(jié)構(gòu)和原理錄 像結(jié)束4直流電機分為兩種： 直流電動機（直流電能轉(zhuǎn)化為機械能） 基本原理：電磁力定律 產(chǎn)生力矩要兩個必要條件：有一個磁場存在；導(dǎo)體中有電流直流發(fā)電機（機械能轉(zhuǎn)化為直流電能） 基本原理：電磁感應(yīng)定律 產(chǎn)生電能要兩個必要條件：有一個磁場存在；導(dǎo)體在磁場中有運動 5直流電機的缺點：換向困難； 容量受限； 換向器造價高； 壽命短。直流電機的優(yōu)點：1、調(diào)速范圍廣，易于平滑調(diào)節(jié)；2、過載、起動、制動轉(zhuǎn)矩大，能實現(xiàn)快速起動并 可經(jīng)受頻繁的沖擊負載；3、易于控制，可靠性高；4、調(diào)速時的能量損失小。6直流發(fā)電機工作原理 右圖為直流發(fā)電機的物理模型，N、S為定子磁極，abcd是固

3、定在可旋轉(zhuǎn)導(dǎo)磁圓柱體上的線圈，線圈連同導(dǎo)磁圓柱體稱為電機的轉(zhuǎn)子或電樞。線圈的首末端a、d連接到兩個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的電刷進行的。直流電機的工作原理F運動導(dǎo)線在磁場中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢與感應(yīng)電流用右手定則；通電導(dǎo)線在磁場中的受力用左手定則。7 當(dāng)原動機驅(qū)動電機轉(zhuǎn)子逆時針旋轉(zhuǎn) 后 ，如右圖。 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的極性總是負的，在電刷A、B兩端可獲得直流電動勢。 導(dǎo)體ab在S極下，a點低電位，b點高電位；導(dǎo)體cd在N極下，c點低電位，d點高電位

4、；電刷A極性仍為正，電刷B極性仍為負。F8 實際直流發(fā)電機的電樞是根據(jù)實際需要有多個線圈。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)成電機的電樞繞組。9直流電動機工作原理 把電刷A、B接到直流電源上，電刷A接正極，電刷B接負極。此時電樞線圈中將電流流過。如右圖。 直流電動機是將電能轉(zhuǎn)變成機械能的旋轉(zhuǎn)機械。 在磁場作用下，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。該電磁力形成逆時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩大于阻轉(zhuǎn)矩時，電機轉(zhuǎn)子逆時針方向旋轉(zhuǎn)。10 原N極性下導(dǎo)體ab轉(zhuǎn)到S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

5、形成逆時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。線圈在該電磁力形成的電磁轉(zhuǎn)矩作用下繼續(xù)逆時針方向旋轉(zhuǎn)。 當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)到右圖所示位置時 同直流發(fā)電機相同，實際的直流電動機的電樞并非單一線圈，磁極也并非一對。11直流電機的銘牌數(shù)據(jù) 額定值 是制造廠對各種電氣設(shè)備（本章指直流電機）在指定工作條件下運行時所規(guī)定的一些量值。在額定狀態(tài)下運行時，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行產(chǎn)品設(shè)計或試驗的依據(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指電機在銘牌規(guī)定的額定狀態(tài)下運行時，電機的輸出功率，以 W 為量綱單位。若大于 1kW 或 1MW 時,則用 kW 或 MW 表示

6、。 12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 ：指電機在額定電壓、額定功率時的電源輸入電 流值，以 “A” 為量綱單位。額定轉(zhuǎn)速 nN：指額定狀態(tài)下運行時轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，以r/min為 量綱單位。 額定勵磁電流 If：指電機在額定狀態(tài)時的勵磁電流值。 對于直流發(fā)電機，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 對于直流電動機，PN是指輸出的機械功率，所以公式中還應(yīng)有效率N存在。PNUNINN電動機軸上輸出的額定轉(zhuǎn)矩：134.2 直流電機的主要結(jié)構(gòu)主磁極換向磁極電刷裝置機座端蓋定子轉(zhuǎn)子電樞鐵心電樞繞組換向器轉(zhuǎn)軸軸承14主磁

7、極電刷裝置機座端蓋換向極鐵心電樞鐵心電樞繞組換向器轉(zhuǎn)軸軸承端蓋磁軛勵磁繞組主磁極換向極繞組風(fēng)扇15機座（磁軛）主磁極鐵心勵磁繞組極尖極弧換向極鐵心換向極繞組電樞鐵心轉(zhuǎn)軸電樞繞組氣隙極身極靴16一 直流電機的分類直流電機的分類和主要系列 （1）按工作性能：發(fā)電機和電動機（2）按主磁極構(gòu)成材料不同： 永磁直流電機，永磁磁鋼產(chǎn)生磁場 電磁式直流電機，鐵芯和繞組產(chǎn)生磁場。（3）電磁式直流電機一般按勵磁方式分類： 它勵 自勵 ：并勵，串勵，復(fù)勵171、他勵：直流電機的勵磁電流由其它直流電源單獨供給。如圖所示。二 直流電機的勵磁方式 供給勵磁繞組電流的方式稱為勵磁方式。分為他勵和自勵兩大類，自勵方式又分并

8、勵、串勵和復(fù)勵三種方式。Ea182、并勵：直流電機的勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)。且兩者共用一端電壓。3、串勵：勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)。滿足EaEa194、復(fù)勵：并勵和串勵兩種勵磁方式的結(jié)合。電機有兩個勵磁繞組，一個與電樞繞組串聯(lián)，一個與電樞繞組并聯(lián)。aIRfRfRf長復(fù)勵短復(fù)勵20例3-1一臺直流發(fā)電機，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)電機的輸入功率P1及額定電流IN各為多少？2122例3-2一臺直流電動機，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，求該電動機的輸入

9、功率、額定電流及額定輸出轉(zhuǎn)矩各是多少?2324第二節(jié) 直流電機的空載磁場一、空載磁場的分布1、磁通的分布主磁通漏磁通上一張下一張結(jié)束25上一張下一張直 流 電 機 的 主 磁 通 磁 路氣隙電樞齒轉(zhuǎn)子鐵心軛主磁極鐵心定子鐵心軛結(jié)束262、氣隙磁密的分布上一張下一張 氣隙磁密波形圖Bav0bbBm結(jié)束 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，在磁極兩個極尖處氣隙大。27二、磁化曲線電機主磁通與勵磁電流的關(guān)系；可以計算或?qū)嶒灉y定；If氣隙線abc飽和系數(shù)K=abac上一張下一張氣隙磁位差與磁通成正比，鐵磁材料的磁位差具有磁飽和特點。If小時鐵心不飽和，F(xiàn)主要作用在氣隙上，空載特性呈直

10、線關(guān)系，當(dāng)每極磁通較大時出現(xiàn)飽和。結(jié)束Ff28第三節(jié) 直流電機的電樞繞組 電樞繞組是機、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。一、繞組的基本概念多匝線圈端接部分有效邊出線端換向片 1、元件（線圈）：兩端分別連接兩個換向片的一匝或多匝線圈上一張下一張結(jié)束293、元件數(shù)和換向片數(shù)元件數(shù)S=換向片數(shù)K4、虛槽數(shù)和實槽數(shù)每槽每層放一個元件邊元件數(shù)S=實槽數(shù)Z每槽每層放n個元件邊元件數(shù)S=虛槽數(shù)Zi=n Z 2、雙層繞組上一張下一張結(jié)束305、繞組的第一節(jié)距Y1極距：相鄰兩極間的距離，用長度cm或槽數(shù)表示Y1：一個元件兩個有效邊在電樞表面的距離， 用槽數(shù)表示Y1Y1 = Zi /2

11、p其中Zi ：虛槽數(shù)；p：極對數(shù)Y1 = ，稱整距繞組Y1 ，稱長距繞組上一張下一張結(jié)束316、繞組的第二節(jié)距Y2 Y2：兩個相串聯(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。7、合成節(jié)距Y Y：兩個相串聯(lián)元件對應(yīng)邊的距離8、換向器節(jié)距Yk Yk：一個元件的兩個出線端連接的兩個換向片之間的距離。Y=Yk上一張下一張Y2YYk結(jié)束32二、單疊繞組特點：Y=Yk=1 例：一直流機S=K=Z=16，2P=4，畫出雙層單疊繞組。1、計算節(jié)距Y=Yk=1（換向器節(jié)距）Y1=Z/2P=16/4=4（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)距與換向器節(jié)距相等332、編制繞組連

12、接表 1）對元件編號；上邊槽號下邊槽號5116227338495678910411121314151610111213141516123上一張下一張 3）連接元件（y1=4)。2）對槽編號；結(jié)束343、畫繞組展開圖先對槽編號；1號元件上邊放1號槽，用實線；下邊放在+Y1（5）號槽，用虛線表示；其余元件依此放置;N極的磁感應(yīng)線在氣隙里的方向是進紙里的，S極是出紙里的;電刷的中心線對準(zhǔn)主極的中心線能得到最大的感應(yīng)電勢。S N S N BB線圈V123589104111213141516672161513456789101112131415上一張下一張結(jié)束354、繞組并聯(lián)支路圖電樞輸出總電勢等于支路

13、電勢；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+-21561314910364、繞組并聯(lián)支路圖單疊繞組中：并聯(lián)支路數(shù)=極數(shù)，即2a=2p其中a:并聯(lián)支路對數(shù)；P：極對數(shù)上一張下一張結(jié)束23487610111216151459131+-2156131491037第四節(jié) 直流電機負載磁場及電樞反應(yīng)一、電樞磁勢和磁場1、磁場分布上一張下一張NSS2N2幾何中性線結(jié)束 電樞磁通勢的出現(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)。38二、直流電機的電樞反應(yīng)上一張下一張 兩磁場的合成，因為磁路的飽和，電樞反應(yīng)使每極磁通減少。39第五節(jié)

14、直流電機的感應(yīng)電勢與電磁轉(zhuǎn)矩一、直流電機的感應(yīng)電勢（一）氣隙磁密的分布將氣隙磁密波等效為矩形波。BavB0每極下主磁通為：磁極有效長度上一張下一張40（二）電樞導(dǎo)體電勢BavBAV導(dǎo)體A在磁場中運動，其中會感應(yīng)電勢eav。導(dǎo)體速度導(dǎo)體長度上一張下一張NST1n41 電樞繞組任何時刻都由2a個并聯(lián)支路構(gòu)成；當(dāng)為整距繞組，且電刷在幾何中性線時，電樞繞組 總電勢=每條支路中所有串聯(lián)導(dǎo)體感應(yīng)電勢之和。 電樞繞組有S個元件，每元件匝數(shù)為Nk，則電樞繞組 總導(dǎo)體數(shù)N=2SNk每條支路的導(dǎo)體數(shù)為：N/2a上一張下一張23487610111216151459131+-2156131491042電樞繞組電勢Ea為：用磁通表示用轉(zhuǎn)速表示每極下主磁通為：上一張下一張43Ce=NP/60a:叫電勢常數(shù):每極磁通量n:電機轉(zhuǎn)速N:繞組總導(dǎo)體數(shù)P:極對數(shù)a:繞組并聯(lián)支路對數(shù)結(jié)論：1、電樞繞組電勢與磁通、轉(zhuǎn)速成正比。2、Ea表達式雖然在整距繞組情況下推導(dǎo)