电机拖动教案2.doc

第一章  直流电机     本章以直流电机为主要讨论对象，分析直流电机的工作原理、结构、电路、磁路、运行原理及换向等问题，为电力拖动系统提供元件的性能知识1)旋转电机是一种实现机电能量转换的机电装置(2)电动机---把电能转换为机械能     一.直流电动机的优点：    1.调速性能好        2.启动转矩较大 二.直流电动机的缺点：    1.制作工艺复杂     2.生产成本较高     3.维护较困难    4.可靠性较差 三.发展趋势    随着电力电子技术的发展    特别是大功率电力电子器件问世,微电子技术以及控制技术发展    直流发电机有逐步被整流电源取代的趋势    直流电动机被交流电动机取代的趋势 第一节 直流电机工作原理和结构       *  直流发电机的工作原理      *  直流电动机的工作原理       *  电机的可逆运行原理  一、直流电机的工作原理  1、电磁感应定理 在磁场中运动的导体将会感应电势，若磁场、导体和导体的运动方向三者互相垂直 (图1-1a)， 则作用导体中感应的电势大小为：                      e = B·l·v 符号      物理量                           单位 B         磁场的磁感应强度                Wb/m2       v         导体运动速度                     米/秒 l          导体有效长度                      m e          感应电势                          V                                   　         图1-1b电势的方向(图1-1a)用右手定则 (图1-1b) 确定 2.电磁力定律 载流导体在磁场中将会受到力的作用，若磁场与载流导体互相垂直 (图1-1c)，作用在导体上的电磁力大小为：f = B·l·i 符号     物理量           单位 I      导体中的电流     A l      导体有效长度     m f      电磁力           N                                                             图1-d   力的方向用左手定则  (一) 直流发电机的工作原理1.       直流发电机的原理模型    1)交变电势产生         请看动画 2)直流电势产生                                                   请看动画      3)发电机工作原理         用原动机拖动电枢使之逆时针方向恒速转动，线圈边 a b 和 c d 分别切割不同极性磁极下的磁力线，感应产生电动势         直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应产生的交变电动势，         靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势      4)换向器(图1.1.3)和电刷配合(图1.1.4)的换向作用 图1.1.3  换向器的构造       因为电刷 A 通过换向片所引出的电动势       始终是切割 N 极磁力线的线圈边中的电动势       所以电刷 A 始终有正极性，同样道理，电刷 B 始终有负极性       所以电刷端能引出方向不变但大小变化的脉振电动势    5)结论     线圈内的感应电动势是一种交变电动势     而在电刷 A B 端的电动势却是直流电动势 (二) 直流电动机的工作原理   1.直流电动机的原理模型（图1.1.5）  要使电枢受到一个方向不变的电磁转矩，关键在于：当线圈边在不同极性的磁极下，如何将流过线圈中的电流方向及时地加以变换，  即进行所谓“换向”。

  为此必须增添一个叫做换向器的装置，换向器配合电刷可保证每个极下线圈边中电流始终是一个方向，就可以使电动机能连续的旋   转,这就是直流电动机的工作原理                                              请看动画  (三) 电机的可逆运行原理    从上述基本电磁情况来看：一台直流电机原则上既可以作为电动机运行,也可以作为发电机运行,这种原理在电机理论中称为可逆原理  二、直流电机的结构    旋转电机结构形式 , 必须有满足电磁和机械两方面要求的结构    旋转电机必须具备静止和转动两大部       1.直流电机静止部分称作定子   作用 -- 产生磁场   由主磁极、换向极、机座和电刷装置等组成2.       直流电机转动部分称作转子(通常称作电枢)                                                                                         图1.1.7  直流电机电枢照片        作用 -- 产生电磁转矩和感应电动势        由电枢铁心和电枢绕组、换向器、轴和风扇等组成  (一) 直流电机的静止部分            1.主磁极   图1.1.9      主磁极是一种电磁铁        用 1-1.5 毫米厚的钢板冲片叠压紧固而成的铁心 2.换向极（又称附加极或间极）  换向极图片 图1.1.10                                            图1.1.1  主磁极和换向极示意图       作用 -- 改善换向     换向极装在两主磁极之间，也是由铁心和绕组构成      铁心一般用整块钢或钢板加工而成；换向极绕组与电枢绕组串联 3.机座    机座通常由铸铁或厚铁板焊成     有两个作用：1)固定主磁极、换向极和端盖；2)作为磁路的一部分。

     机座中有磁通经过的部分称为磁轭 4.电刷装置 (图1.1.12)     作用--把直流电压、直流电流引入或引出     由电刷（图1.1.13）、刷握、刷杆座和铜丝辫组成 (二) 直流电机的转动部分   1.电枢铁心     电枢铁心装配图  图1.1.14      两个用处：1)作为主磁路的主要部分；             2)嵌放电枢绕组    通常用０.５ｍｍ厚的硅钢片冲片叠压而成 2.电枢绕组      元件及嵌放方法（图1.1.16）    直流电机的主要电路部分    用以通过电流和感应产生电动势以实现机电能量转换    由许多按一定规律联接的线圈组成 3.换向器                 图1.1.3  换向器的构造                    直流电机的重要部件    作用---将电刷上所通过的直流电流转换为绕组内的交变电流或将绕组内的交变电动势转换为电刷端上的直流电动势    直流电机的铭牌数据  一、什么是额定值      电机制造厂按国家标准的要求，对电机的一些电量或机械量所规定的数据（p1-3) 二、额定工况    电机运行时，有关电量和机械量都符合额定值的运行情况 三、额定值     额定功率 PN (W)     额定电压 UN (V)     额定电流 IN (A)     额定转速 n N (rpm)     额定励磁电压 U fN (V)     额定励磁电流 IfN (A)和励磁方式等 四、直流电动机的额定功率     轴上输出机械功率 , 等于额定电压和额定电流的乘积，再乘以电动机的效率              即：PN = U N I NηN 五、直流发电机的额定功率     电机出线端输出的电功率  ,  等于额定电压和额定电流的乘积                 即：PN = U N I N     直流电机的铭牌数据  一、什么是额定值      电机制造厂按国家标准的要求，对电机的一些电量或机械量所规定的数据（p1-3) 二、额定工况     电机运行时，有关电量和机械量都符合额定值的运行情况 三、额定值     额定功率 PN (W)     额定电压 UN (V)     额定电流 IN (A)     额定转速 n N (rpm)     额定励磁电压 U fN (V)     额定励磁电流 IfN (A)和励磁方式等 四、直流电动机的额定功率     轴上输出机械功率 , 等于额定电压和额定电流的乘积，再乘以电动机的效率              即：PN = U N I NηN  五、直流发电机的额定功率     电机出线端输出的电功率  ,  等于额定电压和额定电流的乘积                 即：PN = U N I N 直流电机的绕组       一、电枢绕组是直流电机的主要电路，是直流电机的一个重要部件         对电枢绕组的要求是:在能通过规定的电流和产生足够的电动势前提下 ;  尽可能节省有色金属和绝缘材料   ;  并且要结构简单、运行可靠等   一、简单的绕组                                                                                                                                                                         图1.2.1    如果电枢上有四个线圈，换向器由八个换向片组成，（图1-2.1） 因为上述模型如作发电机运行，由于线圈互相不联接，电流不能通过所有线圈 ,  所以产生的电磁转矩与感应电动势大小不足  ,  为此应该将所有线圈互相联接起来                                       图1-2.2    绕组中每个线圈的两个端子各接到一个换向片上， 它是绕组的一个单元，称为元件 .   为了使一个元件两个有效边中所感应产生 的电动势大小相等或相差不多，使电动势是叠加的，那么元件的跨距应等于或接近于一个极距。

   为使线圈端接部分对称，线圈可采用如下连接形式（1.2.2）   二、绕组的基本形式        直流电机电枢绕组的基本形式： 1)单叠绕组     2)单波绕组    实际电机中，为使元件端接部分能平整地排列，一般采用双层绕组    （一）单叠绕组        1.单叠绕组联接的特点          元件两个端子联接于相邻的两个换向片上          元件跨距：y1         元件上层元件边与下层元件边之间空间距离（用槽数表示）,          一般等于或约等于电机的极距          换向节距：yk          元件上层元件边与下层元件边所联接的两个换向片之间的距离（用槽数表示）         单叠绕组元件的连接情况 yk=1 　                   。