第二章直流电机-130CA2022课件.ppt

1-直流电动机的优缺点优点：调速范围宽，调速平滑且容易起动、制动和过载转矩大，且易于控制缺点：结构比较复杂，制造成本较高存在换向问题使其单机容量、最高转速和使用环境受到限制维护不方便2-直流电动机的应用电动车3-直流电机4-重点：直流电机的基本工作原理 直流电机的磁场 直流电机的基本公式 直流电机的平衡关系 直流电机的工作特性5-第一节 直流电机的基本原理直流电机的工作原理电动生磁磁动生电电磁生力重点：应用电磁感应定律、电磁力定律、左手定则、右手定则分析直流电机的基本工作原理6-一、直流电机的基本工作原理旋转方向线圈中电流流动方向换 相 器线圈磁极7-电枢转一周时线圈中感应电动势 波形8-ISbNacd 直流电从两电刷之间通入电枢绕组，电枢电流方向如图所示由于换向片和电源固定联接，无论线圈怎样转动，总是S极有效边的电流方向向里,N极有效边的电流方向向外电动机电枢绕组通电后中受力(左手定则)按顺时针方向旋转电刷换向片U+IFFTn换向器作用：将外部直流电转换成内部的交流电，以保持转矩方向不变9-一个线圈的脉动电动势波形10-直流电机的可逆性 一台直流电机既可以做电动机，又可以做发电机11-NSNS二、直流电动机的结构极掌极掌极心极心励磁绕组励磁绕组机座机座转子转子直流电动机的磁极和磁路直流电动机的磁极和磁路 直流电机由定子(磁极)、转子(电枢)和机座等部分构成。

12-直流电机动画13-（一）直流电机的定子 作用：建立主磁场 起固定支撑作用1、主磁极:产生主磁场：永久磁铁 电磁铁 成对出现电磁铁:(1)主磁极铁心:由11.5mm厚的钢板 冲叠成(包括极靴)(2)主磁极绕阻:励磁绕 阻套在铁心外14-2、换向极(或附加极)作 用：改善换向，减小电刷与换向 器之间的火花 安装地点：两主磁极之间 结 构：铁心+绕组 铁 心：整块钢板或薄钢板迭成 绕 组：套在铁心上，与电枢绕组串联15-换向极16-3、机座:材料：由导磁性能较好的铸钢或厚钢板焊成 作用：固定主磁极、换向极和端盖 作为电机磁路的一部分17-4、电刷 作用：引入或引出电枢电流 组成：电刷、刷握、汇流条等18-电刷装置19-5、接线盒(板)F或LA或SRfRa20-（二）直流电动机的转子直流电动机的转子由电枢铁芯、电枢绕组、换向器、转轴等组成21-（二）直流电机的转子 能量转换的关键部分电枢组成:电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴风扇等1、电枢铁心 作用：作为磁路 嵌放绕组 组成:由0.5mm厚的硅钢片叠装而成 以减少涡流和磁滞损耗22-23-2、电枢绕组(1)叠绕组：单叠 复叠(2)波绕组：单波 复波21324-电枢绕组的一般介绍(以单叠绕组为例)（1）元件：组成电枢绕组的基本单元 21（2）极距：一个磁极在空间所占据的位置 z：电枢圆周开的槽数 p：磁极对数25-(3)节距：第一节距 Y1：一个元件两 有效边间的距离 Y1=Z/2p=合成节距 Y：串联的两个 元件对应边间 的距离 Y=1 (单叠)换向器节距Yk：一个元件 两出线端换向片 的距离 Y=Yk=1(单叠)213Y1YYkNS26-单叠绕组的联接方法和特点：例：一台直流发电机：p=2 z=16 s=k=16 作出：绕组展开图和绕组的电路图 (1)绕组展开图：绕组连接表：y1=16/4=4 27-绕组展开图：第一步：画元件边第二步：画换向片第三步：联绕组第四步：画磁极第五步：定电动势方向第六步：放电刷28-NSNS16 123456789 10 11 12 13 14 1513111 2 34 56 7 89 10121415 1629-NSNS15 16 12 345 6789 10 11 12 13 14 1513111 2 3 4 5 6 7 8 9 10121415 16AB +_B2B1A2A130-(2)电枢绕组的电路示意图及特点:A1AB-15913A2B2B1+1210913146523487610111214151631-每个极面下电动势相同的元件 组成一条支路 单叠绕组a=p (a:支路对数)Ia=2aia 为获最大感应电动势，电刷应放在磁极轴线上 电刷数=2a=2p32-3、换向器：重要的 部件:结构：由多片彼此绝缘的换向片组成 33-换向器34-作用电动机中：将直流电流交变电流发电机中：将交变电动势直流电动势4、转轴 起转子旋转的支撑作用，一般用圆钢加工而成35-三、直流电机的铭牌数据和主要系列（一）铭牌数据:铭牌上标注额定值，是电机运行的基本依据。

直流电动机型 号 Z395 产品编号 7001结构类型 励磁方式 他 励功率 30 kW 励磁电压 220V电压 220 V 工作方式 连续 电流 160.5 A 绝缘等级 定子B转子B 转速 750 r/min 重量 685kg 标准编号 JB1104-68 出厂日期 年 月36-1.型 号 z3-95 z：直流 3：第三次改型设计 9：机座号 5：铁心长度 2.额定功率PN(kW)电机在额定运行时的输出功率3.额定电压UN(V)额定状况下，电机的输入或输出电压37-4.额定电流IN(A)长期工作时的最大正常工作电流在UN和额定负载下，电机的输入 或输出电流5.额定转速nN(r/min)额定状况下转子的旋转速度二）主要系列1Z，ZF，ZD系列 2Z4，ZO2系列 3ZJF，ZJD系列 4S，SZ，SY系列5ZCF，CYD，ZYS和CY系列 38-第三节 直流电机的磁场 重点 （1）励磁方式 （2）气隙磁场的分布情况 （3）影响气隙磁场的因素(电枢反应）（4）气隙磁场的分布波形 39-一、直流电机的励磁方式 励磁绕组的供电方式(一)他励直流电机 励磁绕组与电枢绕 组之间无电的联系 永磁电机也属于此类 Ia=IIMaIfIGaUUf+-40-(二)并励直流电机 励磁绕组与电枢绕组并联 M:I=Ia+IfG:Ia=I+If -IMIfIGU+41-(三)串励直流电机励磁绕组与电枢绕组串联起来 I=Ia=IfIMaIGaU+-42-主磁极有两个励磁绕:一并一串两绕组产生的磁通势同方向积复励两绕组产生的磁通势反方向差复励励磁方式不同,运行特性差异较大(四)复励直流电机IMIfIGU+-43-二、直流电机的空载磁场 空载:无负载P2=0 M：I0 G：I=044-（一）主磁通和漏磁通:1.主磁通：经过主磁路的磁通，分别和 定子，转子绕组匝链2.漏磁通：不与电枢绕组匝链磁通45-（二）磁化特性曲线线性段:膝部:(弯曲部)饱和段：直流电机的工作点一般在弯曲部分UNINfIfU()046-（三）空载磁场气隙磁密分布曲线Bx47-三、直流电机的负载磁场 电枢磁场分布48-49-50-四、直流电机的电枢反应电枢反应:电枢磁场对主磁场的影响 Ia=0If0 If=0Iaa 两磁场叠加51-每一极面下,主极磁场的一半被削弱,另一半被加强几何中性线与物理中性线(磁场为零的位置)不重合 G：物理中性线顺电机旋转方向移动的角度 M：物理中性线逆电机旋转方向移动的角度 1.负载时气隙磁场发生畸变2.有去磁作用：考虑磁场饱和情况:削弱增强负载时的每极磁通比空载时略有减少52-第四节 直流电机感应电动势 和电磁转矩的计算一、感应电动势Ea的计算 1.一根导体的感应电动势 ex=Bxlv 2.一根的导体的平均感应电动势 eav=Bavlv 53-3.电枢感应电动势(每条支路的感应电动势)Ce电动势系数54-二、电磁转矩的计算1.一根导体所受到的平均电磁力 2.每根导体产生的平均电磁转矩 3.电枢表面N根导体产生的电磁转矩55-转矩常数（三）Ce与CT的关系56-第五节 直流电动机的运行原理 一、基本方程 1.电压平衡方程式 Ea=U-IaRa U=Ea+Iara+2Ub Uf=IfRf2.转矩平衡方程式 Tem=TL+T0=T2+T0 57-P1=UI=(Ea+Iara+2Ub)Ia =EaIa+Ia2ra+2UbIa =Pem+pcua+pb Pem=EaIa=CenIa=Tem =P2+pFe+pm+pad=P2+p0+pad P1=P2+pFe+pm+pad+pcua+pb pFe:铁损耗,铁心中的涡流和磁滞损耗 pm:机械损耗、机械摩擦和风阻 pad：附加损耗、杂散损耗、齿槽效应和磁通脉动 3.功率平衡方程式58-59-二、工作特性（一）他（并）励电动机的工作特性INnNnIa0n01.转速特性60-2.转矩特性IaT20Tem=T0+T2T061-3.效率特性:令d/dIa=0 pFe+pm=I2ara时，=max当U=UN，If=IfN，pFe+pm基本不变，称不变损耗I2ara和 2UbIa随Ia变化，称可变损耗62-（二）串励电动机的工作特性1.转速特性63-2.转矩特性64-65-第六节 直流发电机的运行特性 1.电动势方程式Ea=U+IaRa =U+Iara+2Ub Ia=I+If2.转矩方程式 T1=Tem+T0一、基本方程（并励）66-P1=T1pFepmpadpcufpbpcuaPem=Tem =EaIaP2=UI3.功率平衡方程式67-T1=Tem +T0 P1=Pem+p0 考虑附加损耗pad,则 Pem=P1-(pFe+pm+pad)Pem=Tem=EaIa =UIa+Ia2Ra=UI+UIf+Ia2Ra =P2+pcuf+(pcua+pb)P1=P2+pFe+pm+pad+pcuf+pcua+pb68-U、I、If之间的函数关系：（n=nN）二、运行特性69-1.他励发电机空载特性外特性 70-调节特性 71-自励自励过程：并励发电机的电压从剩磁电压上升到额定电压的过程2.并励发电机72-自励条件:剩磁 励磁绕组与电枢绕组的联接正确 磁场电阻不能太大过渡过程中Uf=ifRf+Lfdif/dtU0ifRfLfdif/dt1UU0AIf73-外特性:n=nN=C Rf=C U=f(I)U=Ea-IaRa(1)I电枢反应EaU(2)I IaRaU(3)UIfEaUI0UIN调节特性同他励74-第七节 直流测速发电机 将或 结构：同于普通的直流电机，分永磁式和电磁式两种 GnEaUaRLIa75-一、直流测速发电机的输出特性Ua=f(n).负载：=C RL=C Ua=Ea-IaRa Ia=Ua/RL U=Cen/(1+Ra/RL)=CnnUa0RL1RL2RL1RL21.空载：U0=Ea=Cen=Ken76-二、直流测速发电机的误差及其减小方法 实际Ua与之间存性误差（一）电枢反应 =0-a Iaa=KIIa=KIUa/RL Ea=Cen=Cen(0-a)=Ken-CenKIUa/RL77-实际Ua不正比于，而向下弯曲 减小误差的方法：减小电枢反应：设计电机时，适当增加测速发电机的气隙使用时，负载电阻不得小于规定的电阻，转速不得高于规定转速对电磁式测速机，加装补偿绕n0Ua78-（二）电刷换向器接触电阻影响 在电机中，Ub基本为常数 Ua=Ea-Iara-Ub =Ken-Uara/RL-Ub Ua=Ken/(1+ra/RL)-Ub/(1+ra/RL)=Cn-CUb/Ke 特性下移，出现不灵敏区 消除方法：采用接触压降小的电刷0nUaUb79-（三）温度的影响 RfIfEaU 消除方法：设计电机时，使磁路趋于饱和 使用时，在励磁回路串一温度系数小的大电阻 采用恒流源励磁80-三、直流测速发电机的应用（一）性能指标.线性误差Ub%U%=Um/Um100%一般U%=12%，精密0.10.2%.最大线性工作转速测速发电机的额定转速.负载电阻RL 最小负载电阻Ua0nnb1nbnmaxUmUm81-.不灵敏区nb1 nnb1时，输出电压Ua=0.输出电压的不对称度Kub Kub=U/Uav100%U:正反转时，输出电压的绝对值之差 Uav:输出电压的平均值.纹波系数Ku.输出斜率 5 20V/kr.min-1 4050V/Kr.min-1 82-（二）直流测速发电机的应用1.作测速元件 TLnUfUUan.作运算元件：UaUi。