电机原理及拖动

电机原理及拖动茂名学院自动化系叶伟电机原理及拖动本课程的性质、任务及学习方法1、性质：在工业电气自动化专业中，《电机原理及拖动》是一门十分重要的专业基础课或称技术基础课。2、任务：我们所从事的专业决定了我们是从使用的角度来研究电机的。因此，我们着重分析各种电机的工作原理和运行特性，而对电机设计和制造工艺涉及得不多。但对电机的结构还要有一定深度的了解。3、学习方法：要注意它既有基础理论的学习，又有结合工程实际综合应用的性质。要逐渐地培养学员的工程观点，掌握工程问题的处理方法。电机原理及拖动目录第一章直流电机原理第二章电力拖动系统的动力学基础第三章直流电动机的电力拖动第四章变压器第五章三相异步电动机原理第六章三相异步电动机的电力拖动第七章同步电动机第八章控制电机第九章电力拖动系统中电动机的选择电机原理及拖动第一章直流电机原理1.1直流电机的用途、结构及工作原理一、直流电机的用途1.直流电动机的用途:在工业生产中,利用电动机的轴上转矩拖动生产机械,对产品进行加工.2.直流发电机的用途:作为电源设备二、直流电机的结构1.静止部分(1)主磁极:由极身和极掌组成,固定在磁轭(机座)上.在磁极上套入激磁绕组(线圈).主磁极总是偶数,且N极和S极相间出现.极掌对激磁绕组起支撑作用,且使磁通在气隙中有较好的分布波形.极掌线圈极身磁轭电机原理及拖动(2)换向极:它位于相邻两主磁极之间,构造与主磁极相似,其作用是为了消除在运行过程中换向器产生的火花.(3)机座:一般把厚钢板弯成圆筒形,然后再焊成机座,也可采用铸钢件.其作用一方面是作为各磁极间的磁路,故又称为磁轭,另一方面机座作为电机的机械支架,主磁极和换向极就固定在磁轭上.(4)端盖:附有轴承的端盖安装在机座上以支持电枢,它可以保持电枢表面和极掌表面相隔一个气隙,使电枢可以自由旋转.(5)电刷装置:电刷是由石墨做成的导电块,将它套入刷握内,用弹簧以一定压力将电刷压在换向器的表面上.在电枢旋转时可以保持电刷固定不动.电刷的作用是使电枢绕组和外电路接通,同时通过换向器进行电流的换向.电机原理及拖动2.转动部分(1)电枢铁心:电枢铁心由0.5毫米厚且冲有齿和槽的硅钢片迭成.铁心钢片沿轴向迭装,以降低电枢铁心在磁场中旋转时所产生的磁滞和涡流损耗,从而提高电机的效率.电枢铁心一方面作为电机磁路的一部分,另一方面便于将电枢绕组安装在电枢铁心的槽内,起着固定电枢绕组的作用.(2)电枢绕组:电枢绕组是电机产生感应电势和电磁转矩以实现机电能量转换的重要部件.绕组是由绝缘的圆形或矩形铜线绕成,嵌放于电枢铁心的槽中.必须采用层间绝缘和绕组与铁心槽避之间的槽绝缘.电机原理及拖动(3)换向器:其作用是使电枢绕组的绕组元件中的电流进行方向的交换,起着电流换向作用.电枢绕组元件的引线就焊在换向片上.3.气隙在极掌和电枢之间有一空气隙.气隙是电机的重要组成部分,它的大小和形状对电机性能有很大的影响.4.其他部分(1)转轴和轴承:转子必须有转轴,以便电机和生产机械或原动机进行联接传递转矩和功率.中小型电机一般采用滚动轴承,大容量电机,采用支架式滑动轴承.(2).通风装置:作用是冷却电机.电机原理及拖动三、直流电机的基本工作原理1.直流发电机的基本工作原理为了说明方便,作下列规定:(1)N导体和S导体:在N极下的导体称为N导体;在S极下的导体称为S导体.(2)符号和符号:导体中电势(电流)的方向进入纸面时用表示;导体中电势(电流)的方向由纸面出来时用表示.Nb2b1SabnSbanb2b1N电机原理及拖动基本原理:由于导体切割了磁力线,因而在导体内将产生感应电动势.根据右手定则,N导体中电势方向为;而S导体中电势方向为;即二者方向相反.N导体和S导体在交换(a和b位置),但是,b1和b2极性是恒定的,即b1恒为正,b2恒为负,故在电刷两端输出脉动的直流电压.综上所述:线圈中的交变电势已变成刷间直流电压.通过换向器使电刷b1仅能接通S导体,而S导体的电势方向恒为故电刷b1的极性恒为正;同理电刷b2的极性恒为负.et0电机原理及拖动2.直流电动机的基本工作原理SabnSabnNa、b导体中电流方向如左所示，由左手定则可知S导体和N导体受力均为逆时针方向,因而使电枢逆时针方向旋转.通过换向器的作用，使与电源负极相接的电刷仅能接通S导体，故S导体中的电流方向恒为流出纸面，而与电源正极相接电刷仅能接通N导体，电流流入纸面。故电机恒逆转。电机原理及拖动1.2直流电机的空载磁场发电机:由主磁极产生的气隙磁通与电枢绕组切割而产生电势.电动机:电枢电流与气隙磁通相互作用而产生电磁转矩.分析电机磁场是分析电机运行状态的必要步骤.空载磁场:电枢无电流时的磁场.它是电机中最基本的磁场.一、电机的磁化曲线主磁通(通过气隙进入电枢)激磁磁势所产生的磁通漏磁通(不经过电枢)漏磁通不能在电枢中产生电势也不产生电磁转矩,但它存在却增加了磁极和磁轭的饱和程度.主磁通是实现机电能量转换所必需的.电机原理及拖动主磁通Φ所经磁路:两个气隙、两个电枢齿、一个电枢轭、两个主磁极铁心和一个主磁极轭等五段。由磁路中的欧姆定律：wfIf=ΣФRmwf——一个主磁极上激磁绕组的匝数；If——激磁绕组中的激磁电流；Rm——该段的磁组；Ф——磁通量1说明:当I较小时磁路的磁阻为气隙磁阻且为常数,故If与Φ是线性的If较大时铁心饱和,磁阻加大Φ增加变慢If与Φ为非线性关系.电机的饱和程度对电机的性能有很大的影响.ΦIf02电机原理及拖动二、主磁极磁势产生的气隙磁密在空间的分布气隙磁密的概念：是指穿过气隙进入电枢表面或由电枢表面出来的磁通。因而气隙磁密实际上是指电枢表面的磁通密度。气隙磁密=主磁极作用产生部分+电枢磁势作用部分主磁极磁势单独作用（电枢电流为零时）：气隙在极掌下大致是均匀的。但在极尖以外时，主磁通所经气隙加大，磁密减小，并在两主磁极中间的几何中线上下降为零。δτBδ电机原理及拖动1.3直流电机的电枢绕组一、概述电机的电枢绕组是电机的主要组成部件。电机必须通过电枢绕组与气隙磁场相互作用才能实现能量转换。绕组类型：（1）单迭绕组；（2）复迭绕组；（3）单波绕组；（4）复波绕组；（5）混合绕组。其中，单迭和单波绕组是最基本的直流电枢绕组，是了解其他绕组的基础。二、单迭绕组1有关技术名词（1）极轴线：它是将主磁极平分为左右两部分的直线。电机原理及拖动（2）极距：它是相邻两主磁极极轴线之间的距离，在相邻主磁极之间，与上述距离大小相等的距离，也叫极距。（3）几何中线：是在相邻两极轴线之间并且与这两极轴线等距离的直线，两相邻主磁极以几何中线为轴作位置上的对称分布。以n—n表示。NnN极轴线NS.nτNS极距电机原理及拖动2.单迭绕组元件单迭绕组由迭绕组元件按一定规律排列联接而成.绕组元件实际上是一个线圈,可以是多匝,也可以的单匝的.绕组元件结构原理:a1b1及a2b2部分称为元件边,用后端匝a1ma2及前端匝b1nb2将元件边联结起来,使两元件边中电势在元件中迭加.端线c1d1及c2d2称为引线,d1为元件的首端,d2为末端.元件的首端和末端分别焊接在不同的换向上.a1b1称为第一元件边,右边a2b2称为第二元件边.mnd2a1b1a2b2c1d1VNS电机原理及拖动1234567891011121314161512345678910111213141516N1N2S1S2A1A2B1B2__+++_++ττττn3.单迭绕组展开图电机原理及拖动图中四个方框代表四个主磁极,相同极性的两个电刷均用导线并联后引往出线端.四个电刷均安放在相应的四个主磁极的极轴线处的换向片上,电刷宽度等于一个换向片宽.电枢铁心槽数、元件数以及换向片数均相等且为16。元件的第一元件边嵌在槽的上层——上层边；而元件的第二元件边总是嵌在槽的下层——下层边。上层边用实线表示，下层边用虚线表示。以元件上层边所在槽的号码作为该元件的号码。元件联接次序表：123456789101112131415161图中四个方框代表四个主磁极,相同极性的两个电刷均用导线并联后引往出线端.四个电刷均安放在相应的四个主磁极的极轴线处的换向片上,电刷宽度等于一个换向片宽.电枢铁心槽数、元件数以及换向片数均相等且为16。元件的第一元件边嵌在槽的上层——上层边；而元件的第二元件边总是嵌在槽的下层——下层边。上层边用实线表示，下层边用虚线表示。以元件上层边所在槽的号码作为该元件的号码。元件联接次序表：123456789101112131415161图中四个方框代表四个主磁极,相同极性的两个电刷均用导线并联后引往出线端.四个电刷均安放在相应的四个主磁极的极轴线处的换向片上,电刷宽度等于一个换向片宽.电枢铁心槽数、元件数以及换向片数均相等且为16。元件的第一元件边嵌在槽的上层——上层边；而元件的第二元件边总是嵌在槽的下层——下层边。上层边用实线表示，下层边用虚线表示。以元件上层边所在槽的号码作为该元件的号码。元件联接次序表：123456789101112131415161图中四个方框代表四个主磁极,相同极性的两个电刷均用导线并联后引往出线端.四个电刷均安放在相应的四个主磁极的极轴线处的换向片上,电刷宽度等于一个换向片宽.电枢铁心槽数、元件数以及换向片数均相等且为16。元件的第一元件边嵌在槽的上层——上层边；而元件的第二元件边总是嵌在槽的下层——下层边。上层边用实线表示，下层边用虚线表示。以元件上层边所在槽的号码作为该元件的号码。元件联接次序表：123456789101112131415161图中四个方框代表四个主磁极,相同极性的两个电刷均用导线并联后引往出线端.四个电刷均安放在相应的四个主磁极的极轴线处的换向片上,电刷宽度等于一个换向片宽.电枢铁心槽数、元件数以及换向片数均相等且为16。元件的第一元件边嵌在槽的上层——上层边；而元件的第二元件边总是嵌在槽的下层——下层边。上层边用实线表示，下层边用虚线表示。以元件上层边所在槽的号码作为该元件的号码。元件联接次序表：123456789101112131415161图中四个方框代表四个主磁极,相同极性的两个电刷均用导线并联后引往出线端.四个电刷均安放在相应的四个主磁极的极轴线处的换向片上,电刷宽度等于一个换向片宽.电枢铁心槽数、元件数以及换向片数均相等且为16。元件的第一元件边嵌在槽的上层——上层边；而元件的第二元件边总是嵌在槽的下层——下层边。上层边用实线表示，下层边用虚线表示。以元件上层边所在槽的号码作为该元件的号码。元件联接次序表：123456789101112131415161图中四个方框代表四个主磁极,相同极性的两个电刷均用导线并联后引往出线端.四个电刷均安放在相应的四个主磁极的极轴线处的换向片上,电刷宽度等于一个换向片宽.电枢铁心槽数、元件数以及换向片数均相等且为16。元件的第一元件边嵌在槽的上层——上层边；而元件的第二元件边总是嵌在槽的下层——下层边。上层边用实线表示，下层边用虚线表示。以元件上层边所在槽的号码作为该元件的号码。元件联接次序表：号码上打“.”的,表示被电刷短路的元件.当元件的两元件边的距离恰是一个极距时,由于电刷放在极轴线处的换向片上,故被电刷短接的元件的两个元件边正处在两相邻几何中线上......电机原理及拖动4.绕组电路分析:元件2、3、4电势方向相同组成一个支路，元件6、7、8电势方向相同组成一个支路，但方向与2、3、4组成支路电势相反。元件10、11、12与2、3、4支路电势方向相同故将电刷A1、A2接在一起；14、15、16与6、7、8支路电势方向相同故将B1、B2接在一起，引出正、负两个电极。并联支路图:每个主磁极下的元件串联成一条支路,共有四条并联支路a=b=p,输出电流Ia=2aia,a为并联支路数、ia为去路电流；p为主磁极对数；b为电刷对数。⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒⌒A2++⌒⌒⌒+_234876101112161514⌒⌒19513A1B1B2__A2++⌒⌒⌒+_234876101112161