第二章直流电机1.

第2章直流电机直流电机是将直流电能和机械能相互转换的电机。分为直流电动机和直流发电机。第2章直流电机直流电动机把电能转化为机械能；直流发电机把机械能转化为电能。直流电机的特点：直流发电机的电势波形较好，对电磁干扰的影响小。直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑。直流电动机过载能力较强，启动和制动转矩较大。调速时的能量损耗较小。易于控制，可靠性高。换向困难，使直流电机容量受到限制。第2章直流电机直流电机使用场合：第2章直流电机直流电动机具有过载能力强、起动和调速性能好、易于控制等优点，因此被广泛地应用在对起动性能及调速性能要求高的场合，如电力机车、重型机械及轧钢机等动力装置中。直流发电机主要做直流电源用。电源励磁机测速伺服直流电机的使用场合：（1）直流电动机的工作原理2.1直流电机的基本工作原理和基本结构说明直流电动机的工作原理的模型。NSNS＋U－＋U－电刷线圈边切割磁感线会产生什么？换向片（1）直流电动机的工作原理2.1直流电机的基本工作原理和基本结构工作原理：电刷外部的是直流电，通过电刷和换向片的作用使元件中的电流成交变的，从而产生的电磁转矩的方向是恒定的，也可以说直流电动机实质上是带有换向器装置的交流电动机。NbSBAadcinibadcNSABn（1）直流电动机的工作原理2.1直流电机的基本工作原理和基本结构直流电流交流电流电磁转矩(拖动转矩)机械负载克服反电动势做功换向Φ旋转（1）直流电动机的工作原理直流电动机运行时的几点结论1.外施电压、电流是直流，电枢线圈内电流是交流；2.线圈中感应电势与电流方向相反；3.线圈是旋转的，电枢电流是交变的。电枢电流产生的磁场在空间上是恒定不变的；4.产生的电磁转矩Tem与转子转向相同，是驱动性质；2.1直流电机的基本工作原理和基本结构电枢换向器NS电枢绕组与换向片焊接电枢绕组电动机工作原理（2）直流发电机的工作原理说明直流发电机的工作原理的模型NSNS－E＋－E＋2.1直流电机的基本工作原理和基本结构（2）直流发电机的工作原理工作原理：元件中的电动势及电流的方向是交变的，只是经过电刷和换向片的整流作用，才使外电路得到方向不变的直流电。直流发电机实质上是带有换向器的交流发电机。iaNSABdcbnNSABcabdin2.1直流电机的基本工作原理和基本结构0e2t02teABa）元件电动势b）电刷电动势2.1直流电机的基本工作原理和基本结构（2）直流发电机的工作原理（2）直流发电机的工作原理输出直流电原动机感应电动势、电流电磁转矩（阻转矩）做功Φ换向电磁关系直流发电机运行时的几点结论:（2）直流发电机的工作原理1.电枢线圈内电势、电流方向是交流电；2.电刷间为直流电势。线圈中感应电势与电流方向一致；3.从空间看，电枢电流产生的磁场在空间上是恒定不变的磁场；4.产生的电磁转矩Tem与转子转向相反，是制动性质。（3）电机的可逆原理指同一台电机能作电动机或作发电机运行的原理，在电机理论中称为可逆原理。2.1直流电机的基本工作原理和基本结构2.1.2直流电机的主要结构普通直流电机由定子（静止部分）和转子（转动部分）两大部分组成，定子和转子之间有一定大小的间隙（称气隙）。2.1.2直流电机的主要结构2.1.2直流电机的主要结构风扇机座电枢主磁极刷架换向器接线板出线盒换向极端盖轴承转轴2.1.2直流电机的主要结构2.1.2直流电机的主要结构1）定子部分包括主磁极、换向极、机座和电刷装置等。（1）主磁极主磁极包括主磁极铁心和套在铁心上的励磁绕组两部分。主磁极铁心用1～1.5mm厚的低碳钢板冲片叠压而成。1）定子部分（2）换向极:又称附加极或间极，其作用是用以改善换向。换向极装在相邻两主极之间，它也是由铁心和绕组构成。换向极的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，由于需要通过较大电流而用截面大、匝数少的矩形截面导线绕制。换向极铁心换向极绕组1）定子部分（3）机座机座有两个作用：一是作为电机磁路系统中的一部分，这部分称磁轭；二是用来固定主磁极、换向极及端盖等，起机械支承的作用。要求机座有好的导磁性能及足够的机械强度与刚度。机座通常用铸钢或厚钢板焊成。1）定子部分（4）电刷装置电刷装置由电刷、刷握、压紧弹簧和铜丝辫组成。铜丝辫压紧弹簧电刷刷握2）转子部分直流电机的转子称为电枢，包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴等。2）转子部分（1）电枢铁心电枢铁心也有两个用处，一个是电机主磁路的一部分；另一个是用来嵌放电枢绕组。为了减少电枢旋转时电枢铁心中因磁通变化而引起的磁滞及涡流损耗，电枢铁心通常用0.5mm厚的两面涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成。齿槽轴向通风孔电枢铁心换向器电枢绕组2）转子部分（2）电枢绕组电枢绕组是由许多按一定规律联接的元件组成，它是直流电机的主要电路部分，也是通过电流和感应电动势，从而实现机电能量转换的关键性部件。详细分析见2.3节。电枢铁心换向器电枢绕组2）转子部分（3）换向器换向器由许多换向片组成，每片之间相互绝缘。常见的换向器型式的换向片下部为燕尾形。换向片垫圈绝缘层套筒2.2直流电机的铭牌与励磁方式2.2.1直流电机的铭牌电机厂家根据国家标准及电机的设计数据，对每台电机在运行中的电压、电流、功率、转速等规定了保证值，这些保证值称为电机的额定值。若电机运行时，各数据符合额定值，这样的运行情况称为额定工况。直流电机的额定值：（1）额定功率PN（kW）：指电机在铭牌规定的额定状态下运行时，电机的输出功率。对电动机：额定功率是指输出的机械功率；对发电机：额定功率是指输出的电功率。2.2.1直流电机的铭牌直流电机的额定值：（2）额定电压UN（V）：指额定状态下电枢出线端的电压。（3）额定电流IN（A）：指电机运行在U=UN、P=PN电机的电流。（4）额定转速nN（r/min）：指额定状态下运行时转子的转速。（5）额定励磁电压UfN（V）（仅对他励电机）。（6）额定励磁电流IfN（A）。2.2直流电机的铭牌与励磁方式2.2.1直流电机的铭牌对发电机额定功率为：NNNIUP对发电机额定功率为：NNNNIUP2.2直流电机的铭牌与励磁方式例2-1：已知某直流电动机铭牌数据如下：PN=75kW，UN=220V，nN=1500r/min，ηN=88.5%，试求：该电机的输入功率及额定电流各是多少？解：对于直流电动机：故额定运行时输入的电功率：故该电机的额定电流:NNNNNNPIUP1kWPPNNN75.84%5.88751AUPINNNN385%5.88220107532.2.2直流电机励磁方式励磁方式：指给直流电机励磁绕组的供电方式。分为他励和自励式两大类。自励式又分为并励、串励、复励三种电机。MUIfIfUaUUUMMMFIaIaIafIfIfIIIIFFF图中：I为电源电流，If为励磁电流，Ia为电枢电流。（a）他励（b）并励（c）串励（d）复励2.2.2直流电机励磁方式1）他励式他励式是指励磁绕组由其他电源供电，励磁绕组与电枢绕组不相连。永磁直流电机也属于他励直流电机，因励磁磁场与电枢电流无关。2.2.2直流电机励磁方式2）自励式（1）并励式：励磁绕组与电枢绕组并联，励磁电压等于电枢绕组端电压。对于直流电动机：对于直流发电机：（此时I称为负载电流）faIIIfaIII2.2.2直流电机励磁方式2）自励式（2）串励式：励磁绕组与电枢绕组串联；励磁电流等于电枢电流，所以励磁绕组的导线粗而匝数较少。2.2.2直流电机励磁方式2）自励式（3）复励式：每个主磁极上套两个励磁绕组，一为与电枢并联的并励绕组，二为与电枢串联的串励绕组。两个绕组产生的磁动势方向相同称为积复励，两个绕组产生的磁动势方向相反称为差复励。通常采用积复励方式。2.3直流电机电枢绕组什么称电枢绕组？电枢绕组就是直流电机转子绕组，是直流电机的电路部分，也是直流电机的核心部分，是实现机电能量转换的枢纽。。电枢绕组的构成应能产生足够的感应电势，并允许通过一定的电枢电流，此外还要节省有色金属和绝缘材料，结构简单，运行可靠。电枢绕组组成原则:2.3.1电枢绕组的基本概念按其绕组元件和换向器的联接方式不同，可以分为叠绕组（单叠和复叠）、波绕组（单波和复波）和混合绕组。元件:首尾两端分别与两个换向片相连接的线圈，称为元件，是组成绕组的基本单元。直流电机电枢绕组的型式：2.3.1电枢绕组的基本概念元件可为单匝，也可为多匝，一个元件由两条导体边和端接线组成，元件的两个出线端分别接到两片换向片上，并与其它元件相连。元件边单叠绕组元件：单匝元件两匝元件元件相连2.3.1电枢绕组的基本概念波绕组元件：单匝元件两匝元件元件边思考:叠绕组元件和波绕组元件的特点？单匝元件元件边2.3.1电枢绕组的基本概念元件嵌入槽内的规律：置于槽内称为有效边，端接线置于铁心外，不切割磁场，仅起连接线作用。一个槽里总有上下层两个线圈边，称为双层绕组。前端接部分后端接部分上层边下层边2.3.1电枢绕组的基本概念虚槽：大型电机为了避免开过多槽，往往电枢每槽上、下层有多个元件边，说明元件的空间安排时，就一律以虚槽来编号，用虚槽数为计算单位，u=2即表明一个实槽Q包含2个虚槽Qu，则：由于一个换向片与不同元件的两个出线端相连接，换向片数K。则有：槽楔线圈绝缘导体层间绝缘槽绝缘槽底绝缘假如电机中每槽上、下层分别包含u个元件，u为槽内一层嵌放的元件边数，图u=2。uQSQuuQSK2.3.1电枢绕组的基本概念4极（）直流电机结构示意图：几何中性线：磁极之间的平分线极距：在电枢铁心表面上，一个极所占的距离。用虚槽数表示为：主极轴线：磁极的中心线2p)(2虚槽pQu几何中性线主极轴线SSNNτ极距2.3.2直流电枢绕组的节距电枢绕组的连接规律是通过绕组的节距来表征。一个元件的两条有效边在电枢表面上所跨的距离称为第一节距。如以虚槽数计，总是整数。即：整距绕组；短距绕组；长距绕组。（1）第一节距y1pQyu211y1y1y2.3.2直流电枢绕组的节距（2）第二节距y2相串连的两个元件中，第一个元件的下层边与第二个元件的上层边在电枢表面上所跨的距离，称为第二节距。也用虚槽数计算。（3）合成节距y相串连（相邻）的两个元件对应边在电枢合成节距y。对于叠绕组：对于波绕组：21yyy21yyy2.3.2直流电枢绕组的节距（4）换向器节距yk一个元件的两个出线端所连接的两个换向片之间所跨的距离，称换向器节距yk。其大小用换向片数计算，则有yk=y。2.3.3单叠绕组和单波绕组叠绕组：叠绕组是指各极下元件依次连接，后一个元件总是叠在前一个元件上单叠元件在电枢上的联接1yky2yyNS1kyy取正号则绕行换向片一周后，比出发时的换向片前进一片，称为右行绕组；取负号则后退一片，称为左行绕组。一般采用右行绕组。2.3.3单叠绕组和单波绕组波绕组：波绕组是指把相隔约为一对极下的同极性磁场下的相应元件串连起来，像波浪一样向前延伸。单波绕组元件在电枢上的联接1ykyNSNS2yypKyyk1主要内容：（用实例说明）•绕组联结规律及节距；•绕组展开图；•元件联结图；•并联支路图。1）单叠绕组单叠绕组分析实例解：节距计算：y＝yk＝1计算节距y、y1和y2画绕组展开图安放电刷和磁极例2-3：2p＝4，Qu＝S＝K＝16，试绘制单叠右行绕组展开图。441621puQy34112yyy1）单叠绕组1单叠绕组展开图1.槽展开2.绕组放置3.安放磁极电刷123456789101112131416152345678910111213141615槽展开绕组放置安放磁极、电刷NSNSττττ+－++－－1）单叠绕组绕组放置元件1：上元件边在1槽上层，下元件边放在相距y1=4即5槽下层。元件2：上元件边在2槽上层，下元件边放在相距y1=4即6槽下层。以此类推放置其他元件。虚槽中的上层元件边用实线表示，下层元件边用虚线表示，元件边上下的斜线表示端接。1）单叠绕组某一瞬间磁极、