电机拖动 第2章 直流电机-1

第二章直流电机第二章直流电机•2.1直流电机的工作原理及结构•2.2直流电机的名牌数据•2.3直流电机的绕组•2.4直流电机的励磁方式及磁场•2.6感应电动势和电磁转矩的计算•2.7直流电机的运行原理•2.8直流电机的换向第2章直流电机page‹#›§2-1直流电机的基本工作原理及结构一、直流电动机的基本工作原理（一）直流电动机的工作原理载流导体在磁场中受到的力BilfB—磁场的磁感应强度(Wb/m2)i—导体中的电流(A)l—导体的有效长度(m)第2章直流电机page‹#›磁极电刷换向器电枢电枢铁心电枢线圈电磁力定律（一）直流电动机的工作原理第2章直流电机page‹#›第2章直流电机page‹#›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。第2章直流电机page‹#›(二)直流发电机的基本工作原理运动导体在磁场中的感应电动势：BlVeB—磁场的磁感应强度(Wb/m2)V—导体垂直切割磁力线的速度(m/s)l—导体的有效长度(m)第2章直流电机page‹#›磁极电刷换向器电枢电枢铁心电枢线圈电磁感应定理结论：BAe为脉动的直流电动势。由于旋转电刷和静止换向器的作用，BAe第2章直流电机page‹#›(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。第2章直流电机page‹#›二、直流电机的结构转子——电枢：转轴、电枢铁心、绕组、换向器、风扇定子：机座、主磁极、换向极、端盖、轴承、电刷第2章直流电机page‹#›第2章直流电机page‹#›（一）直流电机的静止部分1、主磁极2、换向极1—主磁极铁心2—励磁绕组3—机座1—换向极铁心2—换向极绕组第2章直流电机page‹#›3、机座——用来固定主磁极、换向极和端盖；另外，又作为磁路的一部分。4、电刷装置1—刷握2—电刷3—压紧弹簧4—铜丝辫第2章直流电机page‹#›（二）直流电机的转动部分(转子)第2章直流电机page‹#›（二）直流电机的转动部分1、电枢铁心a)—电枢铁心冲片b)—电枢铁心2、电枢绕组——由许多按一定规律连接的线圈组成。第2章直流电机page‹#›2、电枢绕组1—槽楔2—线圈绝缘3—导体4—层间绝缘5—槽绝缘6—槽底绝缘电枢槽内的绝缘3、换向器——由许多换向片组成，换向片之间用云母绝缘。1—换向片2—连接片第2章直流电机page‹#›第二节直流电机的铭牌数据第2章直流电机page‹#›第二节直流电机的铭牌数据直流电机的额定值有：1、额定功率PN(kW)2、额定电压UN(V)3、额定电流IN(A)4、额定转速nN(r/min)5、额定励磁电压UfN(V)6、励磁方式和励磁电流IfN(A)根据国家标准、电机的设计指标、试验数据，电机制造厂给每台电机规定的主要性能指标。第2章直流电机page‹#›额定条件下电机所能提供的功率NP额定功率指电刷间输出的额定电功率发电机指轴上输出的机械功率电动机发电机：是指输出额定电压；电动机：是指输入额定电压。在额定工况下，电机出线端的平均电压NU额定电压在额定电压下，运行于额定功率时对应的电流NI额定电流在额定电压、额定电流下，运行于额定功率时对应的转速Nn额定转速第2章直流电机page‹#›fNI额定励磁电流对应于额定电压、额定电流、额定转速及额定功率时的励磁电流指直流电机的励磁线圈与电枢线圈的连接方式励磁方式此外，电机铭牌上还标有其它数据，如励磁电压、出厂日期、出厂编号等。电机运行时，所有物理量与额定值相同——电机运行于额定状态。电机的运行电流小于额定电流——欠载运行；运行电流大于额定电流——过载运行。长期欠载运行将造成电机浪费，而长期过载运行会缩短电机的使用寿命。电机最好运行于额定状态或额定状态附近，此时电机的运行效率、工作性能等比较好。第2章直流电机page‹#›•电枢绕组是直流电机的核心部分，在电机的机电能量转换过程中起着重要的作用。因此，电枢绕组须满足以下要求：•（1）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，•（2）并且要结构简单、运行可靠等。第三节直流电机的绕组第2章直流电机page‹#›第三节直流电机的绕组第2章直流电机page‹#›结论：通过换向片，6个元件依次串连构成一个闭合回路。1、电枢绕组与换向片一、简单的绕组第2章直流电机page‹#›2、电枢绕组与电刷连接位于对称位置的电刷将闭合的6个线圈分成两个并联支路。电刷将环形闭合电枢绕组分成两条对称的并联支路。两个电刷位于换向器内圆对称位置(实际放置在外圆上)。第2章直流电机page‹#›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）单波绕组波绕组元件叠绕组元件第2章直流电机page‹#›波绕组示意图叠绕组示意图第2章直流电机page‹#›1.电枢绕组元件——线圈(1).2个元件边：嵌在槽中的部分(2).前端接部分、后端接部分(3).上层元件边、下层元件边(4).首(出线)端、末(出线)端上层元件边、下层元件边处在不同极性的磁极下，即同一元件的上层元件边、下层元件边的距离约为一个磁极的距离。(一)、元件与节距第2章直流电机page‹#›*.本课程只讨论：一个槽内共放置2个元件边*.元件数S=换向片数K，即S=K*.换向片数K=槽数Z*.S=K=Z1片换向片总接1个元件的上层元件边和另1个元件的下层元件边。1个元件有2个元件边。1个槽放2个元件边。第2章直流电机page‹#›2.节距：用来表征元件本身和元件之间连接规律的数据节距第一节距y1第二节距y2合成节距y换向节距yk(1)第一节距y1——必须是整数（节距）用槽数来表示同一元件的2个元件边在圆周上的距离。极距τ：2个相邻磁极在圆周上的距离。用槽数来表示p为极对数第2章直流电机page‹#›第一节距y1=整数≈τy1=τ±ε=整数，ε为＜1的正分数整距绕组：y1=τ短距绕组：y1＜τ长距绕组：y1＞τ(2)第二节距y2——必须是整数用槽数来表示第一个元件的下层元件边与直接相连的第二个元件的上层元件边之间在圆周上的距离。第2章直流电机page‹#›(3)合成节距y——必须是整数用槽数来表示直接相连的2个元件的对应元件边之间在圆周上的距离。(4)换向节距yk——必须是整数每个元件的首、末2端所接的换向片在圆周上的距离。用换向片数来表示。y=y1-y2y=y1+y2y=yk第2章直流电机page‹#›二、单叠绕组叠绕组：后1元件的端接部分紧叠在前1元件的端接部分上;yk=1的叠绕组称为单叠绕组。例：Z=S=K=16，2p=4，接成单叠绕组1.计算节距yk=y=1y1=4y2=3第2章直流电机page‹#›2.画绕组展开图(1).画Z个槽yk=y=142PZy1=4y2=3(2).画一个元件：对称(3).画换向片(4).画其他元件(5).换向片编号(6).画磁极，一般认为在绕组的上方,宽度≈0.75τ(7).画电刷：均布，与磁极同中心第2章直流电机page‹#›1、单叠绕组的展开图τ1231516123456789101112131416154567891011121314161514τττ电枢转向SNSNS第2章直流电机page‹#›τ1231516123456789101112131416154567891011121314161514τττ电枢转向S2S1N2S2N1A1A2B1B2B2第2章直流电机page‹#›2.单叠绕组连接顺序表yk=y=142PZy1=4y2=3下层上层第2章直流电机page‹#›3.单叠绕组的并联支路图NNNNNNSSSSSS第2章直流电机page‹#›4.单叠绕组的特点(1).同一磁极下各元件串联成1支路；共2p条支路，并联2a=2pa并联支路对数p极对数(3).当元件左右对称、电刷的中心线在换向器表面的位置对准磁极的中心线时，正负电刷间的感应电动势最大，被电刷短路的元件中的感应电动势最小。(2).电刷的对数必须=极对数；电刷刷杆数=极数2b=2pb电刷对数第2章直流电机page‹#›三、单波绕组单波绕组：合成节距(换向节距)≈2个极距、前后2元件串联起来像波浪形。单波绕组的条件：pyk=K±1整数pZy2112yyy第2章直流电机page‹#›例：Z=S=K=15，2p=4，接成单波绕组1.计算节距43712yyy第2章直流电机page‹#›2.画绕组展开图(1).画Z个槽(2).画一个元件(3).画换向片(4).画其他元件(5).换向片编号(6).画磁极(7).画电刷第2章直流电机page‹#›τ1212131415123456789101113123456789101112131514τττ电枢转向NSSN14τ3、单波绕组的展开图第2章直流电机page‹#›τ1212131415123456789101113123456789101112131514τττ电枢转向NSSN14τ第2章直流电机page‹#›τ1212131415123456789101113123456789101112131514τττ电枢转向NSSN14τ第2章直流电机page‹#›τ1212131415123456789101113123456789101112131514τττ电枢转向NSSN14τ第2章直流电机page‹#›τ1212131415123456789101113123456789101112131514τττ电枢转向NSSN14τA2B1B2第2章直流电机page‹#›3.单波绕组连接顺序表43712yyy第2章直流电机page‹#›4.单波绕组的并联支路图S2S1S2S1S2N1N2N1N2N1第2章直流电机page‹#›5.单波绕组的特点(1).上层边在同一极性磁极下所有元件串联成1支路；共2条支路，并联a=1(2).当元件左右对称、电刷的中心线在换向器表面的位置对准磁极的中心线时，正负电刷间的感应电动势最大，被电刷短路的元件中的感应电动势最小。(3).电刷的对数=1；电刷刷杆数=2；可采用全额电刷，即用P对电刷第2章直流电机page‹#›电枢电流Ia=2aia其中ia为每条支路的电流，共2a条支路单叠绕组和单波绕组的区别：并联支路对数的多少**单叠绕组：低电压、大电流**单波绕组：高电压、小电流直流电机的电枢绕组除了单叠、单波两种基本形式以外，还有其他形式，如复叠绕组、复波绕组、混合绕组等。第2章直流电机page‹#›§1-4直流电机的励磁方式及磁场一．直流电机的励磁方式1.他励直流电机2.并励直流电机3.串励直流电机4.复励直流电机他励式积复励差复励1.串励式2.并励式3.复励式自励式直流电机的励磁方式第2章直流电机page‹#›1.他励直流电机励磁绕组由其他来源提供与电枢绕组没有电的联系永磁直流电机属他励电机永磁直流由永磁体产生磁场If只有额定电流的5%以内第2章直流电机page‹#›2.并励直流电机励磁绕组与电枢绕组并联励磁电压=电枢端电压If只有额定电流的5%以内第2章直流电机page‹#›3.串励直流电机•励磁绕组与电枢绕组串联•励磁电流=电枢电流第2章直流电机page‹#›4.复励直流电机有2个励磁绕组1个与电枢绕组并联——并励绕组1个与电枢绕组串联——串励绕组积复励差复励第2章直流电机page‹#›二.直流电机的空载磁场•空载磁场——主磁场主磁极励磁磁动势单独产生的励磁磁场（只有励磁绕组通过电流产生的气隙磁场）•空载运行直流电机不带负载(不输出功率)时的运行状态•空载电流相对额定电流而言，很小、常认为=0第2章直流电机page‹#›1.直流电机空载时磁通的分布和主磁路磁通：由励磁绕组通电