直流電機原理-1

1、第三章第三章 直流電機原理直流電機原理直流電機直流電機 基本功能、用途基本功能、用途 基本作用原理（電動機、發(fā)電機）基本作用原理（電動機、發(fā)電機） 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu) 基本分析方法基本分析方法 基本特性基本特性 特性控制特性控制第一節(jié)第一節(jié) 直流電機原理、結(jié)構(gòu)及額定數(shù)據(jù)直流電機原理、結(jié)構(gòu)及額定數(shù)據(jù) 直流電動機的工作原理直流電動機的工作原理 直流發(fā)電機的工作原理直流發(fā)電機的工作原理 電機的結(jié)構(gòu)電機的結(jié)構(gòu) 額定值額定值 電機可逆原理電機可逆原理一、直流電動機的工作原理一、直流電動機的工作原理 克服阻力旋轉(zhuǎn)克服阻力旋轉(zhuǎn) 對外輸出機械能對外輸出機械能N SiabcdFFii+-n電動機模型1主磁極線圈線

2、圈電樞電樞氣隙liBfx 主磁極建立磁場主磁極建立磁場 外加直流電壓外加直流電壓 在線圈中產(chǎn)生電流在線圈中產(chǎn)生電流 載流導體在磁場中載流導體在磁場中產(chǎn)生電磁力產(chǎn)生電磁力轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)180180電角度電角度 直流電源供電直流電源供電 電流方向不變電流方向不變 旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)180180電角度后電電角度后電磁力方向反向磁力方向反向 平均電磁轉(zhuǎn)矩為平均電磁轉(zhuǎn)矩為0 0N SiabcdFFii+-n電動機模型1主磁極線圈線圈電樞電樞氣隙 若要維持電磁力方向不若要維持電磁力方向不變，必須變，必須: : 改變磁極極性改變磁極極性 改變電流方向改變電流方向 二者改變且僅改變一個二者改變且僅改變一個兩種位置電磁

3、力對比兩種位置電磁力對比N SiabcdFFii+-n電動機模型1主磁極線圈線圈電樞電樞氣隙N SiabcdFFii+-n電動機模型1主磁極線線圈圈電電樞樞氣隙直流電動機原理換向直流電動機原理換向 幾何中性線幾何中性線 磁極的幾何分界線磁極的幾何分界線 電刷和換向器配合電刷和換向器配合 電流換向電流換向電流逆變電流逆變 導體運動經(jīng)過磁極的導體運動經(jīng)過磁極的幾何中性線期間幾何中性線期間 交換線圈電源極性交換線圈電源極性 交換線圈電流方向交換線圈電流方向 電磁力方向維持不變電磁力方向維持不變N SiabcdFFii+AB-n電動機模型二、直流發(fā)電機的工作原理二、直流發(fā)電機的工作原理 主磁極建立磁場

4、主磁極建立磁場 外加機械轉(zhuǎn)矩外加機械轉(zhuǎn)矩 線圈在磁場中旋轉(zhuǎn)線圈在磁場中旋轉(zhuǎn) 運動導體在磁場中運動導體在磁場中產(chǎn)生感應電勢產(chǎn)生感應電勢Blve N Seabcde+AB-電刷電刷換換向向片片n發(fā)電機模型n原動機 帶電負載帶電負載 對外輸出電能對外輸出電能直流發(fā)電機的工作原理換向直流發(fā)電機的工作原理換向 線圈旋轉(zhuǎn)方向不變線圈旋轉(zhuǎn)方向不變 導體感應電勢導體感應電勢 在不同極性磁極下感應在不同極性磁極下感應電勢方向不同電勢方向不同 導體感應電勢交變導體感應電勢交變 感應電勢換向感應電勢換向整流整流 經(jīng)過磁極的幾何中性線經(jīng)過磁極的幾何中性線 交換線圈輸出極性交換線圈輸出極性 輸出直流輸出直流 否則，輸出

5、交流否則，輸出交流N Seabcde+AB-n發(fā)電機模型線圈感應電勢波形線圈感應電勢波形 線圈旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)過一對磁極的感應電勢波形線圈旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)過一對磁極的感應電勢波形單線圈換向后的感應電勢波形單線圈換向后的感應電勢波形每極下有每極下有3 3個線圈的感應電勢波形個線圈的感應電勢波形直流電機原理要求結(jié)構(gòu)組成直流電機原理要求結(jié)構(gòu)組成 直流電動機直流電動機 建立建立磁場磁場 產(chǎn)生電磁力的條件產(chǎn)生電磁力的條件 載流載流導體導體 產(chǎn)生電磁力產(chǎn)生電磁力 線圈線圈運動運動 對外輸出機械功對外輸出機械功 換向器和電刷換向器和電刷 換流，產(chǎn)生持續(xù)電磁力換流，產(chǎn)生持續(xù)電磁力 直流發(fā)電機直流發(fā)電機 建立建立磁場磁場 產(chǎn)生

6、感應電勢的條件產(chǎn)生感應電勢的條件 導體運動導體運動 產(chǎn)生感應電勢產(chǎn)生感應電勢 負載負載 對外輸出電能對外輸出電能 換向器和電刷換向器和電刷 整流，產(chǎn)生直流電勢整流，產(chǎn)生直流電勢三、直流電機結(jié)構(gòu)三、直流電機結(jié)構(gòu) 靜止部分（定子）靜止部分（定子）主磁極、勵磁繞組、電刷、軸承、磁軛主磁極、勵磁繞組、電刷、軸承、磁軛和電刷裝置等和電刷裝置等 旋轉(zhuǎn)部分（轉(zhuǎn)子、電樞）旋轉(zhuǎn)部分（轉(zhuǎn)子、電樞）電樞鐵心、電樞繞組、換向器、軸等電樞鐵心、電樞繞組、換向器、軸等直流電機結(jié)構(gòu)圖直流電機結(jié)構(gòu)圖直流電機剖面圖直流電機剖面圖四、直流電機的可逆性原理四、直流電機的可逆性原理直流電機的可逆性原理直流電機的可逆性原理 一臺直流電

7、機，即可作發(fā)電機運行也可一臺直流電機，即可作發(fā)電機運行也可作電動機運行作電動機運行 結(jié)構(gòu)一樣結(jié)構(gòu)一樣 所處狀態(tài)，由運行環(huán)境決定所處狀態(tài)，由運行環(huán)境決定 輸出電能為發(fā)電機輸出電能為發(fā)電機 輸出機械能為電動機輸出機械能為電動機掌握：如何判斷直流電機的運行狀態(tài)？掌握：如何判斷直流電機的運行狀態(tài)？電動機運行狀態(tài)電動機運行狀態(tài) 電網(wǎng)容量無限大電網(wǎng)容量無限大 網(wǎng)壓網(wǎng)壓U=U=常數(shù)常數(shù) i ia a 產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩 感應電勢感應電勢EU EU EU 輸輸出電能出電能, ,電樞電流電樞電流Ia Ia 穩(wěn)定運行穩(wěn)定運行01 dtdJTTem直流電機由兩大部分組成：直流電機由兩大部分組成：定子(靜止部分

8、靜止部分)和和轉(zhuǎn)子(轉(zhuǎn)動部分或稱轉(zhuǎn)動部分或稱電樞）一、定子的組成: 主磁極 換向極 電刷裝置 機座定子是直流電機里的靜止部分，主要由以下部分組成： 主磁極主磁極由主極鐵芯和勵磁繞組組成由主極鐵芯和勵磁繞組組成 鐵芯用鐵芯用11.5mm11.5mm的鋼板沖片疊成，外套勵磁繞組。的鋼板沖片疊成，外套勵磁繞組。 主磁極的作用是建立主磁場，它總是成對出現(xiàn)，主磁極的作用是建立主磁場，它總是成對出現(xiàn)，NN、S S極交替排列。極交替排列。 換向極也由鐵芯和繞組組成，鐵芯一般是由整塊鋼組成 換向極安放在相鄰兩主磁極之間，它的作用是改善電機的換向。電刷裝置示意圖 電刷裝置由電刷、刷握、刷桿、壓緊彈簧等組成，它的

9、作用是連接轉(zhuǎn)動和靜止之間的電路。n機座的作用機座的作用:1)固定主磁極等部件固定主磁極等部件2)也是磁路的組成部分也是磁路的組成部分,起導磁作用起導磁作用二、轉(zhuǎn)子（電樞）的組成 電樞鐵芯 電樞繞組 換向器 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)子是直流電機里的旋轉(zhuǎn)部分，也稱為電樞，主要由以下部分組成： 電樞鐵芯一般用0.5mm涂過絕緣漆的硅鋼片疊壓而成， 作用是嵌放電樞繞組，同時它又是電機主磁路的一部分。電樞繞組 是由絕緣導線繞制成的線圈（又稱繞組元件）按一定規(guī)律聯(lián)接組成 每個元件兩個有效邊，分別嵌放在電樞鐵芯表面的槽內(nèi) 元件的兩個出線端分別與兩個換向片相連 電樞繞組的作用是產(chǎn)生感應電勢和電磁轉(zhuǎn)矩，是實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的樞紐。

10、換向器 換向器由許多相互絕緣的換向片組成 作用是將電樞繞組中的交流電整流成刷間的直流電或?qū)⑺㈤g的直流電逆變成電樞繞組中的交流電。說明 在實際運行時，電機各物理量在額定值時的運行，稱為額定運行。電機處于額定運行狀態(tài)，具有電機處于額定運行狀態(tài)，具有良好的性能，工作可靠。良好的性能，工作可靠。 當電機電流小于額定電流時的運行，稱為欠載運行，電機長期欠載，效率不高，造成浪費電機長期欠載，效率不高，造成浪費； 當電機電流大于額定電流時的運行，稱為過載運行，長期過載，使電機過熱，降低使用壽命甚至損長期過載，使電機過熱，降低使用壽命甚至損壞電機。壞電機。 額定值是選擇電機的依據(jù)，應根據(jù)實際使用情況，合理選擇

11、電機容量，使電機工作在額定運行狀態(tài)。五、直流電機額定值五、直流電機額定值 額定功率額定功率P PN N(W/kW)(W/kW)：電機在銘牌規(guī)定的：電機在銘牌規(guī)定的額定狀態(tài)下運行時電機的輸出功率額定狀態(tài)下運行時電機的輸出功率 額定電壓額定電壓U UN N(V)(V)：電機出線端電壓：電機出線端電壓 額定電流額定電流I IN N(A)(A)：電機出線電流：電機出線電流 額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速n nN N(r/min,r.p.m)(r/min,r.p.m)： 額定勵磁電壓額定勵磁電壓U UfNfN(V)(V)： 額定勵磁電流額定勵磁電流I IfNfN(A)(A)： 額定效率額定效率N N(%)(%)：（直

12、流電動機）：（直流電動機）注意: 1)額定功率指的是輸出功率額定功率指的是輸出功率 電動機：轉(zhuǎn)軸上輸出的機械功率（電動機：轉(zhuǎn)軸上輸出的機械功率（PN=UNINN） 發(fā)電機：電刷兩端輸出的電功率（發(fā)電機：電刷兩端輸出的電功率（ PN=UNIN ）2)對于電動機對于電動機:TN= PN/N = PN*60/(2nN) = 9.55PN/nN例題例題:Page321)一臺直流電動機，已知額定功率一臺直流電動機，已知額定功率PN=160KW,額定電壓額定電壓UN=220V,額定效率額定效率N=0.9，額定轉(zhuǎn)，額定轉(zhuǎn)速速nN，=1500r/min,求該電動機的輸入功率、求該電動機的輸入功率、額定電流和額

13、定輸出轉(zhuǎn)矩。額定電流和額定輸出轉(zhuǎn)矩。2)一臺直流發(fā)電機，已知額定功率一臺直流發(fā)電機，已知額定功率PN=145KW,額定電壓額定電壓UN=230V,額定效率額定效率N=0.9，額定轉(zhuǎn)，額定轉(zhuǎn)速速nN，=1450r/min,求該發(fā)電機的輸入功率、求該發(fā)電機的輸入功率、額定電流。額定電流。第三節(jié)第三節(jié) 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu) 勵磁繞組、主磁極勵磁繞組、主磁極 電樞繞組電樞繞組一、直流電機勵磁方式一、直流電機勵磁方式 他勵式：勵磁繞組與電樞繞組無關他勵式：勵磁繞組與電樞繞組無關fafaIIIIII faIII 自勵式：自勵式： 并勵：勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)并勵：勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián) 電動機：電動機： 發(fā)電

14、機：發(fā)電機： 串勵：勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)串勵：勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián) 復勵：兼有串勵繞組和并勵繞組復勵：兼有串勵繞組和并勵繞組直流電機的勵磁方式直流電機的勵磁方式知識點知識點:直流電機的磁路直流電機的磁路1)主磁場可由主磁場可由永久磁鐵或直流勵磁繞組永久磁鐵或直流勵磁繞組產(chǎn)生產(chǎn)生,一一般使用后者產(chǎn)生主磁場般使用后者產(chǎn)生主磁場.2)負載運行時負載運行時,磁場由勵磁繞組磁場由勵磁繞組,電樞繞組以及換電樞繞組以及換向極繞組共同產(chǎn)生，勵磁繞組起主導作用向極繞組共同產(chǎn)生，勵磁繞組起主導作用.3）直流電機空載時，勵磁繞組內(nèi)有勵磁電）直流電機空載時，勵磁繞組內(nèi)有勵磁電流，電動機電樞電流很小可忽略而發(fā)電機流，電動機電樞電流很小可忽略而發(fā)電機電樞電流為零，這時電機的磁場由勵磁電電樞電流為零，這時電機的磁場由勵磁電流單獨建立。流單獨建立?？蛰d時磁空載時磁場示意圖場示意圖1）主磁通：同時環(huán)繞勵磁繞組和電樞繞組）主磁通：同時環(huán)繞勵磁繞組和電樞繞組 漏磁通：只環(huán)繞勵磁繞組漏磁通：只環(huán)繞勵磁繞組2）主磁路分為五部分：氣隙）主磁路分為五部分：氣隙+電樞齒電樞齒+電