電機與拖動第2章直流電機課件

1、 第2章 直流電機 2.1 直流電機的工作原理2一、直流電動機的工作原理 電刷與換向片起到了逆變器的作用。 3二、直流發(fā)電機的工作原理 電刷與換向片起到了整流器的作用；輸出電壓為直流：2.2 直流電機的基本結構和額定值一、直流電機的基本結構 1. 定子 (1) 主磁極 (2) 換向極(3) 電刷 (4) 機座 (5) 端蓋和軸承等 62. 電樞（轉(zhuǎn)子）(1) 電樞鐵心 (2) 電樞繞組 (3) 換向器 (4) 轉(zhuǎn)軸與風扇 1. 繞組的基本概念 單疊繞組、單波繞組、復疊繞組、 復波繞組、蛙繞組（疊繞和波繞混合繞組）。 (1) 元件二、直流電機的電樞繞組 (2) 疊繞組和波繞組 單疊繞組元件 單波

2、繞組元件(3) 極距 一個磁極在電樞表面所跨過的距離。用槽數(shù)表示：(4) 繞組的節(jié)距 y1 第一節(jié)距（用所跨過的槽數(shù)來表示）。 y1 = 為整距繞組； y1 為長距繞組。 y2 第二節(jié)距（用所跨過的槽數(shù)來表示） 。 y 合成節(jié)距： y = y1y2 單疊繞組元件 單波繞組元件 每個主磁極下的元件串聯(lián)成一條支路； 繞組的并聯(lián)支路對數(shù)等于極對數(shù)，即 a = 2 = p。 2. 單疊繞組展開圖（軸向） 1. 額定電壓 UN 發(fā)電機的 UN ：指輸出電壓的額定值。 電動機的 UN ：指輸入電壓的額定值。 110V、220V、400V、550V、660V、700V、850V。 2. 額定電流 IN 發(fā)電

3、機的 IN ：指輸出電流的額定值。 電動機的 IN ：指輸入電流的額定值。3. 額定功率 PN 發(fā)電機的 PN ：指輸出電功率的額定值 ( UN IN ) 。 電動機的 PN ：指輸出機械功率的額定值 ( UN INN ) 。 4. 額定轉(zhuǎn)速 nN 單位：r/min or RPM. 三、直流電機的額定值 他勵發(fā)電機 串勵發(fā)電機 并勵發(fā)電機 復勵發(fā)電機 四、直流電機的勵磁方式 2.3 直流電機的磁場和電樞反應一、直流電機的空載磁場 二、負載時的電樞磁動勢 消耗在 x 點處每個氣隙上的電樞磁動勢為 ia 導體的電流；N 電樞總導體數(shù)； Da 電樞的直徑; A電樞線負荷。 在幾何中性線處的電樞磁動勢

4、為 電樞磁場沿氣隙的磁通密度分布為 三、直流電機的電樞反應 空載時電機中磁場： 是由 F0 單獨作用產(chǎn)生的。 負載時電機中磁場： 是由 F0 和 Fa 共同作用產(chǎn)生的。 電樞反應： Fa 對 F0 產(chǎn)生的氣隙磁場的影響。 電樞反應 物理中性線：將通過圓心和電樞圓周 上徑向磁密為零的點連接成的直線。 電樞反應的結果： 氣隙磁場發(fā)生了畸變并有一定的去磁作用： 電樞圓周上幾何中性線處徑向磁密不再為零。 磁路不飽和時，每極下的磁通量不變； 磁路飽和時，每極下的磁通量減少了。 物理中性線偏離了幾何中性線： 對 G：順著電樞旋轉(zhuǎn)方向偏移； 對 M：逆著電樞旋轉(zhuǎn)方向偏移。 四、電樞反應對換向的影響及改善措施

5、 1. 換向的基本概念 幾何中性線處 B = 0，則能順利換向。 2. 電樞反應對換向的影響 (1) 產(chǎn)生電樞反應電動勢（運動電動勢） (2) 使換向器上的片間電壓不均勻 產(chǎn)生延遲換向或超前換向。會在換向器和電刷間 產(chǎn)生火花； 火花超過一定程度， 就會燒壞電刷和換向器； 火花會產(chǎn)生電磁波， 對無線通訊造成干擾。 3. 改善換向的方法 (1) 加裝換向磁極 (2) 移動電刷 2.4 直流電機的感應電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩1. 感應電動勢的產(chǎn)生 電樞旋轉(zhuǎn)，元件邊切割磁力線。2. 感應電動勢的大小(1) 每根導體的感應電動勢 ex = Bxl v Bx 導體所在處的氣隙磁密。 l 導體的有效長度。 v 導體

6、切割磁力線的線速度。 一、直流電機的感應電動勢 (2) 電樞電動勢的大小 CE 電動勢常數(shù)。3. E 的方向和性質(zhì) 由 和 n 共同決定。 G 為電源電動勢； M 為反電動勢。二、直流電機的電磁轉(zhuǎn)矩 1. 電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生 載流元件邊受到電磁力的作用，合成電磁轉(zhuǎn)矩。2. 電磁轉(zhuǎn)矩的大小 (1) 每根導體受到的平均電磁力 fav = Bavl ia ia 導體中的電流（支路電流）。 (2) 每根導體受到的平均電磁轉(zhuǎn)矩 電樞直徑為：電樞電流與支路電流 的關系為： Ia = 2aia CT 轉(zhuǎn)矩常數(shù)。 則 Te = NTav 3. Te 的方向和性質(zhì) 由 和 Ia共同決定。 TeG 為制動轉(zhuǎn)矩， 與

7、n 反向。 TeM 為拖動轉(zhuǎn)矩， 與 n 同向。 4. CE 和 CT 的關系 2.5 直流電動機的運行分析一、直流電動機的基本方程 1. 電壓平衡方程式 勵磁電路： Uf = Rf If電樞電路： Ua = ERaIa Ra 電樞回路總電阻。 2. 轉(zhuǎn)矩平衡方程 Te = T0T2a(1) 輸入功率 P1 P1 = U I = UaIa (2) 電樞銅損耗 PCua PCua = RaIa2 (3) 電磁功率 Pe P1 = UI = UaIa = ( ERaIa ) Ia = E IaRaIa2 = PePCua 3. 電磁功率與功率平衡方程 他勵 M 的功率流程圖(4) 空載損耗 P0

8、P0 = PFePfwPad (5) 輸出功率 P2 Te = T0 T2 Pe = P0P2 P2 = Pe P0 (6) 效率 二、直流電動機的工作特性 轉(zhuǎn)速特性為硬特性。 1. 他勵和并勵直流電動機的工作特性 是指當 U = UN、If = IfN 時， n = f (Ia)、Te = f (Ia)、 = f (Ia)。 (1) 轉(zhuǎn)速特性 n = n0n (2) 轉(zhuǎn)矩特性 Te = CT Ia 若不計磁路飽和， 則 TeIa ； 若計及磁路飽和， 則Te 隨著 Ia 的增加略有下降。 = f (Ia) (3) 效率特性 是指當 U = UN 時，n = f (Ia)、Te = f (Ia

9、)、 = f (Ia)。I = Ia = IfU = UaUf （ 隨 Ia 變化） 2. 串勵直流電動機的工作特性 = E(RaRf ) Ia (1) 當 Ia 較小時 磁路未飽和， = kIa Te = CT Ia 2 = kCT Ia (2) 當 Ia 較大時 磁路已飽和， 常數(shù) Te = CT Ia 串勵直流電動機的優(yōu)點： 相同的 Te ， Ia 較小。 對應允許的 Iamax ，Tst 較大，起動能力較強。 串勵直流電動機的應用： 特別適用于起重機和電氣機車等運輸機械。 不能在輕載或空載下運行。 不能用皮帶輪傳動。3. 復勵電動機(1) 分為積復勵、差復勵。(2) 特性介于他勵和串勵

10、之間。 (3) 特點 有較大的 Tst 。 可以空載和輕載運行。2.6 直流發(fā)電機的運行分析一、直流發(fā)電機的基本方程 1. 電壓平衡方程 Uf = Rf If Ua = ERaIa 調(diào)節(jié)Rf If 可調(diào) 可調(diào) E 可調(diào) Ua可調(diào)。 2. 轉(zhuǎn)矩平衡方程 T1 = TeT0 3. 功率平衡方程 = UaIaRaIa 2 他勵 G 功率流程圖 T1 = Te T0 P1 = PeP0 輸入功率 P1 = T1 電磁功率 Pe ： Pe = EIa = P2PCua空載損耗 P0 : P0 = PFePfwPad P1 = P0PCuaP2 二、他勵直流發(fā)電機的工作特性 1. 空載特性 當 n = nN、Ia = 0 時： U0 = E = f (If )2. 外特性 當 n = nN、If = IfN 時： Ua = f (Ia) = ERaIa 電壓調(diào)整率:= 5% 10%) 三、并勵直流發(fā)電機的自勵與外特性 1. 自勵過程 (1) 主磁極必須有剩磁r (2) 勵磁電流產(chǎn)生的磁通 必須與剩磁同方向 (3) 勵磁電路的電阻必須 小于臨界電阻 （場阻線） If = E RaRf 38當 Rf Rk 時， E Er ， 能夠自勵。當 Rf = Rk 時，