第2章-直流電機(jī)原理課件

第三章直流電機(jī)的原理視頻11第三章直流電機(jī)的原理結(jié)束3.1直流電機(jī)的用途和工作原理3.2直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)3.3直流電機(jī)的磁路、空載時的氣隙磁密與空載磁化特性3.4直流電機(jī)的電樞繞組3.5電樞電動勢與電磁轉(zhuǎn)矩

3.6直流發(fā)電機(jī)3.7直流電動機(jī)運(yùn)行原理3.8他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性！3.9串勵和復(fù)勵直流電動機(jī)3.10直流電機(jī)的換向2直流電機(jī)是電機(jī)的主要類型之一。一臺直流電機(jī)即可作為發(fā)電機(jī)使用，也可作為電動機(jī)使用，用作直流發(fā)電機(jī)可以得到直流電源，而作為直流電動機(jī)，由于其具有良好的調(diào)速性能，在許多調(diào)速性能要求較高的場合，仍得到廣泛使用。3.1直流電機(jī)的用途和工作原理3.1.1概述3作電源用-->直流發(fā)電機(jī)

作動力用-->直流電動機(jī)

信號的傳遞

==>作為測量元件-->直流測速發(fā)電機(jī)

==>作為執(zhí)行元件-->直流伺服電動機(jī)1)直流電機(jī)的用途4直流發(fā)電機(jī)的電勢波形較好，對電磁干擾的影響小。直流電動機(jī)的調(diào)速范圍寬廣，調(diào)速特性平滑。

直流電動機(jī)過載能力較強(qiáng)，啟動和制動轉(zhuǎn)矩較大。

由于存在換向器，其制造復(fù)雜，價格較高。2)優(yōu)缺點53.1.2工作原理產(chǎn)生電能要兩個必要條件：有一個磁場存在；導(dǎo)體在磁場中有運(yùn)動e=Blv2)直流電動機(jī)工作原理原理動畫上一張下一張基本原理：電磁感應(yīng)定律基本原理：電磁力定律產(chǎn)生力矩要兩個必要條件：有一個磁場存在；導(dǎo)體中有電流f=Bli結(jié)束1)直流發(fā)電機(jī)工作原理6直流電機(jī)的物理模型圖解釋視頻27上一張下一張

3.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與型號結(jié)束直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)89定子：主磁極（勵磁繞組主極鐵心）換向極（繞組和鐵心）機(jī)座端蓋電刷裝置轉(zhuǎn)子：電樞繞組電樞鐵心換向器轉(zhuǎn)軸、風(fēng)扇直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)部件氣隙：定子電樞間的主磁路上1~3mm視頻2、310直流電機(jī)的額定值

額定值是制造廠對各種電氣設(shè)備在指定工作條件下運(yùn)行時所規(guī)定的一些量值。在額定狀態(tài)下運(yùn)行時，可以保證各電氣設(shè)備長期可靠地工作。并具有優(yōu)良的性能。額定值也是制造廠和用戶進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計或試驗的依據(jù)。額定值通常標(biāo)在各電氣的銘牌上，故又叫銘牌值。11直流電機(jī)的額定值（銘牌數(shù)據(jù)）1、額定功率PN：電機(jī)額定工作狀況下的輸出功率KW發(fā)電機(jī)是出線端輸出的電功率。PN=UNIN電動機(jī)是軸上輸出的機(jī)械功率。PN=UNIN

N2、額定電壓UN（V）3、額定電流IN（A）4、額定轉(zhuǎn)速nN（rpm）上一張下一張結(jié)束5、勵磁方式和額定勵磁電流IfN（A）P32例題3－1，3－2123.3直流電機(jī)的磁路、空載磁場和氣隙磁密3.3.1空載磁場的分布1、磁通的分布主磁通漏磁通上一張下一張結(jié)束132、氣隙磁密的分布上一張下一張氣隙磁密波形圖Bav

0

b

b

B

m結(jié)束14上一張下一張直流電機(jī)的主磁通磁路氣隙電樞齒轉(zhuǎn)子鐵心軛主磁極鐵心定子鐵心軛結(jié)束153.3.2磁化曲線電機(jī)主磁通與勵磁電流的關(guān)系；可以計算或?qū)嶒灉y定；

If氣隙線abc上一張下一張If小時鐵心不飽和，F(xiàn)主要作用在氣隙上結(jié)束163.3.3直流電機(jī)的勵磁方式1、他勵直流電機(jī)UUfIaIL2、并勵直流電機(jī)UUfIaILIf上一張下一張結(jié)束173、串勵直流電機(jī)UUfIaILIf4、短復(fù)勵直流電機(jī)上一張下一張UIaILIf1結(jié)束185、長復(fù)勵直流電機(jī)UIaILIf1上一張下一張結(jié)束注：2-5均為自勵方式193.4直流電機(jī)的電樞繞組

電樞繞組是機(jī)、電能量轉(zhuǎn)換的核心部件，它是由繞組元件和換向片組成的閉合回路。3.4.1繞組的基本概念多匝線圈端接部分有效邊出線端換向片

1、元件（線圈）：兩端分別連接兩個換向片的一匝或多匝線圈上一張下一張結(jié)束203、元件數(shù)和換向片數(shù)元件數(shù)S=換向片數(shù)K4、虛槽數(shù)和實槽數(shù)每槽每層放一個元件邊元件數(shù)S=實槽數(shù)Z每槽每層放n個元件邊元件數(shù)S=虛槽數(shù)Zi=nZ2、雙層繞組上一張下一張結(jié)束215、繞組的第一節(jié)距Y1極距：相鄰兩極間的距離，用長度cm或槽數(shù)表示Y1：一個元件兩個有效邊在電樞表面的距離，用槽數(shù)表示Y1Y1=Zi/2p其中Zi：虛槽數(shù)；p：極對數(shù)Y1=，稱整距繞組Y1<，稱短距繞組Y1>，稱長距繞組上一張下一張結(jié)束226、繞組的第二節(jié)距Y2Y2：兩個相串聯(lián)元件中，前一元件的下元件邊與后一元件的上元件邊的距離。7、合成節(jié)距YY：兩個相串聯(lián)元件對應(yīng)邊的距離8、換向器節(jié)距Yk

Yk：一個元件的兩個出線端連接的兩個換向片之間的距離。Y=Yk上一張下一張Y2YYk結(jié)束233.4.2單疊繞組1、特點：Y=Yk=1例：一直流機(jī)S=K=Ze=16，2P=4，畫出雙層單疊繞組。1、計算節(jié)距Y=Yk=1Y1=Z/2P=16/4=4（整距）上一張下一張結(jié)束242、編制繞組連接表

1）對元件編號；上邊槽號下邊槽號5116227338495678910411121314151610111213141516123上一張下一張

3）連接元件（y1=4)。2）對槽編號；結(jié)束253、畫繞組展開圖先對槽編號；1號元件上邊放1號槽，用實線；下邊放在+Y1（5）號槽，用虛線表示；其余元件依此放置SNSNBB線圈V123589104111213141516672161513456789101112131415上一張下一張結(jié)束264、繞組并聯(lián)支路圖電樞輸出總電勢等于支路電勢；電樞輸出總電流等于各條支路電流之和。上一張下一張23487610111216151459131+-上下上下結(jié)束274、繞組并聯(lián)支路圖單疊繞組中：并聯(lián)支路數(shù)=極數(shù)，即2a=2p其中a:并聯(lián)支路對數(shù)；P：極對數(shù)上一張下一張23487610111216151459131+-上下上下結(jié)束28293.4.3單波繞組3031繞組并聯(lián)支路圖單波繞組中：并聯(lián)支路對數(shù)a=132結(jié)論：

單疊繞組并聯(lián)支路數(shù)多，每個支路里的元件數(shù)少，適用于較低電壓、較大電流的電機(jī)。

單波繞組并聯(lián)支路對數(shù)永遠(yuǎn)等于1，在總元件數(shù)相同的情況下，每個支路里的元件數(shù)多，適用于較高電壓、較小電流的電機(jī)實際應(yīng)用中還有復(fù)疊、復(fù)波以及混合繞組等。視頻2333.5直流電機(jī)的電動勢與電磁轉(zhuǎn)矩3.5.1直流電機(jī)的感應(yīng)電勢（一）氣隙磁密的分布將氣隙磁密波等效為矩形波。BavB

0每極下主磁通為：磁極有效長度上一張下一張34（二）電樞導(dǎo)體電勢BavB

AV導(dǎo)體A在磁場中運(yùn)動，其中會感應(yīng)電勢eav。導(dǎo)體速度導(dǎo)體長度上一張下一張NST1n3523487610111216151459131電樞繞組任何時刻都由2a個并聯(lián)支路構(gòu)成；當(dāng)為整距繞組，且電刷在幾何中性線時，電樞繞組總電勢=每條支路中所有串聯(lián)導(dǎo)體感應(yīng)電勢之和。電樞繞組有S個元件，每元件匝數(shù)為Nk，則電樞繞組總導(dǎo)體數(shù)N=2SNk每條支路的導(dǎo)體數(shù)為：N/2a上一張下一張36電樞繞組電勢Ea為：用磁通表示用轉(zhuǎn)速表示每極下主磁通為：上一張下一張Ce稱為電動勢常數(shù)37Ce=NP/60a:叫電勢常數(shù)

:每極磁通量n:電機(jī)轉(zhuǎn)速N(z):繞組總導(dǎo)體數(shù)P:極對數(shù)a:繞組并聯(lián)支路對數(shù)結(jié)論：1、電樞繞組電勢與磁通、轉(zhuǎn)速成正比。2、Ea表達(dá)式雖然在整距繞組情況下推導(dǎo)出，但對短距、長距也適用。3、若電刷不在幾何中性線時，Ea將減小。上一張下一張383.5.2直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩（一）每根導(dǎo)體電磁力矩Bavb

Af導(dǎo)體A通電流ia，其在磁場中受電磁力fav。導(dǎo)體長度當(dāng)電樞導(dǎo)體中有電流通過時，該導(dǎo)體在磁場中就產(chǎn)生電磁力。該根導(dǎo)體的電磁力矩：上一張下一張SNTavD為電樞直徑39該根導(dǎo)體的電磁力矩：SNTav電樞總電流上一張下一張40（二）電樞繞組總電磁力矩總電磁力矩Tem=總導(dǎo)體數(shù)Tav轉(zhuǎn)矩常數(shù)NSTem（三）Ce、CT的關(guān)系上一張413.5.3直流電機(jī)的電樞反應(yīng)上一張下一張

電樞反應(yīng)：電樞磁場對主磁極磁場的影響423.6直流發(fā)電機(jī)3.6.1穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時的幾個基本方程式Ea=CeФnT1=T+T0上節(jié)習(xí)題，與例題3-3，3-4類似紙制教案433.6.2功率關(guān)系443.7.1直流電動機(jī)的基本方程1、電壓方程U、I正方向如圖，Ea為反電勢U=Ea+IaRa電樞總等效內(nèi)阻電樞感應(yīng)電勢Ea=Ce

n上下NST2TT0nEaIaU結(jié)束3.7直流電動機(jī)運(yùn)行原理452、轉(zhuǎn)矩方程電磁轉(zhuǎn)矩為拖動轉(zhuǎn)矩，負(fù)載和空載轉(zhuǎn)矩為制動轉(zhuǎn)矩。穩(wěn)定運(yùn)行時轉(zhuǎn)矩方程為：T=T2+T0=TL電磁轉(zhuǎn)矩=CTIa空載轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩上下NST2TT0nEaIaU結(jié)束輸出轉(zhuǎn)距46473.7.2功率方程T2NTemT0nEaIa+-UGIfI1、輸入功率勵磁損耗2、電樞功率電樞功率分為電磁功率和電樞銅耗。上下結(jié)束483、電磁功率的分配摩擦損耗鐵損耗附加損耗其中：上下NTemT0nEaIa+-UGIfIT2結(jié)束494、總功率的分配總損耗

p效率：功率流程P1pcufPMP2p0上下NTT0nEaIa+-UGIfIT2結(jié)束pcua50直流電動機(jī)的基本方程小結(jié)：電勢：U=Ea+IaRa轉(zhuǎn)矩：T=T2+T0功率:P1=pcuf+pcua+p0+P2P1P2上下PcufGIfNST2TT0nEaIaUpcuaPMp0結(jié)束513.7.3工作特性電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n、電磁轉(zhuǎn)矩T、效率與電樞電流Ia的關(guān)系叫工作特性。包含有以下幾種：轉(zhuǎn)速特性：n=f(Ia）轉(zhuǎn)矩特性：T=f(Ia）效率特性：

=f(Ia）機(jī)械特性：n=f(T)上下轉(zhuǎn)速與電磁力矩之間的關(guān)系稱為電動機(jī)的機(jī)械特性。結(jié)束52B）數(shù)學(xué)表達(dá)式：電勢：U=Ea+IaRa且Ea=Cenn=UNCe

RaCe

Ia=n0-βIaUN式中：n0=Ce

理想空載轉(zhuǎn)速β=RaCe

斜率nIa0n0

電機(jī)實際空載運(yùn)行時存在T0，Ia00，實際空載轉(zhuǎn)速n0′<n0Ia0上下1、轉(zhuǎn)速特性：n=f(Ia）A）條件：U=UN,If=IfNT2NTT0nEaIa+-UGIfI結(jié)束53C）轉(zhuǎn)速變化率n：nIa0n0IaNnNn=n0-nN

nN100%他、并勵電機(jī)n=（2~8）%上下結(jié)束D）考慮電樞反應(yīng)的去磁效應(yīng)，轉(zhuǎn)速有可能要上升？542、轉(zhuǎn)矩特性：T=f(Ia）A）條件：U=UN，If=IfNT=CT

IaTIa0上下B）數(shù)學(xué)表達(dá)式：C）考慮電樞反應(yīng)的去磁效應(yīng)，曲線如何？553、效率特性：

=f(Ia）A）條件：U=UN，If=IfN

=P2p1100%

=P1-pcua-p0p1100%

=P1-Ia2Ra-p0p1100%pcua：可變損耗；p0：不變損耗；它們相等最大

Ia0上下結(jié)束565758

習(xí)題1、簡述磁性材料產(chǎn)生鐵損耗的條件及其原因。如何減少鐵損耗？渦流損耗pFe=CFeD2f2B2磁滯損耗ph=khfB2

2、為什么直流電機(jī)電樞鐵心要用硅鋼片疊壓而成，而定子磁軛卻用鑄鋼或鋼板制成，主磁極通常由鋼片疊壓而成？由于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，其中的磁場是交變的；定子中的磁場是恒定不變的；由于電樞反應(yīng)主磁極端的磁場有微小變化。結(jié)束59上下3、直流電機(jī)的電樞繞組和勵磁繞組同時與主磁通交鏈，為什么只在電樞繞組中感應(yīng)電勢，而在勵磁繞組中卻沒有？4、直流電機(jī)電樞繞組中的電流是直流嗎？N2SKNK

aS結(jié)束60UUfEaIaRrIfIL5、如何判斷直流電機(jī)是處于發(fā)電狀態(tài)還是電動狀態(tài)？按照三個自勵條件來分析U=Ea-IaRa發(fā)電狀態(tài)U<Ea電動狀態(tài)U>Ea結(jié)束616、一他勵直流電動機(jī)：PN=40KW，UN=220V,IN=210A,nN=1000rpm,Ra=0.078。求額定時:P1、p;pcua、PM、p0;T、T2、T0.解：上下結(jié)束627、一并勵直流電動機(jī)：PN=96KW，UN=440V,IN=255A,If=5A,nN=500rpm,Ra=0.078。求額定時:P1、p、;pcua、PM、p0;T、T2、T0.解：上下UEaIaIfIN結(jié)束633.8機(jī)械特性：n=f(T)研究條件：U=UN，If=IfNn=UNCe

RaCe

IaT=CT

Ian=UNCe

RaCTCe

2T=n0-βT由轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩表達(dá)式：推出機(jī)械特性表達(dá)式：nT0n0TNnN上下固有機(jī)械特性T2NTT0nEaIa+-UGIfI結(jié)束64在U=UN，If=IfN，電樞回路不串電阻條件下，得到的機(jī)械特性叫固有特性(自然特性）以上三個條件(U/If/Ra)只要改變其中一個，得到的機(jī)械特性稱為人工機(jī)械特性。上下n=UNCe

RaCTCe

2T=n0-βT結(jié)束65特點:上下n=UNCe

RaCTCe

2T=n0-βT結(jié)束66676869701）電樞串電阻UEaIaK1Rc特性方程變?yōu)椋簄=UNCe

Ra+RCCTCe

2T=n0-βTn=UNCe

RaCTCe

2T=n0-βT串電阻特性與自然特性比較，斜率變大了，n0未變nT0n0TNnN自然特性上下人為機(jī)械特性結(jié)束712）降低電樞端電壓Un=UCe

RaCTCe

2T=n0-βTnT0n0TNnN自然特性降低U，n0減小β不變，特性向下平移上下結(jié)束723）減小磁通

n=UNCe

RaCTCe

2T=n0-βTnT0n0TNnN自然特性減小，n0和β都增加，特性上移，且變軟弱磁可以升速上下結(jié)束73根據(jù)銘牌數(shù)據(jù)估算機(jī)械特性已知:UN，IN，nN，求兩點一線(n0，0)，(nN,TN）1）估算EaN=（0.93-0.97)UN或?qū)崪yRa

上下結(jié)束P623-10743.9串勵和復(fù)勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性3.9.1串勵電動機(jī)的機(jī)械特性當(dāng)磁路不飽和時當(dāng)磁路飽和時，磁通基本不變，機(jī)械特性與他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性相似。TemnABC磁路不飽和時的機(jī)械特性曲線AB段磁路飽和時的機(jī)械特性曲線BC段一、固有特性75固有特性是指當(dāng)時的特性，具有以下特點：（1）它是一條非線性的軟特性，負(fù)載時轉(zhuǎn)速降落很大；（2）空載時，為無窮大。實際上，空載時存在剩磁，為有限值，但值也很大——“飛車”現(xiàn)象。因此串勵