《直流电机》PPT课件

第 五 章 直 流 电 机 51 直 流 电 机 工 作 原 理 和 结 构 特 点 52 直 流 电 机 励 磁 方 式 和 运 行 特 性 53 无 刷 直 流 电 动 机 直 流 电 机 特 点直 流 电 机 是 实 现 机 械 能 和 直 流 电 能 互 换 的 重 要 旋 转机 械 。 作 为 电 动 机 时 ， 他 能 将 电 能 转 换 为 机 械 能 ，调 速 设 备 简 单 调 速 性 能 良 好 ， 起 动 制 动 转 矩 大 以 及过 载 能 力 强 等 优 点 ， 被 广 泛 应 用 于 电 车 、 轧 钢 机 和起 重 设 备 中 。 作 为 发 电 机 使 用 时 ， 能 将 机 械 能 转 变为 电 能 。 直 流 发 电 机 早 期 在 船 上 作 为 主 电 源 使 用 ，在 交 流 电 制 船 舶 上 直 流 电 动 机 在 各 类 拖 动 装 置 中 还有 应 用 。直 流 电 机 和 交 流 电 机 相 比 ， 其 缺 点 是 直 流 电 压 不 能变 换 以 及 结 构 复 杂 ， 造 价 高 和 维 修 工 作 量 大 等 。 5-1.直 流 电 机 工 作 原 理 和 结 构 特 点 本 节 的 主 要 内 容 有 三 部 分 ：l 工 作 原 理 ： 直 流 发 电 机 工 作 原 理 ， 直 流 电 动 机 工 作 原 理 ， 电 枢 绕 组 和 电 刷 的 正 确 位 置 。l 直 流 电 机 构 造 ： 定 子 主 要 部 件 ， 转 子 主 要 部 件 。l 直 流 电 机 额 定 值 ： 直 流 发 电 机 工 作 原 理换 向 器 在 直 流 发 电 机 中 起 到 机 械 整 流 作 用 电 刷 A总 是 与 处 于 正 电 位 的 换 向 片 接 触 ，而 电 刷 B总 是 与 处 于 负 电 位 的 换 向 片 接 触 。 虽然 bc和 de感 应 的 电 势 是 交 变 的 ， 但 电 刷 AB两端 的 电 压 却 是 直 流 的 。 实 际 直 流 电 机 的 换 向 片 较 多 ， 电 刷 和 换向 器 配 合 起 机 械 整 流 器 的 作 用 。电 刷 和 换 向 器 配 合 ： 每 个 绕 组 元 件 内 部 感 应 电 势 是 交 流 的 ，但 ， 一 对 电 刷 之 间 电 势 等 于 一 个 支 路 中 各 绕 组 电 势 之 和 ， 因此 ， 电 刷 间 的 电 势 为 合 成 电 势 ， 是 一 个 脉 动 的 直 流 电 势 。直 流 发 电 机 工 作 原 理 直 流 电 动 机 工 作 原 理 直 流 电 机 电 枢 绕 组 和 电 刷 的 正 确 位 置为 了 获 得 平 滑 恒 定 的 直 流 电 动 势 和 电 磁 转 矩 ，直 流 电 机 的 电 枢 绕 组 实 际 采 用 分 布 式 线 圈 结构 ， 每 个 线 圈 有 两 个 边 ， 分 别 置 于 相 距 一 个磁 极 极 距 位 置 的 槽 内 ， 这 些 线 圈 沿 电 枢 铁 心圆 周 均 匀 分 布 ， 并 通 过 相 应 数 量 的 换 向 片 依次 串 联 构 一 个 闭 合 回 路 。 电 枢 线 圈 越 多 ， 相邻 线 圈 的 分 布 间 距 越 小 则 电 枢 间 的 电 动 势 越高 ， 越 平 滑 恒 定 ， 电 刷 间 的 电 动 势 等 于 任 一支 路 各 线 圈 电 动 势 之 和 。 直 流 电 机 电 枢 绕 组 和 电 刷 的 正 确 位 置根 据 获 得 支 路 最 大 电 动 势 的 原 则 来 确 定 实 际电 刷 的 位 置 ， 在 原 理 上 等 效 于 将 电 刷 放 在 磁场 几 何 中 性 线 上 。 直 流 电 机 电 枢 绕 组 和 电 刷 的 正 确 位 置电 刷 位 置 正 确 与 否 将 影 响 ：1.正 负 电 刷 间 的 电 动 势 ， 从 而 影 响 发 电 机 的 电 压 和 电 动 机 的 转 速2.电 刷 是 否 产 生 火 花 直 流 电 机 电 枢 绕 组 和 电 刷 的 正 确 位 置直 流 电 机 的 主 磁 场 一 般 由 主 磁 极 的 励 磁 绕 组 产 生 ， 空载 时 的 磁 场 分 布 取 决 于 磁 路 的 情 况 。 带 负 载 时 ， 电 枢绕 组 中 的 电 枢 电 流 产 生 电 枢 磁 势 ， 电 枢 磁 势 的 存 在 影响 主 磁 场 的 分 布 和 大 小 。为 保 证 电 刷 的 正 确 位 置 ， 通 常 在 刷 架 与 端 盖 或 刷 架 与定 子 之 间 设 置 了 正 确 的 装 配 标 记 。 基 本 构 造 ： 定 、 转 子 。电 刷 、 换 向 器 作 用 ： 起 机 械 整 流 器 作 用 。 后 续 基 本 原 理 中进 一 步 介 绍 （ 元 件 交 流 ， 电 刷 两 端直 流 ） 。 直 流 电 机 构 造 结 构细 说 电 枢 绕 组另 外 一 半 电 枢 绕 组 也 构 成 另 外 一 条 支 路 。 不 管 电 枢 如 何 转 动 ， 一 条 支 路 中 绕 组 感 应的 总 电 势 大 小 基 本 不 变 （ 微 小 脉 动 ） 。 主 要 铭 牌 数 据铭 牌 数 据 ： 额 定 容 量 、 电 压 、 电 流 、 转 速 、 励磁 （ 电 压 、 电 流 ） 等 。额 定 容 量 ： 都 是 指 输 出 。 发 电 机 ： 电 枢 绕 组 输 出 的 电 功 率 ； 电 动 机 ： 转 子 轴 上 输 出 的 机 械 功 率 。 额 定 励 磁 电 流 ： 额 定 负 载 时 励 磁 绕 组 通 过的 励 磁 电 流 。 通 常 由 励 磁 回 路 串 联 的 变 阻 器 调 节 。 通 常 还 标 明 励 磁 电 压 以 备 采 用 与 电 枢 电 压不 同 等 级 时 参 考 。 励 磁 方 式 ： 他 励 、 并励 、 串 励 和 复 励 种 。2、 直 流 电 机 励 磁 方 式 和 运 行 特 性 直 流 电 机 励 磁 方 式对 于 发 电 机 ， 分 为 自 励 和他 励 ， 他 励 发 电 机 励 磁 电流 独 立 ， 自 励 发 电 机 励 磁电 流 是 由 发 电 机 的 电 枢 电流 提 供 ， 因 而 励 磁 电 流 受电 枢 电 流 和 电 压 的 影 响 。 直 流 电 机 励 磁 方 式 直 流 电 机 基 本 理 论感 应 电 势电 磁 转 矩功 率 关 系 直 流 发 电 机 运 行 特 性条 件 ： I=0， n=nN。特 性 ： E=f（ If） 或 U0 = f（ If）实 质 ： 磁 化 曲 线 。 与同 步 发 电 机 相 似 ， 也 是 电机 磁 路 的 磁 化 曲 线 。实 验 测 量 时 注 意 ： 也 应 该 单 方 向 调 节 励 磁 电 流 ， 否则 磁 滞 的 影 响 ， 将 使 结 果 出 现 偏 差 。 红 色 的 曲 线为 空 载 特 性 空 载 特 性 过 程 ： 发 电 机 转 动 ， 依 靠 剩 磁 可 产 生 很 小 的剩 磁 电 压 ， 如 果 接 线 正 确 ， 流 过 励 磁 绕 组 的微 小 励 磁 电 流 产 生 的 磁 通 方 向 与 剩 磁 磁 通 方向 相 同 ， 电 枢 绕 组 感 应 的 电 势 增 强 ， 于 是 出现 正 反 馈 ， 如 果 励 磁 回 路 电 阻 足 够 小 ， 正 反馈 的 作 用 将 继 续 下 去 ， 直 到 磁 路 饱 和 ， 电 势稳 定 在 一 个 确 定 的 数 值 上 。 如 果 磁 通 方 向 相反 ， 磁 通 反 而 被 削 弱 ， 就 不 能 自 励 起 压 。 必须 将 励 磁 绕 组 和 电 枢 绕 组 的 两 个 接 线 头 互 换条 件 ： 1. 有 剩 磁 （ 若 无 ， 应 可 充 磁 ） ； 2. 接 线 正 确 （ 励 磁 与 剩 磁 同 向 ） ； 3. 场 阻 线 与 空 载 特 性 有 一 个 确 定 的 交 点 （ 励 磁 电 路 电 阻 小 于 建 压 临 界 电 阻 ） 。 自 励 发 电 机 的 建 压 条 件 uo = if Rf + Lf dif / dt 外 特 性 ： 是 指 保 持 额 定 转 速 不 变 和 并 励 总 电 阻 不 变 的 条 件 下 ，发 电 机 端 电 压 随 负 载 电 流 的 变 化 特 性 。 即 U=f(I)发 电 机 端 电 压 随 负 载 电 流 变 化 的 程 度 不 仅 取 决 于 电 枢 内 电 阻压 降 ， 而 且 与 励 磁 方 式 有 关 。 外 特 性 外 特 性 ： 他 励 发 电 机 的 励 磁电 流 与 电 枢 电 流 无 关 ， 电 动势 基 本 保 持 不 变 ， 因 此 只 有很 小 的 电 枢 电 阻 引 起 端 电 压的 下 降 。并 励 发 电 机 电 枢 电 阻 将 引 起端 电 压 的 下 降 进 一 步 引 起 并励 电 流 及 感 应 电 动 势 的 减 小 ，电 动 势 的 减 小 又 使 电 压 进 一步 降 低 。 外 特 性 U=E-IaRa Ia=I+If 直 流 电 动 机 运 行 特 性他 励 和 并 励 电 动 机 的 励 磁 电 路 都 接 到 外 电 源 上 ， 励磁 电 流 不 受 电 枢 电 流 变 化 的 影 响 因 此 他 励 和 并 励 电动 机 的 特 性 基 本 相 同电 压 平 衡 方 程电 流 关 系转 矩 平 衡 ： T = T 2+T0 直 流 电 动 机 运 行 特 性 机 械 特 性直 流 电 动 机 的 转 速 随 负 载 而 变 。 R = 0空 载 或 轻 载 起 动 或 运 行 时 ， 发 生 并 励 励 磁 绕 组 断 路 ，磁 通 很 小 ， 而 发 生 飞 车 。 机 械 特 性 固 有 机 械 特性 ： 额 定 电压 、 额 定 磁通 、 R = 0直 流 电 动 机的 机 械 特 性与 励 磁 方 式有 关 要 改 变 电 动 机 转 向 ， 需 改 变 电 动 机 电 磁 转 矩 的方 向 ， 根 据 左 手 定 则 ， 电 动 机 转 向 取 决 于 磁 场和 电 枢 电 流 两 个 的 方 向 ， 因 此 改 变 直 流 电 动 机转 向 的 方 法 ： 改 变 励 磁 电 流 的 方 向 保 持 电 枢 电流 的 方 向 不 变 ； 改 变 电 枢 电 流 的 方 向 ， 励 磁 电流 的 方 向 不 变 。 即 改 变 励 磁 绕 组 的 两 引 出 线 或电 枢 绕 组 的 两 引 出 线 。改 变 直 流 电 动 机 转 向 的 方 法 直 流 电 机 电 枢 反 应 和 换 向直 流 电 机 电 枢 反 应电 机 接 负 载产 生 电 枢 磁 场当 电 刷 位 于 几 何 中 性 线 上 ， 电 枢 磁 场 的方 向 与 主 磁 极 磁 场 方 向 正 交 ， 导 致 主 磁场 畸 变 和 减 弱 。 因 为 起 动 时 ， 转 速 为 零 ， 电 枢 感 应 的 电 势 为 零 ， 根 据 电压 平 衡 方 程 ， 起 动 时 电 枢 电 流 Ia = （ U - Ea） / Ra = U/ Ra 。 电 枢 电 阻 通 常 很 小 ， 所 以 起 动 电 流 很 大 （ 10 20倍 的 额 定电 流 ） , 0.5kW以 上 的 直 流 电 动 机 不 能 直 接 起 动 ， 否 则 Ia、 T冲 击 很 大 ， 火 花 很 大 。 起 动 方 法 ： 在 保 持 最 大 励 磁 电 流 情 况 下 ， 1.电 枢 回 路 串电 阻 起 动 ； 2.降 压 起 动 。 起 动 电 流 控 制 在 1.5 2.0In。 注 ： 1 .起 动 时 ， 励 磁 磁 场 通 常 应 该 最 大 ， 才 能 减 少 起 动电 流 ， 并 增 加 起 动 转 矩 ； 2 .电 枢 绕 组 串 联 的 起 动 电 阻 不 能 采用 滑 动 变 阻 器 ， 应 采 用 分 段 切 除 的 变 阻 器 （ 大 电 流 ） 。直 流 电 机 电 枢 反 应 和 换 向直 流 电 机 换 向 3、 无 刷 直 流 电 动 机 无 刷 电 动 机 特 点 无 刷 电 动 机 特 点 无 刷 电 动 机 的 基 本 结 构由 电 子 开 关 电 路 、 永 磁 式 同 步 电 动 机 和 位 置 传 感 器 三 者 组 成 电 机系 统 ， 直 流 电 源 经 由 开 关 线 路 向 电 动 机 定 子 绕 组 供 电 ， 电 动 机 转子 位 置 经 由 位 置 传 感 器 检 测 ， 产 生 信 号 触 发 开 关 线 路 中 的 电 子 元件 使 之 导 通 或 截 止 。 电 动 机 定 子 各 相 逐 次 通 电 产 生 电 流 ， 并 和 转子 磁 极 主 磁 场 相 互 作 用 产 生 转 矩 ， 从 而 控 制 电 动 机 的 转 动 。 无 刷 电 动 机 的 基 本 结 构一 般 由 三 部 分 组 成 ： 电 动 机 本 体 、 转 子 位 置 传 感器 和 电 子 换 向 开 关 线 路 。 电 动 机 本 体 转 子 位 置 传 感 器 电 磁 式5-19 转 子 位 置 传 感 器 光 电 式5-20 转 子 位 置 传 感 器 磁 敏 式5-22 无 刷 直 流 电 动 机 基 本 原 理 无 刷 直 流 电 动 机 正 反 转 控 制 方 法永 磁 式 有 刷 直 流 电 动 机 的 反 转 运 行 是 由 改 变 电 枢 两 端 与 电 源 的 极性 连 接 来 实 现 的 。 由 于 无 刷 直 流 电 机 的 电 力 电 子 元 件 导 电 具 有 单向 性 ， 不 允 许 反 接 到 电 源 上 ， 因 此 不 能 简 单 的 采 用 改 变 电 源 电 压的 极 性 实 现 电 机 反 转 ， 反 转 的 实 现 可 采 用 以 下 几 种 方 法 ：1、 将 每 相 绕 组 两 端 接 头 互 换 ， 变 换 绕 组 中 电 流 方 向2、 改 变 位 置 传 感 器 的 输 出 电 压 信 号 ， 采 用 正 反 转 两 套 位 置 传 感 器3、 逻 辑 门 选 通 法 ， 即 电 机 传 感 器 设 计 上 有 专 门 的 考 虑 ， 在 控 制 电 路 用 一 逻 辑 信 号 的 指 令 来 改 变 电 机 各 相 绕 组 的 导 通 顺 序 第 五 章 各 节 要 点第 一 节 ： 基 本 结 构 （ 电 刷 、 换 向 器 的 作 用 ） ； 铭 牌 数据 ； 励 磁 方 式 。 第 二 节 ： 原 理 （ AC/DC转 换 ） ； 电 势 、 转 矩 计 算 ； 电刷 位 置 ； 换 向 。 第 三 节 ： 空 载 特 性 ； 自 励 起 压 过 程 、 条 件 ； 外 特 性（ 各 种 励 磁 曲 线 ） 。第 四 节 ： 机 械 特 性 （ 各 种 励 磁 ） ； 转 矩 特 性 ； 起 动 、反 转 （ 方 法 ） 。 第 五 章 的 主 要 内 容n 主 要 内 容 ： 知 道 直 流 电 机 的 结 构 原 理 和 励 磁 方 式 ；掌 握 直 流 电 机 电 枢 电 势 和 电 磁 转 矩 的 分 析 方 法 ； 掌握 直 流 发 电 机 的 特 性 ； 掌 握 直 流 电 动 机 机 械 特 性 ；能 够 根 据 电 压 平 衡 方 程 和 有 关 特 性 进 行 相 应 计算 。 也 是 “ 计 算 点 ” 之 一 。 n 电 枢 绕 组 元 件 的 交 流 电 流 、 电 势 是 如 何 转 变 成 电 刷两 端 的 直 流 电 流 和 电 势 的 ？ 发 电 机 是 如 何 自 励 起 压的 ？ 电 动 机 的 起 动 方 法 和 起 动 过 程 分 析 等 概 念 应 该掌 握 。 n 计 算 任 务 主 要 是 ： 电 磁 转 矩 、 功 率 、 电 动 势 、 转 速 、电 动 机 起 动 电 阻 等 的 计 算 。 本 章 的 计 算 任 务 也 是 本课 程 的 主 要 计 算 任 务 之 一 。