第一章--直流电动机原理课件

第一章直流电机原理分析直流电机的工作原理及结构；本章主要内容：分析直流电机的换向等问题。分析直流电机的电路及磁路；主界面下一页标题添加点击此处输入相关文本内容点击此处输入相关文本内容前言点击此处输入相关文本内容标题添加点击此处输入相关文本内容直流电机原理直流电机基本工作原理直流电机主要结构及用途直流电机电枢绕组直流电机磁场直流电机换向第一章直流电机原理上一页信息与电气工程学院1.1 直流电机的基本工作原理1、直流发电机的工作原理工作原理：把电枢线圈中感应的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。1)交流发电机原理模型交流发电机原理模型旋转180滑环线圈e=BLv滑环A、B引出电势主界面下一页上一页信息与电气工程学院1.1 直流电机的基本工作原理2)直流发电机原理模型把滑环改为换向器，并加电刷A、B对交变电势进行整流，得到直流电势，如下图所示：换向器电刷旋转180结论：1）电刷A通过换向片所引出的电动势，始终是切割N极磁力线的线圈边中的电动势，所以电刷A始终有正极性，同样道理，电刷B始终有负极性2）电刷端能引出方向不变，但大小变化的脉振电动势主界面下一页上一页信息与电气工程学院1.1 直流电机的基本工作原理2、直流电动机的工作原理旋转1801）电动机运行关键：要使电枢受到一个方向不变的电磁转矩，即当线圈边在不同极性的磁极下时受到的电磁转矩方向不变。2）直流电动机的工作原理：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，即电枢受到的电磁转矩的方向始终不变，使电动机能连续的旋转。主界面下一页上一页信息与电气工程学院1.1 直流电机的基本工作原理3、电机的可逆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发电机运行，也可以作为电动机运行，只是其输入输出的条件不同而已。发电机：机械能（输入）转换成电能（输出）；电动机：电能（输入）转换成机械能（输出）。因此，同一台电机，既能作发电机又能作电动机运行的原理，在电机学理论中称为电机的可逆原理。主界面上一页信息与电气工程学院1.2 直流电机的主要结构及用途1、主要结构静止部分n主磁极n换向极n机座n电刷装置转动部分n电枢铁芯n电枢绕组n换向器气隙主界面下一页上一页信息与电气工程学院1.2 直流电机的主要结构及用途换向器电刷装置电枢绕组主磁极机座电枢铁心风扇轴承直流电机的结构剖面图主界面下一页上一页信息与电气工程学院1.2 直流电机的主要结构及用途1）定子部分直流电机定子部分主要由主磁极、换向极、机座和电刷装置等组成。机座换向极主磁极主界面下一页上一页信息与电气工程学院1.2 直流电机的主要结构及用途（1）主磁极（主极）主极铁心励磁绕组电枢机座主极铁心冲片11.5mm厚的低碳钢板作用：能够在电枢表面外的气隙空间里产生一定形状分布的气隙磁密。电磁铁（大中型直流电机），永久磁铁（小型直流电机）。主界面下一页上一页信息与电气工程学院1.2 直流电机的主要结构及用途（2）换向极（附加极、间极）作用：改善直流电机的换向。容量在1kW以上的直流电机，在相邻主磁极之间要装上换向器，换向器绕组与励磁绕组串联。换向器铁心一般用整块钢或钢板加工而成。（3）机座作用：导磁（是主磁路，故又称定子磁轭）；机械支撑。一般采用导磁效果好的铸钢制成，小型直流电机有用厚钢板的。主界面下一页上一页信息与电气工程学院1.2 直流电机的主要结构及用途压紧弹簧铜丝辫电 刷电刷盒作用：把直流电压、电流引入或引出的装置。（4）电刷装置一般直流电机中，电刷组的数目可以用电刷杆数表示，刷杆数与电机的主磁极数相等。电刷杆装在端盖或轴承内盖上，调整位置后，将它固定。主界面下一页上一页信息与电气工程学院1.2 直流电机的主要结构及用途主要由电枢铁心和电枢绕组、换向器、转轴和风扇等组成。转 轴风 扇换向器电枢绕组电枢铁心轴 承2）转子部分主界面下一页上一页信息与电气工程学院1.2 直流电机的主要结构及用途电枢铁心通常用0.5mm厚的涂有绝缘漆的硅钢片的冲片叠压而成（涡流损耗和磁滞损耗），固定在转轴上。作用：主磁路的主要部分、嵌放电枢绕组。电枢铁心电枢铁心冲片（1）电枢铁心主界面下一页上一页信息与电气工程学院1.2 直流电机的主要结构及用途定义：由电枢线圈嵌放在电枢铁心的槽中，每个元件的两个出线端以一定规律与换向器的换向片相连而构成。作用：直流电机的主要电路部分、实现机电能量转换的关键性部件。电枢铁心电枢线圈换向片（2）电枢绕组主界面下一页上一页信息与电气工程学院1.2 直流电机的主要结构及用途定义：由许多换向片组成，安装在转轴上。片与片之间用云母绝缘，换向片数与元件数相等。作用：在直流发电机中，将绕组内的交变电动势转换为电刷端上的直流电动势；在直流电动机中，它将电刷上所通过的直流电流转换为绕组内的交变电流。（3）换向器主界面下一页上一页信息与电气工程学院1.2 直流电机的主要结构及用途2、铭牌参数n额定电压n额定电流n额定功率，kWn额定转速 ，r/min额定工况下加在电动机电枢绕组上的工作电压。额定工况下长期运行时的最大电枢电流。额定工况下电动机转轴上长期输出的最大功率。额定工况下电动机的运行转度。主界面下一页上一页信息与电气工程学院1.2 直流电机的主要结构及用途1）功率计算 电动机 发电机2）功率、转矩的折算其中单位：P Nw；T N Nm；n Nr/min主界面下一页上一页信息与电气工程学院1.2 直流电机的主要结构及用途3、用途和分类 直流电动机多用于对调速要求较高的生产机械上（如轧钢机、电力牵引、挖掘机械、纺织机械等等）这是因为直流电动机具有以下突出的优点：1)调速范围广，易于平滑调速；2)起动、制动和过载转矩大；3)易于控制，可靠性较高。主界面下一页上一页信息与电气工程学院1.2 直流电机的主要结构及用途Z2用于中、小型直流电机系列（发电机和电动机）Z（ZF）用于大、中型直流电机系列，电动机（发电机）ZZJ用于起重冶金工业ZT用于恒功率且调速范围比较大的拖动系统ZQ用于电力机车、工矿电机车和蓄电池供电电车ZH船舶上各种辅助机械用的船用直流电动机ZU用于龙门刨床的直流电动机ZA矿井和有易爆气体场所的防爆安全型直流电动机ZKJ冶金、矿山挖掘机用的直流电动机国产的直流电机种类主界面上一页信息与电气工程学院1.3 直流电机的电枢绕组 电枢绕组的作用：电枢绕组的组成：直流电机的一个重要部分，是电机中机电能量转换的枢纽，所以直流电机的转子也称为电枢。由许多个形状完全一样的单匝元件(或多匝元件)以一定规律排列和连接起来的，用S表示元件数。主界面下一页上一页信息与电气工程学院1.3 直流电机的电枢绕组1、元件（线圈）：是绕组的一个基本单元，可为单匝，也可为多匝（匝数：）；元件边首端末端2、虚槽：为了改善电机性能，往往需要采用较多的元件来构成电枢绕组，由于工艺和其他方面的原因，电枢铁心开的槽数不能太多，所以引入虚槽。槽楔元件边基本概念（电枢绕组）主界面下一页上一页信息与电气工程学院1.3 直流电机的电枢绕组单叠绕组：指串联的两个元件总是后一个元件的端接部分紧叠在前一个元件端接部分，整个绕组成折叠式前进。单叠绕组联接的特点是元件两个端子联接于相邻的两个换向片上。单波绕组：指把相隔约为一对极距的同极性磁场下的相应元件串联起来，象波浪式的前进。直流电机电枢绕组基本的形式：单叠绕组、单波绕组。电枢绕组基本形式主界面下一页上一页信息与电气工程学院1.3 直流电机的电枢绕组（1）第一节距：一个元件的两个有效边在电枢表面跨过的距离，一般等于一个极距。，y1=，整距绕组 ，长距绕组 ，短距绕组1 单叠绕组1）绕组节距主界面下一页上一页信息与电气工程学院1.3 直流电机的电枢绕组（3）换向节距：同一元件首末端连接的换向片之间的距离。（4）第二节距：连至同一换向片上的两个元件中第一个元件的下层边与第二个元件的上层边间的距离。（2）合成节距 ：相邻两个元件（元件1、元件2）对应边之间的距离。主界面下一页上一页信息与电气工程学院1.3 直流电机的电枢绕组以 2p=4，S=K=Qu=16为例进行说明。（1）计算各节距第一节距合成节距、换向器节距第二节距2）连接方法主界面下一页上一页信息与电气工程学院1.3 直流电机的电枢绕组1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161212345678910 11 12 13 14 15 16 12NSNS（2）绘制绕组展开图v主界面下一页上一页信息与电气工程学院1.3 直流电机的电枢绕组（3）绕组电路图绕组联接示意图支路对数极对数电路图主界面下一页上一页信息与电气工程学院1.3 直流电机的电枢绕组 位于同一个磁极下的各元件串联起来组成了一条支路，支路对数等于极对数。（4）单叠绕组特点 当元件的几何形状对称，电刷放在换向器表面上的位置对准主磁极中心线时，正、负电刷间感应电动势为最大，被电刷所短路的元件里感应电动势最小。电刷杆数等于极数。主界面下一页上一页信息与电气工程学院1.3 直流电机的电枢绕组（1）第一节距：一个元件的两个有效边在电枢表面跨过的距离。，y1=，整距绕组 ，长距绕组 ，短距绕组2 单波绕组1）绕组节距主界面下一页上一页信息与电气工程学院1.3 直流电机的电枢绕组NNSS（2）换向器节距 ：当沿圆周向一个方向绕了一周，经过个串联的元件后，其末尾所连的换向片，必须落在与起始的换向片相邻的位，才能使第二周继续住下连，即：应使相串联的元件感应电动势同向。两元件相距约两个极距。选择的原则：主界面下一页上一页信息与电气工程学院1.3 直流电机的电枢绕组（3）合成节距 ：相邻两个元件（元件1、元件2）对应边之间的距离。（4）第二节距：连至同一换向片上的两个元件中第一个元件的下层边与第二个元件的上层边间的距离。主界面下一页上一页信息与电气工程学院1.3 直流电机的电枢绕组以 2p=4，S=K=Qu=15为例进行说明。（1）计算各节距第一节距合成节距、换向器节距第二节距2）绕组展开图主界面下一页上一页信息与电气工程学院1.3 直流电机的电枢绕组（2）绘制绕组展开图151234567891011121314SNSN131415123456789101112v主界面下一页上一页信息与电气工程学院1.3 直流电机的电枢绕组同极性下各元件串联起来组成一个支路，支路对数a与磁级对数P无关。只有与N、S极有关，只有两条支路。（3）电路图主界面下一页上一页信息与电气工程学院1.3 直流电机的电枢绕组（4）单波绕组特点 同极性下各元件串联起来组成一个支路，支路对数 a1，与磁极对数p无关。当元件的几何形状对称时，电刷在换向器表面上的位置对准主磁极中心线，正、负电刷间感应电动势最大。电刷杆数也应等于极数(采用全额电刷)。信息与电气工程学院1.4 直流电机的磁场 直流电机个除主极磁场外，当电枢绕组中有电流流过时，还会产生电枢磁场。电枢磁场与主磁场的合成形成了电机中的气隙磁场，它是直接影响电枢电动势和电磁转矩大小的。主界面下一页上一页信息与电气工程学院1.4 直流电机的磁场 直流电机的空载是指电枢电流等于零或者很小，且可以不计其影响的一种运行状态，此时电机无负载，即无功率输出。其磁路如下：N极气隙（N极）电枢齿电枢磁轭气隙（S极）S极定子磁轭主磁通漏磁通1 直流电机的空载磁场主界面下一页上一页信息与电气工程学院1.4 直流电机的磁场在极靴下，气隙小，气隙中沿电枢表面上各点的磁密较大；在极靴范围外，气隙增加很多，磁密显著减小，至两极间的几何中性线处磁密为零。气隙磁密极距1）空载磁场的磁密分布主界面下一页上一页信息与电气工程学院1.4 直流电机的磁场2）直流电机的磁化曲线：膝点额定磁通额定励磁磁通势 空载时主磁通 与空载励磁磁通势 或空载励磁电流 的关系，即 。电机的磁化曲线可通过电机磁路计算来得到。主界面下一页上一页信息与电气工程学院1.4 直流电机的磁场直流电机带上负载后，电枢绕组中有电流，电枢电流产生的磁动势称为电枢磁动势。电枢磁动势与励磁磁通势为交轴磁动势。2 直流电机的负载磁场主界面下一页上一页信息与电气工程学院1.4 直流电机的磁场磁通势分布磁力线分布1）一个元件的电枢磁通势 设电枢槽内仅嵌放一个元件，该元件轴线(即元件的中心线)与磁极轴线垂直，即元件边位于磁极轴线上。一个元件所消耗于气隙的磁通势的空间分布为：主界面下一页上一页信息与电气工程学院1.4 直流电机的磁场元件较多三个元件结论：多个绕组的合成磁势阶梯波实际绕组的合成磁势三角波2）多个元件的电枢磁通势主界面下一页上一页信息与电气工程学院1.4 直流电机的磁场电枢反应：电枢磁动势对主极气隙磁场的影响称为电枢反应。主磁场电枢磁场气隙合成磁场实际气隙合成磁场3 直流电机的电枢反应1、气隙磁场发生畸变。2、每极磁通减少，有去磁作用。主界面下一页上一页信息与电气工程学院1.4 直流电机的磁场主磁极绕组的供电（接线）方式；除永磁外还有他励式、并励式、串励式、复励式，用M-电动机；G-发电机。他励式并励式串励式复励式4 直流电机的励磁方式主界面下一页上一页信息与电气工程学院1.5 直流电机的换向直流电机的换向：电枢绕组旋转时，组成电枢绕组的每条支路里所含元件数目是不变的，但组成每条支路的元件都在依次循环地更换，直流电机的某一个元件经过电刷，从一条支路换到另一条支路时，元件里的电流方向改变，换向解释如右。元件11 21）直流电机的换向定义主界面下一页上一页信息与电气工程学院Q&A问答环节敏而好学，不耻下问。学问学问，边学边问。Heisquickandeagertolearn.Learningislearningandasking.添加标题添加标题添加标题添加标题此处结束语点击此处添加段落文本.您的内容打在这里，或通过复制您的文本后在此框中选择粘贴并选择只保留文字感谢您的观看与聆听本课件下载后可根据实际情况进行调整