《航空电机学》课件第1章直流电机概述

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章 航空直流电机概述,直流电机的用途,作电源用,直流发电机,作动力用,直流电动机,信号的传递,作为测量元件,直流测速发电机,作为执行元件,直流伺服电动机,直流,电机的优缺点,直流发电机的电势波形较好，输出纹波小。,直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑。,直流电动机过载能力较强，起动和制动转矩较大。,由于存在换向器，其制造、维护复杂，价格较高。,航空直流电机概述,直流电机基本工作原理,直流电机基本结构,直流电机的电枢绕组,直流电机的励磁方式,航空直流电机的型号和额定值,直流电机基本工作原理,直流电机的原理模型,直流电机的发电原理,直流电机的电动原理,直流电机的可逆性原理,直流电机的原理模型,最简单的直流电机模型,N,、,S,极、导磁体、气隙 （磁路）,2.,线圈,abcd,（电路）,3.,换向器、换向片 （彼此绝缘）,4.,电刷,直流电机的发电原理,特点：,原动机拖动,ab,、,cd,产生感应电势,e=B,x,lv,e,与,B,x,波形同,感应电势的方向,电刷电势,A+,、,B-,电流,i,与电势,e,的方向,相同,电磁力,f=B,x,li,转矩方向、转速方向，,相反，制动转矩,机械能转变为电能,电刷和换向器的作用,电势波形,直流电机的发电原理,通过电刷和换向器将交流变成直流，其作用相当于单相全波整流器（整流子）。,直流电机的电动原理,电刷加电压：,A+,、,B-,i,产生电磁力,f=B,x,li,转矩方向、转速方向，,相同，驱动转矩,ab,、,cd,产生感应电势,e=B,x,lv,感应电势的方向,电能转变为机械能,电刷和换向器的作用,直流电机的可逆性原理,对于一匝线圈，电功率 ，机械功率 。即电势所形成的电功率等于电磁力所产生的机械功率。在旋转的电机中，不论是发电机还是电动机，这两种功率是等量存在的，这两种能量形式是可逆的。,电功率 机械功率,增加导体数可减少感应电动势和电磁转矩的脉动。当每极下导体数大于,8,时，脉动可小于,1%,。,提问,哪些部件转动、哪些部件不动？,绕组线圈电流性质、电刷端电流的性能？,实际电机结构要在物理模型上作哪些改动？,转动：绕组线圈、换向器；,静止：主磁极、电刷,绕组线圈：交流；电刷端：直流,增加铁心、绕组线圈数、轴承、端盖等,直流电机基本结构,直流电机基本结构,风叶,磁极,电刷,电枢转子,转轴,换向器,换向片,压紧环,电枢绕组,绕组端部,分解图,换向器,直流电机的主要结构部件,主磁极和换向极,极数：主磁极的个数，等于,2,p,直流电机定子,转子,主磁极和励磁绕组,励磁绕组实物图,电枢铁心和电枢绕组,换向器和电刷,1 V,形套筒,2,云母环,3,换向片,（镉铜）,4,连接片,换向器实物图,电刷实物图,航空电机一般选用铜,石墨电刷,直流电机的电枢绕组,电枢绕组要求：,在导体数量一定的条件下，应能够产生尽可能大的电势和电磁转矩，并力求结构简单，运行可靠，维护方便。,总类：,单叠绕组、单波绕组、,复波绕组、复叠绕组、混合绕组等。,重点讲授：,绕制规律、并联电路、电刷位置及性能特点。,电枢绕组的一般知识,绕组的元件,两端分别连接到两个换向片上的单匝或多匝线圈,直流电机为双层绕组，元件一个边放在某一槽的上层，称为上层边，另一个边则放在另一槽的下层，称为下层边。,有效边 端部,直流电机的电枢绕组,电枢绕组和换向片,通过换向片，,6,个元件依次串连构成一个闭合回路,元件数,S,槽数,Z,换向片数,K,S=Z=K,位于对称位置的电刷将闭合的,6,个线圈分成两个并联支路,电枢绕组与电刷连接,电刷将环形闭合电枢绕组分成两条对称的并联支路,两个电刷位于换向器内圆对称位置（实际放置在外圆上）,一个元件的两条边在,N,极和,S,极对应的位置,任何一个元件的两个出线端连接到相邻的两个换向片上，后一个元件的首端与前一元件的尾端联接在一起，后一个元件叠在前一个元件上，相邻元件依次串联，最后形成一个闭合回路。,电刷放置：支路电势最大,单叠绕组的连接规律,绕组的节距（以单叠绕组为例说明）,1,第一节距,3,合成节距,和换向片节距,2,第二节距,定义：元件下层边与其通过换向片,相连接的另一元件上层边之,间的距离。,为相串连的两元件对应边的距离。,定义：一个元件两个边的距离。,一个元件的首尾端在换向器上的距离为,1,表示单叠,单叠绕组构成实例,直流电机：,计算节距,统一编号原则：元件号、元件上层边所嵌放的槽号以及该边所连接的换向片号均相同,绕组连接,(,),n,v,1,2,15,13,14,16,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,（,元件序号,）,（,元件序号,）,（,几何中线,）,1,号元件的上层边放置在,1,号槽，并起于,1,号换向片。,相隔,4,个槽放置即,5,号槽放置,1,号元件的下层边。然后将,1,号元件,下层边连接在与,1,号换向片相隔 个换向片，即,2,号换向片上。,画辐射图,1,2,15,13,14,16,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,选择电刷位置原则,为使正、负电刷间引出的电动势最大，电刷应放在不同支路的交界处；在,元件的端接线左、右对称,的情况下，此位置恰好在磁极中心线下，所以有,“,电刷位于磁极轴线上,”,之说。,选择电刷位置原则,由于被电刷短路的,4,个元件的边恰好位于两个主级中间的几何中性线位置，如忽略元件和换向器的连线时，则电刷就直接与旋转到几何中性线上的元件边相接触了。所以还有,“,电刷位于几何中性线上,”,之说。,该处磁通密度为零，故被电刷短路的元件电势等于零，被电刷短路时不会产生短路电流，又对换向有利。,短路电流会引起恶化换向、增加损耗、严重时损坏元件等不良后果。,1,2,15,13,14,16,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,单叠绕组展开图,N,极磁力线指向纸面，,S,极磁力线穿出纸面,32,1,1.,槽展开,2.,绕组放置,3.,安放磁极电刷,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,16,15,槽展开,绕组放置,安放磁极、电刷,N,S,N,S,+,+,+,绕组展开图,:,单叠绕组为例,p=2, Z=S=K=16,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,16,15,电刷间的电势最大,被短路的元件电势最小,随着电枢旋转，各元件的位置随着时间变化，构成支路的元件（包括元件数）在交替更换。,并联支路符号图,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,16,15,N,S,N,S,+,-,+,-,+,单叠绕组的特点,并联支路对数等于磁极对数，即 。,电刷组数等于磁极数。,并联支路符号图,单波绕组连接规律,单叠绕组是把一个主极下的元件串联成一条支路,以保证串联元件中的电动势同方向。,能不能把电枢上所有处于相同极性下的元件都串联起来构成一个支路呢？,单波绕组,单波绕组的连接规律,之后，恰好回到出发换向片的相邻一片上；然后从此换向片出发，继续绕连，一直到把全部元件连完，最后回到开始出发的换向片，构成一个闭合回路为止。,从某一换向片出发，把相隔约为一对极距的同极性磁极下对应位置的所有元件串联起来，直到沿电枢和换向器绕过一周,N,S,N,S,单波绕组,单波绕组的节距,单波绕组构成实例,直流电机：,计算节距,N,S,N,S,单波绕组展开图,3,3,4,5,6,7,8,9,11,10,12,13,14,15,2,1,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,1,2,N,S,S,N,槽展开,绕组放置,安放磁极、电刷,并联支路对数：,a =1,单波绕组电刷放置的原则,为使正、负电刷间引出的电动势最大，电刷应放在不同支路的交界处，也就是被电刷短路的元件中的电动势为零或接近于零，此时元件必定位于几何中性线位置，在,元件的端接线左、右对称,的情况下，电刷必定位于磁极中心线下。可见，,单波绕组电刷放置的原则,与,单叠绕组电刷放置的原则是一致的,。,并联支路符号图,单,波绕组是把所有处于相同极性下的元件都串联起来构成两条并联支路。,单,波绕组的并联支路对数与极对数无关，总等于,1,，即 。,单,波绕组从理论上讲，只需设两组电刷。但一般仍采用,2,P,组电刷。它可以减少电刷,的接触面积，随之可有效,缩短换向器乃至电机的轴,长向度以节省用铜量，还,可平衡绕组支路电势。,直流电机绕组的总结,所有的直流电机的电枢绕组,是无头无尾的闭合绕组,，合成电势为,0,。,电枢绕组的支路数（,2,a,）永远是成对出现，这是由于磁极数,(2,p,),是一个偶数。,电刷放置的一般原则是确保空载时通过正、负电刷引出的电动势最大，或者说，被电刷短路的元件中的电动势为零或接近于零。,对于端接对称的元件，电刷也就放置在主极轴线下的换向片上。,单叠绕组和单波绕组的区别,单叠绕组和单波绕组的区别,直流电机的励磁方式,永磁,电励磁,他励,自励,并励,串励,复励,他励,并励 串励 长复励 短复励,直流电机的主要额定值,额定功率,：,指电机在铭牌规定的额定状态下运行时，电机的输出功率，以,“,W,”,为量纲单位。若大于,1kW,或,1MW,时,则用,kW,或,MW,表示。,额定电压,：,指额定状态下电枢出线端的电压，以,“,V,”,为量纲单位。,额定电流,：,指电机在额定电压、额定功率时的电枢电流值,(,电刷出线端电流,),，以,“,A,”,为量纲单位。,额定转速,：,指额定状态下运行时转子的转速，以,“,r/min,”,为量纲单位。,额定励磁电流,：,指电机在额定状态时的励磁电流值。,直流电机的主要额定值,对于直流发电机， 是指输出的电功率，它等于额定电压和额定电流的乘积。,对于直流电动机， 是指输出的机械功率，所以公式中还应有效率 存在。,作业,P.27,：,1-2,，,1-4,，,1-8,，,1-9,1-9,题中绘制绕组展开图时，建议磁极宽度占极距的,75%,，电刷宽度等同于换向片宽度。,