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,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,*,第二章 直流电机,2.1 概述,2.2 直流电机电枢绕组,2.3 直流电机的磁场,2.4 直流发电机基本特性,2.5 直流电动机的基本特性,2.6 直流电动机的启动、调速、制动,直流电机的用途,电源,励磁机,测速,伺服,与异步电动机相比，,由于存在换向器，其制造复杂，,直流电动机的结构复杂，使用和维护不如异步机方便，而且要使用直流电源，,价格较高,。,直流电机的优点：,直流发电机的电势波形较好，对电磁干扰的影响小。,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，热动和制动转矩较大。,易于快速起动、停车，易于控制。,直流电机的特点,直流电机的应用,（1）轧钢机、电气机车、无轨电车、中大型龙门刨床等调速范围大的大型设备。,（2）用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等。,（3）家庭：电动缝纫机、电动自行车、电动玩具。,直流电机的物理模型,21 直流电机的原理和结构,一、直流电机原理,1、直流发电机重要公式及特性：,1.1 法拉第电磁感应定律发电机原理：,用右手定则判,感应电动势E,a,的方向,U,+,N,S,E,E,I,a,感应电动势,输出电压,e=B,lv,(符合右手定则),有效长度为,l,的导体以线速度,v,在磁通密度为,B,的磁场中运动时，导体内将产生感应电动势,e,。,直流电机原理,直流发电机运行时的几点结论,1.在相同极性磁极下的导体感应电动势,e,方向相同，固定不变；,电刷间为直流电势。线圈中感应电势与电流方向一致；,2.在不同极性磁极下的导体感应电动势,e,方向相反；,电枢线圈内电势、电流方向是交流电；,3,.,“外稳内变”电枢绕组电压为交流,电刷上的电压为恒定直流。,从空间看，电枢电流产生的磁场在空间上是恒定不变的磁场；,4.产生的电磁转矩M与转子转向相反，是制动性质。,2、直流电动机重要公式及特性,安培力定律 电动机原理：,FB,li,(符合左手定则),U,+,N,S,电刷,换向片,直流电源,电刷,换向器,线圈,I,I,直流电动机运行时的几点结论,外施电压、电流是直流，电枢线圈内电流是交流；,线圈中感应电势与电流方向相反；,线圈是旋转的，电枢电流是交变的。电枢电流产生的磁场在空间上是恒定不变的；,产生的电磁转矩,M,与转子转向相同，是驱动性质,；,与直流发电机相同；直流电机即可作发电机运行，也可作电动机运行，关键在输入功率的性质；发电机原理和电动机原理总是同时出现的。,二、直流电机的结构,直流电机由定子、转子和机座等部分构成。,机座,磁极,励磁,绕组,转子,励磁式直流电动机结构,直流电机的结构,直流电机的结构,直流电机的结构,定子和转子,直流电机电枢绕组结构,直流电机电刷和换向器结构,直流电机的基本结构总结,主要由定子、转子两部分组成,直流电机,定子,转子,机座,换向极,主磁极,电刷装置,电枢铁心,轴承,换向器,风扇,转轴,电枢绕组,根据励磁线圈和转子绕组的联接关系，励磁式的,直流电机又可细分为：,他励电动机：,励磁线圈与转子电枢的电源分开。,并励电动机：,励磁线圈与转子电枢并联到同一电源上。,串励电动机：,励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。,复励电动机：,励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在,同一电源上。,M,他励,U,f,I,f,I,a,U,M,并励,U,I,f,M,串励,U,M,复励,U,三、直流电机的额定值,额定容量P,N,：输出功率,额定电压U,N,：额定状态下出线端电压；,额定电流I,N,：额定状态下出线端电流；,额定转速n：额定状态下的电机转速,直流发电机：P,N,U,N,I,N,直流电动机：P,N,U,N,I,N,2-2,直流电机电枢绕组,对电枢绕组的要求：,在通过规定的电流和产生,足够的电势和电磁转矩,前提下，所消耗的有效材料最省，强度高（机械、电气、热），运转可靠，结构简单等。,电枢绕组：,直流电机的电磁感应的关键部件之一,是直流电机的电路部分，亦是实现机电能量转换的枢纽。,绕组图,电枢绕组的形式,环形绕组,鼓形绕组,叠绕组,波绕组,y=y,1,-y,2,有关电枢绕组,名词、术语,元件：,第一节距y,1,极距：,铁心表面，一个极所占的距离。,第二节距y,2,合成节距y：,换向器节距y,k,：,极轴线：,磁极中心线,几何中心线：,磁极之间的平分线,为使元件感应电势最大：,y,1,=,（使,y,1,为整数）,=Z,i,/2p,y,1,=,整距绕组（电势最大）；y,1,长距绕组。,说明：,基本绕组形式,一、单迭绕组：,迭：,两个相邻联接的元件，后一元件的端部紧迭在前一元件的端部。,单：,首末端相联的两换向片相隔一个换向片的宽度。,特点：,槽数Z、元件数S和换向片数K三者相同。,y=y,k,=1,特点：,y=y,1,-y,2,=y,c,=+1(-1),“+1”为右行绕组 如左图；,“-1”为左行绕组 如右图。,单迭绕组,单迭绕组分析实例,1、数据计算：,yy,k,1,计算数据y和y,1,画绕组展开图,安放电刷和磁极,实例：P2，ZSK16,绕组放置,元件1：,上元件边在1槽上层，下元件边放在相距y1=4即5槽下层。,元件2：,上元件边在2槽上层，下元件边放在相距y1=4即6槽下层。,依此类推。,1,单迭绕组展开图,1.槽展开,2.绕组放置,3.安放磁极电刷,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,16,15,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,16,15,槽展开,绕组放置,安放磁极、电刷,N,S,N,S,+,+,+,某一瞬间电刷、磁极放置,磁极：,磁极宽度约0.7,均匀分布，N、S极交替安排。,电刷：,连接内、外电路。为了在正负电刷间获得最大直流电势以及产生最大的电磁转矩，电刷放在被电刷短路的元件电势为零的位置。,电势为零的元件：在磁极的几何中心线上电势为零。（在一个主极下的元件边电势具有相同的方向。）,电刷放置：,电刷放置在使电刷的中心线与主磁极轴线对准的换向片上。,元件连接顺序图,绕电枢一周，所有元件互相串联构成一闭合回路。,电路图,结合电刷的放置，得到该瞬时的电路图,每个极下的元件组成一条支路。即单迭绕组的并联支路数正好等于电机的极数。,这是单迭绕组的重要特点之一。,单迭绕组的特点,元件的两个出线端连接于相邻两个换向片上。,并联支路数等于磁极数，2a=2p;,整个电枢绕组的闭合回路中，感应电动势的总和为零，绕组内部无换流；,每条支路由不相同的电刷引出，电刷不能少，电刷数等于磁极数;,正负电刷引出的电动势即为每一支路的电动势，电枢电压等于支路电压;,由正负电刷引出的电枢电流Ia为各支路电流之和，即,二、单波绕组,波绕组：,首末端所接的两换向片相隔很远，两个元件紧相串联后形似波浪。,为了使紧相串联的元件所生的电势同向相加，元件边应处于相同磁极极性下，即合成节距,单波绕组,节距特点：,y,1,等于或约等于,（常采用短距）；,y 约等于 2,。,为了使绕组从某一换向片出发，沿电枢铁心一周后回到原来出发点相邻的一片上，则可由此再绕下去。换向片极距y,k,必须符合,即,y,2,=y y,1,（-1，左行绕组；+1，右行绕组，因端接部分交叉，少用。）,单波绕组,实例：,P2，Z=SK15,左单波绕组,计算数据y和y,1,画绕组展开图,安放电刷和磁极,1、绕组数据计算,元件、磁极、电刷放置原则,元件、换向片的放置：,1,元件上层边1,槽，下层边4,槽;首末端所连的换向片相距y,k,7；,为了端部对称，首末端所连的两换向片之间的中心线与1元件的轴线重合。1,元件上层边所连的换向片定为1,。依次联接。,磁极放置：,N、S极磁极均匀交替的排列。,电刷的放置,：放在与主极轴线对准的换向片上。,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,单波绕组元件连接顺序图,从绕组展开图可以看出，全部15个元件串联而构成一个闭合回路的顺序是：,1,8,15,7,14,6,13,5,12,4,11,3,10,2,9,1,用联接顺序图表示为：,1,8,15,7,14,6,13,5,12,4,11,3,10,2,9,1,4,11,3,10,2,9,1,8,15,7,14,6,13,5,12,上层边,下层边,单波绕组电路图,单波绕组把,相同极性下,的全部元件串联起来组成一条支路。由于磁极只有N、S之分，所以单波绕组的支路对数a与极对数多少无关，永远为1，即a1。,7,14,6,13,15,10,3,11,4,2,5,12,8,9,1,12,5,4,15,1,8,9,单波绕组的特点,同极性下各元件串联起来组成一条支路，支路对数,a,1,，,与磁极对数,p,无关。,当元件的几何尺寸对称时，电刷在换向器表面上的位置对准主磁极中心线，支路电动势最大。,电刷组数应等于极数（采用全额电刷）,;,电枢电流,I,a,2i,a,。,直流电机绕组的归纳,所有的直流电机的电枢绕组总是自成闭路.,电枢绕组的支路数,（2a）,永远是成对出现，这是由于磁极数,(2p),是一个偶数.注：,a,支路对数,p,极对数,为了得到最大的直流电势，电刷总是与位于几何中线上的导体相接触。,单迭绕组和单波绕组的区别,单迭绕组：,先串联所有上元件边在同一极下的元件，形成一条支路。每增加一对主极就增加一对支路。2a2p。,迭绕组并联的支路数多，每条支路中串联元件数少，适应于较大电流、较低电压的电机。,单波绕组：,把全部上元件边在相同极性下的元件相连，形成一条支路。整个绕组只有一对支路，极数的增减与支路数无关。2a2。,波绕组并联的支路数少，每条支路中串联元件数多，适用于较高电压、较小电流的电机。,#对称绕组和均压线,目的：,使电枢绕组内部无环流。,要求：,1）绕组对称，2）主磁场对称,抑制方法：,通常在换向器上把理论上电位相同的点用铜线相连。主磁场稍有不对称，则均压线上有电流，据楞次定律，此电流将削减磁不对称度，减小了环流，且环流经均压线闭合而不流过电刷，改善了电刷工作条件。,对于一对极的单叠绕组，绕组对称条件自然满足，且唯一的N、S极磁通必相等，不会出现不对称环流。故均压线只在多极绕组中才有意义。,
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