直流电机基础.pptx

一、直流电机的工作原理一、直流电机的工作原理直流电源电刷换向器线圈U+NS电刷换向片II注意：注意：换向片和电源固定联接，线圈无论怎样转动，总是上半边的电流向里，下半边的电流向外。电刷压在换向片上。第1页/共47页由左手定则，通电线圈在磁场的作用下，使线圈逆时针旋转。FFU+NS电刷换向片II直流电动机直流电动机第2页/共47页第3页/共47页第4页/共47页结论1:1:v在直流电动机中，电源供给的是直流电流，而电枢线圈内的电流则是交变的。v通过换向片与电刷的交替接触，每当线圈跨过中性线时，线圈内的电流就改变方向。第5页/共47页FFU+NS电刷换向片IIEE由右手定则，线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动势，感应电动势的方向与电流的方向相反。第6页/共47页直流发电机直流发电机用右手定则,判感应电动势EaEa的方向第7页/共47页U+NSEEIa第8页/共47页结论2:2:在直流发电机中，电枢线圈内的电动势是交变的。每当线圈跨过中性线时，线圈中的电动势就改变方向。只是由于与电刷接触的换向片不断交替，两电刷之间才得到一个方向不变的直流电动势。第9页/共47页第10页/共47页直流电机的运行是可逆的，即同一台直流电机可作发电机运行，也可作电动机运行，关键在输入功率的性质发电机：外部有原动机带动电机转子旋转，将机械能转变为电能。电机输出电功率的同时，导体元件中产生电流，形成制动转矩。电动机：外部有直流电源输入，将电能转变为机械能。电机轴上输出机械功率的同时，导体元件在磁极下运动产生反电动势。结论3:3:第11页/共47页小结：小结：1 1、直流发电机的基本原理是电磁感应定律。通过换向片和电刷将线圈中交变的感应电势变为外电路的直流电势。2 2、直流电动机的基本原理是电磁力定律，通过换向片和电刷的作用，使每个电流交变的线圈边受到一个方向不变的作用力，使电机电枢按固定方向旋转。第12页/共47页二、二、直流电机的结构直流电机的结构直流电机主要由定子和转子和两大部分构成。机座磁极励磁绕组转子励磁式直流电动机结构第13页/共47页1.定子（静止部分）定子（静止部分）主要作用有两个：主要作用有两个：（1 1 1 1）建立主磁场；）建立主磁场；（2 2 2 2）起整个电机的固定和支撑作用。）起整个电机的固定和支撑作用。主要组成部件及功能：主要组成部件及功能：（1 1 1 1）主磁极：产生主磁场。）主磁极：产生主磁场。（2 2 2 2）换向极（又称附加极）：改善直流电机的换向。）换向极（又称附加极）：改善直流电机的换向。（3 3 3 3）机座：一是用来固定主磁极、换向极和端盖，并固）机座：一是用来固定主磁极、换向极和端盖，并固定和支撑整个电机；二是作为电机磁路的一部分，构成定和支撑整个电机；二是作为电机磁路的一部分，构成磁极间的通路。机座中有磁通经过的部分称为磁轭。磁极间的通路。机座中有磁通经过的部分称为磁轭。（4 4 4 4）电刷：将直流电压、直流电流引入或引出的装置。）电刷：将直流电压、直流电流引入或引出的装置。（5 5 5 5）接线盒（板）：直流电机的电枢绕组和励磁绕组通）接线盒（板）：直流电机的电枢绕组和励磁绕组通过接线盒和外部连接。过接线盒和外部连接。第14页/共47页第15页/共47页第16页/共47页第17页/共47页2.转子（转动部分，又称电枢）是感应电动势并实现能量转换的关键部件。主要组成部件及功能：（1）电枢铁芯：一是作为主磁通的主要通路；二是嵌放电枢绕组。（2）电枢绕组（线圈）：感应电动势、通过电流、产生电磁转矩，使电机实现能量转换。（3）换向器：在直流电动机中，它的作用是将电刷两端的直流电流转变为绕组内的交变电流；在发电机中，它将绕组内的交变电动势转换为电刷两端的直流电压。（4）转轴：起转子旋转的支撑作用，需一定的机械强度，一般用圆钢加工而成。第18页/共47页第19页/共47页第20页/共47页第21页/共47页三、直流电机的铭牌数据三、直流电机的铭牌数据 电机的机座上都钉有一块标牌，称为铭牌。上面标着电电机的机座上都钉有一块标牌，称为铭牌。上面标着电机的型号和各种额定数据，是正确使用电机的依据。机的型号和各种额定数据，是正确使用电机的依据。1 1、直流电机型号铁芯长度（1号为短铁心，2号为长铁心）机座号（是电机底脚到转轴中心的高度代号）第2次设计（改进设计）Z272Z Z 直流F F 发电机D D 电动机W W 卧式L L 立式O O 封闭C C 船用K K 高速Q Q 牵引Y Y 冶金直流电机第22页/共47页2 2 2 2、直流电机的额定值：、直流电机的额定值：（1 1 1 1）额定功率）额定功率 P P P PN N N N指电机在铭牌规定的额定状态下运行时，电指电机在铭牌规定的额定状态下运行时，电机的输出功率，单位为机的输出功率，单位为“W”W”W”W”。当功率大于。当功率大于1kW1kW1kW1kW或或1MW1MW1MW1MW时时,则用则用“kW”kW”kW”kW”或或“MW”MW”MW”MW”表示。表示。注意：注意：对于直流发电机，对于直流发电机，P P P PN N N N是指输出的电功率，它等于额是指输出的电功率，它等于额定电压和额定电流的乘积。定电压和额定电流的乘积。P P P PN N N NU U U UN N N NI I I IN N N N 对于直流电动机，对于直流电动机，P P P PN N N N是指输出的机械功率，所以公是指输出的机械功率，所以公式中还应有效率式中还应有效率N N N N存在。存在。P P P PN N N NU U U UN N N NI I I IN N N NN N N N 第23页/共47页（2 2）额定电压 U UN N 指额定状态下电枢出线端的电压，单位为“V”V”。（3 3）额定电流 I IN N 指电机在额定电压、额定功率时的电枢电流值，单位为“A”A”。（4 4）额定转速 n nN N 指电机在额定状态下运行时电机转子的转速，单位为“r/min”r/min”。（5 5）励磁方式和额定励磁电流 I IfNfN 励磁方式可分为三大类：永磁式、他励式和自励式。自励式又可分为并励式、串励式和复励式。额定励磁电流指电机在额定状态时的励磁电流值。另外，额定转矩T TN N、额定效率和额定温升等额定值不一定标在铭牌上，但它们仍是额定值。第24页/共47页例1-11-1某台直流电动机的额定值为：PN=10kW，UN=220V，nN=1500r/min,=88.6%,求该电动机额定运行时的输入功率PI、电流IN及额定输出转矩T2N。解额定输入功率额定电流额定输出转矩第25页/共47页四、直流电机的电枢绕组 电枢绕组是直流电机的电路部分，亦是实现能量转换的枢电枢绕组是直流电机的电路部分，亦是实现能量转换的枢纽，故称为电枢绕组。它在实现能量转换过程中起着重要作用：纽，故称为电枢绕组。它在实现能量转换过程中起着重要作用：发电机通过它产生感应电动势，向用电设备提供电能；电动机发电机通过它产生感应电动势，向用电设备提供电能；电动机通过它产生电磁转矩，拖动生产机械。通过它产生电磁转矩，拖动生产机械。1.1.1.1.主要分类主要分类 电枢绕组主要分为两大类：环形绕组和鼓形绕组。电枢绕组主要分为两大类：环形绕组和鼓形绕组。现代直流电机均用鼓形绕组，鼓形绕组又分为叠绕组、现代直流电机均用鼓形绕组，鼓形绕组又分为叠绕组、波绕组和蛙形绕组。波绕组和蛙形绕组。第26页/共47页第27页/共47页2 2、绕组的基本型式第28页/共47页第29页/共47页第30页/共47页3、单叠绕组展开图、单叠绕组展开图1.1.画出元件画出元件2.2.放主磁极放主磁极3.3.画出换向器画出换向器4.4.连绕组连绕组5.5.电刷位置和电枢绕组的并联支路数电刷位置和电枢绕组的并联支路数画图步骤：画图步骤：单叠绕组特点：单叠绕组特点：1.1.并联支路数等于主磁极数并联支路数等于主磁极数 2a=2P2a=2P；P-P-主磁极对数；主磁极对数；a-a-支路对数支路对数2.2.电刷数等于主磁极数电刷数等于主磁极数 2b=2P2b=2P；b-b-电刷对数电刷对数3.3.电枢的电势等于支路的电势。电枢的电势等于支路的电势。4.4.电枢总电流等于各支路电流之和。电枢总电流等于各支路电流之和。第31页/共47页第32页/共47页五、直流电机的磁场五、直流电机的磁场1 1、直流电机的励磁方式（1）他励直流电机（2）并励直流电机（4）复励直流电机 （3 3）串励直流电机第33页/共47页2 2、直流电机的空载磁场（1 1）直流电机的磁路第34页/共47页（2 2）空载时空气隙磁通密度的分布曲线（3 3）直流电机的磁化曲线第35页/共47页3 3、直流电机负载时的磁场及电枢反应第36页/共47页阶梯级数为阶梯形波或三角形波的幅值为电枢磁场的磁密沿电枢表面分布曲线电枢反应的作用：电枢反应的作用：（一）负载时气隙磁场发生了畸变（一）负载时气隙磁场发生了畸变（二）呈去磁作用（二）呈去磁作用第37页/共47页第38页/共47页六、感应电动势和电磁转矩的计算六、感应电动势和电磁转矩的计算1、感应电动势的计算、感应电动势的计算 电角度和机械角度：机械角度 ：电枢旋转一周，机械角度变化360360度或22弧度。机械角速度 弧度/秒=电角度 ：电枢旋转经过2 2个极距，电角度变化360360度或22弧度。电角速度 EaEa为支路各串联绕组元件内感应电动势之和。任一元件转过，各元件内感应电动势瞬时值不同，但转过一极距时感应电动势的平均值相等。由电磁感应定律：；为每个绕组元件的匝数。一元件转过一极距后感应电动势的平均值（数值）：转过一极距：电角度 ,即 第39页/共47页电枢绕组总元件数为S S，每支路串联元件数为电枢表面总导体数：电枢电动势 重要结论重要结论：（电势系数、电势常数）第40页/共47页2、电磁转矩的计算、电磁转矩的计算B(x)B(x)是x x的函数某一根导体的T(x)dxT(x)dx弧长内导体所建立的dTdT （1 1）1 1根导体：（2）dxdx弧长中的导体数（假设导体在电枢表面均分，总数Z Z）：（3）dxdx区间内导体所建立的转矩：（4 4）主极下导体产生的转矩：其中磁通 重要结论重要结论：（CM为转矩系数、转矩常数）第41页/共47页特点：增加电机磁极对数p p或总导体数Z Z可增大电磁转矩。对他励DCDCM M，不考虑电枢反应影响时、励磁电流恒定时，有优点：直流电动机的转矩直接受电枢电流控制。第42页/共47页七、直流电机的换向七、直流电机的换向第43页/共47页1、换向的电磁现象（1）电抗电动势（2）电枢反应电动势第44页/共47页2、改善换向的方法第45页/共47页3、补偿绕组第46页/共47页感谢您的观看！第47页/共47页