串激电机设计基础知识培训.ppt

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1、电机基础知识培训 第一节 电机基本原理 第二节 电机绕组基本原理 第三节 改变转速、电压的计算公式 第四节 主要计算公式 第五节 定转子线额的初步计算 第六节 一些经验公式第一页，编辑于星期六：十五点 八分。NSTIInNSNTSII图一图二第一节串励电机基本工作原理1.1工作原理图：第二页，编辑于星期六：十五点 八分。第三页，编辑于星期六：十五点 八分。2.3 改变电机转向方法从图可以看出，转子的两条并联支路与定子绕组互相串联，因而定子绕组的导体截面积必须比转子绕组的导体面积截面积大一倍左右。如何改变转向改变定子做法：1、改变定子线圈接线方式，碳刷线与电源线对调2、一对碳刷线对调3、改变定子

2、绕线方式如果上述3种方式中随意其中2种同时更改，不影响方向。（如四角出线定子对调碳刷线与电源线的同时也改变了碳刷线位置，即第1、2种方式同时更改，对于两头出线定子改变第一种方式可以改变转向，因为碳刷位置没变，也即第1种方式更改）改变转子绕线方式对调电源线进线无效果第四页，编辑于星期六：十五点 八分。2.2 短路、断路定义短路：当一个线圈内部有几匝导线因绝缘而互相接通或者某一个线圈与其它线圈因绝缘而接通，就是短路。由于短路电机运转后所表现出来的性能：转速较慢，声音低沉，电刷下火花较大，短时间内，电机便冒烟烧机。由于断路电机运转后所表现出来的性能：由图一可以看出，电流经电刷流入转子后，分为两路，但

3、从图二可以看出，上面的支路有开路现象，由于每个线圈都是串联的，由此电流只经过下面的支路，流到电刷B，从而总的电磁转矩减少，电机出力下降，并出现强烈火花，如果上面的支路也有开路现象，那就产生不了电磁转矩，电机也就不会转动了。第五页，编辑于星期六：十五点 八分。181920212223241234567891011121314151617161514131211109876543212423222120191817AB1 81920212223241234567891011121314151 617161 514131211109876543212423222120191817AB图一：正常情况图

4、二：断路情况断路情况示意图第六页，编辑于星期六：十五点 八分。第二节 绕组基本原理2.1 换向器式电机绕组分类1）单叠： 同一极下的线圈串联成一条支路 电枢支路数 = 电机的极数， 每一个线圈的的头和尾连接在两个相邻的换向片上 2）单波： 所有N极下的线圈串联成一条支路，S极下的线圈串联成另一条支路，电枢支路数 = 2 线圈的头和尾相隔一些换向片 （2极电机所连接的换向片是相邻的）3）复叠4）复波5）混合第七页，编辑于星期六：十五点 八分。2.2 单叠绕组这些绕组的主要区别在于：从电刷端看进去，电枢绕组形成了不同数目的并联支路数生产实践中大多数采用单叠或单波绕组在小型换向器式电机上几乎都是采用

5、单叠绕组123456654321Y1+Y2=Y=YK= 1Y1+Y2=Y=YK= -1Y1: 第一节距，也叫后节距，即一个线圈的两个有效边之间的跨距，以虚槽数表示，以实槽数表示，就称为实槽后节距，用YS表示。Y2: 第二节距，也叫前节距，即前一个线圈的次边到后一线圈的首边之间的跨距，以虚槽数表示Y: 合成节距，两个相邻线圈对应边之间的距离。YK:每一个线圈首端与尾端所联结的两个换向片之间的跨距Y1-Y2=YK=1Y1-Y2=YK=-1第八页，编辑于星期六：十五点 八分。2.3 虚槽数、换向片数、实槽数之间的关系2.3.1虚槽：一个线圈的上层边和一个线圈的下层边所组成的一个单元槽。2.3.2双层

6、绕组：是指槽中有两层线圈边的绕组。由图可知，一个实槽可以分成一个、二个或三个虚槽，如果以Z表示实槽数，Zd表示转子上总的虚槽数，一个实槽中的并列元件数用Uz表示，绕组的线圈数S，换向片数用K,由于每一个线圈有两个线圈边，每个换向器片也每一个线圈有两个线圈边，每个换向器片也连接着两个线圈边，而两个线圈边也组成一个虚槽，连接着两个线圈边，而两个线圈边也组成一个虚槽，则S=K= Zd = Uz Z,由此可见，换向片数K与实槽数是一个倍数关系，我们实际当中用的最多的也一般都是24片12槽，36片18槽，36片12槽，32片16槽，28片14槽。第九页，编辑于星期六：十五点 八分。2.4短距、全距概念实

7、槽后节距公式：ys=Z/2-其中Z/2为两极电机的极距，考虑到实槽节距必须是整数，因此当槽数Z为单数时，取为0.5，从而使ys凑成整数，此时实槽节距小于节距，称为短距，当槽数为双数时，若取为零，则实槽节距等于全距，但实际中往往取1，则我们公司在用的24片12槽，实槽后节距为5，实槽节距小于节距，也就是短距，36片18槽也一样的道 理，实槽后节距为8。短距优点：可以全自动绕线，同时改善火花。第十页，编辑于星期六：十五点 八分。2.5单迭绕组实例（如本公司的28J2,偏1片）要画出转子绕线图，首先要计算出这个绕组的有关节距，y=yk=1,ys=Z/2-(=1)则ys=5（即线圈短距为1-6槽）S=

8、24,Z=12,，则Uz2，（也即1个实槽等于2个虚槽），y1=2*5=10个虚槽，y2=y1-1=9个虚槽，在表中第二行数字为表示线圈第一边所在的槽号，第三行数字表示线圈第二边所在的槽号，根据y1=10可知，一个线圈两边之间所间隔的距离是10个虚槽 ，因此线圈的第一边放在第1槽中，第二槽一定放在第11个虚槽 中，所以在表中1-11，2-12，3-13等连接起来代表一个线圈，再根据表中y2=9，可知，某一个线圈的第二边和相邻连接线的第一边所跨过的距离是9个虚槽 ，它们连接起来就表示线圈之间的串联次序。再把28J2的起绕点标为1，按所绕顺序全部标出共24片，所对应的槽 分别标为1，共12槽，也就

9、形成了每两个线圈所在的实槽 数，展开图也就画出来了，在图中，实线代表线圈的第一边，虚线代表线圈的第二边。第十一页，编辑于星期六：十五点 八分。第十二页，编辑于星期六：十五点 八分。2.6换向火花电气原因当电刷偏离几何中性线一定角度时,换向组件既切割电枢磁场,产生旋转电势ea;又切割主磁场,产生对应的旋转电势em.它们符合右手安培定则.角越大, em越大.且em的电势方向同er的相反.当碳刷逆转向偏离角后,换向组件产生的直轴旋转电势em与交轴旋转电势ea及电抗电势er的方向相反,这样就出现(ea+er-em)使换向需释放的能量p减小,从而改善了火花.越大,使得em越大,则出现em(er+ea),

10、同样使能量p增大,不利换向,这样会使原本延迟的换向变为超前,同时还使电磁转矩下降,故需合适的角.SemreaenN第十三页，编辑于星期六：十五点 八分。2.7 生产中实用的绕线图这组红色圈与换向器连接关系（偏移） ，适用于任意槽内的一组线圈。BACCAB起始钩换向器铁芯钩对槽Z=12 槽数U=2 虚槽K=Z*U=24 换向片数第十四页，编辑于星期六：十五点 八分。2.8怎么观察偏钩？-转子绕线示意图(360整组绕法）寻找转子绕线示意图上的尾钩（第23钩）以线圈所在的槽与尾钩来比较。常规绕线：本槽比每三钩（1槽2钩） 顺叠绕方向的第三钩 BACCAB槽中心线线圈中心线偏槽第十五页，编辑于星期六：

11、十五点 八分。360留底线法BACCAB偏槽 线圈中心线槽中心线寻找转子绕线示意图上的起钩（第20钩）以线圈所在的槽与起钩来比较。第十六页，编辑于星期六：十五点 八分。2.7 判定依据?槽、钩数（由于一个线圈有两个线头，而一个换向片上联接着两个线头（一个线圈的始端和串联着的线圈的末端），因此线圈数也必然等于换向片数，也就是也几片换向片就有几个线圈），槽、钩对齐情况（左、右）偏几钩 叠绕方向（右叠绕、左叠绕）留底与否（留底为第1槽先绕1个线圈，最后再绕上第2个线圈，整组为第1槽就绕完两个线圈。） 线圈中心线：相邻槽内与本槽线圈相连接的第一个线圈边合在一起来看，并把连到换向片的连线作为基线，这几个

12、连接线的中心，就是这个槽内的线圈中心线。第十七页，编辑于星期六：十五点 八分。第三节 改变转速、电压时的性能计算第十八页，编辑于星期六：十五点 八分。第四节 单相串激电机的一些常用公式: 4.14.1反电势计算公式反电势计算公式第十九页，编辑于星期六：十五点 八分。第二十页，编辑于星期六：十五点 八分。第二十一页，编辑于星期六：十五点 八分。第二十二页，编辑于星期六：十五点 八分。第二十三页，编辑于星期六：十五点 八分。4.2电机主要参数之间的关系电机主要参数之间的关系4.2.1电负荷电负荷(线负荷线负荷)、电密及发热因子之间的关系、电密及发热因子之间的关系.电负荷A定义: 沿电枢圆周单位长度

13、上的安培导体数称为电负荷.公式: N - 电枢总导体数 D - 电枢外径电密J:- 导体单位横载面积上通过电流的大小. d - 导体直径发热因子: 电枢绕组的线负和导体电密J的乘积AJ叫发热因子.它决定了电机温升的高低. 从上可见,在电流一定的条件下,对于整个电机有:导线的横截面积越大,则温升越低;电枢直径越大,则温升越低;电枢匝数越小,则温升越低.但在实际情况中,为了增大力矩,往往电枢匝数较大,使得电枢温升高于定子线圈部位的温升.电机绝缘等级越高,允许发热因子的数值越大, D NIA 24dIJ第二十四页，编辑于星期六：十五点 八分。4.2.2电机的体积、转速与功率之间的关系电机的体积、转速

14、与功率之间的关系.BApnLD162NPP PnLDPnLD22PLD 2对于串励电动机 :因串激电动机则式中: - 计算功率, -效率, P - 额定功率, - 计算极弧系数, - 类同于电机的体积.第二十五页，编辑于星期六：十五点 八分。从上可知:在要求的转速与计算功率比值一定的条件下,改用不同类型的电机芯片(即改变D),则可通过改变铁芯长度L来保证达到相同的性能;（经验公式：如果用不同的叠高需达到同样的电机转速，则匝数计算公式为：目标匝数初始叠高/目标叠高*初始匝数）在电机的芯片与长度一定的条件下,要求的功率越大,则转速越高,如若要保证工作点的转速,则应提高工作点的效率;在功率一定的条件

15、下,可提高转速以减小电机体积.4.2.3电负荷与磁负荷之间的关系电负荷与磁负荷之间的关系.由可知:若线负荷A不变,气隙磁密B增大,则电机体积减小,用铁量减小;同时因铁损与成正比则电机铁耗增大,温升也将升高;同时气隙磁层降和磁路饱和程度增加,功率因子下降;磁负荷B不变,线负荷A增大,则电机体积减小,用铁量减少;因B一定,而铁芯重量减小,则铁耗减少;同时因每极磁通变小,为了产生一定的感应电势,则绕组匝数必须增加,致使用铜量增加,铜耗随之增加,使绕组温升增高.第二十六页，编辑于星期六：十五点 八分。4.2.4 转矩计算公式转矩计算公式M=9.56*P2/n4.2.5转子的最大残余不平衡量转子的最大残

16、余不平衡量mr=Me. 平衡精度=en/9550 从这两个公式中可以得出m=Me/r, e=（平衡精度9550）/n，把本公司采用的6.3级平衡精度代入上式，并且动平衡是残余不平衡量公布在左右两侧校准面上的，从而可以得出残余不平衡量计算公式为：m=(M 6.3 4775)/nr(g)M 质量(Kg) r 半径(cm) n 转速（r/min）第二十七页，编辑于星期六：十五点 八分。4.2.6安匝比安匝比第二十八页，编辑于星期六：十五点 八分。第5节 定子线额电阻值的计算实际测量电阻值为1.176，线重为153.4g,0.57*12第二十九页，编辑于星期六：十五点 八分。实际值为0.946，线额为174.3，0.74*105，如果要更准确一些，还需把实际值换算成20度时的电阻值，换算公式为R2=R1/(t1-20)/254.5+1)第三十页，编辑于星期六：十五点 八分。第三十一页，编辑于星期六：十五点 八分。第三十二页，编辑于星期六：十五点 八分。单相串激电机的特点单相串激电机的特性曲线电机转速随着负载的增加而降低的特性称为串激电机的软特性第三十三页，编辑于星期六：十五点 八分。第6节 一些经验公式 6.1：转子功率与线径成正比 6.2：转子功率与叠高成正比 6.3：定子线包高度设计时按经验公式：定子外径/4第三十四页，编辑于星期六：十五点 八分。