直流电机3.
第3章直流电机原理
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电动势平衡方程式:
根据基尔霍夫第二定律,对任一有源的闭合回路,所有电动势之和
等于所有电压降和( EU), 有:
+
Ea UIaRa
U
-
Uf If Rf
其中:Ea Cen
R a :电枢回路总电阻 R f :励磁回路总电阻
Ia T1 n Ea T0 T
If
他励
转矩平衡方程式:
直流发电机在稳态运行时,电机的转速为n,作用在电枢上的转矩共
一、直流电机的磁路和励磁方式:
1.磁路
2.直流电机的磁势 主极磁势: Ff=IfWf 电枢磁势: Fa=IaWa 换向极磁势: FK=IKWK ( IK=Ia)
3.直流电机的励磁方式:主极励磁线圈的供电方式
直流电机的励磁方式
他励式
自励式
并励式
串励式
复励式
(不同励磁方式电机的特性不同)
二、空载时直流电机的磁场分布
2)电枢绕组:电枢绕组是由许多按一定规律联接的线圈组 成,它是直流电机的主要电路部分,也是通过电流和感应电动 势,从而实现机电能量转换的关键性部件。
3.4 直流电机的铭牌数据(额定值)
为了使电机安全可靠地工作,且保持优良的 运行性能,电机厂家根据国家标准及电机的 设计数据,对每台电机在运行中的电压、电 流、功率、转速等规定了保证值,这些保证 值称为电机的额定值。
仅交链励磁绕组本身不进入电枢铁心不和电枢绕组相交链不能在电枢绕组中感应电动势及产生电磁转矩极靴下气隙远远小于极靴之外的气隙显然极靴下沿电枢圆周各点的主磁场将明显大于极靴范围以外在两极之间的几何中心线处磁场等于零
直流电机的优缺点
直流发电机的电势波形较好,受电磁干扰的影响小。 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,起动和制动转矩较大。 直流电机由于存在换向器,其制造复杂,价格较高。
3 直流电机的换向解析
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2018/10/10 第19页
• 三种不同的换向过程,分述如下。 • (1)∑e=0,直线换向。这是最理想的换向情况。 换向电流只有iL分量,随时间线性变化,从+ia均匀 地变化到-ia。可以证明,此时电刷下的电流密度 也是均匀分布的。
2018/10/10 第20页
• (2)∑e >0,延迟换向。此时,换向电流同时包含iL和ik分量, 且ik≥0,其结果是曲线轨迹处于直线换向上方(图(d)),致使过 零时间滞后于直线换向,“延迟换向”由此而得名。 • 延迟换向时,左刷边(参见前图,电刷与换向片l接触的部分, 通称后刷边)的电流密度会大于右刷边(与换向片2接触部分, 亦称前刷边)的值。当电刷滑离换向片1时,很大的电流突然 突然断路,换向回路中贮存的电磁能量通过空气释放,便导 致火花在后刷边产生。 2018/10/10 第21页
第三章 直流电机的换向
• • • • • • • 引言 §3.1直流电机的换向过程 §3.2 经典换向理论 §3.3 产生火花的原因 §3.4 改善换向的措施 §3.5环火及补偿绕组 小结
2018/10/10 第1页
引言
• 换向是一切装有换向器的电机的一个专门问 题,它对电机的正常运行有重大影响,是直 流电机的关键问题之一。 • 本章首先介绍换向的电磁理论,并简要地介 绍点接触,离子导电、氧化膜等理论作为补 充,进而分析火花发生的原因和改善换向的 方法。最后扼要地介绍环火、补偿绕组。
2018/10/10 第13页
• 综上可知,换向元件中总的电动势应是旋转 电动势和电抗电动势的代数和,即 • ∑e=ek+er • 对于换向良好的电机,在理想情况下,ek和er 大小相当,方向相反,∑e≈0;反之,∑e不为 零,导致换向不良,就有可能在电刷下发生 火花。
《直流电机》练习题
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《直流电机》练习题一、填空题1.直流电机的电枢绕组的元件中的电动势和电流是,电刷外部电动势和电流是。
2.一台并励直流电动机,如果电源电压和励磁电流If不变,当加上一恒定转矩的负载后,发现电枢电流超过额定值,有人试在电枢回路中接一电阻来限制电流,此方法。
串入电阻后,电动机的输入功率P1将,电枢电流Ia电动机的效率η将。
,转速n 将,3.一台并励直流电动机拖动恒定的负载转矩,做额定运行时,如果将电源电压降低了20℅,则稳定后电机的电流为倍的额定电流(假设磁路不饱和)。
4.并励直流电动机,当电源反接时,其中Ia的方向,转速方向。
5.直流发电机的电磁转矩是转矩,直流电动机的电磁转矩是转矩。
答:制动,驱动。
6.电枢反应对并励电动机转速特性和转矩特性有一定的影响,当电枢电流Ia增加时,转速n 将,转矩T 将。
7.直流电动机电刷放置的原则是:。
8.直流电动机调速时,在励磁回路中增加调节电阻,可使转速,而在电枢回路中增加调节电阻,可使转速。
9.并励直流电动机改变转向的方法有、。
10.当保持并励直流电动机的负载转矩不变,在电枢回路中串入电阻后,则电机的转速将。
11.并励直流发电机的励磁回路电阻和转速同时增大一倍,则其空载电压。
12.直流电机单叠绕组的并联支路对数为,单波绕组的并联支路对数。
13.直流电机若想实现机电能量转换,靠电枢磁势的作用。
14.直流发电机,电刷顺电枢旋转方向移动一角度,直轴电枢反应是;若为电动机,则直轴电枢反应是。
二、选择题1.一台直流发电机,由额定运行状态转速下降为原来的30%,而励磁电流及电枢电流不变,则。
A.Ea下降30% B. T 下降30%C:Ea和T 都下降30% D:端电压下降30%2.一台并励直流发电机希望改变电枢两端正负极性,采用的方法是。
A. 改变原动机的转向B.改变励磁绕组的接法C.改变原动机的转向或改变励磁绕组的接法D.改变原动机的转向的同时,改变励磁绕组的接法3.把直流发电机的转速升高20%,他励方式运行空载电压为U01,并励方式空载电压为U02,则。
第03章 直流电机
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于一个极距 。
极距 定义为
Qu
2p
y应1 等于或接近
由于 Qu不一定能被极数 2整p除,而 又必y1须为整数,可使
Q y u 整数
式中 为小于1的分数。1 2 p 称为整距绕组,
称为长
距绕组,
称为短距绕组y。1 因短距绕组有利于换向y1,对
于叠绕组还可节约y1端部 用铜,故常被采用。
第二节距 y2
交流电动机。
3.2 直流电机的电枢绕组
一、电枢绕组的基本概念
电枢绕组由许多形状完全相同的元件(亦称为线圈)按一 定规律排列和连接而成。
每个元件有两个出线端, 一个称为首端,另一个 称为末端。 一个元件由两条元件边 和前、后端接线组成。
同一个元件的首端和末端分别接到两个不同的换向片上。同 一个换向片上,连有一个元件的首端和另一个元件的末端。
3、直流电机的可逆运行
直流电机是作为发电机运行还是作为电动机运行,主要 在于外部条件,即输入给电机的功率形式。
若从电刷上输入给电机 电功率时,电机作电动机运 行,经转轴向外输出机械功 率。
当从轴上输入给电机 机械功率时,电机作发电机 运行,通过电刷向外部输 出电能.
同一台电机既能作发电机又能作电动机运 行,称为电机的可逆运行。
说明:组成各支路的元件在电枢上处于对称位置,各支路电动势大小相等, 故从闭合电路内部来看,各支路电动势恰巧互相抵消,不会产生环流。
设槽内每层有u 个元件边,则每个实际槽包含 u个“虚
槽”,每个虚槽的上、下层各有一个元件边。若用 Q代
表槽数,Q
代表虚槽数,则
u
Qu uQ S K
电枢绕组的节距
第一节距 y1
一个元件的两个元件边在电枢表面所跨的距离(即跨距)称 为第一节距。用所跨虚槽数表示。
《机电传动技术》第三章 直流电机的工作原理及特性
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T = TL +T0
转矩平衡过程 当电动机轴上的机械负载发生变化时, 当电动机轴上的机械负载发生变化时,通过电 动机转速、电动势、电枢电流的变化, 动机转速、电动势、电枢电流的变化,电磁转矩将 自动调整,以适应负载的变化,保持新的平衡。 自动调整,以适应负载的变化,保持新的平衡。 一定, (平衡 此时, 平衡), 例:设外加电枢电压 U 一定,T=TL (平衡),此时, 突然增加, 若TL突然增加,则调整过程为 E = KEΦn E↓ ↓ TL ↑ n↓ ↓ T↑
(3)求理想空载转速
根据(0,n0)和(TN,nN)两点,就可以作出他励电动 机的机械特性曲线。
正反转时的机械特性
2 、人为机械特性
人为机械特性是指人为地改变电动机电枢外加 电压、励磁磁通的大小以及电枢回路串接附加电 阻所得到的机械特性。直流他励电动机有三种人 为机械特性。
Ra U n= − T = n0 − ∆n 2 KeΦ Ke Kt Φ
n
d T
– U + 直流电从两电刷之间通入电枢绕组, 直流电从两电刷之间通入电枢绕组,电枢电流 方向如图所示 由于换向片和电源固定联接, 如图所示。 方向如图所示。由于换向片和电源固定联接,无论 线圈怎样转动,总是S极有效边的电流方向向里 极有效边的电流方向向里, 线圈怎样转动,总是 极有效边的电流方向向里 N 极有效边的电流方向向外。电动机电枢 极有效边的电流方向向外。电动机电枢绕组通电后 中受力(左手定则 按顺时针方向旋转。 左手定则)按顺时针方向旋转 中受力 左手定则 按顺时针方向旋转。
转子
转子部分:转子又称为电枢,包括电枢铁心、 电枢铁心、 转子部分 电枢铁心 电枢绕组、换向器、风扇、 电枢绕组、换向器、风扇、轴等
电机与电力拖动 第3章 直流电机的基本理论讲解
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3.6 直流电动机稳态运行时的基本方程式和工作特性(重点)
3.6.1 直流电动机稳态运行时的基本方程式(电压、转矩、功率)
1 电压平衡方程式
+ Ia
If +
U Ea M
U
-
-
2 转矩平衡方程式
励磁电路: U = Rf If 电枢电路: U= Ea + Ra Ia
U: 端电压;
Ea :电枢电动势; Ra :电枢回路电阻; Rf :励磁回路电阻; U>Ea时:电动机; U<Ea时:发电机;
If
Ia
Ea : 感应电动势
Uf
Ea MU
Ia :电枢电流 Ra :电枢电阻 I f :绕组电流
Rf Ra
Rf :绕组电阻
他励 I I N I f Ia
U UN Ea IaRa
U UN I f Rf
Ra
If
U
M
Rf
并励
Ea
I IN I f Ia U UN Ea IaRa
P
Ea
I
;
a
n ::转机速械;角速度, (2n ) / 60;
转矩的求法:T CT Ia
CT : 转矩常数CT ( pN ) /(2a); p : 磁极对数;
Ia:电枢电流I N ;
题2:一台他励直流电动机的额定数据为PN=17kW,UN=220V,nN=1000r/min, IN=92A,电枢绕组的电阻Ra=0.2Ω,电刷压降2△Ub=2V。试计算:(1)电 动机的额定电磁转矩。(2)理想空载转速和实际空载转速。(3)电动机的 输出转矩保持为额定值不变,在电枢回路中串入0.3Ω电阻,求电动机转速。
第3章 直流电机原理
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电机与拖动基础
结论:
由于静止电刷和旋转换向器的作用,
eBA 为脉动的直流电动势。
电机与拖动基础
直流电动势产生
1) 线圈内感应电动势的 性质; 2) 整流:机械式和电子 式;导电片又叫换向片 3) 脉振电动势的消除— —多线圈
按照一定的规律把它们连接起来,构成电枢绕组。
若流过电机的电流大于额定值,叫过载运行,损坏电 机。
电机与拖动基础
例3.1、直流发电机,PN=145KW,UN=230V, nN=1450r/min,ηN=90%,求该发电机的输入功率P1, 额定电流IN各为多少?
例3.2、直流电动机, PN=160KW,UN=220V, ηN=90%,nN=1500r/min,求该电动机的输入功率、额 定电流、额定输出转矩各为多少?
电刷 刷握 绝缘支架 压紧力调整装置
转子
换向器 电枢铁心 电枢绕组
(产生电动势,流过电 流,产生电磁转矩)
§3.2.2 直流电机的铭牌数据
1、额定值 电机制造厂按国家标准的要求,对电机的一些电量或机械
量所规定的数据 2、额定工况
电机运行时,有关电量和机械量都符合额定值的运行情况 3、常用额定数据
额定功率 PN (W) 额定电压 UN (V) 额定电流 IN (A) 额定转速 nN (r/min) 额定励磁电流 IfN (A)和励磁方式等
§3.2.1 主要结构
旋转电机结构形式必须有满足电磁和机械两方面要求 的结构,旋转电机必须具备静止和转动两大部分
• 直流电机静止部分----定子 作用 —— 产生磁场 由主磁极、换向极、机座和电刷装置等组成
• 直流电机转动部分——转子(通常称作电枢) 作用——产生电磁转矩和感应电动势 由电枢铁心和电枢绕组、换向器、风扇、轴和轴承等组
第三章 直流电机的工作原理及特性
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第三章直流电机的工作原理及特性3.1、为什么直流电记得转子要用表面有绝缘层的硅钢片叠压而成?答:直流电机的转子要用表面有绝缘层的硅钢片叠加而成是因为要防止电涡流对电能的损耗。
3.2、并励直流发电机正传时可以自励,反转时能否自励?答:不能,因为反转起始励磁电流所产生的磁场的方向与剩与磁场方向相反,这样磁场被消除,所以不能自励。
3.3、一台他励直流电动机所拖动的负载转矩T L=常数,当电枢电压或电枢附加电阻改变时,能否改变其稳定运行状态下电枢电流的大小?为什么?这时拖动系统中那些量必然要发生变化?答:T=K tφI a u=E+I a R a当电枢电压或电枢附加电阻改变时,电枢电流大小不变。
转速n与电动机的电动势都发生改变。
3.4、一台他励直流电动机在稳态下运行时,电枢反电势E=E1,如负载转矩T L=常数,外加电压和电枢电路中的电阻均不变,问减弱励磁使转速上升到新的稳态值后,电枢反电势将如何变化? 是大于,小于还是等于E1?答:T=I a K tφ,φ减弱,T是常数,I a增大。
根据E N=U N-I a R a ,所以E N减小,小于E1。
3.5、一台直流发电机,其部分铭牌数据如下:P N=180kW,U N=230V,n N=1450r/min,η=89.5%,试求:N①该发电机的额定电流;②电流保持为额定值而电压下降为100V时,原动机的输出功率(设此时η=ηN)解:①因为P N=U N I N,所以I N= P N/U N=180*1000/230=782.6A②因为η=IU/P,所以P= IU/ηN=782.6*100/89.5=87441W=87.44KW3.6、已知某他励直流电动机的铭牌数据如下:P N=7.5KW,U N=220V,n N=1500r/min,η=88.5%,试求该电机的额定电流和额定转矩。
N解:对于电动机:P N=U N I NηN所以I N= P N/( U NηN)=7500/(220*0.885)=38.52A输出转矩:T N=9.55P N/n N=9.55*7500/1500=47.75N·m3.7、一台他励直流发电机:P N=15KW,U N=230V,I N=65.3A,n N=2850r/min,R a =0.25Ω,其空载特性为:U 0/ V 115 184 230 253 265I f/A 0.442 0.802 1.2 1.686 2.10今需在额定电流下得到150V 和220 V的端电压,问其励磁电流分别应为多少?解:由空载特性得到其空载特性曲线为:E2652532302201841501150.4420.710.802 1.21.08 1.6862.10f I当U=150V 时 I f =0.71A当U=220V 时 I f =1.08A 3.8、一台他励直流电动机的铭牌数据为:P N =5.5KW ,U N =110V ,I N =62A ,n N =1000r/min ,试绘出它的固有机械特性曲线。
直流电机的工作原理
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直流电机的工作原理直流电机是一种将直流电能转换为机械能的装置。
它采用的是电磁感应的原理,通过电流在磁场中产生力矩,使得电机运转。
下面将详细介绍直流电机的工作原理。
一、电枢和磁极直流电机的关键部件是电枢和磁极。
电枢由绕组和电刷组成,绕组通常采用导电性能较好的铜线绕制,而电刷则由导电材料制成。
磁极由磁场产生器、磁铁等组成,其作用是产生均匀的磁场。
二、电磁感应在直流电机中,电枢通常由一对相互独立的绕组组成,分别称为电枢绕组和励磁绕组。
当外加电源将电流引入电枢绕组时,电枢绕组中产生的磁场与励磁绕组产生的磁场叠加,形成一个整体的磁场。
三、力矩产生当直流电机接通电源后,电枢中的电流开始流动。
根据洛伦兹力的原理,当导体在磁场中运动时,会受到一个力的作用。
在直流电机中,这个力会产生一个力矩,使电枢开始旋转。
电枢的旋转会改变磁通量的大小和方向,从而产生电感应电动势。
根据霍尔定律,电感应电动势的方向与电流变化方向相反。
这个电感应电动势会阻碍电枢继续增大电流,形成一个反作用力。
当力矩与反作用力达到平衡时,电枢将保持旋转。
四、换向器的作用为了使电枢继续旋转,需要不断改变电枢绕组的电流方向。
这就需要通过一个特殊的装置——换向器来实现。
换向器可以使电流方向周期性地变换,从而改变磁场方向,使得电枢继续运转。
五、直流电机的应用直流电机广泛应用于工业、交通、家电等领域。
在工业领域,直流电机被用于驱动各种机械设备,如风机、水泵、制造机械等。
在交通领域,直流电机被应用于电动汽车、电动自行车等。
在家电领域,直流电机被用于冰箱、洗衣机、吸尘器等家电产品。
总结起来,直流电机的工作原理是通过电磁感应的方式,利用洛伦兹力产生力矩,使得电机转动。
电枢和磁极是直流电机的关键部件。
通过换向器的作用,改变电枢绕组的电流方向,实现电机的连续运转。
直流电机在各个领域都有广泛的应用,促进了社会的发展和进步。
第三章 直流电机
![第三章 直流电机](https://img.taocdn.com/s3/m/a6f563e00975f46527d3e169.png)
(1)用原动机拖动电枢逆时 针方向恒速转动(原动机输入 机械力【机械功率】) (2)线圈边ab和cd以相同转 速顺次切割不同极性磁极下的 磁场,线圈中产生了交变的电 动势;(机械能转换为电能) (3)换向器配合电刷对电流 的换向作用,电刷A、B端的 电动势为直流电动势。(交流 转换为直流)
Flash:电刷上的电动势
一台直流电机作为
电动机运行——在直流电机的两电刷端上加上直流电压,电枢旋 转,拖动生产机械旋转 ,输出机械能;
电能转换为机械能
发电机运行——用原动机拖动直流电机的电枢,电刷端引出直流 电动势,作为直流电源,输出电能。
机械能转为电能
注意:不要孤立的看待发电机和电动机问题
视频:直流发电机-直流电动机系统
换向器节距:yc=(K-1)/p=7
元件数S=槽数Q=换向片数K=15;
yc =8-1=7
y1=4-1=3
电流流向: A1—5号换向片-5上-8下-12上-15下-4上-7下-11上-14下 -3上-6下-10上-13下-2上-5下-12号换向片-B1 A2—12号换向片4上-7下-11上-14下-3上--6下-10上-3下 -15上-15号换向片-B2
N
N - U +
+ U -
S
S
由电磁力产生转矩的过程:
(1)线圈ax中通入直流电流时,电流从 a端流入,从x端流出;
B
A(2)线圈边a和x上均受到电磁力,根
据左手定则确定力的方向。 (3)这一对电磁力形成了作用于电枢 的一个电磁转矩,将产生逆时针旋转。
把这个装有线圈的铁质 圆柱体称为电枢。 (1)按照这种模式下,电枢将如何运动?
P 1
额定电流
N
PN
12 13.45(kw) 0.892
电机学第三章 直流电机的稳态分析
![电机学第三章 直流电机的稳态分析](https://img.taocdn.com/s3/m/0e770cc88bd63186bcebbcba.png)
展开直流电机的转子
N
1 2 3 4 5
单叠绕组的设计
τ
τ
τ
τ
N
1 2 3 4 5 6
S
7 8 9 10
N
11 12 13 14
S
15 16 1
单叠绕组的设计
N
1 2 3 4 5 6
S
7 8 9 10
N
11 12 13 14
S
15 16
1
2
单叠绕组的设计
N
1 2 3 4 5 6
S
7 8 9 10
一 、空载气隙磁场
气隙磁场是产生感应电动势并进行能量转换的场所
平顶波
二 、负载时的电枢磁动势和电枢反应
安培环路定律 当电枢电流Ia不是零时(负载时电枢输出或输入电流),绕 组中的电流也会产生磁场,称其为电枢磁场。 此时,气隙磁场就由主机磁动势和电枢磁动势两者合成的磁 动势建立磁场。 由前面分析直流电机中电刷(固定的)是电枢表面导体中电 流方向的分界线(电枢磁势的轴线总是与电刷轴线重合), 因此电枢电流建立的电枢磁动势与电刷位置有关,下面分别 讨论不同电刷位置时的电枢磁动势。
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。 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。
元件的概念
上元件边 前端接
N S
前端接
下元件边
换向片
电枢绕组的元件
线圈在槽中的安排
1. 元件数等于虚槽数 2.每一个元件两个边接到两个换向片上,每一个换向片接两个 元件的边,因此元件数等于换向片数
第三章 直流电机的稳态分析
直流电机是电机的主要类型之一 1.直流电动机以其良好的启动性能和调速性能著称。 2.直流发电机供电质量较好,常常作为励磁电源。 结构较复杂 直流电机 成本较高 可靠性较差 近年来,与电力电子装置结合而具有直流电机性能 的电机不断涌现,使直流电机有被取代的趋势。尽 管如此,直流电机仍有一定的理论意义和实用价值! 使它的应用受到限制
第3章 直流电机的工作原理及特性
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直流电机的磁路
二、直流电机的工作原理
1.直流电机具有可逆性
一台直流电机原则上既可以作为电动机运行,也可以 作为发电机运行,只是外界条件不同而已。
发电机——若用原动机拖动电枢恒速旋转,就可以从
电刷端引出直流电动势而作为直流电源对负载供电; 电动机——若在电刷端外加直流电压,电机就可以带 动轴上的机械负载旋转,从而把电能转变成机械能。 这种同一台电机能作电动机或作发电机运行的原理, 在电机理论中称为可逆原理。
(1) 转矩方程式 T = KtΦIa (2) 电势方程式 E = KeΦ n (3) 电压平衡方程式 U=E+IaRa
他励电动机的 机械特性
一、直流他励电动机的机械特性表达式
Ra U n T 2 K eΦ K e K tΦ n 0 n
其中:n0 为理想空载转速 n0′为实际空载转速 △n 为转速降
概述
直流电机的铭牌数据
额定功率PN
指轴上输出 电动机 发电机 指电刷间输出 额定条件下电机 的机械功率 的额定电功率 所能提供的功率 额定电压U N 额定电流I N 在额定工况下,电机 在额定电压下,运行于 出线端的平均电压 额定转速n 额定功率时对应的电流
N
发电机:是指输出额定电压; 电动机:是指输入额定电压。
④学会用机械特性的四个象限分析直流电动机运行状态;
⑤学会根据他励直流电动机的铭牌技术数据,确定电动 机启动等运行特性。
重点
由于机械特性是根据转矩、电势、电压平衡方程式推
导出来的,而机械特性又是分析启动、调速和制动特 性的依据,所以机械特性是电动机内容的重中之重;
他励直流电动机的启动特性;
他励直流电动机的调压调速特性。
直流发电机工作原理图
机电传动控制 第3章 直流电机
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机电传动控制第3章直流电机的工作原理及特性各种各样的电机常用的电机主要分为两大类:驱动电机:是设备的主要动力源,包括各类交流、直流电动机及步进电动机。
交流异步电动机较之其他类型的电动机结构简单,价格便宜,运行可靠,维护方便,应用广泛。
控制电机:常见的有步进电动机、交流伺服电动机、直流伺服电动机、测速发电机等,这类电机的主要任务时转换和传递控制信号,能量传递时次要的。
常用电机分类:第3章直流电机的工作原理及特性电机分为直流电机和交流电机。
直流电机——工作电压或输出电压为直流电压。
交流电机——工作电压为交流电压。
直流电机:直流电动机——将电能转换成机械能。
直流发电机——将机械能转换成电能。
直流电机与交流电机的比较交流电机较直流电机的结构简单,制造容易,维护方便,运行可靠;直流电机有交流电机不可比拟的启动和调速性能;直流电机更适合于调速要求高、正反转、启动和制动频繁的场合;直流电机即可做电动机用,又可作发电机用。
3.1 直流电机的基本结构和工作原理一、直流电机的基本结构包括定子、转子和换向器实际直流电机构造定子实际直流电机构造转子换向片剖视图3.1 直流电机的基本结构和工作原理一、直流电机的基本结构3.1 直流电机的基本结构和工作原理一、直流电机的基本结构3.1 直流电机的基本结构和工作原理一、直流电机的基本结构定子部分:主要由主磁极、换向极(铁芯)和绕在上面的励磁绕组等组成。
作用:产生主磁场和支撑电机转子部分:主要由电枢铁芯、电枢绕组、换向器等组成。
作用:产生感应电动势和机械转矩,实现能量转换。
主磁极:产生气隙磁场,以便电枢绕组在此磁场中转动而感应电势。
产生磁场有两种方法,一是采用永久磁铁作主磁极——永磁直流电机(绝大部分的微小型直流电机);二是由励磁绕组通以直流电流来建立磁场(中大型直流电机) 。
电枢铁芯:主磁通磁路的一部分,嵌置电枢绕组。
一般用0.5或0.35毫米厚的涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成,以防涡流。
《电机与电气控制技术》第2版习题解答第三章直流电机
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《电机与电⽓控制技术》第2版习题解答第三章直流电机《电机与电⽓控制技术》第2版习题解答第三章直流电机3-1直流电机中为何要⽤电刷和换向器,它们有何作⽤?答:直流发电机与直流电动机的电刷是直流电压、电流引出与引⼊的装置。
在发电机中换向器是将电枢元件中的交变电势度换为电刷向直流电势;在电动机中换向器使外加直流电流变为电枢元件中的交流电流,产⽣恒定⽅向的转矩,使电枢旋转。
3-4阐明直流电动机电磁转矩和电枢电动势公式T=C tφI a1,E a=C eφn中各物理量的涵义。
答:直流电动机电磁转矩T=C TφI a式中C T:与电动机结构有关的常数,称转矩系数;φ:每极磁通;I a:电枢电流、T:电磁转矩。
直流电动机电枢电动势公式E a=C eφn式中:C e:与电动机结构有关的另⼀常数,称电动势系数;φ:每极磁通;n:电动机转速;E a:电枢电动势。
3-5直流电动机电枢电动势为何称为反电动势?答:直流电动机电枢转动时,电枢绕组导体切割磁⼒线,产⽣感应电动势,由于该电动势⽅向与电枢电流的⽅向相反,故称为反电动势。
3-6试写出直流电动机的基本⽅程式,它们的物理意义各是什么?答:直流电动机的基本⽅程式有电动势平衡⽅程式、功率平衡⽅程式和转矩平衡⽅程式。
1)电动势平衡⽅程式:U=E a+I a R a式中U:电枢电压;E a:电枢电动势;I a:电枢电流;R a:电枢回路中内电阻。
2)功率平衡⽅程式:电动机的输⼊电功率P1=P em+P cua式中P em:电磁功率P cua:电枢绕组的铜损电动机输出的机械功率:P2=P em-P Fe-P m=P1-P cua-P Fe-P m式中P Fe:电枢铁⼼损耗;P m:机械损耗;P1:电动机输⼊的电功率。
3)转矩平衡⽅程式:T2=T-T0式中T2:电动机轴上输出的机械转矩;T:电动机电磁转矩;T0:空载转矩。
3.7.何谓直流电动机的机械特性,写出他励直流电动机的机械特性⽅程式。
第三章 直流电机原理(最新)
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3.1直流电机的用途、结构及基本工作原理 直流电机的用途、 直流电机的用途 3.2直流电机的励磁磁场 直流电机的励磁磁场 3.3直流电机的电枢绕组 直流电机的电枢绕组 3.4 直流电机的负载磁场及电枢反应 3.5 直流电机的感应电势与电磁转矩 3.6 直流发电机 3.7 直流电动机 3.8 直流电机的换向
1.定子 定子
主磁极; 换向磁极; 机座; 主磁极; 换向磁极; 机座;电刷
主磁极 主磁极的作 用是建立主磁场。 用是建立主磁场。
S N N S
主磁极
换向磁极
换向极:它的作用是改善直流电机的换向情况, 换向极 它的作用是改善直流电机的换向情况, 它的作用是改善直流电机的换向情况 使电机运行时不产生有害的火花。 使电机运行时不产生有害的火花。
– – – – 调速范围广,平滑。 过载、起动、制动转矩大。 易于控制,可靠性高 调速时能量损耗小
• 直流电机缺点
– 换向困难 – 结构复杂,维修不方便 – 价格高
用途、 §3-1用途、结构及基本工作原理 用途
二、直流电机的工作原理
(1)直流发电机的工作原理
Shockwave Flash Object
第二节矩y2:在相串连的两个元件中,第一个元件的下层 第二节矩 边与第二个元件的上层边在电枢表面上所跨的距离,称为 第二节矩。第二节矩用y2表示,也用虚槽数计算。
合成节矩y:相串连的两个元件的对应边在电枢表面所跨的距 合成节矩y 离,称为合成节矩。 叠绕组: 叠绕组:y = y1 - y2
Shockwave Flash Object
随着的增大,铁心部分所需磁势 将很快增大,磁化曲线偏离气隙 线而开始弯曲,进入饱和区. 饱和系数 Φ0 a b c
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工作特性:U=UN,If = IfN,电枢回路不串电阻的情况下,负载P2变化时,
电机的转速n、转矩T、效率η分别随输出功率P2变化的关系曲线。 一、转速特性 n = f (P2)
U Ea Ra Ia 2Us Cen Ra Ia 2Us
n U 2Us Ra Ia
nN
P2增大,所以n = f(P2)是一条较平的下 降曲线(硬特性)。
O
PN
P2
二、转矩特性T = f (P2)
T
T2 T0
P2
2n
T0
60
❖他励直流电动机在负载变化时,转速变化很小,可以近似认为T0 = 常数。
❖如果不考虑转速的变化,则T = f (P2)为一条直线,考虑到转速略有下降,
所以T =f (P2) 为一条略微上翘的曲线。 三、效率特性 η = f (P2)
n0
T T2
❖可以根据本教材2.3.2小节介绍的方
n
法计算。
P1 UI Ea Ra Ia 2Us Ia
Ea Ia Ra Ia2 2Us Ia
T0
P2
PM pa pb
O
P2 pm pFe p pa pb
P2 p
P2 P2 p
2.4.3 他励直流电动机机械特性 机械特性:n = f ( T )是指U=UN,If = IfN 时,改变负载的过程中,转速n 随电磁转矩T 变化的函数关系。
(3)减少电动机气隙磁通的人为机械特性
n U Ra T Ce CeCT 2
n0
Φ减少时,n0增大同时β增大。
O
Ra Ra Rp1 Ra Rp2 Ra Rp3
T
U1 U2 U3 U4
T
4 3 2 1
T
2.4.4 串励直流电动机的机械特性
n
U Ce
Ra CeCT 2
T
n0
T
I
Rc
U
Ia
n
Ea
❖为了在限定的电流Ist下获得较大的启动转矩Tst,应该使磁通Φ尽可能大 些,因此启动时串联在励磁回路的电阻应全部切除。 ❖有了一定的转速n后,电势Ea不再为0,电流 Ist 会逐步减小,转矩Tst也 会逐步减小。 ❖为了在启动过程中始终保持足够大的启动转矩,一般将启动器设计为多 级,随着转速n的增大,串在电枢回路的启动电阻Rst逐级切除,进入稳态 后全部切除。 ❖启动电阻Rst一般设计为短时运行方式,不容许长时间通过较大的电流 。 2. 他励电动机降压启动
n
❖U =UN, Φ=ΦN, Rp=0时的机械特性称
为固有机械特性。其方程为
n
U Ce N
Ra
CeCT
2 N
T
n0 nN
❖由于Ra很小,转矩T增大时,n下降很 小,他励电动机的固有机械特性是一条
比较平的下降曲线。(即属硬特性)
O
TN T
二、人为(人工)机械特性 n = f (T )
❖改变三个量U、Φ、Rp之一而其他量
❖串励电动机转矩增大时转速在减少,功率增
加缓慢,故该电机过载能力较强。
O
TN
T
2.5 直流电动机的起动、调速和制动
2.5.1 直流电动机的启动
一、启动过程及其要求
❖电动机接到规定的电源后,转速从0上升到稳态转速的过程称为启动过程。
❖合闸瞬间的启动电流很大,可达 (10~20)IN
n
0, Ea
Cen
不变时可以得到人为机械特性。
n0 n
(1)电枢回路串电阻时的人为机械特性
n
U Ce N
Ra Rp CeCT 2N
T
❖对应于不同的Rp可以得到一簇斜率不同射线。
(2)改变电枢电压(U<UN)的人为机械特性
n
U Ce N
Ra
CeCT
2 N
T
O n0 n
O
❖斜率不变,理想空载转速 n0 不同的一簇平行线。 n2
T
n0
T
❖对应于三种人为机械特性,他励直流电动机的调速方法有三种: (1)改变电枢电压U; (2)改变励磁电流即改变磁通Φ; (3)电枢串入电阻Rp。
一、改变电枢电压调速
0, I
U
Ea Ra
U Ra
❖这样大的启动电流会引起电机换向困难,并使供电线路产生很大的压 降。因此必须采取适当的措施限制启动电流。
对启动的要求:
(1)启动电流要限制在安全范围内; (2)启动转矩足够大; (3)启动设备要简单便可靠。
二、直流电动机的启动方法
1. 电枢回路串电阻启动
❖最初启动电流:Ist =U / ( Ra+ Rst ) ❖最初启动转矩:Tst=CT Φ Ist
一、机械特性方程式 n=f ( T )
❖用电枢回路总电阻考虑电刷接触压降。
U
n
Ra Rp
Ce
Ia ,
T Ia CT ,
n
U Ce
Ra Rp CeCT 2
T
n0
T
❖ n0 =U/(CeΦ) 为理想空载转速,β = (Ra+Rp ) / (CeCTΦ2) 为斜率。
二、固有机械特性 n=f(T)
❖对他励电动机,可采用专门设备降低电枢回路的电压以减小启动电流。 ❖串励与复励电动机启动方法基本上与并励电动机相同,即采用电枢回路 串电阻的方法减小启动电流。串励电动机绝对不允许空载启动。(下) ❖串电阻启动设备简单,投资小,但启动电阻上要消耗能量;电枢降压启 动设备投资较大,但启动过程节能。
2.5.2 他励直流电动机调速方法
❖串励电动机的励磁绕组与电枢绕组
串联,所以Ra是电枢绕组与串励绕组 电阻之和且串励电流 I = Ia,故 令
Φ= K I , 可得T=CTΦIa=CT K Ia2,
n U Ra CT KU Ra CekI CeK CeK T CeK
❖电压不变时,n 与 T 反比当负载转矩增大时,转速n下降很快 (软特性) 。
Ce
Ce
影响转速 n 的因素有二:(1)电流Ia增大时电枢电阻压将IaRa也增大,使 转速趋于下降;(2)电流增大时,电枢反应的去磁作用使得磁通Φ下降,
使转速趋于上升。
一般电阻压降的影响较大,所以随着 电流的增大,电动机转速降低。由于
n n0
电阻Ra的值很小,所以转速下降比较 平缓。电流增大,电压恒定时意味着
❖上述结论是在负载较小、电流较小电机不饱和的情况下得出的。
❖当电流增加到一定程度时,磁路饱和,变化甚微, n
n = f (T) 变成斜率很小的一次曲线。(特性变硬)
❖当负载转矩很小时,T也很小,n会达到危险的
高值,所以串励电动机不允许空载启动和运行。 nN
❖同样大的起动电流时,串励电动机能产生更 大的启动转矩,常用于启动较为困难的场合。