《直流电机基础》PPT课件

2
Bxldx
2
Ia 2aai
重要结论： TemCMIa
CM
pZ
2a
〔CM为转矩系数、转矩常数〕
特点： ·增加电机磁极对数p或总导体数 Z可增大电磁转矩。 TemCTIa，CT＝CM＝常数
·对他励DCCM －M60，9不.55考虑电枢反 响影响时、Ce励磁2电流恒定时，有
七、直流电机的换向
1、换向的电磁现象
〔3〕dx区间内导体所建d立 T 的T x(转D Z a矩d：)x B xlai2 Z dx
〔4T 〕主 2 2d 极 T 下Z 2 a 导i 2 2 体B xl产d 生其Z 2 x a 的中i转磁矩通：
T e m 2 p 2 T p 2 Z 2 2 a a a 2 i p a I a Z C M I a
Z 直流 F 发电机 D 电动机 W 卧式 L 立式
直流电机
O 封闭 C 船用 K 高速 Q 牵引 Y 冶金
2、直流电机的额定值：
〔1〕额定功率 PN 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 “W〞。当功率大于1kW或1MW时, 那么用“kW〞或“MW〞表示。
注意：
对于直流发电机，PN是指输出的电功率，它等于额 定电压和额定电流的乘积。PN＝UNIN
〔1〕电抗电动势 exeL eM L xd d ai tL x2 T iK a 〔2〕电枢反响电动势 e a ea2NyBalv
2、改善换向的方法
3、补偿绕组
B a x 0H a x 0F a(xT)
Fa xy
1
2iaNy(A),2x2
Faxy 12iaNy(A),2x32
N
N
N
几何
中性线
B＝0
几何
中性线
物理中性线
S
电枢磁场分布
S
带负载 磁场分布
S
六、感应电动势和电磁转矩的计算
1、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360度或2π弧度。
❖ 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。
+
i A
F n
B -
φi
b
N
a
ic
d F
φ S 电动机模型
+
φ N
An a d
eb
c e
φ

S
发电机模型
-
结论3:
·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．
电刷
+
U
–
换向片
FE
N IE
F
I
S
由右手定那么，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。
直流发电机
n 原动机
+
φ
eb
N
换A n a e
c
向
d
片
φ
B
S
电刷
发电机模型
-
用右手定那么,判感应电动势Ea的方向
E
+
Ia
N
E
U
–
S
结论2:
❖ 在直流发电机中，电枢线圈内的电动势是交 变的。
〔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。
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。上面标着电机的 型号和各种额定数据，是正确使用电机的依据。
1、直流电机型号
Z2 72
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）
2. 转子〔转动局部，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。
四、直流电机的电枢绕组
电枢绕组是直流电机的电路局部，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：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。
1.主要分类
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、 波绕组和蛙形绕组。
a
d
φ S
i b 线圈 i c 电枢
气隙
F
电动机模型1
-
主磁极
+
φ N
in d
a F
φ S
i c 线圈
F i
b 电枢
气隙
电动机模型1
-
结论1:
❖ 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那么是交变的。
❖ 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。
二、 直流电机的构造
直流电机主要由定子和转子和两大局部构成。 机座
磁极
转子 励磁式直流电动机构造
励磁 绕组
1. 定子〔静止局部〕
主要作用有两个： 〔1〕建立主磁场； 〔2〕起整个电机的固定和支撑作用。 主要组成部件及功能： 〔1〕主磁极：产生主磁场。 〔2〕换向极〔又称附加极〕：改善直流电机的换向。 〔3〕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局部，构 成磁极间的通路。机座中有磁通经过的局部称为磁轭。 〔4〕电刷：将直流电压、直流电流引入或引出的装置。 〔5〕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。
解 额定输入功率
P 1 PN N0.1 80 86 1.1 2k9W
额定电流
INP U N N 1 N 30 2 1 2 0 0 1 .8 3 0 0 8 56 .3 1 A
额定输出转矩
T 2 N 9 .5 n P 5 N N 9 .5 1 5 1 1 0 5 3 0 6 0 .7 N 3 0 m
m
机械角速度 [弧度/秒]= 2 n
60
电角度 ：e 电枢旋转经过2个极距，电角度变化360度或2π弧度。 e pm
电角速度
＝ pp2n
60
Ea为支路各串联绕组元件内感应电动势之和。
·任一元件转过τ， ＝ ，2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：eNy；ddt 为每N 个y 绕组元件的匝数。
对于直流电动机，PN是指输出的机械功率，所以公 式中还应有效率ηN存在。PN＝UNINηN
〔2〕额定电压 UN 指额定状态下电枢出线端的电压，单位为“V〞。
〔3〕额定电流 IN 指电机在额定电压、额定功率时的电枢电流值，单位
为“A〞。 〔4〕额定转速 nN
指电机在额定状态下运行时电机转子的转速，单位为 “r/min〞。 〔5〕励磁方式和额定励磁电流 IfN
一、直流电机的工作原理
电刷
N
I
+
U I
–
0
换向片
S
直流电源
电刷
换向器
线圈
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。
直流电动机
电刷
+
U
–
换向片
F
N
I F
I
S
由左手定那么，通电线圈在磁场的作用下，使线圈逆 时针旋转。
主磁极
+
i
F n
φ N
2、绕组的根本型式
3、单叠绕组展开图
画图步骤：
1.画出元件 2.放主磁极
3.画出换向器 4.连绕组 5.电刷位置和电枢绕组的并联支路数
单叠绕组特点：
1.并联支路数等于主磁极数 2a=2P； P-主磁极对数； a-支路对数
2.电刷数等于主磁极数 2b=2P； b-电刷对数
3.电枢的电势等于支路的电势。 4.电枢总电流等于各支路电流之和。
重要结论：Ea Ce n
Ce
pZ 60a
〔电势系数、电势常数〕
Kf If
2、电磁转矩的计算
∵B(x)是x的函数→某一根导体的T(x) →dx弧长内导体所建立的dT
→
2
dT
→T
2
Tem2pT
〔1〕 1根导 体F x： B x lai T x (B x laiD 2 a)
Z
〔2〕dx弧长中的导体数〔假设导体在电枢外表Da均dx分，总数Z〕：
··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。
··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。
小结：
1、直流发电机的根本原理 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。
五、直流电机的磁场
1、直流电机的励磁方式
〔1〕他励直流电机
〔3〕串励直流电机
〔2〕并励直流电机 〔4〕复励直流电机
2、直流电机的空载磁场 〔1〕直流电机的磁路
主磁通
极身
S
漏磁通
定子磁轭
励磁绕组
N
极靴
气隙 电枢齿
电枢磁轭 主磁感应线：N极－N极下气隙－电枢铁心－相邻S极下气隙－相邻S极－
四极直流电机空载时磁场示意图
〔2〕空载时空气隙磁通密度的分布曲线 〔3〕直流电机的磁化曲线
3、直流电机负载时的磁场及电枢反响
阶梯级数为 1S2 S
2 2P 2P
阶梯形波或三角形波的幅值为
电枢F a 磁 x场iaN 的y2 磁S P 密 N D 沿a a电2 i 枢A 2 外(A 表)分布曲线
电枢反响的作用：
〔一〕负载时气隙磁场发生了畸变 〔二〕呈去磁作用
·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 e ,即t
t
2 4
E av N y tN y N y
N y6p 0n
p2 n
60
·电枢绕组总元件数为S，每支路串联元件数为 Z2SNy ·电枢外表总导体数： S
2 a
·电枢电动势 E a 2 S a E a v 2 S a N y 4 6 p 0 6 p n a n 0 Z C en
《直流电机基础》PPT课 件
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第一节 直流电机根底
一、直流电机的工作原理 二、直流电机的根本构造 三、直流电机的铭牌数据 四、直流电机的电枢绕组 五、直流电机的磁场 六、直流电机的的感应电势和电磁转矩 七、直流电机的换向
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TN、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。
例1-1 某台直流电动机的额定值为：PN=10kW， UN=220V， nN=1500r/miNn, =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。