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第一篇 直流电机一. 直流电机(DC Machines)概述直流电机是电机的主要类型之一。

直流电机可作为发电机使用,也可作为电动机使用。

用作发电机可以获得直流电源,用作电动机,由于其具有良好的调速性能,在许多调速性能要求较高的场合,得到广泛使用。

直流电机的用途:作电源用:发电机;作动力用:电动机;信号的传递:测速发电机,伺服电机作电源用:直流发电机将机械能转化为直流电能作动力用:直流电动机将直流电能转化为机械能信号传递:直流测速发电机将机械信号转换为电信号信号传递-直流伺服电动机将控制电信号转换为机械信号二. 直流电机的优缺点1.直流发电机的电势波形较好,受电磁干扰的影响小。

2.直流电动机的调速范围宽广,调速特性平滑。

3.直流电动机过载能力较强,起动和制动转矩较大。

4.由于存在换向器,其制造复杂,成本较高。

第1章 直流电机的工作原理和结构1-1 直流电机工作原理一、原理图(物理模型图)磁极对N、S不动, 线圈(绕组)abcd 旋转, 换向片1、2旋转, 电刷及出线A、B不动二、直流发电机原理(机械能--->直流电能)( Principles of DC Generator)1.原动机拖动电枢以转速n(r/min)旋转;2.电机内部有磁场存在;或定子(不动部件)上的励磁绕组通过直流电流(称为励磁电流I f)时产生恒定磁场(励磁磁场,主磁场) (magnetic field, field pole)3.电枢线圈的导体中将产生感应电势 e = B l v ,但导体电势为交流电,而经过换向器与电刷的作用可以引出直流电势E AB,以便输出直流电能。

(看原理图1,看原理图2)(commutator and brush)1.问题1-1:直流电机电枢单个导体中感应电势的性质?2.问题1-2:直流电机通过电刷引出的感应电势的性质?3.看直流发电机原理动画4.问题1-3:直流发电机如何得到幅值较为恒定的直流电势?5.为了得到稳定的直流电势,直流电机的电枢圆周上一般有多个线圈分布在不同的位置,并通过多个换向片联接成电枢绕组。

2024年电机学完整版课件(经典)

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空载电流包含两个分量,一个是励磁分量,作用是建立 磁场,产生主磁通——无功分量;另一个是铁耗分量,作 用是供变压器铁心损耗——有功分量。
性质:由于空载电流的励磁分量远大于铁耗分量,所以空载 电流主要是感性无功性质——也称励磁电流;
空载电流
空载电流 I 0
磁化电流 I ——产生磁通。 它与磁通同相位,是无功分量。
的正方向:
由电压的正方向决定,为从A “正电压产生正电流”
XI1
Φ 的正方向: 根据电流I1的正方向,用右手螺旋法则规定
磁通Φ的正方向。“正电流产生正磁通”
2 正方向的规定
原边电动势的正方向与电 流I1的正方向相同(由上 指向下)。
E
的正方向:
2
原副绕组由同一磁通交链,故电动势E2的正方向 亦由上指向下(与原边电动势方向相同)。
E1
E1m 2
N1 m
2
2πfN 1 m
2
4.44
fN 1 m
E2
E2m 2
N2m
2
2πfN 2m
2
4.44
fN 2m
E1和E2的相量表达 式
E1 j4.44 fN1m
E2 j4.44 fN 2m
可见,感应电势的大小与匝数和主磁通幅值成正比,相 位滞后于主磁通相量90°。
2、空载电流
,根据额定容量和额定电压计算出来的线电流。
[例3-1] 有一台三相油浸自冷式铝线电力变压器,
SN 160 kV A
Y, yn0联结 U1N /U2N 35kV / 0.4kV
试求一次、二次绕组的额定电流。
解:
I1N
SN 3U1N
160103 A 2.64A
3 35103

《电机学完整》课件

《电机学完整》课件
直流电机控制精度高,响应速度快,适用于需要精确控制速度的场合。
直流电机控制精度高,响应速度快,因此适用于需要精确控制速度的场合,如数控机床、机器人等。同时,直流电机也具有较好的过载能力和启动性能。
总结词
通过改变交流电机的输入电源频率、电压或相位,实现对交流电机启动、制动、调速的目的。
总结词
交流电机结构简单、价格便宜、维护方便,适用于大规模生产和应用。
交流电机是指输入交流电能,输出机械能的电机。
根据工作原理的不同,交流电机可以分为异步电机和同步电机两大类。
交流电机具有结构简单、维护方便、可靠性高等优点,因此在电力、冶金、化工等领域得到广泛应用。
电机的运行原理
直流电机的基本结构
01
直流电机由定子和转子组成,定子包括主磁极和励磁绕组,转子包括电枢绕组和换向器。
专业保养
可能是电源问题、电机内部故障或负载过大。需要检查电源、电机和负载情况,找出具体原因并解决。
启动困难
可能是电机过载、通风不良或润滑不足。需要检查电机的运行状态、通风情况以及润滑情况,找出具体原因并解决。
过热
可能是电机内部有故障、轴承损坏或机械不平衡作原理
02
当直流电流通过励磁绕组时,主磁极产生磁场;当电枢绕组中有电流通过时,受到磁场的作用而产生电磁转矩,从而使转子转动。
直流电机的调速与控制
03
通过改变输入到电枢绕组的电流大小或方向,可以调节直流电机的转速或转向。
交流电机分为异步电机和同步电机,异步电机主要由定子和转子组成,同步电机还包括励磁绕组和集电环。
详细描述
交流电机结构简单、价格便宜、维护方便,因此在大规模生产和应用中得到广泛应用。同时,交流电机也具有较高的效率和可靠性。

西安交大的电机学课件19第六篇、第21、22章见电工学24章第十章课件的17、18、19章

西安交大的电机学课件19第六篇、第21、22章见电工学24章第十章课件的17、18、19章
8
结论:
当电机对称运行时,则电枢电流产生的全部磁通感应的电势
如下描述
Ead Eaq E jId X ad jIq X aq j Id Iq X
jId X ad X j X aq X Iq jId X d jIq X q
Ead ad Fad Id X ad — 称直轴电枢反应电抗 Eaq aq Faq Iq X aq — 称交轴电枢反应电抗
则感应电势用电抗压降来表示:
Ead jId X ad Eaq jIq X aq 而 E jIa X j(I d I q ) X
(稳态运行时)
以上凸极机4个电抗
X d 凸极式同步电机的直轴同步电抗;
X q 凸极式同步电机的交轴同步电抗;
X ad X aq

凸极式同步电机的直轴电枢反应电抗; 凸极式同步电机的交轴电枢反应电抗 。
前述隐极机3个电抗
X a 隐极式同步电机的电枢反应电抗; X S 隐极式同步电机的同步电抗; X 同步电机的漏磁电抗 。
I f Ff n f E0
I F Fad ad Ead
a
a
Faq aq Eaq
U
Ia E
E0 Ead Eaq E U
故得电势平衡方程式:
E0 U (Ead Eaq E ) E0 U jIq X q jId X d
18
3、空载特性试验的用途
① 判断电机设计是否合理,确定磁路的 饱和程度。
② 可判断励磁系统的故障以及三相绕 组的对称性。
③ 空载特性结合短路特性(在后面介 绍 )可以求取同步电抗的不饱和值。

最新西安交大《电机与拖动基础》精品课件 第 6章 永磁同步电机的原理及仿真

最新西安交大《电机与拖动基础》精品课件 第 6章  永磁同步电机的原理及仿真
生足够大的磁场强度,与通电后的定子绕组相互作用 产生转矩,以驱动自身的运转。转子铁心可以做成实
心的,也可以用叠片叠压而成。
6.2
永磁同步电机的结构
转子上安装有永磁体,转子铁心上可以装电枢绕组。为 了减少电机的杂散损耗,定子绕组通常采用星形接法。
图6-1
永磁同步电机的结构示意图
6.2
永磁同步电机的结构
6.3
永磁同步电机调速系统的数学模型
每种控制策略都有其优缺点,但是针对永磁同步 电机不同控制目标下的矢量控制策略进行比较分析,
Id=0控制。Id=0控制称为
磁场定向控制,这种控制方法简单,计算量小,没有
Id=0电流控制旨在将永磁同步电机d轴电流控
制为零,是永磁同步电机最常用的控制策略。将代入 永磁同步电机转矩方程有 Ts=1.5pψ fisq
本节所研究的对象为表面式PMSM,它与普
通电励磁同步电机的定子一样有A、B、C三相对称 绕组,转子上安装有永磁体,定子和转子通过气隙
磁场存在电磁耦合关系。定子和转子之间存在相对
运动,使得这种电磁耦合关系十分复杂,给电机的 分析和控制带来了困难。为了简化永磁同步电机的 数学模型,进行如下假设:
6.3
6.2
永磁同步电机的结构
对于无刷直流电机构成的运动控制系统,通常有着成
本低廉、材料利用率高及控制方式简单等优点。但由于无
刷直流电机原理上存在固有缺陷,使得其转矩脉动较大, 铁心附加损耗较大,因此,只适用于一般精度及性能要求 的场合。交流永磁同步电机作为一种特殊的同步电机,它 能够克服无刷直流电机驱动系统的不足,具有优良的控制 性能,在交流驱动系统中的应用更为广泛。目前,永磁同 步电机已经成为高性能驱动系统的主体。
式中,uA、uB、uC为定子相电压;r为定子绕组每相电阻;iA、iB、 iC为定子相电流。

西安交大讲义-三相异步电机

西安交大讲义-三相异步电机
t
iA
iC
Im
iB
t
n1
n1
改变电机的旋转方向:换接其中两相。
旋转磁场的转速大小
一个电流周期,旋转磁场在空间转过360°
电流频率为 f Hz,则磁场1/f秒旋转1圈,每秒旋 转f圈。每分钟旋转:
n1 = 60 f ( 转 / 分)
n1称为同步转速
f = 50 Hz , n1 = 3000转 / 分
极对数(P)的概念
C S
Z'
Y
ωt = 0
A'
ω t = 60 °
60 f (转/分) n1 = p
Im
iA i B i C
t
三相异步电动机的同步转速
n1 =
60 f (转/分) p
同步转速
极对数
每个电流周期 磁场转过的空间角度
( f = 50 Hz )
n1
p =1
p=2 p=3
360 ° 180 ° 120 °
3000 (转/分) 1500 (转/分) 1000 (转/分)
第11讲
第8章
交流电动机
西安交通大学
电机教研室
第8章 交流电动机
8.1 三相异步电动机的结构与工作原理 8.2 三相异步电动机的机械特性 8.3 三相异步电动机的使用
电动机的分类
交流电动机 异步机 同步机 鼠笼式 绕线式
电动机
直流电动机 他励、异励、串励、复励
鼠笼式异步交流电动机授课内容: 基本结构、工作原理、 机械特性、控制方法
2 2
I2 =
sE 20
Φm =
U1 4 .44 f1 N 1
T =K
sR2 ⋅U12 2 2 R2 + (sX20 )

《电机学》课件 第一章

《电机学》课件 第一章


2. 本课程与电力行业的紧密联系
a 对于电力系统自动化专业的技术人员,必然要从事电力系统 稳定性的研究,则首先要了解各电气设备的特性; b 对于从事电气工程自动化专业的技术人员,要搞清楚所控 制的对象及其各类电动机的特性,才能搞好自动控制
1-1 概述
三、学习《电机学》的什么内容
• •
电机的原理、结构、特性和应用 直流电机、变压器、异步电机、 同步电机

3、电磁力定律
载流导体在磁场中要受到力的作用—电磁力
F Bli
左手定则
1-3 基本电磁定律
电机可逆性原理
如在电机轴上外施机械功率,通过电机导体在磁场中 作用产生感应电势可输出电功率;如在电机电路中从电 源输入电功率,则载流导体在磁场作用下可使电机旋转 而输出机械功率。
任何电机既可以作为发电机运行,又可以作 为电动机运行。 不论用作发电机或电动机,感应电势和电磁 力都同时作用于导体。
1-2 磁路及磁路定律

2、磁路的欧姆定律
H dl Hl Ni
B /A Ni F m F L /( A ) R m
H B/
1-2 磁路及磁路定律
3、磁路的基尔霍夫第一定律 定律内容: 穿出(或进入)任一闭和面的总磁通量恒 等于零(或者说,进入任一闭合面的磁通量恒等 于穿出该闭合面的磁通量),这就是磁通连续性 定律。
1-4 铁磁材料及特性
2、铁磁材料

软磁材料--磁滞回线窄,HC及Br小


硬磁材料--磁滞回线宽,HC及Br大
HC及Br大,难退磁---永磁材料
1-4 铁磁材料及特性
1-4 铁磁材料及特性
1-4 铁磁材料及特性

西安交大电力电子技术ppt讲义_第3章_整流电路.

西安交大电力电子技术ppt讲义_第3章_整流电路.
p ww p appa I T 2 1a p(2 R U 2 sit) 2 n d (t) U 2 2 R 2 1 s2 i n (3-12)
☞变为压器二次侧电流有效值I2与输出直流电流有效值I相等,
p ww p appa I I 21 a p(2 R U 2 sit) n 2 d (t) U R 2 2 1 s2 in (3-13)
i VD R f)
p-a
p+a
wt
施加反压使其关断,L储存的能量保
O u VT
wt
证了电流id在L-R-VDR回路中流通, g) 此过程通常称为续流。
O
wt
√若L足够大,id连续,且id波形接 近一条水平线 。
图3-4 单相半波带阻感负载有 续流二极管的电路及波形
9
3.1.1 单相半波可控整流电路
10
3.1.2 单相桥式全控整流电路
■带电阻负载的工作情况
◆电路分析
☞ 闸 管 VT1 和 VT4 组 成 一 对 桥 臂 , a)
VT2和VT3组成另一对桥臂。
☞在u2正半周(即a点电位高于b点)
√若4个晶闸管均不导通,id=0,ud=0,
VT1、VT4串联承受电压u2。
√在a角处给VT1和VT4加触发
盾,在整流电路的负载两端并联一 个二极管,称为续流二极管,用
u2 b)
VDR表示。
uOd
w t1
wt
◆有续流二极管的电路
c)
☞电路分析
O
wt
id
√u2正半周时,与没有续流二极管
d) O
Id wt
时的情况是一样的。
i VT
Id
√当u2过零变负时,VDR导通,ud 为零,此时为负的u2通过VDR向VT

《电机学课件》课件

《电机学课件》课件
电机利用磁场与电流之间 的相互作用来产生旋转力。
电机的种类和工作原理
直流电机
直流电机通过直流电源提供电 流,可实现精确控制和调速。
交流电机
交流电机利用交流电源提供电 流,有许多种不同的类型和工 作原理。
步进电机
步进电机是一种特殊的电机, 可以实现精确的位置控制。
电机的控制方法
1
直接启动
最简单的电机控制方法,直接将电源连接到电机启动。电机,通过改变电路连接方式来减小起动电流。
3
变频调速
通过改变输入电压和频率来实现电机的调速控制。
电机的特性与参数
扭矩
效率
电机扭矩是电机输出力矩的大小, 决定了电机的动力性能。
电机效率是指电机的输出功率与 输入功率之比,衡量了电机的能 量利用效率。
转速
电机转速是指电机旋转的速度, 通常以转/分钟来表示。
电机学课件
本PPT课件将为您介绍电机学的基础知识,包括电机的种类和工作原理,控制 方法,特性与参数,应用领域,发展趋势。最后进行总结和回顾。
电机的基础知识
1 电机的定义
电机是将电能转化为机械 能的设备,广泛应用于各 个领域。
2 电机的组成
电机由定子、转子、电磁 铁、轴等部件组成。
3 电机的工作原理
电机的应用领域
工业
电机广泛应用于工业自动化设备、机械制造等领 域。
家电
电机在家庭电器中的应用,如洗衣机、冰箱等。
交通
电机在交通工具中的应用,如电动汽车、电动自 行车等。
能源
电机在能源领域的应用,如风力发电机、太阳能 光伏系统等。
电机的发展与趋势
1
高效能
电机的效率不断提高,节能环保成为发展的重要方向。

(完整版)西安交大的电机学课件2第一篇、第2章直流电机基本理论

(完整版)西安交大的电机学课件2第一篇、第2章直流电机基本理论

S
6
•设直轴线与电枢外圆的交点为0点,在距0点为x处作一闭合磁力线回路。 该闭路包围的电流数即为总磁势Fa 。 •电枢表面单位长度上的安培导体数A 称为电机的线负荷。
线负荷 A Nia 0,1
Da
距0点为x处,每个气隙的电枢反应
磁势为(忽略铁心中的磁势降)
Fa (x) Ax
( x )
2
2
Ba x
B0 x B x
9
四、补偿绕组
为了减少电枢反应的影响,在磁极表面的槽 中安装补偿绕组;
补偿绕组与电枢绕组串联; 补偿绕组导体电流的方向与其对应的极面下
的电枢电流的方向相反。
10
五、直轴电枢反应 •如果将电刷位置逆时针移动β角,则电枢磁势可分为两部分
直轴电枢磁势Fad ; 交轴电枢磁势Faq。
一、公式ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ导
单个导体中的电流为: ia
Ia 2a
N
x处导体电磁力为: fx B xlia
每个导体产生的电磁转矩为(导体有效长度为l):
x
Tx
B xlia
D 2
Bxl
Ia 2a
2 p 2
B xlIa
p 2a
所有N个导体产生的电磁转矩为:
B(x)
Bp
p
p pN
T NBplIa 2a N l lIa 2a 2a Ia CT Ia
l
l2 p
n 60
N 2a
l
pN 60a
n
Cen
Ce为电势的结构常数。可见感应电势正比于每极磁通量和转子转速。这 一感应电势公式把电量Ea、机械量n、磁场量Φ联系起来了。
励磁绕组示意图(他励或并励):
•直流电机的电路包括电枢支路和励磁支路。 •在分析直流电机时,最好先根据励磁方式画出电机的电路连线。

西安交大的电机学课件7第二篇、第7章三相变压器

西安交大的电机学课件7第二篇、第7章三相变压器

3 次谐波励磁电流可以通过中线或者
在三角形回路中流通,所以这类联结组的励磁电流中含有3次谐波,其磁通和
电势的波形均均为正弦波。
Y,y联结组:一、二次侧均无中 线, 3 次谐波电流没有通路,励 磁电流是正弦波,产生的磁通理 论上为平顶波,平顶波磁通中含 有较大的 3 次谐波分量,若不能 有效抑制,将导致感应电势的波 形为尖顶波。
C
A
钟表法
Aa
b
c
O
c
Eab
Eab Q
EAB
b
C
B
a
UBb U AB Uab
重心重合法
主讲教师:阎治安
例3: 已知接线图,确定联结组别
电机学
B
ABC
* **
X YZ
x yz
***
a bc
11
[析]
E AB
O
C
用相量图分析
z
c
(建议用钟表法) b
x
A
Eab y
Aa
钟表法(试验用方法)
ay
Q
O
i
波形来决定。
m
1、当磁路不饱和时 Φ和 im是直线关系。即正弦的Φ由正弦 im产生。


t
t
im
im
t
图 磁路不饱和正弦 im 产生正弦Φ
18
t
图 饱和时正弦的励磁电流产生平顶磁通
主讲教师:阎治安
电机学
2、当磁路饱和时
Φ和 im不再是直线关系。用作图法知正弦的 im无法产生正弦的Φ,只能产生 平顶的Φ。
(2)重心重合法
分别做出一、二次侧的相量图;三角形联结时要注意绕组的首位端,并 画成三角形相量图。 将一、二次侧相量图重心O和Q重合,比较OA和Qa的相对方位,即可确 定联结组别。

《电力电子技术》西安交通大学_王兆安_第五版ppt课件

《电力电子技术》西安交通大学_王兆安_第五版ppt课件

础元件和重要支撑技术。
最新课件
8
1.2 电力电子技术的发展史
■电力电子技术的发展史
图1-3 电力电子技术的发展史
◆一般认为,电力电子技术的诞生是以1957年美国通用 电气公司研制出第一个晶闸管为标志的。
最新课件
9
1.2 电力电子技术的发展史
◆晶闸管出现前的时期可称为电力电子技术的史前期或黎
明期。
☞抽水储能发电站的大型电动机需要用电力电子技术来 起动和调速。超导储能是未来的一种储能方式,它需要强 大的直流电源供电,这也离不开电力电子技术。
最新课件
20
1.3 电力电子技术的应用
☞新能源、可再生能源发电比如风 力发电、太阳能发电,需要用电力 电子技术来缓冲能量和改善电能质 量。当需要和电力系统联网 时,更 离不开电力电子技术。 ☞核聚变反应堆在产生强大磁场和 注入能量时,需要大容量的脉冲电 源,这种电源就是电力电子装置。 科学实验或某些特殊场合,常常需 要一些特种电源,这也是电力电子 技术的用武之地。
(BJT)和电力场效应晶体管(Power-MOSFET)为代表的全控型器 件迅速发展。全控型器件的特点是,通过对门极(基极、栅极)的控 制既可使其开通又可使其关断。
☞采用全控型器件的电路的主要控制方式为脉冲宽度调制(PWM) 方式。相对于相位控制方式,可称之为斩波控制方式,简称斩控方式。
☞在80年代后期,以绝缘栅极双极型晶体管(IGBT)为代表的复合 型器件异军突起。它是MOSFET和BJT的复合,综合了两者的优点。 与此相对,MOS控制晶闸管(MCT)和集成门极换流晶闸管(IGCT) 复合了MOSFET和GTO。
最新课件
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2.1.1 电力电子器件的概念和特征
■电力电子器件的特征 ◆所能处理电功率的大小,也就是其承受电压和 电流的能力,是其最重要的参数,一般都远大于 处理信息的电子器件。

西安交大的电机学课件15第四篇、第15章单相异步电动机

西安交大的电机学课件15第四篇、第15章单相异步电动机

二、2 相定子绕组通电时的机械特性
当单相异步电动机的m绕组和a 绕组通入不同相位的2相交流电 时,一般产生椭圆形旋转磁势f 。 f 可以分解为两个圆形旋转磁 势f +和f -,但F+ > F-,对应的 T+=f(s)和T-=f(s)不再对称,合成 转矩T = f (s) 不通过原点。
4
三、普通单相异步电动机的结构 (定子绕组实际为 2 相)=f(s), f- 产生 T-= f(s),电动机机械特性中的转矩为 T= T++T- 。
1相通电时,F+和F-幅值相等,转向相反,对应T+和T-也相对于原点对称。 合成T=f(s)具有如下特点:(1) 最初启动转矩为零; (2) 没有固定转向; (3) 由于负序转矩的存在,其性能较 普通的三相异步电动机的性能差; (4) 理想空载状态也达不到同步速。
8
(3) 单相电容运转异步电动机
(YY,DO2,JX 系列) 二极:40-2000 W, 四极:25-1500 W 没有开关,副(即 a)绕组不仅参与启 动,而且参与运行。 相当于两相异步电动机;电机的运行性能较 好,功率因数、效率、过载能力都较电阻分相 或者电容分相的单相电动机高;转向易改变。 副绕组要按照长期运行的情况来设计。另外, 由于阻抗随着转速变化,圆形启动和圆形运行 难以兼顾,所以该类电动机启动性能不如电容 分相启动单相异步电动机。
•单相异步电动机一般只做成小容量的(现在容量达0.55~3.7kW)。 定、转子铁心和定子绕组及机械部分——同普通三相异步电动机相似。
主绕组 — 单相工作绕组
定子绕组
副绕组 — 辅助启动绕组
运行时取消(借助于离心开关)
运行时存在(单相电容运转型)

西安交大电机学第六章

西安交大电机学第六章
返回
凸极同步发电机的向量图
0

Iq

E0
j I d Xq
I Ra
返回





0

j Id X d

U

Id
I

0角的确定
E0

j I d ( Xd Xq )

Iq
0
EQ


j I Xq

I Ra
I


Id
返回

凸极同步发电机的等效电路图
Xq
I

Rs

U
返回
凸极同步电机电枢反磁通及所经磁路及磁导
6.2 空载和负载时同步发电机的磁场
一、空载运行
当转子以同步转速旋转时,主磁场将在气隙中形成一个旋 转磁场,在定子绕组内感应出对称三相电动势(激磁电动势)
空载特性是同步电机的一条基本特性。如图6—11所示
6.2 空载和负载时同步发电机的磁场
二、对称负载时的电枢反应
电枢磁动势的基波在气隙中所产生的磁场就 称为电枢反应。电枢反应的性质 ( 增磁、去磁或 交磁 ) 取决于电枢磁动势和主磁场在空间的相对 位置。分析表明,此相对位置取决于激磁电动势 E 0 和扭载电流 I 之间的相角差Ψ 0 (Ψ 0 称为内功率 因数角)。下面分成两种情况来分析。。。。。
X
Faq
Fa
不同相时 与 I E 0
b) I 滞后 E 0 时的时-空统一矢量图


Ff
0

1
Faq
0
I

E0

Fad
Fa
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《电机学完整》课件

《电机学完整》课件
近年来,随着电力电子技术、控制理 论和信息技术的发展,电机学不断涌 现出新的理论和技术,如永磁同步电 机、开关磁阻电机和智能电机等。
02
电机类型与工作原理
Chapter
直流电机
直流电机是指依据电磁感应定律实现 电能转换或传递的一种电磁装置。
直流电机有定子和转子两大部分组成 ,定子上有励磁绕组,转子上有励磁 极,励磁极上有铁心。
未来电机技术的前景展望
新型电机材料
随着新材料技术的发展,新型电机材料如碳纤维、纳米材料等将为 电机的发展带来新的机遇和挑战。
数字化电机
数字化电机的应用将进一步提高电机的性能和可靠性,实现更加智 能化的控制和管理。
新能源电机
随着新能源技术的不断发展,新能源电机如太阳能电机、风力电机等 将得到广泛应用,为可再生能源的开发利用提供有力支持。
集成化
集成化电机能够减小体积、降低 成本,提高电机的可靠性和稳定 性,满足各种小型化设备的需求 。
01 02 03 04
智能化
随着人工智能和物联网技术的发 展,电机的智能化成为新的发展 方向,能够实现远程监控、故障 诊断等功能。
可持续性
随着环保意识的提高,电机的可 持续性发展成为重要挑战,需要 研发更加环保、节能的电机技术 。
步进电机有多种类型,如永磁式、反应式和混合式等, 每种类型都有其特点和适用范围。
步进电机的工作原理基于磁阻效应,即当磁场改变方向 时,铁心会因为磁阻的变化而产生旋转力矩。
步进电机的转速与输入脉冲频率和电机极数有关,可以 通过调节输入脉冲频率来控制电机的旋转速度。
03
电机设计与制造
Chapter
电机设计基础
01
03
交流电机的转速与电源频率、磁极对数和电机极数有 关,其计算公式为:n=60f/p,其中f为电源频率,p

电机学课件

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电力拖动系统的构成
电源 电气控制 装置
给定
旋转运动 电动机
要求的运动形式 执行机构
传动机构
调节 装置 反馈 装置
变流 装置
电力拖动系统的发展概况:
成组拖动 单机拖动 现代多机拖动
直流电力拖动技术 交流电力拖动技术 计算机应用技术 自动控制理论应用技术
自动化电力拖动 大系统综合自动化
应用举例:
1、炼铁高炉: 装料、布料及热风炉鼓风机--交流电力拖动调速系统 热风炉--计算机控制技术,提高效率1~2%等。 2、轧钢机:分直流拖动和交流拖动。 3、高速电梯: 直流可控硅拖动和交流变频调速拖动系统,计算机控制系统, 要求电梯平稳、舒适、有高的平层精度。 在自动选层和多梯群控方面更显重要。 4、数控机床:直流拖动与计算机控制技术相结合。 5、高射炮转塔回转拖动系统,雷达、卫星天线的拖动系统 属于跟随空间目标的位置随动系统。 6、高楼供水系统。 7、起重机械的电气传动。塔式起重机,卷扬机等。
电机的发展
电磁感应定律的发现 直流电机的发展 单相交流电的应用 三相交流电的应用 19世纪末期、电动机逐渐代 替蒸汽机成为原动机。 电机理论和电机设计计算等得到 完善和发展。 电机的单机容量不断提高、技术 和经济指标不断改进、应用范围 不断扩大。
发展出高可靠性、高精度、快速响应的控制电 机--电机学科的一个独立分支。 功率电子学等学科的渗透,使电机学得到了新 的发展。
e = Blv
常用基本定律
自感电势
dΦ L dΨL di eL = −W =− = −L dt dt dt
单位电流产生的磁链称为自感。单位为:亨
L = Ψi i
常用基本定律
互感电势
e
dΦ 21 dΨ21 di1 = −W2 = = −M M2 dt dt dt
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第一篇 直流电机一. 直流电机(DC Machines)概述直流电机是电机的主要类型之一。

直流电机可作为发电机使用,也可作为电动机使用。

用作发电机可以获得直流电源,用作电动机,由于其具有良好的调速性能,在许多调速性能要求较高的场合,得到广泛使用。

直流电机的用途:作电源用:发电机;作动力用:电动机;信号的传递:测速发电机,伺服电机作电源用:直流发电机将机械能转化为直流电能作动力用:直流电动机将直流电能转化为机械能信号传递:直流测速发电机将机械信号转换为电信号信号传递-直流伺服电动机将控制电信号转换为机械信号二. 直流电机的优缺点1.直流发电机的电势波形较好,受电磁干扰的影响小。

2.直流电动机的调速范围宽广,调速特性平滑。

3.直流电动机过载能力较强,起动和制动转矩较大。

4.由于存在换向器,其制造复杂,成本较高。

第1章 直流电机的工作原理和结构1-1 直流电机工作原理一、原理图(物理模型图)磁极对N、S不动, 线圈(绕组)abcd 旋转, 换向片1、2旋转, 电刷及出线A、B不动二、直流发电机原理(机械能--->直流电能)( Principles of DC Generator)1.原动机拖动电枢以转速n(r/min)旋转;2.电机内部有磁场存在;或定子(不动部件)上的励磁绕组通过直流电流(称为励磁电流I f)时产生恒定磁场(励磁磁场,主磁场) (magnetic field, field pole)3.电枢线圈的导体中将产生感应电势 e = B l v ,但导体电势为交流电,而经过换向器与电刷的作用可以引出直流电势E AB,以便输出直流电能。

(看原理图1,看原理图2)(commutator and brush)1.问题1-1:直流电机电枢单个导体中感应电势的性质?2.问题1-2:直流电机通过电刷引出的感应电势的性质?3.看直流发电机原理动画4.问题1-3:直流发电机如何得到幅值较为恒定的直流电势?5.为了得到稳定的直流电势,直流电机的电枢圆周上一般有多个线圈分布在不同的位置,并通过多个换向片联接成电枢绕组。

以前曾使用环形绕组.6.问题1-4:环形绕组的缺点是什么?三. 直流电动机的原理 ( Principies of DC Motor)1.将直流电源通过电刷和换向器接入电枢绕组,使电枢导体有电流i a 通过。

2.电机内部有磁场存在。

3.载流的转子(即电枢)导体将受到电磁力 f 的作用 f = B l i a (左手定则)4.所有导体产生的电磁力作用于转子可产生电磁转矩,以便拖动机械负载以n(r/min)旋转。

5.结论:直流电机的可逆性原理:同一台电机,结构上不作任何改变,可以作发电机运行,也可以作电动机运行。

1.看直流电动机原理动画2.问题1-5:讨论电刷的位置。

3.结论:为了得到最大的直流电势,电刷的位置必须与位于几何中线上的导体相接触。

1-2 直流电机的结构 (Structure)主磁极---主磁极的作用是建立主磁场。

绝大多数直流电机的主磁极不是用永久磁铁而是由励磁绕组通以直流电流来建立磁场。

主磁极由主磁极铁心和套装在铁心上的励磁绕组构成。

主磁极铁心靠近转子一端的扩大的部分称为极靴,它的作用是使气隙磁阻减小,改善主磁极磁场分布,并使励磁绕组容易固定。

为了减少转子转动时由于齿槽移动引起的铁耗,主磁极铁心采用1~1.5mm 的低碳钢板冲压一定形状叠装固定而成。

主磁极上装有励磁绕组,整个主磁极用螺杆固定在机座上。

主磁极的个数一定是偶数,励磁绕组的连接必须使得相邻主磁极的极性按 N,S 极交替出现。

机座——机座有两个作用,一是作为主磁极的一部分,二是作为电机的结构框架。

机座中作为磁通通路叠部分称为磁轭。

机座一般用厚钢板弯成筒形以后焊成,或者用铸钢件(小型机座用铸铁件)制成。

机座的两端装有端盖。

换向极——换向极是安装在两相邻主磁极之间的一个小磁极,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。

换向极结构和主磁极类似,是由换向极铁心和套在铁心上的换向极绕组构成,并用螺杆固定在机座上。

换向极的个数一般与主磁极的极数相等,在功率很小的直流电机中,也有不装换向极的。

换向极绕组在使用中是和电枢绕组相串联的,要流过较大的电流,因此和主磁极的串励绕组一样,导线有较大的截面。

端盖——端盖装在机座两端并通过端盖中的轴承支撑转子,将定转子连为一体。

同时端盖对电机内部还起防护作用。

电刷装置——电刷装置是电枢电路的引出(或引入)装置,它由电刷,刷握,刷杆和连线等部分组成,右图所示,电刷是石墨或金属石墨组成的导电块,放在刷握内用弹簧以一定的压力按放在换向器的表面,旋转时与换向器表面形成滑动接触。

刷握用螺钉夹紧在刷杆上。

每一刷杆上的一排电刷组成一个电刷组,同极性的各刷杆用连线连在一起,再引到出线盒。

刷杆装在可移动的刷杆座上,以便调整电刷的位置。

电枢铁心——电枢铁心既是主磁路的组成部分,又是电枢绕组支撑部分;电枢绕组就嵌放在电枢铁心的槽内。

为减少电枢铁心内的涡流损耗,铁心一般用厚0.5mm且冲有齿、槽的型号为DR530或DR510的硅钢片叠压夹紧而成,如左图所示。

小型电机的电枢铁心冲片直接压装在轴上,大型电机的电枢铁心冲片先压装在转子支架上,然后再将支架固定在轴上。

为改善通风,冲片可沿轴向分成几段,以构成径向通风道。

电枢绕组——电枢绕组由一定数目的电枢线圈按一定的规律连接组成,他是直流电机的电路部分,也是感生电动势,产生电磁转矩进行机电能量转换的部分。

线圈用绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成,分上下两层嵌放在电枢铁心槽内,上下层以及线圈与电枢铁心之间都要妥善地绝缘(右图),并用槽楔压紧。

大型电机电枢绕组的端部通常紧扎在绕组支架上。

换向器—-在直流发电机中,换向器起整流作用,在直流电动机中,换向器起逆变作用,因此换向器是直流电机的关键部件之一。

换向器由许多具有鸽尾形的换向片排成一个圆筒,其间用云母片绝缘,两端再用两个V形环夹紧而构成,如图所示。

每个电枢线圈首端和尾端的引线,分别焊入相应换向片的升高片内。

小型电机常用塑料换向器,这种换向器用换向片排成圆筒,再用塑料通过热压制成。

1-3 电枢绕组电枢绕组是直流电机的电路部分,亦是实现机电能量转换的枢纽。

电枢绕组的构成,应能产生足够的感应电动势,并允许通过一定多电枢电流,从而产生所需的电磁转矩和电磁功率。

此外,还要节省有色金属和绝缘材料,结构简单,运行可靠。

一.主要分类宏观分类为环形和鼓形;环形绕组只曾在原始电机用过,由于容易理解故讲原理时也用此类绕组;鼓形绕组比环形绕组制造容易,又节省导线,运行较可靠,经济性好,故现在均用鼓形绕组。

鼓形绕组又分为叠绕组、波绕组和蛙形绕组。

环形电枢绕组(展开图) 鼓形电枢绕组(展开图)1.鼓形绕组有许多个形状相同的线圈组成,每个线圈有两个有效边,分别位于电枢圆周相距约一个极距的两个槽中。

2.一个边在上层时,另一个边一般在下层。

1.每个换向片接两个不同的线圈端头。

2.将所有的电枢线圈按照一定的规律联接起来,就构成电枢绕组。

3.在实际电机中,电枢绕组有多种形式。

4.每个换向片接两个不同的线圈端头。

5.将所有的电枢线圈按照一定的规律联接起来,就构成电枢绕组。

6.在实际电机中,电枢绕组有多种形式。

叠绕组示意图 波绕组示意图二、单叠绕组的联接方法1.强调概念:极数2p,极对数p,极距,绕组元件,元件边,上层边,下层边,第1节距,第2节距,合成节距等。

2.单叠绕组的展开图举例一台4极16槽直流电机,已知换向片数K=16;电枢绕组的线圈数S=16;试画出整距右行单叠绕组展开图。

3.【析】每槽两个边,每个线圈两个边,所以槽数z=线圈数S=16, 极距τ=z/2p=4槽。

因为要求整距线圈即第一节距 y1=τ=4(槽),又因为单叠右行,则合成节距 y=1;则第二节距y2=y1-y=3(槽),也就是说一个线圈的一个有效边若放在1号槽内,另一个有效边必须放在5号槽内。

即一个线圈跨过4个槽的位置。

元件联接图如图绕组展开图。

其等效电路图如下图所示:【画出展开图的具体部骤】1.画出均匀分布的平行竖线代表电机各槽的元件边,下层边用虚线,上层用实线画;2.标出槽号:画出第一个元件,跨1~5。

展开图中可以把一个元件画成一匝。

〖注意元件的端部要画对称。

〗3.在第一个元件的引出线端画出换向器的两根横平行线,并标出换向片号;换向片号与所连的上层边槽号要相同。

4.依次串联16个元件。

5.再画出各磁极N、S、N、S。

6.鼓形绕组的电刷中心线在每个磁极的中心线上。

〖即保证电刷必须与位于几何中线处的导体相接触。

〗7.画出电枢转向和电刷连线。

三.结论1.常用直流电机绕组型式的支路数2a:2.单叠绕组:2a=2p, 单波绕组:2a=23.双叠绕组:2a=4p, 双波绕组:2a=41-4 直流电机的额定值额定值---是制造厂对各种电气设备(本章指直流电机)在指定工作条件下运行时所规定的一些量值。

在额定状态下运行时,可以保证各电气设备长期可靠地工作。

并具有优良的性能。

额定值也是制造厂和用户进行产品设计或试验的依据。

额定值通常标在各电气的铭牌上,故又叫铭牌值。

直流电机的额定值(Rating)主要有:1.额定功率 P N:指电机在铭牌规定的额定状态下运行时,电机的输出功率,以 "W" 为量纲单位。

若大于 1kW 或 1MW 时,则用 kW 或 MW 表示。

2.额定电压 U N: 指额定状态下电枢出线端的电压,以 "V" 为量纲单位。

3.额定电流 I N: 指电机在额定电压、额定功率时的电枢电流值,以 "A" 为量纲单位。

4.额定转速 n N: 指额定状态下运行时转子的转速,以r/min为量纲单位。

5.额定励磁电流 I f: 指电机在额定状态时的励磁电流值。

注意:1.对于直流发电机,P N是指输出的电功率,它等于额定电压和额定电流的乘积,即P N=U N I N2.对于直流电动机,P N是指输出的机械功率,所以公式中还应有效率ηN存在,即P N=U N I NηN第 2 章 直流电机的基本理论内 容 简 介1.直流电机的磁场:励磁方式、磁场分布、电枢反应2.感应电势:电势公式、电势方程式3.电磁转矩:转矩公式、转矩平衡方程式4.功率与损耗:损耗分析、功率平衡方程式2-1 直流电机的励磁方式一、定义直流电机励磁绕组的接线方式称为励磁方式。

实质上就是励磁绕组和电枢绕组如何联接。

二、分类除了永磁直流电机外,直流电机的励磁方式有他励式和自励(串励、并励和复励)式。

2-2 空载时直流电机的磁场一、直流电机的磁通路径磁路从主磁极1出发经气隙1-电枢齿1-电枢轭-电枢齿2-气隙2-主磁极2-定子轭--主磁极1。

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