第1章 直流电机原理..
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
发电机：出线端输出电功率 PN ＝ UN IN 电动机：轴上输出机械功率 PN ＝ UN INηN
②额定电压UN(V)正常工作时电流出线端的电压。 ③额定电流 IN (A)对应 PN UN时的电流。 ④额定转速 nN(r/min)指在 UN IN PN时对应的转速。 ⑤ 还标出励磁方式、额定励磁电流、绝缘等级、额 定温升。
直流发电机的工作原理
若在上图中，接在电刷上的 电源换接电阻负载——灯泡， 而转子由原动机的机械力带动 旋转，转动的导体切割磁力线 会感应电势，输出电流。 这样： ①电刷端输出直流电势（有换 向器和电刷时）； ②导体内的电位和电流仍是交变的。
电机的可逆原理
问题：上面讲的电动机和发电机用同一电机模型！
直流电动机的工作原理
旋转180度后，线圈中的电流 的方向为dc ba，仍受逆时针 方向电磁力的作用而转动。 由此可见： ① 换向器和电刷能保持转子(载 流导体)朝一个方向恒定旋转； ②电刷端输入恒定直流电压，而 经换向器流向载流导体的电位却 是交变的。 归纳： 要使直流电机旋转起来的条件是： ① 建立恒定的磁场； ② 能够旋转的载流导体。
漏磁通Φδ
只交链励磁绕组的磁通 不参与能量转换
较小(Φδ＝20％ Φo ）
二、主磁路分析
主磁路的闭合路线如下： 从N极铁心出发→ 经气隙→ 电枢齿→ 电枢轭 → 相邻S极→电枢齿→经气隙→进入S极铁心 → 经定子轭回到 N 极。 对于主磁路中任意一条闭合磁力线的路径 运用全电流定律：∮HdL＝Σi 在电机中，可将场的问题简化为路的问题 来处理。因此全电流定律可简化为磁路第二 定律，即主磁路中各段磁压降之和等于该磁力线所包围电流的代数和。 ΣHL ＝ ΣN i 若用Hσ,Ht,Hs,Hz和He表示气隙,电枢齿,电枢轭,主极铁心和定子磁轭的磁场强度； 用σ,Lt，Ls，Lz和Le表示各段磁路的平均长度，则： 2 Hσσ＋2Ht Lt＋Hs Ls＋2 Hz Lz＋HeLe ＝ 2 ILWL 在磁路饱和程度不大的情况下，在空气隙的磁压降远比其它各项铁磁物质 的磁压降大，忽略各项磁压降后： ILWL≈ Hσ·σ＝B σ·σ／μ0
空载时气隙磁密波形
由上式可知： Bσ＝ ILWLμ0/σ (Bσ∝ 1/σ) 上式表明气隙磁密Bσ与该处的 气隙长度σ成反比。
可得知：气隙磁密沿电枢表面 气隙空间的分布波形为一平顶波。
在极掌中部气隙均匀，磁密也均匀，且为 最大值；到两极空间分界处下降为零。
直流电机负载时的磁场
当电机带上负载后，电枢绕组流过电流Is，出现了电枢磁 动势，对主极磁场产生一定的影响——电枢反应。
1. 磁极 用来在电机中产生磁场。 永磁式: 由永久磁铁做成。 励磁式: 磁极上绕线圈，线圈中通过直流电， 形成电磁铁。 励磁:磁极上的线圈通以直流电产生磁通,称为励磁。
2. 转子(电枢) 由铁心、绕组（线圈）、换向器组成。
电枢铁心：由硅钢片叠装而成。
电枢绕组：单个绕组元件组成。
直流电机的额定值
①额定功率PN(KW)
电枢磁动势不仅与电枢电流大小有关，还受到电刷位置的影响
一、电刷位于几何中心线的电枢反应
如右图可见：电枢磁动势与主极磁动势正 交，称之交轴电枢反应。 结论： ① 电枢磁场轴线与主极磁场轴线相交—— 称交轴磁势； ② 电枢磁场和电枢磁势在空间是静止不动的， 即定子主极磁场与电枢磁场之间相互静止。
负载时的气隙磁密波形
电机与拖动基础
范国伟
安徽工业大学
第1章 直流电机原理
直流电机是实现直流电能和机械能相互转 换的一种旋转电机。 直流发电机——将机械能转变为电能； 直流电动机——把电能转变为机械能。 作为电动机运行时，直流电源供电，转换 为机械能拖动生产机械旋转；作为发电机 运行时，由原动机拖动旋转，将机械能转 换为电能，输出直流电能。
电机的可逆原理：同一台电机在不同外界条件下， 即可作发电机、亦可作电动机运行。
由上看出：对一台电机究竟作发电机，还是电 动机运行，关键在于外因的条件，即输入功率 的形式。 输入电能，输出机械能－－－－电动机 输入机械能，输出电能－－－－发电机
直流电机的特点
直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构复杂，维修 也不便，但由于它的调速性能较好和起动转矩较大，因 此，对调速要求较高的生产机械或者需要较大起动转矩 的生产机械往往采用直流电动机驱动。 直流电机的优点： (1) 调速性能好, 调速范围广, 易于平滑调节。 (2) 起动、制动转矩大, 易于快速起动、停车。 (3) 易于控制。 应用: 1) 轧钢机、电气机车、中大型龙门刨床、矿山竖井提升机 以及起重设备等调速范围大的大型设备。 2) 用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等
下面进一步看电枢反应时的气隙磁密分布情况： 1、电枢磁势沿电枢表面
直流电机的分类（按励磁方式分类）
他励(激)：励磁电流由另外电源供给。 自励：自身发出的电流励磁(分:并励,串励,复励)
1－3 直流电机的磁路和磁密
一、主磁通,漏磁通
一般直流电机为多极电机 由二极电机 四极电机
注意磁极的排列！
主磁通Φo
定义 作 用 数量
同时交链定转子绕组的磁通 与电枢电流耦合产生电动势 或电磁力 较大
1－2 直流电机的结构
直流电机由定 子(磁极)、转子 极掌 (电枢)和机座等 部分构成。
极心
· N·
· · ·
SHale Waihona Puke Baidu
励磁绕组 机座
·
S
转子
N
直流电动机的磁极和磁路
直流电机的结构
低碳钢片（1~1.5mm）叠装励磁绕组
主磁极
换向磁极
直流电机的结构
电枢铁心硅钢片(0.5mm)
转子下线
直流电机的结构
1－1 直流电机的工作原理
如右图所示： 电流 I 通过在恒定磁场中的 线圈 ab cd，受到电磁力 的大小为：
f＝BLi
(根据电磁力定律:在导体与 磁力线相互垂直的情况下)
电磁力的方向：用左手定则判断：伸开左手，掌心迎向磁力线的 方向，四指指向电流的方向，那样与四指垂直的拇指的指向就是 电磁力的方向。 在上图在流线圈ab与cd所受电磁力为逆时针方向，在此力作用下， 转子线圈将逆时针旋转。
②额定电压UN(V)正常工作时电流出线端的电压。 ③额定电流 IN (A)对应 PN UN时的电流。 ④额定转速 nN(r/min)指在 UN IN PN时对应的转速。 ⑤ 还标出励磁方式、额定励磁电流、绝缘等级、额 定温升。
直流发电机的工作原理
若在上图中，接在电刷上的 电源换接电阻负载——灯泡， 而转子由原动机的机械力带动 旋转，转动的导体切割磁力线 会感应电势，输出电流。 这样： ①电刷端输出直流电势（有换 向器和电刷时）； ②导体内的电位和电流仍是交变的。
电机的可逆原理
问题：上面讲的电动机和发电机用同一电机模型！
直流电动机的工作原理
旋转180度后，线圈中的电流 的方向为dc ba，仍受逆时针 方向电磁力的作用而转动。 由此可见： ① 换向器和电刷能保持转子(载 流导体)朝一个方向恒定旋转； ②电刷端输入恒定直流电压，而 经换向器流向载流导体的电位却 是交变的。 归纳： 要使直流电机旋转起来的条件是： ① 建立恒定的磁场； ② 能够旋转的载流导体。
漏磁通Φδ
只交链励磁绕组的磁通 不参与能量转换
较小(Φδ＝20％ Φo ）
二、主磁路分析
主磁路的闭合路线如下： 从N极铁心出发→ 经气隙→ 电枢齿→ 电枢轭 → 相邻S极→电枢齿→经气隙→进入S极铁心 → 经定子轭回到 N 极。 对于主磁路中任意一条闭合磁力线的路径 运用全电流定律：∮HdL＝Σi 在电机中，可将场的问题简化为路的问题 来处理。因此全电流定律可简化为磁路第二 定律，即主磁路中各段磁压降之和等于该磁力线所包围电流的代数和。 ΣHL ＝ ΣN i 若用Hσ,Ht,Hs,Hz和He表示气隙,电枢齿,电枢轭,主极铁心和定子磁轭的磁场强度； 用σ,Lt，Ls，Lz和Le表示各段磁路的平均长度，则： 2 Hσσ＋2Ht Lt＋Hs Ls＋2 Hz Lz＋HeLe ＝ 2 ILWL 在磁路饱和程度不大的情况下，在空气隙的磁压降远比其它各项铁磁物质 的磁压降大，忽略各项磁压降后： ILWL≈ Hσ·σ＝B σ·σ／μ0
空载时气隙磁密波形
由上式可知： Bσ＝ ILWLμ0/σ (Bσ∝ 1/σ) 上式表明气隙磁密Bσ与该处的 气隙长度σ成反比。
可得知：气隙磁密沿电枢表面 气隙空间的分布波形为一平顶波。
在极掌中部气隙均匀，磁密也均匀，且为 最大值；到两极空间分界处下降为零。
直流电机负载时的磁场
当电机带上负载后，电枢绕组流过电流Is，出现了电枢磁 动势，对主极磁场产生一定的影响——电枢反应。
1. 磁极 用来在电机中产生磁场。 永磁式: 由永久磁铁做成。 励磁式: 磁极上绕线圈，线圈中通过直流电， 形成电磁铁。 励磁:磁极上的线圈通以直流电产生磁通,称为励磁。
2. 转子(电枢) 由铁心、绕组（线圈）、换向器组成。
电枢铁心：由硅钢片叠装而成。
电枢绕组：单个绕组元件组成。
直流电机的额定值
①额定功率PN(KW)
电枢磁动势不仅与电枢电流大小有关，还受到电刷位置的影响
一、电刷位于几何中心线的电枢反应
如右图可见：电枢磁动势与主极磁动势正 交，称之交轴电枢反应。 结论： ① 电枢磁场轴线与主极磁场轴线相交—— 称交轴磁势； ② 电枢磁场和电枢磁势在空间是静止不动的， 即定子主极磁场与电枢磁场之间相互静止。
负载时的气隙磁密波形
电机与拖动基础
范国伟
安徽工业大学
第1章 直流电机原理
直流电机是实现直流电能和机械能相互转 换的一种旋转电机。 直流发电机——将机械能转变为电能； 直流电动机——把电能转变为机械能。 作为电动机运行时，直流电源供电，转换 为机械能拖动生产机械旋转；作为发电机 运行时，由原动机拖动旋转，将机械能转 换为电能，输出直流电能。
电机的可逆原理：同一台电机在不同外界条件下， 即可作发电机、亦可作电动机运行。
由上看出：对一台电机究竟作发电机，还是电 动机运行，关键在于外因的条件，即输入功率 的形式。 输入电能，输出机械能－－－－电动机 输入机械能，输出电能－－－－发电机
直流电机的特点
直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构复杂，维修 也不便，但由于它的调速性能较好和起动转矩较大，因 此，对调速要求较高的生产机械或者需要较大起动转矩 的生产机械往往采用直流电动机驱动。 直流电机的优点： (1) 调速性能好, 调速范围广, 易于平滑调节。 (2) 起动、制动转矩大, 易于快速起动、停车。 (3) 易于控制。 应用: 1) 轧钢机、电气机车、中大型龙门刨床、矿山竖井提升机 以及起重设备等调速范围大的大型设备。 2) 用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等
下面进一步看电枢反应时的气隙磁密分布情况： 1、电枢磁势沿电枢表面
直流电机的分类（按励磁方式分类）
他励(激)：励磁电流由另外电源供给。 自励：自身发出的电流励磁(分:并励,串励,复励)
1－3 直流电机的磁路和磁密
一、主磁通,漏磁通
一般直流电机为多极电机 由二极电机 四极电机
注意磁极的排列！
主磁通Φo
定义 作 用 数量
同时交链定转子绕组的磁通 与电枢电流耦合产生电动势 或电磁力 较大
1－2 直流电机的结构
直流电机由定 子(磁极)、转子 极掌 (电枢)和机座等 部分构成。
极心
· N·
· · ·
SHale Waihona Puke Baidu
励磁绕组 机座
·
S
转子
N
直流电动机的磁极和磁路
直流电机的结构
低碳钢片（1~1.5mm）叠装励磁绕组
主磁极
换向磁极
直流电机的结构
电枢铁心硅钢片(0.5mm)
转子下线
直流电机的结构
1－1 直流电机的工作原理
如右图所示： 电流 I 通过在恒定磁场中的 线圈 ab cd，受到电磁力 的大小为：
f＝BLi
(根据电磁力定律:在导体与 磁力线相互垂直的情况下)
电磁力的方向：用左手定则判断：伸开左手，掌心迎向磁力线的 方向，四指指向电流的方向，那样与四指垂直的拇指的指向就是 电磁力的方向。 在上图在流线圈ab与cd所受电磁力为逆时针方向，在此力作用下， 转子线圈将逆时针旋转。