电机及拖动基础第一章电机原理及电力拖动

前言
四．学习方法
明确物理概念，注重工作原理和运行特性，通过习题和实验 消化所学内容。
第一章 直流电机原理
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 直流电机用途、结构及原理 直流电机的空载磁势 直流电机的电枢绕组 直流电机的电枢反应 直流电机的电枢电势与电磁转矩 直流发电机 直流电动机 直流电机换向简介
第二节 直流电机的空载磁势
空载磁场：指电机无负载时，由主极励磁绕组通入直流所产生磁场。 一.直流电机磁路、磁通和磁化曲线
一个主极所产生的磁势为：
F N f I f ( N f 匝数，I f 励磁电流）
主磁通： (占80%以上)
由F所产生的磁通
漏磁通： (大约20%)
直流电机空载时的磁势：
e方向：由右手螺旋定则确定
i
R
u
5) 电磁力定律：
eL
L
f BLi
f 的方向由左手定则确定
上述基本定律要求熟练掌握，准备使用。
前言
三．电机分类 变压器 旋转电机 交流电机 控制电机
直流电机
同步电机
电机
异步电机
变压器：把一种电压等级的电能变为另一种电压等 级的电能。 发电机：把机械能转换为电能。 电动机：把电能转换为机械能。
绕组连接顺序表：
规定：元件号、元件上层边所在槽号以及该元件首端所接换向片 均相同。 1、2、3……16 —— 表示元件上层所在槽号 1’、2 ’ 、3 ’ ……16 ’ —— 表示元件下层所在槽号
第三节 直流电机的电枢绕组
绕组元件的连接顺序：
第三节 直流电机的电枢绕组
绕组展开图：
第三节 直流电机的电枢绕组
第一节 直流电机用途、结构及原 理
（二）转子结构 转子也称为电枢。 电枢的作用：产生感应电势和电磁转矩是能量转换的枢纽。 （1）转子铁芯： 用0.35~0.5mm相互绝缘的硅钢片制成。 电枢绕组 电枢齿 电枢槽 电枢磁轭
第一节 直流电机用途、结构及原 理
（2）电枢绕组：通过电流感应电势，能量转换的重要部件，是直流电 机的主电路。用高强度绝缘漆包线绕制。 （3）换向器：由相互绝缘的换向片组成。
曲线1：气隙磁化曲线因气隙不存在 饱和，故为直线（曲线2的切 线）。 曲线2：刚开始铁芯未饱和，呈直线 关系，随后因铁芯趋于饱和， 呈曲线关系。
饱和系数：K m
ac 表征电机饱和程度。 ab 一般K m取1.11 ~ 1.35
第二节 直流电机的空载磁势
二.气隙磁密沿电枢表面分布波形
设电枢表面是光滑的（略去齿槽影响）； 同时认为全部磁势降在气隙中（即各处 磁势相等）； 气隙磁势磁密的分布波形由下式确定： B N f I f H （1-6）
式中：B v 每极平均磁密 极距（相邻主极间的距离）
第三节 直流电机的电枢绕组
绕组是连接到换向片上的线圈总称。 绕组分类： 单迭绕组： 后匝端 有效边
前匝端
单匝单迭元件
多匝单迭元件
第三节 直流电机的电枢绕组
单波绕组：
还有复迭、复波绕组，主要对于单迭绕组。
第三节 直流电机的电枢绕组
第一节 直流电机用途、结构及原 理
二．直流电动机的工作原理
直流电动机与直流发电机的结构一样，但是直流电动机是将直流 电能转换为机械能的装置，故要加直流电源。 载流导体在磁场中产生电磁力： f BLi 电磁力的方向由左手定则确定：
第一节 直流电机用途、结构及原 理
① 当电枢线圈位于图ａ时，其等效为下图
换向器的作用：
在直流发电机中，将绕组中交流转为电刷间的直流 在直流电动机中，将电刷间直流转为绕组中的交流
第一节 直流电机用途、结构及原 理
四.直流电机的额定值
额定值：指电机在额定运行状态下各物理的数值
主要有： 1 ）额定容量Pe ( w, kw) 输出功率 发电机：PN U N I N ,出线端输出功率 电动机：PN U N I N N 轴上输出功率 2）额定电压：U N (V ) 3）额定电流：I N ( A) 4）额定转速：nN ( r / min) 5）额定转矩：M N ( N , kg ) m m 6）额定效率： N 直流电机的主要系列：见教材P7页。
电刷具体放置方法： 应放在元件轴线与主极轴线重合的元件所接两换向片之间， 且电刷中心线与两换向片中心线重合（即被电刷短路的元件其瞬时 电势为0）。 电枢绕组的电路图：
第四节 直流电机的电枢反应
电枢反应： 电枢磁场对主磁极建立的气隙磁场的影响。 电枢反应 电刷不在几 有交轴电枢反应， 可分为: 何中性线时 还有直轴电枢反应 一.电刷在几何中性线时的电枢磁势和电枢磁场 电刷在几何中性线时—只有交轴电枢反应
图中： 导体中电流流进 导体中电流流出
电枢磁场的方向由右手定则确定
第四节 直流电机的电枢反应
图中：0点—主极轴线与电枢表面交点
线负荷A 单位长度的安匝数（安培导体数） A
即空间坐标的起点(Fao 0)
N ia （1-12） D 式中：N 总导体数，ia 导体电流（即支路电流） D 电枢直径 电枢表示任一点到 O点的电枢磁势为： Fax Ax (1-13)

式中： 是常数（ 是空气隙） 由（ 6）式可知B 与气隙长度成反比。 1
第二节 直流电机的空载磁势
在极轴两边气隙小且大小相差不大
B 最大，各处基本相同。
在靴处气隙显著加大，B 明显减少 B f ( )曲线是个钟形波。 每极下平均磁通 B v L （1-7）
一.基本概念
1）极轴线：平分主极成左右两部分的直线。
N S N S
极轴线
几何中性线
第三节 直流电机的电枢绕组
2）几何中性线 相邻两主极的几何分界线。 3）极距
相邻两主极在电枢圆周的长度，用 表，单位为槽:

4）绕组节距
总槽数Z 主极极数2P
( P 磁极对数）
y1 y2
yK
第三节 直流电机的电枢绕组
对于各段磁压降可写成： H L B

L
L Rm s
(1-4)
式中： 磁导、Rm 磁阻、S 导磁体截面积
第二节 直流电机的空载磁势
闭合回路磁势方程：
R N
m
f f
i
（1-5）
由(1-5)式可见，磁通 是励磁电流i f 的函数，即 f ( I f )
第二节 直流电机的空载磁势
主磁通：交链电枢绕组的磁通（参与能量转换） 其路径：气隙 电枢 气隙 相邻磁极
磁轭 气隙
漏磁通：只交链励磁绕组的磁通（不参与能量转换） 主磁路的磁势分析： 设主磁路径如下图所示： 定子磁轭 磁极 气隙 电枢齿 电枢磁轭
第二节 直流电机的空载磁势
前言
一. 电机及拖动概况 本课程由两部分组成： 第一部分：《电机学》 第二部分：《电力拖动基础》 《电机原理及拖动》是自动化专业的一门重要专业基础课（或技术基础 课），是《自动控制系统》、《工业企业供电》、《电气控制技术》等课 程的基础。
前言
主要内容： 1) 电机的基本理论及应用（能量转换） 2) 电机及拖动系统的静、动态特性 3) 拖动系统的速度调节及其特性 4) 电机容量选择 主要特点： 电机是一种电磁结构设备，运行中，既遵循磁路定律，又遵循电路 定律，在拖动系统中满足能量守恒定律。
1.直流发电机： 1 ）机械能转换为电能 2）换向器将绕组中的交流变为电刷间的直流 3）发电机中的电势为电势源（e, i同方向） 4）发电机中的转矩为制动力矩，与n( M 外 )相反
第一节 直流电机用途、结构及原 理
２．直流电动机： 1) 将电能转换为机械能 2) 换向器将外加直流转换为绕组中的交流 3) 电动机中的电势为反电势与电流方向相反 4) 电动机中的转矩为拖动力矩，与n同方向
第一节距y1：一个元件两有效边的距离。 Z y1 1 2P y1 整距元件 y1 长距元件 y1 短距元件
通常使用短距元件，因为可节省铜导线，同时有利于改善电 势波形。
第二节距y2：第一个元件的下层边与紧接着串联的第二元件上 层边之间的距离。
第三节 直流电机的电枢绕组
1
H d L I
I H L （或 I W）
k k 1 N
当电流方向与积分路径方向符合右手螺旋定则时，其电流为正， 否则为负。
2
2)
磁路欧姆定律：

F
R
1
N
k
前言
3)
d 电磁感应定律： e w dt e BLV
回路定律：
4)
e U
第一节 直流电机用途、结构及原 理
磁极铁芯：用1~1.5mm低碳钢板冲压而成。 （小型机可用整块铸钢制成） 激磁绕组：用绝缘导线绕制而成。
+
Uf
If
-
s1
N2
N1
s2
磁极N、S相间出现！！
第一节 直流电机用途、结构及原 理
2.换向极：用来改善换向，减少电刷与换向器间的火花，装于两主磁 极间（可以是主极数的一半）换向极绕组匝数少，线径粗。 3.机壳： 固定主磁极，换向极，端盖等，同时又是磁路。用铸钢或 厚钢板制成。 4.电刷装置：接通外电路和电枢电路。
第一节 直流电机用途、结构及原 理
一.直流发电机的工作特性
发电机是将机械能转换为电能，故必须原动机拖动发电机。
设此发电机在原动机拖动下，以ｎ逆时钟旋转。
第一节 直流电机用途、结构及原 理
① 当转子（电枢）旋转在图ａ位置时：
导体电势：eab
ecd
A电刷“” B电刷“”
② 当转子（电枢）旋转在图ｂ位置时：