电机学课件+第3章+2016-2017第1学期+直流电机.

(4) 额定转速 nN (5) 额定励磁电压 UfN
(6) 额定励磁电流 IfN
※ 额定状态 ：
指 U、I、P、n 均为额定值的状态。
※ 满载状态 ：
指 I = IN 的状态。
3.2 直流电机的电枢绕组
电枢绕组是电机能量转换的枢纽。 构成原则：产生足够的感生电势；允许一定的电流； 结构简单，运行可靠。 1、直流电枢绕组的构成 组成绕组的基本单元称为元件。 元件有单匝的，也有多匝的。一 个元件由两个元件边和端接线组 成。元件边置于槽内称为有效边， 端接线置于铁心外，不切割磁场， 前端接 仅起到连接作用。
一个线圈内有两个元件（u=2）的绕组
由于一个换向片与不同元件的两个出线端相连接，所以 换向片数K=S,则K=S=Zi
2、直流电枢绕组的节距
电枢绕组的连接规律是通过绕组的节距来表征的。
（1）第一节距y1 一个元件的两条有效边在电枢表面上所跨的虚槽数，称 为第一节距，用y1表示。 常采用短距绕组，可节省用铜。
3. 直流电机的基本结构 直流电机的结构
励磁绕组 机座 端盖 轴承 换向器 主磁极 接线盒 电刷
转子轴
转子电枢
电机装配图
直流电机模型
直流电机的定子
直流电机的主要部件 (1) 定子 ①主磁极
②换向磁极
③机座 ④端盖等
(a) 主磁极 直流电机的定子 (b) 机座
机座 作用：1、主磁路的一部分；
整距绕组 y1 短距绕组 长距绕组
y1 y2
Zi y1 =整数 2p
Zi 2p

Da
2p

Da
2p
Zi 2p

N
1 2 3 4
S 5
N
S
（2）第二节距y2 相串联的两个元件中，第一个元件的下层边与第二个元件的上 层边在电枢表面所跨过的虚槽数，称为第二节距，用y2表示， 也用虚槽数计算。
换向器
作用：整流（发电机）或逆变（电动机）。 构成：由许多鸽形尾的换向片排列成一个圆筒，片 间用V形云母绝缘，两端再用两个环形夹紧而构成。
电刷装置 作用：电枢电路的引出（或引入）装置。
构成：电刷、刷盒、刷杆和连线等。
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电刷装置
4. 励磁方式
(1) 直流电动机按励磁方式分类
+
他 励
Ia
M
If + Uf
+
I
Ia
M
If
并 励
Ua
U
－
+
－
I
Ia
M
－
+
I
Ia
M
If
复
励
串 励
U
U
－
－
(2) 直流发电机按励磁方式分类
+
他 励
If
G
Ia
+
Ua
If
Ia
G
I
+
U
并 励
Uf
－
If I +
－
自 励
－
If
Ia
G
Ia
串 励 G
I
+
U
U
复
励
－
－
5. 额定值
(1) 额定电压 UN 发电机的 UN ：指输出电压的额定值。 电动机的 UN ：指输入电压的额定值。 (2) 额定电流 IN 发电机的 IN ：指输出电流的额定值。 电动机的 IN ：指输入电流的额定值。 (3) 额定功率 PN 发电机的 PN ：指输出电功率的额定值(UN IN ) 。 电动机的 PN ：指输出机械功率的额定值 (UN INηN ) 。
上元件边 后端接
下元件边
元件的一条有效边放在槽的上部，另一条有效边放在另一槽 底部，每一槽内有上层和下层两个元件边构成双层绕组。元件 首尾按一定规律接到不同的换向器片上，最后使整个绕组通过 换向片连接成一个闭合回路。 单匝元件 两匝元件
叠绕组元件
电枢绕组元件
波绕组元件
若电枢每槽上、下层只有一个元件边，则整个绕组元 件数S应等于槽数Z，即S=Z。 在大型电机中每槽上、下层包含u个元件，此时S=uZ. u 为槽内一层嵌放的元件边数。通常把一个上层边和一 个下层边在槽内所占的空间作为一个虚槽，故虚槽数为： Zi=S=uZ
作动力用-直流电动机 将直流电能转化为机械能；
直流电机概述
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 动机将控制信号转换 为机械信号。
做励磁机用一般小于10 万kW即100MW的单机同 步发电机要用直流发电机 作为励磁机。
直流电机概述
二.直流电机的优缺点
1.直流发电机的电势波形较好，对电磁干扰的影响小。 2. 直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑。 直流电动机过载能力较强，起动和制动转矩较大。 3.由于存在换向器，其制造复杂，价格较高。(缺点)
结构较复杂 直流电机 成本较高 可靠性稍差 使它的应用受到 限制
3.1 直流电机的工作原理及结构
1. 直流电动机的工作原理
电刷 ＋ U －
N ＋ U －
N
S
换向片
S
线圈边切割磁感线会产生什么？
直流电机模型
产生旋转 磁极
半环形 金属环 支柱
直流电机模型
转轴
电刷
换向片
直流电机模型
转向 电流方向 换向片
③ 换向器 ④ 转轴与风扇
(a) 转子主体 直流电机的转子
(b) 电枢铁心冲片
电枢铁心 作用：1、主磁路的一部分； 2、电枢绕组的支撑部件。
构成：一般用厚0.5㎜且冲有齿、槽的DR530
或DR510的硅钢片叠压夹紧而成。
电枢绕组
作用：直流电机的电路部分。 构成：用绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成，上下 层以及线圈与电枢铁心间要妥善地绝缘，并用 槽楔压紧。
2、电机的结构框架。
构成：用厚钢板弯成筒形焊成或铸钢件制成。 *磁轭：机座中作为磁通通路的部分
主磁极 作用：建立主磁场。
构成：1-1.5mm厚的钢板叠压成主极铁心和套装在铁心上的励磁绕组。 *主极下部的扩大部分称为极靴
换向极 作用：改善换向。 构成：由铁心和绕组组成。
(2) 转子（电枢）
① 电枢铁心 ② 电枢绕组
线圈 磁极
电磁关系
直流 电流
换向
交流 电流
Φ
电磁转矩 (拖动转矩)
旋转
机械 负载
做功
克服
反电 动势
2. 直流发电机的工作原理
N － E ＋ － E ＋ 原动机 做功
N
S
S
电磁 关系
Φ
感应电动 输出 换向 势、电流 直流电
电磁转矩 （阻转矩）
电动势脉动的减小
*实际的电枢绕组在电机转子表面相隔一定 角度的多个线圈串联组成，可以减小脉动
第 3 章 直流电机
重点内容： （1）直流电机的工作原理 （2）直流电机的基本概念 （3）电枢感应电势和电磁转矩 （4）基本方程 难点： （1）电枢绕组及电路图 （2）电枢反应
直流电机概述
一.直流电机的用途
.作电源用-->直流发电机 作电源用-直流发电机 .作动力用-->直流电动机 将机械能转化为直流电能； .信号的传递 ==>作为测量元件-->直流测速发电机 ==>作为执行元件-->直流伺服电动机