电机学第二章5

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并联支路数等于主极数,2a = 2p
结论: (1)闭和回路的总电势为0,故电枢绕组内不产
生环流; (2)并联支路数恒等于主极数;
(3)电刷组数=主极数
(4)电刷放在换向器的几何中性线上,在正、负 电刷间可获得最大支路电势,换向性能良好, 不产生火花。
§2.2.2 单波绕组
单叠绕组是把一个主极下的元件串联成一条支路, 以保证串联元件中的电动势同方向,根据此思路, 当然可以设想把电枢所有处在相同极性下的元件 串联起来构成一条支路,此时,相邻两串联元件 对应的距离约为两个极距,从而形成波浪形构形, 称为波绕组
一、什么是励磁方式? 指供给励磁绕组励磁电流的方式。 不同的励磁方式,电机的性能不一样,可满 足不同形式的负载。
二、直流电机按励磁方式分类
• 他励直流电机; • 并励直流电机; • 串励直流电机; • 复励直流电机。
1.他励直流电机 励磁绕组由其它直流电源单独供电。
图中:U为电枢电压;U f 为励磁电压; Ia为电枢电流;I f 为励磁电流; I为电机电流,正方向用采电 动机惯例。
因为每个元件有两个元件边,而每一片换向片同时 接有一个元件的上层边和另一个元件的下层边, 所以元件数一定与换向片数相等,又由于每个虚 槽也包含上、下层两个元件边,即虚槽数也与元 件数相等。所以
Zi SK
3. 第一节距 y1
每个元件的两个有效边在电枢表面的跨距,用虚 槽数表示。
为了使元件中感应的电 势
三、主磁场ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ布 假设: (1)电枢表面是光滑的 (2)极弧下气隙均匀
B0(x)0H 0F (x) 0 (F x)
磁密为一平顶波
四、磁化曲线
直 流 电 机 的 磁 化 指曲 电线 机是 的 主 磁 通 与 磁 动 势 之 间 的 关 ,系 即 Φ0曲 f( 线F0) 。
1. 气隙线
三、元件的形状与放置
1.直流电枢绕组的构成 电枢绕组是由结构形状相同的绕组元件(简称元 件)构成。
2.什么是元件? 指两端分别与两片换向片连接的单匝或多匝线圈。
元件边: 每个元件两个放在槽中切割磁力线感应电动势 的有效边
端接: 槽外部分只作连接引线
绕组元件在电枢表面槽中的放置:
为了便于绕组元件在 电枢表面槽中的嵌 放,每个元件的一 个元件边放在某一 槽的上层另一个元 件边则放在另一个 槽的下层。
只有元件的轴线与主极轴线重合时,元件中的电 动势为0,此时元件所接的两片换向片的中心线 称为此时换向器上的几何中性线。
电刷应固定安放在换向片的几何中性线上。
对称时,元件、主极、换向器中性线三线合一。
二、单叠绕组电路图
为进一步说明 元件的串联 次序及其电 势分布情况, 画出绕组的 电路图如右 图所示.
1. 直流电动机广泛用于对调速性能和起动 性能要求高的场合
2. 直流发电机主要用作直流电源,同步发 电机的励磁。
3. 控制系统中的伺服电动机,测速发电机等 作为测量执行元件
本章研究对象:带换向器的直流电机。
§2.1 概述
2.1.1 直流电机的工作原理
一、线圈中感应电势产生的过程
1. 原动机拖动电枢以恒 定转速沿反时针方向 在磁场中旋转,导体 中产生感应电势。
§2.3 直流电机的磁场
磁场是电机实现机电能量转换的媒介,直流 电机中产生磁场的方式有两种:
• 一种是永久磁铁磁场,只在一些比较特殊 的微电机中采用;
• 另一种是电磁铁磁场,是由套在主极铁心 上的励磁绕组通入直流电流产生的,称为 励磁磁场,一般电机都采用这种励磁方式。
§2.3.1 直流电机的励磁方式
3.额定功 PN,率 单位 W或k为 W (指输出功率) 4.额 定 转 nN,速 单 位 r m为 in
5.额 定 励 磁 UfN 电 ,压 单 位V为 )(
6.额 定 励 磁 IfN, 电单 流位A为 )(
§2.2 直流电机的电枢绕组 §2.2.1 基本特点
一、对电枢绕组的要求
1. 产生尽可能大的电动势,并且有良好的波形;
机械换接的方法转换为直流 电势。
构成: 换向器由多片彼此绝缘的换向
片组成。
§2.1.3 直流电机的额定值
一、什么是额定值?
电机生产厂家根据设计和试验数据,确定的电机 在额定运行工况时的物理量,如电压、电流、功 率、转速等等。
二、有哪些额定值?
1.额定电UN压 ,单位V) (
2.额 定 电IN, 流单 位 为 A)(
3、绕组展开图 假设从1号与16号槽中间的齿切开并展成一平面
(1)、磁极在绕组上方均匀安放;
(2)、箭头为电枢旋转方向;
(3)、对称绕组,元件轴线应与所接的两片换向片 的中心线重合;
(4)、换向器的大小与槽距一致,编号与元件编号 相同;
电刷的放置原则:
确保空载时通过正负电刷引出的电动势最大,或 者说被电刷短路的元件的电动势为0或最小。
2. 能通过足够大的电流,以产生并承受所需要 的电磁力和电磁转矩;
3. 结构简单,连接可靠;
4. 便于维护和检修; 5. 对直流电机,应有良好的换向。
二、绕组的型式 根据绕组连接方式的不同,直流电机电枢绕组分为
三种类型: 1.叠绕组,又分单叠和复叠绕组;
2.波绕组,又分为单波和复波绕组; 3.蛙绕组,既叠绕组和波绕组混合的绕组。
(a)短复励
(b)长复励
§2.3.2 直流电机的空载磁场
一、什么是空载磁场?
电 机 不 带I负 a0载 ;, 仅If建 即 由立 的 磁 也叫主磁场。
二、磁通与磁动势 1.磁通 磁通分两部分:
• 主磁通 • 漏磁通
通过每个主极铁心磁 的通 总为Φm
Φ m Φ 0 Φ Φ ( 0 1 Φ Φ 0 ) K Φ 0
单波绕组电路图
单波绕组的并联支路数
单 波 绕 组 的 并 联 支与路主数极 数 无 关 , 只有两条并联支路。 即 并 联 支 路 数2: a 2 或 并 联 支 路 对 数a :1
注意:在元件数相同的情况下,波绕组每条支路 的串联元件数就可能比叠绕组多,支路电压也 会比较高。
波绕组增加并联支路数的方法是采用复波绕组
电流自端口正极性端流出时为发电机; 电流自端口正极性端流入时为电动机。
研究电机常用的两个术语: 发电机惯例 电动机惯例
§2.1.2 直流电机的构造
一、综述
定子: 主磁极 换向极 电刷装置 机座
转子: 电枢铁芯 电枢绕组 换向器
端盖:端盖内有轴承,转子在轴承中转,端盖则固 定在电机两端,使电机组成一个整体
式中K: 1Φ Φ0 称为主极漏磁系 数 ,K的 大 小 与 磁 场 分有布关情 况 一般K 1.15~1.25
2.产生主磁通的每对磁极磁励势F0 根据全电流定律
F0 Hdl2If Nf
式 中 :Nf 为 每 个 主 极 上 的 励组磁匝绕数
3. 五段式主磁路结构
电机中的磁回路数目等 于主极数目,每个磁 回路由五个部分组成
线圈中的感应电势是交变的
电刷及换向器的作用 电刷 AB之间的电 eAB是 势单向的(直流)
eAB的脉动较大
降低电刷端电动势脉动的方法
敷设多个线圈
若每极下均匀分布线圈个数大于8,则脉动 幅度将小于1%。
电机的可逆性原理 分析直流发电机和直流电动机的能量转换过程
从电机的电端口看,电机作发电机或电动机运行 的区别就在于电流方向发生了变化,
最大,
y

1






近一个极距 (用每个主极
在电枢表面所跨弧长或 用
该弧长所对应的虚槽数 来
表示)
设电机的极 P,对 电数 枢为 外 Da, 径则 为
Da 或zi
2P
2P
由于 y1必须为整数,嵌 否放 则, 无因 法此有
y1
zi
2P
整数
是 一 个 1的小 分于 数 , y1凑用 成于 整将 数
第二章 直流电机
本章重点
• 直流电机的工作原理 • 直流电机的电枢绕组 • 直流电机的磁场 • 直流发电机的基本特性 • 直流电动机的基本特性 • 直流电动机的起动与调速
什么是直流电机? 与直流有关的电机称为直流电机。
直流电机的优点: 1. 具有良好的起动性能 2.能在宽范围内平滑调速。
直流电机的用途:
功用: 是磁路的一部分;转
子槽中放置绕组
特点: 电枢旋转时被交变磁化,所以转子铁心中有铁耗。
(2)电枢绕组
功用: 感应电势,流过电流,产生电
磁力和电磁转矩,是电机能 够实现能量转换的核心部件。
构成:
由绝缘导线绕成线圈,各线圈以一定的规律焊接 在换向片上而连成一个整体。
(3)换向器
功用: 把电枢绕组内部的交流电势用
(1) .两个气隙,计算 2, 长磁 度场 为强H度 ;为
(2) .两个电枢齿,计为2算 hz, 高磁 度场强H度z;为 (3)两个磁极,计为2算 hm, 高磁 度场强H度 m;为 (4)一个定子轭,度计为 L算 ,长 磁场强H度 a;为 (5)一个转子(电,枢平)均轭长L度 a,为 磁场强H度 a。为
yy1y2
6. 换向器节距 yK
每一个元件两端所接两 片换向片之间在换向 器表面所跨过的距离 称换向器节距,用换 向器数表示。
y yK
yK yK
0右行绕组 0左行绕组
§2.2.2 单叠绕组
一、什么是单叠绕组?
是yyk 1 的一种绕组
yyk 1 为右行
yyk 1 为左行
二、单叠绕组绕制
举例说明:数 已 2P知 4, 电 zz机 i s 极 k1, 6 试绕制一单绕 叠组 右。 行整距
电刷架:电刷固定在端盖上,电刷与换向器相 接触。
气隙:定、转子之间有气隙,气隙的大小对电机 的性能影响很大。
二、分述各部分的功能和特点
1、定子
(1)主磁极
由主极铁芯和套在铁芯上的 励磁绕组构成,当励磁绕 组中通有直流励磁电流时, 气隙中产生一恒定主磁场, 主极铁芯常用1~1.5mm的 低碳钢板叠成。
功用:用来产生主磁场
(2)换向极
功用: 换向极专门用于改善 电机换向。
换向极由铁心和套在铁心上 的绕组构成,采用1~1.5mm 厚的钢片叠成,换向极装在 两个主极之间。
换向极的数目与主极的数目相同。
(3)机座 功用:
构成电机磁路的一部分; 固定主极合换向极; 固定电机。
用铸钢或薄钢板焊接而成。
2、转子 (1)转子铁芯
0 y1 称 为 整 距 元 件
0 y1 称为短距元件
0 y1 称为长距元件
4. 第二节距 y2
定义与同一个换向片相连接的两 个元件中,第一个元件的下元 件边到第二个元件的上元件边 在电枢表面的跨距,也用虚槽 数表示。
对叠绕 y2 组0
对波绕 y2 组0
5. 合成节距 y
相串联的两个元件的对应 边在电枢表面的跨距, 用虚槽数表示。
导 体 中 感 应 电 势 的 方 向: ab导 体 :b a cd导 体 :d c
e Blv
式中:B —导体所在处的气隙密磁度通 l — 导体的有效长度 v — 导体的线速度
v 2Rn
60
e B
2.当电枢旋转e时 随, 时间的变化规 B沿 律与 气隙的分布规律相同
规定: 从电枢进入磁极的磁
四、布线(下线)常用的几个名词 电枢绕组的特点常用虚槽数、元件数、换向片数及各
种节距来表征。 1. 虚槽数
如果槽内每u层 个有 元件边,则意个 味着一 实际的槽包u含 个了 “虚槽”
实际 Z与 槽虚 数 Zi的 槽关 数系 Zi u 为 Z :
2. 虚槽数 Zi、元件数 S、换向片数 K之间的关系
I Ia
2.并励直流电机
励磁绕组与电枢绕组并联,电枢电压即为励磁 电压。
3. 串励直流电机
励磁绕组与电枢绕组串联,电枢电流即为励磁 电流。
4.复励直流电机
励磁绕组分成两部分,一部分与电枢绕组串联,另 一部分与电枢绕组并联。
串励和并励两部分绕组的磁势可以相加可以相减, 前者称为积复励,后者成为差复励。
通方向为正方向.
S 极下: Bδ从电枢进入磁极,
Bδ为正。
N 极下: Bδ从磁极进入电枢, Bδ为负。
设t 0时刻被观察导何 体中 位性 于线 几上,而
电枢旋转的电角P速 2n度 ,为 即 t
60 由于 eB,所2e以 B
线圈电 2e随 势时间的变B化 随的 规变 律化 与规
相同,只要改 标变 刻一 度下 即坐 可。
1、节距计算
单叠右 y行 yK: 1
整 距 y1: 2zP i 146 4
第 二y节 2y 距 y11 : 43
虚槽 由 z 数 zi 可 :u 知 1
2、绕组连接表
规定元件编号与槽编号相同,上元件边直接用槽编 号表示,下元件边用所在槽编号加“ ' ”以示区 别。上元件边与下元件边之间用实线连接,两元 件通过换向器串联用虚线表示,绕组连接关系为:
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