第一章直流电机

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先求出电动势常数
pN 2 216 Ce 3.6 60 a 60 2
E a C e n (3.6 2.2 102 1460)V 115.6V CT 9.55C e 9.55 3.6 34.4 T CT I a (34.4 2.2 10 2 800) N m 605N m
1-极靴 2-磁身 3-定子磁轭4-励磁线 圈 5-气隙 6-电枢齿 7-电枢磁轭
二、直流电机的负载磁场和电枢反应

直流电机负载运行时,电枢绕组中便有电流通 过,产生电枢磁通势。该磁通势所建立的磁场, 称为电枢磁场。电枢磁场与主极磁场一起,在 气隙内建立一个负载(合成)磁场。

由于负载后电枢磁场的出现,对主极磁场的分 布有明显的影响。这种电枢磁场对主极磁场 (空载磁场)的影响称为电枢反应。
例1-4 一台直流电动机,PN=17KW,UN=220V, nN=1500r/min,N=83%。求其额定电流和额定负 载时的输入功率。 解
17 103 IN A 93.1A U N N 220 0.83 PN
P 1 PN
N
17 103 W 20482 W 20.48kW 0.83
并励绕组 他励绕组
D1
E1 F1
D2
E2 F2
注:下标“1”是首端,为正极;下标“2”是末端,为负极
例1-5 在下图中画出并励直流电动机的实际接线图
解:换向级绕组应与电枢绕组串联,励磁绕组再 与它们并联。
四、直流电机的主要系列简介
Z系列:一般用途直流电动机 (如 Z2, Z3,Z4等系列); ZF系列:一般用途直流发电机 ZT系列:广调速直流电动机; ZZJ系列:冶金起重机用直流电动机; ZQ系列:直流牵引电动机; ZH系列:船用直流电动机; ZA系列:防爆安全型直流电动机; ZKJ系列:挖掘机用直流电动机; ZJ系列:精密机床用直流电动机;
由右手定则可知:决定感应电动 势极性的因素有两个,一是改变 电枢转向,二是磁场极性,因此 改变磁场的极性也可使直流发电 机的输出电动势极性改变。
S
-
+ N 注意:电枢转向和磁场极性只能改变其一。
2、直流电动机的基本工作原理
基于电磁力定律:左手定则 载流导体ab、cd 在磁场中产生电磁力f 形成电磁转矩带动转子旋转
直流电机的径向剖面示意图
直流电机的结构图
1-电枢铁心 2-主磁极 3-励磁绕组 4电枢齿 5-换向极绕组 6-换向极铁心 7-电枢槽 8-底座 9-电枢绕组 10-极 掌(极靴) 11-磁轭(机座)
二、直流电机的基本结构
作用
静止部分:定子 电磁方面:产生磁场和构成磁路。 机械方面:整个电机的支撑。 主要部件:磁极、机座、换向 极、电刷、轴承、端盖等 感应电动势和产生电磁转矩, 从而实现能量的转换 主要部件:电枢铁心、电枢绕 组、换向器、轴承和风扇等
3、励磁方式
直流电机运行性能与励磁方式密切相关,因此直流电机的 分类以励磁方式分类
电枢绕组与励 磁绕组并联
电枢绕组与励 磁绕组串联
有并励又有 串励绕组
励磁绕组单独 供电
4. 直流电机出线端子的标志
绕组名称 出线端标志 绕组名称 出线端标志
电枢绕组
换向极绕组 补偿绕组
A1
B1 C1
A2
B2 C2
串励绕组
第三节 电磁转矩和电枢电动势
二、电枢电动势Ea
在直流电机中, 感应电动势是由于电枢绕组和磁场之间的相对 运动, 即导线切割磁力线而产生的。根据电磁感应定律可推得:
Ea=Ce n
式中 Ce——电动势常数,Ce =Np/(60a)。取决于电机的结构
当每极磁通、转速n的单位分别是Wb、r/min时, 电枢电动
由许多燕尾状的铜片间 隔绝缘云母片而成
材料:采用导电性能好、硬度大、耐磨 性能好的紫铜或铜合金制成。
3、气隙
作用:保证了电 机的转子的正常 旋转,又是磁路 的重要组成部分。 小型电机气隙约 为0.7~5mm;大 型电机气隙可达 5~10mm 。
主极极靴和电枢间 的间隙。不均匀。
三、直流电机的铭牌数据 铭牌数据主要有:
直流电动机合成磁场形成:主极磁场+电枢磁场
电动机拖动的机 械负载越大,电 枢反应的影响就 越大,但正是电 枢磁通势与主极 磁场相互作用而 产生电磁转矩, 从而实现机电能 转换。
电枢反应性质: 1)使磁力线扭斜,主极磁场发生畸变,物理中性线偏移; 2) 使每极合成磁通比空载时每极主磁通0略小,称去磁作 用。
第一节 直流电机的基本工作原理与结构
一、直流电机的基本工作原理 1、直流发电机的基本工作原理

基于电磁感应原理:右手定则 产生磁场:(N、S极) 运动导线ab、cd切割磁场 线圈感应电动势——交变 换向整流——电刷间输出直流电动势
直流发电机的工作原理模型
例1-1 如果前图中的直流发电机顺时针旋转,电刷两端 的电动势极性有何变化?还有什么因素会引起同样的 变化? 解:直流发电机顺时针旋转时,由右手定则,图示线 圈中感应电动势方向为a-b-c-d,通过换向片与电刷的 滑动接触,则电刷B极性为正,电刷A极性为负。所 以改变电枢转向,可改变电刷间输出电动势极性。
势的单位为V。 可见:对已制成的电机, Ea正比于每极磁通和转速n;
另:转矩常数CT与电势常数Ce之间有固定的比值关系:
CT/Ce=(N· p/2a)/(N· p/60a)=9.55
例1-6 一台直流发电机,2p=4,电枢绕组为单叠绕组, 电枢总导体数N=216,额定转速nN=1469r/min,每极磁 通Φ =2.2× 10-2Wb,求: 1)此发电机电枢绕组的感应电动势。 2)此发电机若作为电动机使用,当电枢电流为800A 时,能产生多大电磁转矩? 解
电 枢 线 圈
线圈首端
上层有效边
端接部分
电枢绕组:电枢线 圈按一定规律连接 形成。其并联支路 对数用a表示。 单叠绕组:a=p 单波绕组:a=1
端接部分 线圈尾端
下层有效边
作用:用于产生感应电 动势和通过电流,实现 机电能量的转换。
单波、单叠绕组联接示意图
换向器
作用:实现电刷内外 交直流的转换。
第三节 电磁转矩和电枢电动势
三、电磁功率Pem
Pem= EaIa= (pN/60a)n Ia =(pN/2a)Ia (2n/60) =T
电功率属性
Pem
桥梁
机械功率属性
对电动机而言电动势Ea是反电动势,电源电压 U必须大于电动势Ea把电流Ia灌入。从上式的推导 过程可见,电动势Ea与电枢电流Ia的乘积是电功率 属性的电磁功率Pem,经过电磁作用转换为等量的 机械功率属性的百度文库磁功率Pem ,所以Pem是机电能 量转换的桥梁。
第二节 直流电机的磁场
直流电机的磁场,是直流电机产生电动势 和电磁转矩必不可少的因素,而且直流电机的 运行特性,在很大程度上也取决于磁场特性
一、直流电机的空载磁场 直流电机空载时(发电机与外电路断开;电 动机轴上不带机械负载),电枢电流为零或近似 为零。因而空载磁场可以认为仅仅是励磁电流通 过励磁绕组产生的励磁磁通势Ff所建立的。
f
n f
+
3、电机的可逆原理 任何一台电机既可作发电机运行,也可作 电动机运行,这一性质称为电机的可逆原 理。 电机的实际运行方式由外施条件决定:
如果电机转子输入机械能,而电枢绕
组输出电能,电机作为发电机运行; 如 果在电枢绕组中输入电能,转子输出机 械能,则电机作为电动机运行。
二、直流电机的基本结构
第三节 电磁转矩和电枢电动势
一、电磁转矩T 在直流电机中, 电磁转矩T是由电枢电流与磁场相互作用而产 生的电磁力所形成的。经推导电磁转矩可用下式来表示: T=CT Ia 式中 CT ——转矩常数;CT=Np/(2a)取决于电机的结构,即 在制成的电机中,p、N(电枢绕组总导体数)、 a均为定值; ——每极下的合成磁通(Wb); 当Ia为(A)时, 电磁转矩单位为N.m。 可见对已制成的电机, 电磁转矩T正比于气隙每极磁通及电 枢电流Ia。
中间有气隙
旋转部分:转子 作用
1、定子部分
主磁极
产生磁场,N、S 相隔,用p表示极对数
由磁极铁心和励磁绕组构成,磁极铁心由极身和极靴组成.
机座
导磁和机械支撑
用整块钢制成,也可用厚 1~1.5mm厚钢板或硅钢 片叠成
换 向 极
电 刷
作用:将旋转的电枢与固 定不动的外电路相连,把 直流电压和直流电流引入 或引出
电机型号 额定电压 额定功率 额定电流 额定励磁电流
额定转速
励磁方式
出厂数据如出厂编号、出厂日期等
1、电机型号
Z 2—7 2
一 般 用 途 直 流 电 机 第 二 次 改 型 设 计
1号为短铁心,2 号为长铁心
电枢铁心长度
机座号
1号最小,12 号最大
型号表明电机所属的系列及主要 特性。知道了型号,可从相关手 册中查出电机的许多技术数据。
解:图中的电动机模型要顺时针旋 转需获得一个顺时针方向的电磁转 矩,由左手定则可知:电磁力的方 向取决于磁场极性或导体中电流的 方向,所以直流电动机获得反转的 方法有两个:一是改变磁场极性, 二是改变电源电压极性使流过导体 的电流方向改变。 注意:两者只能改变其一,否 则,直流电动机的转向不变。
改变电源极性(导体电 流方向)而反转示意图
作用:改善直流电机的换 向,一般电机容量超过 1kW时均应安装换向极。 安装在相邻两主磁极之 间,用螺钉固定在机座 上。
1-刷握 2-铜丝辫 3-压紧弹簧 4-电刷块(石墨材料)
2、转子部分
电 枢 铁 心
作用:通过磁通和嵌放 电枢绕组。
铁心冲片
材料:为减小磁滞损耗和涡流损耗,电枢铁心 用0.35mm或0.5mm厚的硅钢片叠成,表面有绝 缘层。
例1-3 一台直流发电机, PN=10KW,UN=230V, nN=2850r/min,N=85%。求其额定电流和额定负 载时的输入功率。 。

PN 10 103 IN A 43.48A UN 230
P1 PN
N
10 103 W 11760 W 11.76kW 0.85
直流电机空载磁场分布
由励磁磁通势Ff所建立的空 载磁场分为两类磁通:主磁通 0、漏磁通。一般0》 主磁通0对应的主磁路其组 成分为气隙、电枢齿、电枢磁 轭、主磁极、定子磁轭五部分, 或简化为主磁路由气隙和铁磁 材料两大部分组成。 由于空气的磁导率远比铁磁 材料的磁导率小,磁路的励磁 磁通势Ff几乎都消耗在气隙部 分,而对应产生的磁场常称为 空载气隙磁场。
第四节 直流电动机的运行原理
第一章 直流电机
第一章 直流电机



直流电机是电能和机械能相互转换的旋转电机之一。 直流发电机:机械能——直流电能 直流电动机:直流电能——机械能 直流电动机具有良好的调速性能、较大的起动转矩和 过载能力等很多优点,但结构复杂,成本高,运行维 护较困难。主要应用于起动和调速要求较高的生产机 械中,如金属切削机床,轧钢机、电力机车、起重机、 造纸及纺织行业等机械中。 本章主要分析直流电机的基本工作原理、结构和运行 特性(以直流电动机为重点)。
2、额定值
(1)额定功率PN PN(kw) 是指在规定的工作条件下,长期运行 允许输出的功率。对于发电机来说,是指正负电刷之间输出 的电功率;对于电动机,则是指轴上输出的机械功率。
(2)额定电压UN UN(V)对发电机来说,是指在额定电流下输 出额定功率时的端电压;对电动机来说,是指所规定的正常 工作时,加在电动机两端的直流电源电压。 (3)额定电流IN IN(A)是直流电机正常工作时输出或输入的 最大电流值。 对于发电机,三个额定值之间的关系为 PN=UNIN 对于电动机,三个额定值之间的关系为 PN=UN· IN· N 额定效率; N =(PN/P1)*% (4)额定转速nN nN (r/min)是指电机额定运行时的转速。
直流电动机工作原理模型
换向器作用: 在发电机中起整流作用,使线圈中的交变电动势——电刷 间的直流电动势。 在电动机中起逆变作用,使电刷间的直流电——线圈内的 交变电,保证电动机的转向恒定。
例1-2 电动机拖动的生产设备常需要作正转或反转运动, 如电力机车的前行和倒退,就要求牵引电动机能正、反 转。分析前图中的直流电动机如何能反转(顺时针旋转)?
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