船舶电气课件船舶电机.pptx

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正、负电刷间总的感应电势是由每个支路电势决定的， 因此必须把任一瞬间构成一条支路的全部串联导体所感 应的电势相加起来。若以图1-3环形绕组电机为例，设为 电枢绕组总导体根数，则每条支路全部串励导体根数为 N/2。总电势为:
N
N
2
2
E Bxl l Bx
1
1
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实际上，由于气隙磁密沿电枢圆周分布是梯形的，因而在 一条支路中，每根导体的感应电势也随其所在位置的磁密 不同而不同。为了简化计算，我们将Bx等效为平均值B，其 等效磁通为Φ 。经过整理计算，其感应电势的计算公式可 以表示为 ：
本章主要介绍，直流电机的工作原理、结构特点、励 磁方式和直流发电机、直流电动机的基本运行特性等。
船舶电气设备 1.1 直流电机
本章主要讲解内容 第一节 直流电机的工作原理与结构 第二节 电枢绕组的感应电势和电磁转矩 第三节 直流发电机的运行特性 第四节 直流电动机的运行特性
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第一节 直流电机的工作原理与结构
无论是直流发电机还是直流电动机，当它们运行时， 即电枢以一定的转速向一个方向旋转时，嵌在电枢铁 心槽内的电枢绕组便切割主磁通，产生感应电势。
图1-9表示直流电机在空载时，空气隙磁密B沿电枢圆 周分布曲线及电枢绕组电势。图中只画出绕组元件的 上层边，而电刷通过换向片与几何中性线的元件相连
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T CTΦI a
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三、直流电机的电磁功率 电磁转矩所对应的功率称为电磁功率Pm，根据功率的
计算公式和电磁感应的公式可以推导出电磁功率表达式。 电磁功率Pm即可以由电磁转矩T和角速度Ω相乘而得，也 可以由感应电势Ea和电枢电流Ia的乘积来求得，所以电磁 功率是机械能与电能的转换环节。电磁功率的表达式为:
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直流电机是实现机械能和直流电能相互转换的一种旋 转电器装置。直流电机是可逆的。一台直流电机既可 作为发电机使用，也可以作为电动机使用。在作为电 动机使用时，它将电能转换为机械能，并且具有良好 调速性能，调速设备简单，有较大的起动转矩和制动 转矩等优点，在现代船舶上有时被用在要求起动转矩 大调速性能好和有较大的过载能力的起货机或电动舵 机的电力拖动上。在作为发电机使用时，它把机械能 转换为电能。
图1-6 直流电动机原理图
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三、直流电机的结构 直流电机主要由定子和转子两大部分组成。图1-7是直
流电机的解体图。定子由主磁极、换向极、机座、端盖和 电刷装置等组成，转子由电枢铁心、电枢绕组、换向器、 转轴和风扇等组成。
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图1-7直流电机解体图
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图1-8 换向器的结构
P1应与输出的电功率P2和电机内部各种损 P 相平衡.
即：
P1 P2 + P
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四、直流电机的额定值 （1）额定功率 PN （KW） （2）额定电流 I N (A) （3）额定电压 U N (V ) （4）额定转速 nN (r / min) （5）额定励磁电压 UFN (V ) （6）额定工作方式
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第二节 电枢绕组的感应电势和电磁转矩
一、电枢绕组的感应电势
E CeΦn
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二、电枢绕组的电磁转矩
根据电磁力定律，无论是直流发电机还是直流电 动机，当电枢绕组中流过电流时，导体便受到电磁力 的作用，电磁力的方向根据左手定则确定。如图1-
10 所示。电磁力对于电枢轴心又形成转矩，该转矩即为 电枢绕组的电磁转矩。
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电磁转矩是由电磁力产生的，而电磁力与气隙中的 磁密和电枢绕组电流成正比，所以电磁转矩T正比 于电枢电流Ia及每极磁通φ，其计算公式为:
PM T CTIa Ea Ia
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在能量转换的过程中必然有损耗。直流电机的损耗有以下 几种：机械损耗PM、铁芯损耗PFe、励磁和电枢绕组的铜损 耗PCu和附加损耗(杂散损耗)PΔ等. 附加损耗PΔ≈ （0.5～1）％ P2 (P2为输出功率)。
当直流发电机带负载时，原动机在转轴上输入的机械功率
一、直流电机的工作原理
1.直流电机工作原理 1）图1-1直流发电机的原理图 2）图1-2 电刷间的电势
2.直流电机的电枢绕组 1）图1-2 电刷间的电势 2）图1-3 直流电机绕组示意图 3）图1-4 电枢绕组的连接电路图
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(a) 导体ab处于N极下 下
(b) 导体ab处于S极
图1-1 直流发电机的原理图
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直流发电机早期作为主电源在船舶上普遍应用，与交 流发电机比较，存在的主要缺点是：电压不能变换以 及结构复杂，造价高和维护工作量大等。现在大多数 船舶采用交流发电机替代直流发电机，但有些船舶仍 用直流发电机作为变流机组向直流电力拖动系统提供 直流电能。有些船舶主机轴带发电机也是直流发电机， 如远洋捕捞船的拖网机。所以直流电机仍然是船舶电 气设备的主要类型之一。
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e
O
ωt
图1-2 电刷间的电势
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图1-3 直流电机绕组示意图
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B 10 -9
10
11
12
1
2
9
3
3A
4+
8来自百度文库
7
6
5
4
N
图1-4 电枢绕组的连接电路图
S
图1-5 电刷偏离几何中性线示意图
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二、直流电动机的工作原理
(a)导体ab处于N极下
(b)导体ab处于S极下
N
S
Bx
B
A
A
x
图1-9主磁场磁密分布曲线及电 枢绕组电势
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当电枢旋转时，分布在电枢上的绕组元件便产生感应电 势，根据电磁感应定律，距中性线x处导体的感应电势为：
ex Bx l
式中, Bx表示距离中性线x处的气隙磁密；l表示电枢绕组 导体的有效长度；v表示电枢旋转的线速度。也是导体切 割主磁场的线速度。
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1.1 直流电机
本章概述 实现电能与机械能相互转换的设备称为电机。应用旋
转的方式进行能量转换的电机叫旋转电机，把机械能 转换为电能的旋转电机称作发电机，根据电磁原理把 电能转换为机械能的旋转电机称为电动机。
船用电机在船舶的整个电器设备中占有很大的比例。 一般几千吨位以上的船舶，电机的总数量可超过百台 以上，若为电力推动船舶，电机数量更多。根据电流 种类电机分交流电机和直流电机。