第二章 航空电机

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一、直流电机概述
•直流电机是电机的主要类型之一。一
台直流电机既可作为发电机使用,也
可作为电动机使用。 • 直流电机的用途
• 直流电机的优缺点
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。 存在换向器
作电源用:发电机 作动力用:电动机 信号的传递::测速发电 机,伺服电动机
2. 直流电机结构及工作原理
二、直流电机的基本结构
机座
主磁极:主磁极的作用是
建立主磁场。一般可以是永 久磁铁或通直流电的励磁绕 组建立磁场。主磁极个数一 般为偶数,励磁绕组的连接 必须使得相邻主磁极的极性 按N,S极交替出现。 机座:起导磁和机械支撑 作用。有整体式和叠片式两 种。
主 极 铁 芯
航空电机电子教案
第一节 概述 第二节 直流电机的基本结构和工作原理 第三节 直流发电机
第四节 直流电动机
第五节 三相异步电动机 第六节 两相和单相异步电动机 第七节 飞机同步发电机
航空电机电子教案
第一节
概 述
课堂重点
一、航空电机的分类
二、航空电机的工作条件
三、航空电机的主要特点
习题
(一)普通电机的分类
导体cd处于N极下方时
2. 直流电机结构及工作原理
四、直流电动机的工作原理
可见,和电刷A接触的导体总是位于N极下,和电刷B 接触的导体总是位于S极下,因此电刷A的极性总是正的, 电刷B的极性总是负的,在电刷A、B两端可获得直流电动 势。 实际直流发电机的电枢是根据实际需要有多个线圈。 线圈分布在电枢铁心表面的不同位置,按照一定的规律 连接起来,构成电机的电枢绕组。磁极也是根据需要N、 S极交替旋转多对。 电枢电势 Ea=Ceφn 工作原理动画演示
转速特性 a) 并励——If=U/Rf,→ If 、φ为常数
U I a Ra n C e
I a Ra U n C1 C 2 I a C e C e b) 串励——If=Ia,→φ=kIa U I a Ra U I a Ra n C e C e kIa
n C1 2 0
I
导体ab处于N极下方时
2. 直流电机结构及工作原理
四、直流电动机的工作原理
c 当原动机驱动电机转子逆时针旋转 180度后,如左图。
d
a
b
导体ab在S极下,a点低电 位,b点高电位;导体cd在N极 下,c点低电位,d点高电位; 电刷A极性仍为正,电刷B极 性仍为负。 可见,和电刷A接触的导 体总是位于N极下,和电刷B 接触的导体总是位于S极下,
1. 体积小,重量轻 2. 特定的电压和频率

电压——DC:28V AC:115/200V f: 400Hz, 三相 四线制
第二节 直流电机基本 结构和工作原理
一、直流电机概述 二、直流电机的基本结构
Chap 2
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三、直流发电机的工作原理
四、直流电动机的工作原理
五、直流电机的换向
习题
2. 直流电机结构及工作原理
PM
EaIa
(6)
(四)发电机的效率
P2 P 1
由式(3)~(6)得 P1=P2+Pcua+P0=P2+ΣP, ΣP= Pcua+P0
P2 P2 P P2 P 1
P 1 P2 P
自励:
励磁绕组并接于电枢绕组两端,由发电机 本身端电压提供励磁,而发电机似的端电 压又必须在有了励磁电流后才能产生,所 以,并励发电机由初始的U=0到正常运行 时的U,有一个自己建立电压的过程(自 励)
自励条件: 电机主磁路有剩磁φr;
励磁绕组极性正确; 励磁回路总电阻小于建压临界电阻。
运行特性:
在发电机的运行参数U、I、If中,固定其中一个,研究另 外两个参数之间的关系叫运行特性。不同励磁方式的电机 运行方式不同。
1. 负载特性
I=Cont.→ U=f(If); I=0时,为空载特性。见图2-14
五、直流电机的换向
•换向火花产生原因: (极为复杂)
电磁性原因 ——换向时,元件中的自感电 势、互感电势以及切割磁通的切割电势,在 换向回路中产生附加电流;
机械原因——摩擦、磨损; 化学原因——高空缺氧、水,导致换向器 表面的化学反应而使表面保护膜破坏。 • 改善换向的措施
增大换向回路电阻
If I
Ia
Ea
自励过程
•电机的主磁极通常总有剩磁存在。 •原动机拖动转子旋转,电枢绕组切割剩磁场φr,产生一个 不大的剩磁感应电势Er。 •这一电势加到励磁绕组将产生一个不大的励磁电流If。 •该励磁电流产生的磁势φ1如果和剩磁φr同方向,将相互加 强,会建立起稳定电压。 •该励磁电流产生的磁势φ1如果和剩磁φr反方向,将相互减 弱,无法建立稳定电压。
2. 直流电机结构及工作原理
二、直流电机的基本结构
换向器:
在直流发电机中,换向 器起整流作用;在直流 电动机中,起逆变作用。 通过连接片与电枢线圈 相连。
2. 直流电机结构及工作原理
三、直流发电机的工作原理
上图为直流发电机的物理模型,N、S为定子磁极, abcd是固定在可旋转导磁圆柱体上的线圈,线圈连同导磁 圆柱体称为电机的转子或电枢。线圈的首末端a、d连接 到两个相互绝缘并可随线圈一同旋转的换向片上。转子 线圈与外电路的连接是通过放置在换向片上固定不动的 电刷进行的。
2. 直流电机结构及工作原理
三、直流发电机的工作原理
直流发电机是将机械能转变成 电能的旋转机械。 当原动机驱动电机转子逆 时针旋转时同,线圈abcd将感 应电动势。 如右图,导体ab在N极下方: a点高电位,b点低电位;导体 cd在S极下,c点高电位,d点 低电位;电刷A极性为正,电 刷B极性为负。
发 电 机 1.按 能 量 转 化 分 电 动 机 直 流电 机 2.按电 流 性 质 分 机 交 流 电
发 电 机 电 动 机 3.按功 能分 控 制 电 机 变 压 器 、 变 频 机 等
(二)航空电机的分类——根据在飞机上的应用
1. 主电源发电机 2. 驱动电机 3. 控制电机 4. 变流机
2 CI a
2
0
1—并励 2—串励
转矩特性图
Ia
(三)机械特性——U=Cont. n=f(M)
• 机械特性方程式:
U I a Ra n Ra U M C e n 2 C e C e C M M C I M a
U0
他励
并励
0
I
直流发电机的外特性
3. 调节特性
a) 负载调节特性:U=Cont. →If=f(I)
• • 并励:当I增大,则U下降,此时,若提高If ,则Ea增大, U增大,从而使U保持不变。故I↑,If↑ I不变,当n变化时,通过调节If来使端电压保持不变。 并励:当n增大,则U增大,此时,若减小If ,则Ea减小, U减小,从而使U保持不变。故n↑,If↓
(二)功率平衡式
将式(1)两端同乘Ia,得:
(三)转矩平衡式
M1=M+M0 (4)
Ea I a UIa I Ra
2 a
(3)
式(4)两端同乘电机角 速度Ω,得:
M1 Ω=M Ω+M0 Ω (5)
P2
PCua
P1 PM P0
P2——负载有效功率 PCua——电枢回路总铜耗
P1——原动机输入机械功率 PM——电磁功率 P0 ——空载损耗功率
2. 直流电机结构及工作原理
四、直流电动机的工作原理
直流电动机是将电能转变成机 械能的旋转机械。
把电刷A、B接到直流电源上,电刷A接 正极,电刷B接负极。此时电枢线圈中 将电流流过。如左图。 在磁场作用下,N极性下导体ab受力方 向从右向左,S 极下导体cd受力方向从 左向右。该电磁力形成逆时针方向的电 磁转矩。当电磁转矩大于阻转矩时,电 机转子逆时针方向旋转。
1
Ra U 1 1 C1 C 2 Ce k I a Ce k Ia
1—并励 2—串励 Ia
(二)转矩特性——U=Cont. , M=f(Ia)
并励电动机——φ=Cont.
M C MI a CI a
串励电动机——φ=kIa M 1
M C M I a C M kI a I a
I
导体ab处于N极下方时
2. 直流电机结构及工作原理
三、直流发电机的工作原理
c 当原动机驱动电机转子逆时针旋转 180度后,如左图。
d
a
b
导体ab在S极下,a点低电 位,b点高电位;导体cd在N极 下,c点低电位,d点高电位; 电刷A极性仍为正,电刷B极 性仍为负。 可见,和电刷A接触的导 体总是位于N极下,和电刷B 接触的导体总是位于S极下,
励 磁 绕 组
极靴
图3 主磁极结构图
2. 直流电机结构及工作原理
二、直流电机的基本结构
换向极: 换向极是安装在两相邻主磁 极之间的一个小磁极。 其作用是改善直流电机的换 向情况,使电机运行时不产 生有害的火花。其结构与主 磁极相似,个数与主磁极极 数相等。
图4 换向极结构图
2. 直流电机结构及工作原理
2. 直流电机结构及工作原理
二、直流电机的基本结构
• 直流电机的主要结构
主磁极 换向磁极 电刷装置 机座 端盖 电枢铁心 电枢绕组 换向器 转轴 轴承
定子
转子
2. 直流电机结构及工作原理
二、直流电机的基本结构
图1 电机物理模型
2. 直流电机结构及工作原理
二、直流电机的基本结构
图 2 电 机 结 构 剖 面 图
二、直流电机的基本结构
•电刷装置 电刷是电枢电路的引出 (或引入)装置,由电 刷、刷握、刷杆和连线 等部分组成。当电枢旋 转时,电刷与换向器表 面形成滑动接触。 图5 电刷结构图
2. 直流电机结构及工作原理
二、直流电机的基本结构
电枢铁芯: 电机主磁路的一部分。通常采 用0.5mm厚的低碳硅钢片冲压 叠装而成。 电枢绕组: 由一定数目的电枢线圈按 一定的规律连接组成。
导体cd处于N极下方时
2. 直流电机结构及工作原理
三、直流发电机的工作原理
因此电刷A的极性总是正的,电刷B的极性总是负的, 在电刷A、B两端可获得直流电动势。
实际直流发电机的电枢是根据实际需要有多个线圈。 线圈分布在电枢铁心表面的不同位置,按照一定的规律 连接起来,构成电机的电枢绕组。磁极也是根据需要N、 S极交替旋转多对。 电枢电势 Ea=Ceφn 工作原理动画演示
2. 外特性——If=Ife. n=ne →U=f(I)
• 他励: I↑U↓ U=Ea-IaRa=Ceφn - IRa, • 并励
a) 电阻Ra上的压降增大 ,导致端电压U下降; b) U下降,导致If 下降, φ下降,进一步降低U。
U
U=Ea-IaRa=Ceφn - (I+If )Ra; I增大,导致: • 外特性图
当负载电流I发生变化时,通过调节If来使端电压保持不变。
b) 速率调节特性: I=Cont. →If=f(n)
• •
Chap 2
第四节
直流电动机
课堂重点
一、直流电动机的特性
二、直流电动机的起动和调速
三、直流电动机的反转和制动
习题
一、直流电动机的运行特性
(一)转速特性——U不变时,n=f(Ia)
U=Ea+IaRa, Ea=Ceφn
二、航空电机的工作条件
航空电机工作环境的特殊性,决定了航空电机 在结构、性能上有别于地面电机。
1. 环境温度 -55~60℃ 2. 大气压力 H↑,P↓ 3. 湿度 在高温、高湿作用下,对电机的 电气性能和机械性能影响很大 4. 大气成分 5. 机械过载——高速旋转、冲击载荷
三、航空电机的主要特点
Chap 2
第三节
直流发电机
课堂重点
一、直流电机的励磁方式
二、直流发电机的稳态运行方程式
三、并励直流发电机的自励 四、直流发电机的运行特性
习题
直流电机的励磁方式(励磁绕组的接线方式)
他励 自励——串励、并励、复励
接线图Baidu Nhomakorabea
他励
并励
串励
(一)发电机的电势平衡式
M1 n M0 M
1. 发电机——Ea、Ia同向 Ea=IaRa+U 2. 电动机——Ea、Ia反向 转子导体在磁场中受力产生转矩, 转子旋转,产生电势Ea,与电枢 电流Ia反向,故又称反电势。 U=IaRa+ Ea (2) (1)
2. 直流电机结构及工作原理
五、直流电机的换向
• 换向:旋转的电枢绕组元件从一条支路经 电刷短路,而进入另一条支路,元件里电流 改变方向的过程,称直流电机的换向问题。
•换向动画演示:
• 换向不良时带来的危害:
换向不良将在电刷、换向片之间产生火花,火 花大到一定程度时,可能损坏电刷和换向器表面。
2. 直流电机结构及工作原理
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