電機(jī)拖動(dòng)1PPT課件

1、第2章 直流電動(dòng)機(jī)的原理及特性 2.3 直流電機(jī)空載和負(fù)載時(shí)的磁場(chǎng)簡(jiǎn)介 直流電機(jī)的空載磁場(chǎng) 負(fù)載時(shí)直流電機(jī)的磁場(chǎng) 2.4 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩 電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)公式重點(diǎn) 電磁轉(zhuǎn)矩公式重點(diǎn)第1頁(yè)/共51頁(yè)第2章 直流電動(dòng)機(jī)的原理及特性 2.5 直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的基本方程式和功率關(guān)系 基本方程式重點(diǎn) 功率關(guān)系難點(diǎn) 2.6 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性重點(diǎn) 串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性不講 2.7 電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行條件重點(diǎn)第2頁(yè)/共51頁(yè)第2章 直流電動(dòng)機(jī)的原理及特性 電機(jī)的可逆性 同一電機(jī)既可做發(fā)電機(jī)又可做電動(dòng)機(jī) 本課程討論的電機(jī)主要是電動(dòng)機(jī) 直流電機(jī)(dc machin

2、es)機(jī)械能直流電能直流發(fā)電機(jī)(dc generators)直流電動(dòng)機(jī)(dc motor)第3頁(yè)/共51頁(yè)直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn) 按電源性質(zhì)，電動(dòng)機(jī)分為 直流電動(dòng)機(jī)：直流電能機(jī)械能 交流電動(dòng)機(jī)：交流電能機(jī)械能 直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)： 調(diào)速范圍寬，調(diào)速平滑且容易 起動(dòng)、制動(dòng)和過(guò)載轉(zhuǎn)矩大，且易于控制第4頁(yè)/共51頁(yè)直流電機(jī)直流電機(jī)動(dòng)畫(huà)第5頁(yè)/共51頁(yè)2.1 直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 基本結(jié)構(gòu) 從直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)看 發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)沒(méi)有多大差別定子部分 stator（靜止）轉(zhuǎn)子部分 rotor又稱(chēng)電樞 armature （旋轉(zhuǎn)）氣 隙直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)主磁極N、S勵(lì)磁繞組電樞鐵心電樞繞組AX電刷換向片第

3、6頁(yè)/共51頁(yè)圖2.1 小型直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖第7頁(yè)/共51頁(yè)直流電機(jī)剖面示意圖第8頁(yè)/共51頁(yè)直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)機(jī) 座主 磁 極換 向 極電刷裝置其他部分電樞鐵心電樞繞組換 向 器其他部分主磁極鐵心勵(lì)磁繞組換向極鐵心換向極繞組電刷、電刷座端蓋、底腳齒、槽、軸向通風(fēng)孔V形套筒、云母環(huán)、換向片、連接片風(fēng)扇、轉(zhuǎn)軸、軸承極身、極靴定子部分stator（靜止）轉(zhuǎn)子部分rotor又稱(chēng)電樞armature （旋轉(zhuǎn)）氣 隙直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)在定子、轉(zhuǎn)子之間第9頁(yè)/共51頁(yè)1定子部分(stator) 靜止部分機(jī) 座主 磁 極換 向 極電刷裝置端 蓋主磁極鐵心勵(lì)磁繞組換向極鐵心換向極繞組電刷、電刷座極身、極靴定子

4、部分stator（靜止）底 腳第10頁(yè)/共51頁(yè)（1）機(jī)座作用導(dǎo)磁機(jī)械支撐：機(jī)座中有磁通通過(guò)的部分，稱(chēng)為定子磁軛導(dǎo)磁較好的材料焊成固定換向極主磁極兩個(gè)端蓋（中、小型電機(jī)）厚鋼板（小型直流電機(jī)）鑄鋼第11頁(yè)/共51頁(yè)（2）主磁極 作用 建立主磁場(chǎng) 多數(shù)由勵(lì)磁繞組通以直流電流 有時(shí)用永久磁鐵 組成主磁極主磁極鐵心極身勵(lì)磁繞組極靴由鋼板沖片疊壓緊固而成用螺桿固定在機(jī)座上勵(lì)磁線圈：套裝在鐵心上第12頁(yè)/共51頁(yè)（3）換向極 又稱(chēng)附加極或間極 直流電動(dòng)機(jī)容量超過(guò) 1 kW時(shí)要裝上換向極 作用 改善直流電動(dòng)機(jī)的換向 安裝 一般安裝在兩相鄰主磁極之間 換向極個(gè)數(shù)一般與主磁極的極數(shù)相等 換向極繞組與電樞繞組串

5、聯(lián)第13頁(yè)/共51頁(yè)（3）換向極 構(gòu)成換向極鐵心：換向極繞組：換向極形狀比主磁極的簡(jiǎn)單一般由整塊鋼板構(gòu)成套在換向極鐵心上用螺桿固定在機(jī)座上結(jié)構(gòu)和主磁極類(lèi)似第14頁(yè)/共51頁(yè)（4）電刷裝置 組成 作用 連接轉(zhuǎn)動(dòng)和靜止之間的電路 發(fā)電機(jī)：把轉(zhuǎn)子部分的電流引出到靜止的電路中 電動(dòng)機(jī)：把靜止電路中的電流引入到轉(zhuǎn)子電路中電刷裝置電刷電刷座第15頁(yè)/共51頁(yè)2轉(zhuǎn)子部分(rotor) 轉(zhuǎn)子又稱(chēng)為電樞(armature) 旋轉(zhuǎn)部分電樞鐵心電樞繞組換 向 器風(fēng)扇齒、槽、軸向通風(fēng)孔V形套筒、云母環(huán)、換向片、連接片轉(zhuǎn)子部分rotor又稱(chēng)電樞armature （旋轉(zhuǎn)）轉(zhuǎn)軸軸承第16頁(yè)/共51頁(yè)（1）電樞鐵心 是主磁路

6、的一部分 構(gòu)成 將冷軋硅鋼片沖成 有齒、槽的沖片 然后把這些沖片疊裝起來(lái) 就構(gòu)成電樞鐵心 其片間有很薄的絕緣層齒槽軸向通風(fēng)孔第17頁(yè)/共51頁(yè)（1）電樞鐵心 說(shuō)明 電樞鐵心上開(kāi)槽是為了安放電樞繞組用 為改善通風(fēng)，電樞鐵心可沿軸分成幾段 以形成徑向通風(fēng)道 電樞鐵心的安裝 小型電動(dòng)機(jī)的電樞鐵心直接壓裝在軸上 大型電動(dòng)機(jī)的電樞鐵心先壓裝在轉(zhuǎn)子支架上 然后再將支架固定在軸上第18頁(yè)/共51頁(yè)（2）電樞繞組 構(gòu)成 用包有絕緣層的導(dǎo)體構(gòu)成電樞線圈 將線圈按一定的次序嵌入電樞鐵心槽內(nèi)的上、下層中 每個(gè)元件的兩個(gè)出線端都按一定的規(guī)律與換向器的換向片相連第19頁(yè)/共51頁(yè)（3）換向器第20頁(yè)/共51頁(yè)（3）換向

7、器 組成 由許多鴿尾形的換向片組成 片間用云母絕緣 作用 發(fā)電機(jī)：起整流作用 可將電樞繞組中交變的電流 轉(zhuǎn)換成電刷上的直流 電動(dòng)機(jī)：起逆變作用 將電刷上的直流 變?yōu)殡姌欣@組內(nèi)的交流第21頁(yè)/共51頁(yè)電樞繞組和換向片的連接動(dòng)畫(huà)第22頁(yè)/共51頁(yè)2.3 直流電機(jī)空載和負(fù)載時(shí)的磁場(chǎng)簡(jiǎn)單介紹 直流電機(jī)的磁場(chǎng) 由電機(jī)中各繞組共同產(chǎn)生 包括勵(lì)磁繞組、電樞繞組、附加極繞組 但勵(lì)磁繞組起主要作用 主磁場(chǎng) 多數(shù)由勵(lì)磁繞組通以勵(lì)磁電流，又稱(chēng)勵(lì)磁磁場(chǎng) 有時(shí)用永久磁鐵 電樞磁場(chǎng)：由電樞繞組通以電樞電流 主磁場(chǎng)起主要作用直流電動(dòng)機(jī)原理動(dòng)畫(huà)第23頁(yè)/共51頁(yè)1直流電機(jī)的磁通路徑 主磁通：磁路從主磁極1出發(fā)經(jīng)氣隙1電樞齒1

8、電樞軛電樞齒2氣隙2主磁極2定子軛主磁極1，最后又回到氣隙1n 漏磁通：不進(jìn)入電樞鐵心，直接經(jīng)過(guò)相鄰的磁極或定子軛n 主磁通是主要的（動(dòng)畫(huà)）第24頁(yè)/共51頁(yè)2空載磁通密度波形 空載時(shí)電樞電流為0，氣隙磁場(chǎng)是由勵(lì)磁電流單獨(dú)決定 極面下氣隙較小且均勻，磁密較強(qiáng)且均勻 極面外，氣隙迅速增大，磁密也迅速減弱，幾何性中線處磁密為0 空載氣隙磁密沿電樞外圓的分布用函數(shù)B表示表示：分析可知它是帽子形（或稱(chēng)平頂波）(a)氣隙形狀(b)氣隙磁密分布B極身極靴幾何中性線第25頁(yè)/共51頁(yè)負(fù)載時(shí)直流電機(jī)的磁場(chǎng) 電樞反應(yīng) 直流電機(jī)空載時(shí)，電樞電流為0，當(dāng)勵(lì)磁繞組中有勵(lì)磁電流時(shí)，氣隙磁場(chǎng)由勵(lì)磁電流單獨(dú)決定 帶負(fù)載后，

9、電樞繞組有電流通過(guò)，并產(chǎn)生電樞磁場(chǎng) 此時(shí)，氣隙磁場(chǎng)由主磁場(chǎng)（又稱(chēng)勵(lì)磁磁場(chǎng)）和電樞磁場(chǎng)共同決定 電樞磁場(chǎng)會(huì)對(duì)氣隙磁場(chǎng)產(chǎn)生一定的影響，這一影響稱(chēng)為電樞反應(yīng) 電樞反應(yīng)會(huì)使得每極磁通發(fā)生變化，也會(huì)使氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變，從而影響電機(jī)的性能第26頁(yè)/共51頁(yè)負(fù)載時(shí)的磁場(chǎng)（電流方向，右手螺旋定則確定磁力線）(a)電樞磁場(chǎng)(b)空載磁場(chǎng)(c)負(fù)載磁場(chǎng)勵(lì)磁電流為零電樞電流為零第27頁(yè)/共51頁(yè)圖2.15 電樞反應(yīng)主磁場(chǎng)的磁通密度分布曲線（帽子形，或稱(chēng)平頂波）電樞磁場(chǎng)的磁通密度分布曲線（馬鞍形）兩條曲線逐點(diǎn)疊加后得到負(fù)載時(shí)氣隙磁場(chǎng)的磁通密度分布曲線（氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變）第28頁(yè)/共51頁(yè)額定數(shù)據(jù) 為使用戶(hù)正確使用電機(jī)

10、，電機(jī)制造廠在每臺(tái)電機(jī)的機(jī)座上都釘一塊金屬牌，上面標(biāo)有電機(jī)的工作條件和根據(jù)國(guó)標(biāo)制定的額定數(shù)據(jù)（又稱(chēng)額定值），該標(biāo)牌稱(chēng)為銘牌 “Z2-72”型號(hào) Z2表示直流電動(dòng)機(jī) 第二次改進(jìn)設(shè)計(jì)型 7表示機(jī)座號(hào) 2表示長(zhǎng)鐵芯 1則表示短鐵芯第29頁(yè)/共51頁(yè)直流電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù) 額定功率PN：指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行狀態(tài)下軸上輸出的機(jī)械功率，用W或kW表示 額定電壓UN：指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行狀態(tài)下電機(jī)兩端的電壓，用V表示 額定電流IN：指電動(dòng)機(jī)在額定電壓下運(yùn)行，輸出功率為額定功率時(shí)流過(guò)電機(jī)的電流，用A表示 額定功率、額定電壓、額定電流之間的關(guān)系為： PN = UN IN N 式中，N為直流電動(dòng)機(jī)的額定效率第30頁(yè)/共

11、51頁(yè)直流電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù) 額定轉(zhuǎn)速nN：指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行狀態(tài)下轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，用r/min表示 額定勵(lì)磁電流IfN：指電動(dòng)機(jī)在額定電壓下運(yùn)行，輸出功率為額定功率時(shí)，勵(lì)磁繞組端的電流 除此之外，電機(jī)的額定參數(shù)還應(yīng)該包括絕緣等級(jí)、防護(hù)等級(jí)、冷卻方式、溫升、重量等第31頁(yè)/共51頁(yè)額定數(shù)據(jù) 在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，電機(jī)各物理量在額定值時(shí)的運(yùn)行 稱(chēng)為額定運(yùn)行 電機(jī)處于額定運(yùn)行狀態(tài)，具有良好的性能，工作可靠 當(dāng)電機(jī)電流小于額定電流時(shí)的運(yùn)行，稱(chēng)為欠載運(yùn)行，電機(jī)長(zhǎng)期欠載，效率不高，造成浪費(fèi) 當(dāng)電機(jī)電流大于額定電流時(shí)的運(yùn)行，稱(chēng)為過(guò)載運(yùn)行，長(zhǎng)期過(guò)載，使電機(jī)過(guò)熱，降低使用壽命甚至損壞電機(jī) 所以額定值是選擇電機(jī)的依據(jù)，應(yīng)根據(jù)

12、實(shí)際使用情況，合理選擇電機(jī)容量，使電機(jī)工作在額定運(yùn)行狀態(tài)第32頁(yè)/共51頁(yè)工作原理 直流電機(jī) 直流發(fā)電機(jī)：機(jī)械能直流電能 直流電動(dòng)機(jī)：直流電機(jī)械能 工作原理 1直流發(fā)電機(jī)的工作原理 2直流電動(dòng)機(jī)的工作原理第33頁(yè)/共51頁(yè)1直流發(fā)電機(jī)的工作原理 直流發(fā)電機(jī)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能的旋轉(zhuǎn)機(jī)械 直流發(fā)電機(jī)的物理模型如右圖所示 圖中： N，S為主磁極，不動(dòng) abcd為線圈，旋轉(zhuǎn) 1，2為換向片，旋轉(zhuǎn) A，B為電刷，不動(dòng)een直流發(fā)電機(jī)的物理模型直流發(fā)電機(jī)動(dòng)畫(huà)第34頁(yè)/共51頁(yè)1直流發(fā)電機(jī)的工作原理 當(dāng)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子以恒定轉(zhuǎn)速n逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí) 根據(jù)電磁感應(yīng)定律可知 在線圈abcd中有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 感應(yīng)電動(dòng)

13、勢(shì)大?。篹 = Blv 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向：由右手定則確定 在右圖所示瞬間 導(dǎo)體ab在N極下，e方向：由b指向a 導(dǎo)體cd在S極下，e方向：由d指向c 電刷A極性為正，電刷B極性為負(fù)een直流發(fā)電機(jī)的物理模型第35頁(yè)/共51頁(yè)1直流發(fā)電機(jī)的工作原理 當(dāng)電樞逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)180后，如右圖 導(dǎo)體ab與cd互換了位置 用感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的右手定則判斷 導(dǎo)體ab在S極下，e方向：由a指向b 導(dǎo)體cd在N極下，e方向：由c指向d 導(dǎo)體ab、cd的e方向都與剛才的相反 但由于換向片隨著線圈一起旋轉(zhuǎn) 與電刷B接觸的換向片與電刷A接觸 與電刷A接觸的換向片與電刷B接觸 電刷A極性仍為正，電刷B極性為負(fù)een直流發(fā)電機(jī)的物理

14、模型第36頁(yè)/共51頁(yè)1直流發(fā)電機(jī)的工作原理 從圖可知，和電刷A接觸的導(dǎo)體總是位于N極下，和電刷B接觸的導(dǎo)體總是位于S極下 可見(jiàn)，電刷A的極性總是正的，電刷B的極性總是負(fù)的，在電刷A、B兩端可獲得直流電動(dòng)勢(shì)t0edat0eda圖2.7 線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的變化曲線圖2.8 電刷之間的電動(dòng)勢(shì)波形neenee交流電動(dòng)勢(shì)直流電動(dòng)勢(shì)直流發(fā)電機(jī)動(dòng)畫(huà)第37頁(yè)/共51頁(yè)1直流發(fā)電機(jī)的工作原理 思考： 若無(wú)換向器？ 綜上所述可知： 在直流發(fā)電機(jī)中 線圈上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是交變的 但在電刷上的電動(dòng)勢(shì)方向卻是始終不變的t0edat0eda圖2.7 線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的變化曲線圖2.8 電刷之間的電動(dòng)勢(shì)波形neenee交流電動(dòng)

15、勢(shì)直流電動(dòng)勢(shì)第38頁(yè)/共51頁(yè)1直流發(fā)電機(jī)的工作原理 此時(shí)，換向片所起的作用： 是將線圈內(nèi)的交流電動(dòng)勢(shì) 改變?yōu)橥怆娐返闹绷麟妱?dòng)勢(shì) 即所謂的 整流作用t0edat0eda圖2.7 線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的變化曲線圖2.8 電刷之間的電動(dòng)勢(shì)波形neenee交流電動(dòng)勢(shì)直流電動(dòng)勢(shì)第39頁(yè)/共51頁(yè)2直流電動(dòng)機(jī)的工作原理 直流電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的旋轉(zhuǎn)機(jī)械 直流電動(dòng)機(jī)的物理模型 如右圖所示 與發(fā)電機(jī)物理模型 不同之處： 線圈不由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng) 電刷A、B接到直流電源上iiff直流電動(dòng)機(jī)的物理模型直流電動(dòng)機(jī)原理動(dòng)畫(huà)第40頁(yè)/共51頁(yè)2直流電動(dòng)機(jī)的工作原理 電刷A接正極，電刷B接負(fù)極 線圈abcd有電流流過(guò)，方向

16、如圖所示 根據(jù)安培定律可知，載流導(dǎo)體受到電磁力，大?。篺 = Bli 導(dǎo)體受力方向：由左手定則確定 N極下導(dǎo)體ab受力方向：從右向左 S 極下導(dǎo)體cd受力方向：從左向右 該電磁力形成逆時(shí)針?lè)较虻碾姶呸D(zhuǎn)矩 當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩大于阻轉(zhuǎn)矩時(shí) 電樞逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)iiff直流電動(dòng)機(jī)的物理模型動(dòng)畫(huà)第41頁(yè)/共51頁(yè)2直流電動(dòng)機(jī)的工作原理 當(dāng)電樞逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)180后，如右圖 導(dǎo)體ab與cd互換了位置 由于直流電源產(chǎn)生電流的方向不變 導(dǎo)體ab、cd的i方向都與剛才的相反 用安培定律的左手定則判斷 導(dǎo)體ab受力方向變?yōu)椋簭淖笙蛴?導(dǎo)體cd受力方向變?yōu)椋簭挠蚁蜃?導(dǎo)體ab、cd受力方向都與剛才相反 電磁力仍形成逆時(shí)針?lè)较螂?/p>

17、磁轉(zhuǎn)矩 線圈繼續(xù)逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)iiff直流電動(dòng)機(jī)的物理模型動(dòng)畫(huà)第42頁(yè)/共51頁(yè)2直流電動(dòng)機(jī)的工作原理第43頁(yè)/共51頁(yè)2直流電動(dòng)機(jī)的工作原理 從以上分析可見(jiàn)： 在直流電動(dòng)機(jī)中 線圈中的電流方向是交變的 但產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向卻是單方向的 此時(shí)，換向片所起的作用： 將外電路的直流電流 改變?yōu)榫€圈內(nèi)的交變電流 即所謂的逆變作用直流電動(dòng)機(jī)動(dòng)畫(huà)第44頁(yè)/共51頁(yè)勵(lì)磁方式 直流電機(jī)的磁場(chǎng)： 多數(shù)由勵(lì)磁繞組通以直流勵(lì)磁電流產(chǎn)生 少數(shù)由永久磁鐵產(chǎn)生永磁式直流電機(jī) 定義： 直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組的供電方式 即勵(lì)磁繞組獲得勵(lì)磁電流的方式第45頁(yè)/共51頁(yè)勵(lì)磁方式 分類(lèi)： 實(shí)質(zhì)： 勵(lì)磁繞組和電樞繞組如何連接他勵(lì)自勵(lì)并勵(lì)串勵(lì)復(fù)勵(lì)勵(lì)磁電流由其他直流電源單獨(dú)供給勵(lì)磁電流由電機(jī)自身供給第46頁(yè)/共51頁(yè)1他勵(lì)式 接線圖如圖所示 勵(lì)磁繞組與電樞繞組不相連接 勵(lì)磁電流 由其他直流電源 單獨(dú)供