直流電機直流電機的共同問題一電樞繞組磁勢和磁場ppt課件

1、第十六章直流電機的共同問題第十六章直流電機的共同問題第五篇第五篇 直流電機直流電機1.了解直流電機電樞繞組的構(gòu)成及其連接2.掌握直流電機電樞繞組的特點3.了解直流電機的磁路4.理解直流電機的磁動勢和磁場本章基本要求直流電機的共同問題一）直流電機電樞繞組的一般知識單疊繞組單波繞組直流電機的磁動勢和磁場主要內(nèi)容直流電機的共同問題一）23.1 直流電機電樞繞組的一般知識u作用：電樞繞組是直流電機的關(guān)鍵部件之一，構(gòu)成直流電機的電路部分，在機電能量轉(zhuǎn)換中起著重要的作用，運行時電樞繞組產(chǎn)生電動勢，流過電流并產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，是實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的樞紐。u電樞繞組的基本要求：直流電機的共同問題一）(1)能產(chǎn)生盡可

2、能大的電動勢，并有良好的波形。(2)能通過足夠大的電流，以產(chǎn)生并承受所需的電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩。(3)節(jié)省材料有色金屬和絕緣材料），結(jié)構(gòu)簡單，連接可靠。(4)便于維護(hù)和檢修。(5)對直流電機，應(yīng)保證換向良好。16.1 直流電機電樞繞組的一般知識u分類u特點：閉合繞組直流電機的共同問題一）(1)疊繞組：單疊和復(fù)疊繞組。(2)波繞組：單波和復(fù)波繞組。(3)蛙繞組：疊繞和波繞混合的繞組。u電樞繞組的演變環(huán)形電樞繞組鼓形電樞繞組eeeeeeeeeeeeee16.1 直流電機電樞 繞組的一般知識直流電機的共同問題一）u電樞繞組的演變環(huán)形電樞繞組只有一半的導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，導(dǎo)體利用率低。環(huán)形繞組2e 2e

3、2e 2e 2e 2e 2e2e 2e 2e 2e 2e 2e 2e16.1 直流電機電樞 繞組的一般知識直流電機的共同問題一）u電樞繞組的演變鼓形電樞繞組線圈的兩邊都在電樞鐵芯表面的槽中,兩邊都能切割磁場而產(chǎn)生感應(yīng)電勢。 鼓形繞組16.1 直流電機電樞繞組的一般知識直流電機的共同問題一）NS電樞繞組展開圖AB+_16.1 直流電機電樞繞組的一般知識直流電機的共同問題一）一、疊繞組和波繞組元件：構(gòu)成繞組的線圈。電樞繞組的基本單元，單匝和多匝16.1 直流電機電樞繞組的一般知識直流電機的共同問題一）一、疊繞組和波繞組雙層繞組1每個元件的兩端點分別連接在兩換向片上，每個換向片連接兩個元件，各元件依

4、一定規(guī)律依次連接，形成閉合回路。2一個元件邊放在槽的上層，另一邊放在另一槽的下層，一個槽里總有上下層線圈邊。3線圈的兩個元件處于不同極性的極面下，線圈的跨距約等于一個極距，兩個電勢相加。16.1 直流電機電樞繞組的一般知識直流電機的共同問題一）一、疊繞組和波繞組疊繞組：一個元件的兩出線端接在兩相鄰換向片上單疊繞組），或相隔數(shù)片的換向片上復(fù)疊繞組）。折疊式前進(jìn)波繞組疊繞組波繞組：一個元件的兩出線接在相隔約兩個極距的換向片上，繞它一周后回到與起始片相鄰的換向片上單波繞組），或相隔數(shù)片的換向片上復(fù)波繞組）。波浪式前進(jìn)16.1 直流電機電樞繞組的一般知識直流電機的共同問題一）二、實槽和虛槽為改善電機的

5、性能，希望用更多的元件組成電樞繞組。由于工藝等原因，電樞鐵心不能開太多的槽，故在每槽的上下層各放置若干元件邊。若每一實槽中一層并排放置u排元件邊，則一個實槽可以看成u個“虛槽”，每一個虛槽的上、下層各有一個元件邊。eZuZ=實槽與虛槽 u=316.1 直流電機電樞繞組的一般知識直流電機的共同問題一）二、實槽和虛槽每一元件有兩個邊； 每一換向片上接兩個邊； 每一虛槽內(nèi)放置有兩個邊； 元件數(shù)S等于換向片數(shù)K，等于虛槽數(shù) 每線圈有Nc匝，則總導(dǎo)體數(shù)為N 22cceNuN ZN Z=eSKZ=16.1 直流電機電樞繞組的一般知識直流電機的共同問題一）三、節(jié)距第一節(jié)距y1：一個元件的兩個有效邊在電樞表面

6、跨過的距離。 極距 ：在電樞鐵心表面上，一個極所占的距離。2eZp=2Dpp=12eZype=m整數(shù)e為湊整分?jǐn)?shù)111整距繞組 短距繞組 長距繞組 短距繞組端部接線短、省銅，且利于換向，故常用第一節(jié)距y1換向器節(jié)距yk：每元件的兩端所連接的換向片之間在換向器表面的跨距，用換向片數(shù)表示。 yK y16.1 直流電機電樞繞組的一般知識直流電機的共同問題一）三、節(jié)距第二節(jié)距y2：連至同一換向片上的兩個元件中第一個元件的下層邊與第二個元件的上層邊間的距離。合成節(jié)距y第二節(jié)距y2換向器節(jié)距yk合成節(jié)距y：連接同一換向片的兩個元件的對應(yīng)邊在電樞表面的跨距。 y y1 y216.2 單疊繞組直流電機的共同問

7、題一）l元件依次相連，元件的出線端接到相鄰的換向片上，第一個元件的下層邊虛線連接著第二個元件的上層邊，它放在第一元件上層邊相鄰的第二個槽內(nèi)。l相鄰元件(線圈)相互疊壓,后一元件的端部緊疊在前一元件的端部疊）；首末端相聯(lián)的兩換向片相隔一個換向片的寬度，合成節(jié)距與換向節(jié)距均為1單），即 yK y1l槽數(shù)Z、元件數(shù)S和換向片數(shù)K三者相同16.2 單疊繞組直流電機的共同問題一）單疊繞組元件 右行 左行 l單疊左行繞組和單疊右行繞組16.2 單疊繞組直流電機的共同問題一）l舉例： 2p4， u=1，Z Z eSK16，單疊右行整距繞組一、 節(jié)距計算yyk1節(jié)距計算 y, y1, y2畫繞組展開圖安放電刷

8、和磁極e12116042221 43Zypyyye=mm展開圖展示元件相互間的電氣連接關(guān)系及主磁極、換向片、電刷間的相對位置關(guān)系16.2 單疊繞組直流電機的共同問題一）1單疊繞組展開圖單疊繞組展開圖1.槽展開2.繞組放置3.安放磁極電刷123456789101112131416152345678910111213141615槽展開槽展開繞組放置繞組放置安放磁極、電刷安放磁極、電刷NSNSA+B+16.2 單疊繞組直流電機的共同問題一）單疊繞組展開圖單疊繞組展開圖1123456789101112131416152345678910111213141615NSNSA+B+16.2 單疊繞組直流電機

9、的共同問題一）單疊繞組展開圖單疊繞組展開圖16.2 單疊繞組直流電機的共同問題一）16.2 單疊繞組直流電機的共同問題一）l極軸線：磁極的中心線l磁極的放置：磁極寬度約為 ,均勻分布，N、S極交替排列0.7l幾何中性線：相鄰兩個主磁極之間的中心線l電刷的放置原則空載時，正、負(fù)電刷間的電動勢最大；被電刷短路的元件的感應(yīng)電動勢最小或等于零。l換向器的幾何中性線：線圈軸線與主磁極軸線重合時，該線圈所接兩換向片的分界線l電刷的位置：換向器的幾何中性線，簡稱幾何中性線16.2 單疊繞組直流電機的共同問題一）l同一極下導(dǎo)體電流方向相同同一槽中上下層邊不屬于同一線圈，但電流的方向一致）；N、S極下導(dǎo)體電流方

10、向相反。l直流電機示意圖16.2 單疊繞組直流電機的共同問題一）l電路圖16.2 單疊繞組直流電機的共同問題一）l 單疊繞組的特點（1元件的兩個出線端連接于相鄰的兩個換向片上；（2同一主磁極下的元件串聯(lián)成一條支路，主磁極數(shù)與支路數(shù)相同。2a=2p（3整個電樞繞組的閉合回路中，感應(yīng)電動勢的總和為零，繞組內(nèi)部無“環(huán)流”；（4每條支路由不相同的電刷引出，所以電刷數(shù)等于主磁極數(shù)； （5電刷位置應(yīng)使感應(yīng)電動勢最大，正負(fù)電刷之間引出的電動勢即為每一支路的電動勢，電樞電壓等于支路電壓； Ea=ea（6由正負(fù)電刷引出的電樞電流為各支路電流之和，即Ia=2aia式中 ia為每一條支路的電流，即繞組元件中流過的電

11、流）。 16.3 單波繞組直流電機的共同問題一）l首末端所連的兩換向片相隔很遠(yuǎn)， 兩個元件串聯(lián)后形似波浪。l兩個串聯(lián)元件放在同極磁極下，空間位置相距約兩個極距；沿圓周向一個方向繞一周后，其末尾所邊的換向片落在與起始的換向片相鄰的位置。l合成節(jié)距與換向節(jié)距相等yK y1kkyyp=m整數(shù)1kp yk =m16.3 單波繞組直流電機的共同問題一）l單波左行繞組和單波右行繞組單波繞組元件 右行 K1Kyyp左行K1Kyyp右行16.3 單波繞組直流電機的共同問題一）l舉例： 2p4， u=1，Z Z eSK15，左行短距單波繞組一、 節(jié)距計算節(jié)距計算 y, y1, y2畫繞組展開圖安放電刷和磁極11

12、533 (244eZype=-=-=短距)11517()2kKyyp-=左行21734yyy=-=-=16.3 單波繞組直流電機的共同問題一）l元件、換向片的放置：l1元件上層邊1槽，下層邊4槽;首末端所連的換向片相距yk7；l為了端部對稱， 首末端所連的兩換向片之間的中心線與1元件的軸線重合。 1元件上層邊所連的換向片定為1。 依次聯(lián)接。 l磁極放置： N、S極磁極均勻交替的排列。l電刷的放置：放在與主磁極軸線重合的換向片上。即幾何中心線上。 16.3 單波繞組直流電機的共同問題一）單波繞組展開圖3345678911101213 1415214567891011 1213 14 1512NS

13、SN槽展開槽展開繞組放置繞組放置安放磁極、電刷安放磁極、電刷16.3 單波繞組直流電機的共同問題一）單波繞組展開圖單波繞組展開圖16.3 單波繞組直流電機的共同問題一）單波繞組元件連接順序圖從繞組展開圖可以看出， 全部15個元件串聯(lián)而構(gòu)成一個閉合回路的順序是：1815 714 6 13 5 124 11 310 291用聯(lián)接順序圖表示為：1815 714 6 13 5 124 11 310 2914 11 310 2918 15 7 14 6 13 5 12上層邊下層邊16.3 單波繞組直流電機的共同問題一）16.3 單波繞組直流電機的共同問題一）l電路圖16.3 單波繞組直流電機的共同問題一

14、）l單波繞組的特點1同極下各元件串聯(lián)起來組成一條支路，支路對數(shù)為1，即a1，與磁極對數(shù)無關(guān)；2當(dāng)元件的幾何形狀對稱時，電刷在換向器表面上的位置對準(zhǔn)主磁極中心線，支路電動勢最大；3電刷數(shù)原則上等于2，為降低電刷電流密度，可用2p只電刷，即電刷數(shù)等于磁極數(shù)采用全額電刷）；5電樞電流等于兩條支路電流之和。即Ia=2ia4電樞電動勢等于支路感應(yīng)電動勢；因只有兩條支路，元件一定時，可得到較高的電壓；直流電機的共同問題一）單疊繞組和單波繞組的主要區(qū)別l單疊繞組：各個極面下上層的繞組元件構(gòu)成一支路，并聯(lián)支路數(shù)等于極數(shù)，每增加一對主極就增加一對支路。 2a2p。l相同元件數(shù)時，疊繞組并聯(lián)的支路數(shù)多， 每條支路

15、中串聯(lián)元件數(shù)少，稱并聯(lián)繞組，適應(yīng)于較大電流、較低電壓的電機。 l單波繞組：全部上元件邊在相同極性下的元件相連，形成一條支路，即N極下上層的繞組元件串聯(lián)為一支路，S極下的串聯(lián)為另一支路，并連支路數(shù)恒等于2 ， 整個繞組只有一對支路， 極數(shù)的增減與支路數(shù)無關(guān)。 2a2。l相同元件數(shù)時，波繞組并聯(lián)的支路數(shù)少， 每條支路中串聯(lián)元件數(shù)多，稱串聯(lián)繞組，適用于較高電壓、較小電流的電機。l大容量的電機，可以采用混合繞組。直流電機的共同問題一）NNSS疊繞組波繞組單疊繞組和單波繞組的主要區(qū)別直流電機的共同問題一）直流電機繞組歸納l直流電機的電樞繞組總是自成閉路;l電樞繞組的支路數(shù)2a永遠(yuǎn)是成對出現(xiàn)，因為磁極數(shù)(

16、2p)是一個偶數(shù)；且至少有2條并聯(lián)支路； l 單疊繞組：a = p即并聯(lián)支路對數(shù)恒等于電機極對數(shù) l 單波繞組：a = 1即并聯(lián)支路對數(shù)恒等于1l電刷放置的一般原則是空載時通過正、負(fù)電刷間的電動勢最大，或者說，被電刷短路的元件中的電動勢為零。 l對于端接對稱的元件，電刷也就放置在主極軸線下的換向片上，電刷總是與位于幾何中線上的導(dǎo)體相接觸。23.4 直流電機的磁動勢和磁場直流電機的共同問題一）一、空載時的主磁場1、主磁通和漏磁通u磁場是電機實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的媒介。 u主極磁場由永久磁鐵或勵磁繞組通入直流電流產(chǎn)生。u空載時電機中的磁場分布是對稱的。0ffIFsF -FF - 主磁通，經(jīng)氣隙進(jìn)入電樞

17、主極漏磁通(15-25%) 0,不進(jìn)入電樞，只增加磁極的飽和程度16.4 直流電機的磁動勢和磁場直流電機的共同問題一）一、空載時的主磁場主磁通磁路：氣隙1電樞齒電樞軛電樞齒2氣隙2主磁極2定子軛主磁極1 氣隙116.4 直流電機的磁動勢和磁場直流電機的共同問題一）一、空載時的主磁場16.4 直流電機的磁動勢和磁場直流電機的共同問題一）一、空載時的主磁場直流電機空載時的磁場分布16.4 直流電機的磁動勢和磁場直流電機的共同問題一）一、空載時的主磁場2、氣隙主極磁場的分布在一個磁極的范圍內(nèi)，勵磁磁勢大小相同，主磁極下氣隙磁通密度的分布取決于氣隙的大小和形狀。磁極中心及附近的氣隙小且均勻，磁通密度較

18、大且基本為常數(shù)，靠近極尖處，氣隙逐漸變大，磁通密度減??；極尖以外，氣隙明顯增大，磁通密度顯著減少，在磁極之間的幾何中性線處，氣隙磁通密度為零?？蛰d時的氣隙磁通密度為平頂波，16.4 直流電機的磁動勢和磁場直流電機的共同問題一）二、電樞磁動勢和磁場 空載時主磁極磁通的分布2、氣隙主極磁場的分布16.4 直流電機的磁動勢和磁場直流電機的共同問題一）一、空載時的主磁場3、磁化曲線ackabm=16.4 直流電機的磁動勢和磁場直流電機的共同問題一）二、電樞磁動勢和磁場l電樞繞組中的電流產(chǎn)生電樞磁動勢，進(jìn)而產(chǎn)生電樞磁場 IaFa Baxl電樞繞組各支路的電流通過電刷引出或引入，電刷是電樞表面電流分布的分界線。電樞磁勢的軸線總是與電刷軸線相重合。l電樞磁動勢和磁場沿電樞表面的分布與電刷的位置有關(guān)l主磁極的中心線稱為直軸，相鄰N極和S極的分界線稱為交軸。 16.4 直流電機的磁動勢和磁場直流電機的共同問題一）二、電樞磁動勢和磁場1、電刷放在幾何中性線上時的電樞磁動勢和磁場電樞磁動勢的軸線在幾何中性線上，幾何中性線為交軸，故電樞磁動勢稱為交軸電樞磁動勢16.4 直流電機的磁動勢和磁場直流電機的共同問題一）二、電樞磁動勢和磁場1、電刷放在幾何中性線上時的電樞磁動勢和磁場xAxDNiixDNlHaa222dAxxAFax2212aaqAFF