電機與電氣控制(第3版)

1、電機與電氣控制（第3版）電子工業(yè)出版社第1章 直流電機原理 內(nèi)容提要:本章主要講述直流電動機的基本工作原理；直流電動機的結(jié)構(gòu)以及各部件的作用，重點介紹能量轉(zhuǎn)換的核心部件電樞繞組不同形式的連接規(guī)律和特點。感應(yīng)電勢和電磁轉(zhuǎn)矩的計算。直流電動機不同勵磁方式的特點。直流電機的磁場以及改善換向的方法。1.1 直流電機基本工作原理1.1.1直流電機的模型結(jié)構(gòu)圖1.1直流發(fā)電機工作原理1.1 直流電機基本工作原理1.1.2直流發(fā)電機工作原理 1感應(yīng)電勢的產(chǎn)生 2電勢的波形1.1 直流電機基本工作原理圖1.2線圈電勢的波形圖1.3電刷兩端的電勢波形1.1 直流電機基本工作原理圖1.4兩個線圈換向后的電勢波形圖

2、1.5多個線圈電刷兩端電勢波形1.1 直流電機基本工作原理1.1.3直流電動機的工作原理在圖1.6所示瞬時，電流i的方向為：+A換向片1abcd換向片2B根據(jù)電磁力定律，線圈邊ab,cd分別受到電磁力f的作用，其大小為：圖1.6直流電動機工作原理圖xfB Li1.1 直流電機基本工作原理1.1.4直流電機可逆原理（1）直流電動機與直流發(fā)電機在結(jié)構(gòu)上并無本質(zhì)區(qū)別，不同的是直流發(fā)電機必須要由一個原動機拖動。產(chǎn)生感應(yīng)電勢e，接通負載便有一電流i流過，i與e方向相同。同時載流導體ab、cd便受到電磁力的作用（左手定則確定），而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速方向相反，故稱阻轉(zhuǎn)矩。（2）在直流電動機中，通過電刷和換向器

3、的作用，即時地將電刷兩端直流電變換成線圈內(nèi)部的交流電，從而產(chǎn)生單方向電磁轉(zhuǎn)矩T，T與旋轉(zhuǎn)電動機方向n相同。同時，旋轉(zhuǎn)的導體ab、cd切割磁場，便產(chǎn)生一電勢（右手定則確定），其方向與電流方向相反，故稱作反電勢。1.2 直流電機的結(jié)構(gòu)和額定值1.2.1直流電機的結(jié)構(gòu)1定子（靜止部分）(1)主磁極(2)換向極(3)機座(4)電刷裝置1.2 直流電機的結(jié)構(gòu)和額定值2.轉(zhuǎn)子或電樞（轉(zhuǎn)動部分）(1)電樞鐵芯(2)電樞繞組(3)換向器1.2 直流電機的結(jié)構(gòu)和額定值3.氣隙小容量直流電機定、轉(zhuǎn)子之間氣隙約為0.55mm，大型電機約為510mm，氣隙對電機運行性能量影響很大，組裝時要特別注意。圖1.12換向片及

4、金屬套筒式換向器結(jié)構(gòu)1.2 直流電機的結(jié)構(gòu)和額定值1.2.2直流電機的額定值表1.1直流電機的銘牌型號Z4-132-2勵磁方式他勵額定功率15kW勵磁電壓180V額定電壓440V勵磁電流4A額定電流39.3A工作制S1額定轉(zhuǎn)速1510r/min絕緣等級F外殼防護形式IP23S重量142kg標準編號JB6316-92出廠日期年月電機廠1.2 直流電機的結(jié)構(gòu)和額定值1電機的額定值2直流電機的型號3直流電機的主要系列1.2 直流電機的結(jié)構(gòu)和額定值1.2.3 直流電機的電樞繞組1.電樞繞組的名詞術(shù)語 （1）繞組元件 （2）元件數(shù) 、換向片數(shù) 、虛槽數(shù) 三者之間的關(guān)系。 （3）極距 。 （4）電樞繞組的

5、基本類型。1.2 直流電機的結(jié)構(gòu)和額定值2.單疊繞組(1)單疊繞組的連接特點（右行繞組）見圖1.15（a）所示（左行繞組）見圖1.15（b）所示例1.1已知某直流電機Zu=Z=K=S=16，2P=4，要求繞制一右行單疊繞組。解：k111yy 1.2 直流電機的結(jié)構(gòu)和額定值2.單疊繞組(1)單疊繞組的連接特點（右行繞組）見圖1.15（a）所示（左行繞組）見圖1.15（b）所示例1.1已知某直流電機Zu=Z=K=S=16，2P=4，要求繞制一右行單疊繞組。解：（單疊右行繞組）k111yy k1yy 1.2 直流電機的結(jié)構(gòu)和額定值2.單疊繞組(1)單疊繞組的連接特點（右行繞組）見圖1.15（a）所示

6、（左行繞組）見圖1.15（b）所示例1.1已知某直流電機Zu=Z=K=S=16，2P=4，要求繞制一右行單疊繞組。解：（單疊右行繞組）（整距）k111yy k1yy u1160424ZyP1.2 直流電機的結(jié)構(gòu)和額定值2.單疊繞組(1)單疊繞組的連接特點（右行繞組）見圖1.15（a）所示（左行繞組）見圖1.15（b）所示例1.1已知某直流電機Zu=Z=K=S=16，2P=4，要求繞制一右行單疊繞組。解：（單疊右行繞組）（整距）k111yy k1yy u1160424ZyP21413yyy 1.2 直流電機的結(jié)構(gòu)和額定值2.單疊繞組(2)單疊繞組展開圖圖1.16單疊繞組連接次序圖圖1.17單疊繞

7、組展開圖1.2 直流電機的結(jié)構(gòu)和額定值2.單疊繞組(3)單疊繞組并聯(lián)支路圖將圖1.17中的繞組元件用“”表示，并將圖所示瞬時沒有與電刷接觸的換向片省去，可得圖1.18（a）所示。單疊繞組的并聯(lián)支路數(shù)等于電機主磁極數(shù)，即2a=2P或a=p若每條支路電流為ia，則電樞總電流Ia為：aa2Iai1.2 直流電機的結(jié)構(gòu)和額定值3.直流單波繞組(1)單波繞組的特點圖1.19單波繞組元件k(1)/yKPk1P yK1.2 直流電機的結(jié)構(gòu)和額定值3.直流單波繞組(1)單波繞組的特點例1.2已知：一臺直流電機Zu=Z=S=K=15，2P=4，要求繞制一左行單波繞組。解：1.2 直流電機的結(jié)構(gòu)和額定值3.直流單

8、波繞組(1)單波繞組的特點例1.2已知：一臺直流電機Zu=Z=S=K=15，2P=4，要求繞制一左行單波繞組。解：（短距）u11 533244ZyP1.2 直流電機的結(jié)構(gòu)和額定值3.直流單波繞組(1)單波繞組的特點例1.2已知：一臺直流電機Zu=Z=S=K=15，2P=4，要求繞制一左行單波繞組。解：（短距）（單波左行）u11 533244ZyPk(1)/(151)/27yyKP1.2 直流電機的結(jié)構(gòu)和額定值3.直流單波繞組(1)單波繞組的特點例1.2已知：一臺直流電機Zu=Z=S=K=15，2P=4，要求繞制一左行單波繞組。解：（短距）（單波左行）u11 533244ZyPk(1)/(151

9、)/27yyKP21734yyy1.2 直流電機的結(jié)構(gòu)和額定值3.直流單波繞組(2)單波繞組展開圖（1）單波繞組的畫法與單疊繞組相同，其連接順序如圖1.20所示。圖1.20單波繞組連接順序圖（2）單波繞組磁極及電刷安放與單疊繞組相同。1.2 直流電機的結(jié)構(gòu)和額定值3.直流單波繞組(3)單波繞組的并聯(lián)支路圖1.21單波繞組展開圖1.2 直流電機的結(jié)構(gòu)和額定值3.直流單波繞組(3)單波繞組的并聯(lián)支路圖1.22單波繞組并聯(lián)支路圖1.2 直流電機的結(jié)構(gòu)和額定值3. 直流單波繞組（1）單波繞組的連接規(guī)律和特點。例1.2已知：一臺直流電機，要求繞制一左行單波繞組。15ZZSK24P1.2 直流電機的結(jié)構(gòu)和

10、額定值3. 直流單波繞組（1）單波繞組的連接規(guī)律和特點。例1.2已知：一臺直流電機，要求繞制一左行單波繞組。解：15ZZSK24P11533244ZyPk(1(151 27yyKP）21734yyy1.2 直流電機的結(jié)構(gòu)和額定值3. 直流單波繞組（1）單波繞組的連接規(guī)律和特點。（2）單波繞組展開圖。（3）單波繞組的并聯(lián)支路。（4）單疊繞組和單波繞組的應(yīng)用。1.3 直流電機的電勢、轉(zhuǎn)距、磁場和換向1.3.1直流電機的感應(yīng)電勢和電磁轉(zhuǎn)矩1.電樞繞組的感應(yīng)電勢(1)每根導體平均電勢在一個磁極下各導體所在的位置不同，磁密大小也不同，如圖1.23所示，因此，先取平均氣隙磁密Bav，從而得到每根導體平均電

11、勢值為：圖1.23氣隙磁密與電刷的導體分布1.3 直流電機的電勢、轉(zhuǎn)距、磁場和換向1.電樞繞組的感應(yīng)電勢(2)電樞繞組感應(yīng)電勢直流電機感應(yīng)電勢的高低與和n成比。aave260260NPnNPNEenCn2aaa1.3 直流電機的電勢、轉(zhuǎn)距、磁場和換向2.電磁轉(zhuǎn)矩每根導體產(chǎn)生的平均電磁力為：fAV產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為：設(shè)電樞總導體數(shù)為N，則電樞電磁轉(zhuǎn)矩為：avavafBLiaaa2avavavaavav222222DIIDPPTfBL iB LBLaa aaavavaTa222IIPPPNTT NBLNLNICIaLaa1.3 直流電機的電勢、轉(zhuǎn)距、磁場和換向3.同一電機Ce與CT的關(guān)系因為所以或e

12、e6060PNCPNaCaTT22PNCPNaCa eTT20.10560CCCTee609.552CCC1.3 直流電機的電勢、轉(zhuǎn)距、磁場和換向1.3.2 1.3.2 直流電機的磁場直流電機的磁場1 1直流電動機的分類直流電動機的分類（1 1）直流他勵電動機。）直流他勵電動機。1.3 直流電機的電勢、轉(zhuǎn)距、磁場和換向（2）直流并勵電動機。（3）直流串勵電動機。（4）直流復(fù)勵電動機。afIIIafIII1.3 直流電機的電勢、轉(zhuǎn)距、磁場和換向2.直流電動機的空載磁場（主極磁場）(1)磁路圖圖1.25 直流電機的磁路和磁通分布直流電機的磁路和磁通分布(2)磁化曲線圖圖1.26 電機磁化曲線電機磁

13、化曲線（3）直流電動機空載磁場及特點。）直流電動機空載磁場及特點。1.3 直流電機的電勢、轉(zhuǎn)距、磁場和換向3直流電動機空載磁場及特點1電樞磁場直流電機負載運行時，電樞繞組中便有一電流流過，該電流產(chǎn)生磁勢：稱作電樞磁勢，如圖1.27（b）所示。該電樞磁場的特點是：（1）電樞磁勢的軸線與幾何中性線重合，且對稱于幾何中性線。（2）電樞磁勢的軸線與主極軸線垂直，稱為交軸電樞磁勢。（3）電樞磁勢在空間固定不動。2氣隙合成磁場及電樞反應(yīng)aaaa()F FI N1.3 直流電機的電勢、轉(zhuǎn)距、磁場和換向1.3.3直流電機的換向1.換向過程從圖1.18（a）可知，電機運行時，電刷固定不動，旋轉(zhuǎn)的電樞繞組元件從一條支路經(jīng)過電刷短路進入另一條支路，元件中電流也隨之改變方向這一過程，稱為換向過程，簡稱換向。1.3 直流電機的電勢、轉(zhuǎn)距、磁場和換向2.產(chǎn)生火花的電磁原因產(chǎn)生火花的原因是多方面的，有機