直流電機講座課件

§1-3

直流電機的電樞繞組§1-4直流電機的磁場§1-5直流電動機§1-6

直流發(fā)電機§1-7直流電機的換向§1-3直流電機的電樞繞組繞組型式單疊繞組單波繞組電樞：轉(zhuǎn)子——機電能量轉(zhuǎn)換的樞紐繞組是由許多線圈(下稱元件)按一定規(guī)律連接而成1.電樞繞組元件——線圈(1).2個元件邊：嵌在槽中的部分(2).前端接部分、后端接部分(3).上層元件邊、下層元件邊(4).首(出線)端、末(出線)端

上層元件邊、下層元件邊處在不同極性的磁極下，即同一元件的上層元件邊、下層元件邊的距離約為一個磁極的距離。一、元件與節(jié)距2.節(jié)距：用來表征元件本身和元件之間連接規(guī)律的參數(shù)節(jié)距第一節(jié)距y1第二節(jié)距y2合成節(jié)距y換向節(jié)距yk第一節(jié)距y1——必須是整數(shù)用槽數(shù)來表示同一元件的2個元件邊在圓周上的距離。

極距τ：2個相鄰磁極在圓周上的距離。用槽數(shù)來表示p為極對數(shù)第一節(jié)距y1=整數(shù)≈τy1=τ±ε=整數(shù)，ε為＜1的正分數(shù)整距繞組：y1=τ短距繞組：y1＜τ長距繞組：y1＞τ(2)第二節(jié)距y2——必須是整數(shù)用槽數(shù)來表示第一個元件的下層元件邊與直接相連的第二個元件的上層元件邊之間在圓周上的距離。(3)合成節(jié)距y——必須是整數(shù)用槽數(shù)來表示直接相連的2個元件的對應元件邊之間在圓周上的距離。(4)換向節(jié)距yk——必須是整數(shù)每個元件的首、末2端所接的換向片在圓周上的距離。用換向片數(shù)來表示。yk=y2.畫繞組展開圖(1).畫Z個槽yk=y=1y1=4y2=3(2).畫一個元件：對稱(3).畫換向片(4).畫其他元件(5).換向片編號(6).畫磁極，一般認為在繞組的上方,寬度≈0.75τ(7).畫電刷：均布，與磁極同中心3.單疊繞組連接順序表yk=y=1y1=4y2=3下層上層1234567894.單疊繞組的并聯(lián)支路圖5.單疊繞組的特點(1).同一磁極下各元件串聯(lián)成1支路；共2p條支路，并聯(lián)a=p(2).當元件左右對稱、電刷的中心線在換向器表面的位置對準磁極的中心線時，正負電刷間的感應電動勢最大，被電刷短路的元件中的感應電動勢最小。(3).電刷的對數(shù)必須=極對數(shù)；電刷刷桿數(shù)=極數(shù)三、單波繞組

單波繞組：合成節(jié)距(換向節(jié)距)≈2個極距、前后2元件串聯(lián)起來像波浪形。

單波繞組的條件：pyk=K-12.畫繞組展開圖(1).畫Z個槽(2).畫一個元件(3).畫換向片(4).畫其他元件(5).換向片編號(6).畫磁極(7).畫電刷3.單波繞組連接順序表換向片上層邊下層邊11′10′9′5′4′6′8′7′8712635411514109111312下層邊4′3′2′13′12′14′1′15′上層邊11591014111312換向片876213545.單波繞組的特點(1).上層邊在同一極性磁極下所有元件串聯(lián)成1支路；共2條支路，并聯(lián)

a=1(2).當元件左右對稱、電刷的中心線在換向器表面的位置對準磁極的中心線時，正負電刷間的感應電動勢最大，被電刷短路的元件中的感應電動勢最小。(3).電刷的對數(shù)=1；電刷刷桿數(shù)=2；可采用全額電刷，即用P對電刷電樞電流Ia=2aia其中ia為每條支路的電流，共2a條支路單疊繞組和單波繞組的區(qū)別：并聯(lián)支路對數(shù)的多少**單疊繞組：低電壓、大電流**單波繞組：高電壓、小電流§1-4直流電機的磁場直流電機的勵磁方式他勵直流電機并勵直流電機串勵直流電機復勵直流電機2.并勵直流電機勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)勵磁電壓=電樞端電壓If只有額定電流的5%以內(nèi)3.串勵直流電機勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)勵磁電流=電樞電流=大4.復勵直流電機有2個勵磁繞組1個與電樞繞組并聯(lián)——并勵繞組1個與電樞繞組串聯(lián)——串勵繞組1.主磁通和漏磁通磁通：由勵磁繞組通電產(chǎn)生**主磁通Φ0與電樞繞組匝鏈的磁通;**主磁路主磁極、氣隙、電樞齒、軛、定子軛**漏磁通Φs只與勵磁繞組匝鏈的磁通；運用磁路歐姆定理，可以求得：考慮到氣隙磁阻的主導地位，實際應用中，我們可以忽略氣隙以外其他磁路的影響，所以有：電樞電動勢與電磁轉(zhuǎn)矩

直流電機工作時，由于轉(zhuǎn)子（電樞）繞組中通有電流，必然就會受到電磁力的作用，同時，電樞繞組在磁場中運轉(zhuǎn)，肯定要做切割磁場的運動，從而產(chǎn)生切割電動勢，所以在分析電樞部件的性能的時候有必要定量分析這兩方面的情況：一、電樞電動勢：電樞電動勢是指直流電機正負電刷之間的感應電動勢，也就是電樞繞組里每條并聯(lián)支路的感應電動勢。所以，我們可以先求一根導體的在一個極距范圍內(nèi)所產(chǎn)生的平均電動勢，再求一條支路的。一個磁極極距范圍內(nèi)，平均磁密用表示，極距為，電樞的軸向有效長度為，每極磁通為Ф，則一根導體的平均電動勢為：又因為：所以：因為一條支路里的串聯(lián)總導體數(shù)（N為電樞總導體數(shù)），于是，電樞電動勢為：式中，是一個常數(shù)，稱為電動勢常數(shù)。

例：已知一臺10KW、4極、2850r/min的直流發(fā)電機，電樞繞組是單疊繞組，整個電樞總導體數(shù)為：372。當發(fā)電機發(fā)出的電動勢為：Ea=250V時，求這時氣隙每極磁通量是多少：2.直流電機的電樞磁場**分析僅由電樞繞組的電流產(chǎn)生的磁場。用右手螺旋定則可以電樞磁動勢的方向。**電樞磁動勢Fa三.電樞繞組的感應電動勢指正負電刷之間的感應電動勢產(chǎn)生的原因：元件邊(導體)切割氣隙合成磁場氣隙合成磁場的分布是不均勻，每根導體的感應電動勢是不同的。假設磁密是均勻的假設磁密是均勻的，取1個極下的平均值每個極下的1根導體的感應電動勢的大小相等

電樞繞組的感應電動勢四.電樞繞組的電磁轉(zhuǎn)矩電樞電動勢、電磁轉(zhuǎn)矩公式§1-5直流電動機一、直流電動機穩(wěn)定運行的基本關系式電壓平衡方程式轉(zhuǎn)矩平衡方程式功率平衡方程式電動機慣例反電動勢Ea與U方向相反勵磁繞組與電樞繞組是并聯(lián)的1.電壓平衡方程式并勵電動機2.轉(zhuǎn)矩平衡方程式電磁轉(zhuǎn)矩T，與n同方向——拖動轉(zhuǎn)矩空載損耗轉(zhuǎn)矩T0，為制動轉(zhuǎn)矩軸輸出的轉(zhuǎn)矩T2，帶動生產(chǎn)機械(負載轉(zhuǎn)矩)，通常是制動轉(zhuǎn)矩。3.功率平衡方程式電磁功率Pem在電磁感應作用下，由電能轉(zhuǎn)換為機械能，或由機械能轉(zhuǎn)換為電能的這部分功率稱為電磁功率。用Pem表示。體現(xiàn)了能量的互相轉(zhuǎn)換作用。功率平衡方程式他勵電動機二、并勵直流電動機的工作特性1.轉(zhuǎn)速特性2.轉(zhuǎn)矩特性3.效率特性

當可變損耗pcu等于不變損耗時，效率η達到最大值。三、串勵直流電動機的工作特性特點：反電動勢Ea與U方向相反勵磁繞組與電樞繞組是串聯(lián)的總電阻反電勢串勵繞組電阻串勵直流電動機的工作特性1.轉(zhuǎn)速特性串勵直流電動機的工作特性2.轉(zhuǎn)矩特性起動時，n=0,Ia很大四、復勵直流電動機的工作特性

工作特性由起主要作用的勵磁繞組決定；一般在并勵與串勵電動機的特性之間。積復勵有較高的啟動能力、過載能力，可空載輕載運行?！?-6直流發(fā)電機直流發(fā)電機的勵磁方式他勵直流發(fā)電機并勵直流發(fā)電機串勵直流發(fā)電機復勵直流發(fā)電機一、直流發(fā)電機穩(wěn)定運行的基本方程式他勵直流發(fā)電機發(fā)電機慣例：1.電動勢平衡方程式2.轉(zhuǎn)矩平衡方程式空載損耗轉(zhuǎn)矩由機械損耗、鐵耗引起拖動轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩方向同n方向-n方向-n3.功率平衡方程式

發(fā)電機的輸入功率P1，除小部分損耗外，大部分轉(zhuǎn)換為電磁功率，由機械功率電功率3.功率平衡方程式

電磁功率，除去電樞回路的銅損耗外，其余部分輸出電功率發(fā)電機的輸出功率電樞回路的銅損耗3.功率平衡方程式他勵并勵直流發(fā)電機的總損耗由輸入機械功率或其他電源提供發(fā)電機的效率二、他勵直流電發(fā)電機的運行特性4個主要物理量：電樞端電壓U勵磁電流If負載電流I=Ia轉(zhuǎn)速n——一般保持為額定值不變運行特性即：3個量，其中1個不變，其余2個物理量之間的關系。1.空載特性空載磁化特性飽和曲線空載特性磁滯現(xiàn)象、平均空載特性、剩磁電壓飽和現(xiàn)象、設計時工作點的選擇如果轉(zhuǎn)速不是額定值，則空載特性按比例變化2.外特性負載試驗方法：1.IfIfN保持2.nnN保持3.I從0調(diào)節(jié)1.2IN2.外特性

由于電樞反應使磁通減小，使端電壓與電流的關系不是一條直線。

發(fā)電機端電壓隨負載電流的增大而減小的程度電壓調(diào)整率重要性能指標3.調(diào)節(jié)特性負載電流的增大端電壓下降，原因？調(diào)節(jié)勵磁電流達到保持端電壓不變?nèi)?、并勵直流發(fā)電機的自勵過程和自勵條件發(fā)電的條件機械拖動n要有氣隙磁場并勵直流發(fā)電機的自勵過程和自勵條件并勵直流發(fā)電機自勵的三個條件1電機必須有剩磁2勵磁繞組并聯(lián)到電樞的極性必須正確3勵磁回路中電阻小于Rcr(稱為臨界電阻)四、并勵直流發(fā)電機的運行特性空載特性該接成他勵方式后，測量得到空載特性，方法和特性曲線與他勵直流發(fā)電機相同。并勵直流發(fā)電機的外特性2.外特性同一臺直流發(fā)電機，分別接成并勵方式、他勵方式，得到外特性分別如圖1、2曲線。3.并勵直流發(fā)電機的調(diào)節(jié)特性五、復勵直流發(fā)電機的外特性并勵繞組：電壓高線細、匝多串勵繞組：電流大線粗、匝少串勵繞組起輔助作用，并勵繞組起主要作用。積復勵:過復勵、平復勵、欠復勵§1-7直流電機的換向以單疊繞組為例，一個元件被電刷短路前的電流是+ia，被短路一下，之后的電流是-ia，這種電流方向的改變，就稱為換向。換向火花換向周期Tk換向條件不好則會在電刷與換向器之間產(chǎn)生火花。超過一定限度，會燒壞電刷和換向器。正常工作時，火花等級不超過1.5級；短時過載時，火花等級不超過2級。1.直線換向(電阻換向)**只考慮接觸電阻，它與接觸面積成反比。**接觸電阻是均勻變化的。**換向元件的電流是由ia均勻變化到-ia直線換向的特點：電刷下的電流密度為常數(shù)，不產(chǎn)生火花?！硐霌Q向2.延遲換向自感電勢互感電勢切割電勢電抗電勢①元件從+ia→

-ia產(chǎn)生電抗電勢er，er的方向與換向前的電流方向一致；②電樞反應使幾何中線處B≠0，產(chǎn)生切割電勢ea，它的方向也與換向前電流方向一致。er和eA的存在，使換向延遲了。在電刷中的電流密度分布不均勻，產(chǎn)生附加換向電流ik延遲換向

換向結(jié)束瞬間，附加換向電流ikT≠0，換向元件儲存能量LrikT2，釋放出火花改善換向的方法：二、產(chǎn)生火花的其他原因機械原因——裝配因素化學原因——環(huán)境因素三、改善換向的方法2.裝設換向極換向