第2章-直流電機原理課件

第三章直流電機的原理視頻11第三章直流電機的原理結束3.1直流電機的用途和工作原理3.2直流電機的主要結構3.3直流電機的磁路、空載時的氣隙磁密與空載磁化特性3.4直流電機的電樞繞組3.5電樞電動勢與電磁轉矩

3.6直流發(fā)電機3.7直流電動機運行原理3.8他勵直流電動機的機械特性！3.9串勵和復勵直流電動機3.10直流電機的換向2直流電機是電機的主要類型之一。一臺直流電機即可作為發(fā)電機使用，也可作為電動機使用，用作直流發(fā)電機可以得到直流電源，而作為直流電動機，由于其具有良好的調(diào)速性能，在許多調(diào)速性能要求較高的場合，仍得到廣泛使用。3.1直流電機的用途和工作原理3.1.1概述3作電源用-->直流發(fā)電機

作動力用-->直流電動機

信號的傳遞

==>作為測量元件-->直流測速發(fā)電機

==>作為執(zhí)行元件-->直流伺服電動機1)直流電機的用途4直流發(fā)電機的電勢波形較好，對電磁干擾的影響小。直流電動機的調(diào)速范圍寬廣，調(diào)速特性平滑。

直流電動機過載能力較強，啟動和制動轉矩較大。

由于存在換向器，其制造復雜，價格較高。2)優(yōu)缺點53.1.2工作原理產(chǎn)生電能要兩個必要條件：有一個磁場存在；導體在磁場中有運動e=Blv2)直流電動機工作原理原理動畫上一張下一張基本原理：電磁感應定律基本原理：電磁力定律產(chǎn)生力矩要兩個必要條件：有一個磁場存在；導體中有電流f=Bli結束1)直流發(fā)電機工作原理6直流電機的物理模型圖解釋視頻27上一張下一張

3.2直流電機的結構與型號結束直流電機的結構89定子：主磁極（勵磁繞組主極鐵心）換向極（繞組和鐵心）機座端蓋電刷裝置轉子：電樞繞組電樞鐵心換向器轉軸、風扇直流電機的結構部件氣隙：定子電樞間的主磁路上1~3mm視頻2、310直流電機的額定值

額定值是制造廠對各種電氣設備在指定工作條件下運行時所規(guī)定的一些量值。在額定狀態(tài)下運行時，可以保證各電氣設備長期可靠地工作。并具有優(yōu)良的性能。額定值也是制造廠和用戶進行產(chǎn)品設計或試驗的依據(jù)。額定值通常標在各電氣的銘牌上，故又叫銘牌值。11直流電機的額定值（銘牌數(shù)據(jù)）1、額定功率PN：電機額定工作狀況下的輸出功率KW發(fā)電機是出線端輸出的電功率。PN=UNIN電動機是軸上輸出的機械功率。PN=UNIN

N2、額定電壓UN（V）3、額定電流IN（A）4、額定轉速nN（rpm）上一張下一張結束5、勵磁方式和額定勵磁電流IfN（A）P32例題3－1，3－2123.3直流電機的磁路、空載磁場和氣隙磁密3.3.1空載磁場的分布1、磁通的分布主磁通漏磁通上一張下一張結束132、氣隙磁密的分布上一張下一張氣隙磁密波形圖Bav

0

b

b

B

m結束14上一張下一張直流電機的主磁通磁路氣隙電樞齒轉子鐵心軛主磁極鐵心定子鐵心軛結束153.3.2磁化曲線電機主磁通與勵磁電流的關系；可以計算或實驗測定；

If氣隙線abc上一張下一張If小時鐵心不飽和，F(xiàn)主要作用在氣隙上結束163.3.3直流電機的勵磁方式1、他勵直流電機UUfIaIL2、并勵直流電機UUfIaILIf上一張下一張結束173、串勵直流電機UUfIaILIf4、短復勵直流電機上一張下一張UIaILIf1結束185、長復勵直流電機UIaILIf1上一張下一張結束注：2-5均為自勵方式193.4直流電機的電樞繞組

電樞繞組是機、電能量轉換的核心部件，它是由繞組元件和換向片組成的閉合回路。3.4.1繞組的基本概念多匝線圈端接部分有效邊出線端換向片

1、元件（線圈）：兩端分別連接兩個換向片的一匝或多匝線圈上一張下一張結束203、元件數(shù)和換向片數(shù)元件數(shù)S=換向片數(shù)K4、虛槽數(shù)和實槽數(shù)每槽每層放一個元件邊元件數(shù)S=實槽數(shù)Z每槽每層放n個元件邊元件數(shù)S=虛槽數(shù)Zi=nZ2、雙層繞組上一張下一張結束215、繞組的第一節(jié)距Y1極距：相鄰兩極間的距離，用長度cm或槽數(shù)表示Y1：一個元件兩個有效邊在電樞表面的距離，用槽數(shù)表示Y1Y1=Zi/2p其中Zi：虛槽數(shù)；p：極對數(shù)Y1=，稱整距繞組Y1<，稱短距繞組Y1>，稱長距繞組上一張下一張結束226、繞組的第二節(jié)距Y2Y2：兩個相串聯(lián)元件中，前一元件的下元件邊與后一元件的上元件邊的距離。7、合成節(jié)距YY：兩個相串聯(lián)元件對應邊的距離8、換向器節(jié)距Yk

Yk：一個元件的兩個出線端連接的兩個換向片之間的距離。Y=Yk上一張下一張Y2YYk結束233.4.2單疊繞組1、特點：Y=Yk=1例：一直流機S=K=Ze=16，2P=4，畫出雙層單疊繞組。1、計算節(jié)距Y=Yk=1Y1=Z/2P=16/4=4（整距）上一張下一張結束242、編制繞組連接表

1）對元件編號；上邊槽號下邊槽號5116227338495678910411121314151610111213141516123上一張下一張

3）連接元件（y1=4)。2）對槽編號；結束253、畫繞組展開圖先對槽編號；1號元件上邊放1號槽，用實線；下邊放在+Y1（5）號槽，用虛線表示；其余元件依此放置SNSNBB線圈V123589104111213141516672161513456789101112131415上一張下一張結束264、繞組并聯(lián)支路圖電樞輸出總電勢等于支路電勢；電樞輸出總電流等于各條支路電流之和。上一張下一張23487610111216151459131+-上下上下結束274、繞組并聯(lián)支路圖單疊繞組中：并聯(lián)支路數(shù)=極數(shù)，即2a=2p其中a:并聯(lián)支路對數(shù)；P：極對數(shù)上一張下一張23487610111216151459131+-上下上下結束28293.4.3單波繞組3031繞組并聯(lián)支路圖單波繞組中：并聯(lián)支路對數(shù)a=132結論：

單疊繞組并聯(lián)支路數(shù)多，每個支路里的元件數(shù)少，適用于較低電壓、較大電流的電機。

單波繞組并聯(lián)支路對數(shù)永遠等于1，在總元件數(shù)相同的情況下，每個支路里的元件數(shù)多，適用于較高電壓、較小電流的電機實際應用中還有復疊、復波以及混合繞組等。視頻2333.5直流電機的電動勢與電磁轉矩3.5.1直流電機的感應電勢（一）氣隙磁密的分布將氣隙磁密波等效為矩形波。BavB

0每極下主磁通為：磁極有效長度上一張下一張34（二）電樞導體電勢BavB

AV導體A在磁場中運動，其中會感應電勢eav。導體速度導體長度上一張下一張NST1n3523487610111216151459131電樞繞組任何時刻都由2a個并聯(lián)支路構成；當為整距繞組，且電刷在幾何中性線時，電樞繞組總電勢=每條支路中所有串聯(lián)導體感應電勢之和。電樞繞組有S個元件，每元件匝數(shù)為Nk，則電樞繞組總導體數(shù)N=2SNk每條支路的導體數(shù)為：N/2a上一張下一張36電樞繞組電勢Ea為：用磁通表示用轉速表示每極下主磁通為：上一張下一張Ce稱為電動勢常數(shù)37Ce=NP/60a:叫電勢常數(shù)

:每極磁通量n:電機轉速N(z):繞組總導體數(shù)P:極對數(shù)a:繞組并聯(lián)支路對數(shù)結論：1、電樞繞組電勢與磁通、轉速成正比。2、Ea表達式雖然在整距繞組情況下推導出，但對短距、長距也適用。3、若電刷不在幾何中性線時，Ea將減小。上一張下一張383.5.2直流電機的電磁轉矩（一）每根導體電磁力矩Bavb

Af導體A通電流ia，其在磁場中受電磁力fav。導體長度當電樞導體中有電流通過時，該導體在磁場中就產(chǎn)生電磁力。該根導體的電磁力矩：上一張下一張SNTavD為電樞直徑39該根導體的電磁力矩：SNTav電樞總電流上一張下一張40（二）電樞繞組總電磁力矩總電磁力矩Tem=總導體數(shù)Tav轉矩常數(shù)NSTem（三）Ce、CT的關系上一張413.5.3直流電機的電樞反應上一張下一張

電樞反應：電樞磁場對主磁極磁場的影響423.6直流發(fā)電機3.6.1穩(wěn)態(tài)運行時的幾個基本方程式Ea=CeФnT1=T+T0上節(jié)習題，與例題3-3，3-4類似紙制教案433.6.2功率關系443.7.1直流電動機的基本方程1、電壓方程U、I正方向如圖，Ea為反電勢U=Ea+IaRa電樞總等效內(nèi)阻電樞感應電勢Ea=Ce

n上下NST2TT0nEaIaU結束3.7直流電動機運行原理452、轉矩方程電磁轉矩為拖動轉矩，負載和空載轉矩為制動轉矩。穩(wěn)定運行時轉矩方程為：T=T2+T0=TL電磁轉矩=CTIa空載轉矩負載轉矩上下NST2TT0nEaIaU結束輸出轉距46473.7.2功率方程T2NTemT0nEaIa+-UGIfI1、輸入功率勵磁損耗2、電樞功率電樞功率分為電磁功率和電樞銅耗。上下結束483、電磁功率的分配摩擦損耗鐵損耗附加損耗其中：上下NTemT0nEaIa+-UGIfIT2結束494、總功率的分配總損耗

p效率：功率流程P1pcufPMP2p0上下NTT0nEaIa+-UGIfIT2結束pcua50直流電動機的基本方程小結：電勢：U=Ea+IaRa轉矩：T=T2+T0功率:P1=pcuf+pcua+p0+P2P1P2上下PcufGIfNST2TT0nEaIaUpcuaPMp0結束513.7.3工作特性電動機的轉速n、電磁轉矩T、效率與電樞電流Ia的關系叫工作特性。包含有以下幾種：轉速特性：n=f(Ia）轉矩特性：T=f(Ia）效率特性：

=f(Ia）機械特性：n=f(T)上下轉速與電磁力矩之間的關系稱為電動機的機械特性。結束52B）數(shù)學表達式：電勢：U=Ea+IaRa且Ea=Cenn=UNCe

RaCe

Ia=n0-βIaUN式中：n0=Ce

理想空載轉速β=RaCe

斜率nIa0n0

電機實際空載運行時存在T0，Ia00，實際空載轉速n0′<n0Ia0上下1、轉速特性：n=f(Ia）A）條件：U=UN,If=IfNT2NTT0nEaIa+-UGIfI結束53C）轉速變化率n：nIa0n0IaNnNn=n0-nN

nN100%他、并勵電機n=（2~8）%上下結束D）考慮電樞反應的去磁效應，轉速有可能要上升？542、轉矩特性：T=f(Ia）A）條件：U=UN，If=IfNT=CT

IaTIa0上下B）數(shù)學表達式：C）考慮電樞反應的去磁效應，曲線如何？553、效率特性：

=f(Ia）A）條件：U=UN，If=IfN

=P2p1100%

=P1-pcua-p0p1100%

=P1-Ia2Ra-p0p1100%pcua：可變損耗；p0：不變損耗；它們相等最大

Ia0上下結束565758

習題1、簡述磁性材料產(chǎn)生鐵損耗的條件及其原因。如何減少鐵損耗？渦流損耗pFe=CFeD2f2B2磁滯損耗ph=khfB2

2、為什么直流電機電樞鐵心要用硅鋼片疊壓而成，而定子磁軛卻用鑄鋼或鋼板制成，主磁極通常由鋼片疊壓而成？由于轉子旋轉，其中的磁場是交變的；定子中的磁場是恒定不變的；由于電樞反應主磁極端的磁場有微小變化。結束59上下3、直流電機的電樞繞組和勵磁繞組同時與主磁通交鏈，為什么只在電樞繞組中感應電勢，而在勵磁繞組中卻沒有？4、直流電機電樞繞組中的電流是直流嗎？N2SKNK

aS結束60UUfEaIaRrIfIL5、如何判斷直流電機是處于發(fā)電狀態(tài)還是電動狀態(tài)？按照三個自勵條件來分析U=Ea-IaRa發(fā)電狀態(tài)U<Ea電動狀態(tài)U>Ea結束616、一他勵直流電動機：PN=40KW，UN=220V,IN=210A,nN=1000rpm,Ra=0.078。求額定時:P1、p;pcua、PM、p0;T、T2、T0.解：上下結束627、一并勵直流電動機：PN=96KW，UN=440V,IN=255A,If=5A,nN=500rpm,Ra=0.078。求額定時:P1、p、;pcua、PM、p0;T、T2、T0.解：上下UEaIaIfIN結束633.8機械特性：n=f(T)研究條件：U=UN，If=IfNn=UNCe

RaCe

IaT=CT

Ian=UNCe

RaCTCe

2T=n0-βT由轉速和轉矩表達式：推出機械特性表達式：nT0n0TNnN上下固有機械特性T2NTT0nEaIa+-UGIfI結束64在U=UN，If=IfN，電樞回路不串電阻條件下，得到的機械特性叫固有特性(自然特性）以上三個條件(U/If/Ra)只要改變其中一個，得到的機械特性稱為人工機械特性。上下n=UNCe

RaCTCe

2T=n0-βT結束65特點:上下n=UNCe

RaCTCe

2T=n0-βT結束66676869701）電樞串電阻UEaIaK1Rc特性方程變?yōu)椋簄=UNCe

Ra+RCCTCe

2T=n0-βTn=UNCe

RaCTCe

2T=n0-βT串電阻特性與自然特性比較，斜率變大了，n0未變nT0n0TNnN自然特性上下人為機械特性結束712）降低電樞端電壓Un=UCe

RaCTCe

2T=n0-βTnT0n0TNnN自然特性降低U，n0減小β不變，特性向下平移上下結束723）減小磁通

n=UNCe

RaCTCe

2T=n0-βTnT0n0TNnN自然特性減小，n0和β都增加，特性上移，且變軟弱磁可以升速上下結束73根據(jù)銘牌數(shù)據(jù)估算機械特性已知:UN，IN，nN，求兩點一線(n0，0)，(nN,TN）1）估算EaN=（0.93-0.97)UN或實測Ra

上下結束P623-10743.9串勵和復勵直流電動機的機械特性3.9.1串勵電動機的機械特性當磁路不飽和時當磁路飽和時，磁通基本不變，機械特性與他勵直流電動機的機械特性相似。TemnABC磁路不飽和時的機械特性曲線AB段磁路飽和時的機械特性曲線BC段一、固有特性75固有特性是指當時的特性，具有以下特點：（1）它是一條非線性的軟特性，負載時轉速降落很大；（2）空載時，為無窮大。實際上，空載時存在剩磁，為有限值，但值也很大——“飛車”現(xiàn)象。因此串勵