第2章-航空電機

第二章航空電機電機：應(yīng)用電磁感應(yīng)原理實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的電磁機械。§2.1概述一、分類能量轉(zhuǎn)化形式發(fā)電機電動機變壓器電流性質(zhì)直流電機交流電機同步電機異步電機應(yīng)用形式主電源發(fā)電機驅(qū)動電動機變壓器變流機控制電機二、航空電機的工作條件1、環(huán)境溫度2、濕度3、大氣成分和性質(zhì)4、機械過載三、航空電機的主要特點1、體積小、重量輕：

縮短使用期限；選用優(yōu)質(zhì)材料；良好的冷卻方式。2、特定的電壓和頻率：

DC：28V,14V；

AC：115V/200V、400Hz；§2.2直流電機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理一、直流電機的基本結(jié)構(gòu)定子部分機殼轉(zhuǎn)子部分主磁極電刷組件換向極電樞鐵心電樞繞組換向器主磁通

導磁和機械支撐

主磁極電刷組件與換向器配合，起整流的作用換向極起改善換向的作用轉(zhuǎn)子部分電樞鐵心電樞繞組換向器電樞鐵心硅鋼片沖壓而成，減小磁滯損耗和渦流損耗。電樞繞組

產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電流，實現(xiàn)機－電能量轉(zhuǎn)換換向器與電刷配合，起整流的作用。二、直流電機的工作原理發(fā)電機電能

機械能電動機1、直流發(fā)電機的工作原理A、電樞線圈兩端產(chǎn)生的是交變的感應(yīng)電動勢

B、由于整流子的作用，在電刷兩端獲得脈動電動勢

疊繞組：指串聯(lián)的兩個元件總是后一個元件的端接部分緊疊在前一個元件端接部分，整個繞組成折疊式前進。疊繞組示意圖波繞組：指把相隔約為一對極距的同極性磁場下的相應(yīng)元件串聯(lián)起來，象波浪式的前進。波繞組示意圖C、增加線圈和換向片的數(shù)量，在電刷兩端就獲得較大而平穩(wěn)的直流電動勢

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。2、直流電動機的工作原理3、直流電機的可逆性發(fā)電機電能

機械能電動機2.3直流電機的電樞反應(yīng)直流電機負載時的負載磁場

直流電機帶上負載后，電樞繞組中有電流，電樞電流產(chǎn)生的磁動勢稱為電樞磁動勢。電樞磁動勢的出現(xiàn)使電機的磁場發(fā)生變化。

右圖為一臺電刷放在幾何中性線的兩極直流電機的電樞磁場分布情況。由圖可見電樞磁動勢產(chǎn)生的氣隙磁場在空間的分布情況，電樞磁動勢為交軸磁動勢。

假設(shè)勵磁電流為零，只有電樞電流。電樞反應(yīng)當勵磁繞組中有勵磁電流，電機帶上負載后，氣隙中的磁場是勵磁磁動勢與電樞磁動勢共同作用的結(jié)果。電樞磁場對氣隙磁場的影響稱為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)與電刷的位置有關(guān)。(a)空載磁場(b)電樞磁場(c)合成磁場交軸電樞反應(yīng)當電刷在幾何中性線上時，將主磁場分布和電樞磁場分布疊加，可得到負載后電機的磁場分布情況。電刷在幾何中性線時的交軸電樞反應(yīng)的特點：1)、使氣隙磁場發(fā)生畸變

空載時電機的物理中性線與幾何中性線重合。負載后由于電樞反應(yīng)的影響，每一個磁極下，一半磁場被增強，一半被削弱，物理中性線偏離幾何中性線角，磁通密度的曲線與空載時不同。合成磁場不再對稱于主極軸線。在發(fā)電機狀態(tài)下主極的前極尖去磁氣隙磁場的物理中線偏離幾何中線。對于發(fā)電機，物理中線順旋轉(zhuǎn)方向前移每極下的有效磁通基本保持不變（磁路不飽和時）交軸電樞反應(yīng)的影響直軸電樞反應(yīng)電刷不在幾何中性線時的電樞反應(yīng)可用下列表格說明電刷順轉(zhuǎn)向偏移電刷逆轉(zhuǎn)向偏移發(fā)電機交軸和直軸去磁交軸和直軸助磁電動機交軸和直軸助磁交軸和直軸去磁2.4直流電機的換向一、換向概述元件112

為了分析方便假定換向片的寬度等于電刷的寬度。

直流電機的某一個元件經(jīng)過電刷，從一條支路換到另一條支路時,元件里的電流方向改變，即換向。元件112

電樞移到電刷與換向片2接觸時，元件1的被短路，電流被分流。如圖所示。

電刷與換向片1接觸時，元件1中的電流方向如圖所示，大小為。

電刷僅與換向片2接觸時，元件1中的電流方向如圖所示，大小為。

換向問題很復雜，換向不良會在電刷與換向片之間產(chǎn)生火花。當火花大到一定程度，可能損壞電刷和換向器表面，使電機不能正常工作。

產(chǎn)生火花的原因很多，除了電磁原因外，還有機械的原因。此外換向過程還伴隨著電化學和電熱學等現(xiàn)象。

元件從開始換向到換向終了所經(jīng)歷的時間，稱為換向周期。換向周期通常只有千分之幾秒。直流電機在運行中，電樞繞組每個元件在經(jīng)過電刷時都要經(jīng)歷換向過程。改善換向的方法

除了直線換向外，延遲和超越換向時的合成電動勢不為零，換向元件中產(chǎn)生附加換向電流，附加換向電流足夠大時會在電刷下產(chǎn)生火花。還有機械和化學方面的因素也能引起換向不良產(chǎn)生火花。改善換向一般采用以下方法：選擇合適的電刷，增加換向片與電刷之間的接觸電阻。

裝設(shè)換向磁極，位于幾何中性線處裝換向磁極。換向繞組與電樞繞組串聯(lián)，在換向元件處產(chǎn)生換向磁動勢抵消電樞反應(yīng)磁動勢

大型直流電機在主磁極極靴內(nèi)安裝補償繞組，補償繞組與電樞繞組串聯(lián)，產(chǎn)生的磁動勢抵消電樞反應(yīng)磁動勢?！?.5航空直流發(fā)電機

由飛機發(fā)動機驅(qū)動，將機械能轉(zhuǎn)換成直流電能，作為飛機直流電源系統(tǒng)的主要電源向飛機用電設(shè)備提供電能。他勵自勵并勵串勵復勵一、直流發(fā)電機的勵磁方式二、直流發(fā)電機的基本電磁關(guān)系并勵發(fā)電機：電壓平衡方程式三、直流發(fā)電機的自勵原理及條件511、電機必須有剩磁；2、勵磁磁勢與剩磁方向一致；3、勵磁電路電阻不能過大；4、轉(zhuǎn)速不能過低。四、直流發(fā)電機的運行特性（U、

I、If

、n

）1、空載特性空載特性本質(zhì)上反映了發(fā)電機磁路的磁化特性2、外特性

并勵3、調(diào)節(jié)特性§2.6航空直流電動機

從直流電源系統(tǒng)獲得電能，將電能轉(zhuǎn)換成機械能，向飛機設(shè)備提供機械力矩。勵磁方式：他勵、并勵、串勵和復勵一、直流電動機的基本電磁關(guān)系

電壓平衡方程式：功率平衡方程式：轉(zhuǎn)矩平衡方程式：581、機械特性二、直流電動機的運行特性（U、

Ia、Tem

、n

）對于并勵電動機，U、Ra為常數(shù)，磁通Φ基本不變

“硬”特性60對于串勵電動機，Ia＝If

串勵電動機的磁通Φ隨Ia變化而變化“軟”特性61當磁路不飽和時，可認為“軟”特性串勵電動機不允許空載或在很輕負載下運行

2、轉(zhuǎn)矩特性并勵電動機串勵電動機三、直流電動機的起動

1、起動要求第一、起動轉(zhuǎn)矩Tst要大；第二、起動電流Ist要?。坏谌?、起動設(shè)備簡單，便于操作控制。2、起動方法小功率電動機一般采用直接起動；大功率電動機采用電樞電路串接電阻起動；

大型電動機采用降壓起動。四、直流電動機的調(diào)速

1、調(diào)速原理2、調(diào)速方法A、改變電樞電路電阻調(diào)速

；B、改變電機磁通調(diào)速

；

C、改變電樞端電壓調(diào)速

。1、反轉(zhuǎn)2、制動方法能耗制動反接制動反饋制動改變磁通或電樞電流的方向五、直流電動機的反轉(zhuǎn)與制動69能耗制動反接制動反饋制動電動機發(fā)電機

航空電機的分類影響航空電機工作的因素直流電機的基本結(jié)構(gòu)直流電機的工作原理直流電機的勵磁方式直流發(fā)電機的自勵原理和條件本章要點直流發(fā)電機的運行特性直流電動機的工作特性及特點直流電動機的起動、調(diào)速、反轉(zhuǎn)及制動方法§2.7三相同步發(fā)電機三相交流電機內(nèi)部定子電流產(chǎn)生的磁場是一個旋轉(zhuǎn)磁場三相同步電機：三相異步電機電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速相等

一、三相同步發(fā)電機的結(jié)構(gòu)原理

對稱三相交流電

二、三相同步發(fā)電機結(jié)構(gòu)分類飛機無刷同步發(fā)電機結(jié)構(gòu)

他勵式

自勵式

三、同步發(fā)電機的運行特性1、空載特性2、外特性

3、調(diào)節(jié)特性§2.8三相異步發(fā)電機一、結(jié)構(gòu)定子轉(zhuǎn)子籠型轉(zhuǎn)子繞線型轉(zhuǎn)子籠型轉(zhuǎn)子繞線型轉(zhuǎn)子

二、旋轉(zhuǎn)磁場

1、旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生AXYCBZAXYCBZAXYCBZ當電流變化一個周期，磁場恰好旋轉(zhuǎn)一圈

2、旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù)AXBYCZAXYCBZC'Y'ABCXYZA'X'B'Z'當電流變化一個周期，p＝2時磁場恰好旋轉(zhuǎn)半圈

3、旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速

4、旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向

改變通入三相定子繞組的三相電流的相序（任意調(diào)換兩相的連接線），即可改變旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向。

三、異步電機的工作原理及工作狀態(tài)

1、工作原理AXYCBZ定子三相繞組通入三相交流電方向:相序旋轉(zhuǎn)磁場FFn

切割轉(zhuǎn)子導體右手定則感應(yīng)電動勢E2感應(yīng)電流I2旋轉(zhuǎn)磁場左手定則電磁力F電磁轉(zhuǎn)矩Tn異步電動機正常工作時，n略小于n0轉(zhuǎn)差率2、工作狀態(tài)四、三相異步電動機的機械特性

五、三相異步電動機的起動及調(diào)速1、起動直接起動降壓起動籠型電動機自耦變壓器降壓起動Y－換接起動定子電路串接電阻（電抗）起動繞線型電動機轉(zhuǎn)子電路外接電阻起動

自耦變壓器降壓起動Y－換接起動定子電路串接電阻（電抗）起動轉(zhuǎn)子電路外接電阻起動（繞線型）2、調(diào)速變極調(diào)速變頻調(diào)速變轉(zhuǎn)差率調(diào)速

變極調(diào)速（籠型）有級調(diào)速

變頻調(diào)速（籠型）無級調(diào)速

f=400Hz逆變器M3~整流器f1、U1可調(diào)+–~

變轉(zhuǎn)差率調(diào)速（繞線型）無級調(diào)速

單相異步電動機單相異步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、噪聲小的優(yōu)點。由于只需要單相電源供電，因而使用方便，被廣泛應(yīng)用于家用電器、電動工具以及自動化儀表等設(shè)備中。其功率一般在1KW以下。

各式各樣的單相電動機與電動工具U1U2定子為單相繞組，轉(zhuǎn)子為鼠籠式。單相異步電動機的結(jié)構(gòu)特點U1U2U1U2i脈動磁場的產(chǎn)生單相正弦電流在單相繞組中產(chǎn)生的磁場是在空間固定方位、隨時間作正弦變化的脈動磁場。設(shè)：B=Bm

sin

t

可以分解為兩個幅值相等，旋轉(zhuǎn)角速度相同，但旋轉(zhuǎn)方向相反的兩個磁場

B1

和

B2

。B=B1+B2

脈動磁場分析

轉(zhuǎn)矩特性曲線脈動磁場可以分解為兩個相反方向旋轉(zhuǎn)的磁場。

當轉(zhuǎn)子靜止，即T'=T'',T=0T'TTT''s's''100122S'=S''=1時，單相異步電動機起動轉(zhuǎn)矩為零，不能自行起動旋轉(zhuǎn)。

T'0TTT''s's''12單相異步電動機在這一轉(zhuǎn)矩作用下轉(zhuǎn)動，一直達到穩(wěn)定狀態(tài)。單相異步電動機關(guān)鍵要解決產(chǎn)生起動轉(zhuǎn)矩的問題。合成電磁場轉(zhuǎn)矩不等于零。012

i1SCWS+

uW

：工組繞組

S：起動繞組起動措施—1.電容分相法

i2

t=0。W1W2S1S2

t=45。W1W2S1S2

t=90。S1S2W1W2兩相電流和旋轉(zhuǎn)的磁場0

ti45。2i1i90。2.罩極電動機~短路銅環(huán)定子繞組當定子繞組通入交流電流而產(chǎn)生脈動磁場時，由于短路環(huán)中感生電流的作用，使通過磁極的磁通分成Ф1和Ф2兩部分。Ф1Ф2凸極磁極籠型轉(zhuǎn)子2.罩極電動機~短路銅環(huán)定子繞組Ф1Ф2Ф1滯后于Ф2，同時在空間上也相差一個角度，兩者合成以后也會產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場。凸極磁極籠型轉(zhuǎn)子§2.9電機的發(fā)熱與冷卻自然冷卻自通風冷卻強迫通風冷卻循