电机课件3.

《电机课件3.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电机课件3.（89页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、34138-03a 主编 BJ2.TIF 第3章 3.1 直流电机的工作原理和基本结构 3.2 直流电枢绕组 3.3 空载和负载时直流电机的磁场 3.4 电枢的感应电动势和电磁转矩 3.5 直流电机的基本方程 3.6 直流发电机的运行特性 3.7 直流电动机的运行特性 3.8 直流电动机的起动、调速和制动 3.9 换向 3.1 直流电机的工作原理和基本结构 1.直流电机的工作原理 2.直流电机的基本结构 3.励磁方式 4.直流电机的额定值 1.直流电机的工作原理 图3-1表示一台最简单的两极直流电机模型 ，它的固定部分(定子)上，装有一对用直流 励磁的主磁极N和S，在旋转部分(转子)上 装设电

2、枢。定子与转子之间有一气隙。电 枢铁心上装有由A和X两根导体连接而成的电 枢线圈，线圈的首端和末端分别接到两个 圆弧形的铜片K1和K2，此铜片称为换向片 ，换向片之间互相绝缘。由换向片构成的整 体称为换向器，换向器固定在转轴上。换 向器上放置着一对静止不动的电刷B1和B2， 电枢旋转时，电枢线圈通过换向片和电刷与 外电路接通。 1.直流电机的工作原理 图3-1 两极直流电机模型 a) t= 时 b) t= 时 1.直流电机的工作原理 图3-2 气隙磁场的分布波形 1.直流电机的工作原理 图3-3 线圈电动势和电刷 、 间的电动势 a)线圈电动势 b)电刷间的电动势 1.直流电机的工作原理 图3

3、-4 电枢上装有6个 线圈(11到66)的情况 1.直流电机的工作原理 图3-5 每条支路有3个串联线圈时， 电刷上的电动势波形 2.直流电机的基本结构 图3-6 直流电机的结构 旋转电机都有定子和转子 两部分，在定、转子之间 有一个储存磁能的气隙。 直流电机的定子由主磁极 、机座、端盖和电刷装置 等部件组成，转子是电枢 ，它由电枢铁心、电枢绕 组和换向器等部件组成。 2.直流电机的基本结构 图3-7 主磁极 2.直流电机的基本结构 图3-8 电枢铁心 2.直流电机的基本结构 图3-9 电枢槽内的导体 和绝缘 2.直流电机的基本结构 图3-10 换向器 2.直流电机的基本结构 图3-11 电刷

4、装置 3.励磁方式 图3-12 直流电机按励磁方式分类 a)他励式 b)并励式 c)串励式 d)复励式 励磁绕组的供电方式称为励磁方式。按照励磁方式，直流电机分 成他励和自励两大类， 他励式 他励式直流电机的励磁绕组由其他电源供电，励磁绕组 与电枢绕组不相连接，如图3-12a所示。自励式 在自励式发电机 中，利用电机自身发出的电流来励磁；在自励式电动机中，励磁 绕组和电枢绕组由同一电源供电。自励式直流电机又可分为并励 、串励和复励等三种。 4.直流电机的额定值 (1)额定功率PN 指电机在铭牌规定的额定状态下运行时，电机的，以kW表 示。 (2)额定电压UN 指额定状态下电枢出线端的电压，以V

5、表示。 (3)额定电流IN 指电机在额定电压下运行，输出功率为额定功率时，电机的 ，以A表示。 (4)额定转速nN 指额定状态下运行时转子的转速，以r/min(转/分)表示。 (5)额定励磁电压UfN 指额定状态下运行时，他励式电机励磁绕组所加的电 压，以V表示。 3.2 直流电枢绕组 1.直流电枢绕组的构成 1.直流电枢绕组的构成 图3-13 电枢绕组的元件 组成绕组的 基本单元称 为元件。一 个元件由两 条元件边和 前、后端接 线组成，如 图3-13所示 。 1.直流电枢绕组的构成 图3-14 两匝元件 a)叠绕元件 b)波绕元件 1.直流电枢绕组的构成 若电枢每个槽的上、下层内各只有一个

6、元件边，则整个 绕组的元件数S应等于槽数Q。多数直流电机中，每槽的 上层和下层各包含u个元件，这u个元件将组成一个线圈 如图3-15所示，此时元件数S应为槽数Q的u倍，即 1.直流电枢绕组的构成 图3-15 含有两个元件(u=2)的线圈 第一节距 同一个元件的两条有效边在电枢表面所跨 的距离，称为，第一节距也称为，用y1表示，如图3- 16和图3-17所示。第一节距通常用所跨的虚槽数来计 算，它是。通常把一个主磁极在电枢表面所跨的距离 ，称为，用表示。若p为电机的，用虚槽数表示时， 极距就等于 。,y1，即 图3-16 叠绕元件在电枢上的连接 图3-17 波绕元件在电枢上的连接 2.单叠绕组

7、合成节距 单叠绕组的连接规律是，所有的 相邻元件依次串联(即后一元件的首端 与前一元件的尾端相连)每串联一个元件就 向右移动一个虚槽，同时元件的出线端在换 向器上向右移动一个换向片，最后形成一个 闭合回路。 2.单叠绕组 2.单叠绕组 图3-18 单叠绕组的展开图(2p=4,S=K= =16) 2.单叠绕组 图3-19 图3-18所示瞬间电枢绕组的电路图 3.单波绕组 单波绕组的连接规律是，从某一换向片和虚槽出发，把相隔约为一对极 距的同极性磁极下对应位置的所有元件依次串联起来，直到沿电枢 和换向器绕过一周之后，恰好回到出发换向片和虚槽的前 面一片和一槽,然后从此换向片和虚槽出发，继续绕连，直

8、到把全部 元件连完，最后回到起始的换向片和虚槽，构成一个闭合电路为止。 图3-20 单波绕组展开图 (2p=4, =S=K=15) a)部分展开图 b)全部展开图 图3-21 图3-20所示瞬间单波绕组的电路图 3.3 空载和负载时直流电机的磁场 1.空载时直流电机的磁场 2.负载时的电枢磁动势和电枢反应 1.空载时直流电机的磁场 图3-22 空载时直流电机内的磁场 直流电机的空载是指电枢电流等于零，或者很小，因而可以忽略不计 的情况。由于电枢电流为零，所以空载时直流电机内的磁场由励磁绕 组的磁动势单独激励所产生，如图3-22所示。 1.空载时直流电机的磁场 图3-23 空载时直流电机的气隙磁

9、场 2.负载时的电枢磁动势和电枢反应 直流电机带上负载时，电枢绕组中就有电流流过，载流的电枢绕组将产生电 枢磁动势。此时，气隙磁场将由主极磁动势和电枢磁动势两者的合成磁动势 所建立。负载时电枢磁动势对主磁场的影响称为电枢反应。 从图3-24和图3-25a不难看出： (1) 在主极N极的右半部分，交轴电枢磁场的方向为从电枢表面指向主极，对 主极磁场起去磁作用；在N极的左半部分，交轴电枢磁场的方向为从主极指 向电枢表面，对主极磁场起增磁作用；由此引起，(称为)。 (2)不计磁饱和时，交轴电枢磁场对主极磁场的去磁作用和增磁作用恰好相等 ，总体上看，、，此时气隙内的合成磁场b如图3-25b中实线所示。

10、 (3)考虑磁饱和时，增磁边将使该部分主极铁心的饱和程度提高、磁导率减小 ，从而使该处实际的气隙磁场比不计饱和时略弱，如图3-25b中虚线所示； 去磁边的实际气隙磁场则与不计饱和时基本一致；因此负载时每极下的磁通 量将比空载时略少，即。 2.负载时的电枢磁动势和电枢反应 图3-24 电刷放在几何中性线上时 的电枢磁动势和磁场 图3-25 交轴电枢反应 a)负载时的合成磁场 b)空载磁场 和负载时气隙的合成磁场 图3-26 电刷不在几何中性线上时，电枢磁动势的交轴分量和直轴分量 a)电枢磁动势 b)交轴分量 c)直轴分量 3.4 电枢的感应电动势和电磁转矩 1.电枢绕组的感应电动势 2.电枢的电

11、磁转矩 1.电枢绕组的感应电动势 图3-27 气隙磁场分布和导体感应 电动势和电磁力的计算 2.电枢的电磁转矩 3.5 直流电机的基本方程 1.电压方程 2.转矩方程 3.电磁功率 4.直流电机的可逆性 1.电压方程 1.电压方程 图3-28 稳态运行时直流电机的电路图 a)发电机 b)电动机 2.转矩方程 图3-29 直流电机的电磁转矩和外施转矩 a)发电机 b)电动机 2.转矩方程 3.电磁功率 4.直流电机的可逆性 图3-30 并励直流电机的 可逆性下标(G)表示发 电机，(M)表示电动机 3.6 直流发电机的运行特性 1.他励发电机的负载运行 2.他励发电机的运行特性 3.并励发电机的

12、自励和外特性 4.复励发电机的外特性 1.他励发电机的负载运行 图3-31 他励发电机的负载运行 2.他励发电机的运行特性 3z32.tif 2.他励发电机的运行特性 3z33.tif 3.并励发电机的自励和外特性 图3-34 并励发电机 的接线图 3.并励发电机的自励和外特性 图3-35 并励发电机自励时 的稳态空载电压 3.并励发电机的自励和外特性 图3-36 并励发电机的外特性 4.复励发电机的外特性 图3-37 复励发电机的接线图 4.复励发电机的外特性 图3-38 积复励发电机的外特性 3.7 直流电动机的运行特性 1.并励电动机的负载运行 2.并励电动机的运行特性 3.串励电动机的

13、运行特性 4.复励电动机的特点 5.电力拖动系统运行的稳定性 1.并励电动机的负载运行 图3-39 并励电动机的 接线图 2.并励电动机的运行特性 工作特性 工作特性是指电动机的端电压U=UN 、励磁电流If=IfN时，电动机的转速n、电磁转矩 Te和效率与输出功率P2的关系 2.并励电动机的运行特性 图3-40 并励电动机的工作特性 2.并励电动机的运行特性 图3-41 并励电动机的机械特性 3.串励电动机的运行特性 图3-42 串励电动机 的接线图 串励电动机的特点是，电 枢电流、线路电流和励磁 电流三者相等 3.串励电动机的运行特性 图3-43 串励电动机的工作特性 3.串励电动机的运行

14、特性 图3-44 串励电动机的机械特性 4.复励电动机的特点 图3-45 复励电动机的接线图 复励电动机的机械特性积复励电 动机既有并励绕组、又有串励绕 组，故其机械特性介于并励和串 励电动机之间。若励磁磁动势中 以并励磁动势为主，则其特性接 近于并励电动机；但由于有串励 磁动势的存在，当负载增大时， 电枢反应的去磁作用可以受到抑 制，不致使转速上升(见图3-46中 曲线1)，从而保证电动机可以稳 定地运行。 4.复励电动机的特点 图3-46 复励电动机的机械特性 5.电力拖动系统运行的稳定性 图3-47 电力拖动系统运行的稳定性 a)稳定 b)不稳定 3.8 直流电动机的起动、调速和制动 1

15、.直流电动机的起动 2.直流电动机转速的调节 3.直流电动机的制动 1.直流电动机的起动 图3-48 三点起动器 及其接线图 2.直流电动机转速的调节 (1)电枢控制，即用调节电枢电压或者在电枢电路中接入调速电阻来调速。 (2)磁场控制，即用调节励磁电流来调速。 (1)电枢控制，即用调节电枢电压或者在电枢电路中 接入调速电阻来调速。 (2)磁场控制，即用调节励磁电流来调速。 图3-49 电枢接入调速电阻后并励(他励) 电动机的机械特性( ) (2)磁场控制，即用调节励磁电流来调速。 图3-50 不同电枢电压时他励电动机 的机械特性( ) (2)磁场控制，即用调节励磁电流来调速。 图3-51 不

16、同励磁电流时，他励(并励) 电动机的机械特性( ) (2)磁场控制，即用调节励磁电流来调速。 图3-52 改变电枢端电压时，串励 电动机的机械特性( ) 3.直流电动机的制动 图3-53 并励电动机能耗 制动时的接线图 3.直流电动机的制动 图3-54 并励电动机反接 制动时的接线图 3.9 换向 1.电流的换向过程 2.改善换向的方法 3.环火和补偿绕组 1.电流的换向过程 图3-55 元件1中电流的换向过程 a)元件1属于右边支路 b)元件1被电刷短路 c)元件1进入左边支路 1.电流的换向过程 图3-56 换向元件中电流的变化 a)换向元件 b)直线换向和延迟换向 2.改善换向的方法 图3-57 用换向极来改善换向 3.环火和补偿绕组 图3-58 环火 3.环火和补偿绕组 图3-59 补偿绕组 3.环火和补偿绕组 图3-60 装有补偿绕组的大型直流电机内的磁场分布