《电机与拖动》PPT课件

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1、.,1,电机与拖动,关于本课程,课程性质：技术基础课（专业基础课） 教 材：电机拖动基础 宋银宾主编 实验教材电机实验与检测 李宗昉主编 任课教师：李宗昉 教学时间：516=80-10（实验）=70学时 成绩评定：期末考试70% 中期考试10% 其他 20% （含实验、出勤、课堂听课、纪律）,学习电机与拖动的目的： 学习电机与拖动:不仅实际工作需要，而且对后续课程是一个基础。 对于电车专业：电机与拖动牵引电机 电子专业：电机与拖动微特电机（自控技术）,.,4,序 言,一、电机概述,1.电机：与电能有关的能量转换的机器 比如：电能生产、传输、分配和使用（主要是动力用电） 2.重要性：电气化的心脏

2、 3.分类：普通电机与特种电机,（1）普通电机（按能量转换分）,机械能电能（发电机）（产生电能） 直流 交流 水力、火力、原子能、潮汐、地热、风力 电能机械能（电动机，用于动力机械） 65%的总电量被电动机消耗 电能之间的转换： 改变交流电压变压器 改变电流变流机（直流交流） 改变频率变频机 改变相数劈相机或单-三相变压器,（2）特种电机,特种电机（主要完成信号传递和转换，用于数字计算，是自控系统中的一个重要元件） 比如：潜艇导航 90多台 ；自动火炮 60多台 ；导弹控制50多台 ；雷达20多台 ；飞机的无人驾驶30多台。,电机的分类 发电机 直流电机 电动机 电动机 旋转电机 异步电机 普

3、通电机 发电机 变压器 交流电机 电机 电动机 同步电机 通用式 发电机 特种电机 控制式,二、电力拖动概述,拖动原动机为了完成一定任务而使生产机械运动。 电力拖动电动机作为拖动的动力源或以电动机为动力拖动生产机械运动的拖动方式。 电力拖动系统以电机为核心而向两边扩展形成：机电一体化，控制与被控制对象结合（专业方向）,电力拖动系统,电力拖动类型,1.成组拖动 一台电动机拖动几个工作机构。 条件：电机容量大（但容量得不到充分利用）。 缺点：不安全、效率低。,图： 成组拖动,2.单电机拖动系统：一台电动机拖动一个工作机构。 图：单机拖动 优点：电机容量利用充分且控制方便，用于各种机床,3.多电机拖

4、动系统一个生产机械有多个工作机构，每个工作机构用一台电机拖动。 比如：龙门铣床,图：多电机拖动,4.自动化电力拖动系统多学科综合应用 比如：自动恒定功率、自动调节转矩,电力拖动的优点,电力拖动效率高，因为电动机效率高且与生产机械联接方便。 电机种类多，具有各种运行特性，可满足不同生产机械的要求。 检测方便，易于组成完善的反馈控制系统以实现最佳控制。 可以实现远距离控制和测量，便于集中管理，实现生产过程自动化。,三、基本定律,（1）全电流定律（电生磁） 比如， 空间有n=3根导体，其中电流 、 、，方向如图所示，它们所产生的磁场强度H沿任何闭合路径 的线积分等于该闭合回路所包围的导体电流的代数和

5、。,用途：电机和变压器的磁路计算,(2)电磁感应定律（磁生电） 变压器电势（感应电势） 大小 （变化引起） 方向 楞次定则：线圈中感应电动势倾向于阻止线圈中磁链的变化,速率电势 大小： B-磁通密度 -导体有效长度 V-导体切割磁力线速度 方向： 右手定则,（3）电磁力定律（载流导体在磁场中受力） 大小： B磁通密度； 导体的有效长度； 通电电流强度 方向： 左手定则,（4）可逆原理 电能 机械能 电功率 （机械功率） （5）磁路的欧姆定律 磁动势 相当于E 磁通 相当于I 磁阻( ) 相当于,磁路的欧姆定律,四、课程的性质和任务,性质：技术基础课，承上启下 任务：掌握各种电机的基本结构、工作

6、原理、基本特性及应用。 掌握电力拖动系统的组成、特性及分析计算。 通过试验验证电机的各种性能。,.,23,第一章 直流电机基础,1-1 概述,直流电机:一种转换与直流电能有关的机器 直流电能机械能 （直流电动机） 机械能直流电能 （直流发电机） 可逆性：同一直流电机即可用作电动机也可用作发电机 优 点： 范围广 调速性能好 方 便 平 滑 起动性能好，起动力矩大 缺 点：结构复杂、用铜多、成本高、运行有时不够可靠环火问题。,电力机车 用 途： 电动机 主要用于广泛调速的地方 地 铁 电力机车 牵引电机 电 车 卷扬机 快速可逆电机拖动系统 轧钢机 发电机 可作独立直流电源，也可组成发电机电动机

7、拖动系统（F-D），比如冶金、化工、采矿中使用。,优 点：发电机提供的直流电质量好，可靠（比整流）。将来会被可控硅整流取代，但直流电动机目前还在继续使用。,1-2 直流电机的工作原理,一、直流发电机的原理 原理：导体在磁场中运动切割磁力线产生感应电势 大小： 方向：右手定则 下面以二极环形绕组（原理结构）为例：,图：二极环形绕组（原理结构）,定 子：两个主磁极（永久磁铁） 在空间固定产生恒定磁场 转 子：环形铁心上绕有12个线圈（闭合绕组在原动机拖动下旋转） N 极下：2、3、4、5、6 切割磁力线感应电势方向 S 极下：8、9、10、11、12 切割磁力线感应电势方向 1、7 处于几何中性线

8、处不感应电势,特 点： 同一极下的导体是在变化的，但同一极下导体电势方向是一致的。 对于某一元件而言，其元件电势是交变的。（元件依次切割不同极性的磁力线）。 转子绕组闭合回路中 =0（对称），无环流。,引出直流电的办法：,1、7 导体处加固定电刷，并把电刷接触处的导线剥开，从而形成了两个并联支路且同一支路内电势方向一致直流电势,电刷存在的问题及改进方法,问题： 寿命不长（经不起长期磨损） 安放电刷有困难 改 进 办 法： 用换向器代替电刷与导体直接摩擦，换向器由相互绝缘铜片组成，装在电枢端部与电枢一起旋转。,特 点：电刷位置应与中性线处导体相连，从而保证支路内电势不互相抵消，以获取刷间最大电势

9、。 换向片数 K = S (元件数) 环形绕组并联之路数 2a = 极数 2p = 电刷数 a并联支路对数（两条支路时 a=1） p极对数 （两个极时 p=1）,二、直流电动机工作原理,结构：同直流发电机 特点：在电刷间加直流电源（电刷极性不变）,图：直流电动机原理,通过换向器的作用，将电流直流电转换为元件中的交流电，但在同一极下导体的电流方向一致，根据左手定则，确定导体受力方向。 注意：转子旋转后，元件中的电流方向在改变。 换向器的作用：元件中的交流电 电刷间的直流电。,1-3 直流电机的基本结构、分类及额定值,一、主要结构部件 1、定子部分 主磁极产生主磁场 铁心：0.51.0mm厚硅钢片

10、冲迭而成。 励磁绕组：由绝缘导线绕成，通以直流电产生主极磁场。,换向极（附加极）改善换向，减小电刷下的火花。 铁心：整块矩形铸钢（形状不复杂，易于加工） 线圈：绝缘导线绕成与电枢绕组串联 机座（磁轭） 由厚钢板弯成圆筒焊接而成或铸钢 作用：提供磁路，支撑，防护作用 电刷装置和其它 电刷装置的作用：引出（引进）电流 组成：电刷石墨制品，耐磨，导电 刷握刷盒，放电刷，用弹簧压紧电刷，在空间固定 刷架安放刷盒用，本身固定在机座或端盖上.注意,刷盒与刷架之间要绝缘 其它：端盖、轴承（支持、防护）,2、转子部分电枢（感应电势，通过电流） 电枢铁心0.5mm厚低硅钢片外圆冲上齿、槽装迭而成，目的在于减少铁

11、心在磁场中旋转时被反复磁化而产生过多铁耗 齿 、槽安放电枢绕组 通 风 孔散热 内 圆轴孔,电枢绕组绝缘导线型绕加工而成，嵌放在铁心槽中导线截面 ：矩形（大电机） 圆形（小电机）槽内有绝缘（对地）槽楔封口固定，绕组元件的两头与换向片相联,图：电枢绕组,换向器（由许多彼此绝缘的换向片构成）,侧视图（沿径向剖开）,沿圆周方向剖开,作用：基体与电刷接触 竖板（升高片）连接电枢绕组元件 燕尾夹紧、固定 二、分类（按励磁方式分） 他励 自励 他励式：独立直流电源单独供给励磁绕组励磁，励磁绕组与电枢绕组不连接 励磁电流,电枢电流,负载电流,图：并励,图：串励,一部分与电枢绕组串联 复励：励磁绕组分两部份

12、另一部分与电枢绕组并联,短分接法（先并后串）,长分接法（先串后并）,差复励：串联绕组产生磁动势与并联绕组产生磁动势方向相反 积复励：串联绕组产生磁动势与并联绕组产生磁动势方向相同 由于联接方式不一样，将直接影响电机的特性。无论是发电机还是电动机都可采用上述联接方式,三、额定值 1、额定功率（容量） 指输出功率，单位：瓦（千瓦） 发电机 = （输出电功率） 电动机 （轴上输出机械功率）= 式中： 电动机的额定电压； 电动机的额定电流； 电动机的额定效率 2、额定电压 允许加在电机两端的电压限定值 小型发电机 小型电动机 大型电机 115V 230V 460V 110V 220V 440V 100

13、0V,3、额定电流 电机额定输出功率时的电流值 发电机 过载 满载 电动机 欠载 4、额定转速 额定负载时电机的限定转速 5、额定励磁电流 6、额定效率,.,47,1-4 直流电机的空载磁场,空载磁场：直流电通入励磁绕组产生的磁场 特点：负载电流 = 0 ，不考虑电枢通过电流产生磁场的影响（只有主磁极产生的磁场）,一、直流电机空载时的磁通分布,1、直流电机空载时的磁通分布（以四极电机为例） 主磁通 （每极）经过气隙进入电枢的磁通,磁通路径,路径：N 极出发N 极下的气隙N 极下的电枢齿槽电枢铁心S 极下的电枢齿槽S 极下气隙S 极下铁心磁轭回到N 极下的铁心 主磁通又称有效磁通能感应电势的磁通

14、或能产生力矩的磁通 漏磁通 未进入电枢铁心的磁通 特点不感应电势也不产生力矩，无效的 缺点不可避免它增加了铁心和磁轭的饱和程度,总磁通：,2、产生主磁通的磁动势 产生每极主磁通 所需要的磁势（激磁安匝） 基本定律：全电流定律（分段计算法） 注 意：这里把“场”的问题简化为“路”来计算 W 总激磁匝数 2表示两个极 磁路某段的场强 1个磁极上的激磁绕组匝数 该段磁路的平均长度 激磁电流,利用磁回路的基尔霍夫第二定律可得： 总磁势： 气隙长度 （2） 电枢齿长 （2） 电枢轭一段长 （1） 主极铁心长 （2） 定子磁轭一段长 （1）,计算总磁势的基本方法 设计一台电机首先要确定：每极磁通量 （已知） （S为不同段的磁路截面积）每段磁场强度H 气隙 （ 气隙磁导） 铁磁材料只有通过查该材料的磁 化曲线求H,图：磁化曲线,计算分段磁势 总磁势 （一对极的总安匝） 决定 I-决定导线截面 3、主磁通磁势产生的气隙磁密的分布曲线 （1）气隙磁密电枢表面的磁通密度（它与电机的感应电势，力矩大小和形状有关） 特 点：与