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1、,电机学多媒体课件系列,福州大学电气工程与自动化学院电机学教研组,2006.10,第五篇 直流 电 机,第十六章 直流电机的基本原理和电磁关系,目 录,第十六章 直流电机的基本原理和电磁关系16.1 直流电机的基本结构16.2 直流电枢绕组16.3 直流电机的磁场和电枢反应16.4 电枢绕组的感应电动势和电压、功率平衡方程式16.5 电枢绕组的电磁转矩和转矩平衡方程式,16.1 直流电机的基本结构,优点:1良好的起动和调速性能2方便、可靠、波形好、对电源的干扰小缺点:结构复杂、价格高、维护不便,特点:换向器,旋转电枢,用途:1直流电源励磁机(如同步机)2调速性能要求高的场所电车、电力机车,直流
2、电机模型,固定部分(定子):主磁极、电刷转动部分(转子):铁心和绕组(电枢),直流电机工作原理,换向器的作用: 1、实现电刷与换向片的滑动接触,使电枢旋转回路与外电路(静止)相连 2、改变电势、电流的方向(机械式整流),实际的电枢有多个线圈、多对磁极(减小脉冲,提高功率),理论上一台电机既可以作电动机又可以作发电机(可逆),外部电刷两端电动势为直流量,内部线圈中产生的感应电势、流过的电流是交流量,结论:,定子:主磁极、换向极、机座、端盖、电刷装置转子:电枢铁心 、电枢绕组、换向片、转轴、风扇,直流电机的基本结构,一、定子部分,主磁极作用:建立主磁场。构成:叠片铁心和套装在铁心上的励磁绕组,机座
3、作用:1、主磁路的一部分 2、电机的结构框架构成:用厚钢板弯成筒形焊成或铸钢件制成,换向极:作用: 是改善直流电机的换向情况,不产生有害的火花构成:铁心和绕组构成,固定在机座上,对数同主磁极,电刷装置作用:电枢电路的引出(或引入)装置。构成:电刷(石墨)、刷握、刷杆和连线等。,二、转子部分,电枢铁心作用:1、主磁路的一部分; 2、电枢绕组的支撑部件。构成:一般用厚0.5且冲有齿、槽的 硅钢片叠压、夹紧而成,电枢绕组作用:产生感应电势,承载电流,产生转矩构成:圆截面铜线或扁导线、空心导线 (槽楔、绝缘材料),换向片:作用:与电刷配合,以机械方式输入(出)直流电动势 构成:许多鸽尾形的换向片排成一
4、个圆筒,之间用云母片绝缘,两端再用两个V形环夹紧而构成。,直流电机的换向片,交流电机的集电环,三、励磁方式,励磁绕组的供电方式称为励磁方式。,直流电机按励磁方式分类,他励,自励(发电机),永磁,并励串励复励,积复励差复励,他励励磁绕组由其他电源供电,励磁绕组与电枢绕组不相连。,*以发电机为例,并励励磁绕组与电枢绕组并联。,他励,并励,串励励磁绕组与电枢绕组串联,串励,复励并励和串励两种励磁方式的结合。两励磁绕组产生的磁场方向相同则为积复励,反之为差复励。,长分接法,短分接法,四 、直流电机的额定值,(1)额定功率:指电机在铭牌规定的额定状态下运 对电动机,额定功率是指输出的机械功率; 对发电机
5、,额定功率是指输出的电功率。,行时,电机的输出功率,以kW表示。,(2)额定电压:指额定状态下电枢出线端的电压,以V表示。,(3)额定电流:指电机运行在时,电机的电流,以A表示。,(4)额定转速:指额定状态下运行时转子的转速,以r/min表示。,(5)额定励磁电压: (仅对他励电机)。,课时小结,1、直流电机的优点?结构特点?换向器的作用?2、直流发电机(电动机)的工作原理?3、直流电机的换向器和交流电机集电环的异同点?4、直流电机的励磁方式及其特点?接线图?5、额定值:PN,UN,IN,16.2 直流电枢绕组,一、直流电枢绕组的基本知识,1、电枢绕组的基本要求:产生足够的感应电势;允许通过规
6、定的电流;节约材料、工艺简单、运行可靠,2、相关术语,元件(线圈):构成绕组的线圈称为绕组元件,分单匝和多匝两种。,实槽Z:实际槽数Z,元件数S 、换向片数K 、总导体数N,叠绕组:后一个元件紧叠在前一个元件,整个绕组成折叠式前进。,波绕组:相隔约一对极距的相应元件串联起来,象波浪式的前进。,特点:相邻两元件(串连)在电枢表面仅差一个虚槽(换向片),特点:相邻两元件相隔约为一对极距,第二节距y2:前一元件下层边与后一元件上层边的距离,合成节距y:相串连的两元件对应圈边在电枢表面跨过的距离,换向节距yk:同一元件首末端连接的换向片之间的距离,3、直流电枢绕组的基本型式闭合绕组:从电枢上某一导体出
7、发,按一定的规律串连所有导体后,仍回到出发点,自成闭合回路。五种连接型式:单迭、复迭、单波、复波、混合绕组基本型式:单迭、单波,一、单叠绕组,2)第一节距:,3)合成节距:,4)第二节距:,(y0右行;yUEa方向与Ia方向一致,2、电动机情况下,特点:EaUEa方向与Ia方向相反,并励直流发电机,并励直流电动机,三、功率平衡式,1、发电机情况下 ( 以并励为例 ),电磁功率:,(电功率),(机械功率),输入机械功率:,式中:p0=pmec+pFe 空载损耗(不变损耗) pa+pb 负载损耗(可变损耗,空载时可略)效率:=P2/P1=(P1-p)/P1,2、电动机情况下 ( 以并励为例 ),(
8、电功率),(机械功率),课时小结,1、直流电机电枢绕组感应电动势公式?特点?Ea=CenCe=PN/(60a)2、直流发电机、电动机的电压平衡方程和功率平衡?发电机:Ea=U+Iara+2U电动机: U=Ea+Iara+2U功率:PM=EaIa3、书面作业:16-?,a)电枢绕组中某一导体的所受电磁力为:,该电磁力所产生的电磁转矩为:,b)总电磁转矩:,16.5 电枢绕组的电磁转矩和转矩平衡方程式,c)为简化计算,设每极平均磁通密度为:,则总电磁转矩:,则一根导体的平均电磁转矩为:,d)电磁转矩也可以利用电磁功率来求:,e)两个重要表达式:,1、直流发电机的转矩平衡式:,原动机的输入转矩为:,空载制动转矩:,2、直流电动机的转矩平衡式:,电动机的轴上输出转矩:,附录1,Back,Fa,