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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,
