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1、项目二直流电机课件,项目二 直流电机,项目二直流电机课件,授课时间：第一周周五，1-2节,项目二直流电机课件,一、直流电机的工作原理,（一）直流发电机工作原理,直流发电机是将机械能转变成电能的旋转机械。,右图为直流发电机的物理模型，N、S为定子磁极，abcd是固定在可旋转导磁圆柱体上的线圈，线圈连同导磁圆柱体称为电机的转子或电枢。线圈的首末端a、d连接到两个相互绝缘并可随线圈一同旋转的换向片上。转子线圈与外电路的连接是通过放置在换向片上固定不动的电刷进行的。,项目二直流电机课件,当原动机驱动电机转子逆时针旋转时，线圈abcd将感应电动势。如右图，导体ab在N极下，a点高电位，b点低电位；导体c
2、d在S极下，c点高电位，d点低电位；电刷A极性为正，电刷B极性为负。,项目二直流电机课件,当原动机驱动电机转子逆时针旋转 后，如右图。,导体ab在S极下，a点低电位，b点高电位；导体cd在N极下，c点低电位，d点高电位；电刷A极性仍为正，电刷B极性仍为负。,与电刷A接触的导体总是位于N极下，与电刷B接触的导体总是位于S极下,电刷A的极性总是正的，电刷B的极性总是负的，在电刷A、B两端可获得直流电动势。,实际直流发电机的电枢是根据实际需要有多个线圈。线圈分布在电枢铁心表面的不同位置，按照一定的规律连接起来，构成电机的电枢绕组。磁极也是根据需要N、S极交替旋转多对。,项目二直流电机课件,例1-1
3、如果前图中的直流发电机顺时针旋转，电刷两端的电动势极性有何变化？还有什么因素会引起同样的变化？,解：直流发电机顺时针旋转时，由右手定则，图示线圈中感应电动势方向为a-b-c-d,通过换向片与电刷的滑动接触，则电刷B极性为正，电刷A极性为负。所以改变电枢转向，可改变电刷间输出电动势极性。,由右手定则可知：决定感应电动势极性的因素有两个，一是改变电枢转向，二是磁场极性，因此改变磁场的极性也可使直流发电机的输出电动势极性改变。,+,-,N,S,注意：电枢转向和磁场极性只能改变其一。,项目二直流电机课件,（二）直流电动机工作原理,直流电动机是将电能转变成机械能的旋转机械。,把电刷A、B接到直流电源上，
4、电刷A接正极，电刷B接负极。此时电枢线圈中将电流流过。,在磁场作用下，N极性下导体ab受力方向从右向左，S 极下导体cd受力方向从左向右。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。当电磁转矩大于阻转矩时，电机转子逆时针方向旋转。,项目二直流电机课件,当电枢旋转到右图所示位置时,原N极性下导体ab转到S极下，受力方向从左向右，原S 极下导体cd转到N极下，受力方向从右向左。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。线圈在该电磁力形成的电磁转矩作用下继续逆时针方向旋转。,与直流发电机相同，实际的直流电动机的电枢并非单一线圈，磁极也并非一对。,项目二直流电机课件,例1-2 电动机拖动的生产设备常需要作正转或反转运动
5、，如电力机车的前行和倒退，就要求牵引电动机能正、反转。分析前图中的直流电动机如何能反转(顺时针旋转)?,解：图中的电动机模型要顺时针旋转需获得一个顺时针方向的电磁转矩，由左手定则可知：电磁力的方向取决于磁场极性或导体中电流的方向，所以直流电动机获得反转的方法有两个：一是改变磁场极性，二是改变电源电压极性使流过导体的电流方向改变。,注意：两者只能改变其一，否则，直流电动机的转向不变。,-,+,f,f,n,改变电源极性（导体电流方向）而反转示意图,项目二直流电机课件,（三）直流电机的可逆原理,一台电机既可作为发电机运行，又可作为电动机运行，这就是直流电机的可逆原理。,从上述直流电机的工作原理来看，
6、一台直流电机若在电刷两端加上直流电压，输入电能，即可拖动生产机械，将电能变为机械能而成为电动机；反之若用原动机带动电枢旋转，输入机械能，就可在电刷两端得到一个直流电动势作为电源，将机械能变为电能而成为发电机。,项目二直流电机课件,二、直流电机的基本结构,1-电枢铁心 2-主磁极 3-励磁绕组 4-电枢齿 5-换向极绕组 6-换向极铁心 7-电枢槽 8-底座 9-电枢绕组 10-极掌(极靴） 11-磁轭（机座）,直流电机的结构图,直流电机的径向剖面示意图,项目二直流电机课件,二、直流电机的基本结构,电磁方面：产生磁场和构成磁路。 机械方面：整个电机的支撑。,作用,主要部件：磁极、机座、换向极、电
7、刷、轴承、端盖等,作用,感应电动势和产生电磁转矩，从而实现能量的转换,主要部件：电枢铁心、电枢绕组、换向器、轴承和风扇等,项目二直流电机课件,1、定子部分,导磁和机械支撑,机座,由磁极铁心和励磁绕组构成,磁极铁心由极身和极靴组成.,主磁极,产生磁场，N、S 相隔，用p表示极对数,项目二直流电机课件,作用:改善直流电机的换向，一般电机容量超过1kW时均应安装换向极。 安装在相邻两主磁极之间，用螺钉固定在机座上。,用整块钢制成，也可用厚11.5mm厚钢板或硅钢片叠成,1-刷握 2-铜丝辫 3-压紧弹簧 4-电刷块（石墨材料）,换向极,电刷,作用：将旋转的电枢与固定不动的外电路相连，把直流电压和直流
8、电流引入或引出,项目二直流电机课件,2、转子部分,材料：为减小磁滞损耗和涡流损耗，电枢铁心 用0.35mm或0.5mm厚的硅钢片叠成，表面有绝缘层。,作用：通过磁通和嵌放电枢绕组。,电枢铁心,铁心冲片,项目二直流电机课件,电枢线圈,项目二直流电机课件,作用：用于产生感应电动势和通过电流，实现机电能量的转换。,电枢线圈,电枢绕组：电枢线圈按一定规律连接形成。其并联支路对数用a表示。单叠绕组：a=p单波绕组：a=1,单波、单叠绕组联接示意图,项目二直流电机课件,换向器,材料：采用导电性能好、硬度大、耐磨性能好的紫铜或铜合金制成。,作用：实现电刷内外 交直流的转换。,由许多燕尾状的铜片间隔绝缘云母片
9、而成,项目二直流电机课件,主极极靴和电枢间的间隙。不均匀。,3、气隙,作用：保证了电机的转子的正常旋转，又是磁路的重要组成部分。,小型电机气隙约为0.75mm；大型电机气隙可达510mm 。,项目二直流电机课件,三、直流电机的铭牌数据,电机型号,铭牌数据主要有：,额定功率,额定电压,额定电流,额定转速,额定励磁电流,励磁方式,出厂数据如出厂编号、出厂日期等,项目二直流电机课件,项目二直流电机课件,Z 27 2,第二次改型设计,机座号,电枢铁心长度,1、电机型号,1号为短铁心，2 号为长铁心,1号最小，12 号最大,型号表明电机所属的系列及主要特性。知道了型号，可从相关手册中查出电机的许多技术数
10、据。,项目二直流电机课件,2、额定值,(1)额定功率PN PN(kw) 是指在规定的工作条件下，长期运行允许输出的功率。对于发电机来说，是指正负电刷之间输出的电功率；对于电动机，则是指轴上输出的机械功率。(2)额定电压N UN(V)对发电机来说，是指在额定电流下输出额定功率时的端电压；对电动机来说，是指所规定的正常工作时，加在电动机两端的直流电源电压。(3)额定电流IN IN(A)是直流电机正常工作时输出或输入的最大电流值。,对于发电机，三个额定值之间的关系为 PN=UNIN 对于电动机，三个额定值之间的关系为 PN=UNINN,(4)额定转速nN nN (r/min)是指电机额定运行时的转速
11、。,额定效率； N =（PN/P1）*%,项目二直流电机课件,例1-3 一台直流发电机， PN=10KW，UN=230V，nN=2850r/min，N=85%。求其额定电流和额定负载时的输入功率。 。,解,项目二直流电机课件,例1-4 一台直流电动机，PN=17KW，UN=220V，nN=1500r/min，N=83%。求其额定电流和额定负载时的输入功率。,解,项目二直流电机课件,四、直流电机电枢绕组的一般介绍,元件：构成绕组的线圈称为绕组元件，分单匝和多匝两种。,元件的首末端：每一个元件均引出两根线与换向片相连，其中一根称为首端，另一根称为末端。,极距：相邻两个主磁极轴线沿电枢表面之间的距离
12、，用 表示。,叠绕组：指串联的两个元件总是后一个元件的端接部分紧叠在前一个元件端接部分，整个绕组成折叠式前进。,波绕组：指把相隔约为一对极距的同极性磁场下的相应元件串联起来，象波浪式的前进。,第一节距 ：一个元件的两个有效边在电枢表面跨过的距离。,项目二直流电机课件,第二节距 ：连至同一换向片上的两个元件中第一个元件的下层边与第二个元件的上层边间的距离。,合成节距 ：连接同一换向片上的两个元件对应边之间的距离。,单叠绕组,单波绕组,换向节距 ：同一元件首末端连接的换向片之间的距离。,二、直流电机电枢绕组的基本形式,（一） 单叠绕组,单叠绕组的特点是相邻元件(线圈)相互叠压,合成节距与换向节距均
13、为1,即： 。,单叠绕组的展开图是把放在铁心槽里、构成绕组的所有元件取出来画在一张图里，展示元件相互间的电气连接关系及主磁极、换向片、电刷间的相对位置关系。,项目二直流电机课件,单叠绕组的展开图,项目二直流电机课件,根据单叠绕组的展开图可以得到绕组的并联支路电路图:,单叠绕组的的特点：,1）同一主磁极下的元件串联成一条支路，主磁极数与支路数相同。,2）电刷数等于主磁极数，电刷位置应使感应电动势最大，电刷间电动势等于并联支路电动势。,3）电枢电流等于各支路电流之和。,项目二直流电机课件,（二） 单波绕组,单波绕组的特点是合成节距与换向节距相等，展开图如下图所示。,两个串联元件放在同极磁极下，空间
14、位置相距约两个极距；沿圆周向一个方向绕一周后，其末尾所边的换向片落在与起始的换向片相邻的位置。,项目二直流电机课件,单波绕组的并联支路图:,单波绕组的特点,1）同极下各元件串联起来组成一条支路，支路对数为1，与磁极对数无关；,2）当元件的几何形状对称时，电刷在换向器表面上的位置对准主磁极中心线，支路电动势最大；,3）电刷数等于磁极数；,4）电枢电动势等于支路感应电动势；,5）电枢电流等于两条支路电流之和。,项目二直流电机课件,思考与练习,1、判断直流电机运行状态的依据是什么？何时为发电机状态？何时为电动机状态？,2、直流电机由哪些主要部件组成？其作用如何？ 为什么定子铁心用硅钢片做?,项目二直
15、流电机课件,授课时间：第二周周三，1-2节,项目二直流电机课件,项目二直流电机课件,任务2.1 直流电机的电枢反应,一、直流电机的空载磁场 直流电机空载时（发电机与外电路断开；电动机轴上不带机械负载），电枢电流为零或近似为零。因而空载磁场可以认为仅仅是励磁电流通过励磁绕组产生的励磁磁通势Ff所建立的。,直流电机的磁场，是直流电机产生电动势和电磁转矩必不可少的因素，而且直流电机的运行特性，在很大程度上也取决于磁场特性,项目二直流电机课件,由励磁磁通势Ff所建立的空载磁场分为两类磁通：主磁通0、漏磁通。一般0 主磁通0对应的主磁路其组成分为气隙、电枢齿、电枢磁轭、主磁极、定子磁轭五部分，或简化为主
16、磁路由气隙和铁磁材料两大部分组成。 由于空气的磁导率远比铁磁材料的磁导率小，磁路的励磁磁通势Ff几乎都消耗在气隙部分，而对应产生的磁场常称为空载气隙磁场。,直流电机空载磁场分布,1-极靴 2-磁身 3-定子磁轭4-励磁线圈 5-气隙 6-电枢齿 7-电枢磁轭,项目二直流电机课件,磁路从主磁极1出发经气隙1电枢齿1电枢轭电枢齿2气隙2主磁极2定子轭-主磁极1,项目二直流电机课件,项目二直流电机课件,直流电机负载运行时，电枢绕组中便有电流通过，产生电枢磁通势。该磁通势所建立的磁场，称为电枢磁场。电枢磁场与主极磁场一起，在气隙内建立一个负载（合成）磁场。由于负载后电枢磁场的出现，对主极磁场的分布有明显的影响。这种电枢磁场对主极磁场（空载磁场）的影响称为电枢反应。,二、直流电机的负载磁场,项目二直流电机课件,直流电动机合成磁场形成：主极磁场+电枢磁场,电枢反应性质：1）使磁力线扭斜，主极磁场发生畸变，物理中性线偏移；2) 使每极合成磁通比空载时每极主磁通0略小，称去磁作用。,电动机拖动的机械负载越大，电枢反应的影响就越大，但正是电枢磁通势与主极磁场相互作用而产生电磁转矩，从而实现机电能转换。,
