直流电机的基本理论.ppt

第7章直流电机的基本理论 7 1直流电机的工作原理 7 2直流电机的基本结构 7 3直流电机的电枢反应 7 4电流电机的电磁转矩和电动势 7 5直流电动机的运行分析 7 6直流电动机的功率和转矩 7 7直流发电机的运行分析 7 8直流发电机的功率和转矩 第1章直流电机的基本理论 1 1直流电机的工作原理 1 2直流电机的基本结构 1 3直流电机的电枢反应 1 4电流电机的电磁转矩和电动势 1 5直流电动机的运行分析 1 6直流电动机的功率和转矩 1 7直流发电机的运行分析 1 8直流发电机的功率和转矩 电机与拖动 返回主页 1 1直流电机的工作原理 一 直流电动机的工作原理 第1章直流电机的基本理论 U 1 1直流电机的工作原理 一 直流电动机的工作原理 第1章直流电机的基本理论 电刷 线圈边切割磁感线会产生什么 换向片 直流电流 交流电流 电磁转矩 拖动转矩 机械负载 反电动势 做功 1 1直流电机的工作原理 电磁关系 二 直流发电机的工作原理 E 1 1直流电机的工作原理 E 输出直流电 原动机 感应电动势 电流 电磁转矩 阻转矩 做功 电磁关系 1 2直流电机的基本结构 一 主要部件1 定子 1 主磁极 2 换向磁极 3 机座 4 端盖等 第1章直流电机的基本理论 直流电机的定子 a 主磁极 b 机座 直流电机的定子 1 2直流电机的基本结构 更多的图片 2 转子 电枢 1 电枢铁心 2 电枢绕组 1 2直流电机的基本结构 3 换向器 4 转轴与风扇 直流电机的转子 a 转子主体 b 电枢钢片 直流电枢绕组 结论 整个电枢绕组通过换向片连成一个闭合回路 1 2直流电机的基本结构 直流电枢绕组 电动机 发电机 两匝元件 1 2直流电机的基本结构 12356891112 单叠绕组的展开图 并联支路对数 a 2 电刷的中心线对着磁极的中心线 n 1 2直流电机的基本结构 单叠绕组的展开图 电刷的中心线对着磁极的中心线 电刷之间的电动势最大 被电刷短接的元件电动势为零 习惯称 电刷放在几何中心线位置 磁极中心线 几何中心线 1 2直流电机的基本结构 1 2直流电机的基本结构 直流电机的结构 1 2直流电机的基本结构 电机装配图 更多的图片 1 2直流电机的基本结构 直流电机 更多的图片 二 励磁方式 Ua Uf 他励 并励 串励 复励 1 直流电动机按励磁方式分类 1 2直流电机的基本结构 2 直流发电机按励磁方式分类 1 2直流电机的基本结构 他励 串励 复励 并励 1 额定电压UN发电机的UN 指输出电压的额定值 电动机的UN 指输入电压的额定值 2 额定电流IN发电机的IN 指输出电流的额定值 电动机的IN 指输入电流的额定值 3 额定功率PN发电机的PN 指输出电功率的额定值 UNIN 电动机的PN 指输出机械功率的额定值 UNIN N 三 额定值 1 2直流电机的基本结构 4 额定转速nN5 额定励磁电压UfN6 额定励磁电流IfN 额定状态 指U I P n均为额定值的状态 满载状态 指I IN的状态 1 2直流电机的基本结构 1 3直流电机的电枢反应 几何中心线 励磁磁场 空载磁场 物理中心线 电枢磁场 合成磁场 负载时的磁场 物理中心线 电枢反应 电枢磁通势对主极磁场的影响 第1章直流电机的基本理论 电枢反应的影响 总磁场被扭歪了几何中心线与物理中心线分开了 电刷位置处的元件的e 0 增加换向困难 一半磁极的磁通增加 一半磁极的磁通减少 磁路不饱和时 每极磁通不变 磁路饱和时 每极磁通减少 e和T相应减少 1 3直流电机的电枢反应 1 4直流电机的电磁转矩和电动势 一 电磁转矩1 产生电枢电流i磁场 F T 2 大小电磁力 F Bli平均磁密 第1章直流电机的基本理论 极距 1 4直流电机的电磁转矩和电动势 一 电磁转矩1 产生电枢电流i磁场 F T 2 大小电磁力 F Bli平均磁密 每根导线上电磁力所形成的电磁转矩 FR 第1章直流电机的基本理论 电枢绕组串联总匝数 N电枢绕组并联支路数 2a总导体数 2N 2a 4aN电枢的周长 2 R 2p 电磁转矩 T 4aN FR 1 4直流电机的电磁转矩和电动势 2 大小T CT IaCT转矩常数 3 方向由 和Ia共同决定 4 性质发电机 电动机 T与n方向相反 为制动转矩 T与n方向相同 为拖动转矩 1 4直流电机的电磁转矩和电动势 N m 1 产生电枢旋转n磁场 2 大小每个导体 e Blv导体切割磁场线的线速度 电动势 E 2Ne 二 电动势 e e E 1 4直流电机的电磁转矩和电动势 2NBlv CT 9 55CE 1 4直流电机的电磁转矩和电动势 E CE nCE电动势常数 V 3 方向 由 和n共同决定 4 性质发电机为电源电动势 电动机为反电动势 1 5直流电动机的运行分析 一 他励电动机 励磁电压Uf If 电枢电压Ua Ia T n 1 电压平衡方程式励磁电路 Uf RfIf电枢电路 Ua E RaIa 第1章直流电机的基本理论 E 稳态电枢电流Ia由谁确定 T CT Ia Ua E RaIa例如 负载不变 T不变 Ua Ra 变化时 Ia变化否 设 不变 Ua 或Ra 瞬间n不变E不变 Ia T T TL E Ia T T TL Ia不变 结论 Ia的大小取决于负载的大小 当Ia IaN时为满载 当Ia IaN时为过载 规定短时过载的最大电枢电流 Iamax 1 5 2 IaN MCIaN 1 5直流电动机的运行分析 机械特性 2 转速 当T 时 n下降不多 硬特性 励磁电路断电的后果当If 0 r很小 n不能突变 E很小 T CT rIa仍有一定数值 Ia 1 若T TL n 飞车 2 T TL n n 0 闷车 1 5直流电动机的运行分析 1 5直流电动机的运行分析 3 转向 取决于电磁转矩T的方向 T的方向取决于 和Ia的方向 磁场反向 电枢反向 二 并励电动机 并励与他励的区别 1 输入电压U Ua Uf2 输入电流I Ia If3 输入功率P1 UI UIa UIf 1 5直流电动机的运行分析 例1 5 1 某并励直流电动机 UN 220V IN 12 5A nN 3000r min Rf 628 Ra 0 41 求该电机在额定状态下运行时的 1 If 2 Ia 3 E 4 T 解 1 励磁电流If 1 5直流电动机的运行分析 2 电枢电流IaIa IN If 12 5 0 35 A 12 15A 2 电动势EE UN RaIa 220 0 41 12 15 V 215V CT 9 55CE 0 685T CT Ia 0 685 12 15N m 8 32N m 4 电磁转矩 1 5直流电动机的运行分析 三 串励电动机 1 5直流电动机的运行分析 1 电压U Ua Uf E Ra Rf I2 电流I Ia If 3 转矩T CT Ia 1 当Ia较小 磁路未饱和时 Ia T Ia2 2 当Ia较大 磁路已饱和时 常数 T Ia 即T Iam 1 m 2 与并励电动机比较 有如下特点 1 对应于相同的 T Ia小 2 对应于允许的Iamax 能够产生的T大 Tst和Tmax较大 4 转速 1 5直流电动机的运行分析 1 当T 0时 Ia If 0 r n0 5 6 nN 2 当T很小时 Ia很小 磁路未饱和 T Ia n迅速下降 3 当T很大时 Ia很大 磁路已饱和 T Ia 基本不变 n下降较少 1 5直流电动机的运行分析 5 应用 1 特别适用于起重机和电气机车等运输机械 2 不能在轻载或空载下运行 3 不能用皮带轮传动 串励电动机的机械特性 软特性 四 复励电动机 1 积复励 差复励 2 机械特性 1 有较大的Tst 2 可以空载运行 1 5直流电动机的运行分析 1 6直流电动机的功率和转矩 1 功率平衡方程式 1 输入功率P1P1 UI 2 铜损耗PCuPCu RaIa2 RfIf2 3 电磁功率PePe P1 PCu推导 UI U Ia If UaIa UfIf E RaIa Ia RfIf2 EIa RaIa2 RfIf2 第1章直流电机的基本理论 Pe EIa 一 直流电动机的功率 1 6直流电动机的功率和转矩 Pe EIa CE nIa T 功率流程图 2 转矩平衡方程式空载 T T0负载 T T0 T2 4 空载损耗P0P0 PFe Pme Pad 5 输出功率P2P2 Pe P0 T2 1 6直流电动机的功率和转矩 6 总损耗Pal PCu PFe Pme Pad 7 功率平衡方程式P1 P2 Pal 8 效率 二 直流电动机的转矩T T0 TL 例7 6 1 一并励电动机 UN 110V IN 12 5A nN 1500r min TL 6 8N m T0 0 9N m 求该电机的P2 Pe P1 Pal和 解 Pe P2 P0 1067 6 143 3 W 1208 9WP1 UNIN 110 12 5W 1375WPal P1 P2 1375 1067 6 W 307 4W 1 6直流电动机的功率和转矩 1 7直流发电机的运行分析 一 他励发电机 第1章直流电机的基本理论 外电源Uf If n 原动机 电枢 Ua 1 空载运行励磁电路 励磁电路总电阻 电枢电路 Ia 0 Ua U0 E 调节Rf If可变 可变 E可变 Ua可变 U0 E f If 空载特性 Er 剩磁感应电动势 2 负载运行输出电压 U Ua输出电流 I Ia电压平衡方程式U Ua E RaIa 当Ia RaIa E 电枢反应 外特性U f I n nNIf IfN 1 7直流发电机的运行分析 空载特性 外特性 电压调整率 5 10 调整特性当n nN U UN时 If f I 1 7直流发电机的运行分析 调整特性 例1 7 1 一他励直流发电机 PN 10kW UN 230V nN 1000r min Ra 0 4 如果磁通 保持不变 求1000r min时的空载电压U0和900r min时的满载电压U 解 在nN和UN时的电枢电流 U0 E Ua RaIaN 230 0 4 43 5 V 247V在 保持不变时 E n 1 7直流发电机的运行分析 U E RaIaN 222 0 4 43 5 V 205V 二 并励发电机 Ua E E 1 自励条件 1 主磁极必须有剩磁 r r Er Ifr E Er 与 r方向相同 E Er 与 r方向相反 2 励磁电流产生的磁通必须与剩磁同方向 r Er Ifr E Er If Ifr E E与If既应满足空载特性又应满足欧姆定律 1 7直流发电机的运行分析 E 当Rf Rk时 E Er 能够自励 当Rf Rk时 E不确定 不能自励 当Rf Rk时 E Er 不能自励 3 励磁电路的电阻必须小于临界电阻 场阻线 场阻线的斜率 Ra Rf Rf Rk 1 7直流发电机的运行分析 2 运行分析 I Ia IfU Ua UfUa E RaIa I Ia RaIa E 电枢反应 Uf Ua 外特性U f I 并励 1 负载增加时 U下降较快 VR 20 1 7直流发电机的运行分析 2 外特性有拐弯现象 RL I Ia U RL U If E 较大幅度 U的下降比RL的减少得更快 RL U I RL 0 U 0 If 0 r E Er ISC较小 3 稳态短路电流不大 1 7直流发电机的运行分析 例1 7 2 例7 7 1中的他励发电机 励磁绕组的电阻为100 转速为1000r min时的空载特性如图所示 今将它改作并励发电机运行 问励磁电路内应串联多大的电阻才能获得230V的空载电压和满载电压 解 空载运行时 U0 E RaIf E查空载特性得 If 1 5A时E 230V根据E Ra Rf If可得 1 7直流发电机的运行分析 应串联的电阻为 R Rf 100 153 3 100 53 3 若要满载电压为230V 则需E 247V 再查空载特性得 If 2A时E 247V根据UN RfIf可得 1 7直流发电机的运行分析 三 串励发电机 1 基本关系I Ia IfU Ua Uf E Ra Rf I2 外特性空载时 I Ia If 0 r E Er负载时 I If U I If 1 7直流发电机的运行分析 Er 外特性 电阻压降 U 四 复励发电机 1 分为积复励和差复励2 对于积复励发电机 1 平复励发电机当I IN时的UN U0 2 过复励发电机当I IN时的UN U0 3 欠复励发电机当I IN时的UN U0 1 7直流发电机的运行分析 1 8直流发电机的功率和转矩 一 直流发电机的功率1 输入功率P1 2 空载损耗P0 3 电磁功率Pe 4 铜损耗PCu 5 输出功率P2 P1 T1 P0 PFe Pme PadPe P1 P0 T EIaPCu RaIa2 RfIf2P2 UI Pe PCu 第1章直流电机的基本理论 功率流程图 1 8直流发电机的功率和转矩 6 总损耗Pal PCu PFe Pme Pad 7 效率 二 直流发电机的转矩 T1 T0 T 转矩平衡方程 输入转矩T1 空载转矩T0 电磁转矩T 1 8直流发电机的功率和转矩 小型发电机 N 70 90 中大型发电机 N 91 96 P2 UI 230 100W 23000WIa I If 100 2 A 102APCu RaIa2 RfIf2 0 2 1022