电气工程概论第二章-直流电机.ppt

,第四节电机学(直流部分),一、概述,电机是依据电磁感应定律和电磁力定律，实现电能和机械能相互转化的电磁装置。按照电机的用途分类：可分为发电机、电动机和控制电机。按照电机的电流类型分类：可以分为直流电机和交流电机，其中交流电机可以分为同步电机和异步电机。按照电机的相数分类：可以分为单相电机和多相电机，如单相交流电机和最常见三相电机。按照电机的大小尺寸、容量分类：有大、中、小和微型电机。,二、直流电机,(一)直流发电机工作原理,(二)直流电动机工作原理（1）电机的可逆原理：直流电机可作为发电机运行，也可作为电动机运行。（2）换向器的作用是实现电枢线圈内的交流电动势、电流与电刷的直流电压、电流之间的转化。,(三)直流电机的结构直流电机主要包括转子和定子两大部分。转子是电机的转动部分，定子是电机的静止部分。1定子：用来产生磁场和作为电机的机械支架，主要包括主磁极、换向极、机座和电刷装置。,2转子：也称为电枢，用来产生感应电动势和电磁转矩，实现能量的转换。主要包括电枢铁芯、电枢绕组、换向器、转轴和风扇等。(四)直流电机的励磁直流电机的励磁方式分为永磁体励磁、电机本体励磁（并励、串励和复励）、其他电源励磁三种。,(五)直流电机中的感应电动势其中p为极对数，N为电枢绕组的总导体数，a为支路对数，为每极主磁通，n为电机转速。(六)直流电机的电动势平衡方程1直流发电机的电动势方程2直流电动机的电动势方程,(七)直流电机的电磁转矩(八)直流电机损耗和功率平衡1直流电机损耗分类（1）机械损耗pmec，主要由轴承间的磨擦和电刷与换向器间的摩擦产生。（2）铁芯损耗pFe，由电枢铁芯产生的涡流损耗和磁滞损耗。（3）励磁损耗pf，由励磁绕组电阻产生的损耗。（4）负载损耗pa，电枢绕组的电阻损耗等。（5）杂散损耗pad。,2直流电机的功率平衡方程（1）直流发电机的功率平衡方程直流发电机的效率（2）直流电动机的功率平衡方程,(九)直流发电机的特性1空载特性:发电机当n为常值，I=0A时,发电机空载端电压U0与励磁电流If之间的函数关系。2负载特性:发电机n为常值，I0A时，发电机端电压U与励磁电流之间的函数关系。,3外特性:发电机当n为常值，If为常值时,发电机电压U与输出电流I之间的函数关系。4调节特性:发电机n为常值，U为常值时，励磁电流If与输出电流I之间的函数关系。,(十)直流电动机的机械特性和调速1他励直流电动机的机械特性:电机励磁电流If恒定且电枢端电压一定时，电机转速与电磁转矩之间的函数关系。其中（1）固有机械特性：当电动机端电压额定U=UN，每极气隙励磁磁通额定N，电枢回路无串接电阻(Rst0)时的机械特性。,（2）人为机械特性：在固有机械特性的基础上，主要分析改变电枢回路串接电阻、改变端电压和改变励磁磁通三种情况下的人为机械特性。1）电枢回路串接电阻的人为机械特性：,2）改变电枢端电压的人为机械特性：3）改变气隙磁通的人为机械特性(Rst0)：,2他励直流电动机的调速（1）串电阻调速优点：实现简单，适用于低速短时运行的拖动装置。缺点：机械特性软，静差率大；转速调节范围小，只能低于额定转速调节；串接电阻消耗功率；只能实现有级调速。,（2）调压调速优点：机械特性硬度不变；励磁电流额定时，可实现恒转矩调速；调速范围宽，可实现无级调速；调速过程能量损耗小。缺点：需要调压电源；只能低于额定转速调节；随电压降低静差率增大。,（3）弱磁调速（恒功率调速）优点：控制方便，调速平滑，经济性好。缺点：调速范围窄，受电机机械强度和换向火花的限制，转速不可太高，要防止电机飞车的现象发生。,(十一)直流电机的额定值（1）额定功率PN：对于直流发电机，指电机输出的功率；对于直流电动机，指电机输出的机械功率。（2）额定电压UN：电机额定运行时的输入或输出电压。（3）额定电流IN：电机额定运行时能承受的电流。（4）额定转速nN：电机额定运行时的转子转速。（5）额定励磁电压UfN：保证电机额