第3章直流电机原理.ppt

1、1,第3章 直流电机原理,本章主要内容： 1. 基本原理、结构及参数 2. 内部电磁关系及基本方程 3. 外部特性分析计算,2,第3章 直流电机原理,3.1 用途及基本工作原理,直流电动机：调速性能好，易于控制 纺织、挖掘机械、轧钢机等 直流发电机：直流电源,一、直流电机的用途,3,第3章 直流电机原理,二、基本工作原理,3.1 用途及基本工作原理,1、直流电动机,4,第3章 直流电机原理,二、基本工作原理,3.1 用途及基本工作原理,1、直流电动机,5,第3章 直流电机原理,二、基本工作原理,3.1 用途及基本工作原理,1、直流电动机,结论： 要产生有效的电磁转矩，必须确保线圈边运动到不同极

2、性的磁极下时，流过线圈中的电流方向及时变换，即进行 “换向”； 换向由换向器和电刷来完成，即换向器保证每个极下线圈边中电流始终是一个方向； 线圈内部的感应电势和电流为交流，而电刷外部的电压和电流为直流。,6,第3章 直流电机原理,二、基本工作原理,3.1 用途及基本工作原理,2、直流发电机,7,第3章 直流电机原理,一、主要结构,3.2 直流电机的结构与铭牌数据,1、定子：机座、主磁极、换向极、电刷、轴承等,8,第3章 直流电机原理,一、主要结构,3.2 直流电机的结构与铭牌数据,1、定子：机座、主磁极、换向极、电刷、轴承等,主磁极 永久磁体：磁场较弱，不易于控制； 电磁铁：铁磁材料绕上励磁线

3、圈If(直流） 用11.2mm厚的低碳钢板叠压而成。,9,第3章 直流电机原理,一、主要结构,3.2 直流电机的结构与铭牌数据,2、转子：又叫电枢，是机电能量转换的枢纽 电枢铁心、电枢绕组、转轴、换向器等,10,第3章 直流电机原理,一、主要结构,3.2 直流电机的结构与铭牌数据,2、转子：又叫电枢，是机电能量转换的枢纽 电枢铁心、电枢绕组、转轴、换向器等,电枢铁心：嵌放电枢绕组，0.5mm硅钢片叠压而成。,电枢绕组：按一定规律嵌放在铁心表面的槽里，流 过Ia(电枢电流），最终形成T和Ea。,11,第3章 直流电机原理,一、主要结构,3.2 直流电机的结构与铭牌数据,12,第3章 直流电机原理

4、,二、铭牌数据（额定数据、额定值）,3.2 直流电机的结构与铭牌数据,1.额定电压UN：安全工作的外加电压或输出电压。,2.额定电流IN：安全工作的外加电流或输出电流。,3.额定转速nN：在UN、IN、PN条件下工作时，对应的转速。,4.额定功率PN：指在UN、IN、 nN条件下的输出功率。,5.额定效率N：额定条件下电机的输出功率PN与 输入功率P1之比,13,第3章 直流电机原理,二、铭牌数据（额定数据、额定值）,3.2 直流电机的结构与铭牌数据,额定数据之间存在如下关系：,直流电动机,直流发电机,14,第3章 直流电机原理,三、直流电机的运行状态,3.2 直流电机的结构与铭牌数据,1、额

5、定运行状态: 电机运行时的各物理量均为额定值。 2、欠载状态:流过电动机的电流小于额定电流。 3、过载状态:流过电动机的电流大于额定电流。,15,第3章 直流电机原理,3.3.4 直流电机的励磁方式,一、励磁方式：激励产生主磁场的方式,16,第3章 直流电机原理,3.3.4 直流电机的励磁方式,二、分类,17,第3章 直流电机原理,3.3.4 直流电机的励磁方式,二、分类,18,第3章 直流电机原理,3.4 直流电机的电枢绕组,正、负电刷之间所感应的电势应尽 可能大； 节省材料、结构简单。,一、对电枢绕组的要求,19,第3章 直流电机原理,3.4 直流电机的电枢绕组,二、直流电机的简单绕组,电

6、枢绕组 为闭合绕组,20,第3章 直流电机原理,3.4 直流电机的电枢绕组,二、直流电机的简单绕组,并联支路对数：a 极对数：p,21,第3章 直流电机原理,3.4 直流电机的电枢绕组,三、直流电枢绕组的基本型式,1、单叠绕组,联结规律： （1）同一元件的两个出线端分 别接至相邻的换向片上； （2）相邻的两个元件接至相邻 的换向片上。,结论:单叠绕组的支路数等于极数，即 。,22,第三章 直流电机原理,3.4 直流电机的电枢绕组,三、直流电枢绕组的基本型式,2、单波绕组,联结规律：把上层边同一类型磁极下（N极或S极）的元件通过换向片依次相连构成支路。,结论:单波绕组的支路数等于2，即 。,23

7、,第3章 直流电机原理,3.5 电枢电动势与电磁转矩,一、电枢电动势Ea,1、Ea的物理意义：正、负电刷间的感应电动势,2、思路：先求一根导体的平均电动势，再乘以 一条支路中总的导体数。,24,第3章 直流电机原理,3.5 电枢电动势与电磁转矩,一、电枢电动势Ea,思考： 1、如何改变的方向？对发电机来说如何改变n 的方向？,2、如何改变直流发动机的感应电动势Ea的方向？,25,第3章 直流电机原理,3.5 电枢电动势与电磁转矩,二、电磁转矩T,1、T物理意义：转子受力大小，电动机转动的原因,2、思路：先求一根导体的平均电磁力，再求总 的电磁转矩。,26,第3章 直流电机原理,3.5 电枢电动

8、势与电磁转矩,二、电磁转矩T,思考： 1、如何改变他励直流电动机Ia的方向？,2、如何改变他励直流电动机的转向？,3、改变并励直流电动机电源的极性能否改变 它的转向？为什么？,27,第3章 直流电机原理,3.5 电枢电动势与电磁转矩,三、电磁功率,定义：电磁功率定义为电磁转矩与转子角速度的乘积， 它反映了直流电机经过气隙所传递的功率。,28,第3章 直流电机原理,3.7 直流电动机运行原理,29,第三章 直流电机原理,3.7 直流电动机运行原理,一、他励直流电动机稳定运行的基本方程式,1、电压平衡方程,30,第3章 直流电机原理,3.7 直流电动机运行原理,一、他励直流电动机稳定运行的基本方程

9、式,2、转矩平衡方程,电磁转矩T，与n同方向 拖动转矩 空载损耗转矩T0 制动转矩 轴输出的转矩T2，带动生产机械 (负载转矩) 制动转矩。,31,第3章 直流电机原理,3.7 直流电动机运行原理,一、他励直流电动机稳定运行的基本方程式,32,第3章 直流电机原理,3.7 直流电动机运行原理,二、他励直流电动机的功率关系,1、输入端,33,第三章 直流电机原理,3.7 直流电动机运行原理,二、他励直流电动机的功率关系,2、输出端,34,第3章 直流电机原理,3.7 直流电动机运行原理,二、他励直流电动机的功率关系,35,例3-1：,第3章 直流电机原理,3.7 直流电动机运行原理,36,第3章

10、 直流电机原理,3.7 直流电动机运行原理,三、他励直流电动机的工作特性,1.转速特性：,2.转矩特性:,37,第3章 直流电机原理,3.7 直流电动机运行原理,三、他励直流电动机的工作特性,38,第3章 直流电机原理,3.8 他励直流电动机的机械特性,电机的机械特性：U、If一定时，,一、机械特性的一般表达式,39,第3章 直流电机原理,3.8 他励直流电动机的机械特性,电机的机械特性：U、If一定时，,一、机械特性的一般表达式,值小，特性平，称为硬特性；,值大，特性斜，称为软特性。,40,第3章 直流电机原理,3.8 他励直流电动机的机械特性,二、固有机械特性,当,41,第3章 直流电机原

11、理,3.8 他励直流电动机的机械特性,三、人为机械特性,改变电压、电阻、磁通当中一个或几个就得到人为机械特性。,1. 电枢回路串联电阻,42,第3章 直流电机原理,3.8 他励直流电动机的机械特性,三、人为机械特性,改变电压、电阻、磁通当中一个或几个就得到人为机械特性。,1. 电枢回路串联电阻,特点： 理想空载转速no同 固有特性； R时，特 性越软，曲线越陡。,43,第3章 直流电机原理,3.8 他励直流电动机的机械特性,三、人为机械特性,2. 改变电枢电压,44,第3章 直流电机原理,3.8 他励直流电动机的机械特性,三、人为机械特性,2. 改变电枢电压,特点： 斜率同固有特性，同一转矩对

12、 应的转速降相等； 理想空载转速n0与供电电压u成 正比变化； 特性曲线是一组平行于固有特 性的直线。,45,第3章 直流电机原理,3.8 他励直流电动机的机械特性,三、人为机械特性,3.减少气隙磁通量,46,第3章 直流电机原理,3.8 他励直流电动机的机械特性,三、人为机械特性,3.减少气隙磁通量,特点： 理想空载转速点上移； 斜率增大；,47,第3章 直流电机原理,3.8 他励直流电动机的机械特性,例3-2：,48,第3章 直流电机原理,作 业,思考题：P666，7，8，9，13，15，17，18 习 题：P673.3，3.4,49,第3章 直流电机原理,3.6 直流发电机,一、直流发电机稳定运行的基本方程式,1.电动势平衡方程式,50,第3章 直流电机原理,3.6 直流发电机,一、直流发电机稳定运行的基本方程式,2.转矩平衡方程式,T1:拖动转矩，与n同向，拖动型 T：电磁转矩，与n反向，制动性 T0:空载转矩，与n反向，制动性,51,第3章 直流电机原理,3.6 直流发电机,二、功率关系,1、输入端,52,第3章 直流电机原理,3.6 直