电机及拖动基础答辩.ppt

1、直流电机课程答辩,班 级 11级自动化卓越班 姓 名 张杰荣敏 毛灿城 吴嘉伟 学 号 1105012039 指导老师 孙强,电能是现代社会应用的一种能量形式。电能的产生、变换、传输、分配、使用和控制等，都必须利用电机作为能量转换或信号变换的机电装置。在电力工业中，发电机和变压器是电站和变电所中的主要设备。而在工业企业中，大量应用电动机作为原动机去拖动各种生产机械，完成生产工作。同样的在自动控制技术上，各种小巧的控制电机则被广泛地使用。由此可见，电机在我们的日常生活中随处可见。,1 电机的发展历程 2 直流电机的结构 3 直流电机的绕组 4直流电机的运行原理,电机 电机 （俗称马达）是指依据电

2、磁感应定律实现电能转或传递的一种电磁装置。电机按照工作电源可分为直流电动机与交流电动机。,1.电机的发展历程,图1-1 直流电机,图1-2 交流电机,直流电机 世界上，最先制成直流电动机的人，是德国的雅克比。他于1834年前后成了一种简单的装置：在两个U型电磁铁中间，装一六臂轮，每臂带两根棒型磁铁。通电后，棒型磁铁与U型磁铁之间产生相互吸引和排斥作用 ，带动轮轴转动。实现了第一台直流电动机的诞生。 交流电机 1888年南斯拉夫出生的美国发明家特斯拉发明了交流电动机。它是根据电磁感应原理制成，又称感应电动机，这种电动机结构简单，使用交流电，无需整流，无火花，因此被广泛应用于工业的家庭电器中，交流

3、电动机通常用三相交流供电。,发电机 于此相反，发电机是将其他形式的能源转换成电能的一种机械设备 。同样如此，发电机也分为直流发电机与交流发电机。,图1-3 直流发电机,图1-4 交流发电机,直流发电机 1870年比利时工程师格拉姆发明了第一台直流发电机，在设计上，直流发电机和电动机很相似。后来，格拉姆证明向直流发动机输入电流，其转子会象电动机一样旋转。与此同时，德国的西门子公司的一名工程师研制出了性能更好的直流发电机。 交流发电机 发明第一台交流发电机的就是法国工程师A.H.皮克西（百度作“A.M.皮克西”），他于1832年在巴黎公开了一台永久磁铁型旋转式交流发电机。,国内电动机研制历程 19

4、34年初，钟兆琳教授又说服由汉口到上海来的实业家周锦水先生，和华生厂合作，办起了电动机厂，起名“华成”，他又介绍并带领自己的九个学生和助教，开始制造电动机，他自己担任技术指导，掌握、指点技术关键，配套成龙，使得电动机等制造业都发达起来。 国内发电机研制历程 钟兆琳教授不但以其出众的才能培养出大批优秀人才，而且身体力行，把自己的教学和祖国的工业发展结合起来，为民族电机工业作出了巨大的贡献。1933年，他说服华生厂买下南翔电灯厂，并介绍自己的助教褚应璜也进厂，和他一起设计制造交流发电机，由新中动力机器厂制造柴油机配套进行发电，成为一个系统。中国的电机工业从此真正发展起来了。,变压器 追溯变压器的发

5、明史，还得从法拉弟和亨利说起。在1831年，法拉第经过大量的实验发现了电磁感应现象，并在同年的11月24日法拉第向英国皇家学会报告了他的实验及其发现，从而使法拉第被公认为电磁感应现象的发现者，同时这个发现电磁感应的实验装置就是变压器的雏形，所以法拉第也是公认的第一台变压器的发明人。但实际上，美国著名科学家亨利才是真正的第一台变压器的发明者，就在1830年，亨利完成了与法拉第类似的工作之后，完成了变压器的雏形后，由于想更深入，没有急着发表，导致法拉第领了先，但是亨利对变压器的发展所做出的贡献是不可忽略的。,2.直流电机的结构,图2-1 直流电机的剖面图,直流电机主要分为定子和转子两大部分。 定子

6、 定子部分主要包括有主磁极、换向极、机座、和电刷装置等。 1.主磁极 主磁极又叫主极，它的作用是在电枢表面外的气隙空间里产生一定形状分布的气隙磁密。绝大多数直流电机的主磁极都是由直流电源来励磁的，所以主磁极上还应该装有励磁线圈。只有小直流电机的主磁极才用永久磁铁，这种电机叫永磁直流电机。 2.换向极 换向极的形状比主磁极的简单，一般用整块钢板制成。换向极的外面套有换向极绕组。由于换向极绕组里流的是电枢电流，所以起导线截面积较大，匝数较少。我问无为谓问无为谓往往,图2-2 主磁极,图2-3 换向极,3.机座 机座同时起两方面的作用：一方面起导磁的作用；一方面起机械支撑的作用。一般多用导磁效果较好

7、的铸钢材料制成， 在小型直流电机中也有用厚钢板。 4.电刷装置 电刷装置的作用是把电机转动部分的电流引出到静止的电路，或者反过来把静止电路里的电流引入到旋转的电路里。电刷装置与换向器配合才能使交流电机获得直流电机的效果。电刷放在电刷盒里，用弹簧压紧在换向器上，电刷上有个铜辫，可以引入、引出电流。直流电机里，常常把若干个电刷盒装在同一个绝缘的刷杆上，在电路连接上，把同一个绝缘刷杆上的电刷盒并联起来，成为一组电刷。,图2-4 机座,图2-5 电刷装置,转子 直流电机转子部分包括电枢铁心、电枢绕组、换向器等。 1.电枢铁心 电枢铁心是直流电机主磁路的一部分。当电枢旋转时，铁芯中磁通方向发生变化，会在

8、铁心中引起旋流与磁滞损耗。为了减小这部分损耗，通常用0.5mm厚的低硅硅钢片或者冷轧硅钢片冲成一定形状的冲片，然后把这些冲片两面涂上漆再叠装起来，成为电枢铁心，安装在转轴上。 2.电枢绕组 电枢铁心沿圆周上有均分布的槽，里面可嵌入电枢绕组。用包有绝缘的导线绕制成一个个电枢线圈，线圈也称为元件，每个元件有两个出线端。电枢线圈嵌入电枢铁心的槽口，每个元件的两个出线端都与换向器的换向片相连，连接时都是由一定的规律，构成电枢绕组。,3.换向器 换向器是直流电机最重要的部件之一，对于发电机，是将电枢绕组元件中的直流交变电势转换为电刷间的直流电势；对于电动机则是将输入的直流电流转换为电枢绕组元件中的交变电

9、流，产生恒定方向的电磁转矩 。,图2-6 直流电机的转子,直流电机,直流电机的结构总结,表2-1 直流电机结构,3.直流电机的绕组,电枢绕组 直流电机的电磁感应的关键部件之一, 是直流电机的电路部分，也是实现机电能量转换的枢纽。,图3-1 绕组实物图,基本绕组形式,单叠绕组 叠：两个相邻联接的元件， 后一元件的端部紧叠在前一元件的端部。 单： 首末端相联的两换向片相隔 一个换向片的宽度。 特点： 槽数Z、元件数S和换向片数K三者相同 单波绕组 首末端所接的两换向片相隔很远， 两个元件 紧串联后形似波浪。,图3-2 单叠绕组连接,图3-3 单波绕组连接,单叠绕组展开图,槽展开,单叠绕组的特点,元

10、件的两个出线端连接于相邻两个换向片上。 并联支路数等于磁极数， 2a=2p; 整个电枢绕组的闭合回路中， 感应电动势的总和为零， 绕组内部无换流； 每条支路由不相同的电刷引出， 电刷不能少， 电刷数等于磁极数; 正负电刷引出的电动势即为每一支路的电动势， 电枢电压等于支路电压;,单波绕组展开图,槽展开,单波绕组的特点,同极性下各元件串联起来组成一条支路， 支路对数a1， 与磁极对数p无关。 当元件的几何尺寸对称时， 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。 电刷组数应等于极数（采用全额电刷）; 电枢电流 Ia2ia,4.直流电机的运行原理,直流电机的基本方程式 （电气系统的

11、电势平衡方程式，机械系统的转矩平衡方程式，能量系统的功率平衡方程式。） 1、电势平衡方程式 A、不计磁路饱和效应，并励电动机电枢回路和励磁回路的电势 方程式 B、并励发电机电势方程式,发电机的EaUa,2、转矩平衡方程式： A、电动机： 瞬态方程 电磁转矩 负载转矩 稳态方程 B、发电机： 瞬态方程 原动机拖动转矩 稳态方程,空载转矩,惯性转矩,3、功率方程式： A、直流电机中的损耗、效率： 消耗于导体电阻中。 损耗有三类 消耗于摩擦损耗、通风和机械损耗。 消耗于铁心中的损耗。 铁耗： 由于电枢旋转时主磁通在电枢铁心内 交变而引起的。 铜耗： 电枢回路铜耗 励磁回路铜耗 电刷接触铜耗,B、并励

12、电动机的功率方程式： 电磁功率 机械功率 电功率,C、并励发电机的功率方程式： 电磁功率 电功率 机械功率,图4-1 功率方程式,直流发电机的工作特性 可测物理量有：发电机端电压 ，电枢电流 ，励磁电流 ，转速 等。 有四种特性曲线： 空载特性 负载特性 外特性 调节特性,他励发电机空载特性：当电机 时，调节 使发电机空载端电压 ，然后使 逐渐回到零，测取空载端电压 与 关系曲线 即为空载特性曲线 。 分析：A、空载特性表明电机磁路的性质。即：当 一定时，电机绕组感应电势与其对应磁势的关系。 B、改变励磁电流 的方向，可测出反方向的空载 特性曲线。 C、改变电机转速 ，可得不同的空载特性曲线。 D、并励、复励直流发电机的空载特性都以 他励形式测取。,1.空载特性曲线：,图4-2 空载特性曲线,2、负载特性：