直流电动机原理3剖析.ppt

1、1.第一章，DC电机原理，Xi理工大学电子工程系张华草，DC发电机1 2.1.1.1工作原理。DC电机类型：DC发电机和DC电机。2.什么样的发电机是DC发电机？能把机械能转换成DC电压和电流的发电机，即输出电压为DC的发电机，称为DC发电机。3.DC发电机的结构如图1-1和1-2所示：它由磁极组成；电枢。滑环。1.1、DC电机的基本工作原理，3、电刷等。DC发电机的工作原理当蒸汽机驱动DC发电机的电枢逆时针旋转时，线圈AB和CD切断磁力线，线圈中产生感应电动势e=BLv。5.线圈AB和CD中的交流电动势通过半圆环(换向器)和电刷整流转换成DC电压。(如图1-1所示，如果两个圆环用于输出，将获

2、得交流电压，因此，当转速不变时，电枢线圈的长度l越长，电压越高。1 .1 .2 DC电机的工作原理DC电机的结构如图1-3所示。它还包括磁极、电枢、换向器和电刷。当DC电压加到电刷上时，DC电流通过换向器送到电枢线圈。在磁场的作用下，有电流的线圈产生电磁力F，其方向由左手定则决定。电机的旋转方向与力的方向一致。电磁力与磁感应强度、电枢线圈的长度和线圈中的电流成正比。DC电机的旋转方向与线圈中的电流方向和磁极的磁场方向有关。因此，通过改变工作电压的极性和磁场的方向(或励磁电流的极性)，可以改变电机的旋转方向。从图1-2和图1-3可以看出，DC发电机和DC电机的结构相同，所以DC发电机可以作为电机

3、使用，DC电机可以作为DC发电机使用，两者都是可逆的。7，1。2 DC电机的主要结构及应用前一个是电机的简化原理结构；实际结构如图1-4所示。图1-5和1-6显示实际结构由主轴部分、转子部分等组成。1.定子部分由主磁极、换向磁极、机座、电刷装置等组成。(1)主磁极如图1-5所示：由主磁极铁芯、励磁绕组等组成。磁极铁芯由1-1个组成。5毫米低碳钢板被层压和压制。最后，它被制成靴子-所谓的杆靴。靴筒的头部与定子固定，靴筒的大头极靴将与电枢处于相对位置。8。励磁线圈缠绕在主磁极的铁芯上。主磁极对的数量pairs)与电机的速度N有关。主极对p越多，速度越低。9，2)。在两个主磁极之间增加辅助磁极，快速

4、改变电机的旋转方向。3)机座(定子轭)作为定子和转子的支撑。使主磁极和转子轴承有一个固定位置。它通常由铸钢制成，具有良好的导磁率。4)电刷装置：一般由导电性和耐磨性好的材料制成。它由铜线、软线、铜夹头、弹簧和碳刷头组成。10、电刷装置的功能是引导DC电压和电流进出电动机。刷头(刷杆)数量=电机主极数量。2.转子部分转子由电枢铁芯、电枢绕组、换向器、转轴和风扇组成。如图1-6所示。(1)电枢铁芯：电枢铁芯通常由涂有绝缘漆的0.5毫米厚的硅钢片层压而成，并固定在转轴上。电枢铁芯沿圆周刻有均匀分布的凹槽。电枢绕组可以嵌入其中。(2)电枢绕组：由圆形和矩形横截面的导线制成。线圈(称为元件，每个元件有两

5、个输出端)串联和并联。它的作用是通过电流在磁场的作用下产生感应电动势，从而实现电能到机械能的转换，反之亦然。11，3，换向器：换向器由金属块(换向器片)和绝缘材料制成，安装在转轴上，与电刷配合。在发电机中，它的功能是将绕组中的交流电动势转换成电刷上的DC电动势。在DC电机中，其功能是将电刷上的DC电压转换成绕组中的交流电压和电流。换向器片的数量等于元件的数量。12，1 . 2 . 2 DC电机的铭牌参数一般固定在机架表面。电机的额定参数标在上面：作为正确使用电机的基础。其标准额定参数为：1)额定功率。IN) 2)额定电压UN (V) 3)额定电流IN (A) 4)额定速度Nn (r/mim)

6、5)励磁模式和额定励磁电流IfN(A)。铭牌上没有的其他参数：DC电机的额定效率N=输入功率/输出功率。13，电机轴上的额定扭矩输出：T2N=PN/N=9.55 PN/nN(Nm)1 . 2 . 3 DC电机z2的使用和分类-通用zzzf-大中型DC电机和发电机。ZZJ - ZT用于冶金工业-ZQ用于恒功率调速-ZH用于电力机车-船用，14，ZU-DC电机用于龙门刨床ZA-ZKJ用于矿用防爆电机，15，1。元素16。从图中可以看出，一个元件可以是单圈或多圈。单圈元件的元件侧只有一根导线(一个元件有两个元件侧)。多匝元件的元件侧有NY导体。如图1-7所示，(a)是边数NY=3的多圈元件。2.一般

7、来说，整个电枢绕组中的元件数应=电枢上的换向片数：S=K 3。电枢槽中元件的放置方法如图1-7(b)所示，元件之间有一定数量的槽。1号部件的一侧和2号部件的另一侧放在一个插槽中。2号和3号，依此类推。最后一个组件的一侧与第一个组件的另一侧放在同一个插槽中。同一个插槽中的两个组件的边缘一个在下面，另一个在上面，但是它们的顺序必须相同。17，4)电枢绕组上的线槽，如果q用于表示槽的总数。如果u分量边位于每个槽的上方和下方(例如，u=3)，则声明每个实际槽包含3个虚拟槽。虚槽总数用曲表示，即：曲=Uq=S=K=5)电枢绕组有两种基本形式：一种称为单组绕组。另一种称为单波绕组。在单叠层绕组中，前一个元

8、件的一侧被后一个元件的一侧挤压，以此类推。单波绕组的接线是波。，18，1.3.1单组绕组元件参数、元件号S与电枢槽号Q、虚槽号Qu、换向器片号K、电枢外径Da、主极对数P等之间的关系。1 .绕组节距：指两个相连元件侧面或换向器片之间的距离。19，1)第一节距y1是一个元素Y1=Da/2P，其中Da是电枢的外径，p是极数。如果极点距离用虚槽数表示，=Qu/2P y1=Qu/2P=整数，20，如果=0。这叫做短距离缠绕。2)复合间距y和换向器间距yk。组件1及其连接组件2的相应边之间的跨度由虚拟插槽的数量表示。连接在每个元件的头部和端部的两个换向器片之间的跨度称为yk。它用换向片的数量来表示。对于

9、单组绕组，y=yk=1，如图1-8所示。3)第二节距y2是连接到同一换向器片的两个部件边缘之间的距离y2，或者是部件1的下部件和通过换向器片连接到部件2的上部件之间的跨度。对于单叠绕组，有： y2=y1-y 2，单叠绕组的特点和元件的连接方法，如：发电机，=4，S=K=曲。21，1)计算每个节距的第一个节距y1:y1=qu/2p=16/40=4，合成节距y和换向器闭合距离yk=yk=1，第二个节距：y2: y2=y1-y=4-1=3 2)绘制绕组展开图(如图1-9所示)然后，22，23，绘制16条等长等距虚线来表示每个槽的下部元件边缘。实线和虚线代表一个槽。依次编辑槽号。放置主磁极，并用南北极

10、性标记。画18个小方框来代表换向器片。并用一个数字标记它。为了便于绘图，请使换向器片的宽度等于槽之间的宽度。连接绕组：依次对元件、槽和换向器片进行编号。元件上边缘所在的槽号与元件上边缘连接的换向器片号一致。如图1-9所示。1号元件的上缘置于1号槽中，并与1号换向器片连接。因为y1=4，所以1号元件的下边缘应该放置在5号槽(1 y1=5)的下层(虚线)。因为Y=YK=1，1号元件的末端应该放在这个换向器片上(1 y1=2)，依此类推。确定每个元件边缘导体感应电动势的方向。在图1-9中用v表示。放电刷。在DC电机中，电刷组的数量，即刷杆的数量，与主磁极的数量一样多。图1-9中示出了a。b两组磁极。

11、24，3，绕组元件连接序列图绕组元件连接序列图用于表示电枢上所有更多边缘的串联顺序。根据图1-9中的间距，我们可以看到绕组元件是如何连接的。第一部件通过y1=4从第五虚拟槽的上部件边缘连接到第五虚拟槽的下部件边缘，并且其头部和端部分别连接到第一和第二换向器片。第五虚拟槽的下元件边缘通过y2=3连接到第二虚拟槽的上元件边缘，从而连接第一和第二元件。等等。参见图1-10。25，4，绕组电路图绕组展开图如图1-9所示。根据电刷之间的元件连接顺序，可以得到图1-11所示的绕组电路图。从图中可以看出，当从电刷外侧观察绕组时，电枢绕组由四个平行分支组成。在上缘在同一极下的元件中，感应电动势具有相同的方向，

12、并通过电刷串联形成支路。被电刷短路的元件的电动势等于0，这些元件不参与支路的组成。因此，单组绕组的支路数等于电机的主极数。A=p，26，27，电枢绕组中的单组绕组具有以下特征：1)位于同一磁极下的部件串联形成一个支路。分支数=磁极对数。当元件的几何形状是对称的，并且电刷在换向器表面上的位置与主磁极的中心线对齐时，感应电动势，28，1.3.2单波绕组简介，单波绕组之所以得名，是因为它的形状类似于波。其绕组节距参数还包括：第一节距y1、复合节距y、换向器节距yk、第二节距y2等。绕组节距1)第一节距y1:具有相同的定义和计算方法。如图1-12所示。(甲胄曲面上元素的两个元素边所跨越的距离。2)复合

13、节距y和换向器节距yk:等于换向器节距yk :y=yk。它是根据电动势的方向选择的。当换向子数为k，通过元素数为p时，yk=(k1)/。3)第二节距y2 y2=y-y1，如图1-12，30，2所示，单波绕组展开图1)设置DC电机2P=4。S=K=曲=15。计算值：y1=qu/2p=15/4-3/4=3y=yk=(k-1)/p=(15-1)/2=7 y2=y-y1=7-3=42)由计算参数绘制绕组电路图3360由单波绕组形成，如图1-15所示。31，2)图1.1.3单波绕组展开图，32，3)图1-14单波绕组元件连接顺序图，33，4)图1-15单波绕组电路图，34，从图中可以看出，单波绕组将N极

14、下上沿的所有元件串联起来形成一个支路，将S极下上沿的所有元件串联起来形成另一个支路。因为主磁极分为N和S，所以单波绕组的分支对数与磁极对数无关，后者总是=1。a=1 5)单波绕组：的特性相同极性下的所有元件串联形成一个支路。支数=它与极数无关。当元件的几何形状对称时，电刷在换向器表面上的位置与主磁极的中心对齐。电刷获得的最大感应电动势为0.35，刷杆的数量应等于极的数量(使用全刷)。此外，还有重叠波和复杂波，以及混合绕组等。36，1.4 DC电机：磁场前言DC电机：有三个磁场，一个是定子产生的磁场；另一个是电枢线圈通过电流会产生电枢磁场。定子磁场和电枢磁场的组合将在电机中产生气隙磁场。磁场强度

15、会影响电机的反电动势和电磁转矩。1 . 4 . 1 DC电机1空载磁场。什么是空载？当电枢绕组中的电流等于0或电流很小时，称为空载。此外，电机没有负载，基本上没有功率输出。2.什么是空载磁场？空载磁场是定子主磁极在空载条件下产生的磁场，它也等于定子和转子之间气隙中的气隙磁场。定子主磁极产生的磁场强度与通过励磁线圈的励磁电流有关。定子和转子的空载磁场分布如图1-16: 38所示。从图中可以看出，磁力线从主磁极N开始，穿过定子和转子之间的气隙，进入转子铁芯，然后穿过气隙，到达S磁极，最后返回到主磁极N，形成闭合磁路。3.通过主磁极铁芯并形成闭合磁路的主磁通和漏磁通称为主磁通0；穿过磁极周围空气的磁通量称为漏磁通。漏磁通约占主磁通的20%。4.DC电机空载磁场密度分布根据欧姆定律，电路中电阻越小，电流越大。磁路中的磁通量也与磁路中的磁阻Rm有关。磁阻Rm与主磁极的横截面积S和材料的磁导率有关。39，并且磁隙中的磁通量密度与气隙的宽度成反比。由于主磁极靴的横截面积前大后小，所以磁极靴中的磁力线分布不均匀，边缘稀疏。DC电机空载磁化曲线为了在DC电机中产生感应电动势和电磁转矩。气隙中有一定量的主磁通0，即必须有一定的励磁电流，41。从图1-17可以看出，DC电机空载时的磁化曲线具有非线性特征，0-a曲线基本上是一条直线，随着励磁电流If0(或磁动势Ff0)的增