第2章--直流电机.PPT资料.ppt
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作为发动机运行用原动机拖动直流电机的电枢,电刷端引出直流电动势,作为直流电源,输出电能。
4,二、直流电机的结构,直流电机剖面图,1换向器2电刷装置3机座4主磁极5换向极6端盖7风扇8电枢绕组9电枢铁心,5,6,
(一)直流电机的静止部分,1、主磁极,2、换向极,1主磁极铁心2励磁绕组3机座,1换向极铁心2换向极绕组,3、机座用来固定主磁极、换向极和端盖;
另外,又作为磁路的一部分。
7,
(二)直流电机的转动部分,4、电刷装置,1刷握2电刷3压紧弹簧4铜丝辫,1、电枢铁心,a)电枢铁心冲片b)电枢铁心,8,2、电枢绕组由许多按一定规律连接的线圈组成。
1槽楔2线圈绝缘3导体4层间绝缘5槽绝缘6槽底绝缘,电枢槽内的绝缘,3、换向器由许多换向片组成,换向片之间用云母绝缘。
1换向片2连接片,9,第二节直流电机的铭牌数据,直流电机的额定值有:
1、额定功率PN(kW)2、额定电压UN(V)3、额定电流IN(A)4、额定转速nN(r/min)5、额定励磁电压UfN(V),10,在额定工况下,电机出线端的平均电压,发电机:
是指输出额定电压;
电动机:
是指输入额定电压。
在额定电压下,运行于额定功率时对应的电流,在额定电压、额定电流下,运行于额定功率时对应的转速,11,对应于额定电压、额定电流、额定转速及额定功率时的励磁电流,此外,电机铭牌上还标有其它数据,如励磁电压、出厂日期、出厂编号等。
电机运行时,所有物理量与额定值相同电机运行于额定状态。
电机的运行电流小于额定电流欠载运行;
运行电流大于额定电流过载运行。
长期欠载运行将造成电机浪费,而长期过载运行会缩短电机的使用寿命。
电机最好运行于额定状态或额定状态附近,此时电机的运行效率、工作性能等比较好。
12,第三节直流电机的绕组,一、简单的绕组,对绕组的要求:
在能够通过规定的电流和产生足够的电动势的前提下,尽可能节省铜和绝缘材料,并且结构简单、运行可靠。
1-2、3-4、5-6、7-8分别构成4个线圈,右图只是说明原理的示意图。
它的缺点是:
随着电枢的转动,始终只有一个线圈有电流。
这样的话,材料没有充分利用,产生的总转矩或电势均很小。
解决办法:
用4个换向片将4个线圈都连接起来,成为一个闭合绕组,两个不同的元件边连接一个换向片。
每个元件的两个元件边连接2个不同的换向片。
共用了4个换向片,节省了材料,提高了输出转矩。
13,14,15,16,17,二、绕组的基本形式,
(一)单叠绕组,单叠绕组的特点:
元件的两个端子连接在相邻的两个换向片上。
单叠绕组的所有的相邻元件依次串联,即后一元件的首端与前一元件的末端连在一起,接到一个换向片上。
最后一个元件末端与第一个元件首端连接在一起,形成一个闭合回路。
元件的跨距:
上层元件边与下层元件边的距离(用槽数表示)称为跨距。
一般要求元件的跨距等于电机的极距。
右上图中,跨距为4槽。
18,19,20,
(二)单波绕组,单波绕组不是把元件依串联,而是把相隔大约两个极距,即在磁场中的位置差不多相对应的元件连接起来。
21,22,直流电机的电枢绕组除了单叠、单波两种基本形式以外,还有其他形式,如复叠绕组、复波绕组、混合绕组等。
23,第四节直流电机的励磁方式及磁场,一、直流电机的励磁方式,1、他励直流电机励磁绕组与电枢绕组无联接关系,而是由其他直流电源对励磁绕组供电。
2、并励直流电机励磁绕组与电枢绕组并联。
3、串励直流电机励磁绕组与电枢绕组串联。
4、复励直流电机两个励磁绕组,一个与电枢绕组并联,另一个与电枢绕组串联。
24,二、直流电机的空载磁场,直流电机的空载磁场是指电枢电流等于零或者很小时,由励磁磁动势单独建立的磁场。
25,气隙中主磁场磁通密度的分布,磁化曲线,26,三、直流电机负载时的磁场及电枢反应,当直流电机带上负载以后,在电机磁路中又形成一个磁动势,这个磁动势称为电枢磁动势。
此时的电机气隙磁场是由励磁磁动势和电枢磁动势共同产生的。
电枢磁动势对气隙磁场的影响称为电枢反应。
27,4个元件所产生的电枢磁动势波形,电枢反应后磁动势波形,1、有负载时气隙磁场发生了畸变2、电枢反应呈现去磁作用,28,第五节感应电动势和电磁转矩的计算,一、感应电动势的计算,直流电机无论作电动机运行,还是发电机运行,电枢内部都感应产生电动势。
式中,n电枢的转速;
p极对数。
根据电磁感应定律,一个匝数为的元件中感应电动势的平均值为:
29,对制成的电机,Ce=pZ/60a为一个常数,称为电动势常数,绕组全部有效导体数为,所以,若不计饱和影响,有,其中Kf为比例常数,30,其中Gaf=CTKf;
为机械角速度。
感应电动势的计算公式为,31,二、电磁转矩的计算,32,第六节直流电机的运行原理,一、直流电机的基本方程式,
(一)电动势平衡方程式,若电机稳态运行,对于电动机,若电机稳态运行,对于发电机,33,
(二)转矩平衡方程式,对于电动机:
稳态运行时,其中T2为负载制动转矩,T0为空载损耗转矩。
对于发电机:
其中T1为原动机拖动转矩。
稳态运行时,二、直流电动机工作特性,34,
(一)并励直流电动机的工作特性,1.转速特性,当U=UN,If=IfN时,n=f(Ia)的关系曲线,35,
(二)串励直流电动机的工作特性,电动势平衡方程式,电动势公式,转矩平衡方程式,转矩公式,(其中,Rfc为串励绕组电阻,,,,),36,(三)复励直流电动机的工作特性,例2-1一台他励直流电动机的额定数据为:
37,
(2)减少电动机的励磁电流,使磁通减少10%,当达到稳定时的电枢电流和转速分别是多少?
解,
(2)磁通减少为原来的0.9,38,三、直流发电机的工作特性,a)他励直流发电机,b)并励直流发电机,c)复励直流发电机,
(一)空载运行,1空载特性,当他励直流发电机被原动机拖动,n=nN时,励磁绕组端加上励磁电压Uf,调节励磁电流If0,得出空载特性曲线U0=f(I0)。
39,2并励和复励直流发电机空载电压的建立,自励电压的建立有三个条件:
1)电机必须有剩磁;
2)励磁绕组并联到电枢的极性必须正确;
3)励磁回路的总电阻小于该转速下的临界电阻。
(二)负载运行,无论他励、并励还是复励发电机,建立电压以后,在n=nN的条件下,加上负载后,发电机的端电压都将发生变化。
1积复励发电机外特性;
2他励发电机外特性;
3并励发电机外特性;
40,第七节直流电机的换向,换向问题很复杂,换向不良会在电刷与换向片之间产生火花。
当火花大到一定程度,可能损坏电刷和换向器表面,使电机不能正常工作。
产生火花的原因很多,除了电磁原因外,还有机械的原因。
此外换向过程还伴随着电化学和电热学等现象。
一、换向的电磁现象,1、电抗电动势,换向元件中出现的由自感与互感作用所引起的感应电动势,称为电抗电动势。
41,2、电枢反应电动势,由于电刷放置在磁极轴线下的换向器上,在几何中心线处,虽然主磁场的磁密等于零,可是电枢磁场的磁密不为零。
因此,换向元件切割电枢磁场,产生一种电动势,称为电枢反应电动势。
二、改善换向的方法,改善换向一般采用以下方法:
装设换向磁极位于几何中性线处装换向磁极。
换向绕组与电枢绕组串联,在换向元件处产生换向磁动势抵消电枢反应磁动势,大型直流电机在主磁极极靴内安装补偿绕组,补偿绕组与电枢绕组串联,产生的磁动势抵消电枢反应磁动势。
作业:
1)2-1;
2-52)2-21;
2-22;
2-23,
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