第四章直流电机xz-03-07_精品文档.ppt
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电机及变压器,昆明询知民用航空器维修培训中心,电机定义及分类,重点:
电磁感应原理、转换和传递能量、电磁机械装置按能量转换观点分,按飞机上的应用分主电源发电机变压器驱动电动机变流机控制电机,电机的基本概念,绕组:
线圈。
小电机-漆包线;大电机-铜条/棒进行绝缘处理。
电枢绕组、励磁绕组、补偿绕组电枢:
输入、输出电能进行能量转换的绕组直流-单相交流-三相励磁:
产生磁场的绕组。
交、直流电机均为直流直流:
他励(励磁机或永久磁铁)、自励(并励、串励、复励)同步发电机:
直流励磁机、静止的励磁(有刷,相复励)、旋转励磁(无刷,两级/三级,带旋转整流器)异步电动机:
三相交流电通入对称三相绕组产生旋转磁场,电机的基本概念,气隙:
定、转子的间隙,是磁路的一部分。
定子/转子、原边/副边、初级/次级铁心:
硅钢片,减小涡流,提高导磁率。
左手定则:
右手定则:
直流电机主要内容,一、概述1定义2分类二、直流电机1直流电机的基本结构2直流电机的工作原理3直流电机的电枢反应4直流发电机5直流电动机6直流电机的参数和使用7直流电动机的起动、调速、反转和制动,4-2直流发电机,能量转换:
机械能直流电能原理:
导体在磁场中做切割磁力线运动,在导体中产生感应电动势。
结构:
旋转单元电枢;静止单元磁场。
原动力:
燃汽涡轮机、柴油机、汽油机和蒸汽机等。
大容量直流发电机,飞机上的直流发电机,直流电机的基本结构之定子部分,定子部分机壳:
作为主磁路的一部分导磁和机械支撑主磁极:
产生主磁通,励磁绕组+磁极铁心换向极:
相邻两主磁极换向极铁心+换向绕组,换向绕,组与电枢绕组串联,流过电枢电流电刷组件:
连接电枢绕组、换向器和外电路,直流电机的基本结构之转子部分,4.2.1直流发电机的结构:
1.磁轭(钢框架):
包括极心、极掌磁轭的两个功用:
在两个磁极之间形成完整的磁路;对发电机的其它部件起机械支撑作用。
励磁绕组:
用于产生磁场的N极和S极。
励磁绕组从外部直流电源通电后,在磁轭、极心、极掌、气隙和电枢铁心中将产生磁力线。
电枢:
电枢铁心由硅钢片叠成,槽中嵌有铜线绕组;各个线圈的首末端被引出接到整流子相对应的整流片上。
换向器:
由大量的楔形铜片组成,呈圆筒形,用于保持流向外电路的电流方向不改变;片之间的电压不得超过15V。
电刷与电刷架:
用于将换向器来的电流传送到外电路。
电刷通常用碳和石墨的化合物制成。
由弹簧压在换向片上,保证两者接触良好。
电刷架的作用是固定电刷。
4.2.2直流发电机的工作原理:
1.单线圈电枢,具有换向器的单线圈发电机,当换向器与电枢线圈一起转动时,每一个电刷只与换向器的一片相接触。
这样,从电刷输出到外电路的电流就变成直流了。
4.2.2直流发电机的工作原理:
图4.2-4单线圈电枢上产生的感应电动势,4.2.2直流发电机的工作原理:
2.多线圈的效应:
电枢线圈越多,发电机输出,图4.2-5两个电枢线圈产生的感应电动势,电压的波纹越小。
直流发电机的输出电压由电枢线圈的匝数、励磁磁场的总磁通量及电枢转速的乘积决定。
4.2.2直流发电机的工作原理:
图4.2-6鼓形电枢和两层绕组,电刷的个数与磁极数相等。
电枢线圈的两个终端联接到相邻的整流片上。
整个电枢绕组形成连续的闭合回路。
直流发电机鼓形电枢各部件之间的关系:
4.2.2直流发电机的工作原理:
正、负电刷之间产生的电压:
感应电动势,单位:
伏特(V);每个磁极的磁通,单位:
韦伯(Wb);n电枢旋转的速度,单位:
转/秒;与电机结构相关的常数。
根据右手定则判断其方向,4.2.2直流发电机的工作原理:
5.电枢反应,产生:
电枢有电流流过,产生电枢电流磁场;电枢磁场与励磁磁场将相互叠加,使发电机内部磁场产生变形,这种现象称为电枢反应。
正交磁化:
电枢磁场与励磁磁场方向垂直。
,正交磁化强度与电枢电流成正比。
图4.2-8电枢反应,4.2.2直流发电机的工作原理:
5.电枢反应,作用:
对励磁磁场有减弱的作用,这种磁场称为电枢去磁磁场。
电枢反应还使机械中性面AB发生偏移,变为AB,称为电气中性面。
电刷可以偏移到AB上,以便减小电弧。
图4.2-8电枢反应,4.2.2直流发电机的工作原理:
6.电枢反应的补偿,增加补偿绕组;使用换向极:
换向极使发电机内部磁场回到了合适的位置。
4.2.3直流发电机的工作特性,图4.2-10直流发电机的励磁类型,1.励磁绕组的联接方法:
是否有串励发电机?
4.2.3直流发电机的工作特性,图4.2-11直流发电机的磁饱和曲线,2.空载特性和负载特性,直流发电机的磁场强度取决于励磁绕组的安培匝数和磁路的磁阻。
安匝数随励磁电流的变化而变化。
感应电压与励磁磁场的强度及电枢转速成正比。
4.2.3直流发电机的工作特性,图4.2-12并励发电机输出电压的建立,3.并励式直流发电机,直流发电机电压建立的必要条件:
剩磁(由铁磁材料的磁滞现象引起)。
4.2.3直流发电机的工作特性,图4.2-13并励发电机的外特性,3.并励式直流发电机的外特性:
端电压与负载之间的关系,影响因素:
电枢电阻电枢反应由于电压下降引起励磁电流减小。
4.2.3直流发电机的工作特性,图4.2-13并励发电机的外特性,3.并励式直流发电机的外特性:
外特性的拐点:
发电机过载时,其端电压迅速下降,励磁电流减小,励磁磁场的磁化程度降低。
电压进一步下降,出现短路现象。
但短路电流并不会很大。
4.2.3直流发电机的工作特性,4.复励式直流发电机,串励磁通的作用:
发电机接入负载后,串励电流增加,从而使励磁磁通增加。
增加的幅度取决于复励的程度。
并励:
调节电机的空载电压串励:
调节电机的负载电压,4.2.3直流发电机的工作特性,4.复励式直流发电机,
(2)外电压特性:
平复励:
空载和全负载电压相同;过复励:
端电压升高;欠复励:
几乎与并励发电机相同,补偿由于电枢压降和电枢反应引起的端电压降低。
图4.2-14复励发电机的外特性,并励式电动机:
恒定电压下,以基本恒定的转速提供可变转矩。
串励式电动机:
恒定电压下,可以提供可变转矩,但其转速随负载变化而变化,即:
大负载时转速低,小负载时转速高。
直流电动机的励磁方式,4-3直流电动机,复励式电动机:
起动力矩高于并励电动机;而转速随负载的变化小于串励式电动机。
通电导体在磁场中所受的力:
大小和方向取决于磁场和电流的大小和方向。
通电导体在磁场的运动,4.3.1直流电动机的工作原理,B-磁通密度;I-电流大小;L-导体的有效长度。
方向判定:
左手定则,2.直流电动机的基本工作原理:
两导体电枢的磁场分布,4.3.1直流电动机的工作原理,直流电动机的磁场:
主励磁磁场;电枢线圈产生的磁场;主励磁磁场与电枢磁场之间相互作用产生的合成磁场。
2.直流电动机的基本工作原理:
4.3.1直流电动机的工作原理,单电枢绕组在垂直位置无转矩。
2.直流电动机的基本工作原理:
4.3.1直流电动机的工作原理,四磁极并励直流电动机,通过换向器和电刷改变电枢线圈中电流的方向。
在电枢上装有许多绕组,保证电枢旋转到任何位置上,都有靠近磁极的线圈受到电磁力的作用,使得电枢能够连续运转。
3.反电动势:
电枢导体在磁场中运动,切割磁力线,感应出一个电动势,其方向与外加电动势的方向相反。
4.3.1直流电动机的工作原理,反电动势与励磁磁场强度成正比;与电枢旋转速度成正比。
电枢电流;,外加电压;,反电动势;,电枢电阻,4.电动机中的电枢反应:
4.3.1直流电动机的工作原理,图4.3-8电动机中的电枢反应,发电机电枢电流与感应电动势的方向一致;电动机电枢电流与反电动势的方向则相反。
电动机:
合成磁通沿与电枢转向相反的方向旋转;发电机:
合成磁通沿与电枢转向相同的方向旋转,4.3.1直流电动机的工作原理,电动机中的电枢反应,发电机中的电枢反应,4.电动机中的电枢反应:
4.3.1直流电动机的工作原理,图4.3-8电动机中的电枢反应,解决方法:
(与发电机对比)相同点:
增加补偿绕组采用换向极。
不同点:
作用方向与发电机相反。
4.3.2直流电动机的转矩功率,T-转矩;Ct-转矩常数(包括电枢导线的数量、通路数等);-每个磁极的磁通;Ia-电枢电流。
1.转矩,电动机的转矩与电枢电流成正比,与磁通量成正比。
另一种表示公式:
M=CmIa,根据左手定则判断其方向,4.3.2直流电动机的转矩功率,输入功率P1=U1I1输出功率PM=P1-Pcu1-PFe,2.功率,航空维修中,计算转矩、输出功率等,采用的是英制单位。
与国际单位制换算关系为:
1磅英尺1.36牛顿米1马力745.7瓦1马力33000磅英尺,4.3.3直流电动机的工作特性,串励电动机的特性曲线,1.串励式直流电动机,不允许空载运行。
常数(由磁极数、电流通路、电枢导体数决定),外加电压;,电枢电流;,电枢线圈电阻;,励磁线圈电阻;,励磁磁场的磁通;,电动机转速。
4.3.3直流电动机的工作特性,串励电动机的特性曲线,1.串励式直流电动机,磁场的强度正比于电枢电流Ia;转矩正比于电枢电流的平方Ia2。
优点:
转速随负载的变化而变化,机械特性比较“软”,过载能力强。
励磁线圈和电枢线圈的电阻值很低,在起动时,能形成大电流,产生很高的起动力矩。
4.3.3直流电动机的工作特性,并励电动机的特性曲线,2.并励式直流电动机,特点:
转矩仅随电枢电流变化。
起动转矩小于串励式直流电动机。
负载大,电枢电流大;负载越小,电枢电流越小。
优点:
转速调节特性比较好。
基本恒速。
4.3.3直流电动机的工作特性,图4.3-12复励电动机的种类,3.复励式直流电动机,积复励:
串励绕组产生的磁场对并励绕组磁场有加强作用,差复励:
串励绕组产生的磁场对并励绕组磁场有减弱作用。
应用较少。
应用:
利用积复励电动机中的串励绕组获得较高的起动转矩;正常运转时利用并励电动机的转速调节特性将电动机转速稳定。
4.3.4直流起动发电机,有足够的起动转矩,使发动机能在预定的时间内平稳地起动;起动电流不应过大,以免电机过热、换向恶化;起动完毕后能自动转入发电状态,给机上电网正常供电。
起动发电机应满足的要求:
4.3.4直流起动发电机,起动发电机的起动控制电路,第一级:
两组电瓶并联;电枢串联起动电阻Rst起动;电机工作在复励状态;起动转矩不大。
4.3.4直流起动发电机,起动发电机的起动控制电路,第二级:
切除起动电阻;电枢电压/电流上升,转矩增大,转速升高。
4.3.4直流起动发电机,起动发电机的起动控制电路,第三级:
两组电瓶串联供电;转矩上升,转速继续增加;发动机点火工作;,4.3.4直流起动发电机,起动发电机的起动控制电路,第四级:
切除并励绕组,转为串励电动机工作。
发动机进入慢车转速,电机开始进入并励发电状态。
4.3.4直流起动发电机,分级起动过程,
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