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  直流电机原理(直观易懂)_其它_职业教育_教育专区。第3章 直流电机原理 ? 直流电机的用途及基本工作原理 ? 直流电机的主要结构与型号 ? 直流电机的磁路 ? 直流电机的电枢绕组 ? 电枢电动势与电磁转矩 ? 直流电动机运行原理 ? 他励直流电动机的

  第3章 直流电机原理 ? 直流电机的用途及基本工作原理 ? 直流电机的主要结构与型号 ? 直流电机的磁路 ? 直流电机的电枢绕组 ? 电枢电动势与电磁转矩 ? 直流电动机运行原理 ? 他励直流电动机的机械特性 ? 直流电机的换向 本章基本要求 ? 了解直流电机的基本结构、工作原理 ? 熟悉直流电机的励磁方式 ? 理解直流电机电枢绕组的构成及特点 ? 掌握电枢电动势和电磁转矩的计算 ? 理解和掌握直流电机的工作特性和机 械特性 ? 了解直流电机的换向 3.1 直流电机的用途及基本工作原理 3.1.1 直流电机的用途 测速 伺服 励磁机 电源 直流电机的特点: ? 直流发电机的电势波形较好,对电磁干扰的影 响小。 ? 直流电动机的调速范围宽广,调速特性平滑。 直流电动机过载能力较强,启动和制动转矩较 大。 ? 易于控制,可靠性较高 ? 由于存在换向器,其制造复杂,价格较高 3.1.2 基本工作原理 1、直流发电机的工作原理 e 电刷 i b f N 换向片 a f d S eic N d c e i f b f i e a S 直流发电机运行时的几点结论: 1)电枢线圈内电势、电流方向是交流电; 2)电刷间为直流电势。环亚国际APP线圈中感应电势与电 流方向一致; 3)从空间看, 电枢电流产生的磁场在空间上 是恒定不变的磁场; 4)产生的电磁转矩T与转子转向相反, 是制 动性质。 2、直流电动机的工作原理 b NfI a c U f I d S U Nf d I a S c e I b ef 直流电动机运行时的几点结论: 1)外施电压、电流是直流, 电枢线)线圈中感应电势与电流方向相反; 3)线圈是旋转的,电枢电流是交变的; 4)产生的电磁转矩T与转子转向相同,是驱动 性质。 结论 ? 从上述基本电磁情况来看,一台直流电机原则上既可 以作为电动机运行,也可以作为发电机远行,只是约 束的条件不同而已。 ? 在直流电机的两电刷端上,加上直流电压,将电能输 入电枢,机械能从电机轴上输出,拖动生产机械,将 电能转换成机械能而成为电动机; ? 如用原动机拖动直流电机的电枢,而电刷上不加直流 电压,则电刷端可以引出直流电动势作为直流电源, 可输出电能,电机将机械能转换成电能而成为发电机。 ? 同一台电机既能作电动机又能作发电机运行的这种原 理,在电机理论中称为可逆原理。 3.2 直流电机的主要结构与型号 3.2.1 主要结构 定子 直流电机 转子 主磁极 换向磁极 电刷装置 机座 端盖 电枢铁心 电枢绕组 换向器 转轴 轴承 1、定子部分 (1)主磁极 1—主磁极铁心 主磁极铁心用1~1.5mm 厚的钢板冲片叠压而成。 2—励磁绕组 3—机座 (2)换向极 1—换向极铁心 换向极铁心一般用整块钢 或钢板板叠片加工而成。 2—换向极绕组 换向极绕组与电枢绕组串 联。 作用:改善换向。 (3)机座 机座通常由铸钢或厚钢板焊成。 作用: ? 一是用来固定主磁极、换向极和端盖等,起机械支 承的作用; ? 二是作为电机磁路的一部分。 (4)电刷装置 电刷的作用是把转动的电枢 绕组与静止的外电路相连接, 并与换向器相配合,起到整 流或逆变器的作用。 1—刷握 2—电刷 3—压紧弹簧 4—铜丝辫 2、转子部分 (1)电枢铁心 作用: ? 一是作为电机主磁路的主要部分; ? 二是嵌放电枢绕组。 为了减少电枢旋转时电枢铁心中因磁通变化而引起的 磁滞及涡流损耗,电枢铁心通常用0.5mm厚的两面涂有 绝缘漆的硅钢片叠压而成。 (2)电枢绕组 电枢绕组是由许多按一定规律联接的线圈组成,它是直 流电机的主要电路部分,是通过电流和感应产生电动势 以实现机电能量转换的关键部件。 线圈用带绝缘的圆形或矩形 截面导线绕成,嵌放在电抠 槽内,上下层之间以及线圈 与铁心之间都要妥善地绝缘。 然后用槽楔压紧,再用钢丝 或玻璃丝带扎紧,以防止离 心力将绕组甩出槽外。 (3)换向器 作用:是将电刷上所通过的直流电流转换为绕组内的交 变电流,在直流发电机中,它将绕组内的交变电动势转 换为电刷端上的直流电动势。 换向器由许多换向 片组成。换向片之 间用云母绝缘。电 枢绕组的每一个线 圈两端分别焊接在 两个换向片上。 直流电机的基本结构总结 主要由定子、转子两部分组成 直流电机 定子 转子 机座 主磁极 电枢铁心 电枢绕组 换向极 电刷装置 换向器 风扇 转轴 轴承 3.2.2 电机的铭牌数据 直流电机的额定数据 额定容量PN: 输出功率,单位kW 额定电压UN:额定状态下出线端电压,单位V 额定电流IN:额定状态下出线端电流,单位A 额定转速nN: 额定状态下的电机转速,单位r/min 额定励磁电压、额定励磁电流和励磁方式等。 ★ 直流发电机: PN=UN·IN 直流电动机: PN=UN·IN · 电动机轴上输出 的额定转矩: T2 N PN N PN 2nN 9.55 PN nN 60 3.3 直流电机的磁路、空载时的气隙磁密与空载 磁化特性 3.3.1 直流电机的磁路 磁路从气隙1出发经-电枢 齿-电枢轭-电枢齿2-气 隙2-主磁极2-定子轭-主 磁极1,最后又回到气隙1 直流电机空载时的磁场分布 3.3.2 空载时气隙磁通密度的分布波形 在一个磁极的范围内,励磁磁势大小一样, Bδ大小完全与气隙长度成反比。 在主极直轴附近的气隙较小,并且气隙均 匀,磁阻小,即此位置的主磁场较强,在 此位置以外,气隙逐渐增大,主磁场也逐 渐减弱,到两极之间的几何中线。 主磁场磁密的分布 引进极弧系数bp’和气隙卡氏系数 3.3.3 空载磁化特性 为了感应电动势或产生电磁 转矩,直流电机气隙中需要有一 定量的每极磁通 0 ,空载时,气 0 隙磁通 0 与空载磁通势 F f 0或空 载励磁电流 I f 0的关系,称为直流 电机的空载磁化特性。 N 为了经济、合理地利用材料,四线制直流电机接线图 一般直流电机额定运行时,额定 磁通 设定N 在图中A点,即在磁 化特性曲线 If I fN Ff 0 Ff 3.3.4 直流电机的励磁方式 I=Ia I=Ia=If I=Ia+If 他励 串励 并励 I=Ia 复I励fc=Ia,I=Ia+Ifb; I=Ifc=Ia+Ifb 永磁材料励磁 3.4 直流电机的电枢绕组 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,亦是实现机电能量转换的 枢纽。 对电枢绕组的要求: 在通过规定的电流和产生足够的电势和电磁转矩前 提下,所消耗的有效材料最省, 强度高(机械、电 气、热), 运转可靠,结构简单等。直流电机换向器磨损修复 电枢绕组的基本知识: 元件:构成绕组的线圈称为绕组元件, 分单匝和多匝两种。 端部 元件的首末端:每一个元件均引出两 根线与换向片相连,其中一根称为首 端,另一根称为末端。 极距:相邻两个主磁极轴线沿电枢表 面之间的距离,用τ表示。 元件边 D 2p 首端 末端 电枢绕组的基本知识: 第一节距y1:一个元件的两条有 效边在电枢表面跨过的距离。 第二节距y2:连至同一换向片上 的两个元件中第一个元件的下 层边与第二个元件的上层边间 的距离。 合成节距y :连接同一换向片上 的两个元件对应边之间的距离。 换向节距yc:同一元件首末端连 接的换向片之间的距离。 y1 y2 y yc 绕组实物图 电枢绕组的形式 环形绕组 叠绕组 鼓形绕组 波绕组 3.4.1 单叠绕组 单叠绕组的连接规律是: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尾端相连),同时每个元 件的出线端依次连接到相邻的换向片上,最后形成一个 闭合回路。 单叠绕组的合成节距等于一个槽,换向节距等于一个 换向片。 y=yk=1 特点: 槽数Ze、元件数S和换向片数K三者相同 单叠绕组分析实例: 实例: p=2, Ze=S=K=16 1. 数据计算 计算数据y 和y1 y=yk=1 y1 Ze 2p 16 22 4 画绕组展开图 安放电刷和磁极 2.单叠绕组展开图 1槽.槽展展开开 τ 2绕.绕组组放放置置 τ 安3.放安磁放极磁、极电电刷刷 τ τ 1 2 N3 4 5 6 S 7 8 9 10 N11 12 13 14 S 15 16 15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 + - + - + - 3.绕组放置 ? 元件1: 上元件边在1槽, 下元件边放在相距y1=4即5槽下层。 ? 元件2: 上元件边在2槽, 下元件边放在相距y1=4即6槽下层。 以此类推 某一瞬间电刷、磁极放置 磁极:磁极宽度约0.7τ,均匀分布,N、S极交替安排。 ? 电刷:连接内、外电路。为了在正负电刷间获得最大 直流电势以及产生最大的电磁转矩,电刷放在被电刷 短路的元件电势为零的位置。 电势为零的元件:在一个主极下的元件边电势具有相 同的方向。 在磁极的几何中心线上电势为零。 ? 电刷放置:电刷放置在使电刷的中心线与主磁极轴线 对准的换向片上。 元件连接顺序表 绕电枢一周, 所有元件互相串联构成一闭合回路。 绕组电路图: 结合电刷的放置, 得到该瞬时的电路图 234 5 5 876 21 9 9 6 1 10 10 11 12 13 13 16 15 14 14 每个极下的元件组成一条支路。即单叠绕组的并联支 路数正好等于电机的极数。 这是单叠绕组的重要特点之一。 单叠绕组的特点: ? 元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,直流电机分类和原理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; ? 由正负电刷引出的电枢电流Ia为各支路电流之和,即 Ia 2aia 3.4.2 单波绕组 单波绕组的连接规律是:把相隔大约两个极距,即在 磁场中位置差不多相对应的元件连接起来。 ?为了使紧相串联的元件所生的电势同向相加, 元件 边应处于相同磁极极性下,即合成节距 y 2 , y 2 ?为了使绕组从某一换向片出发, 沿电枢铁心一周后 回到原来出发点相邻的一片上, 则可由此再绕下去。 单波绕组:换向极距yc必须符合P yk K 1即 K 1 yk p 单波绕组分析实例: 实例:p=2, Ze=S=K=15 左单波绕组 1.绕组数据计算 y1 Ze 2p 15 4 1 4 4 y yc K 1 p 15 1 2 7 y2 y y1 7 4 3 计算数据y 和y1 画绕组展开图 安放电刷和磁极 元件、磁极、电刷放置原则 元件、换向片的放置: 1#元件上层边1#槽,下层边4#槽;首末端所连的换向 片相距yk=7; 为了端部对称, 首末端所连的两换向片之间的中心线#元件的轴线#元件上层边所连的换向片 定为1#。 依次联接。 磁极放置: N、S极磁极均匀交替的排列。 电刷的放置:放在与主极轴线对准的换向片上。 单波绕组展开图 槽展开 τ 绕组放置 τ 安放磁极、电刷 τ τ 1 2S 3 4 5 N6 7 8 9 S10 11 12 13N14 15 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 单波绕组元件连接顺序表 从绕组展开图可以看出, 全部15个元件串联而构成一 个闭合回路的顺序是: 1 8 15 7 14 6 13 5 12 4 11 3 10 2 9 1 用联接顺序图表示为: 上层边 1 8 15 7 14 6 13 5 12 4 11 3 10 2 9 1 4 11 3 10 2 9 1 8 15 7 14 6 13 5 12 下层边 单波绕组电路图 15 7 14 6 13 15 1 8 5 5 8 1 9 12 12 2 10 3 11 4 4 9 单波绕组把相同极性下的全部元件串联起来组成一条支 路。 由于磁极只有N、S之分, 所以单波绕组的支路对 数a与极对数多少无关,永远为1,即a≡1。 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a=1,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 Ia=2ia 。 直流电机绕组的归纳 ? 所有的直流电机的电枢绕组总是自成闭路. ? 电枢绕组的支路数(2a)永远是成对出现,这是由于 磁极数(2p)是一个偶数. 注:a-支路对数 p-极对数 ? 为了得到最大的直流电势,电刷总是与位于几何中线 上的导体相接触。 单叠绕组和单波绕组的区别 单叠绕组:先串联所有上元件边在同一极下的元件, 形成一条支路。 每增加一对主极就增加一对支路。 2a=2p。 叠绕组并联的支路数多, 每条支路中串联元件数 少,适应于较大电流、较低电压的电机。 单波绕组:把全部上元件边在相同极性下的元件 相连,形成一条支路。 整个绕组只有一对支路, 极数的增减与支路数无关。 2a=2。 波绕组并联的支路数少, 每条支路中串联元件数 多, 适用于较高电压、较小电流的电机。

时间:2020-06-27 13:26