哈工大电机 第3章_直流电机

电机学2第三章直流电机第三章直流电机3第三章直流电机一、直流电机的基本原理第一节直流电机的基本原理和结构1、直流发电机的基本原理•直流发电机的物理模型-外力带动线圈转动4第三章直流电机•线圈逆时针旋转•ab在N极下，电势由b到a•cd在S极下，电势由d到c•总电势：2e•方向：d到a•先不放换向器第一节直流电机的基本原理和结构右手定则一、直流电机的基本原理5第三章直流电机•转过180度后•线圈仍逆时针旋转•ab在S极下，电势由a到b•cd在N极下，电势由c到d•总电势：2e•方向：a到d右手定则•特点：a点正负交变第一节直流电机的基本原理和结构一、直流电机的基本原理6第三章直流电机•e=Blv•电势波形取决于磁密波形（B：近似平顶波）•输出交流电•电势波形tωOe第一节直流电机的基本原理和结构一、直流电机的基本原理7第三章直流电机•有换向器和电刷•换向片：半圆形•A片总接A点•换向片和导体一起旋转•电刷空间位置不动•A点：总是N极下的，正•B点：总是S极下的，负•结果：输出直流电！！第一节直流电机的基本原理和结构一、直流电机的基本原理8第三章直流电机•脉动的直流电•加换向器后的电势波形Otωe•改善方法：元件越多，脉动越小•元件多时：换向器→换向片第一节直流电机的基本原理和结构一、直流电机的基本原理9第三章直流电机•注意几点：¾线圈内电势是交流电；¾电刷间电势为直流电；¾电流方向与电势相同；¾从空间看，电枢电流产生的磁场在空间上是恒定不变的；第一节直流电机的基本原理和结构一、直流电机的基本原理10第三章直流电机左手定则•加直流电，A+，B-•电流方向：a到b，c到d•受力方向：ab从右向左，cd从左向右•力偶→转矩•转矩方向：逆时针使线圈旋转２、直流电动机的基本原理第一节直流电机的基本原理和结构一、直流电机的基本原理11第三章直流电机•转过180度后•电流方向：d到c，b到a•受力方向为：cd从右向左，ab从左向右•转矩方向：仍是逆时针左手定则•结果：-可以使电机连续旋转第一节直流电机的基本原理和结构一、直流电机的基本原理12第三章直流电机二、直流电机的基本结构•总体结构：主磁极换向磁极电刷机座端盖定子转子电枢铁心电枢绕组换向器转轴轴承第一节直流电机的基本原理和结构13第三章直流电机1、定子•主磁极：-作用：建立主磁场-构成：电励磁-主极铁心和套在铁心上的绕组永磁-永久磁铁，粘接在机壳上SN永磁结构电磁结构第一节直流电机的基本原理和结构二、直流电机的基本结构14第三章直流电机•机座：-作用：支撑磁路的一部分，必须导磁•电刷：-作用：引入引出电流-构成：用石墨制成，有弹簧压住电刷SN第一节直流电机的基本原理和结构二、直流电机的基本结构15第三章直流电机•铁心-作用：电枢绕组的支撑部件-构成：用0.5㎜厚的，冲有齿、槽的硅钢片叠压而成齿槽2、转子第一节直流电机的基本原理和结构二、直流电机的基本结构16第三章直流电机•绕组-放在铁芯槽内-很多线圈构成，封闭绕组槽楔第一节直流电机的基本原理和结构二、直流电机的基本结构17第三章直流电机•直流电机特有结构——换向器和电刷•注意：换向片之间要绝缘！第一节直流电机的基本原理和结构二、直流电机的基本结构换向器18第三章直流电机•直流电机的转子-电枢轴承换向器绕组铁心转轴•发电机：发电的核心•电动机：产生转矩的核心•昀关键部件•转子：电枢，枢纽第一节直流电机的基本原理和结构二、直流电机的基本结构19第三章直流电机换向器和电刷几点说明：•换向器在直流发电机中起整流作用交流直流•换向器在直流电动机中起逆变作用直流交流¾换向器和电刷是直流电机中特有的¾缺点：存在换向问题（火花，电磁干扰等）¾解决途径：无刷化—无刷直流电机¾作用：第一节直流电机的基本原理和结构二、直流电机的基本结构20第三章直流电机直流电机励磁方式，即励磁绕组与电枢绕组的连接方式，对电机的运行特性有大的影响三、直流电机的励磁方式21第三章直流电机•如何形成主极磁场励磁方式他励式自励式并励式串励式复励式永磁式电磁式积复励差复励第三节直流电机的磁场及励磁方式三、直流电机的励磁方式直流电机励磁方式，即励磁绕组与电枢绕组的连接方式，对电机的运行特性有大的影响22第三章直流电机•永磁式-用永磁体-粘接到机壳上-小功率中昀常用的SN第三节直流电机的磁场及励磁方式三、直流电机的励磁方式23第三章直流电机•他励式-励磁绕组由其他电源供电-励磁绕组与电枢绕组不相连-优点：控制特性好-缺点：要两个电源第三节直流电机的磁场及励磁方式三、直流电机的励磁方式24第三章直流电机•并励式-由同一电源供电-励磁绕组与电枢绕组并联-昀常用的第三节直流电机的磁场及励磁方式三、直流电机的励磁方式25第三章直流电机•串励式-由同一电源供电-励磁绕组与电枢绕组串联第三节直流电机的磁场及励磁方式三、直流电机的励磁方式26第三章直流电机•复励式-由同一电源供电-装有两个励磁绕组-与电枢绕组有串联有并联-比较复杂-昀常用的：平复励第三节直流电机的磁场及励磁方式三、直流电机的励磁方式27第三章直流电机四、直流电机的额定值•额定值—制造厂对电气设备在指定工作条件下运行时规定的一些量值•额定值通常标在铭牌上，又叫铭牌值第一节直流电机的基本原理和结构28第三章直流电机•额定电流IN：额定状态下出线端电流；A•额定转速n：额定状态下的电机转速;r/min•额定功率PN：输出功率;kW•额定电压UN：额定状态下出线端电压；V第一节直流电机的基本原理和结构四、直流电机的额定值29第三章直流电机一、电枢绕组的基本术语1、磁极中心线：-极轴线2、几何中心线：-磁极之间的平分线-磁极中性线3、极距τ：-铁心表面一个磁极所占的距离-单位：槽数NSττ磁极中心线几何中心线第二节直流电机的电枢绕组30第三章直流电机5、元件：-单匝或多匝线圈4、线圈：-单匝或多匝-两条有效边-端部有效边放槽里上端部下端部第二节直流电机的电枢绕组一、电枢绕组的基本术语31第三章直流电机6、第一节距y1：-同一个元件的两个有效边的距离，跨过的槽数7、第二节距y2：-相邻两个元件相异有效边的距离y1y2第二节直流电机的电枢绕组一、电枢绕组的基本术语32第三章直流电机8、合成节距y：-相邻两个元件相同元件边之间的距离9、换向器节距yc：-同一元件首末端连接的换向片之间的距离yyc第二节直流电机的电枢绕组一、电枢绕组的基本术语33第三章直流电机10、计算方法和相互关系：22DQppπτ==（1）极距Q–槽数p–极对数（2）第一节距和极距-y1必须是整数-为了输出电势昀大，必须y1≈τNS1yτε=±ε=0整距（昀常用）+ε长距-ε短距（常用，省材料）第二节直流电机的电枢绕组一、电枢绕组的基本术语34第三章直流电机（3）合成节距y=y1+y2（4）换向节距-相邻元件必须首尾相连y=yc（5）虚槽数-正常：1个槽中1个元件-虚槽数QuS=K=Qu=uQu=1u=2第二节直流电机的电枢绕组一、电枢绕组的基本术语35第三章直流电机二、电枢绕组的分类叠绕组波绕组•两种：叠绕组，波绕组•常用的-叠绕组是重点特点：y20特点：y20第二节直流电机的电枢绕组36第三章直流电机三、单叠绕组•单：首末端相联的两换向片相隔一个换向片的宽度•叠：后一元件的端部紧叠在前一元件的端部y=yc=1Qu=S=K•特点：槽数Qu、元件数S和换向片数K三者相同第二节直流电机的电枢绕组37第三章直流电机164222uQpτ===×[例3-1]已知一台直流电机，p＝2，Qu＝S＝K＝16，画出单叠绕组展开图。计算数据τ和y1画绕组展开图安放电刷和磁极1、计算极距和节距[解]基本过程分为三大步5小步y＝yc＝1•本例题中选整距,y1=4y2=y-y1=1-4=-3三、单叠绕组第二节直流电机的电枢绕组38第三章直流电机2、画槽，编号，画绕组及换向片•用y1画出一个元件，推而广之•1号槽放元件1•绕组端部对称•绕组放置规则：元件1：上元件边在1槽，下元件边在相距y1=4即5槽下层元件2：上元件边在2槽，下元件边在相距y1=4即6槽下层以此类推…第二节直流电机的电枢绕组三、单叠绕组39第三章直流电机12345678910111213141615•放元件1，上端部对称，下端部留出来接换向片位置第二节直流电机的电枢绕组三、单叠绕组40第三章直流电机12345678910111213141615•放元件2，移过1个槽，端部重叠第二节直流电机的电枢绕组三、单叠绕组41第三章直流电机12345678910111213141615•放完所有元件第二节直流电机的电枢绕组三、单叠绕组42第三章直流电机•画换向片，注意宽度，注意对应关系1123456789101112131416152345678910111213141615第二节直流电机的电枢绕组三、单叠绕组43第三章直流电机3、安放磁极•标极距•画磁极，对称分布，NS交替，宽度一般为(0.6~0.7)τ左右1123456789101112131416152345678910111213141615NSNSττττ第二节直流电机的电枢绕组三、单叠绕组44第三章直流电机4、安放电刷，完成连线，标出电动势方向•电刷宽度略小于换向片宽度•单叠：电刷数=磁极数•原则：-引出来的电势昀大（2，3，4）-被电刷短路的元件电势昀小（1，5）•规律：-端部对称时，电刷放在主极中心线下面的换向片上第二节直流电机的电枢绕组三、单叠绕组45第三章直流电机1123456789101112131416152345678910111213141615NSNSττττ++－－第二节直流电机的电枢绕组三、单叠绕组安放电刷46第三章直流电机1123456789101112131416152345678910111213141615NSNSττττ+－++－－第二节直流电机的电枢绕组三、单叠绕组完成连线47第三章直流电机1123456789101112131416152345678910111213141615NSNSττττ+－++－－第二节直流电机的电枢绕组三、单叠绕组标出电动势方向n48第三章直流电机•单叠绕组元件连接顺序图绕电枢一周，所有元件串联构成一闭合回路。5、画绕组电路图（并联支路图）第二节直流电机的电枢绕组三、单叠绕组•单叠绕组的特征49第三章直流电机单叠绕组的电路图23478610111214161551391A1A2B1B212109561314•特点：每个极下的元件组成一条支路•该瞬间，1，5，9，13号元件被短接三、单叠绕组50第三章直流电机三、单叠绕组单叠绕组的并联支路数应当等于磁极数，即2a==2p单叠绕组的电刷组数应当等于磁极数电枢电流Ia等于各支路电流ia之和，即Ia=2a=ia51第三章直流电机四、单波绕组•单：首末端相联的两换向片相隔很远，昀后也相差一个换向片的宽度•波：两个相邻的元件串联后形似波浪第二节直流电机的电枢绕组52第三章直流电机1ckyp±=•说明：•为了使串联的元件的电势同向相加，合成节距应当满足：ττ2,2≠≈yy1cpyk⋅=±波绕组四、单波绕组第二节直流电机的电枢绕组53第三章直流电机11533244uQypε=±=−=115172cKyyp−====∓21734yyy=−=−=[例3-2]已知一台直流电机，p＝2，Qu＝S＝K＝15，画出单波绕组展开图。[解]基本过程同例2-1。----绕组是短距的！四、单波绕组第二节直流电机的电枢绕组54第三章直流电机1433456789111012131415214567891011121512ττττ四、单波绕组第二节直流电机的电枢绕组55第三章直流电机1433456789111012131415214567891011121512NSSNττττ四、单波绕组第二节直流电机的电枢绕组56第三章直流电机334567891110121314152145678910111213141512NSSNττττ四、单波绕组第二节直流电机的电枢绕组57第三章直流电机•绕组连接顺序