《直流电机》PPT课件

第1章直流电机广东交通职业技术学院1.2直流电机电枢绕组简介1.3直流电机的电枢反应本章主要讨论直流电机的基本结构和工作原理，讨论直流电机的磁场分布、感应电动势、电磁转矩、电枢反应及影响、换向及改善换向方法，从应用角度分析直流发电机的运行特性和直流电动机的工作特性。1.4直流电机的电枢电动势和电磁转矩1.5直流电机的换向1.6直流发电机1.7直流电动机1.1直流电机的基本工作原理与结构思考题与习题第1章直流电机广东交通职业技术学院直流电机优缺点：优点：起动性能和调速性能好，过载能力大。缺点：存在电流换向问题，结构工艺复杂，使用有色金属多，价格昂贵，运行可靠性差。直流电机发展形势：随着近年来电力电子学和微电子学的迅速发展，将逐步被交流调速电动机取代，直流发电机则正在被电力电子器件整流装置所取代。但在今后一个相当长的时期内，直流电机仍将在许多场合继续发挥作用。第1章直流电机广东交通职业技术学院1.1直流电机的基本工作原理和结构1.1.1直流电机的主要结构主磁极：产生恒定的气隙磁通，由铁心和励磁绕组构成换向磁极：改善换向。电刷装置：与换向片配合,完成直流与交流的互换机座和端盖：起支撑和固定作用。定子转子电枢铁心：主磁路的一部分，放置电枢绕组。电枢绕组：由带绝缘的导线绕制而成，是电路部分。换向器：与电刷装置配合,完成直流与交流的互换转轴轴承第1章直流电机广东交通职业技术学院电机的各组成部件第1章直流电机广东交通职业技术学院1.1.2直流电机的工作原理1.1直流电机的基本工作原理和结构一、直流发电机工作原理右图为直流发电机的物理模型，N、S为定子磁极，abcd是固定在可旋转导磁圆柱体上的线圈，线圈连同导磁圆柱体称为电机的转子或电枢。线圈的首末端a、d连接到两个相互绝缘并可随线圈一同旋转的换向片上。转子线圈与外电路的连接是通过放置在换向片上固定不动的电刷进行的。直流发电机是将机械能转变成电能的旋转机械。第1章直流电机广东交通职业技术学院当原动机驱动电机转子逆时针旋转时同，线圈abcd将感应电动势。如右图，导体ab在N极下，a点高电位，b点低电位；导体cd在S极下，c点高电位，d点低电位；电刷A极性为正，电刷B极性为负。第1章直流电机广东交通职业技术学院当原动机驱动电机转子逆时针旋转后，如右图。0180与电刷A接触的导体总是位于N极下，与电刷B接触的导体总是位于S极下,电刷A的极性总是正的，电刷B的极性总是负的，在电刷A、B两端可获得直流电动势。导体ab在S极下，a点低电位，b点高电位；导体cd在N极下，c点低电位，d点高电位；电刷A极性仍为正，电刷B极性仍为负。实际直流发电机的电枢是根据实际需要有多个线圈。线圈分布在电枢铁心表面的不同位置，按照一定的规律连接起来，构成电机的电枢绕组。磁极也是根据需要N、S极交替旋转多对。第1章直流电机广东交通职业技术学院二、直流电动机工作原理把电刷A、B接到直流电源上，电刷A接正极，电刷B接负极。此时电枢线圈中将电流流过。直流电动机是将电能转变成机械能的旋转机械。在磁场作用下，N极性下导体ab受力方向从右向左，S极下导体cd受力方向从左向右。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。当电磁转矩大于阻转矩时，电机转子逆时针方向旋转。第1章直流电机广东交通职业技术学院原N极性下导体ab转到S极下，受力方向从左向右，原S极下导体cd转到N极下，受力方向从右向左。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。线圈在该电磁力形成的电磁转矩作用下继续逆时针方向旋转。与直流发电机相同，实际的直流电动机的电枢并非单一线圈，磁极也并非一对。当电枢旋转到右图所示位置时第1章直流电机广东交通职业技术学院直流电动机的工作原理示意图:第1章直流电机广东交通职业技术学院1.1.3直流电机的铭牌数据额定条件下电机所能提供的功率NP额定功率指电刷间输出的额定电功率发电机指轴上输出的机械功率电动机发电机：是指输出额定电压；电动机：是指输入额定电压。在额定工况下，电机出线端的平均电压NU额定电压在额定电压下，运行于额定功率时对应的电流NI额定电流在额定电压、额定电流下，运行于额定功率时对应的转速.Nn额定转速fNI额定励磁电流对应于额定电压、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。第1章直流电机广东交通职业技术学院1.2直流电机的结构及铭牌1.2.1结构直流电机结构：主要由定子、转子（电枢）两大部分组成。定子的作用是产生磁场；转子的作用是产生电磁转矩和感应电动势。第1章直流电机广东交通职业技术学院图1-4直流电机横剖面示意图第1章直流电机广东交通职业技术学院1.定子直流电机的定子由主磁极、机座、换向极、端盖和电刷装置等部件组成。(1)主磁极：主要作用是建立主磁场。绝大多数直流电机的主磁极不是用永久磁铁而是由励磁绕组通以直流电流来建立磁场。主磁极由主磁极铁心和套装在铁心上的励磁绕组构成。主磁极铁心靠近转子一端的扩大的部分称为极靴，它的作用是使气隙磁阻减小，改善主磁极磁场分布，并使励磁绕组容易固定。(2)换向极：主要作用是改善换向，安装在两相邻主磁极之间，是由换向极铁心和套在铁心上的换向极绕组构成。(3)机座：机座有两个作用，一是作为主磁极的一部分，二是作为电机的结构框架。机座中作为磁通通路的部分称为磁轭。机座的两端装有端盖。(4)端盖：端盖装在机座两端并通过端盖中的轴承支撑转子，将定转子连为一体。同时端盖对电机内部还起防护作用。第1章直流电机广东交通职业技术学院(5)电刷装置：电刷装置是电枢电路的引出（或引入）装置，它由电刷、刷握、刷杆和连线等部分组成。第1章直流电机广东交通职业技术学院图1-7换向极第1章直流电机广东交通职业技术学院第1章直流电机广东交通职业技术学院2.转子转子部分包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴、轴承、风扇等。(1)电枢铁心：电枢铁心既是主磁路的组成部分，又是电枢绕组支撑部分；电枢绕组就嵌放在电枢铁心的槽内。为减少电枢铁心内的涡流损耗，铁心一般用厚0.5mm且冲有齿、槽硅钢片叠压夹紧而成。(2)电枢绕组：电枢绕组由一定数目的电枢线圈按一定的规律连接组成，是直流电机的电路部分，也是感生电动势，产生电磁转矩进行机电能量转换的部分。线圈用绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成，分上下两层嵌放在电枢铁心槽内，上下层以及线圈与电枢铁心之间都要妥善地绝缘，并用槽楔压紧。(3)换向器：在直流电动机中，换向器起逆变作用，因此换向器是直流电机的关键部件之一。换向器由许多换向片排成一个圆筒，其间用云母片绝缘，两端再用两个V形环夹紧而构成。第1章直流电机广东交通职业技术学院第1章直流电机广东交通职业技术学院第1章直流电机广东交通职业技术学院图1-9直流电机转子结构1.转轴2.轴承3.换向器4.电枢铁心5.电枢绕组6.风扇7.轴承第1章直流电机广东交通职业技术学院电机的铭牌上标明了电机的型号及额定数据，供用户选择和使用时参考。额定值是制造厂对各种电气设备（本章指直流电机）在指定工作条件下运行时所规定的一些量值。在额定状态下运行时，可以保证各电气设备长期可靠地工作，并具有优良的性能。额定值也是制造厂和用户进行产品设计或试验的依据。额定值通常标在各电气的铭牌上，故又叫铭牌值。第1章直流电机广东交通职业技术学院1.铭牌数据根据国家标准，直流电机的额定数据有：⒈额定功率PN指电机在铭牌规定的额定状态下运行时，电机的输出功率，以W为量纲单位。若大于1kW或1MW时,则用kW或MW表示。★对于直流发电机，PN是指发电机带额定负载时，电刷输出的功率，它等于额定电压和额定电流的乘积。PN＝UNIN★对于直流电动机，PN是指电动机带额定负载时，转轴上输出的机械功率，所以公式中还应有效率ηN存在。PN＝UNINηN(ηN额定效率）1.2.2电机的铭牌第1章直流电机广东交通职业技术学院⒉额定电压UN指额定状态下电枢出线端的电压，以“V”为量纲单位。⒊额定电流IN指电机在额定电压、额定功率时的电枢电流值，以“A”为量纲单位。⒋额定转速nN指额定状态下运行时转子的转速，以r/min为量纲单位。⒌额定励磁电流If指电机在额定状态时的励磁电流值。第1章直流电机广东交通职业技术学院额定条件下电机所能提供的功率NP额定功率指电刷间输出的额定电功率发电机指轴上输出的机械功率电动机发电机：是指输出额定电压；电动机：是指输入额定电压。在额定工况下，电机出线端的平均电压NU额定电压在额定电压下，运行于额定功率时对应的电流NI额定电流在额定电压、额定电流下，运行于额定功率时对应的转速Nn额定转速第1章直流电机广东交通职业技术学院fNI额定励磁电流对应于额定电压、额定电流、额定转速及额定功率时的励磁电流指直流电机的励磁线圈与电枢线圈的连接方式励磁方式此外，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。●电动机轴上输出的额定转矩用TN表示，其大小等于输出的额定机械功率除以转子额定角速度，即TN=PN/ΩN=PN/(2πnN/60)=9.55PN/nN※实际运行时，电机不可能总是工作在额定运行状态，如果运行时电机的负载小于额定容量，称为欠载运行；而电机的负载超过额定容量，称为过载运行。长期的欠载或过载都不好。第1章直流电机广东交通职业技术学院例题1-1：一台直流电动机其额定功率PN=160kW，额定电压UN=220V，额定效率ηN=90%，额定转速nN=1500r/min，求该电动机额定运行状态时的输入功率、额定电流及额定转矩各是多少？1.2.2电机的铭牌解：额定输入功率P1=PN/ηN=160/0.9=177.8kW额定电流IN=PN/UNηN=160*103/220*0.9=808.1A额定转矩TN=9.55PN/nN=9.55*160*103/1500=1018.7N•m第1章直流电机广东交通职业技术学院2.国产直流电机产品的型号：电机产品的型号一般用大写印刷体的汉语拼音字母和阿拉伯数字表示。其中汉语拼音字母是根据电机的全名称选择有代表意义的汉字，再从该字的拼音中得到，例如，ZA—112/2—1其中，Z—直流电动机；A—设计系列号；112—中心高112mm2—极数；1—1号铁心•Z2系列是一般用途的中、小型直流电机，包括发电机和电动机及调压发电机。•Z和ZF系列是一般用途的大、中型直流电机系列。Z是直流电动机系列；ZF是直流发电机系列。•ZQ系列是电力机车、工矿电机车和蓄电池供电电车用的直流牵引电动机。•ZH系列是船舶上各种辅助机械用的船用直流电动机。•ZU系列是用于龙门刨床的直流电动机。第1章直流电机广东交通职业技术学院1.2.1直流枢绕组基本知识1.2直流电机的电枢绕组简介元件：构成绕组的线圈称为绕组元件，分单匝和多匝两种。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，用表示。Dt=2p叠绕组：指串联的两个元件总是后一个元件的端接部分紧叠在前一个元件端接部分，整个绕组成折叠式前进。波绕组：指把相隔约为一对极距的同极性磁场下的相应元件串联起来，象波浪式的前进。第一节距：一个元件的两个有效边在电枢表面跨过的距离。1y第1章直流电机广东交通职业技术学院电枢绕组的节距a)单叠绕组b)单波绕组a)b)第1章直流电机广东交通职业技术学院合成节距：连接同一换向片上的两个元件对应边之间的距离。y第二节距：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。2y21yyy单叠绕组21yyy单波绕组换向节距：同一元件首末端连接的换向片之间的距离。ky1.2.2.单叠绕组单叠绕组的特点是相邻元件(线圈)相互叠压,合成节距与换向节距均为1,即：。1kyy单叠绕组的展开图是把放在铁心槽里、构成绕组的所有元件取出来画在一张图里，展示元件相互间的电气连接关系及主磁极、换向片、电刷间的相对位置关系。第1章直流电机广东交通职业技术学院单叠绕组的展开图第1章直流电机广东交通职业技术学院根据单叠绕组的展开图可以得到绕组的并联支路电路图