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当前位置:首页 > 行业资料 > 能源与动力工程 > 第7章直流电机的基本理论
LFChun制作第7章直流电机的基本理论7.1直流电机的工作原理7.2直流电机的基本结构7.3直流电机的电枢反应7.4电流电机的电磁转矩和电动势7.5直流电动机的运行分析7.6直流电动机的功率和转矩7.7直流发电机的运行分析7.8直流发电机的功率和转矩第7章直流电机的基本理论7.1直流电机的工作原理7.2直流电机的基本结构7.3直流电机的电枢反应7.4电流电机的电磁转矩和电动势7.5直流电动机的运行分析7.6直流电动机的功率和转矩7.7直流发电机的运行分析7.8直流发电机的功率和转矩返回主页电机与拖动NS-U+7.1直流电机的工作原理1.直流电动机的工作原理NS第7章直流电机的基本理论+U-NS7.1直流电机的工作原理1.直流电动机的工作原理第7章直流电机的基本理论NS+U-+U-电刷线圈边切割磁感线会产生什么?换向片直流电流交流电流电磁转矩(拖动转矩)换向机械负载Φ旋转克服反电动势做功7.1直流电机的工作原理电磁关系NS2.直流发电机的工作原理NS-E+7.1直流电机的工作原理-E+输出直流电换向原动机感应电动势、电流Φ电磁转矩(阻转矩)做功电磁关系7.2直流电机的基本结构1.主要部件(1)定子①主磁极②换向磁极③机座④端盖等第7章直流电机的基本理论直流电机的定子(a)主磁极(b)机座直流电机的定子7.2直流电机的基本结构更多的图片(2)转子(电枢)①电枢铁心②电枢绕组7.2直流电机的基本结构③换向器④转轴与风扇直流电机的转子(a)转子主体(b)电枢钢片直流电枢绕组AB12345678AB1234876576548123AB结论:整个电枢绕组通过换向片连成一个闭合回路。7.2直流电机的基本结构AB12345678eeeeeeee12348765AB直流电枢绕组电动机+-E发电机+-IaeeeeeeeeE两匝元件7.2直流电机的基本结构A12348765BIaNSNS12345678910111212356891112A1B1A2B2单叠绕组的展开图※并联支路对数:a=2。※电刷的中心线对着磁极的中心线。A1A2B1B2n7.2直流电机的基本结构36'47'58'11'810'79'6912'101'112'5'24'13'12单叠绕组的展开图NSNS12345678910111212356891112A1B1A2B2n※电刷的中心线对着磁极的中心线:①电刷之间的电动势最大。②被电刷短接的元件电动势为零。※习惯称“电刷放在几何中心线位置”。磁极中心线几何中心线7.2直流电机的基本结构7.2直流电机的基本结构直流电机的结构电枢7.2直流电机的基本结构电机装配图更多的图片7.2直流电机的基本结构直流电机更多的图片M2.励磁方式If+Ua-Ia+Uf-他励并励串励复励(1)直流电动机按励磁方式分类7.2直流电机的基本结构M+U-IIfIaM+U-IIaMIaIf+U-IG(2)直流发电机按励磁方式分类自励7.2直流电机的基本结构GIa+Ua-他励串励复励并励Ia+U-IfIGGIfIa+U-I+U-IfIIaIf+Uf-(1)额定电压UN发电机的UN:指输出电压的额定值。电动机的UN:指输入电压的额定值。(2)额定电流IN发电机的IN:指输出电流的额定值。电动机的IN:指输入电流的额定值。(3)额定功率PN发电机的PN:指输出电功率的额定值(UNIN)。电动机的PN:指输出机械功率的额定值(UNINηN)。3.额定值7.2直流电机的基本结构(4)额定转速nN(5)额定励磁电压UfN(6)额定励磁电流IfN※额定状态:指U、I、P、n均为额定值的状态。※满载状态:指I=IN的状态。7.2直流电机的基本结构NS7.3直流电机的电枢反应几何中心线NS励磁磁场(空载磁场)物理中心线电枢磁场合成磁场(负载时的磁场)物理中性线电枢反应:电枢磁通势对主极磁场的影响。第7章直流电机的基本理论电枢反应的影响①总磁场被扭歪了几何中心线与物理中心线分开了,电刷位置处的元件的e≠0,增加换向困难。②一半磁极的磁通增加,一半磁极的磁通减少,磁路不饱和时,每极磁通不变;磁路饱和时,每极磁通减少,e和T相应减少。7.3直流电机的电枢反应7.4直流电机的电磁转矩和电动势1.电磁转矩(1)产生电枢电流i磁场ΦF→T(2)大小电磁力:F=Bli平均磁密:第7章直流电机的基本理论BlB=Φl极距7.4直流电机的电磁转矩和电动势1.电磁转矩(1)产生电枢电流i磁场ΦF→T(2)大小电磁力:F=Bli平均磁密:每根导线上电磁力所形成的电磁转矩:FR第7章直流电机的基本理论B=ΦlBl极距RR电枢绕组串联总匝数:N电枢绕组并联支路数:2a总导体数:2N·2a=4aN电枢的周长:2R=2p电磁转矩:T=4aN·FR=4aN··Blip=4aN··lipΦl=4aN··Φip=·Φ·2ai2pN电枢电流Ia7.4直流电机的电磁转矩和电动势(2)大小T=CTΦIaCT转矩常数:(3)方向由Φ和Ia共同决定。(4)性质发电机:电动机:T与n方向相反,为制动转矩。T与n方向相同,为拖动转矩。7.4直流电机的电磁转矩和电动势CT=2pN单位:Wb单位:A(N·m)(1)产生电枢旋转n磁场Φ(2)大小每个导体:e=Blv导体切割磁场线的线速度:电动势:E=2Ne2.电动势e→∑e→E7.4直流电机的电磁转矩和电动势v=n2R60=2NBlv=2N··l·n2p60Φl=n2p60=Φn4pN60CTCE=602=9.55CT=9.55CE7.4直流电机的电磁转矩和电动势CT=2pNCE=4pN60E=CEΦnCE电动势常数:CE=4pN60单位:Wb单位:r/min(V)(3)方向:由Φ和n共同决定。(4)性质发电机为电源电动势;电动机为反电动势。M7.5直流电动机的运行分析1.他励电动机励磁电压Uf→If→Φ电枢电压Ua→Ia↓→T→n→EE(1)电压平衡方程式励磁电路:Uf=RfIf电枢电路:Ua=E+RaIa第7章直流电机的基本理论+Ua-IaIf+Uf-稳态电枢电流Ia由谁确定?T=CTΦIa,Ua=E+RaIa例如:负载不变(T不变),Ua(Ra)变化时,Ia变化否(设Φ不变)?Ua(或Ra)瞬间n不变E不变Ia→T→T<TLE←n↓Ia←T←T=TL←Ia不变←结论:Ia的大小取决于负载的大小。当Ia=IaN时为满载,当Ia>IaN时为过载。※规定短时过载的最大电枢电流:Iamax=(1.5~2)IaN=αMCIaN7.5直流电动机的运行分析机械特性ECEΦn=Ua-RaIaCEΦ=UaCEΦ=-RaCECTΦ2T(2)转速OnTn0当T时,n下降不多——硬特性。励磁电路断电的后果当If=0,Φ=Φr很小,n不能突变,E很小→T=CTΦrIa仍有一定数值。→Ia①若T>TL→n→飞车!②T<TL→n→n=0→闷车!7.5直流电动机的运行分析7.5直流电动机的运行分析(3)转向取决于电磁转矩T的方向。T的方向取决于Φ和Ia的方向。M+Ua-IaIf+Uf-M+Ua-IaIf-Uf+M-Ua+IaIf+Uf-磁场反向电枢反向2.并励电动机并励与他励的区别:(1)输入电压U=Ua=Uf(2)输入电流I=Ia+If(3)输入功率P1=UI=UIa+UIf7.5直流电动机的运行分析MIa+U-IIf【例7.5.1】某并励直流电动机,UN=220V,IN=12.5A,nN=3000r/min,Rf=628Ω,Ra=0.41Ω。求该电机在额定状态下运行时的:(1)If;(2)Ia;(3)E;(4)T。解:(1)励磁电流If7.5直流电动机的运行分析UfRfIf=220628=A=0.35A(2)电枢电流IaIa=IN-If=(12.5-0.35)A=12.15A(2)电动势EE=UN-RaIa=(220-0.41×12.15)V=215VCTΦ=9.55CEΦ=0.685T=CTΦIa=0.685×12.15N·m=8.32N·m(4)电磁转矩7.5直流电动机的运行分析CEΦ=EnN2153000==0.0717E3.串励电动机+Ua-+Uf-7.5直流电动机的运行分析M+U-IIfIa(1)电压U=Ua+Uf=E+(Ra+Rf)I(2)电流I=Ia=IfRa+RfU-E=CTΦT=(3)转矩T=CTΦIa①当Ia较小、磁路未饱和时,Φ∝Ia,T∝Ia2。②当Ia较大、磁路已饱和时,Φ≈常数,T∝Ia。即T∝Iam(1<m<2)与并励电动机比较,有如下特点①对应于相同的△T,△Ia小。②对应于允许的Iamax,能够产生的T大,Tst和Tmax较大。(4)转速7.5直流电动机的运行分析ECEΦn=U-(Ra+Rf)IaCEΦ=UCEΦ=-Ra+RfCECTΦ2T①当T=0时,Ia=If=0,Φ=Φr,n0=(5~6)nN。②当T很小时,Ia很小,磁路未饱和,T→Ia→Φ→n迅速下降。③当T很大时,Ia很大,磁路已饱和,T→Ia→Φ基本不变→n下降较少。7.5直流电动机的运行分析(5)应用①特别适用于起重机和电气机车等运输机械。②不能在轻载或空载下运行。③不能用皮带轮传动。串励电动机的机械特性软特性OnT4.复励电动机(1)积复励、差复励。(2)机械特性①有较大的Tst。②可以空载运行。并励复励7.5直流电动机的运行分析MIaIf+U-I串励OnT7.6直流电动机的功率和转矩1.功率平衡方程式(并励)(1)输入功率P1P1=UI(2)铜损耗PCuPCu=RaIa2+RfIf2(3)电磁功率PePe=P1-PCu推导:UI=U(Ia+If)=UaIa+UfIf=(E+RaIa)Ia+RfIf2=EIa+RaIa2+RfIf2第7章直流电机的基本理论Pe=EIa7.6直流电动机的功率和转矩Pe=EIa=CEΦnIa=TΩ260=CTΦnIa功率流程图P1PCuPeP0P22.转矩平衡方程式空载:T=T0负载:T=T0+T2260T2n=(4)空载损耗P0P0=PFe+Pme+Pad(5)输出功率P2P2=Pe-P0=T2Ω【例7.6.1】一并励电动机,UN=110V,IN=12.5A,nN=1500r/min,TL=6.8N·m,T0=0.9N·m。求该电机的P2、Pe、P1、Pal和。解:P2P1=×100%6.2860=×6.8×1500W=1067.6WPe=P2+P0=(1067.6+143.3)W=1208.9WP1=UNIN=110×12.5W=1375WPal=P1-P2=(1375-1067.6)W=307.4W7.6直流电动机的功率和转矩260P2=TLn6.2860=×0.9×1500W=143.3W260P0=T0n1067.61375=×100%=77.64%GIa+Ua-If+Uf-7.7直流发电机的运行分析1.他励发电机第7章直流电机的基本理论外电源Uf→If→ΦE→n原动机→电枢→Ua(1)空载运行励磁电路:If=UfRf励磁电路总电阻电枢电路:Ia=0,Ua=U0=E调节Rf→If可变→Φ可变→E可变→Ua可变。EU0=E=f(If)空载特性OIfU0Er剩磁感应电动势(2)负载运行输出电压:U=Ua输出电流:I=Ia电压平衡方程式U=Ua=E-RaIa当IaRaIaE(电枢反应)Ua外特性U=f(I)n=nNIa=0OIUn=nNIf=IfNINUNU0n=nNIf=常数7.7直流发电机的运行分析空载特性外特性电压调整率VR=U0-UNUN×100%(5%~10%)调整特性当n=nN,U=UN时:If=f(I)OIIfIfNIN7.7直流发电机的运行分析调整特性【例7.7.1】一他励直流发电机,PN=10kW,UN=230V,nN=1000r/min,Ra=0.4Ω。如果磁通Φ保持不变,求1000r/min时的空载电压U0和900r/min时的满载电压U。解:在nN和UN时的电枢电流9001000E'=EU0=E=Ua+R
本文标题:第7章直流电机的基本理论
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