直流电机的工作原理原理结构及额定值.ppt

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1、第1章 直流电机的工作原理、结构及额定值,第1章 直流电机的工作原理、结构及额定值,1.1 直流电机的工作原理,1.3 直流电机的额定值,1.2 直流电机的结构,1.4 电枢绕组,作发电机可获得直流电源，作电动机，具有良好的调速性能，在许多调速性能要求较高的场合，得到广泛使用。,直流电机是电机的主要类型之一。一台直流电机即可作发电机使用，也可作电动机使用。,概述,直流电机的用途,作电源用:直流发电机将机械能转化为直流电能。,直流电机的用途,作动力用:直流电动机将直流电能转化为机械能。,直流电机的用途,测速,伺服,信号传递:直流测速发电机将机械信号转换为电信号。,信号传递-直流伺服电动机将控制电

2、信号转换为机械信号。,直流电机的优缺点,优点调速范围宽广、平滑、经济；过载、起动、制动转矩大。缺点结构复杂、成本高；可靠性较差。,更多的直流电机,直流电机的物理模型,1.1 直流电机的工作原理,一、直流电动机的工作原理,U,线圈边中电流不改变方向，则平均 Te=0。,电刷,线圈边切割磁力线会产生什么？,换向片,电磁关系,二、直流发电机的工作原理,E,E,电磁关系,气隙磁场的分布波形及线圈电动势波形,每极下有 3 个串联线圈时的电动势波形,主磁极：产生恒定的气隙磁通，由铁心和励磁绕组构成,换向极：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

3、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,1.2 直流电机的结构,直流电机结构图,电枢绕组,主磁极,电枢铁心,励磁绕组,磁轭,换向极,换向极绕组,换向器,电刷装置,端盖,风扇,轴承,轴,端盖,直流电机横向剖面图,一、定子(1)主磁极(2)换向极(3)电刷(4)机座(5)端盖(6)轴承等,直流电机的定子,励磁绕组和串换向极后的电枢绕组出线,定子机座,换向极铁心,换向极绕组,主磁极铁心,主磁极绕组（励磁绕组）,换向极绕组与励磁的串联接线,直流电机定子,直流电机的主磁极,作用：建立主磁场。由主磁极铁

4、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扩大的部分称为极靴，作用是减小气隙磁阻，改善主磁极磁场分布，并使励磁绕组易固定。为了减少转子转动时由于齿槽移动引起的铁耗，主磁极铁心采用11.5mm的低碳钢板冲压一定形状叠装固定而成。主磁极上有励磁绕组。主磁极个数一定是偶数，励磁绕组的连接必须使相邻主磁极的极性按 N、S 交替出现。,直流电机的换向极和电刷,刷辫,电刷,刷握,汇流条,二、转子（电枢）,(1)电枢铁心(2)电枢绕组,(3)换向器(4)转轴与风扇,直流电机的转子,轴,端盖,电枢铁心,电枢绕组和槽碶,电枢绕组端部,换向器,轴承,电枢铁心冲片 厚)（硅钢片）,涂绝缘漆冲片叠压而成

5、,均匀开槽,直流电枢的铁心模型,直流电机的电枢绕组,直流电机的换向器,换向器和电刷的几点说明：,作用：（1）换向器在直流发电机中起整流作用。（2）换向器在直流电动机中起逆变作用。换向器和电刷直电流电机特有的。缺点：存在换向问题（火花，电磁干扰等）。解决途径：无刷化-无刷直流电机。,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(UN IN)。电动机的 PN：指输出机械功率的额定值(UN INN)。4.额

6、定转速 nN,1.3 直流电机的额定值,5.额定励磁电压 UfN6.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。,1.4 直流电枢绕组,电枢绕组有两个作用，一是产生感应电动势，二是产生电磁转矩，是进行机电能量转换的重要部分。,构成原则在一定的导体数下，能够产生尽可能大的感应电动势，承担足够大的电流、电磁转矩和电磁功率；在承担一定的电流、电磁转矩和电磁功率情况下，导体数尽可能少；结构简单，运行可靠，便于维护、检修。,一、绕组的基本概念 单叠绕组、单波绕组、复叠绕组、复波绕组、蛙绕组（叠绕和波绕混合绕组）。1.元件 是构成电枢绕组的基本 单

7、元，其两端分别与两 片换向片相连的单匝或 多匝线圈。,电枢绕组的元件,结论：,直流电机电枢绕组是一个通过换向片连接起来的闭合绕组。这是直流电机电枢绕组构成的原则。,实际中，为了使元件的端接平整地排列，每个槽中的元件边分上下两层叠放。,每个元件有两个元件边，分别放置在两个不同的槽中；如果每槽只有上下两个元件边，那么：SZ（槽数）。虚槽：如果每槽分别有u个上元件边和u个下元件边，那么一个“实槽”就相当于u个“虚槽”。用Zu来表示“虚槽数”。,每个元件与两个换向片相连，每个换向片接两个元件，因此：S（元件数）K（换向片数）,ZuuZSKZu,“虚槽”概念,设槽内每层有u个元件边，则意味着一个实际槽内

8、包含了u个“虚槽”，而每个虚槽的上、下层依然只有一个元件边，上图 u=2实槽数用Z表示，虚槽数用Zu表示，则有 Zu=uZ,2.叠绕组和波绕组,两匝元件,叠绕元件,波绕元件,3.极距 一个主磁极在电枢表面所跨过的距离。,电枢虚槽数,极对数,4.绕组的节距,y1 第一节距（用跨过槽数表示）。y1=为整距绕组；y1 为长距绕组。y2 第二节距（用所跨过的槽数来表示）。y 合成节距：y=y1y2,叠绕元件在电枢上的连接,波绕元件在电枢上的连接,二、单叠绕组,单：首末端相连的两换向片相隔一个换向片的宽度。叠：两个相邻的元件，后一元件的端部紧叠在前一元件的端部。特点：虚槽数Zu、元件数S、换向片数K三者

9、相同。,例：某直流电机的极对数p=2，槽数Zu、元件数s和换向片数k为16，试绕成单迭绕组。【分析】第一步：算极距、节距。电机的极距Zu/2p16/44（槽）线圈为整距，即第一节距 y14（槽）也就是说一个线圈的其中一个有效边若放在1号槽内，另一个有效边必须放在5号槽内。即一个线圈占了4个槽的位置。,第二步：槽按轴向展开俯视图并编号,展开,编号;放元件;元件接到换向片;放主磁极,放电刷;,思考1：观察一下电刷的位置，这个位置是最佳的吗？为什么？（以电动机为例说明）,电刷应放在被其所短路的元件电动势为零的位置，使其中心线与磁极中心线重合。电刷放在几何中性线上，并不代表电刷的实际位置，而是指被电刷短路的元件的两个有效边处于几何中性线。,思考2:有多少条并联支路？,单叠绕组的并联支路数等于极数，并联支路对数等于极对数：a=p,电机装配图,第 1 章 结 束,