电机与拖动直流电机原理.ppt

第三章 直流电机原理Chapter 3  DC Machines 目录 3.1 直流电机的用途及基本工作原理 3.2 直流电机的主要机构与型号 3.3 直流电机的磁路、空载时的气隙磁密与空载磁化特性 3.4 直流电机的电枢绕组 3.5 电枢电动势与电磁转矩 3.6 直流发电机 3.7 直流电动机的运行原理 3.8 他励直流电动机的机械特性 3.9 串励和复励直流电动机 3.10 直流电机换向 本章教学基本要求： 1.了解直流电机主要结构，注意换向器和电刷的作用； 2.熟悉直流发电机和电动机基本工作原理，熟悉电枢反应，理解感应电势和电磁转矩这两个机电能量转换要素的物理意义，掌握求解它们的计算方法； 3.掌握直流电机的运行原理，电势、转矩平衡方程式，以及不同励磁方式的直流电机的工作特性； 4.了解直流电机的换向。 重点和难点 重点： 直流电机的基本平衡方程式和工作特性。 难点： 电枢反应。 本次课程教学要求 了解直流电机基本结构 熟悉直流电机的额定值 掌握直流电机基本工作原理 3.1 直流电机的用途及基本工作原理 直流电机（dc machines）是将机械能转换为直流电能或将直流电能转换为机械能的一种装置。 把机械能转换为电能的直流电机称为直流发电机(dc generators )。 把电能转换为机械能的直流电机称为直流电动机(dc motor )。 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 3.1.2 基本工作原理（续） 3.2 直流电机的主要结构与型号 3.2.2 电机的铭牌数据 为使用户正确使用电机，电机制造厂在每台电机的机座上都钉一块金属牌，上面标有电机的工作条件和根据国标制定的额定数据（又称额定值），该标牌称为铭牌，如图所示。 例题3-1 例题3-2 3.2.3 国产直流电机的主要系列产品 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。 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。 ZZJ系列是专供起重冶金工业用的专用直流电动机。 ZT系列是用于恒功率且调速范围比较大的拖动系统里的广调速直流电动机。 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。 ZA系列是用于矿井和有易爆气体场所的防爆安全型直流电动机。 ZKJ系列是冶金、矿山挖掘机用的直流电动机。 3.3 直流电机的磁路、空载时的气隙磁密与空载磁化特性 直流电机空载是指电机对外无功率输出、不带负载空转的一种状态。直流电机空载时，励磁绕组内有励磁电流，电动机电枢电流很小可忽略而发电机电枢电流为零，这时电机的磁场由励磁电流单独建立。 主磁极N、S交替分布，故磁场的分布是对称的。其中绝大部分磁通经主磁极、气隙、电枢铁芯及定子磁轭闭合，这部分磁通同时链绕励磁绕组和电枢绕组，称主磁通，记作：Φ0，主磁通参与机电能量转换，能产生感应电势和电磁转矩，是工作磁通。主磁通通过的磁路称主磁路，主磁路中气隙较小，故磁阻较小 还有一小部分磁通不穿过电枢，仅与励磁绕组自身链绕，称漏磁通，记作：Φσ，漏磁通不穿过电枢表面，不参加机电能量转换，不是工作磁通。漏磁通通过的磁路称漏磁路，漏磁路中空气隙较大，磁阻大。所以，漏磁通比主磁通小得多，约占主磁通的20%左右。 3.3.2 空载时气隙磁密的分布波形 空载时气隙磁密的分布波形（续） 主磁极下的气隙小，而且均匀，气隙磁密分布均匀；在主磁极极靴尖，气隙增大，磁阻增大，磁密下降；在极靴尖外，气隙迅速增大，气隙磁密急剧下降，在相邻两极的空间分界线上，磁密降为零。我们称气隙磁密沿电枢表面空间分布的波形为平顶波，也可称之为钟形曲线。 主磁通情况 3.3.3 空载磁化特性 电机的磁化曲线是指电机主磁通Φ与励磁磁势的关系曲线，即Φ=?（Ff） 。当励磁绕组的匝数N一定时，改变励磁电流If就可改变磁势，磁化曲线也可用Φ=?（If） 表示。电机的磁化曲线可通过实验或电机磁路计算得到。图中曲线1是电机磁化曲线，曲线2是气隙线，它表示气隙中所消耗的磁势，由于空气中的μ0为常数，故气隙线是线性的。 曲线特点 电机的磁化曲线具有饱和特点，当主磁通Φ0较小时，铁磁材料的磁位降较小，励磁磁通主要消耗在气隙中；当主磁通Φ0较大时，铁磁材料出现饱和，磁位降迅速增大，使Φ0=?（If）曲线离开气隙线弯曲呈非线性。 分析 磁化曲线表征的磁路的饱和程度对电机运行性能有很大的影响。设计