第1章直流电机的运行原理.ppt

第1章 直流电机的运行原理 1.1 直流电机的基本工作原理 1.2 直流电机的主要结构与额定值 1.3 直流电机的空载磁场 1.4 直流电机的电枢绕组 1.5 直流电机的负载磁场和电枢反应 1.6 直流电机的电枢电动势与电磁转矩 1.7 直流发电机 1.8 直流电动机运行原理 1.9 他励直流电动机的机械特性 1.10 串励和复励直流电动机 1.11 直流电机的换向 1.2 直流电机的主要结构与额定值 1.2.1 主要结构 直流电机的结构是多种多样的，但总体上不外乎由定子（静止部分）和转子（转动部分）两大部分组成。 1．定子部分 定子部分包括机座、主磁极、换向极和电刷装置等。 1）主磁极 主磁极又叫主极，在大多数直流电机中，主磁极是电磁铁，主磁极铁心用1～1.5mm厚的低碳钢板叠压而成。 如图1-4所示，主磁极的作用是在定转子之间的气隙中建立磁场,使电枢绕组在此磁场的作用下感应电动势和产生电磁转矩。 2）换向极 换向极又称附加极或间极,其作用主要是用以改善换向。换向极装在相邻两主极之间，它也是由铁心和绕组构成，见图1-5。 3）机座 机座有两个作用，一是作为电机磁路系统中的一部分，二是用来固定主磁极、换向极及端盖等，起机械支承的作用。因此要求机座有好的导磁性能及足够的机械强度与刚度。机座通常用铸钢或厚钢板焊成。 4) 电刷装置 电刷的作用是把转动的电枢绕组与静止的外电路相接，并与换向器相配合，起到整流或逆变器的作用。电刷装置由电刷、刷握、刷杆座和铜丝辫组成，见图1-6。 注意：额定容量，对直流发电机来说，是指电刷端输出的电功率，对直流电动机来说，是指轴上输出的机械功率。 所以，直流发电机的额定容量为： 而直流电动机的额定功率为： 例1-1 一台直流发电机，其额定功率 ，额定 电压 ，额定转速 ，额定效率 ＝ 90％，求该发电机的输入功率及额定电流各是多少？ 　　 解：额定输入功率 　　 　　 额定电流 　　 1.3 直流电机的空载磁场 1.3.1 直流电机的励磁方式 磁场是使电机能感应电动势和产生电磁转矩所不可 缺少的因素。 根据励磁方式的不同，直流电机可分为他励式、并 励式、串励式和复励式四种。下面以电动机为例进行分 析，如图1-8所示。 1）他励直流电机：其接法如图1-8a）所示。电枢绕组与励磁绕组分别由两个互相独立的直流电源和供电，满足： 2）并励直流电机 ：其接法如图1-8b）所示。 假设电枢表面光滑无齿，由于极靴下的气隙是不均匀的，且极靴宽度小于极距，故直流电机空载时，主磁场的气隙磁密沿圆周的分布波形如图1-10所示，通常为一平顶波。 空载时每极主磁通为 ： 可见，在实际电机中，空载时每 极磁通随励磁磁动势或励磁电流 的改变而改变。 2．电机的磁化曲线 表示空载主磁通与主极磁动势之间的关系曲线，叫做电机的磁化曲线，如图1-11所示。 从图上可以看出，当主磁通很小时，铁心没有饱和，此时铁心的磁阻比空气隙的磁阻小得多，主磁通的大小决定于气隙磁阻，由于气隙 磁阻是常量，所以在主磁通较小时 磁化曲线接近于直线。随着磁通的 增大，铁心逐渐饱和，铁心的磁阻 逐渐增大，当磁动势继续增大，磁 通的增大变慢,因而磁化曲线逐渐弯 曲。在铁心饱和以后，磁阻很大而 且几乎不变，磁化曲线平缓上升。 1.4 直流电机的电枢绕组 电枢绕组的构成须满足以下要求：在能通过规定的电流和产生足够的电动势前提下，尽可能节省有色金属和绝缘材料，并且要结构简单、运行可靠等。 1.4.1 绕组型式分类： （1）叠绕组（单叠和复叠） （2）波绕组（单波和复波） （3）混合绕组 其中单叠及单波是最基本的形式。 （5）第二节距：在相串联的两个相邻元件中，第一个元件的下层边与第二个元件的上层边在电枢表面所跨的距离 ； （6）合成节距：相串联的两个元件的对应边在电枢表面上的距离，称为合成节距 ； （7）换向器节距：元件两个出线端所接换向片的距离 。 1.4.3 单叠绕组下面通过例子说明单叠绕组如何连接，有何特点。 例1-2 已知某直流电机的极对数 ＝2，槽数Z、元件 数S及换向片数K为 : 试画出单叠绕 组展开图。 解：1）．计算绕组数据